광 결맞음 단층촬영을 이용한 안구와 폐질환 조기진단 및 치료기법의 전 임상 실험

Abstract

본 연구에서 사용한 광 결맞음 단층촬영은 마이켈슨 간섭계를 기본으로 한다. 본 연구의 목적은 깊이 해상도 4um, 신호대 잡음비 103.8dB, 롤오프 11.4dB/mm인 광 결맞음 단층촬영법이 생체조직 내의 변소를 조기진단용으로 유용한 기법인지를 평가하기 위함이다. 따라서 본 연구에서는 다양한 질병 관련 동물모델을 개발하여 조기진단을 수행하였다. 동물모델로는 결막종양, 기도손상, 기관지 협착과 흉막비후 모델이다. 결막종양 모델에서는 종양주입 7일 이내에는 병변과 전이 과정을 추적할 수 있었다. 하지만 그 이후로는 종양의 성장에 따라 영상기법의 심도를 벗어나 종양을 관찰하기에 한계가 있었다. 종양주입 10일 후에 ICG 광역동 치료를 수행하였으며 모든 종양은 21일 이내에 괴사되었다. 기도손상 모델에서 광 결맞음 단층촬영을 이용하여 상피조직과 기저층의 비후를 관찰할 수 있었다. 또한 형광 현미경 검사를 통해 기도 손상정도에 따라 지방유래 줄기세포의 흡착성을 평가할 수 있었다. 기관지 협착 동물모델에서 기관지 수축제의 주입에 따른 기관지 내부의 변화를 실시간으로 관찰할 수 있었다. 마지막으로 재생가능한 흉막반 모델을 개발하였으며 외부 늑막창을 통해 실시간으로 흉막비후를 단층촬영하였다. 결막종양과 흉막비후의 예후를 자세히 관찰하기 위하여 광 결맞음 단층촬영 기법과 다양한 영상기법을 융합한 다모드 이미지 기법이 개발되어야 한다. 또한 줄기세포의 치료효과 실험과 만성적 기도 염증반응으로 인한 기도개형 모델 개발은 추가적인 실험이 필요하다.

Optical coherence tomography (OCT) is an emerging medical imaging technique based on the Michelson interferometry. The purpose of the study is to design, construct, and evaluate OCT as a potential technique for early detection of various lesions in animal models. In this study, a spectral-domain OCT system was developed, which has a depth resolution of 4 um in air, a roll-off of 12 dB/mm and a SNR of 103 dB. Four disease-related animal models were also developed for the evaluation of the OCT system as an early diagnostic tool. The animal models were conjunctiva tumor, injured airway, bronchial stenosis, and pleural thickening models. In the conjunctiva tumor model, it was possible to track tumor growth until 7th day after the injection of VX2 tumor cell. The tumor depth, whereafter, outweighed the imaging depth of OCT (1-2 mm). Photodynamic therapy was conducted in the conjunctiva tumor model at the 10th day after VX2 cell injection. The tumors completely necrotized within three weeks after photodynamic therapy. In the injured airway model, thickening of epithelium and basement membrane were detected using the OCT system after scratching the airway. Also, the engraftment of adipose stem cells on the thickened epithelium was detected by fluorescent microscopy. In bronchial stenosis model, OCT imaged real-time change of main bronchial and alveolar sizes after injection of bronchoconstrictor. Finally, in the pleural thickening model, OCT provided the images of in vivo pleura thickened by talc through a developed thoracic window. Diagnostic yield can be improved if optical coherence tomography will be combined with various imaging modalities that might have higher resolution, higher imaging depth, more contrast, etc. In the future, the effect of adipose stem cell therapy on injured trachea and the effect of bronchoconstrictor on the asthma model with airway remodeling need to be studied more.