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광학 염색이란 무엇인가? 올림푸스 NBI 기술의 원리와 응용
올림푸스에서 개발한 NBI(협대역 이미징) 기술입니다. 특수 광학 필터를 사용하여 백색광을 특정 파장의 협대역 빛으로 필터링하여 점막 표면의 미세한 혈관 변화를 강조하고 초기 단계 암의 진단 정확도에서 질적 도약을 이룹니다.
01 NBI 기술이란 무엇인가?
NBI, 즉 협대역 이미징(Narrow Band Imaging)의 약자는 광학 이미지 향상 기술입니다. 그 원리는 필터를 사용하여 내시경 광원에서 방출되는 적색, 녹색 및 청색 빛 파장에서 광대역 스펙트럼을 제거하고, 415nm, 540nm 및 600nm의 파장을 가진 협대역 빛 파장만 남기는 것입니다.
이 특정 파장의 빛 파장은 독특한 생물학적 특성을 가지고 있습니다:
- 415nm 청색 빛 파장은 조직을 얕게 침투하며 점막 표면의 헤모글로빈에 쉽게 흡수되어 내시경 아래에서 표면 혈관이 갈색으로 보이게 합니다;
- 540nm 녹색 빛 파장은 약간 더 강한 침투력을 가지며 중간층 혈관을 더 잘 표시할 수 있고, 내시경 아래에서 심층 혈관이 청록색으로 보이게 합니다;
이 두 혈관 층(얕은 층과 깊은 층) 사이의 색상 및 형태적 대비를 통해 의사들은 점막 표면의 미세한 변화를 명확하게 관찰할 수 있으며, 따라서 기존의 백색광 내시경으로는 식별하기 어려운 초기 병변을 발견할 수 있습니다.
02 NBI 이미징 뒤에 있는 두 가지 자연 현상
1. 첫 번째 현상: 파란색과 초록색 빛의 서로 다른 침투 깊이가 "광학 단면"을 관찰하여 서로 다른 층을 볼 수 있게 합니다.
일반적인 백색광은 일상적인 조명과 같아서 다양한 색상을 혼합하여 전체 조직을 비추지만, 깊은 영역과 얕은 영역의 구조는 쉽게 흐려져서 층을 구별하기 어렵습니다.
NBI는 주로 두 가지 특정 색상의 빛을 사용합니다: 파란색과 초록색:
① 파란색 빛은 짧은 파장을 가지며 얕은 침투력을 가지고 있어 주로 가장 바깥쪽 점막과 모세혈관을 비춥니다.
② 초록색 빛은 약간 더 긴 파장을 가지며 깊은 침투력을 가지고 있어 더 깊은 혈관을 비출 수 있습니다.
이것은 책상 표면의 먼지만을 명확하게 보여줄 수 있는 파란색 빛 손전등을 사용하는 것과 같고, 녹색 빛 손전등은 서랍 안의 물체를 비출 수 있습니다. 이 두 가지 유형의 빛을 전환함으로써 NBI는 의사들이 조직을 "층별로" 관찰할 수 있게 하여 필요한 층에 집중할 수 있게 합니다.
2. 두 번째 현상: 헤모글로빈은 파란색과 녹색 빛을 흡수하여 혈관이 화면에서 뚜렷한 어두운 색으로 나타나게 합니다.
우리의 혈액에는 헤모글로빈(혈액을 붉게 만드는 물질)이 포함되어 있으며, 이는 특징이 있습니다: 파란색과 녹색 빛을 흡수하는 강한 친화력을 가지고 있습니다.
NBI의 파란색과 녹색 빛이 혈관을 조사할 때, 대부분의 빛은 혈관 내의 헤모글로빈에 의해 흡수되므로 혈관이 화면에서 매우 어둡게 나타납니다.
반면, 주변 점막 조직은 이러한 빛의 파장을 반사하여 상대적으로 밝게 보입니다.
혈관은 "빛을 흡수하는 스펀지"처럼 작용하여, 특히 이 두 가지 색상의 빛을 흡수하여 밝은 배경에 어두운 선이나 네트워크로 명확하게 "윤곽"을 드러내어 한눈에 쉽게 식별할 수 있습니다.
03 NBI 기술의 발전 역사
NBI 기술은 하룻밤 사이에 발전하지 않았습니다. 2001년 일본 학자 Sano Y 외가 소화기계 질환 진단에 좁은 대역 이미징 기술의 적용을 처음으로 보고했습니다.
그 후, 올림푸스 주식회사는 일본의 국립암센터 동부병원과 이 기술을 공동 개발하였으며, 2006년에 내시경 진단에 공식적으로 적용하였습니다.
거의 20년의 개발 끝에 NBI 기술은 지속적으로 반복되고 개선되었습니다. 초기의 기본 이미징 기능에서 오늘날의 확대 내시경, 고화질 이미징 및 기타 기술과의 통합에 이르기까지, NBI는 조기 암 진단을 위한 중요한 도구가 되었습니다.
2024년 9월, 올림푸스는 4K 협대역 이미징(4K NBI) 기술을 기반으로 한 새로운 카메라를 출시하여 이미지 선명도와 해상도를 더욱 향상시켰습니다.
04 NBI의 임상 응용
NBI는 혈액 내 헤모글로빈에 쉽게 흡수되는 두 개의 좁은 대역 파장(파란색 빛 390-445 nm 및 녹색 빛 530-550 nm)을 조사하여 점막 표면의 모세혈관 및 점막 미세 패턴을 강조하여 관찰을 제공합니다. 암 조직이 영양분을 흡수하기 위해 혈관을 확장하려고 시도함에 따라 점막 표면은 암이 진행됨에 따라 증가된 모세혈관과 함께 복잡한 패턴을 형성합니다. 따라서 NBI의 사용은 암의 조기 발견과 이후 암 특성 판단에 도움이 됩니다.
05 검사에서 NBI의 두 가지 주요 용도
① 탐지 및 위치 확인
의사들은 중거리 및 장거리에서 관찰하여 의심스러운 병변을 신속하게 발견하고 병변의 경계를 명확히 판단할 수 있습니다.
② 구분 및 진단
NBI 하에서 병변 부위의 혈관 형태와 선의 개구부 형태를 관찰함으로써 의사들은 종양의 성질(양성 또는 악성, 초기 단계 또는 진행 단계)을 분석하고 판단할 수 있습니다.
NBI는 화학 염료의 대안입니다.
전통적인 화학 염색(예: 인디고 카민)과 NBI는 유사한 시각적 효과를 얻을 수 있지만, NBI는 염료를 분사할 필요가 없어 작업이 더 편리하고 비침습적입니다.
06 NBI의 주요 대상 질병
NBI 기술은 주로 상부 소화관과 호흡기에 집중된 병변을 선별하고 진단하는 데 가장 일반적으로 사용됩니다:
- 조기 하인두암
- 식도암
- 바렛 식도
- 조기 위암
- 초기 대장암
- 염증성 장 질환(예: 궤양성 대장염)
- 조기 폐암
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