KISTI의 과학향기

2.3초 안에 망막의 모든 영역을 3차원 고해상도로 이미징할 수 있는 기술이 나왔다. KAIST 기계공학과/KI헬스사이언스연구소 오왕열 교수팀은 세계 최초로 사람 망막의 넓은 영역에서 초점 위치뿐만 아니라 초점에서 벗어난 위치에서도 세포 수준 고해상도 이미징이 가능한 기술을 개발했다.

 

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 빠르게 변화하는 광학적인 왜곡의 영향을 줄여 광학 하드웨어의 성능을 보정하는 적응광학(adaptive optics) 방법이 개발돼왔다.

 

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

 

연구팀은 이 영상 데이터에 있는 수차와 초점에서 벗어나 영상이 흐려지는 디포커싱(defocusing)을 계산을 통해 제거하고, 3차원 망막 영상을 한 번에 얻는 기술을 개발해 이러한 한계를 극복했다. 또 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 양(이미지를 구성하는 픽셀 수)이 커지기 때문에, 초고속으로 3차원 영상 데이터를 획득할 수 있는 기술이 필수적이며, 이에 따라 초고속 위상안정 3차원 이미징 시스템이 반드시 필요하다”고 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 제공했다. 덕분에 3mm x 3mm 에 걸친 사람 망막의 3차원 영역을 세포 수준으로 촘촘하게 이미징한 위상안정 영상 데이터(약 100억 개의 3차원 화소(픽셀)로 구성)를 2.3초 만에 획득할 수 있게 했다. 

 

오교수는 “망막의 다양한 깊이와 위치에 존재하는 망막 신경섬유층, 광수용세포층 등 여러 층의 미세구조를 모두 세포수준의 해상도로 보여줄 수 있어, 실제 망막질환 임상 및 연구 현장에서 매우 유용하게 사용될 것” 이라고 강한 기대를 보였다.

 

이번 연구 결과는 융합연구분야 선도 저널인 스몰(Small, JIF 15.153) 3월호에 게재됐다.