KR100341439B1 - 레이저 산란 측정법과 ａｒ 파워 스펙트럼 방법을 이용한 생체 내 섬모운동 주파수 측정 장치 - Google Patents

레이저 산란 측정법과 ａｒ 파워 스펙트럼 방법을 이용한 생체 내 섬모운동 주파수 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비강 내 점액층의 섬모와 같은 섬모의 운동을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 레이저 산란 측정법과 AR 파워 스펙트럼 방법을 이용하여 객관적으로 섬모운동의 주파수를 생체 내에서 직접 측정할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 프로브를 섬모운동을 측정하고자 하는 인체 내(예: 비강)에 직접삽입하고, 검체에 레이저광을 전달하여 섬모의 규칙적인 운동에 의해 산란되거나 반사되는 빛을 검출하여 전기적 신호로 전환한 다음, 증폭 및 필터링을 수행하고 디지털 변환된 신호를 AR 파워 스펙트럼 방법에 의해 분석하여 섬모운동 주파수를 얻을 수 있어, 기도 내의 상피 세포 등과 같이 섬모운동이 병리학적, 생리학적으로 매우 중요함에도 불구하고 이를 직접적으로 측정할 수 없었던 종래의 문제점을 해결함으로써 본 발명을 질병 및 약물투여와 관련된 임상 연구에 활용한다면, 약물에 대한 섬모운동의 영향 및 질병 발달 과정에서의 섬모운동의 변화 추이 분석 등 다양한 연구에 응용할 수 있을 것이다.

Description

레이저 산란 측정법과 ＡＲ 파워 스펙트럼 방법을 이용한 생체 내 섬모운동 주파수 측정 장치{Device for in vivo measurement of ciliary beat frequency using a laser light scattering and AR power spectrum}
본 발명은 비강 내 점액층의 섬모와 같은 섬모의 운동을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 레이저 산란 측정법과 AR 파워 스펙트럼 방법을 이용하여 객관적으로 섬모운동의 주파수를 생체 내에서 직접 측정할 수 있는 장치에 관한 것이다.
비강은 호흡작용, 후각작용, 음성공명 작용의 기능을 갖고 있으며 호흡작용에 있어서는 호흡기도로서의 역할, 온도 및 습도를 조절하는 역할을 담당하고 있다. 비강 내 점액층의 섬모는 외부로부터 끊임없이 들어오는 미생물, 독성 물질 및 불순물을 동기화되고 정렬된 움직임을 통하여 제거함으로써 우리 몸을 보호하는 1차 방어기전으로서 중요한 역할을 한다. 이러한 점액 수송계는 직경이 0.5mm나 되는 입자까지도 이송할 수 있는 능력이 있어서 이 메커니즘이 정상적으로 동작될 때는 박테리아 같은 경우에도 거의 점막 세포에 침투할 수 없다. 점액 수송계의 성능을 결정하는 섬모운동 주파수(Ciliary Beat Frequency : 이하 CBF라 함)는 종들 간에 다양한 양상을 보일 뿐만 아니라 질병의 유무여하에 따라서 많은 영향을 받는다. 섬모기능의 장애에 의한 질병에는 선천적인 원발성 섬모운동 이상증(primary ciliary dyskinesia)과 후천적으로 장애가 초래되는 후천성 섬모운동 이상증, 섬모정체, 섬모운동 이상으로 인하여 유발되는 상기도감염, 비강 및 부비동염, 기관지염, 기관지 확장증 등이 있다.
섬모운동의 반복적인 움직임 메커니즘과 질병 및 치료 약물에 의해 CBF가 변화되는 양상을 검측하기 위해서는 CBF를 정량적이고 객관적으로 측정할 수 있어야 한다. 상기도 및 하기도의 질환들 즉 부비동염, 알레르기성 비염, 기관지 천식, 기관지염 등은 이비인후과, 내과, 소아과 질환에서 매우 빈도가 높은 질환이나 이 질환들의 병태생리에 중요한 역할을 하는 섬모기능에 대한 연구는 아직 객관화, 정량화 되지 않은 실정이다. 기도 내의 다양한 질환의 병태생리를 이해하고, 그 질환의 진단 및 치료에 필수적인 객관적 자료를 제시하기 위해서는 기도점막에서 중요한 역할을 하는 섬모기능에 대한 객관화되고 정량적인 측정법은 필수적이다.
때문에 섬모운동의 정량적 측정을 위하여 오래 전부터 여러 가지 생체 내외 실험이 시도되었는데, 영상 처리를 이용한 방법과 반사 매개체로 일반적인 빛을 이용하는 방법 등이 대표적이라 할 수 있다.
영상 처리를 이용한 방법은 연속적인 현미경 영상을 영상처리를 이용하여 분석하는 방법으로서 영상에서의 섬모의 움직임을 감지하기 위해서는 1000정도의 고배율을 요한다. 그러나 생체 내에서 영상을 획득하고자 할 때에는 내시경을 이용하게 되는데 지금 임상에서 활용되고 있는 내시경들은 이 정도의 고배율을 제공하지 못한다. 영상처리를 이용한 섬모운동 주파수(CBF) 측정 방법이 여러 가지 장점을 가지고 있음에도 불구하고 이러한 한계로 인하여 생체 내 측정에는 활용되지 못하는 문제점을 갖고 있다. 이에 대해 자세한 것은 본 발명자가 출원한 대한민국 특허출원 제 97-59160 호의 '영상처리에 의한 세포의 섬모운동 분석방법'을 참조할 수 있을 것이다.
반사 매개체로 일반적인 빛을 이용하는 방법은 섬모로부터 반사 또는 산란되는 빛을 이용하여 CBF를 측정하는 방법으로 최근 들어 생체 내의 섬모운동을 측정하기 위해서 가장 많이 이용되는 방법이다. 이 방법에서는 섬모의 규칙적인 운동에 의해 반사 또는 산란되는 광량의 변화 등을 광소자가 감지하여 광학적 신호를 전기적 신호로 변환하여 섬모운동 주파수를 측정한다.
따라서 광전 신호를 생체 내 섬모운동 측정에 적용하기 위해서는 섬모에 도달하는 빛이 측정하고자 하는 섬모 부위만을 국한시킬 수 있어야 하는데, 일반적인 빛의 경우에는 빛의 분산되는 성질 때문에 특정 부위의 세포만을 한정시켜서 비출 수 없는 문제점이 있다.
그러나 레이저에서 출력되는 단파장의 빛은 이러한 조건을 만족한다. 레이저를 이용한 섬모운동 주파수 측정은 최초로 Lee와 Verdugo에 의해 시도되었다[참조문헌 : Lee WI and Verdugo P., Laser Light-scattering spectroscopy : A new application in the study of ciliary activity, Biophy. J., vol.16, pp.1115-1119, 1976.].
이들은 레이저 산란 방법을 고속 사진촬영법과의 비교를 통하여 이 방법의 정확성, 단순성 및 재현가능성을 체외 표본에 대한 실험을 통하여 증명하였으며 이 방법이 광케이블과의 결합을 통하여 체내의 섬모운동 측정에 응용될 수 있음을 제시하였다.
그러나, 이들의 방법은 세포의 섬모부위와 검출 프로브 사이의 상대적인 움직임에 의해서 발생되는 변동에 의해 섬모운동 주파수의 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 지금까지의 섬모운동 측정 방법들의 단점들을 보완하고 보다 객관적으로 섬모운동의 주파수를 특히 생체 내(즉 기도 내)에서 측정할 수 있는 레이저 산란 측정법과 ＡＲ 파워 스펙트럼 방법을 이용한 생체 내 섬모운동 주파수 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 섬모운동 측정 장치의 구성 블록도
도 2는 도 1의 프로브의 세부 구성도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 섬모운동의 측정과 주파수 분석 과정을 나타낸 흐름도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 섬모운동 측정과 주파수 분석 방법을 구현한 분석 시스템의 실행 화면을 나타낸 도
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 인체의 비강 상피세포에서 획득된 신호로부터 잡음의 영향이 배제된 부분에서의 AR 스펙트럼 분석 결과 및 구간에 대한 FFT 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 광 발생부 110 : 제어기
120 : 레이저 다이오드 200 : 광 검출부
210 : 프로브 211 : 광 케이블
212 : 실리콘 카세터 213 : 실리콘 팁
220, 221 : 포토 다이오드 230, 231 : 전치 증폭기
240 : 차동 증폭기 250 : 저역통과 필터
260 : 고역통과 필터 270 : A/D 변환기
300 : 제어 및 데이터 처리부
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 레이저 산란 기법을 이용하여 인체의 기도 점막 세포의 섬모운동 신호를 획득한 다음 AR(autoregressive) 파워 스펙트럼(power spectrum) 방법을 이용하여 CBF를 측정하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 섬모운동 측정 방법 및 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 섬모운동 측정 장치의 구성 블록도이고, 도 2는 도 1의 프로브의 세부 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 섬모운동 측정 장치는 크게 레이저광을 발생시키는 광 생성부(100)와, 발생된 레이저광이 섬모운동에 의해 산란 또는 반사되는 것을 검출하는 광 검출부(200)와, 상기 광 생성부(100)를 제어하며, 광 검출부(200)에서 전송된 데이터를 처리하는 제어 및 데이터 처리부(300)로 구성된다.
또한 광 생성부(100)는 제어 및 데이터 처리부(300)의 제어신호에 의해 레이저 다이오드(InGaAIP laser diode : 120)에 정전원을 공급하는 제어기(110)와 상기 제어기(110)에서 정전원을 공급받아 단파장의 레이저광을 발생시키는 레이저 다이오드(120)로 구성되며, 광 검출부(200)는 상기 레이저 다이오드(120)에 발생된 단파장의 레이저광을 섬모운동을 측정하고자 하는 부위에 출력하고, 섬모에 의해 산란 또는 반사되는 빛을 감지하여 포토 다이오드(220)에 출력하는 프로브(probe : 210)와, 상기 프로브(210)에서 감지된 광신호를 전기적 신호로 전환하는 포토 다이오드(220)(221)와, 상기 포토 다이오드(220)(221)의 출력을 증폭시키는 전치 증폭기(pre-amplifier : 230)(231)와, 상기 전치 증폭기(230)(231)에서 증폭된 포토 다이오드(220)(221)의 출력 차이에 해당하는 신호를 증폭 출력하는 차동 증폭기(differential amplifier : 240)와, 상기 차동 증폭기(240)의 출력에서 전원에서 발생하는 잡음을 배제하는 저역통과 필터(low-pass filter : 250)와, 상기 차동 증폭기(240)의 느린 움직임에 대하여 포화되는 것을 방지하는 고역통과 필터(high-pass filter : 260)와, 상기 고역통과 필터(260)에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(270)로 이루어지며, 제어 및 데이터 처리부(300)는 상기 광 생성부(100)를 제어하고, 상기 A/D 변환기(270)를 통해 입력되는 데이터를 기초로 내장된 프로그램에 의해 생체 내의 섬모운동을 분석하여 출력하며, 일반적으로 PC가 이용될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 섬모운동 측정 장치의 동작에 대해 설명한다.
광 생성부(100)는 제어 및 데이터 처리부(300)에 의해 제어되어 레이저 다이오드(110)에서 단 파장(예: 670 nm, 5mW)의 빛을 생성한다. 여기서 상기 레이저 다이오드(100)를 대신하여 레이저 트랜지스터를 이용할 수도 있다. 레이저 다이오드(100)에서 생성된 빛은 광케이블의 움직임에 의해서 생성되는 반점(speckle pattern)을 피하기 위하여 싱글모드(single mode, core-5um) 광케이블을 통해서 섬모가 존재하는 검출 하고자 하는 세포 부위에 전달되는데, 이때의 싱글모드 광케이블은 프로브(210)에 통하도록 구성된다.
여기서, 프로브(210)의 구조를 상세하게 설명하면, 프로브(210)는 도 2에 도시된 바와 같이, 빛을 전달하거나 반사 또는 산란되는 빛을 검출하는 3개의 광케이블(211)과, 상기 광케이블(211)을 둘러싸는 실리콘 카세터(silicon catheter : 212)와, 상기 실리콘 카세터(212)의 단부에 씌우져 산란되는 레이저광을 모으는 한편 검체 세포부위로부터 일정한 거리를 유지할 수 있도록 하는 투명한 막으로 된 실리콘 팁(213)으로 구성된다.
또한 상기 3개의 광케이블(211) 중 빛을 전달하는 하나의 광케이블은 싱글모드이고, 빛을 검출하는 2개의 광케이블은 멀티모드(multi mode, core-50um)로 싱글모드의 광원 케이블 주위에 2개의 멀티모드 검출 케이블이 묶여져 있으며, 실리콘 카세터(212)는 프로브(210)를 인체의 코에 삽입하기 쉽도록 끝부분이 일정한 각도(예: 45。)로 휘어져 있다.
이러한 프로브(210)를 통해 단파장의 레이저광은 섬모가 존재하는 검출하고자 하는 세포 부위에 전달되고, 전달된 빛 가운데 섬모운동에 의해 반사 또는 산란되는 빛은 상기 프로브(210)의 실리콘 팁(213)에 의해 수집되는데, 실리콘 팁(213)은 검체 세포부위로부터 일정한 거리를 유지하게 하여 수작업시에 일정 거리에 대한 수고를 덜어주며 검체 표면에 실리콘 팁(213)이 바로 닿기만 하면 쉽게 신호를 획득할 수 있도록 한다. 실리콘 팁(213)을 통해 수집된 빛은 멀티모드 광케이블을 통해 포토 다이오드(220)(221)에 각각 입력된다.
본 발명의 실시예에서는 세포의 섬모부위와 검출 프로브(210) 사이의 상대적인 움직임에 의해서 생기는 변동을 줄이기 위해 두 개의 멀티모드 광케이블이 산란된 신호를 검출한다. 섬모로부터 두 개의 멀티모드 케이블을 통하여 검출된 신호는 각각 포토 다이오드(220)(221)에서 전기적 신호로 전환되어 전치 증폭기(230)(231)에서 증폭된다. 이어서 증폭된 신호는 차동 증폭기(240)에 입력이 되어 두 신호의 차이에 해당하는 신호가 다시 만들어진다.
차동 증폭기(240)의 출력 신호로부터 주위의 환경에서 발생하는 잡음을 제거하기 위해 저역통과 필터(250)와 고역통과 필터(260)를 통과하게 되는데, 저역통과 필터(250)는 전원에서 생기는 60Hz 잡음을 배제하기 위해 차단 주파수를 50Hz로 하고 고역통과 필터는 차동 증폭기(240)의 느린 움직임에 대하여 포화(saturation)되는 것을 막기 위해 차단 주파수를 약 0.5Hz로 한다. 저역통과 필터(250) 및 고역통과 필터(260)를 거친 증폭된 신호는 A/D 변환기(270)에서 디지털 신호로 변환되어 RS-232C를 이용하여 시리얼 통신 방식으로 제어 및 데이터 처리부(300)에 전송된다. 제어 및 데이터 처리부(300)에 전송 저장된 섬모운동 데이터는 실시간으로 디스플레이 되며 AR 파워 스펙트럼 방법에 의해 CBF가 결정된다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 섬모운동 측정 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 섬모운동 측정 및 주파수 분석 과정의 흐름도이고, 도 4는 본 발명에 따른 섬모운동 측정 방법을 구현한 분석 시스템의 실행 화면이다.
도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 섬모운동 측정 방법은 레이저광을 발생시켜 섬모의 운동에 의해 산란 또는 반사되는 빛에 대해 정량적인 신호를 획득하는단계와, 획득된 신호 중에서 전원 및 증폭기에 의한 잡음을 필터링하는 단계와, 필터링된 신호를 디지털 변환하여 전송하는 단계와, 전송된 데이터 신호를 실시간으로 PC의 화면상에 출력하는 단계와, AR 파워 스펙트럼 방법을 이용하여 신호를 분석하는 단계와, 분석된 신호의 결과(CBF)를 화면상에 출력하는 단계를 포함한다.
상세하게 설명하면, 먼저 사용자는 섬모운동의 측정 및 분석에 필요한 신호를 얻는데, 신호는 다음의 일련의 과정들을 거쳐 획득된다(S10).
즉, 상술한 섬모운동 측정장치의 프로브(210)를 섬모운동을 측정하고자 하는 인체 내(예: 비강)에 삽입한 다음, 제어 및 데이터 처리부(300)를 통해 광 생성부(100)에서 레이저광을 발생시키도록 하는 제어신호를 출력한다. 그러면 제어기(110)는 이를 인식하여 레이저 다이오드(120)에 정전원을 공급함으로써 레이저 다이오드(120)는 단파장의 레이저광을 발생시키게 되고, 발생된 레이저광은 프로브(210)의 싱글모드 광케이블을 통해 인체 내의 측정하고자하는 부위에 전달된다. 전달된 레이저광은 섬모의 규칙적인 운동에 의해 산란되거나 반사되고, 이 산란되거나 반사되는 빛은 실리콘 팁(213)을 통해 두 개의 멀티모드 광케이블에서 검출되어 포토다이오드(220)(221)에서 전기적 신호로 전환된다. 이렇게 전기적 신호로 전환된 신호는 전치증폭기(230)(231), 차동 증폭기(240)를 거쳐 증폭된다.
이어서, 저역통과 필터(250) 및 고역통과 필터(250)에서 전원과 증폭기에 의해 발생되는 불필요한 노이즈 등이 제거된다(S20). 필터링된 신호는 아날로그 신호이므로 A/D 변환기(270)를 통해 제어 및 데이터 처리부(300)가 처리 가능한 디지털 신호로 변환되어 RS232C 케이블을 통해 전송되어 실시간으로 화면상에출력된다(S30, S40).
또한, 전송된 신호는 화면상에 실시간으로 출력되는 한편, CBF의 분석을 위해 AR 파워 스펙트럼 방법에 의해 분석되고, 분석된 결과는 화면상에 파형 및 수치가 함께 출력된다(S50, S60).
본 발명의 실시예에서 이용된 AR 파워 스펙트럼 방법은 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있으며, 짧은 시계열 데이터의 스펙트럼 분석에 있어서 기존의 피리어도그램(periodogram) 스펙트럼 분석 방법, 즉 신호의 자기상관함수(autocorrelation function)를 푸리에 변환하는 방법에 비해 윈도우(windowing) 영향을 덜 받는 것으로 알려져 있다.
본 발명의 실시예에서는 AR 파워 스펙트럼 분석 방법 중 하나인 MEM(Maximum Entropy Method) 방법으로 알려진 아래의 수학식 1로 표현되는 Burg의 알고리즘을 이용하여 파라미터(a1, … , aM)를 추정하였으며 차수 M은 보통 20~25 범위에서 분석에 사용된 데이터(512, 1024)로부터 CBF를 결정하기에 충분한 해상도를 제공하였다.
여기서, SAR(ω)는 AR 파워 스펙트럼 분석의 결과이고, EM은 스펙트럼을계산하는 과정 중에 생성되는 상수이며, M은 AR 스펙트럼의 차수(보통 20~25 범위), a는 최종적으로 추정되는 계수이다.
도 4는 인체의 비강 중비갑개 전단부(anterior end of middle terminator in nasal cavity) 에서 실시간으로 획득되고 있는 신호 및 AR 스펙트럼을 통하여 분석된 결과가 나타나 있다. 광 케이블의 코어가 여러 개의 섬모 세포를 포함하는 영역으로부터 산란된 빛을 받아들이기 때문에 획득된 신호들은 대부분 2 ~ 3가지의 사인 함수가 중첩된 형태로 나타났다. 또한 프루브를 잡고 있는 검사자의 손의 떨림의 영향도 반영되었을 것으로 생각된다.
도 5는 인체의 비강 상피세포에서 획득된 신호로부터 잡음의 영향이 배제된 부분에서의 AR 스펙트럼 분석 결과(위)를 나타낸 것이고 같은 구간에 대한 FFT 스펙트럼 분석 결과(아래)에 비해 AR 스펙트럼 분석 결과가 더 섬모운동 주파수(CBF)를 명확하게 보여주고 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 한정이나 부가, 수정 등을 가하여 본 발명을 여러 가지 다양한 형태로 구체화할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 프로브를 섬모운동을 측정하고자 하는 인체 내(예: 비강)에 직접 삽입하고, 검체에 레이저광을 전달하여 섬모의 규칙적인 운동에 의해 산란되거나 반사되는 빛을 2개의 멀티모드 케이블을 사용하여 검출하고 전기적 신호로 전환한 다음, 증폭 및 필터링을 수행하고 디지털 변환된 신호를 AR 파워 스펙트럼 방법에 의해 분석함으로써, 정확한 생체 내의 섬모운동 주파수를 직접 얻을 수 있다.
또한 본 발명은 질병 및 약물투여와 관련된 임상 연구에 활용되어, 약물에 대한 섬모운동의 영향 및 질병 발달 과정에서의 섬모운동의 변화 추이 분석 등 다양한 연구에 응용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 레이저를 발생시키는 광 생성부(100)와, 발생된 레이저가 섬모운동에 의해 산란 또는 반사되는 것을 검출하는 광 검출부(200)를 구비하여 레이저의 산란에 따른 생체 내 섬모의 운동을 측정하는 장치에 있어서:
    상기 광 생성부(100)는 상기 제어 및 데이터 처리부(300)의 제어신호에 의해 레이저 다이오드(120)에 정전원을 공급하는 제어기(110)와, 상기 제어기(110)에서 정전원을 공급받아 단파장의 레이저광을 발생시키는 레이저 다이오드(120)를 포함하여 구성되며;
    상기 광 검출부(200)는 상기 레이저 다이오드(120)에 발생된 단파장의 레이저를 섬모운동을 측정하고자 하는 부위에 출력하고, 섬모에 의해 산란 또는 반사되는 빛을 검출하여 포토 다이오드(220)에 출력하는 프로브(210)와, 상기 프로브(210)에서 감지된 광신호를 전기적 신호로 전환하는 포토 다이오드(220)(221)와, 상기 포토 다이오드(200)의 출력을 증폭시키는 전치 증폭기(230)(231)와, 상기 전치 증폭기(230)(231)에서 증폭된 포토 다이오드(220)(221)의 출력 차이에 해당하는 신호를 증폭 출력하는 차동 증폭기(240)와, 상기 차동 증폭기(240)의 출력에서 전원에서 발생하는 잡음을 배제하는 저역통과 필터(250)와, 상기 차동 증폭기(240)의 느린 움직임에 대하여 포화되는 것을 방지하는 고역통과 필터(260)와, 상기 고역통과 필터(260)에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(270)를 포함하여 구성되고;
    상기 광 생성부(100)를 제어하며, 광 검출부(200)에서 전송된 데이터를 상기 광 검출부(200)를 통해 인가 받아 SAR(ω)는 AR 파워 스펙트럼 분석의 결과이고, EM은 스펙트럼을 계산하는 과정 중에 생성되는 상수이며, M은 AR 스펙트럼의 차수(보통 20~25 범위), a는 최종적으로 추정되는 계수로 이루어진,
    수학식에 따른 AR 파워 스펙트럼 방법에 따른 신호처리를 수행하며 수행 결과를 출력하는 제어 및 데이터 처리부(300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 산란 측정법과 AR파워 스펙트럼 방법을 이용한 생체 내 섬모운동주파수 측정장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로브(210)는 상기 레이저 다이오드(120)에서 발생된 빛을 전달하거나 섬모에 의해 반사 또는 산란되는 빛을 검출하는 다수개의 광케이블(211)과, 상기 광케이블(211)을 둘러싸는 실리콘 카세터(212)를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 내 섬모운동 측정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 실리콘 카세터(212)로 둘러싸인 광케이블(211)은 빛을 전달하는 하나의 싱글모드 광케이블의 주위에 반사 또는 산란되는 빛을 검출하는 두 개의 멀티모드 광케이블이 묶여져 있는 것을 특징으로 하는 생체 내 섬모운동 측정장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 실리콘 카세터(212)는 프로브(210)를 인체에 삽입하기 쉽도록 끝부분이 일정한 각도로 휘어져 있는 것을 특징으로 하는 생체 내 섬모운동 측정장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 실리콘 카세터(212)는 끝부분이 45。로 휘어져 있는 것을 특징으로 하는 생체 내 섬모운동 측정장치.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느한 항에 있어서,
    상기 프로브(210)는 상기 실리콘 카세터(212)의 단부에 씌우져 반사 또는 산란되는 빛을 모으는 한편 검체 세포부위로부터 일정한 거리를 유지할 수 있도록 하는 막으로 된 실리콘 팁(213)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 내 섬모운동 측정장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 실리콘 팁(213)이 투명한 것을 특징으로 하는 생체 내 섬모운동 측정장치.
  10. 삭제
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4210029A (en) * 1979-05-04 1980-07-01 Lad Research Industries, Inc. Differential fiber optic differential pressure sensor
US4746211A (en) * 1984-01-18 1988-05-24 Gesellschaft fur Strahlen- und Unweltforschung mbH Real time velocity determination
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4210029A (en) * 1979-05-04 1980-07-01 Lad Research Industries, Inc. Differential fiber optic differential pressure sensor
US4746211A (en) * 1984-01-18 1988-05-24 Gesellschaft fur Strahlen- und Unweltforschung mbH Real time velocity determination
US5807264A (en) * 1995-04-11 1998-09-15 Paltieli; Yoav Endoscope apparatus and method for detecting cilia motion using multimode detection fibers to collect back-scattered light

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