3초내 고해상도 망막 이미징 첫 구현

KAIST 오왕열 교수 연구팀 개발

망막의 세포 수준 해상도 이미징 기술은 질병의 조기진단과 망막질환에 대한 이해를 높이기 위해 필수적이다. 하지만 기존 광학 시스템은 망막의 매우 좁은 영역과 단일 초점면에서 세포 수준 고해상도 이미징이 가능했다.

카이스트(KAIST)는 기계공학과/KI헬스사이언스연구소 오왕열(사진) 교수 연구팀이 세계 최초로 사람 망막의 넓은 영역에서 세포 수준 고해상도 이미징이 가능한 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

망막은 안구의 렌즈를 통해 이미징해야 하기 때문에 안구 렌즈의 수차(예, 난시)로 인해 고해상도 이미징이 어렵다. 기존에는 이를 극복하기 위해 안구 렌즈의 수차를 측정하는 광학 하드웨어와 이를 보정해 이미징 광을 주사하는 광학 하드웨어를 사용하는 적응광학 방법이 개발돼왔다.

하지만 이러한 방법은 복잡하고 가격이 비싼 추가의 광학 하드웨어가 필요할 뿐만 아니라, 단일 초점면에서만 고해상도 영상을 얻을 수 있어, 3차원 고해상도 이미지를 얻기 위해서는 초점 위치를 바꿔가며 여러 깊이에서 반복적으로 이미징을 수행해야만 했다.

연구팀은 간단한 일반적인 광학계를 사용해 3차원 망막 영상을 한 번에 얻고, 이 영상 데이터에 존재하는 수차와 초점에서 벗어난 부분에서 영상이 흐려지는 디포커싱을 계산을 통해 제거하는 기술을 개발함으로써 이러한 한계를 극복했다. 또한 초고속 위상안정 3차원 OCT(Optical Coherence Tomography : 광간섭 단층촬영) 시스템을 함께 개발해 전산적 수차 및 디포커싱 제거 기술의 실제 응용 현장에서의 유용성을 확보했다.

오왕열 교수는 “전산적 수차 및 디포커싱 제거 기술이 적용되려면, 망막의 3차원 각 위치에서 산란돼 나온 빛의 세기는 물론 위상 값도 모두 정확히 알아야 한다”며 “넓은 3차원 영역을 고해상도로 이미징하려면 영상 데이터의 양이 매우 커지기 때문에, 초고속으로 3차원 영상 데이터를 획득할 수 있는 기술이 필수적”이라고 설명했다.

새로 개발된 OCT 이미징 시스템은 기존 OCT 기술들의 위상 불안정 문제를 해결하면서도, 현재 가장 빠른 상용 망막 OCT 시스템보다 20배 이상 빠른 이미징 속도를 제공, 3mm x 3mm 에 걸친 사람 망막의 3차원 영역을 세포 수준으로 촘촘하게 이미징한 위상안정 영상 데이터(약 100억 개의 3차원 화소로 구성)를 2.3초 만에 획득할 수 있게 했다.

오 교수는 “현재 병원에서 사용되는 망막 OCT 시스템과 동일한 간단한 광학계를 사용하면서도, 망막의 다양한 깊이 위치에 존재하는 망막 신경섬유층, 광수용세포층 등 여러 층의 미세구조를 모두 세포수준의 해상도로 보여줄 수 있다”며 “실제 망막질환 임상 및 연구 현장에서 매우 유용하게 사용될 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 융합연구분야 국제학술지 ‘스몰(Small)’ 3월호에 게재됐다. 구본혁 기자

nbgkoo@heraldcorp.com