광학 분자 이미징 수술 내비게이션 시스템

실제 임상실험서 100% 검출 달성

중국과학원 자동화 연구소 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 유방암 조기 임상 검출 설비인 ‘광학 분자 이미징 수술 내비게이션 시스템(Optical Molecular Imaging Surgical Navigation System)’을 개발했다. 관련 연구개발 성과는 중국 인민해방군 총(總) 병원(301 병원) 등 중국 내 여러 병원에서 임상 응용에 들어갔으며 지금까지 이미 약 100명에 달하는 유방암 환자들의 치료에서 성공적으로 응용됐다. 연구팀은 분자 이미징을 실제 임상에서 응용할 수 있도록 만들어 중국 내 과학기술계, 임상치료 연구 및 외과 치료 분야 과학자, 전문가, 의사들의 호평을 받고 있다.

암은 현재 인류 생명을 위협하는 가장 큰 요소 중 하나로 인식되고 있다. 그 치료는 수술이 일반적으로 제일 효과적인 방법인데 종양에 대한 정밀 위치 확정은 줄곧 임상 의사 및 과학연구원들이 직면한 도전적인 과제였다.
뉴잉글랜드 저널 오브 메디신(New England Journal of Medicine, NEJM)의 보도에 따르면, 유방암 1기와 2기의 환자는 조기에 발견해 적절한 치료를 실행하면 5년 동안 생존 비율이 80% 이상의 수준이다. 임상 작업 규범 지침(NCCN)에서는 유방암 조기(1기 혹은 2기) 겨드랑이(액와) 림프절 음성 환자에 대해서는 반드시 `감시 림프절 생검(Sentinel Lymph Node Biopsy) 수술`을 실행해야 한다고 규정하고 있다. `감시 림프절`은 유방암 이전에 첫 번째 스테이션으로 인식되는데 감시 림프절을 채취해 화험(化驗)을 실행한 후 만일 종양 세포를 발견하게 된다면 유방암 절제 수술을 해야 하고 암 세포가 발견되지 않을 경우에는 유방 보존 치료를 실행하게 된다.

형광, 컬러 이미징 모두 제공해 감시 림프절 제거
의사들이 임상 응용 과정에서 제일 관심을 가지는 부분은 매개 변수 지표다. 예를 들어, 연구팀이 개발한 시스템의 광학 해상도(0.1㎜), 시스템 해상도(400만 화소), 이미징 속도(17fps) 및 이미징 시각(250×250㎜) 등은 모두 기존 문헌에서 보도된 지표(＜1㎝, 100만 화소, 10fps 및 150×100㎜)를 초월하는 것으로 나타났다. 연구팀이 전 단계 연구에서 개발한 시스템 샘플은 중국 `국가 약품 감독관리국` 산하 `중국 식품 약품 검정(檢定) 연구원`의 기술 평가에서 통과됐는데 이번 기술평가에서 동 샘플은 안전하고 효과적이라는 점이 검증됐다.
일반적인 유방암 치료에서는 대부분 메틸렌 블루(Methylenbelue) 추적 방법을 사용하고 있다. 이 염료는 작업 경험, 시간 파악에 대해 모두 비교적 높은 요구를 충족시키지만 일단 시제량에 대한 제어가 제대로 실행되지 못하면 조직이 사망하는 등 부작용이 발생하게 되므로 임상에서는 새로운 추적 염료가 절실히 필요하게 됐다. 이에 새로운 분자 형광 염료인 인도시 아닌 그린(Indocyanine Green, ICG)이 개발됐으며 중국 `국가 약품 감독관리국`의 인증에 통과돼 약효 상 새로운 추적 염료 문제를 해결했다. 이 염료는 근 적외선 광원 하에 840㎚를 방사하기 때문에 체내에서의 위치 확정 실행에 유용하다. 추적 염료 외 근 적외선은 육안으로 볼 수 없기 때문에 반드시 기기를 통해 검출해야 하고 이를 통해 위치를 정밀 확정해 감시 림프절을 제거할 수 있다.
연구팀은 형광 염료인 ICG 특성과 결합해 2대의 카메라를 동시에 사용하는 방법으로 수술 과정에서 실시간으로 형광 이미징과 컬러 이미징을 모두 제공한다. 이는 유방암 환자의 조기 진단에 기여하며 정밀 절제의 혁신적인 기술로 인정받았다. 실제 임상 실험 과정에서 ICG를 주사한 후 3분 정도가 지나면 감시 림프절 위치를 확정할 수 있으며 의사는 광학 분자 이미징 수술 내비게이션 시스템을 통해 정밀 위치를 확정하고 이미징 유도 하에서 감시 림프절 조직에 대한 정밀 절제를 실행한다.

실제 수술에 도입돼 100% 검출 증명
조직 절제를 실행한 후 형광의 피드백에 근거해 잔여 형광이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 일반적인 수술 과정은 약 20분 내에 완성되지만 새로운 기술은 수술 시간을 대폭 단축해 효율성을 향상시킨다. 또한 현재 외과 의사가 수술 과정에서 겪을 수 있는 판단착오 및 인위적인 실수를 감소시킬 수 있다.

또한 연구팀은 이미 중국 인민해방군 총 병원 등 중국 내 3개 병원에서 90명에 달하는 ICG 및 메틸렌 블루 대조 실험을 실행했다. 관련 통계 결과, 감시 림프절 207개를 검출해 낸 것으로 나타났는데 1인당 평균 2.3개에 달하였으며 메틸렌 블루 방법 검출 비율은 77%(160/207) 수준에 달하고 ICG 방법 검출 비율은 96%(198/207) 수준에 달하는 것으로 보고됐다. 모든 환자들에 대해 ICG를 주사한 후 그 어떤 이상 반응이 발생하지 않는다는 점도 입증했다.

전 세계 광학 분자 이미징 응용에 기여
연구팀은 관련 기술이 한층 더 발전됨에 따라 광학 분자 이미징 수술 내비게이션 방법을 이용해 수술 과정에서 유방암 종양 및 마이크로 이전 발병 부위 치료에 응용하는 동시에 유방암의 다양한 서브 타입에 대한 수술 과정에서의 분자 분형도 실현했다. 연구팀은 분자 이미징 관련 알고리즘, 플랫폼 구축, 실험 분석 등 다양한 분야에서 혁신적인 결과를 이끌어 냈으며 분자 이미징을 이론 연구에서 응용 연구로 추진하는데 필요한 여러 가지 핵심 과제를 해결했다. 유방암 치료 관련 임상 응용 분야에서 인체 유방암에 대한 조기 진단과 정밀 치료에서의 성공적인 응용을 실현한 것이다. 연구팀의 관련 연구 개발 성과 달성은 외국 회사들이 고급 의료 설비 분야에서의 기술 독점 국면을 전환시켰을 뿐만 아니라 광학 분자 이미징 연구와 응용 범위를 확대시킴으로써 중국 의료 공학 기술 발전을 추진하는 면에서 중대한 역할을 발휘했다고 할 수 있다.

출처 | 중국과학원(www.cas.cn)