조영제 없이 혈관 속 혈구 3차원으로 찍는다

KAIST 오왕열 교수 연구팀, "다양한 혈류역학 정보 빠르게 제공"

KAIST(총장 이광형)는 기계공학과 오왕열 교수 연구팀이 복잡한 3차원 혈관구조 안에서 흐르는 혈구들을 조영제 없이 고속으로 이미징하는 기술을 세계 최초로 개발했다고 1일 밝혔다.

장기 건강과 밀접하게 관련된 혈류역학 정보의 정확한 측정과 분석이 가능해지리란 기대다. 

현미경으로 생체를 이미징하면 혈구뿐만 아니라 조직에서 반사 및 산란된 빛이 많아 혈구만 선택적으로 이미징하기는 어렵다. 이번에 개발된 기술은 형광 조영제와 같은 외부 물질을 쓰지 않고, 넓은 3차원 영역에 복잡하게 분포돼 있는 다양한 혈관 내에 흐르는 혈구들을 직접 고속으로 이미징한다. 초당 1천450장의 이미지를 얻을 수 있다. 

(A) 개발한 기술로 이미징한 혈관 안에 흐르는 적혈구들. 넓은 3차원 공간에 분포한 다양한 혈관 안에 흐르는 적혈구들을 이미징하여 얻은 각 혈관 내부 (B) 혈류 속도와 (C) 단위 시간당 흐르는 적혈구 개수. (자료=KAIST)

연구팀은 흐르는 혈구들의 특성을 이용해 고안한 영상처리 방법을 개발해 현미경 이미지로부터 흐르는 혈구들만 영상화하는 데 성공했다. 또 공간적으로 상관성이 없는 조명을 사용해 스페클 노이즈에 의해 혈구가 보이지 않게 되는 것을 막았다. 속도가 빠르면서도 각 픽셀이 한 번에 획득할 수 있는 광량이 큰 카메라를 사용해 고속으로 생체 내 깊은 곳에 있는 흐르는 혈구까지 이미징할 수 있게 됐다.

오왕열 교수는 "다양한 혈관 안의 혈류속도, 단위 시간당 흐르는 혈구 개수 등은 생체를 이용한 바이오메디컬 연구에서 매우 중요한 정보"라며 "새로 개발한 기술은 현장에서의 사용이 매우 편리할 뿐 아니라 정확한 혈류역학 정보를 바로 얻어낼 수 있어, 연구 현장에서 매우 유용하게 사용될 것"이라고 밝혔다. 

이 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐으며, 학술지 '스몰(Small)' 10월호에 게재됐다. 논문 제목은 Direct Blood Cell Flow Imaging in Microvascular Networks 이다.