연구 배경
이런 분들이 있습니다. 평소 걸어 다닐 때는 무릎도 아프고 허리도 아픕니다. 병원에 가서 단층촬영을 하거나 엑스레이촬영을 해도 특별한 이상이 없습니다. 많은 관절 질환들은 관절이 힘을 받으며 움직이는 동안 불안정해져서, 관절 주위 연조직에 무리한 하중을 가하고, 통증을 유발하고, 이차적인 퇴행성 질환을 가지고 옵니다. 상지와 하지의 모든 주요 관절에서 동적 불안정성이 나타날 수 있으며 이러한 질환은 정적인 영상검사로는 진단이 불가능합니다. 

연구 목표
보행 중에 관절이 일상적인 하중을 받는 동안, 관절의 엑스선 영상을 두 방향에서 연속으로 촬영하여, 보행 중 관절의 뼈가 움직이는 형상을 3차원 컴퓨터 영상으로 재현하고, 이를 이용하여 동적 불안정성을 수치화하는 기술을 개발하는 것입니다.

연구 내용
보행하는 환자의 관절, 예를 들어 트레드밀 위를 걷고 있는 환자의 무릎을 두 대의 엑스선 영상 장비가 환자의 좌우에서 따라가며 무릎의 엑스선 영상을 연속으로 촬영합니다. 여기에 사용하는 엑스선은 펄스로 조사하기 때문에 환자가 받는 엑스선 피폭량은 단층촬영(CT)의 10분의 1 정도입니다. 이 영상을 분석하기 위해서는 뼈의 형상 정보가 필요한데, 뼈들의 형상 데이터베이스를 이용하여 환자의 뼈 형상을 예측하는 기술을 개발합니다. 두 방향에서 촬영한 엑스선 영상을 보면 환자 관절의 뼈들이 움직이는 것이 보이는데, 이 영상들을 3차원 컴퓨터 공간에 위치시키고, 뼈 형상을 두 방향 영상에 맞춥니다. 이때 뼈 형상이 영상에 보이는 환자 뼈 형상에 맞도록 변형이 되며 두 방향 영상에 맞춰집니다. 이 과정을 반복하여 보행하는 동안 촬영한 모든 프레임에 대해, 그리고 관절 모든 뼈들에 대해 형상-영상 정합을 하게 되면, 3차원 관절 운동 형상을 재현할 수 있습니다. 이를 임상의나 환자가 알 수 있는 정보로 가공하기 위하여 관절에 동적 불안정성이 있는 환자가 가지고 있는, 3차원 관절 운동의 특징을 수치화하는 방법을 개발합니다.

필요성
기존의 관절 의료영상 방법(CT, MRI, Radiograph 등)은 정적 영상을 촬영하기 때문에 이 영상을 이용해서는 관절의 동적 상태에서 일어나는 이상 증세를 진단할 수 없습니다. 만성적 관절 질환은 지속적인 비정상적 운동으로 발생하기 때문에 동적 기능을 진단할 수 있는 영상 진단 장비가 필요합니다.

기대 효과
관절의 동적 불안정성을 골격의 운동 영상으로부터 정확하게 정량적으로 측정할 수 있어, 임상의가 관절 질환에 대한 정확한 진단을 내릴 수 있고, 이를 바탕으로 수술을 결정하거나, 치료 방향을 결정할 수 있습니다. 이는 기존에 없었던 새로운 관절 진단 영상 기기로 의료 기술의 고도화 및 새로운 시장 창출이 가능할 것입니다.