고려대 구로병원·카이스트 연구팀, 심혈관 융합영상 기술 개발

“심혈관 질환 조기 정밀진단 및 맞춤형 치료 전략 수립 전환점”

▲(좌측부터) 김진원·강동오 고려대 구로병원 심혈관센터 교수, 유홍기·남형수 카이스트 기계공학과 교수, 김선원 고려대 안산병원 교수 (고려대학교구로병원)

국내 연구진이 최첨단 심장혈관 융합영상 시스템의 진단 유효성과 안전성에 대해 세계 최초로 임상시험을 통한 입증에 성공했다.

김진원 고려대 구로병원 심혈관센터 교수·유홍기 카이스트 기계공학화 교수 연구팀(강동오 고려대 구로병원 심혈관센터 교수, 남형수 카이스트 기계공학과 교수, 김선원 고려대 안산병원 교수)은 ‘광간섭 단층촬영(OCT)과 형광수명영상(FLIm)을 결합한 최첨단 융합영상 시스템(OCT-FLIm)’를 개발했다고 8일 밝혔다.

연구팀은 OCT-FLIm를 통해 인체 심장혈관 내 고위험 동맥경화반에 대한 고해상도 정밀 분자영상 진단의 유효성과 안전성을 입증했다.

관상동맥 중재시술 분야에서는 혈관 내 초음파(IVUS)와 OCT 등 영상기술이 관상동맥의 미세해부학적 구조와 스텐트 시술 후 결과의 정밀 평가에 널리 활용되고 있다. 그러나 이런 영상기법은 동맥경화반의 파열 위험도 및 심혈관 사건 발생 가능성과 밀접한 관련이 있는 경화반 내부의 병태생리학적 구성요소를 평가하는 데에는 한계가 있다.

FLIm은 특정 형광신호에 반응해 동맥경화반을 구성하는 개별 생물학적 성분이 방출하는 고유한 생체 내 신호를 실시간으로 영상화할 수 있다. OCT, IVUS 등 기존의 구조 기반 영상기술의 한계를 보완할 수 있는 차세대 진단법으로 주목받고 있다.

연구팀은 2011년 네이처 메디신(Nature Medicine)을 통해 혈관 내 융합 카테터 기술의 구현 가능성을 처음으로 보고했다. 2021년에는 전임상 연구를 통해 OCT-FLIm 융합영상 검사법의 심혈관 영상 적용 가능성을 입증한 바 있다. 이번 연구에서는 관상동맥 중재시술을 받는 심혈관 질환자 총 40명을 대상으로 OCT-FLIm 융합영상 기술을 실제 인체에 적용한 세계 최초의 임상시험을 수행했다. 진단 유효성과 시술 안전성을 성공적으로 검증해 심혈관 질환의 조기 정밀진단 및 맞춤형 치료 전략 수립을 위한 전환점을 마련했다.

▲(위)임상적 질환 상태별 관상동맥 동맥경화반의 염증 활성도 평가, (아래)급성 진행성 병변에서 광범위하게 분포하는 치유반 신호의 영상화 (고려대학교구로병원)

연구에서는 OCT-FLIm 융합영상기술을 활용해 기존 영상기법으로는 평가가 어려웠던 혈관 내 염증, 치유반, 칼슘 침착 등 동맥경화반의 병태생리학적 조성을 정밀하게 영상화하여 정량화했다. 병변 조성이 환자의 임상 상태와 밀접한 연관이 있다는 사실도 입증했다. 급성심근경색과 같은 급성 관상동맥 증후군 환자에서는 만성 안정형 협심증 환자보다 원인 병변의 혈관 염증 지표가 높게 나타났으며, 급속 진행성 병변에서는 반복된 경화반 파열과 치유의 흔적으로 인해 치유반이 광범위하게 분포하는 양상이 확인됐다. 이번 임상시험 과정에서는 모든 참여자에서 영상 획득이 안전하게 완료됐고, 별도의 합병증이나 부작용은 보고되지 않았다.

이번 연구 논문의 제 1저자인 강동오·남형수·김선원 교수는 “본 연구는 관상동맥질환 환자에서 OCT-FLIm 융합영상 기술의 임상 적용 가능성을 세계 최초로 입증한 성과”라며 “FLIm 형광수명 정보를 기반으로 병변 내 염증, 치유반, 칼슘 침착 등을 정량화하고, 질환 활성도와의 연관성을 규명해 개인 맞춤형 치료 및 병변 안정화 평가에 활용할 새로운 진단 플랫폼의 가능성을 제시했다”라고 설명했다.

연구를 총괄한 책임 저자 김진원·유홍기 교수는 “이번 연구는 OCT와 FLIm을 완전히 통합한 차세대 융합영상 시스템을 실제 임상에 적용해 진단적 유효성과 안전성을 세계 최초로 입증한 사례로, 학술적·기술적 의미가 매우 크다”며 “한국이 영상기술 개발의 초기 개념 정립부터 원천기술 개발, 전임상 검증, 그리고 세계 최초의 임상 적용에 이르기까지 모든 개발 과정을 주도했다는 점에서 기술적 자립성과 경쟁력을 입증한 중요한 성과”라고 설명했다.

이번 연구 논문 ‘고위험 동맥경화반의 정밀 분석을 위한 관상동맥 구조-분자 융합영상: OCT-FLIm 혈관 내 융합영상 검사법의 세계 최초 인체 적용’ 제목으로 심장학 분야 국제학술지인 미국의사협회 심장학 저널(JAMA Cardiology) 최신호에 게재됐다.