조영제 없이 혈관 속 혈구 3차원으로 본다… 초당 1450장 속도

오왕열 KAIST 교수 연구진, 국제 학술지 ‘스몰’에 게재

오왕열 KAIST 기계공학과 겸 KI헬스사이언스연구소 교수 연구진이 복잡한 혈관 구조 안의 혈구들을 고속으로 3차원 이미징하는 기술을 개발했다. 사진은 이번에 개발한 기술로 혈관 안에 흐르는 적혈구들을 이미징한 결과./KAIST

국내 연구진이 세계 최초로 복잡한 3차원 혈관구조 안에서 흐르는 혈구들을 조영제를 쓰지 않고도 관찰할 수 있는 기술을 개발했다. 사용이 편리하면서도 정확한 혈류역학 정보를 바로 얻어낼 수 있어 다양한 분야에 적용될 것으로 기대된다.

한국과학기술원(KAIST)은 오왕열 기계공학과 겸 KI헬스사이언스연구소 교수 연구진이 복잡한 혈관 구조 안의 혈구들을 고속으로 3차원 이미징하는 기술을 개발했다고 1일 밝혔다. 연구 결과는 융합연구 분야의 국제 학술지인 ‘스몰(Small)’에 지난달 11일 게재됐다.

생체 내 미세혈관 안에 흐르는 혈류의 여러 가지 혈류역학 정보는 관련된 장기들의 건강과 밀접하게 연결되어 있다. 따라서 혈류의 정확한 측정과 분석은 여러 질병 연구에 중요하다. 그러나 지금까지는 혈관 안에 흐르는 혈구들을 직접 이미징할 기술이 존재하지 않아 혈류속도와 상관관계가 있는 다른 값들을 측정해 간접적으로 유추해 왔다. 또는 혈장이나 일부 혈구들을 형광 염색한 후 주입해 혈류를 살피는 방법도 사용하고 있다. 다만 현미경으로 생체를 이미징하면 혈구뿐 아니라 조직에서도 빛이 반사되거나 산란되기 때문에 혈구만을 선택적으로 관찰하기는 어려웠다.

연구진은 흐르는 혈구들의 특성을 이용해 고안한 영상처리 방법을 개발해 현미경 이미지를 기반으로 흐르는 혈구들을 영상으로 나타내는 데 성공했다. 공간적으로 상관성이 없는 조명을 사용해 반점 잡음에 의해 혈구가 보이지 않는 현상을 막았으며, 속도가 빠르면서도 각 픽셀이 한 번에 획득할 수 있는 광량이 큰 카메라를 사용해 고속으로 생체 내 깊은 곳에 있는 흐르는 혈구까지 이미징할 수 있게 했다.

결과적으로 형광 조영제와 같은 외부 물질을 전혀 사용하지 않고도 3차원 영역에 분포한 다양한 혈관 내에 흐르는 혈구들을 직접 초당 1450장의 이미지를 얻는 속도로 이미징할 수 있었다.

연구를 이끈 오왕열 교수는 “다양한 혈관 안의 혈류속도, 단위 시간당 흐르는 혈구 개수 등은 생체를 이용한 바이오메디컬 연구에서 매우 중요한 정보이기 때문에 오랫동안 많은 연구가 집중돼 왔다”면서 “새로 개발한 기술은 형광 조영제와 같은 아무런 물질을 생체에 주사하지 않고도, 여러 혈관 안에 흐르는 혈구들만을 고속으로 직접 영상화할 수 있어 연구 현장에서 매우 유용하게 사용될 것”이라고 전했다.

참고 자료

Small(2023), DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202302244

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