韓 연구진, 뇌경색 환자 실시간 진단 영상장치 개발

광주과학기술원 정의헌교수팀, 뇌혈류 변화 정량적 측정 시스템 만들어
레이저 광선 조사해 생기는 간섭무늬 분석해 뇌혈류 변화 및 속도 측정 가능

[아시아경제 김봉수 기자] 뇌혈류의 변화와 속도를 정량적으로 측정할 수 있는 광영상 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 뇌졸중 등 혈관질환에 대한 새로운 치료법을 제시할 것으로 기대된다.

광주과학기술원(GIST·지스트)은 정의헌 의생명공학과 교수팀이 레이저 광선을 뇌에 조사해 생기는 간섭무늬(스페클)을 분석해 대뇌 표면에 뇌경색이 발생했을 때 뇌혈류의 변화와 속도를 정량적으로 측정할 수 있는 시스템 개발에 성공했다고 23일 밝혔다.

인간의 뇌는 체질량의 2%에 불과하지만 신체의 산소 및 영양소의 20%를 소비한다. 뇌의 신경이 활성화되는 곳에는 혈류를 증가시켜 산소와 포도당을 원활히 공급한다. 따라서 뇌 혈류의 변화와 속도를 측정하는 것은 대뇌 대사 및 뇌혈관 병리를 이해하는데 매우 중요하다.

기존의 연구 방법에서는 혈류가 이동한 전후의 변화를 볼 수는 있어도 혈류의 속도를 측정하는데 한계가 있었다. 본 연구팀은 이러한 근본적인 문제를 수학적 모델링이나 보정없이 스페클 분석만으로 실시간으로 변화하는 혈류의 속도를 정량적으로 측정할 수 있는 방법을 개발했다. 연구팀은 이를 통해 전임상 허혈성 뇌졸중 모델에서 실시간으로 혈류의 변화를 정량적인 속도지도(velocity map)로 보여줌으로써 혈관질환에 대한 새로운 치료법의 효능을 객관적으로 비교할 수 있었다.

특히 살아있는 생체조직에서 혈관 속 혈구세포들의 실시간 움직임이 레이저 스페클에 반영되는 원리를 활용했다. 스페클을 일종의 입자로 보고, 시공간적인 변화를 분석해 실제 속도장(velocity field)을 정량적으로 구해내는데 성공했다. 이를 위해 극히 짧은 카메라 노출시간이 필요한데 연구진은 광학음향변조기를 이용하여 구현함으로써 동물 질환모델에 응용할 수 있었다.

정 교수는 "이번 연구는 기존 레이저 스페클 영상의 한계를 극복하여 생체혈류 속도를 정량적으로 분석할 수 있는 방법론을 제시했다"며 "앞으로 동물모델에 기반한 뇌졸중 치료법 개발 및 혈관질환 임상연구에 응용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구 결과는 광학분야 학술지인 ‘옵티카(Optica)’에 지난 13일 온라인 게재됐다.