빛간섭단층촬영 김응수

빛간섭단층촬영

김응수

김안과병원¹, 건양대학교 의과대학 안과학교실²

Optical Coherence Tomography

Ungsoo Samuel Kim, MD^1,2

Kim’s Eye Hospital, Seoul; ^1,2Department of Ophthalmology, Konyang University College of Medicine, Daejeon, Korea

Optical coherence tomography (OCT) has developed in 1991, and has become an important part of ophthalmology examination because it is a non-invasive and non-contact technology. Currently, OCT is used to analyze the anterior and posterior segment of eye and it can be used to investigate the optic nerve head and retinal structures, especially, retinal nerve fiber layer. OCT is also used to investigate central nervous system disorders such as multiple sclerosis, neuromyelitis optica, Alzheimer’s disease and Par- kinson’s disease through the examination of the retinal nerve fiber layer. Thus, OCT has many potential applications in neuro-oph- thalmology.

Keywords: Optical coherence tomography; Retinal nerve fiber layer; Optic nerve

서  론

빛간섭단층촬영(Optical coherence tomography, OCT)은 비침습적 인 방법으로 조직의 단면을 관찰할 수 있는 방법으로 1991년도에 개 발되어 임상적으로는 2002년 Carl Zeiss에서 Stratus OCT라는 모델로 처음 사용되었다. 이후 안과영역뿐 아니라 심혈관계, 치과, 피부과 등 에서도 사용되고 있으며 가장 널리 사용되는 안과영역에서는 시신경 유두, 망막 및 각막을 포함한 전안부의 구조를 파악하고 정량적으로 분석할 수 있어 매우 유용하게 사용되고 있다.

본  론

1. OCT의 원리

OCT는 빛을 만들어내는 광원으로부터 빛을 둘로 분리시켜 한 빛 은 조직으로 보내고 한 빛은 기준이 되는 거울로 보내게 된다. 조직과 거울로부터 반사되어 오는 두 빛을 융합시켜 영상을 분석하는데, 조

직으로 들어가 반사되어 나오는 빛은 그 반사되는 위치에 따라 시간 차가 발생하여 돌아오게 되어 거울에서 반사되어 돌아오는 빛과 간섭 현상을 일으키게 되고 이 간섭현상을 측정하여 분석하여 영상을 얻 게 된다(Fig. 1).

초기의 시간영역 빛간섭단층촬영(Time-domain optical coherence tomography, TD-OCT)은 기준거울이 앞뒤로 움직여 두 곳에서 돌아 오는 빛의 시간차를 분석하므로 분석에 시간이 소요되나 2006년 푸 리에(Fourier) 분석을 이용하여 영상을 해석하는 스펙트럼영역 빛간 섭단층촬영(Spectral domain OCT, SD-OCT, Fourier domain OCT)이 개발되어 검사소요시간을 줄이고 해상도를 향상시켜 3-5 µm 정도로 해상력을 향상시켰다.

2. OCT의 임상적용

망막은 속경계막(internal limiting membrane)부터 시작되어 망막 색소상피층(retinal pigment epithelium)까지 10개의 층으로 구성되어 있다. 이러한 망막구조를 관찰하기 위해서는 고식적인 방법으로는 병

Correspondence to: Ungsoo Samuel Kim, MD

Department of Ophthalmology, Kim’s Eye Hospital, 136 Yeongsin-ro, Youngdeungpo-gu, Seoul 150-034, Korea Tel: +82-1577-2639; Fax: +82-2-2677-9214; E-mail: [email protected]

Received: Apr. 16, 2014 / Accepted: Apr. 30, 2014

REVIEW

리조직을 얻어야 하나 이제는 OCT를 통해 생체내계측이 가능해졌다 (Fig. 2). OCT의 재현성(reproducibility)은 우수하여 병의 진행경과를 객관적으로 관찰하는 것이 용이하여 현재 폭 넓게 사용되고 있으며 그 영역이 점점 넓어지고 있다.

1) 황반부 분석

망막의 중심에 해당하는 부위를 황반이라 하는데 이 부위가 시력 에 중요한 역할을 하고 있으며 OCT에서는 황반부의 다양한 분석이 가능해졌다(Fig. 3). OCT를 이용하여 황반부에 구조적으로 변화가 일 어날 수 있는 다양한 망막병증(나이관련황반변성, 중심장액맥락망 막병증, 망막전막, 잠복황반병증 등)을 파악할 수 있고, 황반부의 두께 를 정량적으로 측정할 수 있어 황반부종의 변화를 객관적으로 측정 할 수 있다. 또한 시간영역OCT에서는 구분이 모호하던 광수용체층 의 해부학적 구조가 스펙트럼영역OCT에서는 명확하게 구분되어 잠 복황반병증과 같은 질환의 진단에 큰 역할을 하고 있다.

2) 망막신경섬유층 분석

망막신경섬유층은 망막신경절세포(retinal ganglion cell)에서 나와 가쪽무릎체(lateral geniculate body)로 이어지는 축삭의 모임을 말한 다. OCT를 이용한 망막신경섬유층의 측정은 고식적인 방법으로 시신

경유두주위에서 측정하였으나(Fig. 4A) 최근 황반부의 망막신경절세 포의 형태학적 분석도 가능해져 망막신경섬유층의 손실을 초기에 진 단할 수 있는 장점이 있어 이에 대한 연구가 진행되고 있다(Fig. 4B).

이 러한 분석을 통해 망막신경섬유층의 결손이 발생하는 녹내장, 다양한 시신경병증, 퇴행성대뇌질환 등에서 망막신경섬유층의 감소를 OCT 를 통해 정량적으로 분석이 가능하게 되었다.

3) 시신경유두의 분석

시신경유두는 형태학적으로 다양한 소견을 보일 수 있다. 이러한 경우 일부에서는 병적인 소견인지 생리적 소견인지 모호한 경우가 있 으며 검사자 간의 해석이 다를 수 있다. 하지만 OCT를 이용하면 정량 적, 형태학적 분석을 객관적이고 우수한 재현성을 통해 분석이 가능 하므로 시신경유두질환의 감별에 용이하다.

3. 신경안과영역에서의 OCT

스펙트럼영역OCT의 경우 망막의 미세한 변화가 잘 관찰되어 과거 시신경병증으로 오인되던 잠복황반병증같은 질환의 감별이 가능해 졌다.

또한 미세한 시신경유두의 창백이나 독성시신경병증의 초기에 도 시신경주변의 망막신경섬유층의 분석을 통해 유추할 수 있다.

2) 시신경유두부종의 감별

안저검사에서 시신경유두의 부종이 관찰되는 경우 이 부종이 가 성시신경유두부종인지 진성시신경유두부종인지 감별하는 것이 매 우 중요하다. 가성시신경유두부종의 가장 흔한 원인인 시신경유두드 루젠(optic disc drusen)의 경우 망막내증 밑으로 드루젠에 해당하는 균일한 종괴모양이 관찰되어 유두부종(papilledema)과의 감별에 큰 도움을 준다.

Laser source

Detector

Splitter

Tissue

Reference mirror Fig. 1. Principle of optical coherence tomography.

Fig. 2. The correlation between anatomy and spectral domain optical coherence tomography. ILM, internal limiting membrane; NFL, nerve fiber layer; GC, ganglion cell layer; IPL, inner plexiform layer; INL, inner nuclear layer; OPL, outer plexiform layer; ONL, outer nuclear layer; MLM, middle limiting membrane; XLM, external lim- iting membrane; RC, photoreceptor cell; IS, inner segment; OS, outer segment

MLM INL

CCNFLILM IPL

OSIS XLM RC

ONL OPL

3) 시신경병증의 감별

우성유전시신경위축(autosomal dominant optic atrophy)의 경우 시 신경창백이 진행되지 않은 경우 감별이 어려운 경우가 있는데 OCT를 이용한 경우 감별진단에 도움이 되며 망막신경섬유층의 두께가 시력 과 높은 연관성을 보이는 것으로 알려져 있다.

4) 대뇌질환과 관련된 망막신경섬유층 연구 (1) 시신경염

Trip 등

은 2005년 연구에서 시신경염을 경험한 환자에서 대조군 에 비해 시신경염을 앓은 눈에서는 33%, 건안에서는 11%의 망막신경 섬유층의 감소를 보고하였다. 이러한 망막신경섬유층의 감소의 90%

Fig. 4. (A) Peripapillary retinal nerve fiber layer analysis map. (B) Macular ganglion cell analysis map. Inferior peripapillary RNFL loss and inferior ganglion cell loss are noted in the left eye.

Fig. 3. Macular thickness map of Cirrus HD-OCT (Carl Zeiss Meditec, Dublin, Calif).

A B

정도는 평균 2.38개월 이내에 이루어진다.

(2) 다발성경화증

다발성경화증(multiple sclerosis, MS)은 탈수초질환으로 시신경염 이 발생하지 않은 경우에도 망막신경섬유층의 감소가 보고되었다.

Paisi 등

은 시신경염을 앓은 눈에서는 46%, 건안에서는 26%의 망막 신경섬유층의 감소를 보고하였다. 또한 한 연구에서는 75 μm의 두께 가 시력예후를 판별하는 경계라 주장하였고 이보다 감소했을 때는 시 력예후가 불량하다고 보고하였다.

하지만 일부 연구에서는 망막신 경섬유층의 감소와 시력예후와 상관관계가 없다는 연구도 있다.

(3) 시신경척수염(neuromyelitis optica, NMO)

OCT를 이용한 망막신경섬유층 연구는 시신경척수염과 다발성경 화증의 감별에 이용될 수 있다.

NMO의 망막신경섬유층 감소는 시 신경염에 비해 훨씬 심한데, Ratchford 등

의 연구에서 26명의 NMO 와 378명의 다발성경화증, 그리고 77명의 건강한 대조군을 대상으로 망막신경섬유층의 두께를 비교하였을 때 NMO는 63 μm, MS는 88 μm, 그리고 대조군은 102 μm으로 세 군 간에 유의한 차이를 보인다고 하 였다. 또한 두 눈의 망막신경섬유층두께 차이가 15 μm 이상일 때 MS (24%)보다는 NMO (75%)로 진단될 확률이 높다.

(4) 퇴행성질환

알츠하이머병(Alzheimer’s disease)이나 파킨슨병(Parkinson’s dis- ease)의 경우에도 망막신경섬유층의 감소가 보고되고 있다.

알츠하 이머병에서는 OCT를 이용한 망막신경섬유층 분석에서 상측 망막신 경섬유층의 감소가 특징적이며 이 부위는 시피질의 cuneal gyrus로 전달되는 경로로 알려져 있다. 하지만 이 망막신경섬유층결손과 병인 과의 인과관계에 대해서는 불분명한 상황이다.

파킨슨병에서는 시 신경의 하이측 부위의 감소가 흔하다고 보고되었으며 이는 알츠하이 머병과는 반대되는 소견이다.

(5) 시각로질환

가쪽무릎체 이후의 병변의 경우에 trans-synaptic degeneration이 발생하므로 시야검사를 통하지 않고도 병변의 위치를 유추해 볼 수 있다.

4. 앞으로의 OCT

중심장액맥락망막병증, 고도근시, 나이관련황반변성 등의 병리기 전에서 맥락막이 중요한 위치를 차지하고 있으며 스펙트럼영역 OCT 의 경우 맥락막의 70-75% 정도까지 관찰이 가능하다.

최근 들어

swept-source OCT의 경우는 맥락막의 전층을 확인할 수 있어 맥락막 과 관련된 질환에 대한 연구가 용이해졌다.

최근에는 기존의 2차원 적인 망막 및 시신경유두의 분석뿐 아니라 소프트웨어의 발달로 3차 원적 영상분석이 가능해져 en-face 이미지를 획득하여 망막 및 시신경 유두질환의 생태병리기전을 밝히는 데 이용되고 있다.

또한 도플러 원리를 이용한 망막과 맥락막의 혈류를 분석하는 OCT에 대한 연구 가 진행되고 있어 비침습적으로 안구의 혈류에 대한 연구가 진행 중 이다.

결  론

OCT는 비침습적으로 해부학적 요소들을 뛰어난 해상력으로 관 찰 및 분석이 가능하여 임상적으로 매우 유용하며 최근 다양한 장비 와의 연계가 이루어져 빠른 발전을 이루고 있는 광학기기이다. 따라서 OCT를 이용하여 망막 및 시신경에 대한 다양한 질환 연구가 가능하 며 이러한 연구들이 향후 신경안과영역에서 다양하게 적용될 수 있 을 것으로 생각된다.

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