Dermoscopy guided dark-field multi-functional optical coherence tomography

Abstract

더모스코프는 표면 반사의 영향 없이 눈에 보이지 않는 미세 구조를 관찰할 수 있는 피부 표면 현미경 기술이다. 현재 이 기술은 피부과에서 색소성 피부 병변을 진단하는데 널리 사용되고 있으며, 현재 비색소 병변의 진단 및 다양한 피부 병변의 치료 효과 관찰까지도 그 사용 영역을 넓혀가고 있다. 하지만 더모스코프는 피부 표면의 정보만을 제공할 수 있고 3 차원 분해능이 없기 때문에 정확한 깊이 정보 또한 제공할 수 없다는 한계를 지닌다. 광간섭단층영상 기술은 저결맞음 간섭계를 기반으로 하는 3 차원 영상 기술로 약 1-2 mm 의 촬영 깊이, 높은 해상도 및 촬영 속도를 가지며, 깊이에 따른 조직의 미세 구조를 가시화할 수 있다. 또한 광간섭단층영상의 확장 기술인 편광 민감 및 혈관 조영 광간섭단층영상 기술을 통해 조직 내의 복굴절성 물질의 분포 및 혈관의 구조를 추가 분석할 수 있다. 하지만 이 기술 또한 근적외선 장파장 레이저를 광원으로 사용하고 흑백 영상을 제공하기 때문에 표면의 대비도가 좋지 못하다는 한계를 가진다. 본 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위해 두 시스템을 결합하여 대비도가 높은 피부 표면의 정보, 그리고 깊이 방향의 구조, 복굴절 및 혈관 정보를 동시에 제공하는 더모스코프 기반 암시야 다기능 광간섭단층영상 시스템을 개발하였다. 더모스코프를 다기능 광간섭단층영상 시스템의 대물렌즈로 사용하는 방식으로 둘을 결합했으며, 각 시스템의 가시광선과 적외선 경로는 이색성 거울을 이용하여 분리하였다. 또한 결합 시 다기능 광간섭단층영상의 표면 반사를 감소시키기 위해 조사와 검출 빔의 경로 및 개구수를 달리하는 액시콘 기반의 암시야 조명법을 적용하였다. 시스템의 유용성을 검증하기 위해 정상 피부와 화염상모반, 흉터와 같은 병변 조직을 촬영하여 각각 비정상적인 혈관구조와 복굴절성을 검출하였다.

Dermoscopy is a skin surface microscopy allowing specular reflection free observation of the skin, and has been utilized to examine pigmented skin lesions. However, dermoscopy has limitations in providing depth information due to lack of 3D resolution. In order to overcome the limitations, we developed dermoscopy guided multi-functional optical coherence tomography (MF-OCT) providing both high-contrast superficial information and depth-resolved structural, birefringent, and vascular information of the skin simultaneously. Dermoscopy and MF-OCT were combined by using a dichroic mirror, and axicon based dark-field configuration was adapted to suppress specular reflection for MF- OCT. After characterization, dermoscopy guided MF-OCT was applied to several human skin lesions such as scar, port-wine stain (PWS) as well as normal skin for demonstration. Various features of the scar and PWS were elucidated by both dermoscopy and MF-OCT. Dermoscopy guided MF-OCT may be useful for evaluation and treatment monitoring of skin lesions in clinical applications.