오왕렬 KAIST 교수팀, 초당 1450장 이미징…국제학술지 '스몰'에 발표
장기 건강과 밀접하게 연결…혈류 정확한 측정·분석 질병연구에 매우 중요
여러 혈관에 흐르는 혈류속도, 단위 시간당 혈구 개수 등 혈류역학 정보 제공
국내 연구진이 복잡한 3차원 혈관구조 안에서 흐르는 혈구들을 조영제 사용 없이 고속으로 이미징하는 기술을 개발했다.
생체 내 미세혈관 안에 흐르는 혈류의 여러 가지 혈류역학 정보는 관련된 장기들의 건강과 밀접하게 연결돼 있기 때문에 혈류의 정확한 측정과 분석은 여러 질병 연구에 매우 중요하다. 가장 좋은 방법은 다양한 혈관들 안에 흐르는 혈구들을 직접 높은 시간해상도로 이미징하는 것이지만, 현재까지 이런 기술이 없어 혈류속도와 상관관계가 있는 다른 값들을 측정해 간접적으로 유추하거나 일부 혈구들을 형광 염색한 후 주입해 이미징하는 방법 등이 사용되고 있다.
오왕렬 KAIST 교수팀(기계공학과/KI헬스사이언스연구소)이 복잡한 3차원 혈관구조 안에서 흐르는 혈구들을 아무런 조영제 사용 없이 고속으로 이미징하는 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.
현미경으로 생체를 이미징하면 혈구뿐만 아니라 조직으로부터도 반사 및 산란된 빛이 많기 때문에 혈구만을 선택적으로 이미징하기 어렵다. 이번에 개발된 기술은 형광 조영제와 같은 외부 물질을 전혀 사용하지 않고 넓은 3차원 영역에 복잡하게 분포돼 있는 다양한 혈관 내에 흐르는 혈구들을 직접 고속으로 이미징했다(초당 1450장의 이미지 획득).
오왕열 교수팀은 흐르는 혈구들의 특성을 이용해 고안한 영상처리 방법 개발을 통해 현미경 이미지로부터 흐르는 혈구들만을 영상화하는 데 성공했다. 또 공간적으로 상관성이 없는 조명을 사용해 스페클 노이즈(반점 잡음)에 의해 혈구가 보이지 않게 되는 것을 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.
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 "당연히, 혈관 안에 다양한 속도로 흐르는 혈구를 직접 이미징할 수 있으면 가장 좋겠지만, 그러한 영상 기기나 방법이 존재하지 않아 혈류속도와 관련있는 도플러 신호 등을 측정해 속도를 추산하거나, 혈장 혹은 일부 혈구를 형광 염색해 형광현미경으로 이미징하는 방법이 주로 사용되고 있었다"고 설명했다.
조영제 없이도 혈구만 고속 영상화가 가능해 연구현장에서 유용하게 사용될 수 있다는 진단이다.
오왕렬 교수는 "새로 개발한 기술은 형광 조영제와 같은 아무런 물질을 생체에 주사하지 않고도, 여러 혈관 안에 흐르는 혈구들만을 고속으로 직접 영상화할 수 있다"라며 "현장 사용이 매우 편리할 뿐 아니라 정확한 혈류역학 정보를 바로 얻어낼 수 있어, 연구 현장에서 매우 유용하게 사용될 것"이라고 강조했다.
KAIST 김경환 학생과 박현상 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 융합연구분야 선도 저널인 <스몰>(Small) 10월호에 게재됐다. 논문 제목은 'Direct Blood Cell Flow Imaging in Microvascular Networks'.
