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[2024. 5. 20.] 연세대 윤경호 교수팀, 뇌 자극 치료 위한 인공지능 기술 개발 2024.05.20

신촌 홍보팀

연세대 윤경호 교수팀, 뇌 자극 치료 위한 인공지능 기술 개발

- 초음파 초점 영역 정확하게 예측, 전달 상황 실시간 모니터링 -

- 경두개 집속초음파의 치료 효과 및 안전성 향상 -

이과대학 수학계산학부(계산과학공학) 윤경호 교수 연구팀이 하버드의대와 공동연구를 통해 경두개 집속초음파(tFUS)를 이용한 뇌 자극 치료 시, 기기 사용자에게 체내 초음파 전달 상황을 신속하게 보여주는 인공지능 기술을 개발했다.

경두개 집속초음파는 뇌의 특정 영역에 초음파를 집중시키는 방식으로 자극을 가한다. 이러한 방식은 치매, 뇌암, 간질, 파킨슨병 등 다양한 뇌 질환의 비침습적 치료를 가능하게 해 뇌 자극 치료 분야에서 큰 주목을 받고 있다.

그러나 두개골을 넘어 뇌 내부로 초음파를 전달하는 과정에서 반사, 굴절 등의 큰 왜곡이 발생해 의도하지 않은 뇌 영역을 자극하게 되는 의료사고가 발생할 수 있다. 이러한 이유로 집속초음파의 전달 상황을 모니터링하는 것은 매우 중요하다.

윤경호 교수 연구팀은 tFUSFormer라는 새로운 초해상도(SR) 트랜스포머 모델을 개발했다. 이 모델은 초음파에 의해 생성된 두개골 내부 압력장을 정밀하게 시각화해 집속초음파의 전달 상황을 실시간으로 보여준다.

연구 결과에 따르면, tFUSFormer는 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.

윤경호 교수는 “집속초음파 치료를 넘어 환자 맞춤형 정밀 치료를 위한 스마트 의료 시스템 개발의 초석이 될 것으로 예상된다.”며, “이번에 개발된 인공지능 기반 치료 보조시스템은 경두개 집속초음파의 치료 효과와 안전성을 향상시켜 다양한 뇌 질환 비침습적 치료를 앞당길 것으로 기대된다.”고 말했다.

이번 연구는 수학 및 계산 생물학 분야 최상위 저널인 IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics에 게재됐다.

붙임 1. 연구자 사진 1장.

2. 논문 대표 이미지 1장. 끝.

(사진 설명)

1. 연세대 윤경호 교수, 신민우 박사, 서민지 석박통합과정생

2. "tFUSFormer"의 흐름도. 1) 경두개 집중 초음파 전파를 위한 변환기 배치, 2) 수치 시뮬레이션 데이터 생성과 함께 실험적 검증, 3) 후속 네트워크 교육 및 응용.

(논문 정보)

논문 제목: tFUSFormer: Physics-guided super-resolution Transformer for simulation of transcranial focused ultrasound propagation in brain stimulation

논문 주소: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10500878

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