복합값 B스캔을 이용한 레퍼런스프리 3D 마이크로혈관 OCT 영상

초록

본 논문은 고중첩 A스캔을 포함한 복합값 B스캔을 개별적으로 처리해 혈관 부위의 진폭·위상 변동을 직접 검출함으로써, 외부 레퍼런스 없이도 3차원 마이크로혈관 영상을 구현하는 새로운 OCT 방법을 제안한다. 이 기법은 대규모 조직 움직임에 강인하고, 구조 영상과 동일한 해상도를 유지하며, 혈관의 탈동기화 속도를 정량화할 수 있다.

상세 분석

이 연구는 기존 OCT 혈관조영법—예를 들어, 복수 B스캔 간 상관분석, 복소수 신호의 위상 차이, 그리고 스펙트럼 분해 기반 방법—의 장점을 융합한 ‘하이브리드 M‑mode‑like OCT’ 방식을 도입한다. 핵심 아이디어는 고도로 겹쳐진 A스캔 배열을 사용해 하나의 B스캔 내에서 연속적인 공간 샘플을 확보하고, 각 픽셀의 복소수 신호(진폭·위상)를 시간축이 아닌 횡축(횡방향)으로 분석한다는 점이다. 혈관 내 흐름에 의해 발생하는 미세한 움직임은 스펙트럼 상에서 빠른 위상 변동과 진폭 변동을 일으키며, 이는 주변 조직보다 높은 변동률을 보인다. 따라서 동일 B스캔 내에서 인접 A스캔 간의 복소수 차이를 계산하면, 별도의 레퍼런스 스캔 없이도 혈관 영역을 식별할 수 있다.

이 방법의 장점은 크게 세 가지로 정리된다. 첫째, ‘레퍼런스프리’ 처리 덕분에 전체 스캔 시간 동안 발생할 수 있는 저주파(수십 Hz 이하) 조직 움직임에 대한 민감도가 크게 감소한다. 기존 상관 기반 기법은 움직임에 취약해 보정이 필요했지만, 여기서는 횡방향 변동을 직접 측정하므로 움직임이 전체 신호에 미치는 영향을 최소화한다. 둘째, 구조 영상과 동일한 샘플링 밀도와 광학 해상도를 유지한다. 이는 고중첩 A스캔이 구조 이미지와 동일한 픽셀 크기를 제공하면서, 혈관 신호는 변동률(디코릴레이션) 맵으로 별도 가공되기 때문이다. 셋째, 변동률을 정량화함으로써 혈관의 흐름 속도나 혈류 역학을 추정할 수 있다. 변동률(또는 디코릴레이션 속도)은 혈관 내 적혈구 움직임에 비례하므로, 이를 정량화하면 혈관 직경·속도·혈류량 등을 추정하는 기반이 된다.

실험적으로는 살아있는 동물 모델(예: 마우스 귀)에서 실시간 3D 혈관 영상을 획득했으며, 기존 OCT‑A 기법과 비교했을 때 신호‑대‑노이즈 비가 향상되고, 움직임에 대한 아티팩트가 현저히 감소함을 확인했다. 또한, 변동률 맵을 이용해 혈관을 자동 분할하고, 각 혈관의 평균 디코릴레이션 값을 추출함으로써 정량적 지표를 제공했다. 이러한 결과는 임상 현장에서 환자 움직임이 불가피한 상황에서도 신뢰성 있는 혈관 영상을 제공할 가능성을 시사한다.

전반적으로 이 논문은 OCT 혈관영상 분야에서 레퍼런스 스캔 의존성을 탈피하고, 고해상도·고정밀 3D 혈관 맵을 실시간으로 구현할 수 있는 새로운 패러다임을 제시한다. 향후 다중 파장·다중 스캔 결합, 혹은 인공지능 기반 디코릴레이션 해석과 결합한다면, 혈관 질환 진단·모니터링에 혁신적인 도구가 될 것으로 기대된다.