KR101207695B1 - 형광 및 라만 신호 표적에 대한 형광 및 라만 신호 동시검출방법 및 이를 이용한 표적 동시검출용 의학영상장치 - Google Patents

형광 및 라만 신호 표적에 대한 형광 및 라만 신호 동시검출방법 및 이를 이용한 표적 동시검출용 의학영상장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 형광 및 라만 신호 표적에 대한 형광 및 라만 신호 동시검출방법 및 이를 이용한 표적 동시검출용 의학영상장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 형광 및 라만 신호 다중표적에 대한 형광 및 라만 신호 동시검출방법은, 라만 표지물질 및 리셉터를 포함하여 이루어진 적어도 하나의 표지입자를 인체 또는 동물의 체내에 주입하는 단계; 상기 인체 또는 동물의 체내에 레이저 광을 조사하는 단계; 및 상기 조사 후 방출된 광신호를 각각 형광 신호 및 라만 신호로 분리하여 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 표지입자에서 방출되는 광신호를 광섬유별로 개별적으로 스캐닝하지 않고서도, 다중표적에 대한 동시검출을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 형광 성분이 도입된 표면 증강 라만 표지입자를 스프레이 장치 등을 이용하여 생체 내에 주입하여 검진을 수행하므로, 라만 신호의 미약한 신호를 보충하여, 보다 정확한 진단결과를 실시간으로 얻을 수 있다.

Description

형광 및 라만 신호 표적에 대한 형광 및 라만 신호 동시검출방법 및 이를 이용한 표적 동시검출용 의학영상장치 {MEDICAL IMAGING METHOD FOR SIMULTANEOUS DETECTION OF MULTIPLEX TARGETS USING FLUORESCENT AND RAMAN SIGNAL AND APPARATUS FOR SIMULTANEOUSLY DETECTING MULTIPLEX TARGETS OF FLUORESCENT AND RAMAN SIGNAL USING THEROF}
본 발명은 의학영상 기술의 한 방법으로, 기술적으로 형광과 라만 신호를 동시 검출하여 다중표적에 대한 영상 정보를 얻는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 사람을 포함하는 동물에 대한 생체 내(in-vivo) 질환의 진단을 위하여 사용되는 광섬유 다발 프로브(optical fiber bundle probe)를 채용한 형광과 라만 신호 동시 검출용으로 사용되는 내시경 장치, 광섬유 프로브, 원거리 광학계 등을 포함하는 의학영상장치 및 이를 이용한 생체 내 질환 진단방법에 활용될 수 있는 신호 검출방법에 관한 것이다.
현대 의학에서는 MRI, PET, CT, 내시경 등의 영상장비가 생체내(In-vivo) 질환의 진단을 위하여 광범위하게 사용되고 있는데, 각각의 특성에 따라서 그 적용범위와 장단점이 상이하다.
본 발명에서 구현하고자 하는 의학영상장비는 인체내에 삽입할 수 있는 Probe를 사용하거나 Long-working distance를 가지는 원거리 광학계 등을 이용하여, 인체 내부 혹은 외부로 노출된 특정부위의 2차원 Image를 얻음과 동시에 결합된 나노 표지입자의 신호를 이용하여 다중표적을 실시간으로 정성할 수 있는 장비인데, 현재 사용되는 내시경 장치와 유사하나 보다 광범위하고 효율적인 활용범위를 가진다. 이러한 특징은 나노 표지입자에 형광과 라만신호 (보다 구체적으로 SERS 신호) 등의 다중신호 물질을 동시에 도입하는 기술과 이를 효과적으로 측정할 수 있는 광학 시스템에서 유래한다.
내시경 장치는 소화기, 호흡기 등의 생체 장기 내부를 비침습적(非侵襲的)으로 관찰하는 의료기기이다. 이러한 내시경을 이용한 진단방법은, 광역학적(photodynamic) 진단방법으로서, 예를 들어 암 진단에 있어서, 침습적 생검사(biopsy)는 생체조직을 추출하여 암 조직을 배양하는 방식을 취하였음에 반해, 생체조직을 추출하지 않고 내시경을 이용하여 의심되는 부분에 빛을 조사하여 진단하는 기법이다. 따라서 환자에게 고통이 없고, 또한 영상을 이용하므로 편리하고 간단히 시술할 수 있으며, 그 외에도 정확한 암 진단과 암을 조기에 검출할 수 있다는 장점이 있다.
종래의 내시경 검사는 백색광을 이용한 점막의 관찰에 의하여 수행되며, 점막의 근소한 색조 변화를 자연적인 색으로 표현함으로써, 수 mm 정도의 미소 병변을 검출할 수도 있다. 한편, 이러한 백색광에 의한 내시경 검사는, 예를 들어 Barrett 식도에 발생하는 이형성 전암병변(Dysplasia)의 인식 능력 또는 대장 폴리프(polyp)의 종양과 비종양의 감별 진단의 측면에서 충분하지는 못하다. 따라서 조직의 양성이나 악성의 정도를 특정함에 있어서는 별도의 조직의 채취(biopsy) 및 병리조직학적 검사가 필요하나, 조직 채취의 경우에 있어서의 상술한 문제점과 아울러 발생하기 쉬운 샘플링 에러, 병리조직학적 검사에 동반하는 비용이나 검사시간이 길어지는 문제점이 있다.
사실, 이러한 백색광 이용 내시경 검진방법은 비교적 단순한 화면화 기술일 뿐, 내시경에 의해 인공적 빛을 생체 내에 조사하여 생체로부터 얻을 수 있는 광학정보를 추출/가공/해석하여 화상화 하는, 소위 '내시경 이미징(endoscopic imaging)'이라는 표현을 필요로 할 정도의 기술로서 인식되지는 아니한다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여, 형광(fluorescence)을 이용한 내시경 이미징 기술인 형광 이미징 기술이 제시되었는데, 이는 기본적으로 특정 주파수의 레이저 광이 조사된 생체 조직이 자체적으로 발산되는 형광(자체 형광, autofluorescence)이나 종양 조직에 선택적으로 머무르는 광민감제(photosensitizer) 또는 마이오 마커(bio marker) 등을 주입하여 이로부터 발산되는 형광을 이용하여, 진단장비를 이용하여 상기 형광으로부터 비정상 조직과 정상조직에서 방출되는 색채 등의 차이를 판별하여 진단을 수행하는 기술이다. 이러한 형광 이미징 기술을 이용하여, 생체 내부의 시료에 대하여 실시간으로, 보다 정확하게 표적물질의 유무를 분석할 수 있게 되었다(미국 등록특허 US7,285,089 등).
이러한 형광은, 단분자까지 검출할 수 있는 높은 감도로 각종 분야에서의 표지물질로 광범위하게 사용되고 있으며, 특히, Gambir 등에 의해 보고된 생체 내 형광 이미징을 수행하는 기술 등을 포함하여, 표적 물질에 대한 이미징 기술이 상당수 제시되고 있다. 그러나 형광 이미징 기술은 형광 스펙트럼의 밴드 폭이 상대적으로 넓어서, 다중 바이오 마커에 대한 동시 검출에 근본적인 한계가 있다.
이 때문에, 광산란 분광법(Light Scattering spectroscopy), OCT(Optical Coherence Tomography) 등의 새로운 광 진단기술이 제안되고 있으며, 지금까지 조직의 성상을 상세하게 관측하고자 하는 많은 시도가 있었다. 그 중에서도, 라만 분광법은 분자의 진동 스펙트럼을 검출하는 방법으로 다양한 광학적 영역에서 사용가능하고 분자의 구조에 대한 정보를 담고 있기 때문에 주목받고 있으며, 생체 조직을 구성하는 단백질이나 DNA를 그들의 분자구조의 차이에 따라 동정(同定)하는 것이 원리적으로 가능하기 때문에, 예를 들어 점막에 발생한 폴리프가 종양 또는 비종양인지에 대한 감별, 진단에 유효하다고 여겨지고 있다.
라만 산란광(Raman scattering)은, 분자 진동운동에 기인하여 입사광의 에너지와는 차이가 나는 광학적 특성을 갖는 산란광으로서, 특히 선폭이 좁고, 산란 분자의 종류 및 진동에 따라 상이한 산란 파장을 가진다. 또한, 라만 산란광을 발현하는 라만 표지물질들은, 형광과 같은 광표백 특성도 보이지 않는다. 이와 같은 광학적 특징을 이용하면, 일정한 광학 측정 영역 내에서 수많은 상이한 신호를 인코딩할 수 있고, 따라서 한 번의 진단으로, 복수의 바이오 마커(다중표적)에 대한 신호 검출이 가능해 지며, 이러한 라만 분광법을 이용할 경우, 분자구조에 기초한 조직의 진단을 수행할 수 있는 가능성을 지니고 있다.
이러한 라만 분광법을 이용한 영상 분석장치에 관한 연구가 다수 진행되고 있다. 예를 들어, 일본 공개특허 제2002-136469호(특허문헌 1)에서는, 라만 분광기 및 광섬유를 채용한 내시경 장치가 개시되어 있으며, 일본 공개특허 제2009-511175호(특허문헌 2)에서는 CARS 신호를 이용하여 미세 이미지를 구현하는 영상 장치가 개시되어 있다.
그러나 조직 자체에서 발산되는 라만 신호의 세기가 매우 미약하고, 대부분 라만 신호는 조직에서 발산되는 자체 형광에 간섭되며, 이상 부위와 정상부위에서 발생하는 라만 스펙트럼의 차이가 미미하여, 이를 토대로 한 내시경 장치를 이용한 라만 분광법은 아직까지 정확한 진단을 위하여 사용되기에는 역부족이다. 즉, 라만 신호는 근본적으로 미약한 신호의 세기에 기인하여, 각종 노이즈 또는 형광에 의하여 가려지는 단점을 가지고 있다.
미국 공개특허 제2008-0007716호(특허문헌 3)에서는, 상기 문제점 중에서 라만 신호가 조직에서 발산되는 자체 형광에 의하여 간섭되는 문제를 해결하기 위하여, SERDS(Shifted Excitation Raman Difference Spectroscopy)라는 시스템을 적용하여 형광의 간섭을 제거하는 방법을 제시하였으나, 이 역시 신호의 미약함에 기인하는 라만 신호의 근원적 특성을 극복하기에는 한계가 있다. 또한, 상기 특허문헌들에 기재된 방법 등, 지금까지 제시된 라만 분광법을 이용한 기술들에 의하더라도, 라만 스펙트럼을 광섬유 다발에 포함된 개개의 광섬유 각각에 의하여 스캔하여 스펙트럼을 기록하고, 그 중 특정한 밴드에 대하여 이미징을 수행하여야 하는 번거로움은 불가피하다. 따라서 라만 신호의 선폭이 좁다는 이점에도 불구하고, 이를 다중표적에 대한 동시검출에 실질적으로 활용하기에는 한계가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 인간을 포함한 동물에 대하여 생체내에서(in-vivo) 혹은 수술 등의 과정에서 절개되어 노출된 부위의 암을 포함한 각종 질병에 대한 다중표적을 실시간으로 동시에 진단할 수 있는 형광 및 라만 신호 다중표적에 대한 형광 및 라만 신호 동시검출방법 및 이를 이용한 다중표적 동시검출용 의학영상장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 다중표적에 대한 형광 및 라만 신호 동시검출방법은, 라만 표지물질 및 리셉터를 포함하여 이루어진 적어도 하나의 표지입자를 인간을 포함하는 동물의 체내에 주입하는 단계; 상기 동물의 체내에 레이저 광을 조사하는 단계; 및 상기 조사 후 방출된 광신호를 각각 형광 신호 및 라만 신호로 분리하여 검출하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
상기 과정은 표적 위치( 특정 암세포 등을 포함한 질병 등의 표적물질)에 결합되도록 표면 처리된 나노 표지입자를 주입하여 결합시키고, 결합된 나노 표지입자로부터 방출되는 다중신호를 분리하여 표적의 위치 및 종류를 파악하는 것을 의미한다.
상기 주입단계는, 경구투입, 주사를 이용한 투입 등, 다양한 방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 의학영상장치의 프로브(probe)와 결합된 스프레이수단을 이용하여, 상기 동물 체내의 피검 조직에 상기 표지입자를 직접 분사하고 피검 조직을 세척하는 세척수단을 더 포함하는 것, 혈관을 통하여 상기 표지입자를 주사하는 것 등이 고려될 수 있다.
또한, 표지물질에 의한 형광 외에 레일레이 산란광 및 세포 및 조직으로부터의 자체 형광을 이용하여 피검 조직의 형태와 위치를 확인하여 표지물질의 상대적 위치를 파악하는데 도움을 줄 수 있다.
여기서, 상기 검출단계는, 상기 방출된 광신호 중, 레이저 광을 필터링하여 제거하는 단계; 상기 필터링된 광신호의 경로를 각각 제1경로 및 제2경로로 분리하는 단계; 및 상기 분리된 제1경로의 광신호로부터 형광 신호를 검출하고, 상기 제2경로의 광신호로부터 라만 신호를 검출하는 단계를 포함하여 이루어지며, 이로써, 형광 신호(조직 자체에서 방출하는 자체 형광)로써는 피검 조직을 이미징하고, 라만 신호로써는 이에 대한 분석을 수행할 수 있게 된다.
여기서, 본 발명에 사용되는 상기 표지입자는 형광염료를 더 포함할 수 있는데, 이 경우, 이러한 형광염료로부터 방출되는 형광 신호로서는 피검 조직의 위치를 용이하게 파악하고, 라만 신호로써는 이에 대한 분석을 수행하게 된다. 즉, 형광 신호가 조직 자체에서 방출되는 것일 경우에는 일반적인 형광을 이용한 2차원 이미징을 수행하고, 표지입자에 포함된 형광염료로부터 유래한 것인 경우에는 이를 피검 조직의 위치 파악에 사용한다.
또한, 상기 검출단계 이후, 상기 형광 신호가 피검 조직 자체의 자체 형광인 경우에는, 이를 이용하여 이미징을 수행하고, 형광 신호가 표지입자에 포함된 형광염료에 의하여 방출되는 경우에는 이를 이용하여 피검 조직의 위치를 확인하며, 상기 라만 신호를 이용하여 상기 피검 조직을 분석하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 본 발명의 의학영상장치 및 검출방법에 사용되는 상기 표지입자는, 상기 라만 표지물질, 형광염료 및 리셉터와 함께, 은(Ag), 금(Au) 또는 구리(Cu) 중 적어도 하나로 이루어진 금속 나노입자 또는 이를 포함하는 코어-쉘(core-shell) 구조의 나노입자; 및 형광 신호를 방출하는 형광염료 또는 양자점을 더 포함하는, 소위 발광 성분이 도입된 표면 증강 라만 표지입자를 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 표지입자는, 상기 형광염료, 라만 표지물질 및 금속 나노입자를 둘러싸는 실리카 껍질을 더 포함하거나 다른 생체 적합성을 높이는 표면 처리를 하는 구조가 바람직하다.
또한, 상기 표지입자는, 상기 형광염료, 라만 표지물질, 금속 나노입자 및 실리카 껍질에 의하여 둘러싸이며, 실리카 코어입자를 더 포함하는 것이 SERS 신호의 질을 높이는데 효과적일 수 있으며, 이 때 사용되는 실리카 코어입자에는 부가적으로 자성 나노입자 등을 추가로 포함하도록 하여 표지입자의 기능성을 확장할 수 있다.
즉, 본 발명의 적용을 위해서는 상기 광학기기를 사용하여 수집하는 신호를 발생시키는 나노 표지입자의 사용이 필수적인데, 이는 기본적으로 센 라만신호 (특히 SERS 신호)를 방출하는 다양한 형태의 것으로, 표적위치에 결합하여 그 특징적인 라만 신호로 표적의 유무 및 그 종류를 규명하는 것이 가능하도록 하는 것이며, 바람직하게는 형광 신호를 라만 신호와 동시에 방출하여 용이한 위치추적, 나노 표지입자의 동시검출 표적수 배가 등의 부가적인 효과를 내는 것이 필요하다.
상기 표지입자의 가장 기본적인 형태는 증강된 라만 신호를 낼 수 있는 것이어야 하는데, 그 예로 Silica core에 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 중 적어도 하나로 이루어진 금속 나노입자가 도입되고, 이 금속 나노입자에 라만 표지물질이 흡착된 뒤 이를 보호하는 Shell을 가지는 구조( Core-Shell)가 바람직하다(대한민국 등록특허 10-073308, 공개특허 10-2008-011195). 다른 예로는 COIN (Nano Letters., 2007, 7(2), 351-356) 등과 같은 금속 나노입자 및 뭉치 자체를 core로 사용하는 경우 및 금속 및 hollow shell 구조를 이용하는 것도 가능하다.
위의 어느 경우든지 실리카 Shell을 사용하는 것은 나노입자내의 라만 표지물질을 보호하고, 나노입자의 생체적합성을 증가시키며, 각종 표적에의 결합을 위한 리셉터의 도입을 용이하다. 상기 리셉터는, 효소기질, 리간드, 아미노산, 펩티드, 단백질, 핵산, 지질, 코펙터, 탄수화물 또는 항체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어진 표적물질 특이성 수용체를 사용한다.
아울러, 상기한 다중 신호의 구현 방법 중에서 형광과 라만 신호를 동시에 이용하는 기술은 이미징과 다중 측정을 위하여 매우 유용하다. 본 발명의 하나의 실시 예에 해당하는 F-SERs Dot(대한민국 공개특허 10-2008-011195)은 상기 표지입자의 Shell을 형성하는 과정에서 Shell에 형광염료를 더 포함하는 것인데, 이러한 방법 이외에도 형광염료는 Core내에 Dye-doped silica 형태로도 포함할 수 있으며, 사용되는 형광염료도 일반적인 유기물 염료 이외에 양자점 등의 다양한 형광신호 방출 물질의 사용이 가능하다. 상기한 것처럼 형광염료로부터 방출되는 형광 신호로서는 피검 조직의 위치를 용이하게 파악하고, 라만 신호로써는 이에 대한 분석을 수행하게 된다. 이 과정에서 피검조직자체에서도 형광신호가 방출될 수 있는데(Autofluorescence), 이는 상기한 광학기기를 이용하여 피검조직의 2차원 이미징을 수행하는데 사용되며, 표지입자에 포함된 형광염료로부터 유래한 것인 경우에는 이를 피검 조직의 용이한 위치 파악에 사용한다.
상기한 다중신호 동시검출이 효과적으로 이루어지기 위해서는, 형광염료는 라만 신호와 중첩되지 않도록 라만신호보다 장파장 영역에 위치하도록 선정하는데, 상기한 동시검출 표적수의 배가는 라만 신호에 의한 구분 이전에 형광신호로 상이한 표적을 구분할 수 있기 때문이다. m가지의 라만신호 표지입자에 대해 n가지의 형광염료가 도입되면 m × n 가지의 다중표적을 동시에 검출할 수 있는 나노 표지가 가능하다. 하지만, 형광의 넓은 Bandwidth 때문에 형광 표지 개수를 많게 하는 것은 바람직하지 않으며 하나로도 충분한 기능을 하며 목적에 따라서 복수의 형광 표지가 필요하다면 2-4 개의 형광 표지만으로도 충분하다고 사료된다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 하나의 실시 예에 의한 형광 및 라만 신호 다중표적 동시검출용 의학영상장치는, 레이저 광을 조사하는 광원; 상기 광원에서 출력되는 레이저 출사광 및, 피검 조직으로부터 또는 상기 피검 조직에 결합되며, 라만 신호를 방출하는 라만 표지물질 및 리셉터를 포함하여 이루어진 표지입자로부터 방출되는 입사광의 광신호를 가이드하는 이미지 가이드부; 상기 이미지 가이드부와 연결되며 광신호를 수집하는 광수집부; 상기 이미지 가이드부와 연결되며, 상기 입사광의 광신호를 스캐닝하는 스캐너; 상기 스캐너와 연결되어, 입사된 광의 경로를 각각 제1경로 및 제2경로로 분리하여 출사하는 빔스플리터(beam splitter)를 포함하는 광분리부; 상기 광분리부로부터 분리된 제1경로의 광신호로부터 형광 신호를 검출하는 형광 신호 검출부; 및 상기 광분리부로부터 분리된 제2경로의 광신호로부터 라만(Raman) 산란광을 검출하여 라만 스펙트럼을 형성하는 라만 신호 검출부;를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 광수집부는 본 발명에 의한 광학기기의 광범위한 활용을 위해서 다양한 형태의 도입이 가능한데, 광섬유다발을 이용하거나 원거리 광학계를 이용하는 것이 바람직하다. 광섬유 다발은 길이가 길고 직경이 매우 작으므로, 수술시 절개되어 노출된 부위에 직접 접촉시켜 관측하거나, Slant tip 형태를 사용할 경우 피부 내부로 침투시키면서 관측하는 것도 가능하며, 내시경과 연결하여 생체 내부의 표적위치를 쉽게 관측할 수 있다. 또한 광섬유 다발의 끝은 그대로 노출시켜 사용하여도 되지만, Ball lens, GRIN lens 등의 마이크로 광학계를 부착시켜 사용할 경우 세포 수준의 작은 공초점 이미지를 얻는데 보다 효과적이다. 원거리 광학계는 Long-working distance lens 등을 사용하며, 외부로 노출된 표적위치에 접촉하지 않고 쉽게 관찰하는데 유용하다.
여기서, 상기 광분리부는, 상기 스캐너, 광원, 형광신호검출부 및 라만신호검출부의 사이에 위치하며, 상기 스캐너로부터 입력되는 광신호 중 레이저 광을 필터링하여 제거하는 엣지필터(edge filter)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광분리부는, 상기 스캐너로부터 입력되는 광신호 중 매우 강한 레이저 광의 파장에 해당하는 레일레이 산란광을 필터링하여 제거하는 필터인 엣지필터를 더 포함하는 것이 필요하고, 라만 신호와 형광신호를 분리하고 경로 1과 경로 2로 가이드하는 필터 및 beam splitter가 필요한데, 이는 효과적으로 형광과 라만 신호를 수집하기 위해 필요하다. 레일레이 제거 필터는 레이저 광으로부터 이들 필터의 사양과 배치는 다양한 형태가 가능하다.
또한, 상기 이미지 가이드부 및 광수집부는, 상기 피검 조직에 상기 표지입자를 분사하는 스프레이수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 스프레이수단은, 피검 조직를 세척하는 세척수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 피검 조직에서 발산되는 다중 광신호를 이용하여 다중 표적에 대한 동시검출을 수행하는 것이 용이하다.
또한, 본 발명에 따르면, 형광 성분이 도입된 표면 증강 라만 표지입자를 스프레이 장치 등을 이용하여 생체내에 주입하여 검진을 수행하므로, 라만 신호를 보충하여, 보다 정확한 진단결과를 실시간으로 얻을 수 있다.
도 1은, 본 발명에 의한 형광 및 라만 신호 다중표적 동시검출용 의학영상장치의 구성 및 작용을 개략적으로 나타낸 도면
도 2는, 본 발명에 의한 형광 및 라만 신호 다중표적 동시검출용 의학영상장치의 광수집부의 구성을 개략적으로 나타낸 도면
도 3은, 본 발명에 의한 형광 및 라만 신호 다중표적 동시검출용 의학영상장치의 광분리부의 구성 및 작용을 개략적으로 나타낸 도면
도 4는, 본 발명의 표지입자(300)에서 발생하는 광신호의 스펙트럼을 개략적으로 나타낸 그래프
도 5는, 본 발명에 의하여 형광과 라만 신호를 추출하는 과정에 대하여 간략하게 설명한 도면
도 6은, 본 발명의 다른 실시예에 의하여 스프레이 수단(70)이 도입된 내시경 프로브(probe)
도 7은, 본 발명에 의한 표지입자(300)의 일 실시예로서, F-SERS 입자(표면 증강 라만 표지입자)의 구조를 나타낸 도면
도 8은, 본 발명에 의한 신호 검출방법 및 광섬유 다발을 이용하여 도출된 SERS 스펙트럼
이하, 본 발명의 실시예 및 도면을 들어, 본 발명에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은, 본 발명에 의한 형광 및 라만 신호 다중표적 동시검출용 의학영상장치의 구성 및 작용을 전체적, 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 의학영상장치는, 광원(10), 광섬유 다발을 포함하는 이미지 가이드부(21), 광수집부(20), 스캐너(30), 광분리부(40)를 포함하여 이루어지며, 상기 광수집부(20)에서 수집되고 광섬유 다발(21) 및 스캐너(30)를 거친 광신호의 경로가 경로 1 및 경로 2로 분리되고, 경로 1로 분광된 형광 이미지로부터는 표적물질(T)-예를 들어, 대상 세포 및 조직에 표지입자가 결합된 영역-의 위치를 확인하고, 경로 2로 분광된 다양한 라만신호로부터 표지된 입자의 종류와 상대적 양을 파악하여, 정밀한 검진을 수행한다.
2차원 이미징 및 이동성 있는 광학계 구성으로서, 기술적으로 잘 개발되고 알려진 '스캐너(30)를 포함한 광섬유 다발 광학계(21)를 이용하고, 실시간 영상에 기술적 비교 우위를 갖는 형광 신호와 다중 검출에 비교 우위를 갖는 라만산란 신호를 동시에 이용하는 나노 표지입자(예를 들면, F-SERS Dot 등)를 이용하고, 신호의 검출은 형광 신호와 라만 신호를 분리하여 형광 이미징과 라만 스펙트럼을 얻는다. 이때, 표지입자는 진단하고자 하는 생체 분자를 인식하도록 bio-conjugation 되어 있어, 표적된 표지입자는 형광과 라만 신호를 방출하고 광수집부를 거쳐 광섬유다발로 전달된 광신호는 광학계를 거쳐 형광 이미징과 라만 스펙트럼으로 분리되어 측정된다. 측정된 형광 이미지는 생체 안의 세포 및 조직 중에 표적된 곳의 위치를 알려주고, 라만 스펙트럼은 표적된 생체분자의 종류를 알려준다. 특히, 라만 스펙트럼은 밴드 폭이 대략 10 cm-1 이하로 가시광선 영역에서 여기광 에너지로부터 2000 cm-1 이하의 좁은 분광영역에서 수많은 상이한 신호를 이용하여, 다른 위치에서 라만 신호를 내는 라만 표지물질이 포함된 많은 종류의 나노 표지입자의 제조가 가능하고, 이 나노 표지입자를 이용하여 다중 표적 생체분자의 동시 검출을 가능하게 한다. 이때 사용되는 라만산란 신호는 신호 민감도를 높이기 위해서 표면증강 라만산란 (Surface Enhanced Raman Scattering, SERS) 효과를 이용하게 되는데, 이 때 다양한 형태의 은 및 금 나노 구조물을 활용하여 증강된 라만산란 신호를 얻는다.
나노 표지입자의 광신호는 은 및 금 표면에 흡착된 분자에 의한 SERS 신호와 이와 겹치지 않는 형광신호로 구성되는데, SERS 신호는 흡착된 분자를 다양하게 선택할 수 있으므로 수많은 다른 신호를 넣을 수 있고 형광 신호는 모두 동일하게 선택할 수도 있지만 광학적으로 구별되는 범위에서 서로 구별되는 신호를 넣으면 SERS 신호와 형광 신호의 조합으로 신호의 종류를 다양하게 할 수 있을 뿐만 아니라 면역검정(immunoassay) 전략을 다양하게 살릴 수 있다. 예를 들면, 이러한 형광염료로부터 방출되는 형광 신호로서는 피검 조직의 위치를 용이하게 파악하고, 라만 신호로써는 이에 대한 분석을 수행하게 된다. 즉, 형광 신호가 조직 자체에서 방출되는 것일 경우에는 일반적인 형광을 이용한 2차원 이미징을 수행하고, 표지입자에 포함된 형광염료로부터 유래한 것인 경우에는 이를 피검 조직의 위치 파악에 사용한다.
도 2는, 본 발명에 의한 형광 및 라만 신호 다중표적 동시검출용 의학영상장치의 광수집부의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로, 다양한 형태의 시료에 적합한 이미 잘 개발된 방식을 도입하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 광섬유 다발 광학계(21)의 말단 부위에 Intraoperative 이미징 장비( FLARE : Fluorescence-Assisted Resection and Exploration, Proc. SPIE, Vol. 6009, 60090C (2005))와 같이 작업거리가 수 센티미티 이상 떨어져 있을 경우에 사용되는, 소위 ‘long-working distance lens’와 같은 렌즈 시스템(도면 상 20a)을 사용하면 수술을 하면서 이미징과 다중측정을 할 수 있고; GRIN 렌즈(20d) 및 Ball lens(20c)와 같은 마이크로 optics를 이용하거나, 아무런 렌즈를 달지 않고 광섬유다발을 프로브로 사용하면(도면상 20b) 마이크로미터 수준의 작업거리에 있는 근접 시료를 측정하여 이미징과 다중측정을 할 수 있다.( US 7,336,990 B2, US 2009/0023999 A1)
특히, 광섬유다발 프로브(20b, 20c, 20d)를 이용하는 경우 내시경과 병합하여 사용할 수 있다. 내시경의 가이드부는, 상기 피검 조직에 상기 표지입자를 분사하는 스프레이수단을 더 포함하여 생체 내에서 실시간으로 형광 및 라만 신호를 동시에 검출하여, 진단의 정확성을 향상시킬 수 있다. 한편, MRI 및 PET 등 기존 핵의학 영상 장비와 기능적으로 병합하여 의학영상 진단의 기능을 더 할 수 있는데, 핵의학 영상 이미지로 질병 영역을 탐지하고 광섬유다발 프로브를 해당 위치를 측정함으로써 다중 영상 진단을 구현할 수 있다.
도 3은, 의학영상장치 내의 광신호의 경로를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 본 실시예에 의한 의학영상장치는, 광원(10), 광수집부(20), 이미지 가이드부(21), 스캐너(30), 광분리부(40), 형광 신호 검출부(50), 및 라만 신호 검출부(60)를 포함하여 이루어진다. 또한, 의학영상장치를 이용하여 생체 내 피검 조직에 본 발명에서 진단을 위하여 사용되는 표지입자를 분사하기 위하여, 스프레이수단(70)을 더 포함할 수 있다.
우선, 도 3을 참조하여 전체적인 광의 경로를 살펴보면, 광원(10)으로부터 발생한 레이저 광(1)은 엣지필터(42)에서 반사되어 스캐너(30)를 거쳐 출사 렌즈(22)에서 집속된 후, 광섬유 다발(optical fiber bundle)(21)로 전달되고, 광섬유 다발과 연결된 광수집부(20)의 말단에서 시료(T), 바람직하게는 생체 내에 존재하는 피검 조직(T)에 조사된 후, 방출되어 나온 광(2) 중 레이저 광의 파장에 해당하는 광은 엣지필터(42)에서 필터링되고, 빔스플리터(41)에서는 이러한 필터링 광을 분리하여, 1/2(3)은 라만 신호 검출부(60)로, 1/2(4)은 형광 신호 검출부(50)로 전송한다. 여기서, 입사광(2)은, 피검 조직(T)에서 자체적으로 발광하는 자체 형광일 수도 있고, 사전 주입단계에 의하여 주입되어 피검 조직(T)에 결합된 표지입자(300)에서 발생하는 것일 수도 있다. 다만, 본 발명에서의 실질적인 이상 부위 검출에 사용되는 것은, 표지입자(300)에서 방출된 광신호이며, 자체 형광은, 그와 함께 포함된 비특이적 배후신호에 의한 에러를 감안하여, 이를 배제한다. 다만, 이러한 자체 형광은, 통상적인 2차원 이미징을 위하여 유용하게 사용한다.
이러한 표지입자(300)는 라만 신호를 방출하는 라만 표지물질 및 리셉터를 포함하여 이루어지며, 더욱 바람직하게는 형광염료 또는 양자점(Quantum dot), BRET, 형광염료와 실리카의 복합물질로 이루어진 Dye-dopped silica 등으로 이루어진 발광물질을 더 포함하여 이루어진다. 본 발명에서는 바람직하게는 표면 증강 라만 산란 효과(Surface Enhanced Raman Scattering effect, SERS 효과)를 이용한 표면 증강 라만 표지입자(이하, 'SERS 입자'라고 칭한다)를 이용한다. 이를 통하여 형광 신호 및 라만 신호(특히, SERS 신호)가 동시에 검출될 수 있다.
구체적으로 본 발명에서 사용되는 형광 신호 검출부(50)에서 검출되는 형광 신호는 크게 두 가지로 대별된다. 하나는 조직 자체에서 발산되는 자체 형광(autofluorescence)과, 본 발명에 의한 표지입자(300)에 포함되는 형광염료에서 발산되는 형광 신호가 그것이다. 본 발명에서는 표지입자(300)에 형광염료를 포함할 수도 있고, 그렇지 아니할 수도 있다. 전자의 경우에는 형광 신호로서 자체 형광 및 형광염료로부터의 형광 신호 두 가지 모두가 입사되며, 후자의 경우에는 자체 형광만 입사광에 포함된다. 또한, 전자의 경우에는 형광 신호 검출부(50)에서, 자체 형광을 이용하여 2차원 이미징을 구현하는 한편, 형광염료 유래의 형광 신호를 이용하여 표지입자(300)가 부착된 피검 조직(T)의 위치를 파악할 수 있으며, 후자의 경우에는 자체 형광만을 이용할 수 있으므로, 형광 신호 검출부(50)에서는 2차원 이미징 작업만을 수행할 수 있다. 특히, 전자의 경우, 즉 표지입자(300)에 형광염료가 포함된 경우에는, 이상 조직을 검출할 때, 자체 형광의 형광 신호는 배제하고, 신호의 세기가 상대적으로 크고 검출하기 쉬운 형광 신호를 이용하여 피검 조직(T)의 위치, 즉 이상 부위의 위치를 확인하고, 선폭이 좁은 라만 신호를 이용하여 다중표적에 대한 정성 분석이 가능해 진다는 장점이 있다.
도 4은, 상기 피검 조직(T)에 결합된 표지입자(300)에서 발생하는 광신호의 스펙트럼을 개략적으로 나타낸 그래프이다. 여기서, 도 4에 나타낸 형광 신호는, 자체 형광의 신호가 아닌, 형광염료로부터 발산되는 것이다. 즉, 표지입자(300)에 형광염료가 포함된 경우를 상정한 것이다.
도 4에 있어서, 수평축은 각 광신호의 스펙트럼이 이동(shift) 정도를 파수(cm-1)로 나타낸 것이며, 수직축은 신호의 세기를 나타낸다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 입사광(2)의 광신호는 크게 출사된 레이저 광이 그대로 반사된, 소위 레일레이(Rayleight) 산란광 신호 영역(도면에서 'laser line, υ0'), 라만 신호, 특히 SERS 인코딩된 신호 영역(도면에서의 'SERS encoding region'), 및 형광 신호 영역(도면에서의 'Fluorescence region')을 포함하여 이루어지며, 각각의 스펙트럼은, 각각 해당 파수 영역에 이동되어 검출된다. 즉, 레이저 광(레일레이 산란광)을 기준으로, 라만 산란광은 약 500 내지 2000cm-1, 형광은 약 2000cm-1 이상 이동한다(표지입자에 형광염료가 포함된 경우).
이 중에서, 라만 밴드(Raman band)는, 라만 산란을 일으키는 분자의 진동수만큼 레이저 파장(레일레이 산란광 영역)으로부터 이동하여 나타나며, 이동 정도는 수십 내지 수천 cm-1에 걸쳐 형성된다. 이 중에서도, 900cm-1 이하의 영역은 광섬유에 의한 라만 밴드가 측정되는 영역으로서 사용하지 않고, 실질적으로 사용되는 900 내지 2000cm-1의 영역은 레이저 파장이 500nm인 경우, 대략 520 내지 560 nm에 해당한다. 이 영역은 상기 라만 신호, 특히 SERS 신호로 인코딩하기 위하여 사용하고, 형광신호는 이보다 장파장 영역을 사용한다. 파장 영역에 대한 이와 같은 구별은 레이저 광의 파장을 달리하면 그에 따라 달라진다.
본 발명에서는, 각각 상기와 같은 라만 신호 또는 이러한 라만 신호와 함께 형광신호를 발산하는 라만 표지 입자와 형광염료의 종류를 적절히 선정하여, 상기 표지입자(300)를 설계한다. 즉, 이러한 표지입자(300)를 이용함으로써, 이렇게 레이저 광신호에 대한 라만 신호 영역 및 형광 신호 영역의 이동 정도가 서로 간섭하지 않을 정도로 큰 차이를 보이는 스펙트럼을 얻을 수 있기 때문에, 라만 신호 및 형광 신호를 분리 검출하고자 하는 본 발명의 기본적인 목적이 달성될 수 있다.
즉, 라만 산란광이 레이저 광 또는 형광에 간섭되지 않기 때문에, 본 발명에 사용되는 표지입자(300) 및 본 발명에 의한 의학영상장치를 사용할 경우, 라만 신호와 형광 신호를 분리하여 동시에 검출할 수 있게 된다.
구체적으로, 본 발명에서는 이러한 세 가지 종류의 신호들 중에서, 레일레이 신호를 소정의 광 필터에 의하여 제거하고, 나머지 라만 신호 및 형광 신호만을 각각 별도로 검출하여, 상기 형광 신호로는 표적 부위의 위치를 확인하고, 라만 신호로는 상기 표적 부위에서의 분석을 수행할 수 있다. 보다 상세하게, 세기가 크고 확인하기 쉬운 형광 신호로는 피검 조직의 위치를 확인하고, 라만 스펙트럼의 좁은 선폭과 각각의 라만 표지물질로 사용되는 분자의 종류 및 조사되는 레이저 광의 파장 등에 따라 그 이동 정도가 달라지는 특성을 이용하면, 다중표적에서 발산되는 신호를 상호 간의 간섭 없이 구분할 수 있기 때문에, 이를 토대로 생체 내에서 실시간으로 다중 이미징을 수행할 수 있게 된다. 더욱이, 표지입자(300)로서 SERS 입자를 도입하면, 라만 스펙트럼의 단점이었던 미약한 신호 세기를 보완할 수 있어, 가장 효율적인 의학영상장치를 구현할 수 있다.
다시 말해, 형광으로는 피검 조직의 위치를 파악하고, 라만 신호는 분석용으로 사용하기 때문에, 라만 신호를 찾기 위해 넓은 표적면적을 모두 스캐닝할 필요가 없어져, 실시간으로 피검 조직의 위치를 찾을 수 있으며, 표적된 영역 전체의 라만 스펙트럼이 기록되므로, 동시에 다중표적에 대한 신호검출이 가능하다.
또한, 종래의 의학영상장치에서는, 생체 내에서 자체적으로 발광하는 자체 형광(autofluorescence)을 이용하여 2차원 이미지를 구현하였으나, 자체 형광의 경우 비특이적 배후 신호를 포함하고 있기 때문에 정확한 검진이 어려웠다. 본 발명에서는, 이상 조직 검출에 있어서는 표지입자(300)에서 방출되는 형광 신호 및 라만 신호만을 이용하여, 이러한 문제점을 해결할 수 있다.
특히, 레이저 광, 조직(T) 자체에 의하여 발산되는 자체 형광, 나노 표지 입자(300)로부터의 라만 신호 및 형광 신호는 모두 동일한 광학적 경로를 경유하므로, 공초점 이미지(confocal image)를 구현하여, 보다 정확한 검진을 수행할 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 의한 다중표적에 대한 형광 및 라만 신호 동시검출용 의학영상장치를 이루는 각각의 구성에 대하여 설명하기로 한다.
광원(10)은, 레이저 광을 출사하는 장치이다. 이러한 광원(10)으로서는 Gas 레이져, 고상 레이져 등 다양한 공지의 발광수단을 제한 없이 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서, 광원(10)에서 출사되는 광으로는 바람직하게는 400 ~ 800nm를 사용하며, 해상도 5 cm-1 이하로서, 라만 신호를 얻기에 적합한 사양인 것이 바람직하다. 상기 파장대역은, 본 발명에 적합한 표지입자(300)로서의 SERS 입자에 포함되는 Ag, Au 등의 귀금속에 대한 표면 플라즈몬 공명 현상(Surface plasmon resonance, SPR)을 고려하여 적절히 선택된 것으로서, 예를 들면, 상기 레이저광으로서, Ar 이온 레이저의 488 및 514.5 nm 선, Kr-이온 레이저의 531, 568 및 647 nm 선, 및/또는 상기 영역대에서의 다양한 고상 레이저광(solid state laser light) 등을 이용할 수 있다.
이미지 가이드부(21)와 광수집부(20)는, 광섬유 다발(21), 출사 렌즈(22), 각종 광수집부(20a~20d)를 포함하여 이루어지며, 광원에서 출력되는 레이저 광(출사광)(1) 및 피검 조직으로부터, 또는 상기 피검 조직에 결합되며, 라만 신호를 방출하는 라만 표지물질 및 리셉터, 또는 여기에 형광 신호를 방출하는 형광염료가 더 포함되어 이루어진 표지입자(300)로부터 방출된 입사광의 광신호(2)를 가이드하는 역할을 수행한다. 이미지 가이드부(21) 및 광수집부(20)를 이용하여, 광원(10)에서 조사된 레이저가 피검 조직(T)에 접근할 수 있으며, 원거리 광학계를 이용할 경우에는 쉽게 표적위치에 접근이 가능하며, 광섬유 다발을 광수집부로 사용할 경우(20b, 20c, 20d), 그 말단부에 위치한 헤드의 조작은 직접 조작하거나 내시경에 결합된 경우 내시경의 구동장치에 의하여 수행될 수 있다. 이미지 가이드부(21)와 광섬유 다발 광수집부(20b, 20c, 20d)가 내시경 등의 채널에 삽입되기 위해서는, 물론 임상학적 용도에 알맞은 수 mm 직경의 적절한 크기를 가져야 할 것이다.
광섬유 다발은 보호층으로 커버되는 광섬유 다발로 이루어진다. 고해상도의 화상을 얻기 위해서는, 충분한 광섬유 및 광섬유 코어 간의 최소한의 공간을 갖추어야 하며, 일반적으로, 이러한 광섬유 다발은 수 ㎛ 직경의 수천 ~ 수 만개의 광섬유로 형성된다. 이러한 광섬유 다발(21)의 양 말단은 양단에서의 반사를 방지할 수 있도록 반사방지 처리된 글라스 플레이트를 설치한다.
이미지 가이드부(21)의 출사 렌즈(22)는 레이저 광을 집속하여 광섬유 다발 내 각각의 개별 광섬유에 출사하는 역할을 하며, 광섬유와의 최적의 조합을 통하여 회절 한계에 근접한 초점을 형성하기 위해서, 최소의 수차(aberration) 발생과 파면(wave front)의 질을 저하하지 않는 것을 사용하여야 한다.
스캐너(30)는 출사광과 입사광의 경로를 일치시켜, 전반적으로 공초점 이미지(confocal image)를 얻기 위하여 사용된다. 따라서, 스캐너(30)는 공초점 이미지를 형성할 수 있는 공지의 시스템을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 하나 이상의 미러와 수차 없는 렌즈를 조합하여 공초점 이미지를 형성할 수 있도록 이루어진 광학계를 적용할 수 있다. 이러한 예로서, 미국 등록특허 US 7,447,539, US 7,336,990 US 7,383,077 등 다양한 문헌에 제시된 것들을 적용할 수 있다.
광분리부(40)는, 스캐너(30)와 연결되어, 입사된 광의 경로를 각각 제1경로 및 제2경로로 분리하여 출사하는 빔스플리터(41)를 포함하여 이루어지며, 여기에 엣지필터(edge filter)(42)가 더 포함되어 이루어질 수 있다.
빔스플리터(41)는, 도 3에서 나타낸 바와 같이, 또는 표지입자(300)로부터 방출된 라만 신호 성분과, 피검 조직(T) 또는 표지입자(300)로부터 방출된 형광 신호 성분(각각 자체 형광 및 형광염료 유래 형광)을 포함하는 광의 경로를 제1경로(3) 및 제2경로(4)로 분리하는 역할을 한다. 이러한 광 경로 분리를 통하여, 후술하는 바와 같이, 제1경로(3)로 분리된 광신호를 이용하여 형광 신호 검출부(50)에서 형광신호를 검출하고, 제2경로(4)로 분리된 광신호는 라만 신호 검출부(60)에서 라만 신호를 검출하여 라만 스펙트럼을 형성한다. 빔스플리터(41)로서는, 50/50 분리큐브(50/50 seperating cube) 또는 50/50 분리 플레이트(50/50 seperating plate) 등을 사용할 수 있다.
엣지필터(42)는, 스캐너(30)로부터 입력되는 광신호(2) 중 레이저 광을 필터링하여 제거하는 역할을 하는 것이다. 출사된 레이저 광이 그대로 반사되어 돌아온 레일레이 광은 피검 조직에 대한 분석시에는 아무런 의미를 갖지 못하기 때문에, 이러한 광신호를 필터링하여 제거할 필요가 있고, 본 발명에서는 엣지필터(42)를 이용하여 이러한 필터링 기능을 수행하도록 구성하는 것이 바람직하다.
이러한 엣지필터(42)는 Edge 스티프니스(steepness)는 약 5nm(광학밀도 6.0파장과 50% 투과 파장 지점에서 측정하였을 때) 이하인 것이 레일레이 산란광을 효과적으로 제거하기 위하여 바람직하다. 이러한 엣지필터(42)가 포함될 경우, 레일레이 산란광이 제거되어 라만 신호와 형광 신호를 포함하는 광이 빔스플리터(41)에 도달하여 제1경로(3) 및 제2경로(4)로 분리된다.
형광 신호 검출부(50)는 빔스플리터(41)에 의하여 경로 분리된 광신호 중, 제1경로(4)의 광신호로부터 형광 신호를 검출하는 역할을 한다. 여기서, 형광 신호 검출기(50)는, 제1경로(4)의 광신호에 포함되어 있는 라만 신호를 제거하여 형광 신호를 검출하기 위하여, 별도의 리젝션 필터(rejection filter)등을 빔스플리터에 포함시켜 사용하여 형광신호 이외의 광성분을 제거하거나, 하나 이상의 형광신호를 선택적으로 검출하기 위한 Band-pass filter를 포함하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 이로부터 검출된 형광신호로서는, 표지입자(300)에 형광염료가 포함되어 있는지 여부에 따라, 자체 형광만 검출될 수도 있고, 이와 아울러 형광염료 유래 형광이 포함될 수도 있다.
여기서, 본 발명에 의한 의학영상장치에 있어서의 엣지필터(42) 및 리젝션 필터 혹은 Band-pass 필터의 역할로 인하여, 형광 신호만을 추출하는 과정에 대하여 설명하면, 다음과 같다.
도 5는, 형광과 라만신호를 분리하여 추출하는 과정에 대하여 간략하게 설명한 도면이다. 도 5에서는, 표지입자(300)에 형광염료가 포함된 경우를 상정한 것이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 피검 조직으로부터 방출된 광신호에는 초기에 레이저 광이 동일한 파장에서 그대로 반사되어 나오는 레일레이 산란광(청색으로 표시), 라만 산란광(녹색으로 표시), 및 형광(노란색, 적색으로 표시)에 대한 신호가 함께 포함되어 있다. 이러한 광신호가 엣지필터(42)를 통과하면, 라만 신호 및 형광 신호만 남게 되고, 이러한 광신호가 빔스플리터(41)에 의하여 두 가지 경로로 분리되고 난 후, 제1경로(4)를 따라 진행하던 광신호가 리젝션 필터 혹은 Band-pass 필터를 통과하면, 라만 신호 성분이 제거되고 형광 신호만이 남아, 형광 신호 검출부(50)에서 검출된다.
형광 신호 검출부(50)는 신호를 연속적으로 수용할 수 있는 아발란체 광다이오드(avalanche photodiode) 또는 PMT 등의 공지의 검출장치를 제한 없이 사용할 수 있다.
라만 신호 검출부(60)는 빔스플리터(41)에 의하여 경로 분리된 광신호 중, 제2경로(3)의 광신호로부터 라만(Raman) 산란광을 검출하여 라만 스펙트럼을 형성하는 역할을 한다. 라만 신호 검출부(60)는 소정의 스펙트로메터(spectrometer) 및 광다이오드 어레이 검출기를 포함하여 이루어질 수 있으며, 라만 신호를 검출하고, 이를 스펙트럼화하고 그 신호를 읽을 수 있는 것이라면, 공지의 신호 검출장치를 제한 없이 사용할 수 있다. 즉, 제2경로(3)의 광신호가 이러한 스펙트로메터에서 스펙트럼화되고, 스펙트럼화된 광 신호 중에서 라만 신호 영역만이 CCD 또는 광다이오드 어레이 검출기(photodiode array detector)에서 읽혀진다.
여기서, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 의한 의학영상장치를 이용하여 생체 내 피검 조직에 본 발명에서 진단을 위하여 사용되는 표지입자(300)를 분사하기 위한 스프레이수단(70)이 더 포함될 수 있다.
스프레이수단(70)의 일 실시예는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 표지입자를 포함하는 분사액(A)이 저장되어 있는 입자 저장탱크(71a), 입자 저장탱크(71a)로부터 피검 조직(T)으로 분사액(A)을 이송하는 입자 이송관(71b), 피검 조직(T)에 묻어 있는 나노 표지 입자 이외의 이물질을 제거하기 위하여 피검 조직를 세척하는 세척액(B)이 저장되어 있는 세척액 저장탱크(72a), 및 세척액(B)을 피검 조직(T)으로 이송하는 세척액 이송관(72b)을 포함하여 이루어진다.
즉, 각각의 저장탱크(71a, 72a)에 담긴 분사액(A) 및 세척액(B)은 검진을 수행하는 자의 작동에 의하여 구동장치(200)에 의하여, 또는 스프레이 건 등을 이용하여, 이송관(71b, 72b)를 통하여 피검 조직에 분사된다.
즉, 이러한 스프레이 수단(70)을 적용함으로써, 내시경에 의한 진단을 수행하기 전에 주사 등에 의하여 체내에 표지입자(300)를 투입할 필요 없이, 내시경을 이용하여 진단을 수행하는 동안 직접 분사액(A)에 포함된 표지입자(300)를 피검 조직에 분사하여, 보다 정확한 분사와, 진단 시간 절감 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 피검 조직(T)을 세척하여 보다 선명한 화상을 구현하기 위하여, 세척액(B)을 함께 분사하도록 구성할 수도 있다.
구체적으로, 스프레이수단(70)은, 이러한 이미지 가이드부(21) 및 광수집부(20)의 선단에 위치한 헤드부(또는 프루브)에 이를 장착하여 사용할 수 있으며, 스프레이 수단(70)이 적용된 내시경 프로브(probe)는 도 6에 도시하였다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 이러한 내시경 프로브는, 광섬유 다발(20), 입자 이송관(71b), 세척액 이송관(72b) 및 기타 내시경부(11)를 포함하여 이루어진다.
즉, 도 6에 제시된 프로브를 이용할 경우, 피검 조직(T)에 방출된 광을 광섬유 다발(20)로 수집함과 더불어, 입자 이송관(71b) 및 세척액 이송관(72b)을 통하여 각각 이송되는 표지입자 및 세척액을 통해, 실시간으로 생체 내에서 정확한 검진을 수행할 수 있게 된다.
다음, 본 발명에 의한 표지입자(300)에 대하여 설명하기로 한다. 기본적으로, 본 발명에 의한 표지입자는, 라만 신호를 방출하는 라만 표지물질 및 리셉터를 기본적으로 포함하며, 여기에 형광염료가 더 포함될 수 있다. 상기 형광염료는 형광 신호를, 라만 표지물질은 라만 신호를 발생시킨다. 또한, 리셉터는 목적하는 피검 조직에 부착(binding)되는 역할을 수행한다.
즉, 본 발명에 의한 표지입자(300)는, 목적하는 피검 조직, 예를 들어, 암세포가 존재하는 조직에, 의심되는 특정 암세포에 결합하는 리셉터를 보유한 표지입자(300)를 분사한 후, 본 발명에 의한 의학영상장치를 이용하여 표지입자(300)에 포함된 형광염료에서 발생하는 형광 신호로부터 피검 조직의 위치를 파악하고, 라만 신호의 검출 여부를 파악하여 피검 조직에 의심되는 암세포가 존재하는지 여부 및 그 성질에 대하여 분석할 수 있게 된다. 다만, 형광염료가 포함되지 아니하는 경우에는, 이상 조직의 직접적인 검출에는 라만 신호, 특히 SERS 신호를 사용하고, 조직의 관찰을 위한 이미징에는 자체 형광을 이용한다.
즉, 표지입자(300)의 리셉터가 특정 암세포에 부착되면, 암세포에 부착된 표지입자(300)에 포함된 형광 신호(형광염료가 없는 경우에는 암세포 자체에서 방출되는 자체 형광만 검출됨) 및 특정 라만 표지물질로부터 발생하는 형광 신호 및 스펙트럼 형태의 라만 신호가 검출되기 때문에, 암세포가 존재하는지 여부를 파악할 수 있을 뿐 아니라, 특히 라만 신호 스펙트럼의 경우, 그 선폭이 매우 좁기 때문에, 여러 개의 표지입자(300)에 다양한 리셉터를 결합시킨 후, 이를 한꺼번에 체내에 주입할 경우에 있어서도, 다른 신호들과의 간섭이 발생하지 않기 때문에, 한꺼번에 복수의 표지입자(300)에 대한 라만 신호를 분석할 수 있게 된다. 즉, 다중표적에 대한 신호 검출 및 분석이 가능하다.
본 발명에서는 상대적으로 신호의 세기가 강한 형광 신호로써 체내의 특정 부위에 부착된 표지입자(300)의 위치를 쉽게 파악하도록 하고, 라만 신호로서는 정밀한 스펙트럼 분석을 수행하도록 하여, 정확한 검진이 이루어질 수 있게 된다. 이러한 표지입자(300)는, 상기 형광염료, 라만 표지물질 및 리셉터를 포함하는 구성이라면, 그것이 입자의 형태이든, 와이어의 형태이든 무방하고, 또한 이들 기본 구성물질에 더하여 기존에 나노 표지물질로서 사용되었던 자성물질, 방사선 동위원소, 양자점(quantum dot), 광 결정(photonic crystal) 등이 제한 없이 함께 조합된 형태로 이루어질 수 있다.
상기 리셉터는, 특정한 피검 조직에 특이적으로 부착하는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다. 이러한 리셉터의 예로서는, 효소기질, 리간드, 아미노산, 펩티드, 단백질, 핵산, 지질, 코펙터, 탄수화물 또는 항체 등이 있으나, 이에 한정되지 아니한다. 이러한 리셉터와 부착 혹은 반응하거나 결합되어 검출되는 피검 조직, 즉 표적물질로는, 효소, 단백질, 핵산, 올리고당, 펩티드, 아미노산, 탄수화물, 지질, 세포, 암세포, 암줄기세포, 항원, 압타머 또는 기타 생체 유래의 생물분자 등을 들 수 있고, 더욱 바람직하게는 질병에 관련된 단백질일 수 있으나, 이에 한정되지는 아니한다.
그러나, 본 발명의 표지입자(300)의 이러한 장점에도 불구하고, 라만 신호의 세기가 매우 미약한 점은, 정확한 진단에 있어서 여전히 장애로서 작용한다. 따라서, 본 발명에서는 표지입자(300)로서, 라만 신호의 세기를 크게 증가시킨 SERS 입자, 특히 본 발명에 의한 형광염료가 결합되어 이루어진 F-SERS 입자를 사용하는 것이 바람직하다.
표면 증강 라만 산란 효과(Surface Enhanced Raman Scattering effect, SERS 효과)는, 금, 은, 동 등의 금속 나노 입자의 표면에 분자가 흡착될 대, 라만 산란의 세기가 급격히, 즉 103 내지 1014 배 이상 증가되는 현상을 말한다. 이러한 효과를 이용한 SERS 분광법은, 최근 빠른 속도로 발전하고 있는 나노 기술과 더불어 단 하나의 분자(단분자)를 직접 측정/분석할 수 있는 고감도의 기술로의 발전이 가능하다고 예상됨에 따라, 큰 관심을 모으고 있다.
이러한 SERS 효과를 발휘하는 SERS 입자로는, 라만 표지물질 및 리셉터와 아울러, 미약한 라만 신호의 세기를 증폭시키기 위하여, 은(Ag), 금(Au) 또는 구리(Cu) 중 적어도 하나로 이루어진 금속 나노입자가 도입된 형태를 가진다. 여기서, 이러한 금속 나노입자는, 레이저 입사광이 라만 표지물질에 보다 많이 도달할 수 있게 하고, 방출되는 스펙트럼을 보다 증폭시키는 일종의 안테나 역할을 한다. 구체적으로, SERS 입자는, 금속 나노입자에 라만 표지물질이 그 표면을 감싸도록 이루어질 수도 있고, 별도의 코어(예를 들어, 실리카 또는 ZnO 코어)를 두어 그 표면을 금속 나노입자 및 라만 표지물질이 둘러싸는 형태로 이루어질 수도 있다. 뿐만 아니라, 이들이 서로 뭉쳐진(aggregated) 형태로 이루어질 수도 있고, 와이어 형태로 이루어질 수도 있다.
예를 들어, 상기 SERS 입자로는, 은 나노입자를 코어로 하고, 그 위에 라만 표지물질 및 실리카 껍질이 순차적으로 둘러싸인 구조를 가지는 SOL-IDTM(Oxonica Materials Inc. 사제), Xing Su 등이 제안한 라만 유기 표지물질의 존재 하에 금 및 은 나노입자가 응집된 응집체로 이루어진 COINS(Composite Organic-Inorganic Nanoparticles) 입자(NANO LETTERS, 2005, Vol.5, No.1, pp49-54) 등을 제한 없이 사용할 수 있다. 아울러, 대한민국 등록특허 제892629호, 공개특허 제2010-4458호 등에 제시된 입자 또는 DNA 3' 말단에 티올기 및 라만 표질물질을 결합하고, 5' 말단에 특정 생체물질을 인식할 수 있는 리간드를 도입하여 이루어진 물질, 또는 탄소나노튜브(KEREN 등, PNAS 2008; 105; 5844) 등 다양한 SERS 입자 혹은 강한 라만 신호를 내는 물질을 제한 없이 사용할 수 있다.
본 발명에서는, 이러한 SERS 입자를 이용하여 라만 신호를 극대화함과 아울러, 여기에 형광염료를 결합시킨 F-SERS 입자를 이용하여, 형광 신호와 라만 신호를 동시에 검출할 수 있도록 하였다.
도 7은, 본 발명에 의한 표지입자(300)의 일 실시예로서, F-SERS 입자(표면 증강 라만 표지입자)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 사용되는 F-SERS 입자의 일 실시예는, 중심에 위치하는 코어입자(1), 코어입자(1)를 둘러싸며, 금속 나노입자(2), 라만 표지물질(3), 및 형광염료(4)를 포함하는 표지 껍질 및 리셉터의 일종으로서, 표지 껍질에 부착된 하나 이상의 항체(6)를 기본 구성으로 한다. 또한, 여기에 코어입자(1), 금속 나노입자(2), 라만 표지물질(3), 및 형광염료(4)를 둘러싼 형태의 실리카 껍질(5)이 더 포함되며, 이 경우, 도 7에 나타낸 바와 같이, 항체(6)는 실리카 껍질(5) 외곽 표면에 부착된다.
코어입자(1)로는 실리카나 Dye가 분산되어 포함된 실리카 또는 자성물질(또는 방사선 동위원소)이 작은 코어로 포함된 실리카, 금속나노입자 또는 이들의 뭉치 중 적어도 하나로 이루어진다. 여기서, 자성물질은 CO, Mn, Fe, Ni, Gd 또는 MM'2O4 및 MxOy(여기서, M 및 M'은 Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd, Cr, 0<x≤3, 0<y≤5) 등의 금속 또는 금속 산화물이 단독 또는 혼합하여 이루어진 것을 사용한다. 본 발명에서 사용되는 F-SERS 입자의 코어입자(1)로서, 특히 바람직하게는 실리카를 사용한다.
금속 나노입자(2)의 금속은 은(Ag), 금(Au) 또는 구리(Cu) 중 적어도 하나의 소위, SERS 효과를 일으키는 금속 나노입자를 사용한다.
라만 표지물질(3)은 라만 신호를 발생시킬 수 있는 분자로 이루어지면 여하한 물질이라도 사용할 수 있으며, 예를 들어 2-메틸벤젠티올(2-methyl benzenethiol), 4-메틸벤젠티올(4-methyl benzenethiol), 4-머캡토피리딘(4-mercaptopyridine), 2-나프탈렌티올(2-naphthalenethiol), 4-메톡시벤젠티올(4-methoxy benzenethiol), 3-메톡시벤젠티올(3-methoxy benzenethiol), 3,4-디메틸벤젠티올(3,4-dimethylbenzenethiol), 티오페놀(thiophenol) 및 3,5-메톡시디메틸벤젠티올(3,5-methoxy dimethylbenzenethiol)로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 이외에도 금속 나노입자(2)와의 결합력이 높은 고유한 SERS 스펙트럼을 갖는 물질이면 바람직하게 사용될 수 있다.
형광염료(4)는, 유기 또는 무기계 형광염료를 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 형광 로다민(fluorescent rhodamine) 등의 공지의 유기 표지물질, 방사선 동위원소 또는 Zn-S 캡핑된(capped) CdSe 등의 발광 반도체 양자점 등을 사용할 수 있다. 실리카 껍질(5)은 인체 또는 동물의 체내에 무해하여 생체 적합성이 우수하고, 표면개질이 용이하기 때문에, 이를 최종 껍질로서 사용할 수 있다.
항체(6)는 특정 분자 또는 세포와 결합할 수 있도록 특이적 말단부를 가지며, 본 발명에서는 여러 가지 다양한 항체(6) 또는 그 밖의 리셉터를 동시에 적용하여, 각각의 리셉터가 적용된 다수의 SERS 입자들이 다중 신호 발산을 유도하게끔 구성할 수 있다.
바람직하게는, 상술한 바와 같이, 이러한 표지입자(300)로서의 F-SERS 입자를 설계함에 있어서, 각 구성 물질을 선정할 때, 형광염료(4)가 발산하는 형광 신호가 라만 표지물질(3)에 의해 발생하는 SERS 신호보다 장파장 영역에 위치하여, 양자가 서로 간섭되지 않도록 형광 물질 및 라만 표지물질을 적절히 선정하여야 할 것이다.
이러한 SERS 입자의 제조방법 및 구체적인 특성은 본 발명의 발명자들이 출원한 대한민국 공개특허 제2007-14964호에 제시된 바와 같다. 다만, 이러한 F-SERS 입자는 하나의 실시예에 불과하며, 앞서 설명한 SERS 입자의 다양한 구현형태에 형광입자를 도입하여, 여하한 변형예로서 구성될 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 의한 형광 및 라만 신호 다중표적 동시검출용 의학영상장치에 대하여 설명하였다. 본 발명에 의한 의학영상장치는, 대표적으로 생체 내에 투입되어, 피검조직을 관찰하는 내시경에 포함되어 구성될 수도 있으나, 이러한 내시경뿐 아니라 다양한 이미징 시스템의 일환으로 적용할 수 있다. 예를 들어, 수술 중에 수술 부위를 절개한 상태에서, 피검 조직을 정밀하게 검진하기 위한 프로브 등, 다양한 프로브의 구현예로서 사용될 수도 있다.
본 발명에서는 상술한 의학영상장치와 F-SERS 입자 등을 이용하여, 다중표적에 대한 형광 및 라만 신호 동시검출방법을 제시하고자 한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 다중표적에 대한 형광 및 라만 신호 동시검출방법은, 주입단계(S10), 광 조사단계(S20), 스캐닝 단계(S30), 검출단계(S40)를 포함한다.
즉, 주입단계(S10)는, 바람직하게는 복수의 다양한 리셉터가 결합된 적어도 하나의 표지입자(300)를 인간을 포함하는 동물의 체내에 주입하는 단계로서, 이러한 주입단계(S10)에 있어서의 표지입자(300) 주입방법은, 경구투여, 주사를 이용한 주입 등, 일반적인 주입방법을 이용하거나, 상술한 바와 같이 내시경 프로브에 결합된 스프레이수단(70)을 사용하여 주입할 수도 있다.
광 조사단계(S20)는, 상기 동물의 체내에 레이저 광을 조사하는 단계로서, 광원(10)에서 발생한 레이저 광을 광섬유 다발(21)과 광수집부(20)를 통해 피검 조직에 조사하여 수행한다.
스캐닝 단계(S30)는, 상기 표지입자(300) 및 상기 동물 체내의 피검 조직에서 방출되는 레이저 광을 스캐닝하는 단계이다. 이는, 바람직하게는 스캐너(30)를 이용하여 공초점 이미지를 형성하여 수행된다.
즉, 광 조사단계(S20)와 스캐닝 단계(S30)는 동시에 일어나며, 예를 들면, 광섬유다발을 이용하는 경우 다발내의 개별 광섬유에 레이저를 스캐닝하면서 조사하게되는 것이다.
검출단계(S40)는, 상기 방출된 광신호를 각각 형광 신호 및 라만 신호로 분리하여 검출하는 단계로서, 상세하게는 레이저 반사광 제거단계(S41), 광 경로 분리단계(S42) 및 분리검출단계(S43)를 포함하여 이루어질 수 있다.
레이저 반사광 제거단계(S41)는, 엣지필터(42)를 이용하여 상기 스캐닝된 광신호 중, 레이저광에 해당하는 광성분(레일레이 광)을 필터링하여 제거하는 단계이다.
광 경로 분리단계(S42)는, 광분리부(40)에서, 상기 필터링된 광신호의 경로를 각각 제1경로(3) 및 제2경로(4)로 분리하는 단계이다.
분리검출단계(S43)는 상기 분리된 제1경로(3)의 광신호로부터 형광 신호를 검출하고, 상기 분리된 제2경로(4)의 광신호로부터 라만 신호를 검출하는 단계이다. 이들의 작동 원리에 대한 상세한 설명은 본 발명에 의한 의학영상장치의 설명에서 상술한 바와 같다.
본 발명에 의한 다중표적에 대한 형광 및 라만 신호 동시검출방법에 따르면, 실시간으로 다중표적을 동시에 검출할 수 있으며, 특히 별도의 표지입자를 이용하여, 그로부터 형광 및 라만 신호를 분리하여 검출하는 방법을 사용하기 때문에, 자체 형광과 같은 비특이적 배후 신호가 없다는 매우 우수한 장점이 있고, 이러한 특성을 이용하여, 내시경을 이용한 생체 내 제자리(in vivo, in situ) 진단 뿐 아니라, 영상 가이드 수술 등을 여러 용도로 활용할 수 있다.
도 8은, 본 발명에 의한 신호 검출방법 및 광섬유 다발을 이용하여 도출된 SERS 스펙트럼이다.
도 8에서, 광섬유를 통해서 측정된 SERS 스펙트럼은, 900cm-1 이하의 영역에서 광섬유 자체에서 발생하는 라만 신호가 관찰된다. 따라서 900cm-1 이상 2000cm-1의 광신호를 활용하여 SERS 인코딩에 적용할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 이해할 수 있을 것이다.
10: 광원 20: 광수집부
21: 이미지 가이드부
30: 스캐너 40: 광분리부
41: 빔스플리터
50: 형광 신호 검출부 60: 라만 신호 검출부
70: 스프레이수단 300: 표지입자

Claims (16)

  1. 라만 표지물질 및 리셉터를 포함하여 이루어진 적어도 하나의 표지입자를 인체 또는 동물의 체내에 주입하는 단계;
    상기 인체 또는 동물의 체내에 레이저 광을 조사하는 단계;
    상기 조사 후 방출된 광신호를 각각 형광 신호 및 라만 신호로 분리하여 검출하는 단계; 및
    상기 검출단계 이후, 상기 형광 신호를 이용하여 피검 조직을 이미징하고, 상기 라만 신호를 이용하여 상기 피검 조직을 분석하는 단계;를 포함하며,
    상기 검출단계는,
    상기 방출된 광신호 중, 레이저 광을 필터링하여 제거하는 단계;
    상기 필터링된 광신호의 경로를 각각 제1경로 및 제2경로로 분리하는 단계; 및
    상기 분리된 제1경로의 광신호로부터 형광 신호를 검출하고, 상기 분리된 제2경로의 광신호로부터 라만 신호를 검출하는 단계;를 포함하고,
    상기 표지입자는, 은(Ag), 금(Au) 또는 구리(Cu) 중 적어도 하나로 이루어진 금속 나노입자; 및 형광 신호를 방출하는 형광염료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표적에 대한 형광 및 라만 신호 동시검출방법.

  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주입단계는, 이미징 장치의 프로브(probe)와 결합된 스프레이수단을 이용하여, 상기 인체 또는 동물 체내의 피검 조직에 상기 표지입자를 직접 분사하는 것을 특징으로 하는 표적에 대한 형광 및 라만 신호 동시검출방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 검출단계 이후,
    상기 형광염료로부터 방출되는 형광신호를 이용하여 피검 조직의 위치를 확인하고, 상기 라만 신호를 이용하여 상기 피검 조직을 분석하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표적에 대한 형광 및 라만 신호 동시검출방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 표지입자는, 상기 형광염료, 라만 표지물질 및 금속 나노입자를 둘러싸는 실리카 껍질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표적에 대한 형광 및 라만 신호 동시검출방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 표지입자는, 상기 형광염료, 라만 표지물질, 금속 나노입자 및 실리카 껍질에 의하여 둘러싸이며, 실리카 또는 자성물질 중 적어도 하나로 이루어진 코어입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표적에 대한 형광 및 라만 신호 동시검출방법.
  9. 레이저 광을 조사하는 광원;
    상기 광원에서 출력되는 레이저 출사광 및, 피검 조직으로부터 또는 상기 피검 조직에 결합되며, 라만 신호를 방출하는 라만 표지물질 및 리셉터를 포함하여 이루어진 표지입자로부터 방출되는 입사광의 광신호를 가이드하는 이미지 가이드부;
    상기 이미지 가이드부와 연결되며 광신호를 수집하는 광수집부;
    상기 이미지 가이드부와 연결되며, 상기 입사광의 광신호를 스캐닝하는 스캐너;
    상기 스캐너와 연결되어, 입사된 광의 경로를 각각 제1경로 및 제2경로로 분리하여 출사하는 빔스플리터(beam splitter)를 포함하는 광분리부;
    상기 광분리부로부터 분리된 제1경로의 광신호로부터 형광 신호를 검출하는 형광 신호 검출부; 및
    상기 광분리부로부터 분리된 제2경로의 광신호로부터 라만(Raman) 산란광을 검출하여 라만 스펙트럼을 형성하는 라만 신호 검출부;를 포함하며,
    상기 표지입자는, 은(Ag), 금(Au) 또는 구리(Cu) 중 적어도 하나로 이루어진 금속 나노입자; 및 형광 신호를 방출하는 형광염료 또는 양자점을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 및 라만 신호 표적 동시검출용 의학영상장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광분리부는, 상기 스캐너, 형광신호검출부 및 라만신호검출부의 사이에 위치하며, 상기 스캐너로부터 입력되는 광신호 중 레이저 광을 필터링하여 제거하는 엣지필터(edge filter)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 및 라만 신호 표적 동시검출용 의학영상장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 이미지 가이드부 및 광수집부는, 상기 피검 조직에 상기 표지입자를 분사하는 스프레이수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 및 라만 신호 표적 동시검출용 의학영상장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스프레이수단은, 피검 조직를 세척하는 세척수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 및 라만 신호 표적 동시검출용 의학영상장치.
  13. 삭제
  14. 제9항에 있어서,
    상기 표지입자는, 상기 형광염료, 라만 표지물질 및 금속 나노입자를 둘러싸는 실리카 껍질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 및 라만 신호 표적 동시검출용 의학영상장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 표지입자는, 상기 형광염료, 라만 표지물질, 금속 나노입자 및 실리카 껍질에 의하여 둘러싸이며, 실리카 또는 자성물질 중 적어도 하나로 이루어진 코어입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 및 라만 신호 표적 동시검출용 의학영상장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 리셉터는, 효소기질, 리간드, 아미노산, 펩티드, 단백질, 핵산, 지질, 코펙터, 탄수화물 또는 항체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 형광 및 라만 신호 표적 동시검출용 의학영상장치.
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