KR100443812B1 - Apparatus of fluorescence endoscope and spectrum analysis - Google Patents
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Abstract
본 발명은 형광 내시경 및 스펙트럼 분석 장치와 이를 이용한 암 진단방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 본 발명은 암 세포에 선택적으로 축적되는 종양 특이적 photogem 등의 광감각제를 주입한 상태에서 필터링(filtering)된 청색광으로 광감각된 병변을 관찰했을 때 형광을 띠는 부분을 관찰하고, 또한 He-Ne 레이저광에 의해 여기된 조직에서 나오는 스펙트럼을 분석하여 정상조직의 스펙트럼과 비교함으로써 암을 조기에 진단할 수 있는 장치 및 이를 이용한 암진단 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fluorescence endoscope and a spectrum analysis device and a cancer diagnostic method using the same. More specifically, the present invention observes a fluorescent part when observing a lesion that is photosensitized with filtered blue light while injecting a photosensitive agent such as a tumor specific photogem that selectively accumulates in cancer cells. In addition, the present invention relates to an apparatus for early diagnosis of cancer by analyzing a spectrum from a tissue excited by He-Ne laser light and comparing it with a spectrum of normal tissue, and a method for diagnosing cancer using the same.
본 발명은 형광내시경 진단기와 형광 스펙트럼 진단기를 하나의 장치로 통합하여 국소적이고 점액질하에 있는 암조직 등을 효과적으로 진단하고 또한 넓은 부위를 한꺼번에 스캐닝하여 진단할 수 있는 장점이 있다.The present invention integrates a fluoroscopy diagnostic apparatus and a fluorescence spectral diagnostic apparatus into a single device, thereby effectively diagnosing cancer tissues under local and mucus and also scanning a wide area at once.
Description
본 발명은 형광 내시경 및 스펙트럼 분석 장치와 이를 이용한 암 진단방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fluorescence endoscope and a spectrum analysis device and a cancer diagnostic method using the same.
암의 조기진단은 높은 완치율을 보이기 때문에 암 치료에 있어서 가장 중요한 요소이다. 그러나 한 예로써 폐암의 경우 초기 진단은 흉부 X-ray 검사와 객담검사등이 있다. 흉부 X-ray 검사로는 중심부에 위치한 초기 폐암진단이 불가능하며, 유일한 비침습적 방법인 객담검사로는 단지 백색광을 이용한 현미경으로 세포의 형태를 검색하는 방법으로써, 세포학적 발견의 가변성 때문에 초기 암세포를 감별 진단하기가 어렵다. 더구나 초기암의 경우 증상을 동반하지 않기 때문에 임상검사 및 현미경 진단에서 예외대상이 될 수 있으며 방사선과적, 특수생화학, 면역학검사 방법의 민감도(sensitivity) 및 특이도(specificity)에 따라 진단의 가부가 결정되므로 진단 방법자체가 제한요소(limiting factor)로서 제한적일 수밖에 없는 실정이다(예로써 현재의 세포검색법의 폐암진단 sensitivity는 65%이다). 백색광을 이용한 내시경적인 검사방법도 형태적으로 발전된 종양의 검사는 비교적 쉬우나 초기 단계의 작은 종양의 감별은 매우 어렵고 부위나 histology에 따라 검출이 않되는 경우가 많은 실정이다. 방광암의 경우에서도 in situ carcinoma, papiloma등은 백색 cystoscopy로 진단이 어렵다.Early diagnosis of cancer is the most important factor in the treatment of cancer because of its high cure rate. However, as an example, the initial diagnosis of lung cancer includes chest X-ray and sputum. A chest X-ray test cannot diagnose early lung cancer in the center, and the only non-invasive method of sputum testing is to detect cell morphology with a microscope using white light. Difficulty in differential diagnosis Moreover, since early cancer does not have symptoms, it may be an exception in clinical examination and microscopic diagnosis, and the diagnosis of the diagnosis is determined by the sensitivity and specificity of radiological, special biochemistry, and immunological methods. Therefore, the diagnosis method itself is limited as a limiting factor (limiting factor) (e.g. lung cancer diagnosis sensitivity of the current cell screening method is 65%). Endoscopic examination using white light is also relatively easy to detect tumors that are morphologically advanced, but it is very difficult to distinguish small tumors in the early stages, and they are often not detected depending on the site or histology. In the case of bladder cancer, in situ carcinoma and papiloma are difficult to diagnose by white cystoscopy.
따라서 본 발명자는 암 세포에 선택적으로 축적되는 종양 특이적 photogem 등의 광감각제를 주입한 상태에서 필터링(filtering)된 청색광으로 광감각된 병변을 관찰했을 때 형광을 띠는 부분을 관찰하고, 또한 He-Ne 레이저광에 의해 여기된 조직에서 나오는 스펙트럼을 분석하여 정상 조직과 비교함으로써 암을 조기에 진단할 수 있는 장치 및 방법을 개발하게 되었다. 본 발명의 장치 및 방법은 보다 넓은 부위를 한번에 검사할 수 있고 또한 상기한 2가지 진단방법을 동시에 사용함으로써 암진단율을 높일 수 있다.Therefore, the present inventors observe a fluorescence part when observing a lesion that is photosensitized with filtered blue light while injecting a photosensitive agent such as a tumor specific photogem that selectively accumulates in cancer cells. By analyzing the spectrum from tissues excited by He-Ne laser light and comparing it with normal tissues, a device and method for early diagnosis of cancer have been developed. The device and method of the present invention can examine a wider area at one time and increase the cancer diagnosis rate by using the two diagnostic methods described above.
본 발명의 목적은 검사 대상인 암조직의 형광영상과 스펙트럼을 실시간으로 관찰할 수 있는 장치 및 그 이용방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a device and a method of using the same that can observe the fluorescence image and spectrum of the cancer tissue to be examined in real time.
본 발명의 목적은 암 세포에 선택적으로 축적되는 종양 특이적 photogem 등의 광감각제를 주입한 상태에서 필터링(filtering)된 청색광으로 광감각된 병변을 관찰했을 때 형광을 띠는 부분을 관찰하고, 또한 He-Ne 레이저 광에 의해 여기된 조직에서 발생되는 스펙트럼을 분석하여 이를 정상조직의 스펙트럼과 비교함으로써 암을 조기에 진단할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to observe the fluorescence part when observing the lesions that are photosensitized with filtered blue light in the state of injecting a photosensitive agent such as tumor-specific photogem that selectively accumulates in cancer cells, In addition, the present invention provides an apparatus and method for early diagnosis of cancer by analyzing a spectrum generated in a tissue excited by He-Ne laser light and comparing it with a spectrum of normal tissue.
본 발명의 목적은 상기 2가지 진단방법을 동시에 사용함으로써 암진단율을 높일 수 있는 장치 및 이를 이용한 암진단 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an apparatus capable of increasing the cancer diagnosis rate by using the two diagnostic methods at the same time and a cancer diagnostic method using the same.
본 발명의 목적은 상기 필터링(filtering)된 청색광을 사용함으로써 넓은 부위의 종양을 진단할 수 있고, 장파장의 He-Ne 레이저를 사용함으로써 점액질하의 종양도 감별할 수 있는 장치 및 이를 이용한 암진단방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to diagnose a tumor of a wide area by using the filtered blue light, and to diagnose a tumor under mucus by using a long-wave He-Ne laser and a method for diagnosing cancer using the same. To provide.
도 1은 본 발명의 형광 내시경 및 스펙트럼 분석 장치이다.1 is a fluorescence endoscope and spectrum analysis apparatus of the present invention.
도 2a는 본 발명의 상기 형광 내시경 및 스펙트럼 분석 장치에서 백색광을 이용하여 암 조직을 관찰했을 때의 사진이다.Figure 2a is a photograph when observing cancer tissue using the white light in the fluorescence endoscope and spectrum analyzer of the present invention.
도 2b는 본 발명의 상기 형광 내시경 및 스펙트럼 분석 장치에서 청색광을 이용하여 암 조직을 관찰했을 때의 사진이다.Figure 2b is a photograph when observing cancer tissue using blue light in the fluorescence endoscope and spectrum analyzer of the present invention.
도3은 암조직과 정상 조직에서 나오는 형광 스펙트럼을 비교한 것이다.Figure 3 compares the fluorescence spectra from cancerous tissues and normal tissues.
<도면의 부호에 대한 간단한 설명><Short description of the symbols in the drawings>
10 : 백색광 발생 장치10: white light generating device
11 : 적외선(IR) 필터 12 : 필터 홀더11 infrared filter 12 filter holder
13 : Xe 램프13: Xe lamp
20 : He-Ne 레이저광 발생장치20: He-Ne laser light generator
30 : 스펙트럼 분석 및 표시장치.30: spectrum analysis and display device.
40 : 검사 조직의 영상표시 장치. 41 : CCD 카메라40: Image display device of inspection tissue. 41: CCD camera
42 : FL필터(fluorescent filter)42: FL filter (fluorescent filter)
50 : 컴퓨터와 그 주변장치.50: computer and its peripherals.
61 : 이미지 섬유 가이더(image fiber guider)61: image fiber guider
62 : 백색광 및 청색광 섬유 가이더(White light and62: white light and blue light fiber guider (White light and
blue(excitation) light fiber guider)blue (excitation) light fiber guider)
63 : He-Ne 레이저 섬유 가이더 (He-Ne laser fiber guider)63: He-Ne laser fiber guider
64 ; 형광감지 섬유 가이더(fluorescence detect fiber guider)64; Fluorescence detect fiber guider
71 : 이미지 섬유(image fiber) 72 : 백색광 섬유(light fiber)71: image fiber 72: white light fiber
73 : 형광감지 섬유(fluorescence detect fiber)73: fluorescence detect fiber
74 : He-Ne 레이저 섬유(He-Ne laser fiber)74: He-Ne laser fiber
81 : 병든 조직의 형광 스펙트럼81: Fluorescence spectra of diseased tissue
82 : 정상 조직의 형광 스펙트럼82: fluorescence spectrum of normal tissue
이하 본 발명을 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 형광 내시경 및 스펙트럼 분석 장치를 나타내는 그림이다.1 is a diagram showing a fluorescence endoscope and spectrum analysis apparatus of the present invention.
상기 본 발명의 장치는, 인체 내에 투입되어 검사 대상 조직 중 암세포에 선택적으로 축적되어 형광을 띠는 종양특이적 광감각제(photogem, photofrin, 헤마토 포르피린 유도체, 또는 5-ALA 등); He-Ne 레이저광을 발생시키기 위한 레이저광 발생장치; 백색광을 발생시키기 위한 백색광 발생장치; 상기 백색광으로부터 청색광을 얻기 위한 필터; 빛을 전기신호로 변환시키는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라 장치; 상기 전기신호를 영상으로 나타내기 위한 컴퓨터와 모니터; 상기 He-Ne 레이저광에 의해 검사 조직에서 발생하는 스펙트럼을 나타내기 위한 스펙트럼 분석 및 표시장치; 및 상기 장치들과 연결되며 인체 내에 삽입되는 내시경; 을 포함하여 이루어진다.The device of the present invention, a tumor-specific photo-sensing agent (photogem, photofrin, hematoporphyrin derivative, or 5-ALA, etc.) that is injected into the human body and selectively accumulates in cancer cells of the tissue to be examined and fluoresces; A laser light generator for generating He-Ne laser light; A white light generator for generating white light; A filter for obtaining blue light from the white light; A charge coupled device (CCD) camera device for converting light into an electrical signal; A computer and a monitor for displaying the electrical signal as an image; A spectrum analysis and display device for displaying a spectrum generated in the test tissue by the He-Ne laser light; And an endoscope connected to the devices and inserted into the human body. It is made, including.
먼저 백색광 발생 장치(10)는 검사 대상 조직을 볼 수 있도록 하는 백색광을 발생시킨다. 백색광원(Xe 램프) 앞의 적외선 필터(IR filter)는 적외선을 제거하는 역할을 한다. 상기 적외선 필터 앞의 필터 홀더(12)에는 원하는 파장대의 광을 얻을 수 있도록 필터를 교환할 수 있다. 백색광 발생장치에서 나온 백색광은 백색광 섬유 가이더(light fiber guider)(62)속의 섬유(fiber)에 의해서 검사 대상의 조직까지 도달하게 된다.First, the white light generating device 10 generates white light for viewing the tissue to be examined. An IR filter in front of the white light source (Xe lamp) serves to remove infrared rays. The filter holder 12 in front of the infrared filter may be replaced with a filter so as to obtain light of a desired wavelength band. The white light emitted from the white light generator reaches the tissue under test by the fibers in the light fiber guider 62.
상기한 바와 같이 백색광으로 검사 대상 부위를 관찰한 후에 청색광으로 상기 검사 대상 부위를 관찰하게 된다. 청색광은 상기 백색광을 필터링(12)하여 얻을 수 있다.As described above, the inspection target site is observed with white light, and the inspection target site is observed with blue light. Blue light may be obtained by filtering 12 the white light.
상기 백색광원은 필터홀더에 있는 필터에 의해 청색광이 되고, 청색광 섬유 가이더(blue(excitation) light fiber guider)(62)속의 섬유(fiber)에 의해 검사 대상인 조직까지 도달하게 된다. 조직에 도달한 상기 필터링된 청색광은 광감각제가 축적된 암부위를 적색으로(즉 형광을 띤다), 정상조직은 청색으로 나타나게 한다.(도2b 참조)The white light source becomes blue light by the filter in the filter holder, and reaches the tissue to be inspected by the fiber in the blue (excitation) light fiber guider (62). The filtered blue light reaching the tissue causes the dark areas where the photosensitizers accumulate to be red (i.e. fluoresce), and normal tissue appears blue (see Figure 2b).
도2a와 도2b를 비교하면, 백색광을 사용했을 때보다 청색광을 사용했을 때에 암부위가 더욱 선명하고 분명하게 나타남을 볼 수 있다.Comparing FIG. 2A and FIG. 2B, it can be seen that the dark areas appear more clearly and clearly when blue light is used than when white light is used.
본 발명에서는 632.8nm의 파장을 가진 He-Ne 레이저를 사용함으로써 점액질하의 종양도 감별할 수 있는 장점이 있다.In the present invention, by using a He-Ne laser having a wavelength of 632.8 nm, there is an advantage in that tumors under mucus can be discriminated.
즉, 상기 He-Ne 레이저에 의해 여기된 병변 조직은 장파장의 빛(형광)을 발생시키고, 상기 장파장의 빛은 형광감지 섬유 가이더(fluorescence detect fiber guider)속의 섬유(fiber)를 통해 스펙트럼 분석 및 표시장치(30)에 도달하고 표시된다. 따라서 이 스펙트럼을 정상조직의 것과 비교하여 암을 조기에 진단하게 되는 것이다. 도3에 나타난 것과 같이 암이 있는 조직에서 나오는 스펙트럼(81)은 정상조직의 스펙트럼(82)과 뚜렷한 차이가 있다. 이는 광감각제인 photogem 등이 정상세포보다 암세포에 많이 축적되기 때문이다.That is, the lesion tissue excited by the He-Ne laser generates long-wavelength light (fluorescence), and the long-wavelength light is analyzed by spectral analysis and display through a fiber in a fluorescence detect fiber guider. The device 30 is reached and displayed. Thus, the spectrum is compared with that of normal tissues to diagnose cancer early. As shown in FIG. 3, the spectrum 81 from the cancerous tissue is distinct from the spectrum 82 of normal tissue. This is because photogem, a photosensitive agent, accumulates in cancer cells more than normal cells.
상기한 632.8nm의 파장을 가진 He-Ne 레이저광 이외에도 440~800nm 정도의 파장을 가진 레이저광을 이용하여 스펙트럼을 얻을 수도 있음은 물론이다.In addition to the He-Ne laser light having a wavelength of 632.8 nm, the spectrum may be obtained using a laser light having a wavelength of about 440 to 800 nm.
도1의 CCD(Charge Coupled Device) 카메라(41)는 빛을 전기신호로 변환시키는 역할을 한다. 즉 검사대상인 조직(병변)의 모습은 이미지 섬유(image fiber)를 통해 CCD(Charge Coupled Device) 카메라에 도달하고 CCD 카메라에서 전기적인 신호로 전환된다. 이 전기신호는 다시 컴퓨터와 그 주변장치를 통해 표시된다. 더 바람직하게는 CCD 카메라 앞에 FL필터(fluorescent filter)(42)를 더 설치하여 녹색빛을 제거할 수 있다.The CCD (Charge Coupled Device) camera 41 of FIG. 1 serves to convert light into an electrical signal. That is, the image of the tissue (lesion) to be examined arrives at a Charge Coupled Device (CCD) camera through an image fiber and is converted into an electrical signal from the CCD camera. This electrical signal is again displayed through the computer and its peripherals. More preferably, a FL filter (fluorescent filter) 42 may be further installed in front of the CCD camera to remove green light.
상기한 본 발명의 형광 내시경 및 스펙트럼 분석 장치를 이용하여 암을 조기에 진단하는 방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the method for early diagnosis of cancer using the above-described fluorescence endoscope and spectrum analyzer of the present invention.
검사 대상 조직 중 암세포에 선택적으로 축적되어 형광을 띠는 종양특이적 광감각제(photogem, photofrin, 헤마토포르피린 유도체 및 5-ALA 중 어느 하나)를 인체내에 주입하는 단계; 내시경을 인체내에 삽입하는 단계; 상기 내시경의 CCD 카메라를 이용하여 백색광으로 검사 대상조직을 관찰하는 단계; 상기 백색광을 필터링하여 청색광을 얻고, 상기 필터링된 청색광으로 상기 검사 대상조직을 여기시키고 관찰하는 단계(이 단계에서 상기 광감각제가 축적된 암부위는 적색으로, 정상부위는 청색으로 나타난다); He-Ne 레이저광으로 상기 검사 대상 조직을 여기시키고 이로부터 발생되는 스펙트럼을 관찰하는 단계(632.8nm의 비교적 장파장을 사용하므로 점액질하의 종양도 구별할 수 있는 장점이 있다. 도3에서 나타난 바와 같이 암부위의 스펙트럼(81)과 정상부위의 스펙트럼(82)는 뚜렷이 구별된다);Injecting into the human body a tumor-specific photosensitive agent (photogem, photofrin, hematoporphyrin derivative, and 5-ALA) that selectively accumulates and fluoresces in cancer cells of the tissue to be examined; Inserting the endoscope into the human body; Observing the target tissue with white light using the CCD camera of the endoscope; Filtering the white light to obtain blue light, and exciting and observing the tissue to be examined with the filtered blue light (in this step, the dark area where the photosensitive agent is accumulated is shown in red and the normal part is shown in blue); Exciting the tissue to be examined with a He-Ne laser light and observing the spectrum generated therefrom (the use of a relatively long wavelength of 632.8 nm makes it possible to distinguish tumors under mucus. As shown in FIG. The spectrum 81 of the site and the spectrum 82 of the stationary site are distinct);
상기 CCD 카메라의 영상과 상기 He-Ne 레이저광에 의해 상기 검사 대상 조직에서 나오는 스펙트럼 신호를 처리(processing)하는 단계; 및Processing a spectral signal from the tissue to be examined by the image of the CCD camera and the He-Ne laser light; And
상기 신호를 모니터 등을 통해 나타내는 단계; 를 포함하여 이루어진다. 상기한 632.8nm의 파장을 가진 He-Ne 레이저광 이외에도 440~800nm 정도의 파장을 가진 레이저광을 이용하여 스펙트럼을 얻을 수도 있음은 물론이다.Displaying the signal on a monitor or the like; It is made, including. In addition to the He-Ne laser light having a wavelength of 632.8 nm, the spectrum may be obtained using a laser light having a wavelength of about 440 to 800 nm.
본 발명은 검사 대상인 암조직의 형광영상과 스펙트럼을 실시간으로 관찰할 수 있는 장치 및 이를 이용한 암 진단방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide a device for observing the fluorescence image and spectrum of the cancer tissue to be examined in real time and a method for diagnosing cancer using the same.
본 발명은 암 세포에 선택적으로 축적되는 종양 특이적 photogem 등의 광감각제를 주입한 상태에서 필터링(filtering)된 청색광으로 광감각된 병변을 관찰했을 때 형광을 띠는 부분을 관찰(도2b 참조)하고, 또한 He-Ne 레이저 광에 의해 여기되어 검사 대상 조직에서 나오는 파장을 스펙트럼 분석기를 이용하여 분석(도3참조)할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다. 본 발명은 상기 2가지 진단방법을 동시에 사용할 수 있고 또한 보다 넓은 부위를 한번에 검사할 수 있는 장치 및 이를 이용한 암 진단방법을 제공할 수 있다.The present invention observes a fluorescence portion when observing a lesion that is photosensitized with filtered blue light while injecting a photosensitive agent such as a tumor specific photogem that selectively accumulates in cancer cells (see FIG. 2B). In addition, the present invention may provide an apparatus and a method capable of analyzing (see FIG. 3) wavelengths excited by He-Ne laser light and emitted from a tissue under test using a spectrum analyzer. The present invention can provide a device that can use the two diagnostic methods at the same time and can also examine a wider area at once and a method for diagnosing cancer using the same.
본 발명에서는 440~800nm의 파장, 더욱 구체적으로는 632.8nm의 파장을 가진 He-Ne 레이저 광을 사용함으로써 점액질하의 종양도 감별할 수 있는 장점이 있다.In the present invention, by using the He-Ne laser light having a wavelength of 440 ~ 800nm, more specifically 632.8nm, there is an advantage that can discriminate tumors under mucus.
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