현재 병원 현장에서 활용 가능한 의료기기 개발 진행중
향후 안구표면질환 진단과 치료 효과 평가에 활용될 수 있을 것 기대

포스텍은 기계공학과 김기현 교수, 기계공학과 통합과정 연지은 씨 연구팀이 안구 표면에 가볍게 접촉하는 것만으로 술잔세포를 선명하게 촬영할 수 있는 기술을 개발하는데 성공했다고 29일 밝혔다.

 

 

이번 연구 성과는 안과학 분야 국제 학술지 '오큘러 서피스'에 게재됐다.

 

컴퓨터나 스마트폰을 오래 사용하면 눈이 뻑뻑하고 불편하다. 눈물막이 마르기 때문인데 눈물을 촉촉하게 유지하는 '결막 술잔세포'가 부족하면 이 증상은 더욱 심해진다.

 

'결막 술잔세포'는 점액 성분을 분비해 눈물막을 안정적으로 붙잡아주는 세포다. 이 세포가 줄면 눈물막이 쉽게 깨져 안구건조증이 악화되고 염증이나 자가면역질환 등으로 이어질 수 있어 눈 건강을 판단하는 지표 중 하나로 꼽힌다.

 

그러나 이 세포를 보려면 눈표면 조직을 일부 채취해야 하는데 과정도 번거롭고 눈에도 부담이다.

 

연구팀은 눈에 가볍게 접촉하는 소형 카메라 기술을 개발했다. 핵심은 투명한 플라스틱(PMMA)으로 만든 손톱만 한 보호 캡이다. 지름 4.5mm, 두께 0.5mm 투명 창이 눈에 닿으면 초점이 자동으로 맞춰지면서 술잔세포가 찍힌다.

 

크기가 작아 눈 구석구석까지 촬영할 수 있고 전기로 초점을 조절하는 렌즈(ETL)를 더해 장비를 움직이지 않고 선명한 영상을 확보한다. 이 장비는 약 1.8×1.4mm 면적을 실시간 촬영할 수 있으며 1.06 µm 수준의 높은 해상도로 개별 세포까지 구분할 수 있다.

 

연구팀은 건강한 성인 안구 표면에서 △눈 아래쪽 △눈꺼풀과 맞닿는 부위 △코 쪽 △귀 쪽 △위쪽 등 5개 부위를 촬영해 술잔세포 분포를 비교했다. 그 결과, 사람마다 부위별 술잔세포 밀도·분포 양상이 뚜렷하게 달랐다.

 

눈꺼풀 안쪽 결막낭에서는 세포 밀도가 가장 높았고 눈 아래쪽은 비교적 고르게 분포했다. 코 쪽은 밀도는 높지만 세포가 밀집된 영역과 거의 없는 영역이 함께 나타났고 귀 쪽과 위쪽은 상대적으로 세포 수가 적고 듬성듬성했다.

 

 

연구팀은 인공지능(AI) 분석 기술을 더해 영상 분석 과정도 자동화했다. 이미지 밝기를 균일하게 맞추고 잡티를 지운 뒤 딥러닝 알고리즘으로 술잔세포를 자동 검출했다.

 

그 결과 정확도 0.93, 정밀도 0.94, 재현율 0.99의 성능을 보여 사람이 직접 세는 방식과 유사한 수준의 분석 결과를 빠르게 얻을 수 있었다.

 

실제 안구건조증 치료에 사용되는 점안액(2% 레바미피드) 투여 전후 술잔세포 변화도 관찰했다. 그 결과 촬영한 모든 부위에서 술잔세포 밀도가 증가했으며 평균 밀도는 투약 전 250±430 cells/mm²에서 투약 후 480±540 cells/mm²로 약 두 배 증가했다.

 

특히 눈 아래쪽과 코 쪽에서 증가 폭이 크게 나타났다. 약물 치료 전후 술잔세포 변화와 부위별 치료 효과를 직접 관찰할 수 있게 된 것이다.

 

김기현 교수는 "안구건조증을 비롯한 다양한 안구표면질환 지표인 술잔세포를 짧은 시간 안에 직접 관찰할 수 있는 기술을 개발했다"며 "현재 (주)셀샤인과 병원 현장에서 활용 가능한 의료기기 개발을 진행하고 있어 향후 안구표면질환 진단과 치료 효과 평가에 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

 

 KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr

 

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