망막 산소측정

한눈에 보는 포인트

이 기술의 요점

• 망막 산소포화도 측정은 안저 촬영과 광학적 분석을 결합하여 망막 혈관의 산소 포화도(SO₂)를 비침습적으로 측정하는 기술입니다.
• 건강한 사람의 동맥 SO₂는 약 92%, 정맥 SO₂는 약 55%가 기준값입니다.
• 질환별로 특징적인 변화를 보입니다: 당뇨망막병증에서는 정맥 SO₂가 상승하고, 정상안압녹내장에서는 동맥 SO₂가 감소합니다.
• 알츠하이머병과 같은 전신 질환에서도 망막 혈관 SO₂ 변화가 보고되어, 전신 바이오마커로서의 가능성이 있습니다.
• 측정 정확도는 혈관 직경, 백내장, 망막 신경섬유층 상태에 영향을 받습니다.
• 현재는 주로 연구 목적으로 사용되며, 일반 안과 클리닉에서의 보급은 제한적입니다.

1. 망막 산소포화도 측정이란?

망막 산소포화도 측정(retinal oximetry)은 망막 혈관 내 산소포화도(SO₂)를 비침습적으로 측정하는 검사 기술입니다. 채혈이나 조영제 없이 안저 카메라와 광학 분석 소프트웨어만으로 혈관 내 산소 상태를 정량 평가할 수 있는 것이 특징입니다. ¹⁾²⁾

이 기술의 기초 연구는 1959년 Hickam 등에 의해 수행되었습니다. ²⁾ 이후 디지털 이미지 처리 기술의 발전과 함께 실용화가 진행되었으며, 최근에는 AI 분석 기술과의 융합을 통해 정확도가 향상되고 있습니다. ¹⁾

측정의 이론적 근거는 Lambert-Beer 법칙에 기반한 이중 파장 분광법으로, 산화 헤모글로빈과 탈산소 헤모글로빈의 광흡수 스펙트럼 차이를 이용합니다(기술 원리 상세 참조).

Q 망막 산소포화도 측정은 어떤 검사인가요?

A

안저 카메라로 여러 파장의 빛을 비추고 망막 혈관 내 산소 헤모글로빈과 탈산소 헤모글로빈의 광흡수량 차이로부터 산소포화도를 계산하는 검사입니다. 채혈이나 조영제가 필요 없으며, 수분 내에 측정이 완료됩니다.

2. 각 질환에서의 측정 소견

정상안의 기준값

정상인에서 망막 혈관의 기준값은 다음과 같습니다. ²⁾

부위	산소 포화도
동맥	약 92%
정맥	약 55%

동맥과 정맥의 차이(산소 소비량 지표)는 약 37% 포인트입니다. 이 값은 각 질환 평가의 기준이 됩니다.

안과 질환에서의 SO₂ 변화

각 안과 질환별 대표적인 SO₂ 변화 패턴을 아래에 요약합니다.

질환	동맥	정맥	주요 의의
당뇨망막병증	변화 없음 ~ 경미한 상승	상승	대사 장애의 지표
정상안압녹내장	감소	변화 없음 ~ 감소	시신경 허혈 시사
망막정맥폐쇄	변화 없음	상승	폐쇄 부위 평가
연령 관련 황반변성	변화 있음	변화 있음	맥락막 순환 부전
망막색소변성증	감소	감소	전반적인 대사 저하

• 당뇨망막병증(DR): 정맥 SO₂ 상승이 특징적입니다. 망막의 대사 장애로 산소 소비가 감소하여 정맥혈의 산소가 소비되기 어려워져 정맥 SO₂가 상승하는 것으로 생각됩니다. ¹⁾
• 정상안압녹내장(NTG): 동맥 SO₂ 감소가 보고되었으며, 시신경으로의 혈류 부전 및 산소 공급 부족과의 연관성이 시사됩니다. ¹⁾
• 망막정맥폐쇄(RVO) : 폐쇄 부위의 정맥 SO₂ 상승이 관찰됩니다. 동맥과 정맥 모두에서 변화가 나타날 수도 있습니다. ¹⁾²⁾
• 연령 관련 황반변성(AMD): 맥락막 순환 장애를 반영하는 변화가 보고되었습니다. ¹⁾
• 망막색소변성증(RP)：광수용체의 변성 및 소실로 인해 망막 전체의 산소 소비가 감소하고, 동맥과 정맥 모두에서 SO₂가 감소합니다. ¹⁾

전신 질환에서의 SO₂ 변화

망막 혈관은 전신 순환을 반영하므로, 안구 외의 전신 질환에서도 특징적인 변화가 관찰됩니다.

질환	주요 소견
알츠하이머병	동맥 SO₂ 상승 (약 94.2%)
COPD	동정맥 SO₂ 감소
만성 신장 질환	SO₂ 변화 있음

• 알츠하이머병(AD): 동맥 SO₂가 평균 94.2%로 건강한 사람보다 높게 나타났다는 보고가 있습니다. ¹⁾³⁾ 신경퇴행에 따른 망막 대사 저하가 산소 소비량 감소를 초래할 가능성이 시사됩니다.
• COPD(만성 폐쇄성 폐질환): 전신 저산소 상태를 반영하여 망막 혈관의 SO₂가 감소합니다. ¹⁾
• 만성 신장 질환(CKD): 신장 기능 장애와 관련된 SO₂ 변화가 보고되었습니다. ¹⁾

Q 알츠하이머병 진단에 망막 산소측정법을 사용할 수 있나요?

A

현재로서는 연구 단계에 있으며 진단 도구로 확립되지 않았습니다. 알츠하이머병에서 동맥 SO₂ 상승이 보고되었지만 단독 진단 정확도는 불충분하며 다른 신경학적 검사와의 조합이 필요합니다. 자세한 내용은 「전망」 항을 참조하십시오.

3. 측정 정확도에 영향을 미치는 요인

망막 산소포화도 측정값은 여러 요인에 의해 영향을 받습니다. 결과를 해석할 때 이러한 교란 요인을 고려해야 합니다.

• 혈관 직경: 측정 가능한 혈관 직경에는 하한이 있으며, 직경 50μm 미만의 가는 혈관에서는 신뢰할 수 있는 측정이 어렵습니다. ²⁾ 모세혈관 수준의 측정은 현재 기술로는 한계가 있습니다.
• 수정체 혼탁(백내장): 백내장으로 인한 빛 산란 및 흡수가 측정값에 영향을 미쳐 위음성 저값을 초래할 수 있습니다. ¹⁾
• 망막신경섬유층(RNFL) 두께: RNFL 두께가 변화하면 혈관의 광학적 환경이 변화하여 측정 정확도에 영향을 미칩니다. ¹⁾²⁾ 녹내장 등 시신경 장애를 동반하는 질환에서는 특히 주의가 필요합니다.
• 동공 직경 및 안내 산란: 산동이 불충분하거나 유리체 혼탁이 있는 경우에도 측정 정확도가 저하됩니다.
• 혈관의 굴곡 및 주행 각도: 측정 부위 선정에 경험이 필요합니다.

전문적 보충

망막 산소측정 결과를 비교하거나 추적할 때는 백내장 진행 정도와 RNFL 두께를 동시에 평가하는 것이 권장됩니다. 이러한 교란 요인을 보정하지 않으면 질병 진행에 따른 SO₂ 변화와 측정 조건의 변화를 구별할 수 없습니다.

4. 기술 원리와 장비

측정 원리: Lambert-Beer 법칙과 이중 파장법

망막 산소측정의 기본 원리는 Lambert-Beer 법칙에 기반한 이중 파장 분광광도법입니다. ¹⁾²⁾

산화 헤모글로빈(oxyHb)과 탈산소 헤모글로빈(deoxyHb)은 빛의 흡수 스펙트럼이 다릅니다. 구체적으로:

• 등흡수점(약 570nm): oxyHb와 deoxyHb의 흡광도가 동일한 파장. 기준 파장으로 사용됩니다.
• 민감 파장(약 600~640nm 부근): oxyHb와 deoxyHb의 흡광도 차이가 최대가 되는 파장. 측정 파장으로 사용됩니다.

산소 포화도(SO₂)는 이 두 파장에서의 광밀도비(ODR)로부터 계산됩니다. ¹⁾ 공식의 개요는 다음과 같습니다.

ODR = log(I_ref / I_meas_reference) / log(I_ref / I_meas_sensitive) SO₂ ∝ 1 − ODR (계수는 기기 교정에 의해 결정됨)

이 계산은 혈관의 각 픽셀에 대해 수행되며, 혈관을 따라 SO₂의 컬러 맵이 생성됩니다.

주요 기기

Oxymap T1

개요: 상용화된 대표적인 망막 산소포화도 측정기입니다.

방식: 산동하지 않은 상태에서 안저 카메라와 2파장 카메라를 결합한 구성입니다.

특징: FDA 승인을 받았습니다. 많은 임상 연구에서 사용 실적이 있습니다. ¹⁾²⁾

Imedos 시스템

개요: 독일 Imedos사가 개발한 망막 혈관 분석 시스템입니다.

방식: 다파장 분광 측정을 통한 망막 혈관 분석.

특징: 혈관 직경 및 혈류 속도 측정도 가능. ²⁾

vis-OCT

개요: 가시광 OCT를 응용한 차세대 측정 기술.

방식: 가시광(450~700nm) OCT를 이용하여 SO₂를 높은 공간 분해능으로 측정.

특징: 층별·깊이별 SO₂ 측정이 가능하며, 맥락막 적용도 연구 중. ²⁾

Q 맥박산소측정기와 어떻게 다른가요?

A

맥박산소측정기는 손가락 끝 등의 말초 순환 전체의 동맥혈 SO₂를 측정하는 반면, 망막산소측정법은 안저의 개별 망막 혈관(동맥 및 정맥 각각)의 SO₂를 국소적으로 측정합니다. 전신의 산소 상태뿐만 아니라 망막 국소의 산소 대사 및 혈관 장애 유무를 평가할 수 있다는 점이 큰 차이입니다.

5. 치료 모니터링에의 응용

망막산소측정법은 치료 효과 평가 도구로서도 연구가 진행되고 있습니다.

당뇨망막병증에 대한 광응고술 후 모니터링

당뇨망막병증에 대한 망막광응고술(레이저 치료) 시행 후, 정맥 SO₂의 감소(정상화 방향으로의 변화)가 확인되었습니다. ¹⁾²⁾ 광응고에 의해 대사 장애를 일으킨 망막 조직이 파괴되면, 잔존 망막의 산소 요구가 변화하여 정맥 SO₂가 개선되는 것으로 생각됩니다. 이러한 변화를 추적함으로써 치료 효과의 객관적 평가가 기대됩니다.

녹내장에 대한 탄산탈수효소억제제(CAI) 투여 후 모니터링

녹내장 치료제인 탄산탈수효소억제제(CAI) 투여 후 망막동맥 SO₂의 변화가 관찰되었다는 보고가 있습니다. ¹⁾CAI는 안압 강하 효과 외에도 망막 혈류 개선 효과가 있는 것으로 시사되며, 망막 산소측정법은 이러한 혈관 효과를 비침습적으로 평가하는 도구가 될 수 있습니다.

현재 위치

치료 모니터링에의 적용은 현재 연구 단계에 있습니다. 측정값의 변동성과 교란 요인의 영향이 크므로, 개별 환자의 치료 효과 판단에 사용하려면 추가 검증이 필요합니다. 임상 판단의 근거로 단독 사용은 권장되지 않습니다.

6. 측정 원리 상세: 망막의 이중 산소 공급

망막으로의 산소 공급은 해부학적으로 다른 두 계통을 통해 이루어집니다. 이 이중 구조는 망막 산소측정법의 해석을 복잡하게 만드는 요인이기도 합니다. ²⁾

• 망막중심동맥계(내층 공급): 망막 내층(신경절세포층~내과립층)에 산소를 공급합니다. 망막 산소포화도 측정으로 직접 측정할 수 있는 것은 이 계통의 혈관입니다.
• 맥락막모세혈관계(외층 공급): 망막 외층(광수용체 및 RPE)에 산소를 공급합니다. 맥락막 순환은 혈류량이 매우 많고 산소 추출률이 낮습니다.

광수용체는 안구 내에서 산소 소비량이 가장 많은 세포이지만, 그 산소 공급원은 맥락막이며 일반적인 안저 카메라를 사용한 망막 산소포화도 측정으로는 직접 측정할 수 없습니다. 이것이 vis-OCT나 심부 OCT를 이용한 맥락막 SO₂ 측정 연구가 진행되고 있는 이유입니다.

망막 내층의 SO₂는 광수용체의 산소 소비 상태를 직접 반영하는 것이 아니라 내층의 신경세포 및 신경아교세포의 대사 활동을 반영한다는 점을 염두에 두고 해석해야 합니다.

7. 최신 연구 및 향후 전망

환자분께: 반드시 읽어주십시오

다음 내용은 현재 연구 단계 또는 임상 시험 중인 것으로, 일반 병원에서 받을 수 있는 표준 검사가 아닙니다. 향후 의료 발전에 관한 전문가용 참고 정보입니다.

기술적 진보: 광각, 무산동, AI 분석

현재의 망막 산소 측정법은 측정 범위, 조작성, 재현성에 문제가 있습니다. 다음과 같은 기술 개발이 진행 중입니다. ¹⁾

• 광각 산소 측정법: 광각 안저 카메라와의 결합으로 주변 망막의 SO₂ 측정이 가능해지고 있습니다.
• 무산동 측정 시스템: 산동제를 사용하지 않는 검사 환경에서의 측정 정확도 향상이 도모되고 있습니다.
• AI 및 기계 학습 분석: SO₂ 지도의 자동 분석 및 질환 패턴의 자동 분류를 위한 알고리즘 개발이 진행 중입니다.

치매 및 전신 질환 바이오마커로서의 전망

망막은 중추신경계(뇌)의 연장선으로 기능적·해부학적으로 유사하며, 신경퇴행성 질환의 ‘창’으로서 역할이 주목받고 있습니다. ¹⁾³⁾

Cheung 등(2019)은 알츠하이머병, 파킨슨병, 치매에서 망막의 구조적·기능적 변화를 개괄하며, 망막이 이러한 신경퇴행성 질환의 잠재적 바이오마커가 될 수 있음을 보여주었습니다³⁾. 망막 산소측정을 포함한 여러 망막 바이오마커를 결합함으로써 치매의 조기 선별에 응용될 것으로 기대됩니다.

알츠하이머병에서는 망막 동맥 SO₂ 상승(약 94.2%)이 보고되었으며, 이는 신경퇴행에 따른 산소 대사 변화를 반영하는 것으로 생각됩니다. ¹⁾ 단, 진단 도구로 실용화하려면 종적 연구를 통한 민감도·특이도 확립이 필요합니다.

Q 당뇨망막병증 조기 발견에 도움이 됩니까?

A

현재로서는 연구 단계에 있습니다. 당뇨망막병증에서는 임상적 변화가 뚜렷해지기 전부터 정맥 SO₂ 상승이 관찰된다는 보고가 있어, 초기 변화의 지표가 될 가능성이 시사됩니다. 다만 표준 선별 검사로 확립되기 위해서는 추가적인 대규모 연구가 필요합니다.

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8. 참고문헌

1. Zhang W, Tay WT, Cheng CY, et al. Retinal oximetry: new insights into ocular and systemic diseases. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2025;263:2101-2115.
2. Garg アカントアメーバ角膜炎, Knight D, Lando L, et al. Advances in retinal oximetry. Trans Vis Sci Tech. 2021;10(2):5.
3. Cheung CY, Ikram MK, Chen C, Wong TY. Potential retinal biomarkers for dementia. Curr Opin Neurol. 2019;32(1):82-91.