KR101831820B1 - 영상 처리 장치 및 영상 처리 방법 - Google Patents

영상 처리 장치 및 영상 처리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101831820B1
KR101831820B1 KR1020150160492A KR20150160492A KR101831820B1 KR 101831820 B1 KR101831820 B1 KR 101831820B1 KR 1020150160492 A KR1020150160492 A KR 1020150160492A KR 20150160492 A KR20150160492 A KR 20150160492A KR 101831820 B1 KR101831820 B1 KR 101831820B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cells
analyzed
blood vessel
living body
reference cells
Prior art date
Application number
KR1020150160492A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170038613A (ko
Inventor
김필한
서호원
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Publication of KR20170038613A publication Critical patent/KR20170038613A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101831820B1 publication Critical patent/KR101831820B1/ko

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0062Arrangements for scanning
    • A61B5/0068Confocal scanning
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A61B5/14551Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
    • A61B5/14556Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases by fluorescence
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/5005Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells
    • G01N33/5094Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells for blood cell populations
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/58Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances
    • G01N33/582Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances with fluorescent label
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/36Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B2207/00Coding scheme for general features or characteristics of optical elements and systems of subclass G02B, but not including elements and systems which would be classified in G02B6/00 and subgroups
    • G02B2207/113Fluorescence

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

영상 처리 장치에 관한 것으로, 본 발명의 한 실시예에 따른 영상 처리 장치는 특정 위치의 혈관을 촬영하여 영상 신호를 출력하는 촬영부, 그리고 상기 영상 신호로부터 감지된 기준 세포와 분석 대상 세포의 개수를 획득하고, 상기 기준 세포의 개수와 분석 대상 세포의 개수를 이용하여 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 환산하는 연산부를 포함한다.

Description

영상 처리 장치 및 영상 처리 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR IMAGE PROCESSING}
본 발명은 생체 순환 세포의 영상 처리 장치 및 그의 방법에 관한 것이다.
혈액을 체외로 추출하여 혈류 내에 존재하는 혈중 암세포와 특정 단백질이 발현하는 세포를 분석하는 방법은 암 전이의 조기 진단 및 특정 질병의 조기 진단을 위한 연구에 널리 사용된다.
그러나, 혈류 내에 극소량 존재하는 세포를 감지하기에 민감도와 정확도 측면에서 제한된다는 단점을 가지고 있다. 따라서, 혈액을 체외로 추출하지 않고도 체내에서 순환하는 세포를 직접 감지하여 혈액 내에 존재하는 혈중 암세포와 특정 단백질이 발현하는 세포를 분석하려는 연구가 진행되고 있다.
암 전이의 진행 정도나 재발 여부 등의 질병의 유무를 정확하게 판단하기 위하여 혈액 내에 순환하는 세포를 영상화하고, 영상을 기반으로 하여 혈액 내에 존재하는 순환 세포를 정량화하는 방법 및 장치가 필요하다.
이 때, 일정 시간 동안 혈관 일부분을 촬영하여 혈액 내에 순환하는 세포를 감지하기 때문에 생체 내부의 전체 혈액 내에서 순환하는 세포를 정량화 하기 어렵다는 한계가 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 혈관 일부분을 촬영하여 순환 세포를 감지하고, 전체 혈액 내에서 순환하는 세포를 정량화 할 수 있는 생체 순환 세포의 영상 처리 장치 및 영상 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 장치는 특정 위치의 혈관을 촬영하여 영상 신호를 출력하는 촬영부, 그리고 상기 영상 신호로부터 감지된 기준 세포와 분석 대상 세포의 개수를 획득하고, 상기 기준 세포의 개수와 분석 대상 세포의 개수를 이용하여 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 환산하는 연산부를 포함한다.
상기 연산부는 상기 생체 내에 주입한 기준 세포의 개수와 상기 혈관에서 감지된 기준 세포의 개수를 이용하여 교정 계수를 계산하고, 상기 교정 계수와 상기 혈관에서 감지된 분석 대상 세포의 개수를 이용하여 상기 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 추정할 수 있다.
상기 교정 계수는 상기 생체 내에 주입한 기준 세포 중에서 상기 혈관을 지나는 기준 세포의 비율일 수 있다.
상기 혈관에서 감지된 기준 세포의 개수는 상기 혈관을 촬영한 복수의 영상 신호 각각에서 계산된 기준 세포 개수의 평균값일 수 있다.
상기 연산부는 상기 교정 계수를 이용하여 상기 혈관에서 감지된 분석 대상 세포의 개수로부터 상기 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 환산할 수 있다.
상기 기준 세포는 상기 생체 내를 지속적으로 순환하는 세포일 수 있다.
상기 분석 대상 세포는 제1 형광 시료로 표지한 세포이고, 상기 기준 세포는 제2 형광 시료로 표지한 세포일 수 있다.
상기 촬영부는 적어도 하나의 레이저 광원을 출력하는 광 조사부, 상기 레이저 광원이 상기 혈관에서 초점을 맺도록 조절되는 렌즈부, 상기 혈관으로부터 관측한 이미지를 읽어 2차원 배열 형태의 스캐닝 이미지를 생성하는 빔 스캔부, 그리고 상기 스캐닝 이미지를 공초점(confocal plane) 면에 설치된 핀홀(pinhole)로 통과시켜 상기 레이저 광원에 의해 여기된 형광 물질을 포함하는 이미지를 생성하는 영상 신호 감지부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 방법은 생체 내로 주입된 분석 대상 세포와 기준 세포의 수를 저장하는 단계, 특정 혈관을 촬영하는 단계, 촬영된 영상을 분석하여, 상기 혈관에서 감지된 상기 기준 세포와 상기 분석 대상 세포의 개수를 획득 하는 단계, 그리고 상기 기준 세포의 개수와 분석 대상 세포의 개수를 이용하여 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 환산하는 단계를 포함한다.
상기 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 환산하는 단계는 상기 생체 내에 주입한 기준 세포의 개수와 상기 혈관에서 감지된 기준 세포의 개수를 이용하여 교정 계수를 계산하는 단계, 그리고 상기 계산된 교정 계수와 상기 혈관에서 감지된 분석 대상 세포의 개수를 이용하여 상기 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 교정 계수를 계산하는 단계는 상기 생체 내에 주입한 기준 세포 중에서 상기 혈관에서 감지된 기준 세포의 비율로 구할 수 있다.
상기 혈관에서 감지된 기준 세포의 개수는 상기 혈관을 촬영한 복수의 영상 신호 각각에서 계산된 기준 세포의 개수의 평균값일 수 있다.
상기 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 추정하는 단계는 상기 계산된 교정 계수와 상기 혈관에서 감지된 분석 대상 세포의 개수를 곱하여 추정할 수 있다.
상기 기준 세포는 상기 생체 내를 지속적으로 순환하는 세포일 수 있다.
상기 분석 대상 세포는 제1 형광 시료로 표지한 세포이고, 상기 기준 세포는 제2 형광 시료로 표지한 세포일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 생체 내 장기 순환하는 세포를 감지하고, 정량화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 영상 처리 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 획득한 이미지로부터 감지된 분석 대상 세포를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 감지한 분석 대상 세포의 개수를 시간의 흐름에 따라 표시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 감지한 분석 대상 세포의 개수를 크기별로 표시한 그래프이다.
도 5는 분석 대상 세포를 주입한 이후 주요 장기를 촬영한 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 촬영부를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따라 획득한 이미지로부터 감지된 기준 세포와 분석 대상 세포를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따라 획득한 이미지로부터 감지된 기준 세포와 분석 대상 세포의 개수를 시간의 흐름에 따라 표시한 그래프와 감지된 기준 세포와 분석 대상 세포의 개수를 일정 간격으로 카운트 하여 구한 평균값을 표시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 영상 처리 방법의 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 영상 처리 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 획득한 이미지로부터 감지된 분석 대상 세포를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 감지한 분석 대상 세포의 개수를 시간의 흐름에 따라 표시한 그래프이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 감지한 분석 대상 세포의 개수를 크기별로 표시한 그래프이며, 도 5는 분석 대상 세포를 주입한 이후 주요 장기를 촬영한 도면이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 영상 처리 장치(100)는 공초점 현미경을 이용하여 생체 내 순환 세포의 영상을 촬영하고 촬영된 영상을 처리하는 것으로, 36각 또는 72각의 회전 다각 거울을 기반으로 설계하여 고해상도의 이미지를 빠르게 얻는다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 영상 처리 장치(100)는 촬영부(200), 그리고 연산부(300)를 포함한다.
촬영부(200)는 특정 혈관을 촬영하여 도 2와 같이 생체 내를 순환하는 형광 시료로 표지한 분석 대상 세포를 감지한 이미지를 획득한다.
분석 대상 세포란 혈류 내에 존재하는 혈중 암세포나, 특정 단백질이 발현하는 세포로서, 감지 대상이 되는 세포를 의미 한다. 본 실시예에서 분석 대상 세포는 대장암 세포 일 수 있으나, 반드시 이에 한하는 것은 아니다. 분석 대상 세포는 제1 형광 시료로 표지될 수 있다.
본 실시예에서 촬영부(200)는 혈관을 단단히 고정하여 동적 잡음을 최소화하고, 다량의 혈액을 분석하기 위하여 대복재정맥(Great Saphenous Vein, GSV)을 촬영할 수 있다.
연산부(300)는 촬영부(200)에서 획득한 혈관의 이미지를 정렬하고, 도 3과 같이 형광 물질이 표지된 분석 대상 세포를 감지하고 그 개수를 카운트할 수 있다.
그러나, 도 3을 참고하면 분석 대상 세포를 주입하고 그로부터 2분 이내에 그 감지되는 분석 대상 세포의 개수가 최고점에 도달하고, 그 이후부터는 감지되는 분석 대상 세포의 개수가 현저히 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 특히, 도 4를 참고하면, 감지된 분석 대상 세포 중 7.5um이하 크기의 분석 대상 세포의 감지되는 개수가 시간의 흐름에 따라 현저히 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 이는, 7.5um이하 크기의 분석 대상 세포가 혈관을 순환하면서 도 5와 같이 특정한 장기에 잔류하게 됨에 따라 혈관을 장기적으로 순환하는 분석 대상 세포의 개수가 줄어들기 때문이다.
상기와 같이 일정한 크기 이하의 크기를 갖는 분석 대상 세포의 일부분이 장기에 잔류하고, 혈관에 장기 순환하지 않게 됨에 따라 일정 시간 동안 혈관 일부분을 촬영하여 혈액 내에 순환하는 세포를 감지하는 영상 처리 장치에서 생체 내부의 전체 혈액 내에서 순환하는 세포를 정량화 하는 것은 매우 까다롭다.
본 발명의 영상 처리 장치(100)는 다음에서 설명하는 기준 세포와 분석 대상 세포를 동일한 개수로 주입하고, 혈관에서 감지되는 기준 세포의 개수를 이용하여 전체 혈액 내에서 순환하는 분석 대상 세포를 정량화 할 수 있다.
기준 세포는 혈관 내를 지속적으로 순환하는 세포로서 시간이 지나더라도 대체로 파편화되지 않고 순환하는 세포를 이용한다. 본 실시예에서는 기준 세포로서 적혈구 세포를 이용하였으나, 반드시 이에 한하는 것은 아니고 체내에 잔류하지 않고 지속하여 혈관 내를 순환하는 세포(예를 들면, 나노 입자 등)이면 그 어떠한 것도 가능하다. 기준 세포는 제2 형광 시료로 표지되어 분석 대상 세포와 구분된다.
다시 도 1을 참고하면, 촬영부(200)는 제1 형광 시료로 표지된 분석 대상 세포 및 제2 형광 시료로 표지된 기준 세포의 영상을 획득한다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 촬영부를 설명하는 도면이고, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따라 획득한 이미지로부터 감지된 분석 대상 세포와 기준 세포를 나타내는 도면이다.
촬영부(200)는 광 조사부(210), 렌즈부(220), 빔 스캔부(230), 그리고 영상 신호 감지부(240)를 포함한다.
광 조사부(210)는 촬영부(200)의 광원으로서, 혈관 내의 세포에 표지한 형광 물질을 여기하도록 빛을 조사한다. 본 실시예에서 광 조사부(210)는 가시광선 대역을 갖는 세 개의 레이저 광원으로 이루어지고, 레이저 광원은 각각 488nm, 561nm, 그리고 640nm의 파장 대역을 가질 수 있다. 그러나 반드시 이에 한하는 것은 아니며 광원의 개수와 파장은 다양하게 변경될 수 있다.
렌즈부(220)는 광 조사부(210)가 조사한 빛이 혈관에서 초점을 맺도록 한다. 또한 광 조사부(210)에 의하여 여기된 형광 물질의 빛이 들어오는 렌즈로서, 형광 물질로 표지된 세포의 상이 맺어진 영상 신호를 빔 스캔부(230)로 출력한다.
이때, 본 실시예에서는 렌즈부(220)가 40배 대물렌즈를 이용하여 250×250
Figure 112015111424991-pat00001
의 시야를 갖거나, 20배 대물렌즈를 이용하여 500×500
Figure 112015111424991-pat00002
의 시야를 가지도록 설정될 수 있으나, 반드시 이에 한하는 것은 아니며 적절한 배율의 렌즈를 설정하여 다양한 시야를 갖도록 설정될 수 있다.
빔 스캔부(230)는 렌즈부(220)를 통해 입사한 영상 신호를 읽어 2차원 배열 형태의 픽셀로 구성한다. 이때, 빔 스캔부(230)는 회전 다각 거울(Polygonal Rotation Mirror), 그리고 갈바노 거울(galvanometer mirror)을 포함할 수 있다. 회전 다각 거울은 X-라인을 스캐닝 하고, 갈바노 거울은 Y-라인을 스캐닝한다.
영상 신호 감지부(240)는 빔 스캔부(230)로부터 생성된 스캐닝 이미지를공초점(confocal plane) 면에 설치된 핀홀(pinhole)로 통과시켜, 형광 물질을 포함하는 이미지를 생성한다. 영상 신호 감지부(240)는 빔 스플리터, 대역통과필터부(BPF), 광전자증배관(PMT: Photomultiplier tube), 그리고 프레임 그래버(Frame Grabber)를 포함한다.
빔 스플리터는 빔 스캔부(230)로부터 생성된 스캐닝 이미지를 분리하여 정렬하는 것으로, 색선별광원분광기(DBS: Dichroic Beam Splitte)로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 빔 스플리터는 여기된 영상 신호를 3원색으로 분리하여 정렬할 수 있다.
대역통과필터부(BPF: Band Pass Filter)는 빔 스플리터로부터 분할된 빛의 경로에 위치하여, 분리된 빛을 획득하여 각각 지정된 가시광선 영역의 스펙트럼 영역의 빛을 통과시킨다.
광전자증배관은 대역통과필터부로부터 통과된 빛의 경로에 위치하여, 대역통과필터부를 통과한 형광 신호를 감지하고, 전기 신호를 생성한다.
프레임 그래버(Frame Grabber)는 광전자증배관으로부터 형성된 전기 신호를 디지털화 하여 연산부(300)로 출력한다.
도 7에 도시된 바와 같이 연산부(300)는 촬영부(200)로부터 획득한 영상 신호로부터 제1 형광물질과 제2 형광물질을 감지하여, 분석 대상 세포와 기준 세포를 감지할 수 있다.
이 때, 연산부(300)는 분석 대상 세포와 기준 세포를 체내에 주입한 이후, 혈관에서 감지된 분석 대상 세포와 기준 세포를 이용하여 생체 내 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 환산한다.
연산부(300)는 생체 내 주입한 기준 세포의 개수와 혈관에서 감지된 기준세포의 개수를 이용하여 전체 혈액 내에 순환하는 세포의 수로 변환할 수 있는 교정 계수(C) (calibration coefficient)를 구한다.
교정 계수(C)는 수학식 1과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112015111424991-pat00003
Figure 112015111424991-pat00004
는 생체 내에 주입한 기준 세포의 개수이고,
Figure 112015111424991-pat00005
는 혈관에서 감지된 기준 세포의 개수이다.
이때, 혈관에서 감지된 기준 세포의 개수(
Figure 112015111424991-pat00006
)는 혈관을 촬영한 복수의 영상 신호 각각에서 계산 된 기준 세포의 개수를 카운트하고, 이들의 평균을 계산한 값을 이용하여 신뢰성을 더욱 향상 시킬 수 있다.
그 다음 연산부(300)는 계산된 교정 계수(C)와 혈관에서 감지된 분석 대상 세포의 개수를 이용하여 전체 혈액 내에 순환하는 분석 대상 세포의 수를 환산한다.
전체 혈액 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수는 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112015111424991-pat00007
Figure 112015111424991-pat00008
는 전체 혈액 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수이고,
Figure 112015111424991-pat00009
는 혈관에서 감지된 분석 대상 세포의 개수이다.
이때, 혈관에서 감지된 분석 대상 세포의 개수(
Figure 112015111424991-pat00010
)는 혈관을 촬영한 복수의 영상 신호 각각에서 계산 된 분석 대상 세포의 개수를 카운트하고, 이들의 평균을 계산한 값을 이용하여 신뢰성을 더욱 향상 시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따라 획득한 이미지로부터 감지된 기준 세포와 분석 대상 세포의 개수를 시간의 흐름에 따라 표시한 그래프와 감지된 기준 세포와 분석 대상 세포의 개수를 일정 간격으로 카운트 하여 구한 평균값을 표시한 그래프이다.
도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 영상 처리 장치는 기준 세포 및 분석 대상 세포를 각각 100만개씩 주입한 뒤 소정의 시간이 지난 뒤 일정 시간 마다 복수의 영상 신호를 획득하고, 영상 신호로부터 감지된 기준 세포와 분석 대상 세포의 개수를 카운트 하여 평균값을 구하였다. 이에 따라 장기 등의 체내에 체류하지 않고 지속적으로 혈액 내를 순환하는 기준 세포의 평균 개수와 분석 대상 세포의 평균 개수가 각각 122.8개, 그리고 9.7개로 계산되었다.
이후, 감지된 기준 세포의 평균 개수를 이용하여 전체 혈액 내에 순환하는 세포의 수로 변환할 수 있는 교정 계수(C) (calibration coefficient)를 구한다.
본 실시예에서 혈액 내에 주입한 100만개의 기준 세포 중 30초당 감지되는 기준 세포의 평균 개수는 122.8개 이므로, 30초당 감지된 기준 세포의 수를 전체 혈액 내에 순환하는 기준 세포의 수로 변환 할 수 있는 교정 계수(C)는 8,143개(=1,000,000 ÷122.8)로 계산된다.
연산부(300)는 이에 따라 계산된 교정 계수(C)와 30초당 감지된 분석 대상 세포의 개수의 평균값을 이용하여 전체 혈액 내에 순환하는 분석 대상 세포의 수를 환산한다.
예를 들어, 본 실시예에서 교정 계수(C)가 8,143이고, 30초당 감지된 분석 대상 세포의 개수의 평균값은 9.7개 이므로, 전체 혈액 내에 순환하는 분석 대상 세포의 수는 78,990개 (=8,143 ×9.7)로 환산된다.
이와 같이 본 실시예에 따른 영상 처리 장치는 체내에 잔류하지 않고 지속적으로 순환하는 기준 세포를 이용하여 생체 내의 전체 혈액에서 순환하는 분석 대상 세포를 정량화 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 영상 처리 방법의 흐름도이다.
도 9를 참고하면, 영상 처리 장치(100)는 생체 내로 주입된 분석 대상 세포와 기준 세포의 수를 저장한다(S110). 분석 대상 세포는 혈류 내에 존재하는 혈중 암세포나, 특정 단백질이 발현하는 세포로서 본 실시예에서 분석 대상 세포는 대장암 세포일 수 있으나, 반드시 이에 한하는 것은 아니다. 분석 대상 세포는 제1 형광 시료로 표지될 수 있다. 기준 세포는 지속적으로 혈류를 순환하는 기준 세포로서, 예를 들면 적혈구나 나노 입자일 수 있다. 기준 세포는 제2 형광 시료로 표지되어 분석 대상 세포와 구분된다. 한편, 분석 대상 세포의 종류는 복수 개일 수 있고, 분석 대상 세포의 종류별로 서로 다른 형광 시료를 표지하여 구분할 수 있다.
영상 처리 장치(100)는 특정 혈관을 촬영한다(S120). 본 실시예에서는 혈관을 단단히 고정하여 동적 잡음을 최소화하고, 다량의 혈액을 분석하기 위하여 대복재정맥(Great Saphenous Vein, GSV)을 촬영하였으나, 반드시 이에 한하는 것은 아니다.
영상 처리 장치(100)는 촬영된 영상을 분석하여, 기준 세포와 분석 대상 세포의 개수를 획득한다(S130). 예를 들면, 영상 처리 장치(100)는 기준 세포 및 분석 대상 세포를 주입한 뒤 소정의 시간이 지나고 일정 시간 마다 기준 세포와 분석 대상 세포의 개수를 카운트 하여 평균값을 구할 수 있다.
영상 처리 장치(100)는 기준 세포의 개수와 분석 대상 세포의 개수를 이용하여 전체 혈액 내에서 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 환산한다(S140). 이 때, S110 단계에서 제 2 형광 시료로 표지한 기준 세포의 개수와 30초당 감지된 기준 세포의 평균 개수를 이용하여 전체 혈액 내에 순환하는 세포의 수로 변환할 수 있는 교정 계수(C) (calibration coefficient)를 구한다. 교정 계수(C)는 생체 내에 주입한 기준 세포 중에서 혈관을 지나는 기준 세포의 비율로서, 수학식 1과 같이 정의 할 수 있다. 영상 처리 장치(100)는 계산된 교정 계수(C)와 30초당 감지된 분석 대상 세포의 개수의 평균값을 이용하여 전체 혈액 내에 순환하는 분석 대상 세포의 수를 환산할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 영상 처리 방법은 체내에 잔류하지 않고 지속적으로 순환하는 기준 세포를 이용하여 생체 내의 전체 혈액에서 순환하는 분석 대상 세포를 정량화 할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (15)

  1. 특정 위치의 혈관을 촬영하여 영상 신호를 출력하는 촬영부, 그리고
    상기 영상 신호로부터 감지된 기준 세포와 분석 대상 세포의 개수를 획득하고, 상기 기준 세포의 개수와 분석 대상 세포의 개수를 이용하여 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 환산하는 연산부를 포함하며,
    상기 연산부는
    상기 생체 내에 주입한 기준 세포의 개수와 상기 혈관에서 감지된 기준 세포의 개수를 이용하여 교정 계수를 계산하고, 상기 교정 계수와 상기 혈관에서 감지된 분석 대상 세포의 개수를 이용하여 상기 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 추정하는 영상 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 교정 계수는 상기 생체 내에 주입한 기준 세포 중에서 상기 혈관을 지나는 기준 세포의 비율인 영상 처리 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 혈관에서 감지된 기준 세포의 개수는
    상기 혈관을 촬영한 복수의 영상 신호 각각에서 계산된 기준 세포 개수의 평균값인 영상 처리 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 연산부는 상기 교정 계수를 이용하여 상기 혈관에서 감지된 분석 대상 세포의 개수로부터 상기 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 환산하는 영상 처리 장치.
  6. 특정 위치의 혈관을 촬영하여 영상 신호를 출력하는 촬영부, 그리고
    상기 영상 신호로부터 감지된 기준 세포와 분석 대상 세포의 개수를 획득하고, 상기 기준 세포의 개수와 분석 대상 세포의 개수를 이용하여 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 환산하는 연산부를 포함하며,
    상기 기준 세포는 상기 생체 내를 지속적으로 순환하는 세포인 영상 처리 장치.
  7. 특정 위치의 혈관을 촬영하여 영상 신호를 출력하는 촬영부, 그리고
    상기 영상 신호로부터 감지된 기준 세포와 분석 대상 세포의 개수를 획득하고, 상기 기준 세포의 개수와 분석 대상 세포의 개수를 이용하여 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 환산하는 연산부를 포함하며,
    상기 분석 대상 세포는 제1 형광 시료로 표지한 세포이고, 상기 기준 세포는 제2 형광 시료로 표지한 세포인 영상 처리 장치.
  8. 특정 위치의 혈관을 촬영하여 영상 신호를 출력하는 촬영부, 그리고
    상기 영상 신호로부터 감지된 기준 세포와 분석 대상 세포의 개수를 획득하고, 상기 기준 세포의 개수와 분석 대상 세포의 개수를 이용하여 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 환산하는 연산부를 포함하며,
    상기 촬영부는
    적어도 하나의 레이저 광원을 출력하는 광 조사부,
    상기 레이저 광원이 상기 혈관에서 초점을 맺도록 조절되는 렌즈부, 상기 혈관으로부터 관측한 이미지를 읽어 2차원 배열 형태의 스캐닝 이미지를 생성하는 빔 스캔부, 그리고
    상기 스캐닝 이미지를 공초점(confocal plane) 면에 설치된 핀홀(pinhole)로 통과시켜 상기 레이저 광원에 의해 여기된 형광 물질을 포함하는 이미지를 생성하는 영상 신호 감지부를 포함하는 영상 처리 장치.
  9. 영상 처리 장치의 영상 처리 방법으로서,
    생체 내로 주입된 분석 대상 세포와 기준 세포의 수를 저장하는 단계,
    특정 혈관을 촬영한 영상을 분석하여, 상기 혈관에서 감지된 상기 기준 세포와 상기 분석 대상 세포의 개수를 획득 하는 단계, 그리고
    상기 기준 세포의 개수와 분석 대상 세포의 개수를 이용하여 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 환산하는 단계를 포함하며,
    상기 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 환산하는 단계는
    상기 생체 내에 주입한 기준 세포의 개수와 상기 혈관에서 감지된 기준 세포의 개수를 이용하여 교정 계수를 계산하는 단계, 그리고
    상기 계산된 교정 계수와 상기 혈관에서 감지된 분석 대상 세포의 개수를 이용하여 상기 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 추정하는 단계를 포함하는 영상 처리 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에서,
    상기 교정 계수를 계산하는 단계는 상기 생체 내에 주입한 기준 세포 중에서 상기 혈관에서 감지된 기준 세포의 비율로 구하는 영상 처리 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 혈관에서 감지된 기준 세포의 개수는
    상기 혈관을 촬영한 복수의 영상 신호 각각에서 계산된 기준 세포의 개수의 평균값인 영상 처리 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 추정하는 단계는
    상기 계산된 교정 계수와 상기 혈관에서 감지된 분석 대상 세포의 개수를 곱하여 추정하는 영상 처리 방법.
  14. 영상 처리 장치의 영상 처리 방법으로서,
    생체 내로 주입된 분석 대상 세포와 기준 세포의 수를 저장하는 단계,
    특정 혈관을 촬영한 영상을 분석하여, 상기 혈관에서 감지된 상기 기준 세포와 상기 분석 대상 세포의 개수를 획득 하는 단계, 그리고
    상기 기준 세포의 개수와 분석 대상 세포의 개수를 이용하여 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 환산하는 단계를 포함하며,
    상기 기준 세포는 상기 생체 내를 지속적으로 순환하는 세포인 영상 처리 방법.
  15. 영상 처리 장치의 영상 처리 방법으로서,
    생체 내로 주입된 분석 대상 세포와 기준 세포의 수를 저장하는 단계,
    특정 혈관을 촬영한 영상을 분석하여, 상기 혈관에서 감지된 상기 기준 세포와 상기 분석 대상 세포의 개수를 획득 하는 단계, 그리고
    상기 기준 세포의 개수와 분석 대상 세포의 개수를 이용하여 생체 내에 순환하는 분석 대상 세포의 개수를 환산하는 단계를 포함하며,
    상기 분석 대상 세포는 제1 형광 시료로 표지한 세포이고, 상기 기준 세포는 제2 형광 시료로 표지한 세포인 영상 처리 방법.
KR1020150160492A 2015-09-30 2015-11-16 영상 처리 장치 및 영상 처리 방법 KR101831820B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150137725 2015-09-30
KR20150137725 2015-09-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170038613A KR20170038613A (ko) 2017-04-07
KR101831820B1 true KR101831820B1 (ko) 2018-02-23

Family

ID=58583840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150160492A KR101831820B1 (ko) 2015-09-30 2015-11-16 영상 처리 장치 및 영상 처리 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101831820B1 (ko)

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170038613A (ko) 2017-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8078265B2 (en) Systems and methods for generating fluorescent light images
US9155480B2 (en) Multimodal laser speckle imaging
US10580128B2 (en) Whole slide multispectral imaging systems and methods
US9066657B2 (en) Methods and systems of optical imaging for target detection in a scattering medium
JP6247316B2 (ja) ハイパースペクトルカメラガイドプローブを持つイメージングシステム
KR102358848B1 (ko) 이미지 재건 방법, 장치 및 현미 이미징 장치
US7692160B2 (en) Method and system of optical imaging for target detection in a scattering medium
US20230314782A1 (en) Sample observation device and sample observation method
US20190137394A1 (en) Image processing apparatus and method of operating image processing apparatus
Vinegoni et al. High dynamic range fluorescence imaging
US20160058295A1 (en) Photoacoustic wave measurement apparatus and photoacoustic wave measurement method
JP2006317261A (ja) 走査型サイトメータの画像処理方法及び装置
US20080253968A1 (en) In vivo examination method
JP2014212876A (ja) 腫瘍領域判別装置及び腫瘍領域判別方法
US20160274346A1 (en) Optical System for Fast Three-Dimensional Imaging
JP7501364B2 (ja) 分光イメージング装置および蛍光観察装置
EP3824799A1 (en) Device, apparatus and method for imaging an object
JP2013003386A (ja) 撮像装置およびバーチャルスライド装置
KR101831820B1 (ko) 영상 처리 장치 및 영상 처리 방법
KR102190398B1 (ko) 단일 컬러 카메라를 이용하고 가시광선 및 근적외선 영상 동시 획득이 가능한 가시광선 및 근적외선 영상 제공 시스템 및 방법
KR101978838B1 (ko) 다중 파장 내시경 시스템 및 이를 이용한 영상 처리 방법
JP2009041953A (ja) 定量分析装置、定量分析方法および定量分析プログラム
JP2022524147A (ja) 生体組織のイメージングを強調するシステムおよび方法
JP6650919B2 (ja) 診断システム及び情報処理装置
KR20160014340A (ko) 형광수명 분석 시스템 및 그 분석 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant