KR102303701B1 - Real-Time Biopsy Analysis System and Method Thereof - Google Patents
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Abstract
생체 조직에서 여기된 형광 신호의 형광 비율을 분석하여 실시간으로 생체조직의 종류를 판별할 수 있는 실시간 생체조직 분석 시스템 및 방법이 개시된다. 이는 복합광 형태로 발생하는 생체조직의 형광 신호를 분광하여 파장별로 측정하고, 측정된 신호들의 중첩 파장을 이용하여 형광 신호 비율을 분석함으로써 실시간으로 생체조직의 종류를 판별할 수 있다. 따라서, 종래의 생체검사에 따른 시간적 지연, 환자의 신체 부담 및 추가비용 등에 대한 문제를 해결할 수 있다.Disclosed are a real-time biological tissue analysis system and method capable of determining a type of biological tissue in real time by analyzing a fluorescence ratio of a fluorescence signal excited from a biological tissue. It is possible to determine the type of biological tissue in real time by spectroscopy and measuring the fluorescence signal of the biological tissue generated in the form of complex light by wavelength, and analyzing the fluorescence signal ratio using the overlapping wavelengths of the measured signals. Therefore, it is possible to solve problems such as time delay, burden on the patient's body, and additional cost according to the conventional biopsy.
Description
본 발명은 실시간 생체조직 분석 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생체 조직에서 여기된 형광 신호의 형광 비율을 분석하여 실시간으로 생체조직의 종류를 판별할 수 있는 실시간 생체조직 분석 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time biological tissue analysis system and method, and more particularly, to a real-time biological tissue analysis system and method capable of determining the type of biological tissue in real time by analyzing the fluorescence ratio of a fluorescence signal excited from the biological tissue. it's about
현대인의 사망원인 1위인 암은 병이 지속됨에 따라 완치율과 생존율이 급격하게 떨어지기 때문에 병을 조기에 진단하는 것이 매우 중요하다.Cancer, the number one cause of death in modern times, is very important to diagnose early because the cure rate and survival rate drop sharply as the disease continues.
암의 발병 여부를 확실하게 진단하기 위해서는 생체검사를 실시하여야 하는데, 현재의 조직 세포의 이상 유무를 알기 위해 가장 많이 실시하는 생체검사 방법은 물리적 생검(생체검사)으로, 구강 또는 항문 등을 통해 내시경의 형태로 카메라와 겸자를 체내에 삽입하여 이상 조직으로 의심되는 부분을 물리적으로 채취하고 이후 절개, 염색, 배양 등의 과정들을 통해 최종적으로 조직 세포의 이상 여부를 판단하는 것이다.A biopsy must be performed to reliably diagnose the onset of cancer. Currently, the most frequently performed biopsy method to determine the presence or absence of abnormalities in tissue cells is a physical biopsy (biopsy). A camera and forceps are inserted into the body to physically collect a part suspected of an abnormal tissue, and then, through processes such as incision, staining, and culture, the tissue cells are finally judged whether there is an abnormality.
이러한 생체검사 방법은 검사를 실시하는 전문의의 경험과 기술에 크게 의존하며, 이상 조직이 육안으로 식별될 수 없는 작은 크기인 경우와 표면으로 돌출되지 않고 매복 되어있어 발견되지 못하는 경우에는 생체검사 자체가 이루어질 수 없다는 문제점이 있다.This biopsy method largely depends on the experience and technology of the specialist who conducts the examination, and if the abnormal tissue is small in size that cannot be identified with the naked eye, or if it is not found because it is buried without protruding from the surface, the biopsy itself is The problem is that it cannot be done.
또한, 생체검사가 실시되더라도 최종적인 조직 세포의 이상 유무를 확인하기 위해서는 복잡한 검사 과정에 따른 시간적인 지연이 발생하게 된다. 그리고 치명적인 단점으로 환자의 건강상태를 확인하기 위한 검사방법임에도 불구하고 물리적인 조직 채취를 통해 오히려 환자의 건강에 부담을 주고 2차 감염의 문제가 수반되는 등의 여러 문제점을 가지고 있다.In addition, even when a biopsy is performed, a time delay occurs due to a complicated examination process in order to confirm the final tissue cell abnormality. And, despite the fact that it is a test method to check the patient's health as a fatal disadvantage, it has several problems such as burdening the patient's health and accompanying the problem of secondary infection through physical tissue collection.
이러한 물리적인 생체검사의 대안으로 제시되는 가장 대표적인 비침습적 검사방법은 광학적 생체검사이다.The most representative non-invasive test method suggested as an alternative to this physical biopsy is an optical biopsy.
광학적 생체검사를 구현할 경우 기존의 물리적 생체검사와는 다르게 육안으로 확인하기 어려운 작은 크기 또는 매복 되어있는 이상 조직 등을 확인할 수 있고, 복잡한 검사 과정을 간소화하여 시간적인 지연 문제를 해결할 수 있다. 또한 가장 치명적인 문제인 물리적 조직 채취에 따른 환자의 신체적 부담이나 2차 감염 문제로부터 자유로워지며, 추가적으로 검사 과정의 간소화와 전문의 필요의 감소로 인한 비용 절감 효과 역시 기대할 수 있는 등 기존 생체검사 방법(물리적 생검)에서 발생하는 대부분의 문제를 해소할 수 있는 많은 장점이 있다.When optical biopsy is implemented, it is possible to check small size or buried abnormal tissue that is difficult to confirm with the naked eye, unlike conventional physical biopsy, and to solve the problem of time delay by simplifying the complex inspection process. In addition, the existing biopsy method (physical biopsy method) can be expected to be free from the patient's physical burden and secondary infection caused by physical tissue collection, which is the most fatal problem, and cost savings due to the simplification of the examination process and the reduction in the need for specialists. There are many advantages that can solve most problems that occur in biopsy.
이러한 장점 때문에 생체조직에 광을 조사할 때 발생하는 다양한 광학적 현상(반사, 회절, 형광 등)을 이용한 생체조직 분석 시도 및 선행기술 개발이 이루어지고 있으며, 이중에서도 형광의 발생은 그 차이가 물질이 가진 고유한 분자구조에 기인한다는 점 때문에 의료 분야뿐만 아니라 다양한 영역에서 물질 분석 기법으로 주목받고 있다.Because of these advantages, attempts to analyze biological tissues using various optical phenomena (reflection, diffraction, fluorescence, etc.) that occur when irradiating light to living tissues are being made and prior art developments are being made. Due to its unique molecular structure, it is attracting attention as a material analysis technique not only in the medical field but also in various fields.
또한, 형광은 인광과 다르게 그 물리적인 원리에 따라 광 흡수 이후 빠른 시간(10-9~10-7초) 안에 고유 파장이 발생되는 특성이 있기 때문에 신속하고 즉각적인 분별이 요구되는 생체검사 등의 의료 분야에서 많은 장점을 가진 기술로 더욱 요구되고 있다.In addition, unlike phosphorescence, fluorescence has a characteristic that a unique wavelength is generated within a short time (10 -9 ~ 10 -7 seconds) after light absorption according to its physical principle. It is more demanded as a technology with many advantages in the field.
그러나, 형광 분석은 물질이 가진 고유한 분자구조에 기인하여 형광 신호의 차이가 발생하는 원리에 따라 가장 명확하게 물질 분석 결과를 도출할 수 있어 물질 분석에 관한 연구에 빠르게 적용되고 있음에도 아직까지 생체검사 등의 의료 분야에서는 상용화되지 못하고 있는 실정이다.However, fluorescence analysis can derive the most clear material analysis result according to the principle that the difference in fluorescence signal occurs due to the unique molecular structure of the material. It has not been commercialized in the medical field.
이는 생체조직에서 발생하는 형광 신호에 대한 연구 부족으로, 형광을 이용한 광학적 생체검사 기술이 단순히 생체조직에 광원을 조사하여 그로부터 발생하는 형광 신호를 실시간으로 수집하는 수준에 그치고 있기 때문이다. 생체조직에서 발생하는 형광 신호는 단일광이 아닌 복합광 형태로 나타나기 때문에, 단순히 실시간으로 형광 신호를 수집하는 것으로는 실시간 생체검사를 구현할 수 없다.This is because, due to the lack of research on fluorescence signals generated in living tissues, optical biopsy technology using fluorescence is limited to simply irradiating a light source to biological tissues and collecting fluorescence signals generated therefrom in real time. Since the fluorescence signal generated in the living tissue appears in the form of a compound light rather than a single light, it is impossible to implement a real-time biopsy by simply collecting the fluorescence signal in real time.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 생체조직의 종류에 따른 고유한 형광 신호를 분광하여 파장별로 측정하고, 파장별로 측정된 형광 신호들의 중첩 파장 지점에 대한 형광 신호 비율 정보를 이용하여 실시간으로 생체조직의 종류를 판별할 수 있는 실시간 생체조직 분석 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to measure each wavelength by spectroscopy of a unique fluorescence signal according to the type of biological tissue, and use information on the ratio of the fluorescence signal to the overlapping wavelength point of the fluorescence signals measured for each wavelength in real time of the biological tissue. An object of the present invention is to provide a real-time biological tissue analysis system and method capable of discriminating the type.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시간 생체조직 분석 시스템은 생체조직의 종류에 따른 고유한 형광 신호를 분광하여 파장별로 측정하고, 상기 파장별로 측정된 형광 신호들의 각 피크(peak)가 중첩되는 중첩 파장 지점을 이용한 형광 신호의 비율 정보 데이터를 저장하는 형광정보 수집부 및 상기 형광정보 수집부에 저장된 정보를 기반으로 상기 형광 신호의 파장을 필터링하여 실시간으로 생체조직의 종류를 판별하는 생체조직 분석부를 포함한다.The real-time biological tissue analysis system of the present invention for solving the above problem measures a unique fluorescence signal according to the type of biological tissue by spectroscopy and measures it for each wavelength, and overlaps in which each peak of the fluorescence signals measured for each wavelength overlaps. A fluorescence information collection unit for storing ratio information data of the fluorescence signal using a wavelength point, and a biological tissue analysis unit for filtering the wavelength of the fluorescence signal based on the information stored in the fluorescence information collection unit to determine the type of biological tissue in real time include
상기 중첩 파장 지점은, 상기 중첩되는 피크 중 가장 먼저 중첩된 피크에 해당하는 기준 중첩 지점 및 상기 기준 중첩 지점 이후에 중첩된 피크들에 해당하는 부분 중첩 지점들을 포함할 수 있다.The overlapping wavelength point may include a reference overlapping point corresponding to the first overlapping peak among the overlapping peaks and partial overlapping points corresponding to peaks overlapping after the reference overlapping point.
상기 형광 신호 정보는, 상기 기준 중첩 지점을 기준으로 광을 차단하여 수집된 전체 형광 신호 및 상기 부분 중첩 지점들을 기준으로 광을 차단하여 수집된 부분 형광 신호를 포함하고, 상기 전체 형광 신호에 대한 상기 부분 형광 신호의 비율 차이를 추출하여 저장된 정보일 수 있다.The fluorescence signal information includes a total fluorescence signal collected by blocking light based on the reference overlapping points and a partial fluorescence signal collected by blocking light based on the partial overlapping points, and It may be information stored by extracting a ratio difference between partial fluorescence signals.
상기 형광정보 수집부는, 상기 생체조직으로 광을 조사하는 제1 광원부, 상기 형광 신호를 검출하기 위해 외부 간섭광을 차단하기 위한 반응부, 상기 생체조직에서 여기된 형광 신호를 감지하는 감지부 및 상기 생체조직에 따른 고유한 형광 정보를 저장하는 제어부를 포함할 수 있다.The fluorescence information collection unit includes a first light source unit irradiating light to the living tissue, a reaction unit blocking external interference light to detect the fluorescence signal, a sensing unit detecting the fluorescence signal excited from the living tissue, and the It may include a control unit for storing unique fluorescence information according to the biological tissue.
상기 감지부는, 상기 감지부로 입사하는 상기 형광 신호의 파장을 조절하는 분광부 및 상기 분광부에서 파장이 조절된 형광 신호를 센싱하는 센서부를 포함할 수 있다.The sensing unit may include a spectrometer that adjusts a wavelength of the fluorescent signal incident to the sensing unit, and a sensor unit that senses the fluorescent signal whose wavelength is adjusted by the spectrometer.
상기 분광부는 분광기(Monochromator) 또는 광학계(Optical System)를 포함할 수 있다.The spectrometer may include a monochromator or an optical system.
상기 제1 광원부 및 상기 감지부는 광섬유 유닛을 이용하여 상기 반응부와 연결될 수 있다.The first light source unit and the sensing unit may be connected to the reaction unit using an optical fiber unit.
상기 광섬유 유닛은, 상기 제1 광원부와 상기 반응부를 연결하는 제1 광섬유 및 상기 감지부와 상기 반응부를 연결하되, 상기 제1 광섬유를 둘러싸도록 다수 배치된 제2 광섬유를 포함할 수 있다.The optical fiber unit may include a first optical fiber connecting the first light source unit and the reaction unit, and a plurality of second optical fibers connecting the sensing unit and the reaction unit, but arranged to surround the first optical fiber.
상기 생체조직 분석부는, 몸체, 상기 몸체의 중심에 배치되고, 상기 형광 신호를 발생시키기 위한 광을 상기 생체조직에 전달하는 제2 광원부, 상기 제2 광원부 주변에 배치되고, 상기 형광 신호를 감지하되, 상기 중첩 파장 지점을 기준으로 차단된 형광 신호를 감지하는 감지 유닛 및 상기 제2 광원부 및 상기 감지 유닛 하단에 위치하여, 상기 감지 유닛에서 감지된 상기 형광 신호의 전도도 차이를 비율로 출력하는 회로부를 포함할 수 있다.The biological tissue analyzer includes a body, a second light source that is disposed in the center of the body, transmits light for generating the fluorescence signal to the biological tissue, is disposed around the second light source, and detects the fluorescence signal. , a sensing unit for detecting the fluorescence signal blocked based on the overlapping wavelength point, and a circuit unit positioned below the second light source and the sensing unit to output a difference in conductivity of the fluorescence signal sensed by the sensing unit as a ratio may include
상기 감지 유닛은, 상기 몸체 상부에 배치되고, 상기 중첩 파장 지점에 해당하는 파장을 필터링 하기 위한 필터 및 상기 필터 하부에 배치되고, 상기 필터를 통해 입사된 상기 형광 신호를 센싱하기 위한 형광 센서를 포함할 수 있다.The sensing unit includes a filter disposed above the body and configured to filter a wavelength corresponding to the overlapping wavelength point, and a fluorescent sensor disposed below the filter and configured to sense the fluorescence signal incident through the filter. can do.
상기 필터는 상기 형광 센서에 입사되는 상기 형광 신호의 광량이 각각 다르도록 형성될 수 있다.The filter may be formed so that the amount of light of the fluorescent signal incident on the fluorescent sensor is different from each other.
상기 형광정보 수집부 또는 상기 생체조직 분석부는 상기 생체조직을 측정시, 상기 생체조직에 접촉되도록 배치될 수 있다.The fluorescence information collection unit or the biological tissue analyzer may be disposed to contact the biological tissue when measuring the biological tissue.
상기 감지 유닛의 개수는 상기 중첩 파장 지점의 개수와 동일한 개수를 갖을 수 있다.The number of the sensing units may have the same number as the number of overlapping wavelength points.
상기 감지 유닛은 상기 제2 광원부로부터 동일한 거리가 이격되도록 각각 배치될 수 있다.Each of the sensing units may be disposed to be spaced apart from the second light source by the same distance.
상기 형광 센서는, 기판, 상기 기판 상에 형성되고, IDT구조로 형성된 전극 및 상기 전극 상에 형성되고, 지그재그 형상으로 형성된 산화아연 나노로드(ZnO Nanorods)층을 포함할 수 있다.The fluorescent sensor may include a substrate, an electrode formed on the substrate and formed in an IDT structure, and a zinc oxide nanorod (ZnO Nanorods) layer formed on the electrode and formed in a zigzag shape.
상기 회로부는, 상기 감지 유닛의 개수와 동일한 개수를 갖고, 서로 병렬로 연결된 형광 센서 저항 및 상기 형광 센서 저항과 대응되도록 상기 형광 센서 저항과 각각 직렬로 연결된 로드 저항을 포함하고, 상기 형광 센서 저항 및 상기 로드 저항은 상기 감지 유닛에서 각각 감지된 상기 형광 신호의 전도도 차이를 출력하기 위해 휘스톤 브리지(Wheatstone Bridge) 형태를 갖을 수 있다.The circuit unit includes a fluorescent sensor resistor having the same number as the number of the sensing units and connected in parallel to each other and a load resistor connected in series with the fluorescent sensor resistor to correspond to the fluorescent sensor resistor, the fluorescent sensor resistor and The load resistor may have a shape of a Wheatstone bridge in order to output a difference in conductivity of the fluorescent signal sensed by the sensing unit, respectively.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시간 생체조직 분석 시스템의 분석방법은 생체조직의 종류에 따른 고유한 형광 신호를 형광정보 수집부를 이용하여 분광 후 파장별로 측정하는 단계, 상기 파장별로 측정된 형광 신호들의 각 피크(peak)가 중첩되는 중첩 파장 지점을 설정하는 단계, 상기 중첩 파장 지점에 대한 형광 신호 비율 정보를 저장하는 단계 및 상기 저장된 형광 신호 비율 정보를 기반으로 생체조직 분석부를 통해 상기 형광 신호의 파장을 필터링하여 실시간으로 생체조직의 종류를 판별하는 단계를 포함한다.The analysis method of the real-time biological tissue analysis system of the present invention for solving the above problems comprises the steps of measuring a unique fluorescence signal according to the type of biological tissue for each wavelength after spectroscopy using a fluorescence information collecting unit, and the fluorescence signal measured for each wavelength setting an overlapping wavelength point at which each peak of the fluorescence signals overlaps, storing the fluorescence signal ratio information for the overlapping wavelength point, and based on the stored fluorescence signal ratio information of the fluorescence signal through a biological tissue analyzer and determining the type of biological tissue in real time by filtering the wavelength.
상기 중첩 파장 지점을 설정하는 단계는, 상기 파장별로 측정된 형광 신호들에 대해 중첩되는 피크를 확인하는 단계, 상기 중첩되는 피크 중 가장 먼저 중첩된 피크에 해당하는 기준 중첩 지점을 설정하는 단계 및 상기 기준 중첩 지점 이후에 중첩된 피크들에 해당하는 부분 중첩 지점들을 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The setting of the overlapping wavelength point includes: identifying peaks that overlap with respect to the fluorescence signals measured for each wavelength; setting a reference overlapping point corresponding to the first overlapping peak among the overlapping peaks; The method may further include setting partial overlapping points corresponding to overlapping peaks after the reference overlapping point.
상기 형광 신호 정보를 저장하는 단계는, 상기 기준 중첩 지점을 기준으로 광을 차단하여 전체 형광 신호를 수집하는 단계, 상기 부분 중첩 지점들을 기준을 광을 차단하여 부분 형광 신호를 수집하는 단계 및 상기 전체 형광 신호에 대한 상기 부분 형광 신호의 비율 차이를 추출하여 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.The storing of the fluorescence signal information may include: collecting a total fluorescence signal by blocking light based on the reference overlapping points; collecting a partial fluorescence signal by blocking light based on the partial overlapping points; The method may further include extracting and storing a difference in the ratio of the partial fluorescence signal to the fluorescence signal.
상기 실시간으로 생체조직의 종류를 판별하는 단계는, 상기 생체조직에서 여기된 형광 신호를 감지하는 단계, 상기 감지된 형광 신호를 상기 중첩 파장 지점을 기준으로 필터링하여 센싱하는 단계 및 상기 센싱된 형광 신호를 상기 저장된 형광 신호 정보와 비교하여 생체조직의 종류를 판별하는 단계를 더 포함할 수 있다.The step of determining the type of biological tissue in real time may include: detecting a fluorescence signal excited from the biological tissue; filtering and sensing the sensed fluorescence signal based on the overlapping wavelength point; and the sensed fluorescence signal. The method may further include determining the type of biological tissue by comparing it with the stored fluorescence signal information.
본 발명에 따르면, 복합광 형태로 발생하는 생체조직의 형광 신호를 분광하여 파장별로 측정하고, 측정된 신호들의 중첩 파장을 이용하여 형광 신호 비율을 분석함으로써 실시간으로 생체조직의 종류를 판별할 수 있다. 따라서, 종래의 생체검사에 따른 시간적 지연, 환자의 신체 부담 및 추가비용 등에 대한 문제를 해결할 수 있다.According to the present invention, the type of biological tissue can be determined in real time by spectroscopy and measuring the fluorescence signal of a biological tissue generated in the form of a complex light by wavelength, and analyzing the fluorescence signal ratio using the overlapping wavelengths of the measured signals. . Therefore, it is possible to solve problems such as time delay, burden on the patient's body, and additional cost according to the conventional biopsy.
또한, 내시경 형태의 생체검사 모듈에 국한되지 않고, 표면으로 들어나는 피부조직의 이상 상태 확인, 종양 확인 및 제거를 위한 절개 수술에 있어서 육안으로 식별이 어려운 조직 세포의 판별 등 실시간으로 조직 세포의 분별이나 이상여부 확인이 필요한 곳이면 어디든 활용 가능하다.In addition, it is not limited to the biopsy module in the form of an endoscope, and the identification of tissue cells that are difficult to identify with the naked eye in incisional surgery for confirming and removing tumors, confirming the abnormal state of skin tissue exposed to the surface, etc. It can be used wherever it is necessary to check for abnormalities or not.
더 나아가, 종래의 물리적인 채취 이후 절개와 염색, 배양, 관찰 등의 일반적인 물질 분석법을 기초로 하고, 각 물질에서 발생하는 형광 파장 신호를 데이터화 하여 실시간 분석에 활용할 경우, 의료 분야뿐만 아니라 농업, 우주항공, 환경 분석 등 적용될 수 있는 범위가 광범위하다.Furthermore, if it is based on general material analysis methods such as incision, dyeing, culture, and observation after conventional physical collection, and data fluorescence wavelength signals generated from each material are used for real-time analysis, not only in the medical field, but also in agriculture and space. The scope of application such as aviation and environmental analysis is wide.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 다양한 생체조직 세포의 세포시편을 나타낸 이미지이다.
도 2는 도 1에 도시된 각각의 생체조직 세포에 대한 고유 형광 파장을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시간 생체조직 분석 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 형광정보 수집부를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 형광정보 수집부의 연결 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 형광정보 수집부를 이용하여 생체조직을 측정하는 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 형광정보 수집부를 이용하여 생체조직의 형광 파장을 분석한 일실시예를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 생체조직 분석부를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 감지 유닛에 대한 배치 구조를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 형광 센서를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 회로부를 나타낸 회로도이다.
도 12는 본 발명의 실시간 생체조직 분석 시스템을 이용한 분석방법을 나타낸 순서도이다.1 is an image showing cell specimens of various living tissue cells.
FIG. 2 is a graph showing the intrinsic fluorescence wavelength for each living tissue cell shown in FIG. 1 .
3 is a block diagram illustrating a real-time biological tissue analysis system of the present invention.
4 is a block diagram showing a fluorescence information collecting unit of the present invention.
5 is a diagram showing a connection configuration of the fluorescence information collecting unit of the present invention.
6 is a view showing an embodiment of measuring a living tissue using the fluorescence information collecting unit of the present invention.
7 is a graph showing an embodiment of analyzing the fluorescence wavelength of a biological tissue using the fluorescence information collecting unit of the present invention.
8 is a view showing a biological tissue analysis unit of the present invention.
9 is a view showing an arrangement structure for a sensing unit of the present invention.
10 is a view showing a fluorescent sensor of the present invention.
11 is a circuit diagram showing a circuit part of the present invention.
12 is a flowchart illustrating an analysis method using the real-time biological tissue analysis system of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. do it with
도 1은 다양한 생체조직 세포의 세포시편을 나타낸 이미지이다.1 is an image showing cell specimens of various living tissue cells.
도 2는 도 1에 도시된 각각의 생체조직 세포에 대한 고유 형광 파장을 나타낸 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing the intrinsic fluorescence wavelength for each living tissue cell shown in FIG. 1 .
여기서, 도 1(a)의 세포시편은 표피쪽 세포시편을 나타내고, 도 1(b)의 세포시편은 표피 안쪽, 즉 피아지방 세포시편을 나타내며, 도 1(c)의 세포시편은 암 세포에 대한 세포시편을 나타낸다. 또한, 도 2(a),(b),(c)는 도 1에 도시한 각각의 세포시편에서 여기된 고유 형광 파장을 측정한 그래프이다.Here, the cell specimen in Fig. 1(a) represents the epidermal side cell specimen, the cell specimen in Fig. 1(b) represents the epidermis inner side, that is, the fat cell specimen, and the cell specimen in Fig. 1(c) represents the cancer cell. Cell specimens are shown. In addition, FIGS. 2(a), (b), and (c) are graphs measuring the intrinsic fluorescence wavelength excited in each of the cell specimens shown in FIG. 1 .
도 1 및 도 2를 참조하면, 도 2(a),(b)에 도시한 정상적인 세포의 형광 파장과 2(c)에 도시한 암세포의 형광 파장을 비교했을 때, 정상적인 세포와 암세포의 형광 파장은 형광 피크나 개형 차이는 크게 발생되지 않는 것을 확인할 수 있다.1 and 2, when the fluorescence wavelengths of normal cells shown in FIGS. 2(a) and 2(b) and the fluorescence wavelengths of cancer cells shown in 2(c) are compared, the fluorescence wavelengths of normal cells and cancer cells It can be seen that there is no significant difference in the fluorescence peak or the shape change.
이는 고분자 단위의 생체조직에서 발생하는 형광 신호는 단일광이 아닌 복합광 형태이기 때문에 암세포와 같이 조직이 변이 되어도 복합광 파장의 피크나 개형 차이는 크게 발생하지 않는다. 즉, 사람을 포함한 포유류의 구성 물질 중 물을 제외한 가장 많은 비율을 차지하는 물질은 일반적으로 단백질이며, 단백질은 약 20개의 아미노산이 수많은 펩타이드 결합으로 서열을 이루는 연결체이다. 그러나 암처럼 세포가 변이되어도 이러한 아미노의 종류나 서열 또는 비율 등이 완전히 바뀌는 것은 아니기 때문이다.This is because the fluorescence signal generated in the biological tissue of the polymer unit is in the form of a compound light rather than a single light, so even if the tissue is changed like a cancer cell, the peak of the complex light wavelength or the shape difference does not occur significantly. That is, among the constituent materials of mammals including humans, the material that occupies the largest proportion except for water is generally a protein, and a protein is a linkage in which about 20 amino acids are sequenced by numerous peptide bonds. However, this is because even when cells are mutated like cancer, the type, sequence, or ratio of these amino acids is not completely changed.
이러한 형광 파장의 결과로부터 생체조직의 형광 신호가 복합광 형태를 갖기 때문에 이를 판별하기 위해서는 분광을 하는 것이 필수적임을 확인할 수 있다. 또한 형광 신호의 파장 전체가 바뀔 정도의 큰 차이를 보이지 않기 때문에 분광의 해상도(Resolution) 역시 높아야 한다는 것을 확인할 수 있다.From the result of the fluorescence wavelength, it can be confirmed that spectroscopy is essential in order to discriminate the fluorescence signal of a living tissue because it has a complex light form. In addition, it can be confirmed that the resolution of the spectral should also be high because there is no significant difference to the extent that the entire wavelength of the fluorescence signal is changed.
광원 주사에 따른 형광의 발생은 자연적으로 이루어지기 때문에 이를 감지하는 것 자체는 실시간으로 진행될 수 있다. 허나, 복합광 형태의 형광 신호를 파장별로 측정하여 기록하는 것은 측정 영역(Range)과 해상도(Resolution) 등 측정 조건에 따라 파장 천이 시간이 최소 수십 초부터 많게는 수십 분까지 소요되고 또한 측정된 형광 신호 해석을 위해서 사용하는 알고리즘에 따라 추가적인 시간이 발생하기 때문에 실질적인 실시간 생체검사가 불가능하게 된다. 즉, 국소부위의 형광 정보를 얻는데 걸리는 시간이 수십 분이 되어, 측정이 요구되는 생체 조직의 전체적인 형광 신호를 분석하여 생체검사를 실시하는데 수 시간 이상이 걸릴 수 있기 때문이다.Since the generation of fluorescence according to the scanning of the light source occurs naturally, the sensing itself may proceed in real time. However, measuring and recording a fluorescence signal in the form of a composite light by wavelength takes a wavelength transition time of at least several tens of seconds to a maximum of several tens of minutes depending on measurement conditions such as the measurement range and resolution, and also the measured fluorescence signal Because additional time is required depending on the algorithm used for interpretation, actual real-time biopsy becomes impossible. That is, it takes several tens of minutes to obtain fluorescence information of a local area, and it may take several hours or more to analyze the entire fluorescence signal of a biological tissue to be measured and perform a biopsy.
따라서, 실시간으로 생체조직에 대한 생체검사를 구현하기 위해서는 수집되는 복합광 형태의 형광 신호를 분광하여 처리할 수 있는 방법 및 이를 구현하기 위한 물리적 장비가 필요하다.Therefore, in order to implement a biopsy of a living tissue in real time, a method capable of processing the collected composite light fluorescence signal by spectroscopy and a physical equipment for implementing the same are required.
도 3은 본 발명의 실시간 생체조직 분석 시스템을 나타낸 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a real-time biological tissue analysis system of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 실시간 생체조직 분석 시스템은 형광 신호 정보를 데이터와 하여 저장하는 형광정보 수집부(100) 및 형광정보 수집부(100)를 기반으로 실시간으로 생체조직의 종류를 판별하는 생체조직 분석부(200)를 포함한다.Referring to FIG. 3 , the real-time biological tissue analysis system according to the present invention detects the type of biological tissue in real time based on the fluorescence
형광정보 수집부(100)는 생체조직의 종류에 따른 고유한 형광 신호를 분광하여 파장별로 피크 신호를 측정하고, 파장별로 측정된 형광 신호들의 각 피크 신호가 중첩되는 중첩영역의 피크(peak)에 해당하는 중첩 파장 지점에 대한 형광 신호 정보를 저장한다.The fluorescence
또한, 형광정보 수집부(100)는 제1 광원부(110), 반응부(120), 감지부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다.Also, the fluorescence
도 4는 본 발명의 형광정보 수집부를 나타낸 블록도이다.4 is a block diagram showing a fluorescence information collecting unit of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 형광정보 수집부(100)의 제1 광원부(110)는 광원으로부터 형광을 여기시키는 여기광을 방출하여 생체조직으로부터 형광 신호를 여기시킨다.Referring to FIG. 4 , the first
여기서, 조사할 광원이 특정 파장으로 고정된 경우는 고유한 파장을 지닌 LED 또는 레이저를 사용하여 시스템의 소형화할 수 있고, 비용을 감소 및 편의성의 증가 등 다양한 이점에 활용될 수 있다. 또한, 측정하고자 하는 생체조직의 형광 파장 범위를 확인할 수 없어 조사 광원의 파장을 특정할 수 없는 경우는 조사 광원의 파장이 형광 신호 파장과 중복되어 검출되지 못하는 것을 방지하기 위해 Xe 램프와 같은 백색 광원과 분광기(Monochromator)를 구비하여 조사 광원의 파장이 유동적으로 조절되도록 할 수 있다.Here, when the light source to be irradiated is fixed to a specific wavelength, the system can be miniaturized by using an LED or laser having a unique wavelength, and it can be utilized for various advantages such as reduction in cost and increase in convenience. In addition, when the wavelength of the irradiation light source cannot be specified because the fluorescence wavelength range of the biological tissue to be measured cannot be identified, a white light source such as an Xe lamp is used to prevent detection because the wavelength of the irradiation light source overlaps with the fluorescent signal wavelength. It is possible to flexibly control the wavelength of the irradiation light source by providing a monochromator.
반응부(120)는 생체조직에서 여기된 형광 신호를 검출하기 위해 외부 간섭광을 차단하는 역할을 수행한다.The
즉, 반응부(120)는 암실(Dark Box) 형태로 제작되며, 측정 대상이 되는 생체조직 또는 시편의 종류 및 크기에 따라 다양하게 제작될 수 있다. 또한, 반응부(120)는 조사되는 광원의 광도와 비교하여 1% 미만의 미약한 광도를 나타내는 형광 신호를 검출하는데 방해가 되는 외부 간섭광을 철저히 차단하는 환경으로 형성될 수 있다.That is, the
감지부(130)는 생체조직에서 여기된 형광 신호를 감지하는 역할을 수행한다. 또한, 감지부(130)는 분광부(131) 및 센서부(132)를 포함할 수 있다.The
분광부(131)는 감지부(130)로 입사되는 광학 신호의 파장을 조절하는 역할을 수행한다. 이를 위해, 분광부(131)는 분광기(Monochromator) 또는 광학계(Optical System)가 사용될 수 있다.The
허나, 분광기는 생체조직의 형광 신호 측정시 파장의 범위(Range), 간격(Interval), 지연시간(Delay time) 등 측정 조건에 따라 분광기의 파장 천이 시간이 수 초에서 수십 분까지 많이 소요되기 때문에 생체조직의 상태가 빠르게 변할 수 있는 실험 환경에서는 연속적인 측정이 제한된다. 또한 형광 분석에 분광기를 사용할 경우 분광기 내부를 지나면서 발생하는 신호의 감쇄로 발생된 형광 신호의 총량 대비 측정 가능한 형광 신호의 양이 적어지게 되어 미약한 형광 신호 측정에 불리하다.However, when measuring the fluorescence signal of a living tissue, the spectrometer takes a lot of time from a few seconds to several tens of minutes depending on the measurement conditions such as the wavelength range, interval, and delay time. Continuous measurement is limited in an experimental environment in which the state of living tissue can change rapidly. In addition, when a spectrometer is used for fluorescence analysis, the amount of measurable fluorescence signal decreases compared to the total amount of fluorescence signals generated due to attenuation of a signal generated while passing through the spectrometer, which is disadvantageous in measuring weak fluorescence signals.
이러한 단점을 보완하기 위해 본 발명의 분광부(131)는 분광기보다 광학계를 적용하는 것이 바람직하다.In order to compensate for this disadvantage, it is preferable to apply an optical system rather than a spectrometer to the
광학계는 광학필터(Optical Filter), 집광렌즈 등을 포함하여 구성될 수 있다. 현재 수 만원대의 저가 광학 필터(LPF(Long Pass Filter), SPF(Short Pass Filter) 등) 역시 O.D.(Optical Density)5 이상, Transmittance 90% 이상 등 고성능을 가지고 있기 때문에 특정 파장 영역 분광이 가능한 분광부(131)를 저비용으로 구성할 수 있으며, 이는 분광기 사용과는 달리 신호 감쇄가 매우 적고(투과율 90% 이상), 집광렌즈 등을 통한 광학계 구성으로 형광 신호를 집약할 수 있어, 미약한 세기의 형광 신호를 감지하는데 매우 유리하다. 허나, 측정 범위를 과도하게 넓게 설정할 경우, 사용되는 센서(PMT 등)의 SR(Spectral Response)에 따라 발생하는 신호 세기의 오차가 증가할 수 있어, 형광 신호 해석시 SR을 반드시 고려해야 한다.The optical system may include an optical filter, a condensing lens, and the like. Currently, low-cost optical filters (LPF (Long Pass Filter), SPF (Short Pass Filter), etc.) in the tens of thousands of won also have high performance such as OD (Optical Density) 5 or higher and Transmittance 90% or higher. 131 can be configured at a low cost, which has very little signal attenuation (transmittance over 90%), unlike the use of a spectrometer, and can concentrate the fluorescence signal by configuring an optical system through a condenser lens, etc. It is very useful for detecting signals. However, if the measurement range is set excessively wide, the error in signal strength may increase depending on the SR (Spectral Response) of the sensor (PMT, etc.) used, so SR must be considered when analyzing the fluorescence signal.
센서부(132)는 실질적인 형광 신호를 감지하는 역할을 수행한다. 또한, 센서부(132)는 넓은 파장 영역의 광학 신호 감지가 가능한 고성능의 PMT(Photo Multiplier Tube) 또는 측정 대상에 따라 특정 파장 영역의 광학 신호 감지가 가능한 고감도 형광 센서(Fluorescence sensor)가 사용될 수 있다.The
일예로, 감지부(130)로 입사되는 광학 신호는 광원, 형광, 노이즈 등 다양한 파장을 가진 복합 신호이며, 측정을 희망하는 형광 신호 역시 파장의 분포가 다양하기 때문에 입력 신호의 파장별 세기 정보를 얻기 위해서는 감지부(130)로 입사되는 광학 신호를 분광하여 파장별로 센서부(132)에 전달하는 것이 필수적이다. 이에 따라 센서부(132)는 넓은 범위에서 파장별 세기를 감지할 수 있도록 PMT와 같이 측정범위가 넓으면서 감도가 뛰어난 광학 센서로 구성될 수 있다.For example, the optical signal incident to the
허나, PMT는 높은 감지도와 넓은 측정 영역을 지닌 장점이 있지만, 전자 가속을 위해 진공관과 높은 전압을 걸어줄 수 있는 전력 제어기(Power Controller) 등이 요구되어 부피가 커진다는 단점이 있다. 따라서, 고효율 및 실시간 측정이 가능하고, 소형화된 고감도 형광 센서를 사용하는 것이 바람직하다.However, although the PMT has the advantage of having high sensitivity and a wide measurement area, it has a disadvantage in that a vacuum tube and a power controller capable of applying a high voltage are required for electron acceleration, and thus the volume increases. Therefore, it is desirable to use a high-efficiency and real-time measurement, and a miniaturized, high-sensitivity fluorescent sensor.
제어부(140)는 생체조직에 따른 고유한 형광 정보를 저장하는 역할을 수행한다.The
또한, 제어부(140)는 데이터를 수집하기 위한 DAQ(Data Acquisition Unit), SMU(Source Measure Unit) 및 장비 제어를 위한 PC 등으로 구성될 수 있다.In addition, the
도 5는 본 발명의 형광정보 수집부의 연결 구성을 나타낸 도면이다.5 is a diagram showing a connection configuration of the fluorescence information collecting unit of the present invention.
도 6은 본 발명의 형광정보 수집부를 이용하여 생체조직을 측정하는 일실시예를 나타낸 도면이다.6 is a view showing an embodiment of measuring a living tissue using the fluorescence information collecting unit of the present invention.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 광원부(110) 및 감지부(130)는 광섬유 유닛을 이용하여 반응부(120)와 서로 연결될 수 있다. 또한, 광섬유 유닛(150)은 제1 광원부(110)와 반응부(120)를 서로 연결하는 제1 광섬유(151) 및 감지부(130)와 반응부(120)를 서로 연결하는 제2 광섬유(152)를 포함할 수 있다. 즉, 제1 광원부(110)의 광원에서 조사되는 광은 제1 광섬유(151)를 통해 반응부(120) 내에 배치된 생체조직으로 전달되고, 광에 의해 생체조직에서 여기된 형광 신호가 제2 광섬유(152)를 통해 반응부(120)에서 감지부(130)로 전달될 수 있다.5 and 6 , the first
여기서, 제1 광섬유(151)는 광섬유 유닛(150)의 중심에 배치될 수 있고, 제2 광섬유(152)는 제1 광섬유(151)를 둘러싸도록 다수 배치될 수 있다.Here, the first
이는 반응부(120)에서 생체조직에 광원이 조사될 때 발생하는 형광 신호가 전방위로 발산되기 때문에 이와 같은 광섬유 유닛(150)의 배치는 형광 신호의 수광 효율을 향상시킬 수 있다.This is because the fluorescence signal generated when the light source is irradiated to the living tissue in the
또한, 도 6(b)에서와 같이 본 발명의 형광정보 수집부(100)를 이용하여 생체조직과의 접촉 측정을 실시할 경우, 도 6(a)의 비접촉 측정시보다 반사된 광의 수집률을 낮추면서도 생체조직에 광을 더 많이 침투시켜 더 많은 형광의 발생되도록 할 수 있다. 따라서, 형광 신호 측정에서 반사된 광 등 불필요한 신호를 감쇄시킴으로써 입력신호 대비 형광 신호의 비율과 SNR(Signal to Noise Ratio)이 향상되는 효과를 갖는다.In addition, when measuring contact with a living tissue using the fluorescence
이러한, 형광정보 수집부(100)를 이용하여 생체조직의 형광 신호를 측정하는 과정은 제1 광원부(110)의 광원에서 조사되는 광원이 생체조직에서 발생하는 형광 파장 영역보다 짧은 파장을 지닌 단색광을 반응부(120)에 전달하고, 반응부(120)에서는 생체조직에 조사된 광으로 인해 여기된 형광 파장이 감지부(130)로 전달되며, 감지부(130)에서는 분광부(131)를 통해 파장을 천이하며 형광 신호를 수광하여 최종적으로 제어부(140)에서 생체조직별 고유 형광 정보가 저장될 수 있다.In the process of measuring the fluorescence signal of the biological tissue using the fluorescence
여기서 생체조직별 고유 형광 정보는 파장별로 측정된 형광 신호들의 각 피크(peak)가 중첩되는 중첩 파장을 이용한 생체조직별 형광 신호의 비율에 대한 정보일 수 있다.Here, the intrinsic fluorescence information for each biological tissue may be information on a ratio of a fluorescence signal for each biological tissue using overlapping wavelengths at which peaks of fluorescence signals measured for each wavelength overlap.
도 7은 본 발명의 형광정보 수집부를 이용하여 생체조직의 형광 파장을 분석한 일실시예를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing an embodiment of analyzing the fluorescence wavelength of a biological tissue using the fluorescence information collecting unit of the present invention.
즉, 도 7은 도 1에 도시한 세포시편 각각을 형광정보 수집부(100)를 이용하여 측정된 형광 파장을 형광 세기 비율로 나타낸 그래프이다. 즉, 형광정보 수집부(100)를 이용하여 생체조직의 종류에 따라 발생하는 형광 신호의 각 피크 신호를 측정하고, 측정된 각 피크 신호들 간의 중첩되는 중첩 파장을 이용하여 형성된 파장 곡선을 형광 세기 비율로 나타낸 그래프이다.That is, FIG. 7 is a graph showing the fluorescence wavelength measured using the fluorescence
도 7에서와 같이, 정상세포 및 암세포의 형광 신호에 대한 파장은 명확히 분별되지 않는 것을 확인할 수 있다. 즉, 반사된 광원을 제외한 형광 파장의 피크는 모두 300nm 중반에 형성되며 그 파장의 차이가 크지 않다. 이는 높은 분자 단위의 조직 세포는 단일한 단백질로 구성 되어있지 않으며, 조직세포에서 변이가 발생해도 해당 조직의 모든 단백질 구성은 변하지 않기 때문에 조직세포에서 발생하는 형광 신호는 일반적으로 단일한 파장을 가질 수 없으며, 변이가 발생해도 형광 파장은 크게 변화되지 않는다.As shown in FIG. 7 , it can be seen that the wavelengths for the fluorescence signals of normal cells and cancer cells are not clearly discriminated. That is, all peaks of the fluorescence wavelength except for the reflected light source are formed in the middle of 300 nm, and the difference in wavelength is not large. This is because tissue cells with a high molecular level do not consist of a single protein, and even if a mutation occurs in tissue cells, the composition of all proteins in the tissue does not change. There is no change in the fluorescence wavelength even if a mutation occurs.
또한, 동일한 생체조직에서도 조직의 모양, 밀도, 습도 등에 따라 형광 신호의 양이 달라질 수 있으며 그 차이가 조직세포의 종류에 따른 형광 신호의 절대치 차이보다 클 수 있으며, 광원의 조사거리 또는 수광 센서의 접촉거리에 따라 발생 및 실제 수집되는 형광의 절대량이 큰 차이를 보일 수 있어 종래의 형광 신호의 절대적인 세기 차이를 이용하여 조직세포의 종류를 판별하는 방식은 정확성이 떨어지는 단점을 갖는다.In addition, even in the same living tissue, the amount of fluorescence signal may vary depending on the shape, density, humidity, etc. of the tissue, and the difference may be greater than the absolute difference of the fluorescence signal according to the type of tissue cell, and the irradiation distance of the light source or the light receiving sensor Since the absolute amount of generated and actually collected fluorescence may show a large difference depending on the contact distance, the conventional method of determining the type of tissue cell using the absolute intensity difference of the fluorescence signal has a disadvantage in that the accuracy is poor.
따라서, 본 발명의 생체조직 분석 시스템은 생체조직의 종류에 따른 고유한 형광 신호를 분광하여 파장별로 피크 신호를 측정하고, 파장별로 측정된 형광 신호들의 각 피크 신호가 중첩되는 중첩 파장 지점(10)을 이용한 형광 신호 비율에 대한 정보 데이터를 저장하여 실시간으로 생체조직 세포를 분별한다. 여기서, 중첩 파장 지점(10)은 피크 신호들이 중첩되는 중첩영역 중 피크(peak)에 해당하는 지점을 의미한다.Therefore, the biological tissue analysis system of the present invention measures a peak signal for each wavelength by spectroscopy of a unique fluorescence signal according to the type of biological tissue, and the overlapping
또한, 중첩 파장 지점(10)은 측정된 형광 신호에 있어서, 피크 신호가 중첩되는 중첩영역의 피크 중 가장 먼저 형성된 중첩영역의 피크에 해당하는 기준 중첩 지점(11) 및 기준 중첩 지점(11) 이후에 형성된 중첩영역의 피크에 해당하는 부분 중첩 지점(12)들을 포함할 수 있다. 이러한 중첩 파장 지점(10)은 이후 광학필터의 차단 파장(Cut-off Wavelength)으로써 기능한다.In addition, the overlapping
중첩 파장 지점(10)을 이용한 형광 신호 비율을 측정하는 방법을 도 7에 도시한 형광 신호를 이용하여 설명한다.A method of measuring the fluorescence signal ratio using the overlapping
높은 분자 단위의 조직 세포는 단일한 단백질로 구성되어 있지 않기 때문에 형광 신호 역시 단일한 피크를 가지지 않는다. 또한, 중첩 파장 지점(10)은 상술한 바와 같이, 피크 신호들이 중첩되는 중첩영역 중 피크에 해당하는 지점으로 설정한다.Since the tissue cells of high molecular level are not composed of a single protein, the fluorescence signal also does not have a single peak. Also, as described above, the overlapping
여기서, 형광 신호 비율을 분석하기 위해서는 최소 2개 이상의 중첩 파장 지점(10)이 필요하며, 중첩 파장 지점(10)이 늘어날수록 형광 신호의 분석 정확도는 향상될 수 있다.Here, in order to analyze the fluorescence signal ratio, at least two overlapping wavelength points 10 are required, and as the overlapping wavelength points 10 increase, the analysis accuracy of the fluorescence signal may be improved.
일예로, 도 7에 도시한 형광 파장에 있어서 형광 신호 비율을 분석하기 위해 2개의 중첩 파장 지점(10)을 지정하면, 피크 신호가 중첩되는 중첩영역의 피크 중 가장 먼저 형성된 중첩영역의 피크에 해당하는 기준 중첩 지점(11)은 300nm 위치에 해당하며, 기준 중첩 지점(11) 이후에 형성된 중첩영역의 피크에 해당하는 부분 중첩 지점(12)은 320nm 위치에 해당된다. 따라서, 기준 중첩 지점(11)에 해당하는 300nm에서 광을 차단하여 전체 형광 신호를 수집하고, 비교점이 되는 부분 중첩 지점(12)에 해당하는 320nm에서 광을 차단하여 부분 형광 신호를 수집한다. 여기서, 형광 신호를 수집하는 방법은 수집된 형광 신호 파장을 적분한 형태일 수 있다.For example, if two overlapping wavelength points 10 are designated to analyze the fluorescence signal ratio in the fluorescence wavelength shown in FIG. 7 , the peak of the overlapping area formed first among the peaks of the overlapping area where the peak signals overlap A reference overlapping point 11 corresponds to a 300 nm position, and a
전체 형광 신호와 부분 형광 신호를 수집하면, 전체 형광 신호에 대한 부분 형광 신호의 비율을 추출한다. 또한, 일실시예에서는 하나의 기준 중첩 지점(11)과 하나의 부분 중첩 지점(12)을 설정하여 형광 신호 비율을 추출하였으나, 2개 이상의 부분 중첩 지점(12)을 설정할 수도 있다. 즉, 중첩 파장 지점(10)이 늘어날수록 형광 신호의 분석 정확도는 향상될 수 있다.When the total fluorescence signal and the partial fluorescence signal are collected, the ratio of the partial fluorescence signal to the total fluorescence signal is extracted. In addition, in an embodiment, one reference overlapping point 11 and one
이렇게 수집된 생체조직별 형광 신호의 비율 정보는 데이터베이스화하여 생체조직 분석부(200)에서 실시간으로 생체조직의 종류를 판별하기 위해 활용된다.The collected information on the ratio of fluorescence signals for each biological tissue is converted into a database, and the
계속해서, 도 3을 참조하면 생체조직 분석부(200)는 형광정보 수집부(100)에 저장된 형광 신호의 비율 정보를 기반으로 측정되는 형광 신호의 파장을 필터링하여 실시간으로 생체조직의 종류를 판별한다.Subsequently, referring to FIG. 3 , the
도 8은 본 발명의 생체조직 분석부를 나타낸 도면이다.8 is a view showing a biological tissue analysis unit of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 생체조직 분석부(200)는 몸체(210), 제2 광원부(220), 감지 유닛(230) 및 회로부(240)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the
제2 광원부(220)는 형광 신호를 발생시키기 위한 광을 생체조직에 전달하는 기능을 수행한다.The second
제2 광원부(220)는 생체조직에 광이 조사될 때 발생하는 형광 신호가 전방위로 발산되기 때문에 형광 신호의 수광 효율을 높이기 위해 몸체(210)의 중심에 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 생체조직과의 접촉 측정을 실시할 경우 반사된 광원의 수집률을 낮추면서도 측정 대상에 광을 더 많이 침투시킬 수 있기 때문에 생체조직에서 여기되는 형광 발생을 증가시킬 수 있다. 따라서, 형광 신호 측정에 있어서 반사된 광과 같은 불필요한 신호를 감쇄 시키고, 형광 신호와 같은 필요한 신호를 증가시킴으로써 SNR(Signal to Noise Ratio)을 향상시킬 수 있다.The second
여기서, 제2 광원부(220)에서 조사되는 광의 파장은 생체조직의 측정 영역보다 단파장의 광을 이용하는 것이 바람직하다. 일예로, 제2 광원부(220)는 소형화된 단색광 LED 또는 레이저를 광학 렌즈와 함께 몸체(210)에 직접 삽입하거나 광원 파장의 변동이 필요한 경우 광원을 외부에 배치하여 광섬유로 전달되도록 할 수도 있다.Here, the wavelength of the light irradiated from the second
감지 유닛(230)은 생체조직에서 여기된 형광 신호를 감지하되, 중첩 파장 지점(10)을 기준으로 차단된 형광 신호를 감지하는 기능을 수행한다.The
이러한 감지 유닛(230)은 제2 광원부(220)를 중심으로 제2 광원부(220)를 둘러싸도록 배치되되, 제2 광원부(220)와 소정거리 이격되도록 배치될 수 있다. 여기서, 감지 유닛(230)의 개수는 상기 형광정보 수집부(100)에서 지정된 중첩 파장 지점(10)의 개수와 동일하도록 배치하는 것이 바람직하다. 일예로, 도 8에서는 4개의 감지 유닛(230)이 도시되어 있으나, 중첩 파장 지점(10)의 개수가 2개일 경우 2개의 감지 유닛(230)이 배치될 수 있다.The
이때, 각각의 감지 유닛(230)의 배치는 제2 광원부(220)와 동일한 거리가 이격되도록 배치하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that each of the
도 9는 본 발명의 감지 유닛에 대한 배치 구조를 나타낸 도면이다.9 is a view showing an arrangement structure for a sensing unit of the present invention.
도 9를 참조하면, 일예로, 중첩 파장 지점(10)의 개수가 2개일 경우 감지 유닛(230)은 제2 광원부(220)를 둘러싸도록 배치되되, 제2 광원부(220)와 동일한 거리가 이격되도록 짝(pair)을 이루어 배치될 수 있다. 즉, 제2 광원부(220)를 중심으로 서로 대칭되도록 배치될 수 있다. 이는 짝을 이룬 각 감지 유닛(230)이 광원으로부터 동일한 거리로 이격되도록 하여 측정하고자 하는 생체조직 샘플(201)로부터 수광하는 형광 신호의 차이를 최소화하기 위함이다.Referring to FIG. 9 , for example, when the number of overlapping wavelength points 10 is two, the
또한, 감지 유닛(230)은 필터(231) 및 형광 센서(232)를 포함할 수 있다.Also, the
필터(231)는 몸체(210) 상부에 배치되고, 중첩 파장 지점(10)에 해당하는 파장을 필터링 한다. 따라서, 감지 유닛(230)에 사용되는 각각의 필터(231)는 대응되는 중첩 파장 지점(10)에 따라 다른 대역을 필터링 할 수 있다. 즉, 필터(231)는 형광 센서(232)에 입사되는 형광 신호의 광량이 각각 다르도록 형성될 수 있다.The
필터(231)로는 LPF(Long Pass Filter) 광학 필터가 사용될 수 있으며, 몸체(210) 상부에 배치되어 필터(231) 하부에 배치된 형광 센서(232)를 보호하고, 분광 기능을 수행한다.A Long Pass Filter (LPF) optical filter may be used as the
형광 센서(232)는 필터(231) 하부에 배치되고, 상기 필터(231)를 통해 입사된 형광 신호를 센싱한다. 즉, 형광 센서(232)에서 센싱되는 형광 신호의 광량은 대응되는 필터(231)에 따라 다를 수 있다.The
도 10은 본 발명의 형광 센서를 나타낸 도면이다.10 is a view showing a fluorescent sensor of the present invention.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 형광 센서(232)는 기판(233), 기판(233) 상에 형성된 전극(234) 및 산화아연 나노로드(ZnO Nanorods)층(235)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10 , the
기판(233)은 반도체 기판, 도전성 기판, 비전도성 기판, 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator, SOI) 등이 사용될 수 있다. 도전성 기판으로는 금속 기판, 도전성 유기화합물 기판 등을 사용할 수 있으며, 비 전도성 기판은 유리 기판, 고분자 화합물 기판 등이 사용될 수 있다.As the
전극(234)은 기판(233) 상에 형성될 수 있다. 전극(234)은 직사각형, 타원, 원형, 다각형 또는 이들의 조합으로 이루어진 형태 등과 같이 다양한 다른 모양을 가질 수 있으나, 두 개의 전극(234)이 서로 엇갈려 형성된 IDT(Inter Digital Transducer) 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 전극(234)의 재질로는 2종 이상의 금속을 포함하는 것으로써 금(Au), 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 은(Ag), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 스테인리스 스틸, 알루미늄(Al), 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr), 구리(Cu), 텅스텐(W) 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 금(Au) 전극과 니켈(Ni) 전극을 사용할 수 있다.The
전극(234)이 형성된 후에는 산화아연 나노로드층(235)이 성장될 수 있다. 산화아연 나노로드층(235)은 전극(234)들 사이에 형성되되, 지그재그 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 산화아연 나노로드층(235)은 서로 엇갈려 형성된 두 개의 전극(234) 중 하나의 전극(234)의 일부분과 다른 하나의 전극(234)의 일부분에 접촉되며, 어느 한 나노로드와 다른 한 나노로드가 서로 전기적으로 접촉될 수 있는 것이 바람직하다.After the
이러한 형광 센서(232) 구조에 의해 면적대비 표면적을 극대화 한 고감도 센서를 사용할 수 있으며, 측정을 희망하는 형광 파장 영역에 따라 물질이나 나노 구조의 형태를 변경할 수도 있다.A high-sensitivity sensor that maximizes the surface area to area ratio by the structure of the
계속해서, 회로부(240)는 제2 광원부(220) 및 감지 유닛(230) 하단에 위치하여, 감지 유닛(230)에서 감지된 형광 신호의 전도도 차이를 비율로 출력한다.Subsequently, the
도 11은 본 발명의 회로부를 나타낸 회로도이다.11 is a circuit diagram showing a circuit part of the present invention.
도 11을 참조하면, 회로부(240)는 서로 병렬로 연결된 형광 센서 저항(Rs) 및 형광 센서 저항(Rs)과 대응되도록 형광 센서 저항(Rs)과 각각 직렬로 연결된 로드 저항(RL)을 포함할 수 있다. 또한, 회로부(240)의 형광 센서 저항(Rs) 및 로드 저항(RL)은 상기 감지 유닛(230)에서 각각 감지된 형광 신호의 전도도 차이를 출력하기 위해 휘스톤 브리지(Wheatstone Bridge) 형태를 갖을 수 있다. 이러한 휘스톤 브리지 구조에 의해 2개 이상의 센서에서 발생하는 미약한 신호 차이도 크게 감지할 수 있다.Referring to FIG. 11 , the
일예로, 도 11에 도시한 회로부(240)의 구성은 중첩 파장 지점(10)이 두 곳인 경우의 회로 구성을 나타낸다. 즉, 2개의 형광 센서(232)를 사용했을 때의 일예를 나타낸다.As an example, the configuration of the
여기서, RS1은 1번 형광 센서 저항, RS2는 2번 형광 센서의 저항 그리고 RL1과 RL2는 각각 센서 저항에 대응하는 로드저항을 나타낸다.Here, RS1 is the resistance of the fluorescent sensor No. 1, RS2 is the resistance of the fluorescent sensor No. 2, and RL1 and RL2 are the load resistances corresponding to the sensor resistances, respectively.
RS1과 RS2의 전도도가 동일할 경우 A점과 B점의 전위가 같기 때문에 출력 VG에는 0V가 인가된다. 그러나 두 형광 센서(232)가 수광하는 형광 신호의 세기 차이가 커져 RS1의 저항성이 낮아지는 경우에는 A점의 전위가 B점의 전위 보다 높아져서 VG는 양의 전압이 인가되며, A점과 B점의 전위차가 클수록 VG에 걸리는 전압이 더욱 커지게 된다. 이는 일반적인 휘스톤 브리지 원리에 따라 2개 이상의 센서에서도 동일하게 적용가능하며, 센서저항의 초기값과 변동 범위를 고려하여 동작 전압 및 로드 저항 값 등을 설정하여 두 센서의 전도도 차이에 따른 출력 신호를 최대화할 수 있다.If the conductivity of RS1 and RS2 is the same, 0V is applied to the output VG because the potentials of point A and point B are the same. However, when the difference in intensity of the fluorescent signal received by the two
이렇게 측정된 2개의 형광 센서(232)에 대한 전도도 차이를 비율로 출력하여 형광정보 수집부(100)에서 수집된 생체조직별 형광 신호 비율 정보와 비교함으로써 실시간으로 생체조직의 종류를 간편하게 판별할 수 있다.By outputting the difference in conductivity for the two
도 12는 본 발명의 실시간 생체조직 분석 시스템을 이용한 분석방법을 나타낸 순서도이다.12 is a flowchart illustrating an analysis method using the real-time biological tissue analysis system of the present invention.
도 12을 참조하면, 본 발명에 따른 실시간 생체조직 분석 시스템을 이용한 분석방법은 생체조직의 종류에 따른 고유한 형광 신호를 형광정보 수집부(100)를 이용하여 분광 후 파장별로 측정하는 단계(S310), 파장별로 측정된 형광 신호들의 각 피크 신호가 중첩되는 중첩영역의 피크(peak)인 중첩 파장 지점(10)을 설정하는 단계(S320), 중첩 파장 지점(10)에 대한 형광 신호 비율 정보를 저장하는 단계(S330) 및 저장된 형광 신호 비율 정보를 기반으로 생체조직 분석부(200)를 통해 형광 신호의 파장을 필터링하여 실시간으로 생체조직의 종류를 판별하는 단계(S340)를 포함한다.Referring to FIG. 12 , the analysis method using the real-time biological tissue analysis system according to the present invention comprises the steps of measuring a unique fluorescence signal according to the type of biological tissue using the fluorescence
우선, 형광정보 수집부(100)의 제1 광원부(110)는 생체조직에서 발생하는 형광 파장 영역보다 짧은 파장을 지닌 단색광을 생체조직이 배치된 반응부(120)에 전달한다. 반응부(120)에 전달된 광은 생체조직에 조사되고, 생체조직에서 여기된 복합광 형태의 형광 신호가 감지부(130)로 전달된다. 감지부(130)로 전달된 형광 신호는 분광 후 파장별로 센싱된다.(S310)First, the first
파장별로 측정된 형광 신호에서 중첩 파장 지점(10)을 설정하기 위해 피크 신호가 중첩되는 중첩영역의 피크를 확인하고, 중첩되는 중첩영역의 피크 중 가장 먼저 형성된 중첩영역의 피크에 해당하는 기준 중첩 지점(11) 및 기준 중첩 지점(11) 이후에 형성된 중첩영역의 피크들에 해당하는 부분 중첩 지점(12)들을 설정한다.(S320)In order to set the overlapping
중첩 파장 지점(10)이 각각 설정되면, 기준 중첩 지점(11)을 기준으로 광을 차단하여 전체 형광 신호를 수집하고, 부분 중첩 지점(12)들을 기준을 광을 차단하여 부분 형광 신호를 수집하여 전체 형광 신호에 대한 부분 형광 신호의 비율 차이를 추출한 형광 신호 비율 정보 데이터를 저장한다.(S330)When the overlapping wavelength points 10 are respectively set, the entire fluorescence signal is collected by blocking the light based on the reference overlapping point 11, and the partial fluorescence signal is collected by blocking the light based on the partial overlapping points 12. The fluorescence signal ratio information data obtained by extracting the ratio difference of the partial fluorescence signal to the total fluorescence signal is stored. (S330)
형광정보 수집부(100)에서 형광 신호 비율 정보 데이터가 저장되면, 생체조직 분석부(200)는 제2 광원부(220)를 통해 측정 대상이 되는 생체조직에 광을 조사하고, 조사된 광에 의해 여기된 형광 신호를 감지 유닛(230)을 통해 수신한다. 이때, 감지 유닛(230)의 개수는 중첩 파장 지점(10)의 개수와 동일하도록 배치하고, 감지 유닛(230)에 포함된 필터(231)는 중첩 파장 지점(10)에 해당하는 파장이 필터링되도록 각각 설정하여 필터링된 형광 신호가 형광 센서(232)를 통해 센싱되도록 한다.When the fluorescence signal ratio information data is stored in the fluorescence
형광 센서(232)를 통해 센싱된 각각의 형광 신호는 회로부(240)를 통해 형광 신호들의 전도도 차이를 비율로 출력하여 형광정보 수집부(100)에서 수집된 생체조직별 형광 신호 비율 정보와 비교함으로써 실시간으로 생체조직의 종류를 판별한다.(S340)Each fluorescence signal sensed by the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 실시간 생체조직 분석 시스템 및 방법은 복합광 형태로 발생하는 생체조직의 형광 신호를 분광하여 파장별로 측정하고, 측정된 신호들의 중첩 파장을 이용하여 형광 신호 비율을 분석함으로써 실시간으로 생체조직의 종류를 판별할 수 있다. 따라서, 종래의 생체검사에 따른 시간적 지연, 환자의 신체 부담 및 추가비용 등에 대한 문제를 해결할 수 있다.As described above, in the real-time biological tissue analysis system and method according to the present invention, a fluorescence signal of a biological tissue generated in the form of a complex light is measured for each wavelength by spectroscopy, and the fluorescence signal ratio is analyzed using the overlapping wavelengths of the measured signals. By doing so, it is possible to determine the type of biological tissue in real time. Therefore, it is possible to solve problems such as time delay, burden on the patient's body, and additional cost according to the conventional biopsy.
또한, 내시경 형태의 생체검사 모듈에 국한되지 않고, 표면으로 들어나는 피부조직의 이상 상태 확인, 종양 확인 및 제거를 위한 절개 수술에 있어서 육안으로 식별이 어려운 조직 세포의 판별 등 실시간으로 조직 세포의 분별이나 이상여부 확인이 필요한 곳이면 어디든 활용 가능하다. 따라서, 종래의 물리적인 채취 이후 절개와 염색, 배양, 관찰 등의 일반적인 물질 분석법을 기초로 하고, 각 물질에서 발생하는 형광 파장 신호를 데이터화 하여 실시간 분석에 활용할 경우, 의료 분야뿐만 아니라 농업, 우주항공, 환경 분석 등 적용될 수 있는 범위가 광범위하다.In addition, it is not limited to the biopsy module in the form of an endoscope, and the identification of tissue cells that are difficult to identify with the naked eye in incisional surgery for confirming and removing tumors, confirming the abnormal state of skin tissue exposed to the surface, etc. It can be used wherever it is necessary to check for abnormalities or not. Therefore, based on general material analysis methods such as incision, dyeing, culture, and observation after conventional physical collection, and using the fluorescence wavelength signal generated from each material as data for real-time analysis, not only in the medical field, but also in agriculture and aerospace. , the scope of application, such as environmental analysis, is wide.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are merely presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains that other modifications based on the technical spirit of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.
100 : 형광정보 수집부 110 : 제1 광원부
120 : 반응부 130 : 감지부
131 : 분광부 132 : 센서부
140 : 제어부 150 : 광섬유 유닛
151 : 제1 광섬유 152 : 제2 광섬유
200 : 생체조직 분석부 210 : 몸체
220 : 제2 광원부 230 : 감지 유닛
231 : 필터 232 : 형광 센서
240 : 회로부100: fluorescence information collection unit 110: first light source unit
120: reaction unit 130: sensing unit
131: spectroscopy unit 132: sensor unit
140: control unit 150: optical fiber unit
151: first optical fiber 152: second optical fiber
200: biological tissue analysis unit 210: body
220: second light source 230: sensing unit
231: filter 232: fluorescent sensor
240: circuit part
Claims (20)
상기 형광정보 수집부에 저장된 정보를 기반으로 상기 형광 신호의 파장을 필터링하여 실시간으로 생체조직의 종류를 판별하는 생체조직 분석부를 포함하는 실시간 생체조직 분석 시스템.Fluorescence using an overlapping wavelength point corresponding to a peak of an overlapping region where the peak signals of the fluorescent signals measured for each wavelength overlap each wavelength by spectroscopy a unique fluorescence signal according to the type of biological tissue a fluorescence information collection unit for storing signal ratio information data; and
and a biological tissue analyzer configured to filter the wavelength of the fluorescence signal based on the information stored in the fluorescence information collection unit to determine the type of biological tissue in real time.
상기 피크 신호가 중첩되는 중첩영역의 피크 중 가장 먼저 형성된 중첩영역의 피크에 해당하는 기준 중첩 지점; 및
상기 기준 중첩 지점 이후에 형성된 중첩영역의 피크에 해당하는 부분 중첩 지점들을 포함하는 실시간 생체조직 분석 시스템.The method of claim 1, wherein the overlapping wavelength points are:
a reference overlapping point corresponding to the peak of the overlapping area formed first among the peaks of the overlapping area where the peak signals overlap; and
A real-time biological tissue analysis system including partial overlapping points corresponding to peaks of overlapping regions formed after the reference overlapping points.
상기 기준 중첩 지점을 기준으로 광을 차단하여 수집된 전체 형광 신호; 및
상기 부분 중첩 지점들을 기준으로 광을 차단하여 수집된 부분 형광 신호를 포함하고,
상기 전체 형광 신호에 대한 상기 부분 형광 신호의 비율 차이를 추출하여 저장된 정보인 것인 실시간 생체조직 분석 시스템.The method of claim 2, wherein the information stored in the fluorescence information collection unit comprises:
total fluorescence signal collected by blocking light based on the reference overlapping point; and
and a partial fluorescence signal collected by blocking light based on the partial overlapping points,
A real-time biological tissue analysis system that is information stored by extracting a difference in the ratio of the partial fluorescence signal to the total fluorescence signal.
상기 생체조직으로 광을 조사하는 제1 광원부;
상기 형광 신호를 검출하기 위해 외부 간섭광을 차단하기 위한 반응부;
상기 생체조직에서 여기된 형광 신호를 감지하는 감지부; 및
상기 생체조직에 따른 고유한 형광 정보를 저장하는 제어부를 포함하는 실시간 생체조직 분석 시스템.According to claim 1, wherein the fluorescence information collecting unit,
a first light source for irradiating light to the living tissue;
a reaction unit for blocking external interference light to detect the fluorescence signal;
a sensing unit for detecting a fluorescence signal excited from the living tissue; and
A real-time biological tissue analysis system comprising a controller for storing unique fluorescence information according to the biological tissue.
상기 감지부로 입사하는 상기 형광 신호의 파장을 조절하는 분광부; 및
상기 분광부에서 파장이 조절된 형광 신호를 센싱하는 센서부를 포함하는 실시간 생체조직 분석 시스템.The method of claim 4, wherein the sensing unit,
a spectrometer for adjusting a wavelength of the fluorescence signal incident to the detector; and
A real-time biological tissue analysis system comprising a sensor unit for sensing a fluorescence signal whose wavelength is adjusted in the spectrometer.
상기 분광부는 분광기(Monochromator) 또는 광학계(Optical System)를 포함하는 실시간 생체조직 분석 시스템.6. The method of claim 5,
The spectrometer is a real-time biological tissue analysis system comprising a spectrometer (Monochromator) or an optical system (Optical System).
상기 제1 광원부 및 상기 감지부는 광섬유 유닛을 이용하여 상기 반응부와 연결되는 것인 실시간 생체조직 분석 시스템.5. The method of claim 4,
The first light source unit and the sensing unit is a real-time biological tissue analysis system that is connected to the reaction unit using an optical fiber unit.
상기 제1 광원부와 상기 반응부를 연결하는 제1 광섬유; 및
상기 감지부와 상기 반응부를 연결하되, 상기 제1 광섬유를 둘러싸도록 다수 배치된 제2 광섬유를 포함하는 실시간 생체조직 분석 시스템.The method of claim 7, wherein the optical fiber unit,
a first optical fiber connecting the first light source and the reaction unit; and
A real-time biological tissue analysis system comprising a plurality of second optical fibers connecting the sensing unit and the reaction unit, the plurality of second optical fibers being arranged to surround the first optical fiber.
몸체;
상기 몸체의 중심에 배치되고, 상기 형광 신호를 발생시키기 위한 광을 상기 생체조직에 전달하는 제2 광원부;
상기 제2 광원부 주변에 배치되고, 상기 형광 신호를 감지하되, 상기 중첩 파장 지점을 기준으로 차단된 형광 신호를 감지하는 감지 유닛; 및
상기 제2 광원부 및 상기 감지 유닛 하단에 위치하여, 상기 감지 유닛에서 감지된 상기 형광 신호의 전도도 차이를 비율로 출력하는 회로부를 포함하는 실시간 생체조직 분석 시스템.According to claim 1, wherein the biological tissue analysis unit,
body;
a second light source disposed at the center of the body and transmitting light for generating the fluorescence signal to the living tissue;
a sensing unit disposed around the second light source and detecting the fluorescence signal, the fluorescence signal being blocked based on the overlapping wavelength point; and
and a circuit part located below the second light source part and the detection unit and outputting a difference in conductivity of the fluorescence signal detected by the detection unit as a ratio.
상기 몸체 상부에 배치되고, 상기 중첩 파장 지점에 해당하는 파장을 필터링 하기 위한 필터; 및
상기 필터 하부에 배치되고, 상기 필터를 통해 입사된 상기 형광 신호를 센싱하기 위한 형광 센서를 포함하는 실시간 생체조직 분석 시스템.10. The method of claim 9, wherein the sensing unit,
a filter disposed on the body and configured to filter a wavelength corresponding to the overlapping wavelength point; and
and a fluorescence sensor disposed under the filter and configured to sense the fluorescence signal incident through the filter.
상기 필터는 상기 형광 센서에 입사되는 상기 형광 신호의 광량이 각각 다르도록 형성되는 것인 실시간 생체조직 분석 시스템.11. The method of claim 10,
The filter is a real-time biological tissue analysis system that is formed so that the amount of light of the fluorescence signal incident on the fluorescence sensor is different.
상기 형광정보 수집부 또는 상기 생체조직 분석부는 상기 생체조직을 측정시, 상기 생체조직에 접촉되도록 배치하는 것인 실시간 생체조직 분석 시스템.According to claim 1,
The fluorescence information collection unit or the biological tissue analysis unit is a real-time biological tissue analysis system that is arranged to be in contact with the biological tissue when measuring the biological tissue.
상기 감지 유닛의 개수는 상기 중첩 파장 지점의 개수와 동일한 개수를 갖는 것인 실시간 생체조직 분석 시스템.10. The method of claim 9,
The number of the sensing units is the same number as the number of overlapping wavelength points in a real-time biological tissue analysis system.
상기 감지 유닛은 상기 제2 광원부로부터 동일한 거리가 이격되도록 각각 배치되는 것인 실시간 생체조직 분석 시스템.14. The method of claim 13,
The sensing unit is a real-time biological tissue analysis system that is respectively arranged to be spaced the same distance from the second light source unit.
기판;
상기 기판 상에 형성되고, IDT구조로 형성된 전극; 및
상기 전극 상에 형성되고, 지그재그 형상으로 형성된 산화아연 나노로드(ZnO Nanorods)층을 포함하는 실시간 생체조직 분석 시스템.The method of claim 10, wherein the fluorescent sensor,
Board;
an electrode formed on the substrate and formed in an IDT structure; and
A real-time biological tissue analysis system comprising a zinc oxide nanorod (ZnO Nanorods) layer formed on the electrode and formed in a zigzag shape.
상기 감지 유닛의 개수와 동일한 개수를 갖고, 서로 병렬로 연결된 형광 센서 저항; 및
상기 형광 센서 저항과 대응되도록 상기 형광 센서 저항과 각각 직렬로 연결된 로드 저항을 포함하고,
상기 형광 센서 저항 및 상기 로드 저항은 상기 감지 유닛에서 각각 감지된 상기 형광 신호의 전도도 차이를 출력하기 위해 휘스톤 브리지(Wheatstone Bridge) 형태를 갖는 것인 실시간 생체조직 분석 시스템.10. The method of claim 9, wherein the circuit unit,
a fluorescent sensor resistor having a number equal to the number of the sensing units and connected in parallel to each other; and
and a load resistor connected in series with the fluorescent sensor resistor to correspond to the fluorescent sensor resistor,
The fluorescence sensor resistance and the load resistance have a shape of a Wheatstone bridge in order to output a difference in conductivity of the fluorescence signal sensed by the sensing unit, respectively.
상기 파장별로 측정된 형광 신호들의 각 피크 신호가 중첩되는 중첩영역의 피크(peak)인 중첩 파장 지점을 설정하는 단계;
상기 중첩 파장 지점에 대한 형광 신호 비율 정보를 제어부를 통해 저장하는 단계; 및
상기 저장된 형광 신호 비율 정보를 기반으로 생체조직 분석부를 통해 상기 형광 신호의 파장을 필터링하여 실시간으로 생체조직의 종류를 판별하는 단계를 포함하는 생체조직 분석 시스템의 분석방법.Measuring a unique fluorescence signal according to the type of biological tissue by wavelength through a detection unit after spectroscopy using the first light source unit of the fluorescence information collection unit;
setting an overlapping wavelength point that is a peak of an overlapping region where each peak signal of the fluorescence signals measured for each wavelength overlaps;
storing the fluorescence signal ratio information with respect to the overlapping wavelength point through a controller; and
and filtering the wavelength of the fluorescence signal through a biological tissue analyzer based on the stored fluorescence signal ratio information to determine the type of biological tissue in real time.
상기 파장별로 측정된 형광 신호의 피크 신호가 중첩되는 중첩영역의 피크를 확인하는 단계;
상기 중첩영역의 피크 중 가장 먼저 형성된 중첩영역의 피크에 해당하는 기준 중첩 지점을 설정하는 단계; 및
상기 기준 중첩 지점 이후에 형성된 중첩영역의 피크들에 해당하는 부분 중첩 지점들을 설정하는 단계를 더 포함하는 생체조직 분석 시스템의 분석방법.The method of claim 17, wherein the setting of the overlapping wavelength point comprises:
checking a peak of an overlapping region where a peak signal of the fluorescence signal measured for each wavelength overlaps;
setting a reference overlapping point corresponding to the peak of the overlapping area formed first among the peaks of the overlapping area; and
The analysis method of a biological tissue analysis system further comprising the step of setting partial overlapping points corresponding to peaks of the overlapping region formed after the reference overlapping point.
상기 기준 중첩 지점을 기준으로 광을 차단하여 전체 형광 신호를 수집하는 단계;
상기 부분 중첩 지점들을 기준을 광을 차단하여 부분 형광 신호를 수집하는 단계; 및
상기 전체 형광 신호에 대한 상기 부분 형광 신호의 비율 차이를 추출하여 저장하는 단계를 더 포함하는 생체조직 분석 시스템의 분석방법.The method of claim 18, wherein the storing of the fluorescent signal information comprises:
collecting a total fluorescence signal by blocking light based on the reference overlapping point;
collecting a partial fluorescence signal by blocking light based on the partial overlapping points; and
The analysis method of a living tissue analysis system further comprising the step of extracting and storing the difference in the ratio of the partial fluorescence signal to the total fluorescence signal.
제2 광원부를 통해 상기 생체조직에 광을 조사하고, 상기 생체조직에서 여기된 형광 신호를 감지유닛을 통해 감지하는 단계;
상기 감지된 형광 신호를 상기 중첩 파장 지점을 기준으로 필터링하여 형광 센서를 통해 센싱하는 단계; 및
상기 센싱된 형광 신호를 회로부를 통해 상기 저장된 형광 신호 정보와 비교하여 생체조직의 종류를 판별하는 단계를 더 포함하는 생체조직 분석 시스템의 분석방법.The method of claim 17, wherein the step of determining the type of biological tissue in real time using the biological tissue analysis unit comprises:
irradiating light to the biological tissue through a second light source unit, and detecting a fluorescence signal excited from the biological tissue through a sensing unit;
filtering the sensed fluorescent signal based on the overlapping wavelength point and sensing the detected fluorescent signal through a fluorescent sensor; and
Comparing the sensed fluorescence signal with the stored fluorescence signal information through a circuit unit, further comprising the step of determining a type of biological tissue.
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| JP3881143B2 (en) | 1999-11-02 | 2007-02-14 | 富士フイルムホールディングス株式会社 | Fluorescence display method and apparatus |
| JP2011177419A (en) | 2010-03-03 | 2011-09-15 | Olympus Corp | Fluorescence observation device |
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2019
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