KR100886205B1 - Hyperspectral polarization imaging apparatus for in vivo optical diagnostics - Google Patents

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KR100886205B1
KR100886205B1 KR1020070043687A KR20070043687A KR100886205B1 KR 100886205 B1 KR100886205 B1 KR 100886205B1 KR 1020070043687 A KR1020070043687 A KR 1020070043687A KR 20070043687 A KR20070043687 A KR 20070043687A KR 100886205 B1 KR100886205 B1 KR 100886205B1
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    • G02B5/3025—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state

Abstract

영상과 편광 특성을 동시에 측정할 수 있는 새로운 생체진단용 편광방식 파장분할 광영상 측정 장치가 개시되어 있다. 광원은 진단할 생체에 입사할 레이저 광을 발생한다. 제1 편광 소자는 상기 광원으로부터의 상기 레이저 광을 제1 각도의 편광면을 갖는 편광광으로 변환한다. 제1 회전 소자는 상기 제1 편광 소자로부터의 편광광의 편광면을 회전시켜 상기 생체로 입사한다. 제2 편광 소자는 상기 생체로부터 반사된 편광광을 회전시킨다. 제2 편광 소자는 상기 제2 회전 소자의 출력인 측정광을 제2 각도의 편광면을 원래 광으로 복원한다. 파장 변환 필터는 상기 생체로부터 반사된 광 신호의 파장을 분할하여 다수의 파장 분할된 광신호를 출력한다. 카메라는 상기 파장 변환 필터로부터의 상기 다수의 파장 분할된 광신호를 기초로 하여 다수의 생체 진단용 영상을 획득하고, 상기 제1 편광 소자, 상기 제1 회전 소자, 상기 제2 회전 소자, 상기 제2 편광 소자에 의한 광의 편광 상태 제어에 따라 상기 획득한 다수 생체 진단용 영상에 대한 편광 특징의 획득용으로, 편광의 수평 성분, 수직 성분, 회전 성분을 갖는 뮬러 매트릭스 연산자를 얻는다.A novel bio-diagnostic polarization type wavelength division optical image measuring device capable of simultaneously measuring an image and polarization characteristics is disclosed. The light source generates laser light that will enter the living body to be diagnosed. The first polarizing element converts the laser light from the light source into polarized light having a polarization plane of a first angle. The first rotating element rotates the polarization plane of the polarized light from the first polarizing element and enters the living body. The second polarizer rotates the polarized light reflected from the living body. The second polarizing element restores the measurement light, which is the output of the second rotating element, to the original light of the polarization plane of the second angle. The wavelength conversion filter outputs a plurality of wavelength-divided optical signals by dividing the wavelengths of the optical signals reflected from the living body. The camera acquires a plurality of biodiagnostic images based on the plurality of wavelength-divided optical signals from the wavelength conversion filter, and includes the first polarizing element, the first rotating element, the second rotating element, and the second rotating element. According to the polarization state control of the light by the polarizing element, a muller matrix operator having a horizontal component, a vertical component, and a rotational component of polarization is obtained for acquiring polarization features of the obtained multiple biodiagnostic images.

생체 진단, 광 영상 측정 Biopsy, optical imaging

Description

생체 진단용 편광 방식 파장 분할 광 영상 측정 장치{Hyperspectral polarization imaging apparatus for in vivo optical diagnostics}Hyperspectral polarization imaging apparatus for in vivo optical diagnostics

도 1은 종래 기술에 따른 파장분할 광 영상 측정시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a wavelength division optical image measuring system according to the prior art.

도 2는 도 1에 도시된 생체진단용 촬상 시스템에 의해 촬상 된 광학출력특성도이다.FIG. 2 is an optical output characteristic diagram picked up by the biopsy imaging system shown in FIG. 1.

도 3은 본 발명에 따른 생체 진단용 편광방식 파장분할 광 영상 측정 장치의 구성도이다. 3 is a block diagram of an apparatus for diagnosing a polarization type wavelength division optical image measuring device according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 생체 진단용 편광방식 파장분할 광 영상 측정 장치에 의해 촬상된 광학 출력 특성도이다. 4 is an optical output characteristic diagram picked up by the bio diagnostic polarization type wavelength division optical image measuring apparatus according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *               Explanation of symbols on the main parts of the drawings

101: 광원 104: 대물 렌즈101: light source 104: objective lens

105: 제2 편광 소자 106: 파장 변환 필터105: second polarizing element 106: wavelength conversion filter

107: 조리개 및 빔 스토퍼 108: 렌즈107: aperture and beam stopper 108: lens

109: 광 신호 경로 300: 생체      109: optical signal path 300: biometric

301: 콜리메이터 렌즈 302: 필터       301: collimator lens 302: filter

303: 제1 편광 소자 304: 제1 회전 소자      303: first polarizing element 304: first rotating element

305: 자동 지연 소자 306: 변환 소자305: automatic delay element 306: conversion element

307: 제2 회전 소자 307: second rotating element

본 발명은 생체진단용 광 영상 측정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다종의 보고유전자를 동시에 사용 시 발현하는 여러 파장의 형광 특성을 빠른 시간에 분석하기 위해서 영상과 편광 특성을 동시에 측정할 수 있도록 한 생체진단용 편광방식 파장분할 광영상 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical image measuring apparatus for biodiagnosis, and more particularly, to simultaneously measure the image and polarization characteristics in order to analyze the fluorescence characteristics of various wavelengths expressed when using multiple report genes at the same time. The present invention relates to a polarization type wavelength division optical image measuring device for biodiagnosis.

종양 등 질병 발현 및 치유, 약물의 작용 메카니즘, 신약의 스크리닝을 위한 전임상, 단백질 및 유전자 상호작용 메카니즘 규명 등 다양한 생리/병리학적 연구를 위하여 일반적으로 쥐 등의 소형 동물을 많이 이용한다. 이들 연구의 방향이 기존 실험관 상태의 반응에서 생체 내에서의 작용으로 변화되면서 in-vivo 상태에서 실시간 측정에 대한 중요도가 증가하였으며, 실험 대상체 내에서의 발현 특성 등에 대한 연구를 효과적으로 수행하기 위해서 whole body에 대한 중요도 역시 증가하고 있다. 동물실험의 중요성이 증대함에 따라서 관련 실험 장비들도 다양하게 개발되어 활용되고 있다.In general, small animals such as rats are commonly used for various physiological and pathological studies such as tumor expression and healing, drug action mechanisms, preclinical screening for new drugs, and protein and gene interaction mechanisms. As the direction of these studies changed from the reaction of the in vitro state to the action in vivo, the importance of the real-time measurement in the in-vivo state increased, and the whole body was effectively carried out to effectively study the expression characteristics in the subject. The importance of is also increasing. As the importance of animal testing increases, related experimental equipment has also been developed and utilized.

이러한 보고유전자를 이용한 영상 분석은 한 가지를 이용하는 것보다는 두 가지 이상을 이용하는 것이 유리한데 이는 관심 있는 단백질의 영상과 함께 내부 표준으로써 비 특이적인 단백질의 영상을 얻을 수 있거나 두 가지 이상 단백질 간의 세포내 상호작용을 분석하는데 매우 유리하기 때문이다. 이때 보고유전자들이 가지는 고유의 흡/발광 파장이 다르며, 각각이 가지는 편광학적 특성이 다르기 때문에 이들을 in-vivo, 인-시츄(in-situ) 상에서 효과적으로 측정할 수 있는 장비가 요구된다. Image analysis using these genes is advantageous to use two or more than one, which can be used as an internal standard along with the image of the protein of interest, or intracellular between two or more proteins. This is because it is very advantageous for analyzing the interaction. In this case, since the intrinsic absorption / emission wavelengths of the report genes are different and the polarization characteristics of each of the report genes are different, there is a need for a device capable of effectively measuring them in-vivo or in-situ.

생체를 진단하기 위한 종래의 방식인 파장분할 광 영상 측정시스템은 도 1에 도시되어 있는바, 광원(101)에서 방사된 레이저 소스는 커플링 렌즈(102)를 통해 광섬유번들(103)을 경유하여 생체에 주사된다.A wavelength division optical image measuring system, which is a conventional method for diagnosing a living body, is shown in FIG. 1, wherein a laser source radiated from the light source 101 is transmitted through the optical fiber bundle 103 through the coupling lens 102. It is injected into a living body.

대물 렌즈(104)는 생체 반사 형광을 집광하고 편광판(105)으로 출력한다. 이때, 상기 편광판(105)은 형광의 산란성을 감소하는 역할을 한다. 파장 변환 필터(106)은 파장 가변 영상 필터로서 선택 파장을 조절함으로써, 원하는 파장에서의 영상을 얻을 수 있도록 한다.The objective lens 104 collects the living reflection fluorescence and outputs it to the polarizing plate 105. At this time, the polarizing plate 105 serves to reduce the scattering of fluorescence. The wavelength conversion filter 106 is a wavelength tunable image filter to adjust the selected wavelength, thereby obtaining an image at a desired wavelength.

조리개 및 빔 스토퍼(107)는 파장 변환 필터(106)에 의하여 굴절된 광, 즉 비선택 광신호와 선택된 파장에서의 광 신호(109)를 선택한다. 촬상 렌즈(108)은 상기 선택된 광 신호(109)를 촬상 소자(CCD)에 집광한다. 비 선택된 광 신호(110)은 빔 스토퍼(107)를 통과하지 못하여 촬상 렌즈(108)에 도달하지 않게 되는 것이다.The aperture and beam stopper 107 selects the light refracted by the wavelength conversion filter 106, that is, the unselected optical signal and the optical signal 109 at the selected wavelength. The imaging lens 108 focuses the selected optical signal 109 on the imaging device CCD. The unselected optical signal 110 does not pass through the beam stopper 107 and thus does not reach the imaging lens 108.

촬상 렌즈(108)를 구비한 촬상시스템에 의해 촬상된 광학출력은 도 2와 같이 파장 변환 필터(106)에 의하여 선택된 개수의 영상(201)을 얻게 되는바, 종래의 파장분할 광 영상 측정법은 RGB영역에서 발현되는 공간적 강도를 CCD 등을 이용하여 2차원적으로 관측하는 것과 스펙트럼 측정 방법인 반대로 넓은 파장 영역에서 각 파장에서 측정되는 광의 세기를 측정하는 방식으로 두 가지 방법을 복합하여 측정 대상에 대한 측정 파장범위에서 파장 변환을 시키면서 영상이미지를 얻는 방법이다.The optical output captured by the imaging system having the imaging lens 108 obtains the number of images 201 selected by the wavelength conversion filter 106 as shown in FIG. 2. Contrary to the two-dimensional observation of the spatial intensity expressed in the region using a CCD or the like, and the method of measuring the intensity of light measured at each wavelength in a broad wavelength region, as opposed to the spectral measurement method, This is a method of obtaining an image while converting a wavelength in a measurement wavelength range.

따라서 종래의 방식은 도 2와 같이 측정대상인 생체에서 나타나는 이미지를 측정함과 동시에 파장 변환 필터(106)를 이용하여 파장분할 및 선택을 하고 이때 선택된 파장의 영상을 CCD 카메라를 통하여 기록하는 구조를 가지며, 출력 영상은 도 2에서와 같이 3차원 블록 형태로 얻어지며, 2차원적으로는 영상 이미지를, 이미지의 각 점에서 깊이 방향으로는 편광 특성을 가진다. Therefore, in the conventional method, as shown in FIG. 2, the wavelength measurement and wavelength selection are performed using the wavelength conversion filter 106 and the image of the selected wavelength is recorded through the CCD camera. The output image is obtained in the form of a three-dimensional block as shown in FIG. 2, and the image is two-dimensionally polarized in the depth direction at each point of the image.

데이터의 측정은 측정범위(400~1000nm)의 영역에서 수 십초 정도의 짧은 시간에 이루어지며, 파장 선택을 위하여 필터의 교환, 회절격자의 구동 등이 요구되지 않기 때문에 안정된 상태에서 빠른 시간에 원하는 결과를 얻을 수 있다.The measurement of the data is made in a short time of several tens of seconds in the range of the measurement range (400 ~ 1000nm), and the desired result is achieved in a stable time and quickly because no change of the filter or driving of the diffraction grating is required for wavelength selection. Can be obtained.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다종의 보고유전자를 동시에 사용 시 발현하는 여러 파장의 형광 특성을 빠른 시간에 분석하기 위한 방법으로서 영상과 편광 특성을 동시에 측정할 수 있는 새로운 생체진단용 편광방식 파장분할 광영상 측정 장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, as a method for quickly analyzing the fluorescence characteristics of the various wavelengths expressed when using multiple report genes at the same time can measure the image and polarization characteristics at the same time It is an object of the present invention to provide a polarization type wavelength-division optical image measuring device for biodiagnosis.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 생체 진단용 편광 방식 파장 분할 광 영상 측정 장치는 진단할 생체에 입사할 레이저 광을 발생하는 광원; 상기 광원으로부터의 상기 레이저 광을 제1 각도의 편광면을 갖는 편광광으로 변환하는 제1 편광 소자; 상기 제1 편광 소자로부터의 편광광의 편광면을 회전시켜 상기 생 체로 입사하는 제1 회전 소자; 상기 생체로부터 반사된 편광광을 회전시키는 제2 회전 소자; 상기 제2 회전 소자의 출력인 측정광을 제2 각도의 편광면을 원래 광으로 복원하는 제2 편광 소자; 상기 생체로부터 반사된 광 신호의 파장을 분할하여 다수의 파장 분할된 광신호를 출력하는 파장 변환 필터; 상기 파장 변환 필터로부터의 상기 다수의 파장 분할된 광신호를 기초로 하여 다수의 생체 진단용 영상을 획득하고, 상기 제1 편광 소자, 상기 제1 회전 소자, 상기 제2 회전 소자, 상기 제2 편광 소자에 의한 광의 편광 상태 제어에 따라 상기 획득한 다수 생체 진단용 영상에 대한 편광 특징의 획득용으로, 편광의 수평 성분, 수직 성분, 회전 성분을 갖는 뮬러 매트릭스 연산자를 얻는 카메라를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a polarization type wavelength split optical image measuring apparatus for a biological diagnosis according to the present invention includes: a light source for generating laser light incident on a living body to be diagnosed; A first polarizing element for converting the laser light from the light source into polarized light having a polarization plane of a first angle; A first rotating element incident on the living body by rotating the polarization plane of the polarized light from the first polarizing element; A second rotating element rotating the polarized light reflected from the living body; A second polarizing element for restoring the measurement light, which is the output of the second rotating element, to the original light of the polarization plane of the second angle; A wavelength conversion filter for dividing a wavelength of the optical signal reflected from the living body and outputting a plurality of wavelength-divided optical signals; Acquiring a plurality of biopsy images based on the plurality of wavelength-divided optical signals from the wavelength conversion filter, wherein the first polarization element, the first rotation element, the second rotation element, and the second polarization element And a camera for obtaining a Muller matrix operator having a horizontal component, a vertical component, and a rotating component of polarization for acquiring polarization features of the obtained plurality of biodiagnostic images according to the polarization state control of the light.

바람직하게는, 상기 제1 각도는 +45°이고, 제2 각도는 -45°이다. 더욱 바람직하게는, 상기 뮬러 매트릭스 연산자는 아래 식 1 내지 3에 의해 획득되고, 수학식 1:Preferably, the first angle is + 45 ° and the second angle is -45 °. More preferably, the Mueller matrix operator is obtained by the following Equations 1 to 3, Equation 1:

Figure 112007033599505-pat00001
Figure 112007033599505-pat00001

상기 생체로 입사하는 입사광과 제2 편광 소자(105)의 출력인 출력광의 관계는 아래 수학식 2로 주어지며, 수학식 2: Sout = MSin The relationship between the incident light incident on the living body and the output light which is the output of the second polarizing element 105 is given by Equation 2 below: Equation 2: S out = MS in

수학식 3:Equation 3:

Figure 112007033599505-pat00002
.
Figure 112007033599505-pat00002
.

여기서, Sin 및 Sout은 각각 입사광 및 출력광을 나타내고, M은 상기 뮬러 매트릭스 연산자이고, H 및 V는 각각 편광광의 수평 및 수직 성분이고, P 및 R은 각각 편광광의 우측 및 좌측 회전 성분이다. 가장 바람직하게는, 상기 생체 진단용 편광 방식 파장 분할 광 영상 측정 장치는 상기 광원으로부터의 상기 레이저 광을 집광하는 콜리메이터 렌즈; 상기 콜리메이터 렌즈에 의해 집광된 상기 레이저 광의 파장 선택성을 향상시키는 필터; 상기 제1 회전 소자의 편광광의 수직 성분과 수평 성분의 위상 변화를 통하여 상기 제1 회전 소자로부터의 선 편광광을 원 편광광으로 변환하여 상기 생체로 입사하는 자동 지연 소자; 상기 생체로부터 반사된 원 편광광을 집광하는 대물 렌즈; 상기 대물 렌즈에 의해 집광된 상기 원 편광광을 선 편광광으로 변환하는 변환 소자; 및 상기 파장 변환 필터에 의해 굴절된 광 및 선택된 파장에서의 광신호를 선택하는 조리개 및 빔 스토퍼를 더 포함한다.Where S in and S out represent incident light and output light, M is the Muller matrix operator, H and V are the horizontal and vertical components of the polarized light, respectively, and P and R are the right and left rotational components of the polarized light, respectively. . Most preferably, the bio-diagnostic polarization type wavelength division optical image measuring apparatus includes a collimator lens for collecting the laser light from the light source; A filter for improving wavelength selectivity of the laser light collected by the collimator lens; An automatic delay device for converting linearly polarized light from the first rotary device into circularly polarized light and incident the living body through phase changes of vertical and horizontal components of the polarized light of the first rotating device; An objective lens for collecting circularly polarized light reflected from the living body; A conversion element for converting the circularly polarized light collected by the objective lens into linearly polarized light; And an aperture stop and a beam stopper for selecting the light refracted by the wavelength conversion filter and the optical signal at the selected wavelength.

본 발명은 생체조직을 진단하는데 있어서 기존의 영상만을 이용한 기법(hyperspectral imaging)에 뮬러 매트릭스(Mueller matrix)기법을 적용한 편광특성(optical polarization)을 적용함으로서, 생체 조직의 이상상태의 파장분할 영상을 획득하는데 있어서 더욱 정밀한 광학 영상의 획득이 가능한바, 따라서 생체조직의 한 파장에 대한 정밀한 영상에 대하여 16가지의 편광특성을 얻으므로 더욱 정밀한 생체조직의 진단이 가능하다.The present invention obtains a wavelength-divided image of an abnormal state of a biological tissue by applying optical polarization by applying a Mueller matrix technique to the conventional imaging (hyperspectral imaging) in diagnosing a biological tissue. In this regard, a more accurate optical image can be obtained. Therefore, since 16 kinds of polarization characteristics are obtained for a precise image of a wavelength of a biological tissue, more precise diagnosis of the biological tissue is possible.

이하 본 발명의 실시예에 따른 생체진단용 편광방식 파장분할 광영상 측정 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 생체 진단용 편광방식의 파장분할 광 영상 측정시스템의 구성도이다.Hereinafter, an optical diagnostic polarization type wavelength split optical image measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 3 is a block diagram of a wavelength-division optical image measuring system of a bio diagnostic polarization method according to the present invention.

본 발명에 따른 생체진단용 편광방식 파장분할 광영상 측정 장치는 광원(101), 콜리메이터 렌즈(301), 필터(302), 제1 편광 소자(303), 제1 회전 소자(304), 자동 지연 소자(305), 대물 렌즈(104), 변환 소자(306), 제2 회전 소자(307), 제2 편광 소자(105), 파장 변환 필터(106), 및 카메라(309)를 포함한다.In accordance with an embodiment of the present invention, a polarization type wavelength split optical image measuring apparatus for a biopsy may include a light source 101, a collimator lens 301, a filter 302, a first polarizing element 303, a first rotating element 304, and an automatic delaying element. 305, the objective lens 104, the conversion element 306, the second rotating element 307, the second polarizing element 105, the wavelength conversion filter 106, and the camera 309.

광원(101)은 진단할 생체(300)에 입사할 레이저 광을 발생한다.The light source 101 generates laser light to be incident on the living body 300 to be diagnosed.

콜리메이터 렌즈(301)는 상기 광원(101)으로부터의 상기 레이저 광을 집광한다.The collimator lens 301 collects the laser light from the light source 101.

필터(302)는 상기 콜리메이터 렌즈(302)에 의해 집광된 상기 레이저 광의 파장 선택성을 향상시킨다.The filter 302 improves the wavelength selectivity of the laser light collected by the collimator lens 302.

제1 편광 소자(303)는 상기 광원(101)으로부터의 상기 레이저 광을 제1 각도, 즉 +45°의 편광면을 갖는 편광광으로 변환한다.The first polarizing element 303 converts the laser light from the light source 101 into polarized light having a polarization plane of a first angle, that is, + 45 °.

제1 회전 소자(304)는 상기 제1 편광 소자(303)로부터의 편광광의 편광면을 회전시켜 상기 생체(300)로 입사한다.The first rotating element 304 is incident on the living body 300 by rotating the polarization plane of the polarized light from the first polarizing element 303.

자동 지연 소자(305)는 상기 제1 회전 소자(304)의 편광광의 수직 성분과 수평 성분의 위상 변화를 통하여 상기 제1 회전 소자(304)로부터의 선 편광광을 원 편광광으로 변환하여 상기 생체(300)로 입사한다.The automatic delay element 305 converts the linearly polarized light from the first rotary element 304 into circularly polarized light through the phase change of the vertical component and the horizontal component of the polarized light of the first rotary element 304 to the living body. Enter 300.

대물 렌즈(104)는 상기 생체로부터 반사된 원 편광광을 집광한다. The objective lens 104 collects circularly polarized light reflected from the living body.

변환 소자(306)는 상기 대물 렌즈(104)에 의해 집광된 상기 원 편광광을 선 편광광으로 변환한다.The conversion element 306 converts the circularly polarized light collected by the objective lens 104 into linearly polarized light.

제2 회전 소자(307)는 상기 생체(300)로부터 반사된 편광광을 회전시킨다.The second rotating element 307 rotates the polarized light reflected from the living body 300.

제2 편광 소자(105)는 상기 제2 회전 소자의 출력인 측정광을 제2 각도, 즉 -45°의 편광면을 원래 광으로 복원한다.The second polarization element 105 restores the measurement light, which is the output of the second rotation element, to the original light at the second angle, that is, the polarization plane of −45 °.

파장 변환 필터(106)는 상기 생체(300)로부터 반사된 광 신호의 파장을 분할하여 다수의 파장 분할된 광신호를 출력한다.The wavelength conversion filter 106 divides the wavelength of the optical signal reflected from the living body 300 and outputs a plurality of wavelength-divided optical signals.

상기 카메라는 CCD 카메라 또는 CMOS 카메라일 수 있다. CCD 카메라(309)는 상기 파장 변환 필터(106)로부터의 상기 다수의 파장 분할된 광신호를 기초로 하여 다수의 생체 진단용 영상을 획득한다.The camera may be a CCD camera or a CMOS camera. The CCD camera 309 obtains a plurality of biodiagnostic images based on the plurality of wavelength-divided optical signals from the wavelength conversion filter 106.

CCD 카메라(309)는 상기 제1 편광 소자(303)에 의한 편광면 조절, 제1 회전 소자(304)에 의한 편광면 회전, 상기 제2 회전 소자(307)에 의한 상기 편광광의 회전, 상기 제2 편광 소자(105)에 의한 상기 측정광의 편광면 조절에 따라 상기 획득한 다수 생체 진단용 영상에 대한 편광 특징의 획득용으로, 편광의 수평 성분, 수직 성분, 회전 성분을 갖는 뮬러 매트릭스 연산자를 얻고, 상기 뮬러 매트릭스 연산자를 기초로 하여 상기 획득한 다수 생체 진단용 영상에 대한 편광 특징을 획득한다.The CCD camera 309 controls the polarization plane by the first polarization element 303, the polarization plane rotation by the first rotation element 304, the rotation of the polarization light by the second rotation element 307, and the first Obtaining a Muller matrix operator having a horizontal component, a vertical component, and a rotating component of polarization for acquiring polarization characteristics of the obtained multiple biodiagnostic images by adjusting the polarization plane of the measurement light by the two polarizing elements 105, Based on the Muller matrix operator, polarization characteristics of the obtained multiple biopsy images are obtained.

본 발명은 종래의 기술인 파장분할 광 영상 측정법에 편광기법을 삽입하여 조직에서 발생하는 형광의 편광 특성을 이용하여 훨씬 세분화된 광학영상기법을 제시하였다. 형광 특성에 대한 편광특성을 해석하기 위한 벡터 연산식은 수학식 1과 같은 스톡스(Stokes) 벡터 식으로 구할 수 있다.The present invention proposes a much more detailed optical imaging technique using a polarization characteristic of fluorescence generated in a tissue by inserting a polarization technique into a wavelength-division optical image measurement method of the prior art. The vector calculation equation for analyzing the polarization characteristics with respect to the fluorescence characteristics may be obtained by Stokes vector equation as shown in Equation (1).

상기 뮬러 매트릭스 연산자는 아래 식 1 내지 3에 의해 획득된다.The Muller matrix operator is obtained by Equations 1 to 3 below.

Figure 112007033599505-pat00003
Figure 112007033599505-pat00003

상기 생체로 입사하는 입사광과 제2 편광 소자(105)의 출력인 출력광의 관계는 아래 수학식 2로 주어지며, The relationship between the incident light incident on the living body and the output light output from the second polarizing element 105 is given by Equation 2 below.

Sout = MSin S out = MS in

Figure 112007033599505-pat00004
.
Figure 112007033599505-pat00004
.

여기서, Sin 및 Sout은 각각 입사광 및 출력광을 나타내고, M은 상기 뮬러 매트릭스 연산자이고, H 및 V는 각각 편광광의 수평 및 수직 성분이고, P 및 R은 각각 편광광의 우측 및 좌측 회전 성분이다. 수학식 3에서 M 값을 알면 편광 출력을 얻을 수 있다.Where S in And S out represent incident light and output light, M is the Muller matrix operator, H and V are horizontal and vertical components of polarized light, respectively, and P and R are right and left rotational components of polarized light, respectively. Knowing the M value in Equation 3, the polarization output can be obtained.

도 4는 본 발명에 따른 생체 진단용 편광방식 파장분할 광 영상 측정 장치에 의해 촬상된 광학 출력 특성도이다. 도 4에 있어서 401은 16개의 뮬러 매트릭스 편광 특성을 나타내고, 402는 각각의 파장에 대한 CCD 영상을 나타내었다. 즉, 예로 들면 480㎚의 파장에 대한 CCD영상은 하나지만 본 발명에서는 뮬러 매트릭스의 행렬에 대한 480㎚의 파장에 대한 16개의 편광특성을 얻을 수가 있다. 그러므로 제4도에서는 8개 파장의 CCD영상에 대하여 128개의 편광방식의 파장분할 광영상을 얻을 수 있어서 더욱 정밀한 생체 조직의 분석이 가능해 진다. 4 is an optical output characteristic diagram picked up by the bio diagnostic polarization type wavelength division optical image measuring apparatus according to the present invention. In FIG. 4, 401 represents 16 Muller matrix polarization characteristics, and 402 represents a CCD image for each wavelength. That is, for example, although there is only one CCD image for the wavelength of 480 nm, the present invention can obtain 16 polarization characteristics for the wavelength of 480 nm for the matrix of the Muller matrix. Therefore, in FIG. 4, wavelength-divided optical images of 128 polarization methods can be obtained for 8-wavelength CCD images, thereby enabling more accurate analysis of biological tissues.

이상에서와 같이 본 발명은 생체조직을 진단하는데 있어서 기존의 영상만을 이용한 기법(hyperspectral imaging)에 뮬러매트릭스(Mueller matrix)기법을 적용한 편광방식의 파장분할 광영상 측정방법을 적용함으로서, 생체 조직의 이상상태를 파장분할 영상을 획득하는데 있어서 더욱 정밀한 광학영상의 획득이 가능하므로 생체조직의 한 파장에 대한 정밀한 영상에 대하여 16가지의 편광특성을 얻으므로 더욱 정밀한 생체조직의 진단이 가능한 매우 유용한 발명이다..As described above, the present invention applies a polarization-type wavelength-division optical image measuring method applying a Mueller matrix technique to a conventional hyperspectral imaging method for diagnosing a biological tissue. Since the optical image can be obtained more precisely in obtaining the wavelength-divided image of the state, 16 kinds of polarization characteristics can be obtained for the precise image of one wavelength of the biological tissue. .

Claims (4)

진단할 생체에 입사할 레이저 광을 발생하는 광원;A light source for generating laser light incident on the living body to be diagnosed; 상기 광원으로부터의 상기 레이저 광을 제1 각도의 편광면을 갖는 편광광으로 변환하는 제1 편광 소자;A first polarizing element for converting the laser light from the light source into polarized light having a polarization plane of a first angle; 상기 제1 편광 소자로부터의 편광광의 편광면을 회전시켜 상기 생체로 입사하는 제1 회전 소자;A first rotating element incident on the living body by rotating a polarization plane of polarized light from the first polarizing element; 상기 생체로부터 반사된 편광광을 회전시키는 제2 회전 소자;A second rotating element rotating the polarized light reflected from the living body; 상기 제2 회전 소자의 출력인 측정광을 제2 각도의 편광면을 원래 광으로 복원하는 제2 편광 소자;A second polarizing element for restoring the measurement light, which is the output of the second rotating element, to the original light of the polarization plane of the second angle; 상기 생체로부터 반사된 광 신호의 파장을 분할하여 다수의 파장 분할된 광신호를 출력하는 파장 변환 필터;A wavelength conversion filter for dividing a wavelength of the optical signal reflected from the living body and outputting a plurality of wavelength-divided optical signals; 상기 파장 변환 필터로부터의 상기 다수의 파장 분할된 광신호를 기초로 하여 다수의 생체 진단용 영상을 획득하고, 상기 제1 편광 소자, 상기 제1 회전 소자, 상기 제2 회전 소자, 상기 제2 편광 소자에 의한 광의 편광 상태 제어에 따라 상기 획득한 다수 생체 진단용 영상에 대한 편광 특징의 획득용으로, 편광의 수평 성분, 수직 성분, 회전 성분을 갖는 뮬러 매트릭스 연산자를 얻는 카메라를 포함하는 생체 진단용 편광 방식 파장 분할 광 영상 측정 장치. Acquiring a plurality of biopsy images based on the plurality of wavelength-divided optical signals from the wavelength conversion filter, wherein the first polarization element, the first rotation element, the second rotation element, and the second polarization element Biological diagnostic polarization wavelength including a camera for obtaining a Muller matrix operator having a horizontal component, a vertical component, and a rotation component of polarization for acquiring polarization characteristics of the obtained multiple biodiagnostic images according to the polarization state control of light by Split optical image measuring device. 제1 항에 있어서, 상기 제1 각도는 +45°이고, 제2 각도는 -45°인 생체 진 단용 편광 방식 파장 분할 광 영상 측정 장치. The apparatus of claim 1, wherein the first angle is + 45 ° and the second angle is -45 °. 제1 항에 있어서, 상기 뮬러 매트릭스 연산자는 아래 식 1 내지 3에 의해 획득되고, 수학식 1:The method of claim 1, wherein the Muller matrix operator is obtained by the following equations 1 to 3, Equation 1:
Figure 112007033599505-pat00005
Figure 112007033599505-pat00005
 상기 생체로 입사하는 입사광과 제2 편광 소자(105)의 출력인 출력광의 관계는 아래 수학식 2로 주어지며, 수학식 2: Sout = MSin The relationship between the incident light incident on the living body and the output light which is the output of the second polarizing element 105 is given by Equation 2 below: Equation 2: S out = MS in 수학식 3:Equation 3:
Figure 112007033599505-pat00006
.
Figure 112007033599505-pat00006
. 여기서, Sin 및 Sout은 각각 입사광 및 출력광을 나타내고, M은 상기 뮬러 매트릭스 연산자이고, H 및 V는 각각 편광광의 수평 및 수직 성분이고, P 및 R은 각각 편광광의 우측 및 좌측 회전 성분인 생체 진단용 편광 방식 파장 분할 광 영상 측정 장치. Where S in And S out represent incident light and output light, M is the Muller matrix operator, H and V are horizontal and vertical components of polarized light, and P and R are right and left rotational components of polarized light, respectively. Wavelength Division Optical Image Measuring Device. 제1 항에 있어서, According to claim 1, 상기 광원으로부터의 상기 레이저 광을 집광하는 콜리메이터 렌즈;A collimator lens for focusing the laser light from the light source; 상기 콜리메이터 렌즈에 의해 집광된 상기 레이저 광의 파장 선택성을 향상시키는 필터;A filter for improving wavelength selectivity of the laser light collected by the collimator lens; 상기 제1 회전 소자의 편광광의 수직 성분과 수평 성분의 위상 변화를 통하여 상기 제1 회전 소자로부터의 선 편광광을 원 편광광으로 변환하여 상기 생체로 입사하는 자동 지연 소자;An automatic delay device for converting linearly polarized light from the first rotating device into circularly polarized light and entering the living body through phase changes of vertical and horizontal components of the polarized light of the first rotating device; 상기 생체로부터 반사된 원 편광광을 집광하는 대물 렌즈; An objective lens for collecting circularly polarized light reflected from the living body; 상기 대물 렌즈에 의해 집광된 상기 원 편광광을 선 편광광으로 변환하는 변환 소자; 및A conversion element for converting the circularly polarized light collected by the objective lens into linearly polarized light; And 상기 파장 변환 필터에 의해 굴절된 광 및 선택된 파장에서의 광신호를 선택하는 조리개 및 빔 스토퍼를 더 포함하는 생체 진단용 편광 방식 파장 분할 광 영상 측정 장치. And a diaphragm and a beam stopper for selecting the light refracted by the wavelength conversion filter and the optical signal at the selected wavelength.
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