사진 한 장에 세포 3D 형상·움직임 담았다

포항공대 이상준 교수 연구팀
DHM·AI 결합 혁신기술 개발
혈액질환 진단·미세먼지 등
실생활 밀접한 분야 활용 기대

연구 이미지. /포항공과대학교 제공

AI를 활용한 세포의 실시간 3D 형상 및 동적거동 분석기법이 개발됐다.

포항공과대학교는 이상준 기계공학과 교수 연구팀이 한 장의 사진만으로 세포의 입체적인 모습과 움직임을 볼 수 있는 혁신적인 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

우리 몸속 세포들은 물속에서 자유롭게 유영하는 물고기처럼 끊임없이 움직이고 모양을 바꾸며 살아간다. 그런데 이처럼 빠르게 움직이는 세포를 정확히 관찰하는 것은 과학자들에게 풀지 못한 숙제였다. 

연구팀은 ‘디지털 홀로그래픽 현미경(이하 DHM)’과 AI(인공지능)를 결합해 단 한 장의 영상으로 세포의 3차원 모습과 위치, 빛이 세포를 통과하면서 굴절되는 정도까지 한꺼번에 파악할 수 있는 기술을 개발했다. 

핵심은 ‘물리 기반 AI 신경망’으로 빛이 세포에 부딪혀 생기는 복잡한 무늬를 수학적으로 계산하고, 이를 AI가 학습해 거꾸로 세포의 모습을 알아내는 것이다.

가장 큰 장점은 처리 속도다. 연속 촬영한 사진을 실시간으로 처리해 세포 움직임과 형태 변화를 3차원 영상으로 보여준다. 

당뇨병이나 혈액질환 진단 시 복잡한 과정 없이 한 번의 검사로 세포를 더 빠르고 정확하게 확인할 수 있다.

또 세포뿐만 아니라 미세먼지, 미세 플라스틱, 기포 같은 작은 물질의 3차원 모습과 위치도 분석할 수 있어 환경 분야에서도 큰 변화가 예상된다. 

이 기술은 앞으로 혈액질환 검사나 미세먼지 분석 등 우리 생활과 밀접한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.

이상준 교수는 “이 기술은 단일 촬영(single-shot) 홀로그램 영상으로부터 미세한 입자의 3D 형상과 움직임을 실시간으로 측정할 수 있는 이상적인 방법”이라고 말했다.

이번 연구는 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 최근 게재됐다.

/단정민기자 [e-mail]