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최종편집2022-12-05 18:44 (월) 기사제보 구독신청
광학기술 심혈관 정밀진단 ‘개척자’ 유홍기 KAIST 교수
광학기술 심혈관 정밀진단 ‘개척자’ 유홍기 KAIST 교수
  • 노철중 기자
  • 승인 2022.04.01 11:14
  • 댓글 0
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‘사망률 1위’ 심혈관 질환, 초정밀 영상기술로 잡아낸다
유홍기 카이스트 기계공학과 교수. KAIST
유홍기 카이스트 기계공학과 교수. <KAIST>

[인사이트코리아=노철중 기자] 사람의 질병을 치료하기 위해서는 먼저 정확한 진단이 필요하다. 진단 의료기기의 발전은 이런 측면에서 인간 생명을 연장하고 건강한 노후의 삶을 보장하는 것과 깊은 연관이 있다. 이미 자기공명영상(MRI), 컴퓨터단층촬영(CT), 초음파 기술이 널리 활용되고 있지만, 여전히 우리 인체 내에는 개척하지 못한 초정밀 진단이 필요한 영역이 남아있다.

광간섭단층촬영기술(OCT)은 빛을 이용해 지금까지 볼 수 없었던 인체 내부를 촬영할 수 있는 기술이다. 1991년 처음 개발돼 주로 안과의 망막 질환 진단에 사용되고 있다. 이후 발전을 거듭해 빛이 접근할 수 있는 우리 몸의 모든 장기를 관찰할 수 있는 수준에 이르렀다. 세계 사망률 1위 질환인 심혈관 질환 진단에도 유용하게 쓰이고 있으며, 최근에는 혈관 내부를 초정밀 관찰하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

유홍기 카이스트(KAIST) 기계공학과 교수는 의광학 분야 전문가로 최근 관상동맥의 형태뿐만 아니라 생화학적 구성성분을 정밀하게 영상화 할 수 있는 ‘OCT-FLIm’ 기술을 개발하고 국제학술지 <JACC-Basicto Translational Science>에 논문 ‘Comprehensive Assessment of High-Risk Plaques by Dual-Modal Imaging Catheter in Coronary Artery’를 게재했다.

유 교수를 비롯한 연구팀은 현재 OCT-FLIm 기술의 임상연구를 진행하고 있으며, 한 기업에 기술이전해 상용화를 위한 노력을 기울이고 있다. 이에 앞서 유 교수는 OCT로 2017년 한국공학한림원의 ‘2025년, 대한민국 이끌 100대 기술과 주역’에 선정된 바 있다. <인사이트코리아>는 지난 3월 24일 유 교수와 서면 인터뷰를 진행해 OCT란 무엇이고 현재 의료 현장에서 어떻게 쓰이며 향후 연구 방향은 어떤지에 대해 이야기를 나눴다.

OCT의 원리에 대한 간단한 설명 부탁드린다.

“OCT(Optical Coherence Tomography)로 불리는 광간섭단층촬영기술은 MRI, CT, 초음파 등 다른 의료영상 기술과 달리 근적외선 대역의 빛을 이용해 몸속의 조직을 들여다보는 기술이다. 다른 의료영상 기술과 비교해 탁월한 해상도를 갖고 있다. 예를 들면 초음파에 비해 대략 10배 정도 해상도가 높아서 훨씬 더 작은 조직의 미세 구조 및 변화를 정밀하게 영상화 할 수 있다. 미세한 조직의 구조 변화를 영상화 할 수 있기 때문에 다른 의료영상 진단기기가 진단할 수 없는 질병들을 정확하게 진단할 수 있는 장점이 있어서 차세대 의료영상 진단기술로 각광받고 있다.”

지금까지 어떤 연구를 진행했나.

“‘Seeing the previously unseen’, 즉 지금까지 볼 수 없었던 것을 볼 수 있도록 해주는 기술을 개발하는 걸 연구의 비전으로 삼고 있다. OCT가 그중 한 가지이고, 공초점 현미경, 3차원 현미경, 형광 분자영상, 멀티모달 영상 등 다양한 광학 영상 기술을 개발하고 있으며, 이를 의료진단이나 산업 측정·검사에 응용하고자 연구를 진행하고 있다. 의료진단 응용에 국한해서 말씀드리자면 특히 심혈관 질환의 진단을 위한 광학 의료영상 기술 개발에 초점을 맞춰 연구하고 있다.”

최근 OCT는 안과, 심장내과, 피부과, 소화기내과, 뇌혈관 관련 수술 등 여러 분야에서 광범위하게 활용되는 것으로 안다. 각 분야에서 실제 상용화는 어느 정도까지 진행됐는지 궁금하다.

“빛이 접근할 수 있는 우리 몸의 모든 장기와 관련된 질환의 진단을 위해 OCT가 광범위하게 응용되고 있다고 보면 된다. 그중에서 가장 활발하게 OCT가 사용되고 있는 분야가 안과와 심장내과다. 안과에서는 망막 질환 진단에서 진가를 발휘하고 있다. 세계적으로 수십 개의 의료기기 업체에서 안과용 OCT를 시판하고 있을 만큼 성공적으로 상용화가 돼 널리 활용되고 있으며, 망막 질환 진단의 표준으로 자리 잡았다. 심장내과 분야에서는 심혈관 질환 진단에 OCT가 상용화됐으며, 국내에서도 대부분의 대학병원에 도입돼 정밀 진단과 치료 가이드를 위해 널리 활용되고 있다. OCT를 이용한 대규모 임상연구도 활발하다. 다른 의료영상 진단기기에 비해 비교적 최근에 도입된 만큼 지속적으로 응용 분야가 확장하고 있다.”

최근 개발한 OCT-FLIm 기술은 심혈관 질환에 특화돼 있는데 어떤 계기로 연구에 착수했고 개발 과정은 어땠나.

“심혈관 질환에 활용되는 OCT 기술은 광섬유를 이용해 얇은 관 형태의 의료기기인 카테터(Catheter) 형태로 만들어진다. 대략 1mm 지름과 1.5m 길이의 의료용 이미징 카테터로 혈관 내에 삽입돼 혈관 내벽과 동맥경화 병변의 형태적 변화를 영상화해 진단에 활용된다. 관상동맥 질환을 유발하는 파열 위험성이 높은 고위험 동맥경화반은 형태적 변화뿐만 아니라 염증의 활성도를 확인하는 게 중요하다.

혈관 OCT는 고위험 동맥경화반의 형태 변화라는 일부 측면만을 영상화할 수 있어 종합적이며 포괄적인 진단에 어려움이 따른다. 반면, FLIm(형광수명영상·Fluorescence Lifetime Imaging)은 생체 조직의 구성성분뿐 아니라 염증의 활성도를 알 수 있는 기술이다. 일반적인 분자 영상 기법과 달리 외부 조영제를 전혀 사용하지 않고도 생화학적 정보와 염증 활성도를 정량적으로 분석할 수 있다.

FLIm 기술이 OCT와 결합할 경우 고위험 동맥경화반을 포괄적으로 영상화해 심혈관 질환을 정밀하게 진단하는데 도움이 될 것이라고 생각했다. 함께 공동연구를 진행한 고려대 구로병원 심장내과의 김진원 선생님 연구팀, KAIST 기계공학과 오왕열 교수님 연구팀과 의기투합해 10년 넘게 혈관용 OCT와 혈관용 OCT-FLIm 기술을 개발해 오고 있다. 전임상 연구를 통해 OCT-FLIm 기술이 관상동맥의 형태 및 생화학적 구성성분을 정밀하게 영상화해 고위험 동맥경화반뿐만 아니라 관상동맥 질환을 종합적으로 진단하는데 큰 도움이 될 수 있음을 밝혀 논문을 출판했다. 최근에는 임상연구를 진행해 저희가 제안한 기술이 임상 진단에 큰 파급효과가 있음을 밝히기 위한 연구를 수행하고 있다.”

심혈관 질환 분야에서 OCT 기술은 어떻게 발전했나.

“OCT 기술이 개발된 건 1991년이다. 이 기술은 안과에서 망막질환 진단을 위한 기술로 각광받으며 발전했고, 2000년대 들어 OCT 기술의 해상도와 속도가 향상되고 광섬유를 이용한 이미징 기술이 발전하면서 심혈관질환 진단을 위한 OCT 기술로 진화·발전했다. 다만, 기술적 난이도가 높을 뿐 아니라 의료기기로서 인허가 과정의 진입장벽으로 세계에서 두 개 정도의 의료기기 업체만 제품을 판매하고 있다. 그만큼 성장 여지가 굉장히 큰 기술이다.

심혈관 질환은 세계적으로 사망률 1위 질환으로 정확하게 진단하고 치료할 수 있는 기술의 발전이 반드시 필요한 질병이다. 혈관용 OCT는 심혈관을 가장 정확하게 이미징할 수 있는 의료영상 기기다. OCT 기술은 심혈관 질환 진단뿐만 아니라, 이를 활용해 새로운 치료 기술의 도입에도 큰 도움을 주고 있다.”

OCT-FLIm 기술 개요도. KAIST
OCT-FLIm 기술 개요도. <KAIST>

심혈관 질환 이외 다른 분야에 OCT를 적용해 본 경험 있나.

“심혈관 질환을 위한 OCT는 카테터 형태의 의료기기다. 이는 관 형태의 기관, 즉 혈관에 삽입해 혈관 내 영상을 얻기 위해서다. 이러한 OCT 기술은 관 형태의 다른 기관에도 쉽게 적용이 가능하다. 식도 질환 진단을 위한 OCT 기술을 개발해 임상시험을 진행한 경험이 있고, 한양대 이비인후과 정재호 선생님과 유스카티오관을 정밀하게 영상화하는 전임상 연구를 수행하기도 했다.”

수많은 기계공학 연구 분야가 있을 텐데 의광학을 선택한 특별한 이유가 있나.

“기계공학의 연구 분야는 무궁무진하게 넓다. 움직이는 모든 것들, 손에 잡히는 모든 물건들이 기계공학과 직접적으로 연관이 있거나 기계공학 생산기술의 결과물로서 만들어진다. 의료기기 또한 세상에 나오기까지 수많은 기계공학자들의 손이 필요하다. 빛을 다루는 다양한 광학기기 또한 그렇다.

우리 눈에 보이는 가시광선뿐 아니라 자외선, 근적외선 등 우리 눈에 보이지 않는 빛 에너지를 이용해 우리가 직접 관찰하기 힘든 작은 구조의 새로운 정보를 찾아내고 보여준다는 측면에서 의광학과 광학 영상 기술이 매력적으로 다가왔다. 제가 개발한 기술이 다른 어떤 영상 기술보다 대상체를 가장 정확하게 관찰할 수 있다는 느낌을 받을 때 큰 희열을 느낀다. 무엇보다도 의광학 분야는 연구를 통해 최종적으로 인류의 건강에 직접 기여할 수 있다는 점에서 큰 보람을 느낄 수 있다.”

기술이전 현황과 성과로 어떤 것들이 있나. 또 의료진과의 협력은 잘 이뤄지고 있나.

“대표적으로 혈관용 OCT-FLIm 기술을 들 수 있다. 이 기술은 수년 전 혈관용 의료기기 전문 벤처기업 ‘도터’에 기술이전을 해 상품화 개발에 주력하고 있다. 지금까지 연구 개발 결과가 매우 성공적이어서 상품을 출시할 경우 심혈관 질환 진단의 패러다임을 바꾸고 세계적인 의료기기 기업으로 성장할 수 있을 것이라는 큰 꿈을 가지고 열심히 노력하고 있다. 물론, 의료기기의 개발은 공학자만의 힘으로는 절대 이룰 수 없고 의료진과의 협력이 필수적이다. 저희 연구팀은 고려대 구로병원 심혈관 내과 김진원 교수 연구팀, KAIST 기계공학과 유홍기·오왕열 교수 연구팀이 주축이 돼 연구를 진행하고 있으며, 도터와 힘을 합쳐 의료기기로 상품화를 적극 추진하고 있다.

정확한 진단은 매우 중요하며 혈관용 OCT-FLIm은 심혈관 질환의 진단에 큰 향상을 가져올 것으로 생각한다. 현재 심혈관 질환 치료는 혈관 내 스텐트(Stent) 삽입 시술, 이상지질혈증 및 고지혈증을 관리할 수 있는 약물치료가 대부분이다. 하지만, 여전히 심혈관 질환은 세계적으로 사망원인 1위에 자리할 만큼 효과적인 치료법의 개발이 필요한 상황이다. 저희 연구팀에서는 중앙대 시스템 생명공학과 박경순 교수님과 공동연구를 진행해 약물을 표적 전달할 수 있는 기술, 국소적으로 치료 효과를 극대화 할 수 있는 광역학 치료 등 적극적인 치료 기술 개발도 진행하고 있다.”

OCT가 현재 의료기기 시장에서 차지하는 비중과 향후 영향력이 어떠할지 궁금하다.

“OCT는 전체 의료기기 시장에서 차지하고 있는 비중은 그리 크다고 볼 수 없다. 다만, 이미 안과에서는 망막질환진단의 표준으로 자리 잡을 만큼 널리 사용되고 있고, 심혈관 진단 기기로 영역을 크게 확대해 나가고 있다. 향후 정밀한 진단이 필요한 다양한 의료 영역에서 OCT의 활용이 확대될 것으로 예상된다.”

향후 추가로 OCT를 적용하고 싶은 질환 분야와 연구 계획이 있다면 말씀 부탁드린다.

“자세히 말씀드릴 수는 없지만 현재 진행하고 있는 혈관용 OCT 및 OCT-FLIm의 성공적인 상용화와 임상시험을 통한 의료 진단의 가치를 입증하는 데 주력할 계획이다.”

향후 연구에 필요하다고 생각하는 정부 정책이 있다면.

“의료기기를 개발한 데 있어 가장 어려운 부분이 무엇이냐고 묻는다면 대다수의 연구 개발진이 인허가 과정이라고 답할 것 같다. 최근 국내 의료기기 벤처기업 중에는 인허가 과정을 국내에서 진행하는 것이 아니라 미국이나 호주, 유럽에서 승인을 받고 역으로 국내에 들여와 사업화를 진행하는 경우가 종종 있다.

그만큼 국내 인허가 과정이 까다롭고 불확실한 부분이 있는 것 같다. 특히 세계 최초로 개발한 의료기기의 경우 비교 대상이 없어 인허가 과정이 더욱 까다로워지는 측면이 있다. 물론 환자의 안전이 최우선이며 연구 윤리 문제를 간과할 수 없지만, 인허가 과정에 놓여 있는 각종 규제들을 단순하고 명확하게 보완할 수 있다면 국내 기업들의 혁신적인 의료기기 개발에 큰 도움이 될 것으로 생각한다.”

교수님 연구로 인해 미래 사회가 어떻게 바뀌었으면 하는 바람이 있나.

“제 연구 결과로 의료기기가 상용화되고, 이를 이용해 환자의 진단 및 치료에 조금이나마 도움을 줄 수 있다면 뿌듯할 것 같다. 확실한 것은 저와 저희 공동연구진을 포함해 의광학을 연구하는 여러 연구자분들의 노력이 더해져서 더욱 건강하게 오래 살 수 있는 사회가 다가오길 바란다.”

인사이트코리아, INSIGHTKOREA

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