일주일에 한두 잔의 술을 몇 차례 마시는 것은 중년 여성의 뼈 건강을 증진시키고, 골다공증 발생 위험을 감소시킬 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 우리 몸에 있는 뼈는 재형성 과장을 거쳐 오래된 뼈조직을 지속적으로 제거하고 또 생성하는 살아있는 조직체이다. 골다공증이 있는 사람의 경우 생성된 뼈조직 보다 많은 뼈조직이 손실된다. 특히 폐경 후 여성은 뼈를 단단하게 해주는 에스트로겐 분비 감소로 인해 이러한 위험에 노출될 가능성이 높다고 연구자들은 밝혔다.
본 논문에서는 X-Ray 영상에서 발 뼈의 골절 영역을 분석 및 진단하기 위한 전단계로서 X-Ray 영상에서 뼈와 피부 영역을 분할하는 방법을 제안한다. 제안된 방법은 X-Ray 영상의 피부 영역과 발 뼈 영역을 분할하기 위해 가우시안 필터를 적용하여 DOG 영상을 생성한다. 그러나 기존의 가우시안 필터는 정적으로 적용되기 때문에 영상을 촬영하는 부위와 각도에 따라 영상의 특성이 달라지는 X-Ray 영상에 적용하기에 부적합하다. 따라서 부위와 각도에 따라 영상의 특성 변화에 민감하지 않는 동적 가우시안 필터를 제안한다. 실험 결과에서는 제안하는 동적 가우시안 필터와 기존의 정적인 가우시안 필터를 각각 적용하여 생성된 DOG 영상에 대해서 발 뼈 영역과 피부 영역을 분할하고, 효율성을 TPR과 특이도로 분석한 결과, 제안된 동적 가우시안 필터를 적용한 방법이 정적 가우시안 필터보다 평균적으로 TPR는 0.12%와 특이도는 평균적으로 0.36%가 개선된 것을 확인하였다.
RP(Rapid Prototyping) 기술은 점점 그 활용범위를 넓혀가는 추세이며, 의료분야에서도 임플란트의 제작등에 RP 기술의 도입이 시도되고 있다. 뼈나 치아 등의 인체부속물들은 속성상 직접 그 형태를 파악하기가 힘들고, 따라서 그 대체물인 임플란트의 제작을 위해 MRI나 CT등의 장비가 사용되고 있다. 의료분야에까지 이르는 RP의 활발한 활용에도 불구하고, 아직 국내에서는 RP에 대한 인식이 부족하고 그 활용에 대한 연구가 거의 없는 상황이다. 본 논문은 MRI, CT등의 2차원 평면데이터로부터 직접 RP 기계의 표준입력화일인 STL 파일을 생성시키기 위한 방법을 제시한다. 그리고 MRI로 스캐닝된 사람의 머리뼈 형상을 삼각메쉬 형태의 STL 파일로 변화하여 RP 기계를 통한 실물 모형 제작이 가능하도록 한 예를 설명하였다.
뼈 나이 평가는 소아 뼈의 골화정도, 내분비선 장애 등을 쉽게 알아 볼 수 있어 소아 방사선 의학에서 자주 사용되는 방법이다. 뼈 나이 평가를 위해서는 골단판과 손마디 뼈의 길이 넓이 등 뼈 정보가 필요하기 때문에 골단판 영역의 추출이 선행되어야 한다. 하지만 골단판의 성장이 많이 진행되어 손마디 뼈 부분과 붙어 있는 경우 골단판 추출이 어려운 점이 있다. 본 논문에서는 골단판 성장 여부와 상관없이 다양한 나이의 디지털 X-ray 영상에서 손가락의 골단판을 추출하는 알고리즘을 제안한다. 손가락 경계선의 레이블링 처리를 이용하여 정확한 손가락 영역을 추출하고 골단판 위치의 통계적 특성을 사용하여 골단판의 후보 지역을 생성한다. 그리고 골단판 영역에서는 손가락 영상의 수직 투영 미분값이 크기 때문에 후보 지역 내에서 수직 투영 미분값의 변화량으로 골단판의 위치를 정확하게 추출한다. 다양한 나이에 대해 실험해 본 결과 제안한 방법은 골단판의 성장 여부와 상관없이 골다판과 손가락 뼈가 붙은 곳에서도 골단판의 통계적 특성을 사용해 정확한 골단판 영역을 추출할 수 있었다.
본 연구의 목적은 일광폐동광산에서 유출되는 산성광산배수(AMD)내의 중금속에 대한 천연물질인 인회석 및 생선뼈의 현장에서의 제거효율을 평가하고 실내실험 견과와 비교하는 것이다. 현장실험 기간은 약 한 달이었으며 유속은 2.53-12.8 l/min 이었다. 현장실험 결과, 중금속 제거율의 경우 실내실험 결과와 유사하게 As, Fe 및 Pb는 인회석 및 생선뼈와 반응한 물 모두 높은 제거율을 보였으며 그 외 Al, Cd, Cu 및 Zn은 생선뼈와 반응한 물이 인회석과 반응한 물보다 높게 나타났다. 특히, 비소의 경우 실내실험 결과와 마찬가지로 비소의 경우 평균제거율이 $84\%$로 생선뼈의 평균제거율 $75\%$보다 높게 나타났다 인회석/생선뼈 및 AMD와 화학반응에 의해 형성된 인산염 침전물의 경우, 인회석 및 AMD와의 반응생성물은 가루형태이나, 생선뼈 및 AMD의 반응생성물은 슬러지 형태를 나타냈다. 기존 연구결과에 의하면 인회석은 광범위한 pH영역에서 광산배수의 침전제로 사용될 수 있고, 생선뼈는 pH가 낮은 고농도로 오염된 AMD에 사용하는 게 타당하다고 생각된다.
갈비뼈 병변 진단 과정은 방사선 전문의가 CT 스캐너를 통해 생성된 2 차원 CT 이미지들을 해석하며 진행된다. 병변의 위치를 파악하고 정확한 진단을 내리기 위해 수백장의 2차원 CT 이미지들이 세밀하게 검토되며 갈비뼈를 분류한다. 본 연구는 이런 노동 집약적 작업의 문제점을 개선시키기 위해 Biaxial Rib Segmentation(BARS)을 제안한다. BARS 는 흉부 CT 볼륨의 관상면과 수평면으로 구성된 2 차원 이미지들을 U-Net 모델에 학습한다. 모델이 산출한 세그멘테이션 마스크들의 조합은 서로 다른 평면의 공간 정보를 보완하며 3 차원 갈비뼈 볼륨을 재건한다. BARS 의 성능은 DSC, Recall, Precision 지표를 사용해 평가하며, DSC 90.29%, Recall 89.74%, Precision 90.72%를 보인다. 향후에는 이를 기반으로 순차적 갈비뼈 레이블링 연구를 진행할 계획이다.
뼈가 왜 고주파 미세자극(low amplitude and high frequency)에 반응하는가를 진동의 공명현상(resonance)을 이용하여 접근해 보았다. 예를 들면 30Hz, $5{\mu}{\epsilon}$ 정도의 진동이 뼈 내 골수 간질액 (bone fluid)의 흐름을 주관하는 미세관(canaliculus) 내벽에 작용할 경우 빔 형태의 구조물들로 연결되어 있는 골세포돌기 세포막 (osteocytic process membrane)은 공명현상에 의해서 $1,000{\mu}{\epsilon}$ 이상으로 증폭된다. 이 결과는 사전조사 형태에 속하며, 향후 (1) 세포실험을 통하여 세포내 신호전달체계변화를 분자생물학적인 방법으로, 그리고 (2) 세포내 골격계에 해당하는 액틴필라멘트의 변화를 공초점 주사 레이져 현미경 (Confocal Laser Scanning Microscope)등의 영상기기의 사용으로 관찰하려고 한다.
화장(火葬) 뼈를 연구하는 것은 당시의 화장 의례와 장례 문화를 확인할 수 있다는 점에서 매우 중요하다. 지금까지 국내에서는 화장 뼈에 대한 연구가 주로 고고학적 맥락을 확인하는 연구를 중심으로 진행되어 왔으며, 최근에는 피장자의 생물학적 정보와 화장 온도 추정 등을 위한 체질인류학적 연구 역시 이루어지고 있다. 본 연구에서는 서울 석촌동 고분군에서 출토된 화장 뼈에 분광학적 분석 방법을 적용하여 피장자들이 화장되었는지 여부와 화장 온도에 대한 과학적 근거를 제시하였다. 한성백제박물관이 발굴조사를 실시한 서울 석촌동 고분군에서는 대규모 연접식 적석총이 발견되었고, 이 중 매장의례부에서 백제시대 옛사람 뼈가 출토되었다. 화장 뼈가 발견된 유구 내에서 불의 흔적은 없었고 외부에서 화장 후 유물과 함께 퇴적된 것으로 추정된다. 본 연구에서는 이 중 뼈의 표면 색상에 따라 4점을 선별하여 X-선 회절 분석(XRD)과 적외선 분광 분석(FT-IR)을 수행하였다. 분석 결과 석촌동 화장 뼈 4점은 모두 화장되었다는 것을 확인할 수 있었으며, XRD를 이용한 결정화지수를 통해 700℃ 이상의 온도에서 화장된 것으로 확인되었다. FT-IR 분석 결과 역시 석촌동 화장 뼈 4점 모두 700℃ 이상 1,000℃ 이하의 온도에서 화장된 것으로 확인되었는데, 이는 700℃에서 생성되는 적외선 흡수 피크가 관찰되었고 뼈가 1,000℃ 이상을 경험하였을 때 생성되는 변화가 발견되지 않았기 때문이다. 당시에 이렇게 고온으로 화장하는 것은 큰 노력이 필요했기 때문에 석촌동 고분군 피장자 집단이 백제시대에 매우 중요한 위치였을 것이라 추정할 수 있다. 본 연구는 국내 유적에는 처음으로 XRD와 FT-IR 분석을 적용하여 화장 여부와 화장 온도에 대한 근거를 제시하였다는 점에서 큰 의미가 있으며, 당시 화장 의례 등 장례 문화 복원에도 핵심적인 증거가 될 것이라 기대된다.
유한 요소 해석을 위해서는 형상과 경계, 하중 조건 그리고 물성을 결정하여야 한다. 그러나 살아 있는 인체에 대해서는 실험이 어렵기 때문에 정확한 형상과 물성을 얻기가 매우 어렵다. 본 논문에서는 한국인 표준체형을 가진 젊은 남성의 생체 자기 공명 영상(MRI : magnetic resonance imaging)을 이용하여 내부 장기를 38가지로 구역화 하고 이것을 이용하여 정밀 유한 요소 모델을 만들었다. 또한 인체를 이루고 있는 다양한 물질들 가운데 뼈에 대한 물성을 얻기 위한 연구를 시행하였다. 인체 뼈의 이방성을 표현할 수 있는 물성을 얻기 위해 성인 남성과 여성의 사체에서 얻은 대퇴골두 시편을 RUS(resonant ultrasound spectroscopy)를 사용하여 탄성 계수 행렬을 얻을 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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