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연세대 윤경호 교수팀, 뇌 자극 치료 시각화로 안정성 더한 ‘tFUSFormer’ 개발


  • 강규수 기자

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    입력 : 2024-05-21 19:24:16

    ▲2024.05.21-연세대 윤경호 교수팀, 뇌 자극 치료 시각화로 안정성 더한 (tFUSFormer) 개발 [표 설명]=tFUSFormer 흐름도. 1) 경두개 집중 초음파 전파를 위한 변환기 배치 2) 수치 시뮬레이션 데이터 생성과 함께 실험적 검증 3) 후속 네트워크 교육 및 응용. ©연세대학교

    연세대학교(총장 윤동섭) 이과대학 수학계산학부(계산과학공학) 윤경호 교수 연구팀이 하버드의대와 공동연구를 통해 경두개 집속초음파(tFUS)를 이용한 뇌 자극 치료에서, 기기 사용자에게 체내 초음파 전달 상황을 보여주는 인공지능 기술을 개발했다고 최근 밝혔다.

    경두개 집속초음파는 뇌의 특정 영역에 초음파를 집중시켜 자극을 가하는 방식을 취하며, 이러한 방식은 치매, 뇌암, 간질, 파킨슨병 등 다양한 뇌 질환의 비침습적 치료를 가능하게 해 뇌 자극 치료 분야에서 주목받고 있다.

    반면에 두개골 외의 부분으로 초음파가 전달되는 의료사고가 발생할 수 있기 때문에 집속초음파의 전달 상황을 모니터링하는 것이 중요하다.

    윤경호 교수 연구팀은 초음파에 의해 생성된 두개골 내부 압력장을 정밀하게 시각화해 집속초음파의 전달 상황을 실시간으로 보여주는 ‘tFUSFormer’라는 새로운 초해상도(SR) 트랜스포머 모델을 개발했다.

    ▲2024.05.21-연세대 윤경호 교수팀, 뇌 자극 치료 시각화로 안정성 더한 (tFUSFormer) 개발 [사진 좌측부터]=연세대 윤경호 교수, 신민우 박사, 서민지 석박통합과정생 ©연세대학교

    연구 결과에 따르면, ‘tFUSFormer’는 학습에 사용된 두개골 CT 데이터 조건에서 약 91%의 초음파 초점 영역의 위치를 정확하게 예측할 수 있었으며, 새로운 데이터 조건에서도 약 87%의 높은 정확도를 보였다.

    이번 연구는 경두개 초음파 전달 현상을 수리 모델링과 계산과학 기술을 통해 인공지능 모델에 학습시킨 독창적인 연구로 평가받는다.

    한편, 이번 연구는 논문 제목'tFUSFormer: Physics-guided super-resolution Transformer for simulation of transcranial focused ultrasound propagation in brain stimulation'으로 수학 및 계산 생물학 분야 저널인 ‘IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics’에 게재됐다.


    베타뉴스 강규수 기자 ()
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