초음파 영상기술은 ‘말초동맥질환(PAD·peripheral artery disease)’ 등 다양한 질환을 진단하는 데 매우 유용한 도구다. 말초동맥질환은 노인들에게 가장 흔한 질병으로, 말초혈관이 막히거나 좁아져 특정 신체 부위에 혈액 공급이 제한되는 질환이다.

실제 초음파 영상기술은 PAD를 진단하는 가장 인기있는 수단 중 하나로, 컴퓨터단층 촬영 혈관조영술, 자기공명 혈관조영술 등 다른 영상기술과 달리 비침습적이고 저렴하며 방사선 노출이 없다는 장점을 지니고 있다.

하지만 대부분 초음파 영상기술은 2D 영상을 실시간으로 캡처하도록 설계되어 있다. 3D 정보를 수집하지 못하면 데이터의 신뢰성이 저하되고, 의사 개개인이 특정 기술을 사용하는 방식에 따라 민감도가 높아진다는 단점을 갖고 있다.

25일(현지 시각) 테크익스플로어 등 매체에 따르면 독일 뮌헨공과대학, 중국 저장대학, 미국 존스홉킨스대학 공동 연구진은 고품질 3D 초음파 이미지를 캡처할 수 있는 새로운 로봇 시스템을 개발했다. 이 로봇 시스템은 의사와 의료 제공자들이 초음파 영상 기술을 사용해 보다 신뢰할 수 있는 해부학적 데이터를 수집할 수 있도록 지원한다. 연구진은 이번 연구 성과를 ‘아카이브(arXiv)’에 발표했다.

기존의 3D 초음파 영상 시스템은 사람의 사지에 관한 전체적인 '동맥 가지(artery tree)'를 캡처할 수 없다. 데이터 수집 프로세스 중에 물체나 사람의 팔다리가 움직이면 수집한 3D 이미지의 품질이 상당히 저하되는 경향이 있다.

연구팀은 이 같은 문제를 해결하기 위해 비전 기반의 로봇 초음파 시스템을 제안했다. 이 시스템은 물체의 움직임을 모니터링하고, 스위프 궤적(sweep trajectory)을 자동으로 업데이트해 3D 합성 이미지를 제공한다.

▲ 로봇시스템의 워크플로우

이 로봇 시스템은 컴퓨터 비전에 기반을 두고 있다. 처음에는 심도카메라를 활용해 검사 중인 물체의 스위프 궤적을 추출하고, 이 스위프 궤적을 사용해 물체의 정상적인 방향을 추정한다. 이어 궤적을 정확히 따라가기 위해 움직임을 모니터링하고, 보정 작업을 진행한다. 마지막으로 단계적인 합성 작업이 이뤄진다.

로봇시스템은 RGB-D 심도카메라, 로봇 매니퓰레이터, CPLA12875 선형 프로브, 초음파B 인터페이스로 구성되어 있으며, 로봇 매니퓰레이터의 움직임은 로봇운영체제(ROS) 기반 시스템으로 제어할 수 있다.

연구진은 시스템의 성능을 평가하기 위해 '젤 기반 혈관 팬텀(gel-based vascular phantom)'을 사용해 수차례 실험을 진행한 결과 검사 대상 물체가 움직이더라도 양호한 품질과 대상 혈관의 3D 영상을 완벽하게 캡처할 수 있다는 것을 확인했다고 밝혔다.