미시간 대학교의 연구 개발
U-M, R&D에 Phoenix 제품군 활용
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미시간대학교(U-M)는 건강 결과 연구부터 임플란트의 품질을 개선하기 위한 연구까지 다양한 연구를 수행합니다. 이 대학 의과대학의 광범위한 연구 사업은 부분적으로는 연구 부학장인 칼 젭슨 박사가 감독하고 있습니다. U-M 정형외과 교수이기도 한 그는 골격계가 성장 과정에서 기능을 확립하고 노화 과정에서 기능을 유지하여 골다공증부터 척추측만증, 소아 취약성, 스트레스 골절 등 뼈의 취약성을 예방하는 방법을 더 잘 이해하는 것을 연구소의 중점 분야 중 하나로 삼고 있습니다. 젭슨 박사는 자체 연구 외에도 연구소의 시설, 장비 및 전문 지식을 광범위한 연구 커뮤니티에 서비스로 제공하고 있습니다. 협력 파트너로는 하버드, 예일, 오하이오 주립대 같은 다른 의료 및 연구 기관뿐만 아니라 미국 국방부도 포함됩니다.
이 연구의 거의 대부분(95%)이 생체 외에서 이루어지기 때문에 더 높은 해상도를 위해 더 높은 킬로볼트에서 마이크로CT와 나노CT 기술을 사용할 수 있습니다. 뼈와 기타 광물 조직을 스캔하는 전통적인 CT 기술 사용을 넘어, 현재 연구 노력은 5마이크론 이하의 작은 관심 영역에서 더 세밀한 검출이 필요한 연조직과 혈관을 연구하는 데도 CT를 활용하고 있습니다. 이처럼 전반적으로 매우 광범위한 U-M의 연구에는 연구실 자체의 다양한 과제와 요구 사항을 신속하게 수용할 수 있는 유연한 분석 장비와 방법이 필요합니다.
간단히 말해, 이 대학의 연구용 CT 연구실이 직면하고 있는 세 가지 주요 과제는 다음과 같습니다:
- 짧은 시간 내에 스캔해야 하는 많은 양의 샘플
- 동일한 장비로 처리해야 하는 다양한 분석 요구 사항
- 필요한 인사이트를 얻기 위해 높은 디테일 검출 능력이 필요한 복잡한 샘플
이러한 문제를 해결하기 위해 칼 젭슨은 오랫동안 자신의 연구실에 Waygate Technologies의 CT 시스템을 구축해 왔습니다.
"우리는 발견 연구의 한계를 뛰어넘고 연방 기금을 받기 위해 경쟁할 수 있도록 최첨단 장비에 발맞춰야 하며, 이것이 우리가 기업을 크게 지원하는 방식입니다. 이를 위해서는 대량의 샘플을 처리할 수 있는 능력과 높은 디테일 검출 능력, 나노 포커스부터 마이크로 포커스 CT까지 다양한 투과력을 결합하여 주어진 작업에 유연하게 대응할 수 있는 CT 시스템이 매우 중요합니다. 웨이게이트 테크놀로지스의 Phoenix CT 시스템에서 그 해답을 찾았습니다."
최고 해상도 이미지를 빠르게 획득하고 다른 연구 그룹과 경쟁하기 위해 칼 젭슨의 연구팀은 2005년 출시된 피닉스 나노톰 S와 나노톰 M을 도입했습니다. 피닉스 나노톰 S는 최초의 나노CT® 연구 시스템입니다. 더 중요한 것은 피닉스 제품 라인의 nanoCT® 기술이 새로운 탐구 영역을 열었다는 점입니다. 뼈와 임플란트를 넘어 혈관이나 심장 조직과 같은 부드러운 비광물성 조직을 검사하는 분야로 옮겨가고 있습니다. 그러나 큰 뼈와 같이 흡수율이 높은 시료를 위한 일반 마이크로CT는 이미징이 6미크론 이하로 내려갈 수 없기 때문에 흡수율이 낮은 작은 시료도 유연하게 스캔하여 그 안의 작은 구조를 정량화할 수 있는 최고의 세부 검출 능력을 원하는 연구자에게는 충분하지 않습니다. 피닉스 나노톰 M은 더 넓은 시료와 적용 범위를 위한 더 높은 유연성과 훨씬 더 나은 공간 및 대비 해상도를 위해 더욱 최적화되었습니다. 두 시스템에 모두 배치된 180kV/20W X-선 튜브는 나노CT부터 고출력 마이크로CT까지 다양한 작동 모드를 제공합니다.
웨이게이트 테크놀로지스의 나노CT 시스템의 최대 200나노미터의 뛰어난 디테일 검출 능력은 전통적인 연구 및 샘플에서도 유용합니다. 예를 들어, U-M이 뼈 성장에 대해 수행하는 소아과 연구에서 출생 후 작은 쥐 뼈의 최첨단 마이크로CT 스캔은 정량화 가능한 이미지를 제공하지 못했습니다. 하지만 피닉스 나노톰 M을 통해 연구자들은 출생 직후부터 뼈를 정량화할 수 있었습니다.
칼 젭슨은 나노포커스 X-선 튜브의 다양한 이점을 발견했습니다: "같은 해상도의 이미지를 보더라도 마이크로CT 시스템과 나노톰의 품질 차이는 밤낮이 바뀝니다. 그렇기 때문에 현장의 다른 조사관들은 이 기술의 가치에 대한 추가 교육이 필요합니다. 낮은 해상도에서도 훨씬 더 향상된 특징 검출이 가능합니다."
골다공증에 대한 그의 연구에서는 나이에 따른 다공성을 살펴보는 것이 핵심입니다. 이 측면에서 필요한 통찰력을 얻으려면 연구실에서는 사람의 근위 대퇴골을 한 장의 이미지로 살펴봐야 합니다. 웨이게이트 테크놀로지스의 나노톰 또는 V|tome|x를 사용하면 사람의 대퇴골 단면을 5~10미크론으로 이미지화할 수 있습니다. 이러한 이미지의 고해상도 품질은 새로운 통찰력을 제공하고 연구원들이 새로운 후속 질문을 할 수 있게 하여 연구를 진전시키고 새로운 연구비를 확보할 수 있게 해줍니다.
마찬가지로 척추측만증에 대한 연구실에서는 3~4년 동안 안정화를 위해 어린이와 청소년에게 이식한 임플란트 막대를 조사합니다. 이 막대는 아이들의 성장하는 뼈 구조에 노출되기 때문에 파편이 쌓일 수 있다는 우려가 있습니다. 따라서 임플란트의 경우 비침습적으로 검사하여 이물질이 임플란트를 개봉하여 발생한 것이 아닌지 확인하는 것이 중요합니다. 최고의 영상 품질을 위한 고해상도 CT, 나노CT 기술은 이를 가능하게 합니다.
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뛰어난 디텍터 및 이미징 기술은 U-M의 또 다른 과제를 해결할 수 있습니다: 볼륨. 예를 들어 전체 대퇴골 단면을 스캔하는 데는 일반적으로 4~8시간이 걸립니다. 예를 들어, Phoenix V|tome|x M을 사용하면 스캔 시간을 1~2시간 이내로 단축할 수 있습니다. 연조직의 경우 스캔 시간은 일반적으로 훨씬 더 길고 진동이나 열 움직임으로 인해 해상도가 떨어지지 않도록 최대 46시간의 스캔 시간 동안 고정 장치를 안정적으로 유지하는 것이 어렵기 때문에 시간이 매우 중요합니다. 이처럼 미세한 모션 블러를 피할 수 없는 경우, 높은 출력과 해상도, 높은 동적 감지기가 핵심입니다.
특히 계약 비즈니스를 고려할 때 대량의 서비스는 직접적인 수익으로 이어집니다. 용량이 증가하면 외부 연구자에게 더 많은 대량 서비스를 제공하고 더 많은 수입을 창출할 수 있습니다. "플러그 앤 처그 서비스"에 대한 수요도 높습니다. "사람들은 200개의 뼈를 가지고 와서 내일까지 스캔하기를 원합니다."라고 젭슨은 말합니다. 빠른 속도로 필요한 품질을 얻는 것이야말로 젭센이 말하는 "연구의 성배"입니다. U-M 연구실이 원하는 솔루션은 버튼 하나만 누르면 교체할 수 있는 두 개의 X-선 튜브가 포함된 Waygate Technologies의 Phoenix V|tome|x M입니다: 최고 해상도 스캔의 경우 나노톰과 같은 180kV/20W 나노 포커스 튜브를, 더 크거나 흡수율이 높은 샘플의 고출력 마이크로CT 스캔의 경우 300kV/500W 마이크로 포커스 X-선 튜브를 사용합니다: "이 듀얼 튜브 조합을 사용하면 이식편에 적합한 마이크로CT를 모두 사용할 수 있고, 5미크론까지 내려가야 하는 혈관 연구를 위해 나노초점 튜브로 전환할 수 있습니다.