고려대 구로병원 심혈관센터 김진원·카이스트 기계공학화 유홍기 교수팀(고려대 구로병원 심혈관센터 김진원, 강동오 교수 / 카이스트 기계공학과 유홍기, 남형수 교수 / 고려대 안산병원 김선원 교수)이 ‘광간섭 단층촬영(optical coherence tomography: OCT)과 형광수명영상(fluorenscence lifetime imaging: FLIm)을 결합한 최첨단 융합영상 시스템(OCT-FLIm)’를 개발하고, 이를 통해 인체 심장혈관 내 고위험 동맥경화반에 대한 고해상도 정밀 분자영상 진단의 유효성과 안전성을 입증하는 데 성공하는 쾌거를 이루었다.

 현재 관상동맥 중재시술 분야에서는 혈관내 초음파(IVUS)와 광간섭 단층촬영(OCT)과 같은 영상기술이 관상동맥의 미세해부학적 구조와 스텐트 시술 후 결과의 정밀 평가에 널리 활용되고 있다. 그러나 이러한 기존 영상기법은 동맥경화반의 파열 위험도 및 심혈관 사건 발생 가능성과 밀접한 관련이 있는 경화반 내부의 병태생리학적 구성요소를 평가하는 데에는 한계가 있다. 이에 반해, 형광수명영상 (FLIm)은 특정 형광신호에 반응해 동맥경화반을 구성하는 개별 생물학적 성분이 방출하는 고유한 생체 내 신호를 실시간으로 영상화할 수 있어, 기존의 구조 기반 영상기술(OCT, IVUS)의 한계를 보완할 수 있는 차세대 진단법으로 주목받고 있다.

 고려대 김진원 교수와 카이스트 유홍기 교수 공동 연구팀은 2011년 네이처 메디신(Nature Medicine)을 통해 혈관내 융합 카테터 기술의 구현 가능성을 처음으로 보고하였으며, 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 수행하였고, 진단 유효성과 시술 안전성을 성공적으로 검증함으로써 심혈관 질환의 조기 정밀진단 및 맞춤형 치료 전략 수립을 위한 중요한 전환점을 마련했다.

 특히 본 연구에서는 OCT-FLIm 융합영상기술을 활용해, 기존 영상기법으로는 평가가 어려웠던 혈관 내 염증, 치유반, 칼슘 침착 등 동맥경화반의 병태생리학적 조성을 정밀하게 영상화하여 정량화하였다. 또한, 이러한 병변 조성이 환자의 임상 상태와 밀접하게 연관되어 있음을 입증하였다. 예를 들어, 급성심근경색과 같은 급성 관상동맥 증후군 환자에서는 만성 안정형 협심증 환자에 비해 원인 병변의 혈관 염증 지표가 높게 나타났으며(그림 1), 급속 진행성 병변에서는 반복된 경화반 파열과 치유의 흔적으로 인해 치유반이 광범위하게 분포하는 양상이 확인되었다(그림 2). 이번 임상시험 과정에서는 모든 참여자에서 영상 획득이 안전하게 완료되었고, 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, “형광수명영상(FLIm) 형광수명 정보를 기반으로 병변 내 염증, 치유반, 칼슘 침착 등을 정량화하고, 질환 활성도와의 연관성을 규명함으로써 개인 맞춤형 치료 및 병변 안정화 평가에 활용될 수 있는 새로운 진단 플랫폼의 가능성을 제시했다”고 밝혔다.

 연구를 총괄한 책임 저자 김진원·유홍기 교수는 “이번 연구는 광간섭단층촬영 (OCT)과 형광수명영상(FLIm)을 완전히 통합한 차세대 융합영상 시스템을 실제 임상에 적용하여 진단적 유효성과 안전성을 세계 최초로 입증한 사례로, 학술적·기술적 의미가 매우 크다”며, “특히 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. 또한, “이번 성과는 순수 국내 기술로 이루어졌으며, 한국의 심혈관 영상기술 위상을 세계적으로 끌어올리는 동시에 향후 글로벌 진단기기 시장에서의 경제적 파급 효과도 클 것으로 기대된다”고 강조했다.

 한편, 이번 연구 논문 “고위험 동맥경화반의 정밀 분석을 위한 관상동맥 구조-분자 융합영상: OCT-FLIm 혈관내 융합영상 검사법의 세계 최초 인체 적용(Intracoronary Structural-Molecular Imaging for Multitargeted Characterization of High-Risk Plaque: First-in-Human OCT-FLIm)”는 심장학 분야 권위 있는 국제학술지인 ‘JAMA Cardiology (2024 JCR IF 14.7)’ 최신호에 게재되며 학계의 주목을 받고 있다.