연구성과

기계 김기현 교수팀, 안구건조증 환자를 위한 비침습 결막 술잔세포 검사법 제시

2022-03-22 109

[김기현 교수팀, 비침습 고속 결막 술잔세포 영상장비 개발]

안구 표면에 점액을 분비하는 결막 술잔세포(conjunctival goblet cells)는 눈물막(tear film)의 뮤신층을 형성하고 눈물막을 유지하는 역할을 한다. 결막 술잔세포의 기능 저하 및 사멸은 눈물막의 불안정성을 야기하며 염증을 유발해 안구건조증 등 다양한 안구 표면 질환을 일으키거나 악화시킨다. 그래서 결막 술잔세포 검사는 안구 표면질환 진단과 치료에 중요한데, 지금까지는 이를 비침습적으로 검사하는 방법이 없었다.

기계공학과 김기현 교수·박사과정 이중빈 씨·통합과정 김성한 씨 연구팀은 경북대학교 안과 김홍균·손병재 교수, 서울대병원 안과 윤창호 교수와 함께 안구건조증 환자에서 결막 술잔세포 이상을 검사하기 위한 비침습 고속 영상장비를 개발했다고 보고하였다.

술잔세포 검사의 편의성과 속도를 한층 높인 이 연구성과는 의료영상 분야 국제 학술지 ‘전기전자기술자협회 트랜잭션 온 메디컬 이미징(IEEE Transactions on Medical Imaging)’에 최근 게재됐다.

앞서 연구팀은 2019년에 안과 항생제인 목시플록사신이 술잔세포를 염색한다는 것을 세계 최초로 발견하고 고대비도 형광 영상법을 보고한 바 있다. 이번 연구에서도 안구 표면 질환 환자의 치료·예방에 쓰이는 항생제를 염색물질로 사용, 환자에게도 부담 없이 적용할 수 있도록 했다. 하지만, 기존의 현미경 기술들로는 영상 심도가 낮고 속도가 느려 사람에 대한 결막 술잔세포 영상화는 불가능하였다.

이에 연구팀은 고심도이며 초당 10장 고속 영상화가 가능한 술잔세포 영상화 장치를 개발하였다. 고심도 고속 영상화를 위하여 영상단에 변형 거울(deformable mirror)을 설치하였고 촬영하는 동안 고속으로 초점면을 이동시켜 결막 표면에 있는 술잔세포들의 영상을 획득하였다. 획득한 영상에는 초점이 맞은 술잔세포 영상정보뿐만 아니라 초점에서 벗어난 정보도 함께 포함되어 있는데 디컨볼루션(deconvolution) 영상처리로 초점 맞은 영상 정보만을 추출하였다.

사람의 눈처럼 굴곡이 있는 경우에도 선명하게 촬영할 수 있으며, 전체 촬영 시간도 10초 이내로 빠르게 검사할 수 있다. 연구팀은 장비를 이용해 살아있는 쥐와 토끼 모델에서 대면적 실시간 술잔세포 영상화를 시연하였다.


김기현 교수는 “개발한 고속 영상법은 살아있는 동물 모델에서 흔들림 없이 고선명도 대면적 결막 술잔세포 영상화가 가능하였으며 사람에게도 적용 가능하다”라며 “향후 환자용 검사장치를 개발하고 임상시험을 통해 검증하여 안구건조증을 비롯한 안구 표면질환 환자의 정밀 진단과 치료에 활용될 수 있게 하겠다”고 말했다.


한편, 이 연구는 삼성미래기술육성사업(SRFC-IT2101-05)의 지원을 받아 이뤄졌다.