망막 상하부 관찰 시 데이터 캡처를 제공하고 멀티 스펙트럼 영상 처리를 지원하는 디지털 검안경
기성 광학 제품 통합으로 사용자 맞춤형 성능 제공
광학 설계 임무를 수행 시, 광학 엔지니어는 프로젝트의 목표를 달성하기 위해 우선 시스템의 요건을 파악하고, 초기 계산을 실행하면서 광학 설계에 사용될 가격이나 비용등을 디자인한다. 대게 첫 번째 단계에서 맞춤 제작을 고려하기 전에 기성 광학 제품을 활용할 수 있다는 가능성을 간과하는 실수를 범한다. 기성 광학 제품을 적용할 수 있다면, 디자이너들은 위험 부담 감소와 비용 절감 효과를 가질 수 있을 뿐만 아니라, 광학 제품을 시장에 내놓기까지의 소요되는 시간까지도 절약할 수 있다. 이 글을 통해 에드몬드옵틱스가 제공하는 기성 광학 제품 통합의 활용사례에 대해 알아본다.
회를 거듭할수록, 제품 엔지니어들은 시스템의 개념 입증과 프로토타입에 필요한 기성 광학의 성능을 향상해 나아가며 광학 기기의 역량을 빠르게 확인할 수 있다. 단, 디자인 셋업 준비 단계에서 이러한 기성 광학 제품의 사용을 제한할 필요는 없다. 대량 제작 단계에서도 최신 광학 및 기성 광학 부품들을 충분히 결합해서 이용할 수 있기 때문이다. 기성 광학으로 제작되는 시스템은 막강한 맞춤 제조 역량을 지닐 수 있다. 이에 대한 예로 기성 광학을 이용해 제작된 Annidis Corporation사의 Retinal Health Assessment (RHA™) Instrument 장비를 들 수 있다.
임상적 실험 연구의 관한 해석
캐나다 오타와 대학교 안과 학회 소속 오타와 보건 연구진 및 몬트리올 대학교 검안 학과 연구진은 매우 흥미로운 연구 조사를 통해 주목할 만한 임상 결과를 발표했다. 이 실험을 통해 연구진들이 찾아낸 내용은 인간의 눈이 갖고 있는 다양한 질병과 질환이 특정 스펙트럼 영역 내에서 구체적인 특징들을 보여준다는 사실이다. 즉, 이는 기존의 망막 촬영 영상 기법이 안과적 질환의 존재 자체를 보여주는 것이 불가능했더라도, 실제 협폭의 파장에서 촬영된 이미지 상에서는 망막 변성이나 기타 질환의 징후를 발견할 수 있다는 가능성을 보여준다. 통상적으로 연구 조사에 있어서, 단 한 가지의 기기만이 허용되지만 이는 임상 연구에 있어서 효과적인 방법이 아니다. 따라서 Annidis Corporation사는 임상 실험 시 다양한 기기를 적용하여 연구를 진행해왔다.
안구의 후부에 위치한 망막은 다양한 층으로 이루어진 복잡한 구조체로서 뇌로 전기적 신호를 보내고 빛을 감지하는 광수용체 세포들로 구성되어있다. 뿐만 아니라, 매우 얇은 혈관성 조직막인 맥락막 위에 망막이 존재하며, 이러한 맥락막은 공막 위에 차례로 형성되어, 안구를 에워싸는 조직이 된다.
안과 전문의들은 안저 카메라를 이용해 안구를 검사하여 눈의 질환이나 변성 징후를 찾아낸다. 이러한 안저 카메라는 안구 후부의 이미지를 촬영하지만, 추가적인 선별 검사가 필요하다는 제약이 따를 수 있다. 만약, 다양한 층으로 이루어진 눈을 알루미늄 호일 위에 있는 여러 장의 판지와 이를 뒤덮는 플라스틱 랩으로 간주한다면, 안저 카메라가 측정하는 이미지는 플라스틱 랩 혹은 판지의 윗면 정도만 살짝 보여주는 것과 다름이 없다. 알루미늄 호일에 주름이 존재하더라도, 최상단 층에 영향을 줄 정도로 주름이 매우 크지 않은 이상 카메라에 포착되지 않는다. 즉, 안구 검사에 있어서 더욱 깊은 층에 존재하는 문제점들은 감지해내기가 훨씬 더 어려움을 의미한다.
Multi-spectral imaging(MSI)은 안구 내의 여러 층을 따로 분리해내는 방식이다. 층의 하단부에 주름이 있을 경우 MSI는 상단부에 영향이 미치기 이전에 원거리에서 이를 포착할 수 있다. Annidis사의 기기는 즉각 사용이 가능한 장비로서 최대 12개의 파장 범위에서 이미지를 측정하여, 망막과 맥락막의 해부학적 특징들을 캡처한다. RHA는 520 ~ 940㎚의 LED 광원을 이용해 안구에 빛을 밝혀주며, 더 나아가 공간 필터와 스펙트럼 필터는 빔의 조정을 통해 관심 영역에 있는 해부학적 특징들을 좀 더 강조해서 보여준다.
임상 기기 활용 방안
2007년에 설립된 Annidis사는 안과 중심의 제품과 서비스를 통한 건강관리 체계 향상과 전문화된 검사, 감지, 진단, 치료를 돕고 안질환을 관리하는 데 목표를 두고 있다. 의료 장비 구축을 원하는 신생 기업의 주요 질문들은 다음과 같다.
- 연구 결과를 유용한 임상 데이터로 활용할 수 있는가?
- 복잡하면서도 특수한 기기 장치를 외과용이나 수술용 자동 기기 장치로 변환할 수 있는가?
- 의사들이 임상적으로 활용할 수 있는 방안이 존재하는가?
- 고객이 구매할 수 있는 가격대에 기기 생산이 가능하며, 구매 시 수익 창출 안이 마련되어 있는가?
위의 질문에 대한 답변은 기기 제조 및 이를 임상 작업에 활용하는 방안에 달려있다. 환자, 임상의, 투자자 모두 다 이에 대한 답안을 원할 것이며, 위와 같은 제품이 빠른 시일 내에 출시되기를 바랄 것이다. 이러한 요구를 충족시키기 위해 Annidis사가 에드몬드옵틱스의 손을 잡은 것이다.
Annidis사는 연구용 프로토타입 개발 시, 세계 최대 규모의 기성 광학 부품 공급 업체인 에드몬드 옵틱스의 위상을 활용했다. 신규 광학 부품 제조 혹은 기성 광학 부품의 향상을 위해 통상적으로 에드몬드옵틱스가 수행하는 미세 조정 작업 덕분에 우수한 디자인 및 성능의 기기 개발이 가능하여, Annidis사는 에드몬드옵틱스로부터 이미징 렌즈 및 기타 광학 부품들을 여러 번 구매했다. Annidis사의 다음 목표는 좀 더 특수한 광학 제품을 시장에 내놓는 것이다.
Annidis 사는 가능한 기성 광학 부품을 활용해 이를 신형 모델에 적용하는 개발 작업을 지속적으로 연구함과 동시에 고객이 원하는 시스템의 요건을 만족하는 기성 광학 부품의 공급이 어려울 경우를 대비해 맞춤형 설계를 활용하는 방안 또한 마련해왔다. 이러한 방안은 Annidis와 에드몬드옵틱스 두 기업에게 위험 부담을 줄여주고, 양산 공정에서 직면하게 되는 여러 가지 문제점들을 해결해줄 뿐만 아니라, 다양한 기성 광학의 활용으로 납품 기한을 단축시켜준다. 이외에도, 고객이 비표준 글래스 소재를 이용해 맞춤 제작 렌즈를 원할 경우, 납기일이 4 ~ 6주 정도 연장될 수 있다. 이유는 특수 소재 사용에 따라 광학 재질의 특성상 제조 과정이 추가되어, 제작 공정 시간이 더 길어지기 때문이다. 또한, 기성 광학 제조 시 반복적 도입 및 공정이 가능하기 때문에 부품의 비용을 절감할 수 있다.
따라서, 여러 종류의 기성 광학 부품을 활용해 제품을 설계함으로써, 납품 기한이 단축되고, 제품의 단가가 감소하게 된다. 결과적으로 위와 같은 과정으로 인해 제품의 출하시기를 앞당길 수가 있는 것이다.
성능의 중요성
생산 및 공급 과정에서 비용을 낮추고 단계를 간소화하는 절차가 제품의 성능 간과를 의미하는 것만은 아니다. 고객에게 공급이 불가능한 제품을 생산 중이라면, 비용과 단가의 효율성은 아무런 의미가 없다. 그렇다면, Annidis사의 RHA 성능은 어떤지 살펴보자.
RHA 장비는 망막과 맥락막 내부의 다층 이미지를 측정하기 때문에 안과 전문의들에게 매우 중요한 도구로 인식되어 왔다. 출판 업계는 “MSI를 이용해 황반 변성과 관련된 멜라닌 파괴 현상을 어떠한 방해 없이 비침습성 방식으로 직접 관찰이 가능하다. Multispectral imaging은 기존의 검진이나 영상 촬영에서 쉽게 발견되지 않은 신경섬유종증 비악성 1형인 맥락막의 변성을 감지해낸다. 그리고 Multi spectral imaging은 PCV [Polypoidal Choroidal Vasculopathy] 진단 시 비외과적이면서도 간단하고 효율적인 방식을 통해 과반사적 폴립을 뚜렷이 분별해 준다.”고 설명한다.
기성 광학 제품이 고객의 요건에 적합하지 않을 경우, 우수한 대안으로서 완전 맞춤 혹은 반 맞춤형 부품과의 설계 방식이 있다. 실제, 에드몬드옵틱스는 차세대 디자인을 위해 Annidis사를 지원 중 에 있으며, RHA 기기의 새 버전은 custom filter와 asphere 부품을 포함할 수 있기 때문에, 더욱 소형화된 패키지로 장비 제작이 가능할 것으로 예상된다.
기성 광학을 활용해 온 Annidis사는 다중 스펙트럼 영상 처리 장비를 생산하여, 망막 병리 검사와 진단 분야에서 우수한 임상적 가치를 제공해왔다. 광학 설계 엔지니어들은 신규 광학 제품 생산 시, 위처럼 기성 광학 제품을 활용한 방식을 채택하여 예산 범위를 벗어나지 않으면서도 기술 개발의 위험 부담은 줄이고, 빠른 시일 내에 제품을 시장에 소개하고자 노력하고 있다.
자료제공 | 에드몬드옵틱스(www.edmundoptics.com)
