바이오이미징은 세포 수준에서 전체 유기체에 이르기까지 다양한 규모에서 생물학적 구조와 과정을 시각화할 수 있는 다양한 기술을 포괄합니다. 의료 기기의 맥락에서 바이오이미징은 진단 영상, 영상 유도 중재 및 치료 반응 모니터링에 중요한 역할을 합니다. 의료 기기 응용 분야의 기능을 향상시키기 위해 여러 가지 바이오 이미징 방식이 발전하고 있습니다.

자기공명영상(MRI): MRI 기술은 하드웨어, 소프트웨어, 조영제의 발전으로 영상 품질이 향상되고 획득 시간이 빨라지며 조직 특성 분석이 향상되면서 계속 발전하고 있습니다. 생명공학에서는 장치 배포 및 작동 중 실시간 영상 촬영을 위해 MRI 호환 구성 요소를 의료 장치에 통합하려는 노력이 진행 중입니다.
컴퓨터 단층촬영(CT): CT 이미징의 혁신에는 저선량 이미징 기술의 발전, 물질 특성화를 위한 스펙트럼 이미징, 향상된 이미지 품질을 위한 반복적 재구성 알고리즘이 포함됩니다. 이러한 개발은 최소 침습 수술을 위한 소형 CT 호환 장치의 설계를 가능하게 하는 생명공학과 교차하고 있습니다.
초음파 영상: 초음파 기술은 자동화된 영상 해석, 3D 시각화 및 기타 영상 방식과의 융합을 위한 인공지능(AI) 알고리즘으로 강화되고 있습니다. 생명공학에서는 초음파 기반 의료 기기의 이미징 기능을 향상시키기 위해 새로운 변환기 설계 및 신호 처리 기술이 연구되고 있습니다.
광학 이미징: 형광 이미징, 다광자 현미경, 광간섭 단층촬영과 같은 광학 이미징 기술의 발전은 세포 및 세포하 이미징의 개선을 주도하고 있습니다. 소형화된 광학 이미징 프로브와 의료 기기의 통합은 내시경 및 수술 중 이미징에 새로운 지평을 열고 있습니다.

생명공학과의 통합

생체영상 기술과 생명공학의 통합은 향상된 영상화 능력과 기능을 갖춘 첨단 의료기기의 개발을 가속화하고 있습니다. 통합의 주요 영역은 다음과 같습니다.

재료 및 구조: 바이오이미징 기술은 생명공학자가 의료 기기 제조에 사용되는 생체 재료의 특성과 동작을 특성화하는 데 도움을 줍니다. MRI, CT, 현미경과 같은 기술은 구조적 무결성, 생체 적합성 및 재료의 분해 과정에 대한 귀중한 통찰력을 제공하여 의료 기기의 설계 및 최적화를 안내합니다.
장치 추적 및 탐색: 생체 영상 기법, 특히 MRI 및 CT는 신체 내 의료 장치의 실시간 추적 및 탐색에 사용됩니다. 이러한 통합을 통해 카테터, 스텐트, 임플란트 등의 장치를 정확하게 배치할 수 있으며 질병이 있는 조직에 치료제를 표적화하여 전달할 수 있습니다.
바이오 인터페이스 특성화: 바이오 이미징 기술은 인터페이스 수준에서 의료 기기와 생물학적 조직 간의 상호 작용을 평가하는 데 활용됩니다. 여기에는 조직-장치 상호 작용, 이식된 장치에 대한 호스트 반응, 임플란트 주변의 생물학적 장벽 형성 평가가 포함되며, 이는 의료 장치의 성능과 수명을 최적화하는 데 중요합니다.
기능적 이미징 및 감지: 생명 공학 의료 기기에는 바이오 이미징 기술을 통해 가능해진 기능적 이미징 및 감지 기능이 점점 더 통합되고 있습니다. 예를 들어, 생명공학 바이오센서와 미세유체 장치에는 생화학적 과정과 생리학적 매개변수를 실시간으로 모니터링하기 위한 광학 및 초음파 이미징 구성요소가 장착되어 있습니다.

새로운 트렌드와 미래 방향

몇 가지 새로운 트렌드가 생명공학 중심 혁신에 초점을 맞춰 의료기기용 바이오이미징 기술의 미래 환경을 형성하고 있습니다.

다중 모드 이미징: MRI, CT, 광학 이미징과 같은 여러 바이오 이미징 양식을 통합하면 생물학적 구조와 기능에 대한 포괄적이고 보완적인 평가가 가능해집니다. 생명공학자들은 보다 포괄적인 진단 및 중재 기능을 위해 데이터 융합 기술을 활용하여 다양한 영상 기법의 정보를 통합하고 있습니다.
소형화 및 이식형 이미징 장치: 마이크로 및 나노 규모 이미징 기술의 발전으로 신체 내 생리학적 과정을 지속적으로 실시간 모니터링할 수 있는 이식형 바이오이미징 장치의 기반이 마련되었습니다. 생명공학자들은 최소 침습, 장기 이식형 이미징 장치 개발을 가능하게 하는 새로운 제조 기술과 생체 적합성 재료를 탐구하고 있습니다.
AI 및 기계 학습: AI 및 기계 학습 알고리즘과 바이오 이미징 기술의 통합은 의료 기기의 진단 및 예측 기능을 향상시킵니다. 생명공학자들은 자동화된 질병 진단, 치료 계획 및 맞춤형 환자 관리를 지원할 수 있는 AI 기반 이미징 시스템을 개발하고 있습니다.
현장 진료 영상(Point-of-Care Imaging): 생명 공학적 노력은 생체 영상 기술을 현장 의료 기기에 통합하여 기존 영상 시설 외부의 임상 환경에서 신속하고 정확한 진단 영상을 구현하는 데 중점을 두고 있습니다. 이러한 추세는 다양한 의료 응용 분야를 위한 휴대용 및 병상 이미징 솔루션에 대한 수요 증가와 일치합니다.

결론

바이오 이미징 기술, 생명 공학 및 의료 기기 간의 시너지 효과로 인해 진단, 중재 및 모니터링 기능이 전례 없이 발전하고 있습니다. 최첨단 바이오이미징 방식과 생명 공학 의료 기기의 통합은 환자 결과를 개선하고, 맞춤형 의학을 가능하게 하며, 의료 진단 및 치료의 경계를 넓힐 수 있는 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다.

주제

바이오센서 및 바이오계측의 기초