빛간섭 단층 혈관조영술

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빛간섭 단층 혈관 조영술 (optical coherence tomography angiography, OCTA)[1][2] 은 빛간섭 단층 촬영 (OCT) 을 기반으로 하여, 혈류의 흐름을 영상화하는 비교적 최근에 개발된 진단 기술이다[3][4][5][6]. 이는 기존에 혈관을 영상화하기 위한 형광 안저 혈관조영술 (FA) 과 비교하였을 때, 조영제를 전신적으로 주입하지 않아도 혈류를 확인할 수 있기 때문에 비침습적으로 혈관 또는 혈류를 영상화할 수 있는 표준 검사법으로 자리 잡아가고 있다[3][4][5][6].

원리

OCTA는 OCT를 이용하여 같은 위치에서 반복적으로 촬영한 단면 (B-scan) 영상을 이용한다[3][4][5][6]. 이러한 단면 영상에서 각 픽셀별로 신호를 분석하는데, 이 중 혈류, 즉 적혈구의 움직임이 있는 곳은 시간에 따른 반사도의 변화가 관찰되고, 혈류가 없는 정적인 조직은 시간에 따른 반사도 변화가 없는 것을 이용해, 각 위치, 촬영 단면으로부터 획득되 는 신호를 구분하여, 이렇게 얻어진 각 단면의 신호들을 모아서 시간에 따른 변화가 있는 부분을 영상화한다[3][4][5][6]. OCT을 기반으로 하기 때문에, 이러한 OCTA의 발달은 OCT 기술의 발달과 함께 하였는데, 최근 빠른 속도로 촬영이 가능한 스펙트럼 영역 (spectral domain), 파장 가변 광원 (swept source) 기반 OCT은 이러한 OCTA의 개발을 가능하게 하였다.

장점

수진자 입장에서는 상대적으로 검사 받기가 편하다. 형광 물질을 주입하지 않기 때문에 질환의 진단이나 경과를 관찰함에 있어, 특별한 부작용 없이 반복하여 검사가 가능하고, 검사 시간이 상대적으로 짧으며, 임산부나 아이에게도 검사가 가능하다. 영상의 구현 및 해석하는 면에서 FA는 전체 망막 혈관의 정보를 한 단면으로 보여주는 2차원 정보인 반면, OCTA는 여러 단면을 볼 수 있는 3차원 정보를 제공하여, 구역을 조정함에 따라 각 망막층에서 다양한 면에서 혈관들을 관찰할 수 있다[3][7]. 황반부의 모세혈관을 관찰함에 있어서도, FA의 초기 영상만큼 세밀한 수준으로 영상을 얻을 수 있다[5][7]. 그리고 FA와 달리 형광 물질의 누출이나 고임, 염색이 되지 않기 때문에 신생혈관 등 망막의 혈관의 모습을 확인하는 데는 FA보다 더 나을 수도 있다.

단점

영상을 획득하는 부위가 아직까지는 3×3, 6×6, 12×12 mm 정도로 후극부에 국한되어 있고, 수진자에 따라 촬영 조건이 좋지 않은 경우, 영상의 질이 좋지 않아 이로 인해 해석이 어려울 수 있다. 또한 시간에 따른 변화, 즉 동적인 정보를 제공하는 FA에 비해, 촬영 시점의 정적인 정보만을 제공하는 단점이 있고, 형광 누출, 고임, 염색이 확인되지 않기 때문에, 이로 인해 얻을 수 없는 정보들을 고려하여 해석해야 한다.

정상 소견

해석

OCT의 정면 (en-face) 영상을 해석하는 것과 유사하여, 확인하고자 하는 특정 구역을 정한 후, 구역의 단면을 확인하는 것부터 시작한다. 영상을 분석하는 데는 영상의 깊이, slab, 혈류 신호 및 decorrelation signal, 혈관의 모양, 특성 등을 확인하게 되는데, 이러한 것들은 OCT 영상과 조금 달라서 여기에 쓰이는 단어들은 다음과 같이 설명할 수 있다.

깊이, 구획

OCTA는 3차원적인 정보를 제공하며, 깊이에 따른 영상을 확인할 수 있다. 즉, 영상의 범위를 설정하는 것에 따라 원하는 층의 혈류 정보를 확인할 수 있다. 이러한 구획을 나누는 경계는 일반적으로는 내경계막, 내망상층, 외망상층, 망막 색소상피층 또는 브루크막을 기준으로 한다[5].

Slab

Slab은 일정 부피의 조직을 일컫는 단어로, 일반적으로 OCTA에서의 slab은 특정 범위의 망막층의 정면 (en-face) 영상을 일컫는다. 예를 들어 망막의 혈액 순환 체계은 크게는 내망상층을 기준으로 표층 (superficial) 및 심층 (deep), 두 구역으로 구분하여

  • 표층 모세혈관총 (superficial capillary plexus) slab
  • 심층 모세혈관총 (deep capillary plexus) slab

영상으로 구현한다. 맥락막의 혈액 순환 체계는

  • 맥락막 모세혈관 (choriocapillaris) slab
  • 맥락막 혈관 (choroidal vessel) slab

영상으로 구현한다.

혈류 신호 및 역상관 신호 (decorrelation signal)

반사도에 의해 구현되는 OCT와는 달리 OCTA 영상은 혈류 신호로 구성되며, 이러한 혈류 신호는 OCT 상에서 측정된 반사도의, 시간에 따른 진폭, 위상, 강도의 변화를 이용하여 계산한다[5][6][8]. 이러한 시간에 따른 OCT의 반사도의 변화를 바탕으로 역상관 신호를 계산하게 되며, 역상관 신호는 0 (변화 없음)에서 1 (최대 변화) 까지로 나타내며, 높은 역상관 신호일수록 높은 혈류 속도를 나타낸다. 하지만 모든 시간에 따른 변화, 즉 속도를 나타낼 수 있는 것은 아니며，민감도 한계 (sensitivity limit) 및 포화 한계 (saturation limit) 에 따른 혈류 흐름의 속도를 감지할 수 있는 범위를 가지고 있어, 검사법으로 측정할 수 있는 최저 속도와 최고 속도의 범위를 벗어난 경우, 최저 속도 이하，최고 속도 이상의 경우는 같은 역상관 신호로 나타나며, 더 늦은, 더 빠른 속도를 구분해내기 어렵다[5][6][8].

  • 혈관성 역상관 신호 : 적혈구의 움직임, 혈류가 만들어 내는 역상관 신호이다. 이를 기반으로 망막 및 맥락막의 혈류 정보를 얻을 수 있다.
  • 비혈관성 역상관 신호 : 역상관 신호가 반드시 적혈구의 움직임에 의해서만 생성되는 것은 아니다. 특정한 상황에서 OCT 상 반사도가 있는 병변 (삼출물, 색소 침착 등)에 의해서 이러한 역상관 신호가 발생할 수 있는데, 이러한 것을 비혈관성 역상관 신호라고 한다. 혈류가 없더라도 움직임이 있는 것처럼 감지가 되는 이유는 아마도 눈의 아주 미세한 움직임이나, OCT 과정에서 생기는 변화에 의해서, 반복되어 촬영된 단면 영상에서 변화가 있는 것처럼 분석될 수 있어 발생하는 것으로 이해되고 있다[5].,10

혈관의 특성

위의 과정을 거쳐 확인한 영상을 보고, 혈관의 모양 (morphology), 구조 (architecture), 질감 (texture) 등을 규정할 수 있다. 이는 OCT에서는 정의되지 않던 용어로, 혈관의 모양 및 구조는 모양이 규칙적인지, 비규칙적인지, 혈관 밀도가 높은지, 낮은지, 혈관 간격이 넓은지, 좁은지, 혈관이 팽창되어 있는지 수축되어 있는지, 주행 방향이 어떤지 등을 보고 확인할 수 있고, 질감은 혈관의 밀도와 형태 등에 의해 정의되는 것으로，거친지(coarse), 느슨한지 (loose), 과립모양인지(granularl, 세밀한지(fine), 얼룩덜룩한 지 (speckled), 옅은지(faint) 등으로 기술할 수 있다.

허상 (artifact)

OCTA를 해석하는 데 있어서 주의해야 할 것은 허상이 발생할 수 있다는 점이다[5][9]. OCTA가 연속한 단층 촬영 영상에서 변화를 측정하는 것으로 혈관을 영상화하는 방법인데, 이러한 영상을 획득하는 과정에서 혹은 획득한 영상을 처리하는 과정에서 허상이 나타날 수 있다. 즉, 실제로 혈류가 없는 곳임에도 혈류가 있는 것처럼 영상이 나타나기도 하고, 혈류가 있는 곳임에도 없는 것처럼 나타날 수 있다.

OCTA 촬영 중 눈의 갑작스러운 움직임에 따라, 정상적으로 연결되어 보여야 할 혈관들이 끊어져 보이거나 두 개로 중복되어 나타날 수 있으며, 특히 망막 색소상피 (RPE) 세포와 같이 OCT 상 고반사도로 나타나는 부위는 눈이 움직임에 따라 해당 부위의 반사도가 변하게 되므로, 마치 혈류가 있는 것처럼 비혈관성 역상관 신호가 나타날 수 있어, OCTA 영상에서 밝게 보일 수 있다. 또한 눈 깜박임에 따라 검은 선처럼 보이는 허상들이 나타날 수 있는데, 많은 기기들에서 눈 추적 기술을 적용하여 이러한 점을 보완하고 있지만, 아직은 이러한 허상들이 완벽하게 보정되기는 어려운 상황이다.

투사 허상 (projection artifact) 은 관찰하고자 하는 깊이보다 더 위에 있는 조직이나 혈관 때문에 밑에 있는 조직의 영상에 허상이 나타나는 경우이다. 이는 표층에 위치한 혈류의 흐름 때문에, 더 깊이 있는 조직에 OCT의 반사도가 영향을 받기 때문인데, 쉽게 이해하면, 물체가 움직이는 것 외에 뒤에 비치는 그림자가 움직이는 것을 해당 부위에 신호가 있는 것으로 받아들여 영상화한다고 할 수 있다. 망막의 외측 부위인 무혈관 부위나, 맥락막 모세혈관 층을 확인할 때는 이러한 투사 왜곡의 영향을 고려하여야 한다. 요즘 출시된 OCT 기기에서는 이러한 투사 왜곡을 보정할 수 있는 옵션을 제공하고 있어, 이를 적용하여 해석을 하는 것이 도움이 된다.

그 외에도 망막 혹은 맥락막의 구조의 변화에 따른 OCT 상 구획을 나누는 과정에서의 오류가 발생하여 해당 위치의 혈류가 아님에도 해당 부위에 마치 있는 것처럼 반영이 될 수도 있다.

현재, 다양한 기기들이 출시되고 있는데, 각 기기별 영상을 획득하는 OCT 기기마다 촬영에 이용하는 빛의 파장, 촬영 속도, 해상도, 영상 처리 알고리즘 등이 다르기 때문에 같은 대상자를 촬영하더라도 기기마다 영상 구현되는 것이 다르다는 것도 고려해야 한다8[10]. 즉, 영상으로부터 획득되는 혈관의 밀도, 무혈관 부위의 넓이 등도 기기별로 측정값이 다르게 구현될 수 있으므로, 다른 기기로 찍은 영상들에서 나타나는 정보를 비교할 때는 주의를 할 필요가 있다.

질환별 소견

당뇨 망막병증 (DR)

DR에서 나타날 수 있는 이학적 소견인 미세혈관류, 모세혈관 비관류 부위 증가[11], 오목 무혈관 부위 (FAZ) 확장[12], 신생혈관 등의 양상들을 확인할 수 있다[13][14].

  • 미세혈관류 : 안저 혹은 FA에서 보이는 것 만큼 모두 관찰되지는 않고, 대략 절반 정도만 확인이 가능 하다고 알려져 있다. 이는 아마도 미세혈관류 안의 느린 혈류 속도와 연관이 있을 것으로 추측된다. DR 이 있는 환자들은 표층 및 심층의 혈관 밀도가 감소하는 것으로 알려져 있으며, 이러한 미세혈관의 변화는 DR이 안저에서 확인되지 않는 당뇨병 환자에서도 확인되는 것으로 보고되었다.
  • 당뇨 황반부종 (DME) : FA에서는 혈관의 누출이 확인되지만, OCTA는 혈관의 과투과성을 표현하지는 못한다. DME가 있는 눈에서 OCTA 영상을 보면, 부종에 의해 각 층의 구획화 오류가 발생하여 정확히 보고자 하는 혈관층의 영상이 잘 구현되지 않을 수 있으며, 부종에서 나타나는 낭종에 의해 나타나는 부위가 허혈 부위와 구분이 어려울 수 있다. 또한 부종 내의 경성 삼출물이나, 지질 등 반사도가 있는 물질들에 의해 nonvascular decorrelation signal 들이 나타날 수 있으므로, 해석에 주의를 요한다. 이런 경우는 OCT 영상을 같이 확인하는 것이 도움이 된다.

습성 황반변성

  • 1형 신생혈관 : RPE층 하에서 혈류가 확인이 되며, 무혈관 부위에서는 확인이 되지 않는다. 대는 이러한 신생혈관은 공급 혈관이 있는 가운데 혈관 가지가 여러 방향으로 뻗어져 나가는 형태를 취하며, 혈관의 주변부에서 고리를 형성하는 경우가 많다. 이러한 양상을 바탕으로 메두사 머리 (Medusa head), 산호 (coral) 모양，부채 (fan) 모양, 바퀴 (wheel) 모양, 고목(dead tree) 모양, 그물 (tangled network) 모양 등으로 구분하기도 한다.
  • 2형 신생혈관 : 신생혈관이 망막하, RPE 위에 위치하게 되며, 혈류가 무혈관 부위에서 확인이 된다. 신생혈관은 공급 혈관으로부터 외망막층에서 뻗어져 나가며, 다양한 모양들로 나타날 수 있는데，수레바퀴 (cart-wheel) 모양이나 부채 모양으로 나타나는 경우가 흔하다.
  • 3형 신생혈관 : 초기에는 망막 내에서 국소적으로 관찰이 된다. 질병이 진행됨에 따라 이러한 신생혈관은 심층 망막 모세혈관총을 지나 무혈관 부위 및 RPE하 공간으로 연결되어 있는 형태가 관찰되기도 한다.

망막 정맥 폐쇄

망막 정맥 폐쇄에서는 FAZ의 확장[15], 모세혈관 비관류 부위의 확장, 미세혈관 이상 등의 소견이 나타날 수 있대. 병변 부위의 모세혈관망이 확장되거나 모양이 변하는 것이 확인될 수 있으며, 부종이 동반된 경우에는 이러한 혈관들이 실제 위치보다 밀려나 있는 경우도 보일 수 있다[16].

망막 동맥 폐쇄

칭범된 부위의 정도에 따라 해당 병변의 혈관의 혈류가 감소하거나, 완전히 보이지 않는 양상을 보일 수 있다. 급성기에는 내측 망막의 비후와 OCT 상 반사도 증가로 인해, 외측 망막과 맥락막 모세혈관의 영상에 영향을 줄 수 있으니 이를 고려하여 확인하는 것이 필요하다.

특발성 중심와부근 모세혈관 확장증 (IJT)

IJT의 경우, 중심와 근처의 표층, 심층의 망막 모세혈관총의 변화가 관찰될 수 있다. 이는 질병의 진행 정도에 따라 양상이 다르게 나타날 수는 있지만, 초기에는 심층 모세혈관총에서 혈관이 확장된 소견이 나타나며, 더 진행하는 경우 표층에서도 혈관들이 확장되는 양상을 보인다. 이러한 변화에 따라 FAZ의 경계가 왜곡되고, 불규칙해지는 양상이 보이며, 더 진행하여 황반부에 신생혈관이 생기는 경우 이를 확인할 수도 있다[17].

참고

  1. ↑ 망막 5판, 2021 (한국 망막 학회, 진기획)
  2. ↑ 녹내장 개정 7판, 2023 (한국 녹내장 학회, 최신 의학사)
  3. ↑ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 Kim DY et al. In vivo volumetric imaging of human retinal circulation w phase-variance OCT. Biomed Opt Express. 2011 Jun 1;2(6):1504-13. 연결
  4. ↑ 4.0 4.1 4.2 4.3 Makita S et al. Optical coherence angiography. Opt Express. 2006 Aug 21;14(17):7821-40. 연결
  5. ↑ 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 Spaide RF et al. OCT angiography. Prog Retin Eye Res. 2018 May;64:1-55. 연결
  6. ↑ 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 Jia Y et al. Split-spectrum amplitude-decorrelation angiography w OCT. Opt Express. 2012 Feb 13;20(4):4710-25. 연결
  7. ↑ 7.0 7.1 Spaide RF et al. Retinal vascular layers imaged by FA and OCTA. JAMA Ophthalmol. 2015 Jan;133(1):45-50. 연결
  8. ↑ 8.0 8.1 Cole ED et al. The Definition, Rationale, and Effects of Thresholding in OCTA. Ophthalmol Retina. 2017 Sep-Oct;1(5):435-447. 연결
  9. ↑ Spaide RF et al. Image Artifacts in OCTA. Retina. 2015 Nov;35(11):2163-80. 연결
  10. ↑ 박서연 등, 네 가지 OCTA 기기의 망막 혈관 밀도와 망막 FAZ의 크기 분석, 한안지 2020;61(5):482-490 연결
  11. ↑ Schottenhamml J et al. An Automatic, Intercapillary Area-Based Algorithm For Quantifying Diabetes-Related Capillary Dropout Using OCTA. Retina. 2016 Dec;36 Suppl 1(Suppl 1):S93-S101. 연결
  12. ↑ Lu Y et al. Evaluation of Automatically Quantified FAZ Metrics for Diagnosis of DR Using OCTA. IOVS. 2018 May 1;59(6):2212-2221. 연결
  13. ↑ Li X et al. Identifying Microvascular and Neural Parameters Related to the Severity of DR Using OCTA. IOVS. 2020 May 11;61(5):39. 연결
  14. ↑ Hwang TS et al. OCTA Features of DR. Retina. 2015 Nov;35(11):2371-6. 연결
  15. ↑ Wons J et al. OCTA of the FAZ in RVO. Ophthalmologica. 2016;235(4):195-202. 연결
  16. ↑ Coscas F et al. OCTA in RVO : Evaluation of Superficial and Deep Capillary Plexa. AJO. 2016 Jan;161:160-71.e1-2. 연결
  17. ↑ Spaide RF et al. Volume-Rendered Angiographic and Structural OCTA of MacTel Type 2. Retina. 2017 Mar;37(3):424-435. 연결
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