KR102498594B1 - Method for measuring multi-spectral properties of tissue and system therefor - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for measuring multi-wavelength spectral signals of biological tissues and a system thereof, and more specifically, to a method for measuring multi-wavelength spectral signals of biological tissues and a system thereof, which irradiate multi-wavelength excitation light to biological tissues and measure multi-wavelength spectral signals emitted from the biological tissues to quantify autofluorescent substances in the biological tissues, but remove a large amount of excitation light reflected from a tissue surface and pigments in the tissues, and correct light interference caused by the pigments in tissues, so that the accuracy of quantification of autofluorescent substances is increased.

Description

생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법 및 그 시스템{Method for measuring multi-spectral properties of tissue and system therefor}Method for measuring multi-spectral spectral signal of biological tissue and its system

본 발명은 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생체조직에 다파장 여기광을 조사하고 생체조직으로부터 방출되는 다파장 분광신호를 측정하여 조직 내 자가형광 물질을 정량화하되, 조직 표면에서 반사되는 다량의 여기광을 제거하고, 조직 내 색소에 의한 광간섭을 보정하여, 자가형광 물질 정량의 정확성이 높아지는 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for measuring multi-wavelength spectral signals of biological tissue, and more particularly, to a biological tissue by irradiating multi-wavelength excitation light and measuring multi-wavelength spectral signals emitted from the biological tissue to autofluorescent material in tissue. A multi-wavelength spectroscopic signal measurement method and system for quantifying a biological tissue, which removes a large amount of excitation light reflected from the tissue surface and corrects light interference caused by pigments in the tissue, thereby increasing the accuracy of quantification of an autofluorescent substance. will be.

현재, 체내조직에 축적되는 최종당화산물은 당뇨합병증, 알츠하이머 등 다양한 질병의 바이오마커로 판단되고 있다. 전통적으로 생체조직의 최종당화산물의 정량 방법은 면역분석법 및 피부 자가형광 측정을 통해 시행되고 있다. 면역 분석법의 경우 조직 샘플을 채취한 후 항원-항체 반응, 효소반응 등 복잡한 프로세스를 진행해야 하며, 비침습적 방법으로 시행이 불가능하다. Currently, advanced glycation products accumulated in body tissues are considered as biomarkers for various diseases such as diabetic complications and Alzheimer's disease. Traditionally, methods for quantifying advanced glycation end products in biological tissues have been performed through immunoassay and skin autofluorescence measurement. In the case of immunoassay, complex processes such as antigen-antibody reaction and enzymatic reaction must be performed after tissue samples are taken, and it is impossible to perform in a non-invasive way.

면역분석법에 비해 최종당화산물의 자가형광특성을 이용한 광학적 측정 방식은 조직 샘플의 채취와 항원-항체 반응 등 복잡한 프로세스를 수반하지 않아, 비침습적으로 최종 당화산물의 조직 내 농도를 정량화할 수 있어 널리 사용되고 있다.Compared to the immunoassay method, the optical measurement method using the autofluorescence properties of advanced glycation end products does not involve complicated processes such as tissue sample collection and antigen-antibody reaction, so it is possible to quantify the concentration of advanced glycation end products in tissues non-invasively and is widely used. It is being used.

이에 광섬유를 기반으로 여기광을 조사하고 분광하는 최종당화산물의 광학신호 측정 장치가 공개된 바 있으나, 여기광이 조사되는 위치와 형광이 발현되는 위치를 동일하게 할 수 없어 정확도가 떨어지고, 광신호 손실이 크며, 고가의 분광장치가 필요하다는 문제점이 있었다.Accordingly, an optical signal measuring device for advanced glycation end products that irradiates and spectroscopy excitation light based on an optical fiber has been disclosed. There was a problem that the loss was large and an expensive spectroscopic device was required.

그러나 생체조직 표면과 내부에서의 광반사 특성 및 인종 별 멜라닌 등의 피부색소 농도 차이에 따라 여기광의 흡광 특성이 변화되고, 이는 정확한 최종당화산물 정량화를 방해한다. 피부 표면에서 굴절률의 차이로 인한 표면 산란은 자가형광 측정을 위한 여기광의 피부 침투를 방해하므로, 진피층 상에 존재하고 자가 형광성을 띠는 최종당화산물의 형광 여기를 위한 충분한 광전달을 방해한다. 이는 자가형광값과 무관한 광잡음 신호대비 낮은 형광값을 초래하여, 정확한 자가형광 측정을 방해하게 된다. 또한 피부 진피층 내에 존재하는 멜라닌 등 피부 색소는 최종당화산물 정량화를 위한 여기광 및 여기에 따른 자가 형광을 흡수하여, 피부 색소량에 따라 자가형광값의 부정확한 측정을 야기한다. However, the absorption characteristics of the excitation light change according to the light reflection characteristics on the surface and inside of biological tissue and the difference in the concentration of skin pigments such as melanin by race, which hinders accurate quantification of advanced glycation end products. Surface scattering due to the difference in refractive index at the skin surface hinders penetration of excitation light for autofluorescence measurement into the skin, and thus hinders sufficient light transmission for fluorescence excitation of advanced glycation end products that are present on the dermal layer and exhibit autofluorescence. This results in a low fluorescence value compared to the light noise signal, which is unrelated to the autofluorescence value, and prevents accurate autofluorescence measurement. In addition, skin pigments such as melanin present in the skin dermal layer absorb excitation light for quantification of advanced glycation end products and autofluorescence according to excitation, resulting in inaccurate measurement of autofluorescence values according to the amount of skin pigments.

등록번호 제 10-1097399호 (2011.12.15)Registration No. 10-1097399 (2011.12.15)

생체조직의 광학신호를 측정하여 최종당화산물과 같은 생체조직 내 자가형광 물질을 정량화하는 선행기술이 있으나, 피부 색소가 적은 백인 위주에 맞춰 개발되어, 유색인종에 대하여 측정이 불가능하거나, 가능하더라도 멜라닌 색소 농도가 낮은 조직에 대하여만 적용할 수 있었으며, 그 마저도 부정확한 측정이 될 가능성이 높았다.Although there is a prior art for quantifying autofluorescent substances in biological tissues such as advanced glycation end products by measuring the optical signals of biological tissues, it was developed mainly for Caucasians with less pigmented skin, so it is impossible to measure melanin for people of color, or even if possible, melanin It could only be applied to tissues with low pigment concentration, and even that was highly likely to be an inaccurate measurement.

또한, 자가형광을 발생시키기 위해 조사되는 여기광은 조직 표면에서 다수 산란되어 조직 내부로 침투하지 못하기 때문에, 여기광 조사량 대비 자가형광 값을 이용한 정량화는 부정확성이 높았다. In addition, since the excitation light irradiated to generate autofluorescence is largely scattered on the surface of the tissue and does not penetrate into the tissue, quantification using the autofluorescence value versus the amount of excitation light irradiation is highly inaccurate.

또한, 조직 내부로 여기광이 침투하더라도 산란되어 측정되지 못하는 자가형광 역시 조직 내 자가형광 물질 정량의 부정확성을 높이는 요인이었다.In addition, autofluorescence, which is scattered and cannot be measured even when excitation light penetrates into the tissue, is also a factor that increases the inaccuracy of quantification of the autofluorescent material in the tissue.

이에 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 생체조직 표면에서 산란되어 조직 내부로 침투하지 못하는 여기광을 제거하고, 조직 색소의 광간섭 및 조직 내부에서의 자가형광 산란을 보정하여 생체조직 내 자가형광 물질을 보다 정확하게 정량할 수 있는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법 및 그 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and removes excitation light that is scattered on the surface of biological tissue and does not penetrate into the tissue, and corrects light interference of tissue pigment and scattering of autofluorescence inside tissue. It is an object of the present invention to provide a multi-wavelength spectroscopic signal measurement method and system capable of more accurately quantifying an autofluorescent substance in a biological tissue by doing so.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 조직 샘플의 다파장 분광신호를 측정하는 방법으로서,According to one aspect of the present invention for solving the above problems, as a method for measuring multi-wavelength spectral signals of a tissue sample,

조직 샘플에 선형 편광성을 갖는 다파장 광을 조사한 후, 상기 샘플 내부로부터 방출되는 다파장 광 신호 및 자가형광 신호를 측정하는 것을 특징으로 하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법이 제공된다.A method for measuring multi-wavelength spectroscopic signals of a biological tissue is provided, which is characterized by irradiating a tissue sample with multi-wavelength light having linear polarization and then measuring a multi-wavelength light signal and an autofluorescence signal emitted from the inside of the sample.

바람직하게는, 상기 측정은, 상기 조직 샘플에 조사된 다파장 광과 동일한 선형 편광성을 갖지 않는 다파장 광 신호 및 자가형광 신호를 측정하는 것인, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법이 제공된다.Preferably, the measurement is provided by a method for measuring multi-wavelength spectral signals of biological tissues, wherein the multi-wavelength light signal and autofluorescence signal that do not have the same linear polarization as the multi-wavelength light irradiated to the tissue sample are measured. do.

바람직하게는, 상기 선형 편광성을 갖는 다파장 광을 집속하여 상기 조직 샘플에 조사하는 것을 특징으로 하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법이 제공된다.Preferably, a method for measuring multi-wavelength spectral signals of biological tissue is provided, characterized in that the multi-wavelength light having linear polarization is focused and irradiated to the tissue sample.

바람직하게는, 상기 자가형광의 파장과 동일한 파장이고, 선형 편광성을 갖는 래퍼런스광을 상기 조직 샘플에 조사한 후, 상기 샘플 내부로부터 방출되고 상기 래퍼런스광과 동일한 선형 편광성을 갖지 않는 래퍼런스광 신호를 측정하는 것을 더 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법이 제공된다.Preferably, after irradiating the tissue sample with reference light having the same wavelength as the autofluorescence and having linear polarization, a reference light signal emitted from the inside of the sample and not having the same linear polarization as the reference light is generated. There is provided a method for measuring multi-wavelength spectral signals of biological tissue, further comprising measuring.

바람직하게는, 상기 조직 샘플에 조사되는 다파장 광 및 래퍼런스광은 편광 거울에 반사되어 광경로에 대하여 수직인 방향으로 상기 조직 샘플에 조사되고,Preferably, the multi-wavelength light and the reference light irradiated to the tissue sample are reflected by a polarizing mirror and irradiated to the tissue sample in a direction perpendicular to an optical path;

상기 조직 샘플 표면에서 정반사되어 상기 다파장 광 및 래퍼런스광과 동일한 선형 편광성을 갖는 다파장 광의 신호 및 래퍼런스광의 신호는 상기 편광 거울에 반사되어 제거되는 것을 특징으로 하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법이 제공된다.Characterized in that the signal of the multi-wavelength light and the signal of the reference light having the same linear polarization as the multi-wavelength light and the reference light by regular reflection from the surface of the tissue sample are reflected by the polarization mirror and removed, A measurement method is provided.

바람직하게는, 상기 샘플 내부로부터 방출되는 신호는 파장별로 분광되어 서로 다른 영역에서 측정되는 것을 특징으로 하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법이 제공된다.Preferably, a method for measuring multi-wavelength spectral signals of biological tissues is provided, characterized in that signals emitted from the inside of the sample are separated by wavelength and measured in different regions.

바람직하게는, 상기 조직 샘플에 조사되는 다파장 광은, UV 대역의 파장을 갖는 단수의 광 및 가시대역의 파장을 갖는 복수의 광을 포함하는 것을 특징으로 하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법이 제공된다.Preferably, the multi-wavelength light irradiated to the tissue sample includes a single light having a wavelength in the UV band and a plurality of lights having a wavelength in the visible band. A method is provided.

바람직하게는, 상기 UV 대역의 파장을 갖는 단수의 광 신호 측정값 및 상기 자가형광 신호 측정값에 의하여 조직 샘플 내 자가형광 물질을 정량화하는 것을 더 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법이 제공된다.Preferably, a multi-wavelength spectroscopic signal measurement method of biological tissue further comprising quantifying an autofluorescent substance in a tissue sample by the measured value of a single optical signal having a wavelength in the UV band and the measured value of the autofluorescence signal Provided.

바람직하게는, 상기 편광 거울에 의해 제거되는 광량이 제외된 상기 가시대역의 파장을 갖는 복수의 광의 조사량 대비 가시대역 파장의 복수의 광 신호 측정값에 의하여 조직 샘플 내 자가형광 물질의 정량값을 보정하는 것을 더 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법이 제공된다.Preferably, the quantitative value of the autofluorescent material in the tissue sample is corrected by measuring the plurality of light signals of visible band wavelengths against the irradiation amount of the plurality of lights having wavelengths in the visible band excluding the amount of light removed by the polarization mirror. There is provided a method for measuring multi-wavelength spectroscopic signals of biological tissue, further comprising doing.

바람직하게는, 상기 편광 거울에 의해 제거되는 광량이 제외된 상기 래퍼런스광의 조사량 대비 래퍼런스광 신호 측정값에 의하여 조직 샘플 내 자가형광 물질의 정량값을 보정하는 것을 더 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법이 제공된다.Preferably, multi-wavelength spectroscopy of biological tissue further comprising correcting the quantitative value of the autofluorescent material in the tissue sample by the measured value of the reference light signal compared to the irradiation amount of the reference light excluding the amount of light removed by the polarization mirror. A signal measurement method is provided.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 서로 다른 파장의 조사광을 출력하는 다파장 광원부;According to another aspect of the present invention, a multi-wavelength light source unit outputting irradiation light of different wavelengths;

상기 서로 다른 파장의 조사광에 선형 편광성을 부여하여 조직 샘플에 조사하는 편광 광학부; 및a polarization optical unit for imparting linear polarization to the irradiation light having different wavelengths and radiating the irradiated light to the tissue sample; and

상기 조직 샘플 내부로부터 방출되어 편광 광학부를 통과한 다파장 광 및 자가형광을 서로 분리하여 센싱하는 다파장 광학신호 센싱부:를 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 시스템이 제공된다.There is provided a multi-wavelength spectroscopic signal measurement system of living tissue including: a multi-wavelength optical signal sensing unit that separates and senses multi-wavelength light and autofluorescence emitted from the inside of the tissue sample and passing through the polarization optical unit.

바람직하게는, 상기 다파장 광원부는,Preferably, the multi-wavelength light source unit,

복수의 백색 광원 및 상기 백색 광원에 각각 대응하는 서로 다른 파장영역의 필터를 포함하거나, 서로 다른 파장 영역의 복수의 광원을 포함하는, 2차원 어레이 광원; 및a two-dimensional array light source including a plurality of white light sources and filters of different wavelength regions respectively corresponding to the white light sources, or including a plurality of light sources of different wavelength regions; and

상기 2차원 어레이 광원에서 방출된 서로 다른 파장의 조사광을 집속하여 상기 편광 광학부로 전달하는 집속 광학계:를 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 시스템이 제공된다.There is provided a system for measuring multi-wavelength spectroscopic signals of biological tissue, including: a focusing optical system for concentrating irradiation light of different wavelengths emitted from the two-dimensional array light source and transmitting the focused light to the polarization optical unit.

바람직하게는, 상기 편광 광학부는,Preferably, the polarization optical unit,

상기 조사광에 선형 편광성을 부여하는 선형편광판;a linear polarizer for imparting linear polarization to the irradiated light;

상기 선형 편광성을 갖지 않는 광은 투과시키고, 상기 선형 편광성을 갖는 광은 반사시켜 상기 조직 샘플에 조사하는 편광거울; 및a polarization mirror for transmitting the light having no linear polarization and reflecting the light having the linear polarization to irradiate the tissue sample; and

상기 조직 샘플 내부로부터 방출되고, 상기 조사광과 동일한 선형 편광성을 갖지 않는 광을 통과시키는 회전 편광판:을 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 시스템이 제공된다.There is provided a system for measuring multi-wavelength spectroscopic signals of a biological tissue including: a rotating polarizer for passing light emitted from the inside of the tissue sample and not having the same linear polarization as the irradiation light.

바람직하게는, 상기 다파장 광학신호 센싱부는,Preferably, the multi-wavelength optical signal sensing unit,

상기 편광 광학부를 통과한 다파장 광 및 자가형광을 집속하여 동일한 광경로를 갖게 하는 대물렌즈;an objective lens that focuses the multi-wavelength light and autofluorescence passing through the polarization optical unit to have the same optical path;

상기 대물렌즈에 의해 집속된 다파장 광 및 자가형광을 파장 영역에 따라 공간적으로 분할하여 분광하는 분광모듈 어레이; 및a spectroscopic module array that spatially divides and splits multi-wavelength light and autofluorescence focused by the objective lens according to wavelength regions; and

상기 분광모듈 어레이에 의해 분광된 다파장 광 및 자가형광 각각을 공간적으로 분할하여 센싱하는 광신호 센서:를 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 시스템이 제공된다.A system for measuring multi-wavelength spectral signals of biological tissue is provided, including: an optical signal sensor for spatially dividing and sensing each of the multi-wavelength light and autofluorescence split by the spectroscopic module array.

바람직하게는, 상기 다파장 광원부 및 상기 다파장 광학신호 센싱부를 제어하는 하드웨어 제어부를 더 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 시스템이 제공된다.Preferably, the multi-wavelength spectroscopic signal measurement system of living tissue further includes a hardware control unit controlling the multi-wavelength light source unit and the multi-wavelength optical signal sensing unit.

바람직하게는, 상기 다파장 광원부는,Preferably, the multi-wavelength light source unit,

상기 서로 다른 파장의 조사광을 출력하는 1차 시분할 조사 후, 상기 조직 샘플 내부로부터 방출되는 자가형광의 파장 범위의 광을 출력하는 2차 시분할 조사하는 것을 특징으로 하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 시스템이 제공된다.Characterized in that, after the first time-division irradiation for outputting irradiation light of different wavelengths, the second time-division irradiation for outputting light in the wavelength range of autofluorescence emitted from the inside of the tissue sample, multi-wavelength spectral signal of biological tissue A measurement system is provided.

바람직하게는, 상기 자가형광의 신호를 상기 1차 시분할 조사에 따라 센싱된 다파장 광 신호 및 상기 2차 시분할 조사에 따라 센싱된 광 신호에 의해 보정하여, 상기 조직 샘플 내 자가형광 물질을 정량화하는 신호처리부를 더 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 시스템이 제공된다.Preferably, the autofluorescence signal is corrected by the multi-wavelength light signal sensed according to the first time-division irradiation and the light signal sensed according to the second time-division irradiation to quantify the autofluorescence substance in the tissue sample There is provided a system for measuring multi-wavelength spectroscopic signals of biological tissue, further comprising a signal processing unit.

바람직하게는, 상기 자가형광의 신호, 다파장 광 신호, 2차 시분할 조사에 따른 광 신호 및 자가형광 물질의 정량값을 출력하는 출력부를 더 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 시스템이 제공된다.Preferably, the system for measuring multi-wavelength spectroscopic signals of biological tissue further includes an output unit for outputting the autofluorescence signal, the multi-wavelength light signal, the optical signal according to the second time-division irradiation, and the quantitative value of the autofluorescent material. do.

바람직하게는, 상기 편광거울은, 상기 조직 샘플 표면에서 정반사되어 상기 조사광과 동일한 선형 편광성을 갖는 광을 반사시켜 제거하는 것을 특징으로 하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 시스템이 제공된다.Preferably, the polarization mirror is provided with a system for measuring multi-wavelength spectroscopic signals of biological tissue, characterized in that the light having the same linear polarization as the irradiation light, which is specularly reflected from the surface of the tissue sample, is reflected and removed.

본 발명에 의하면, 생체 조직 표면에서 산란되는 여기광을 제거함으로써, 조직에 침투한 여기광 대비 자가형광을 측정할 수 있어 자가형광 물질량 측정에 대한 정확성이 높고 낮은 농도의 자가형광 물질 검출에도 효과적이다.According to the present invention, by removing the excitation light scattered from the surface of biological tissue, it is possible to measure the autofluorescence compared to the excitation light penetrating into the tissue, so that the measurement of the amount of the autofluorescent substance is highly accurate and the detection of the autofluorescent substance at a low concentration is also effective. .

또한, 조직샘플의 흡광특성 관측을 통해 멜라닌 등 조직 색소에 의한 광간섭을 보정할 수 있어 자가형광 물질 정량이 보다 정확하고, 유색인종에도 적용가능하며, 조직의 성질 및 형태에 구애받지 않고 적용 가능하다.In addition, light interference caused by tissue pigments such as melanin can be corrected through observation of the light absorption characteristics of tissue samples, so the quantification of autofluorescent substances is more accurate and applicable to people of color, regardless of the nature and shape of the tissue. do.

또한, 조직 내부에서 산란되어 센싱되지 않는 자가형광을 보정하여 자가형광 물질 정량이 보다 정확하다.In addition, by correcting autofluorescence that is scattered inside the tissue and not sensed, the quantification of the autofluorescent material is more accurate.

또한, 필요한 수의 다파장 여기광을 동시에 또는 짧은 시간동안 시분할적으로 조사하고 센싱할 수 있어, 다파장 광원 장치를 소형화할 수 있고, 비용이 절감되며, 다파장 여기광을 조사하는 과정을 보다 간편하고 신속하게 진행할 수 있고, 자가형광 신호를 정밀하게 보정할 수 있다.In addition, since the required number of multi-wavelength excitation light can be simultaneously or time-divisionally irradiated and sensed for a short period of time, the multi-wavelength light source device can be miniaturized, the cost can be reduced, and the process of irradiating the multi-wavelength excitation light can be made more efficient. It can be performed simply and quickly, and the autofluorescence signal can be precisely corrected.

또한, 조직에서 방출되는 다파장 분광신호를 파장별로 공간적으로 분할하여 서로 다른 영역에서 센싱할 수 있어 프리즘 기반의 분광기가 필요하지 않으므로, 다파장 광학신호 센싱 장치를 소형화할 수 있고, 비용이 절감되며, 광학신호를 처리하고 출력하는 과정을 보다 신속하게 처리할 수 있다. In addition, since multi-wavelength spectral signals emitted from tissue can be spatially divided by wavelength and sensed in different areas, a prism-based spectrometer is not required, so the multi-wavelength optical signal sensing device can be miniaturized and cost reduced. , the process of processing and outputting an optical signal can be processed more quickly.

또한, 다파장 광을 이용하여 비침습적으로 생체조직 내 자가형광물질을 정량화할 수 있다.In addition, it is possible to non-invasively quantify autofluorescent substances in living tissue using multi-wavelength light.

도 1에 본 발명의 일 실시예에 따른 생체조직 다파장 분광신호 측정 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 2에 본 발명의 일 실시예에 따른 생체조직 다파장 분광신호 측정 방법 및 그 시스템에서 다파장 광을 시분할적으로 조사하고, 조직샘플에서 방출되는 다파장 광 및 자가형광을 공간분할적으로 센싱하는 과정을 개략적으로 도시하였다.
도 3은 다파장 광학신호 센싱부의 분광모듈 어레이의 구조와 실제 구현 예를 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 분광모듈 어레이에서 분광되는 모습을 측면에서 도시한 것이다.
1 schematically shows a biological tissue multi-wavelength spectroscopic signal measurement system according to an embodiment of the present invention.
2, in the method and system for measuring multi-wavelength spectral signals in living tissue according to an embodiment of the present invention, multi-wavelength light is time-divisionally irradiated, and multi-wavelength light and autofluorescence emitted from a tissue sample are spatially sensed. The process is schematically shown.
3 illustrates a structure and an actual implementation example of a spectral module array of a multi-wavelength optical signal sensing unit.
FIG. 4 is a side view of a state in which light is split in the spectral module array of FIG. 3 .

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조 하여야만 한다.In order to fully understand the operational advantages of the present invention and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.Hereinafter, the configuration and operation of a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are marked with the same numerals as much as possible, even if they are displayed on different drawings.

도 1을 참조하여 본 발명에 따른 생체조직 다파장 분광신호 측정 시스템은, 다파장 광원부(110), 편광 광학부(120), 다파장 광학신호 센싱부(130), 신호처리부(140), 하드웨어 제어부(150) 및 출력부(160)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the biological tissue multi-wavelength spectroscopic signal measurement system according to the present invention includes a multi-wavelength light source unit 110, a polarization optical unit 120, a multi-wavelength optical signal sensing unit 130, a signal processing unit 140, hardware A control unit 150 and an output unit 160 may be included.

본 명세서에서 “다파장 분광신호”라 함은, 생체조직 내지 조직샘플에 조사된 다파장 조사광에 의해 생체조직 내지 조직샘플의 내부로부터 방출되는 다파장 광 신호 및 자가형광 신호를 분광하여 각 파장별로 센싱한 신호를 말한다.In the present specification, “multi-wavelength spectroscopic signal” refers to a multi-wavelength light signal and an autofluorescence signal emitted from the inside of a biological tissue or tissue sample by the multi-wavelength irradiation light irradiated to the biological tissue or tissue sample, and spectroscopy for each wavelength. It refers to a signal that is not very sensed.

다파장 광원부(110)는 서로 다른 파장의 다파장 조사광을 출력하고, 구체적으로 UV 대역 내지 가시대역의 범위에서 동시에 또는 시분할적으로 다파장 광을 출력할 수 있고, 예를 들면, 다파장 광을 출력하는 1차 시분할 조사한 후, 하나의 파장을 갖는 광(이하, 단(單)파장 광)을 출력하는 2차 시분할 조사할 수 있다.The multi-wavelength light source unit 110 outputs multi-wavelength irradiation light of different wavelengths, and specifically, can simultaneously or time-divisionally output multi-wavelength light in the range of the UV band to the visible band. For example, the multi-wavelength light After the first time-division irradiation for outputting , the second time-division irradiation for outputting light having one wavelength (hereinafter referred to as short-wavelength light) may be performed.

1차 시분할 조사되는 다파장 광은, 다파장 광이 조사되는 조직 샘플 내의 자가형광 물질을 여기시켜 자가형광을 방출하게 하는 UV 대역의 파장을 갖는 단수의 광으로서 형광여기광 및, 2 이상의 가시대역 파장을 갖는 복수의 광을 포함할 수 있다. 가시대역의 복수의 광은 멜라닌 등 조직 샘플 내 색소에 의한 광간섭을 보정하기 위한 것으로, 조직 샘플에 침투한 다파장 광 중 일부와 조직 샘플에서 방출되는 다파장 광 및 자가형광 중 일부가 피부 색소에 흡수되어, 덜 발생하거나 발생되었으나 측정되지 못하는 자가형광을 보정하기 위하여 이용될 수 있다. 이때 가시대역 파장을 갖는 복수의 광을 많이 사용할수록 조직 색소에 의한 보정이 보다 정밀하게 이루어질 수 있다. 가시대역 파장을 갖는 복수의 광은, 조직 샘플에 백색광을 조사한 후, 흡광도가 높게 나타나는 파장대의 광을 선택하여 사용할 수 있다.The multi-wavelength light irradiated in the first time division is a single light having a UV band wavelength that excites the autofluorescent material in the tissue sample to which the multi-wavelength light is irradiated to emit autofluorescence, and includes fluorescence excitation light and two or more visible bands. It may include a plurality of lights having wavelengths. A plurality of lights in the visible band are for correcting light interference caused by pigments in a tissue sample, such as melanin. It can be used to correct for autofluorescence that is absorbed by and is less likely to occur or occur but cannot be measured. At this time, the more a plurality of lights having visible band wavelengths are used, the more precise the correction by the tissue pigment can be. A plurality of lights having visible band wavelengths may be used by irradiating white light to a tissue sample, and then selecting and using light of a wavelength band having high absorbance.

1차 시분할 조사 및 2차 시분할 조사는 조사시간을 설정하여 스위칭을 통해 조직 샘플에 여기광을 조사하는 것일 수 있다. 2차 시분할 조사되는 단파장 광은, 구체적으로 상기 형광여기광에 의하여 방출되는 자가형광이 나타내는 파장범위의 파장을 갖는 광인, 래퍼런스광을 포함할 수 있다. 이는 조직 내에서 방출되는 자가형광이 조직을 빠져나오기 전에 조직 내 다른 구성에 의하여 산란 또는 흡수되어 다파장 광학신호 센싱부에서 측정되지 않는 오차를 보정하기 위한 것이다. 래퍼런스광 조사를 1차 시분할과 분리하여 따로 진행하는 이유는, 래퍼런스광과 형광여기광에 의한 자가형광 파장 영역이 유사하여 그 둘을 분리하여 관측하기 어렵기 때문이다. The first time-division irradiation and the second time-division irradiation may irradiate the tissue sample with excitation light by setting an irradiation time and switching. The short-wavelength light that is irradiated in the second time division may include reference light, which is light having a wavelength within a wavelength range indicated by autofluorescence emitted by the fluorescence excitation light. This is to correct an error that is not measured by the multi-wavelength optical signal sensing unit because autofluorescence emitted from the tissue is scattered or absorbed by other components in the tissue before exiting the tissue. The reason why the reference light irradiation is separated from the first time division and proceeds separately is that the wavelength regions of the self-fluorescence by the reference light and the fluorescence excitation light are similar and it is difficult to separate and observe the two.

구체적으로, 당뇨, 당뇨합병증, 알츠하이머 또는 심혈관질환의 바이오마커가 되는 체내 최종당화산물(AGEs, Advanced glycation end-products)을 정량하는 경우에는, 약 350 내지 380 nm의 파장을 갖는 단수의 광을 조사하여 최종당화산물을 여기할 수 있고 이때 최종당화산물에서 방출되는 자가형광은 약 430 내지 470nm 파장범위의 파장을 가지며, 약 500 내지 700 nm의 파장범위에서 2 이상의 광을 조사하여 조직 샘플 내 색소에 의한 광간섭 효과를 보정할 수 있다. 이때 2차 시분할 조사 시에는 약 430 내지 470nm 파장범위의 파장을 갖는, 예를 들면 약 450nm의 파장을 갖는 단수의 광을 조사할 수 있다. 바람직하게는 1차 시분할 조사 시에 약 360 내지 380nm의 파장을 갖는 광, 약 500 내지 600nm 파장을 갖는 광 및 약 600 내지 700nm 파장을 갖는 광을 조사할 수 있고, 더욱 바람직하게는 약 365nm 파장을 갖는 광, 약 550nm 파장을 갖는 광 및 약 650nm 파장을 갖는 광을 조사할 수 있으며, 2차 시분할 시에 약 450nm 파장을 갖는 광을 조사할 수 있다. 이 외에도 자가형광을 나타낼 수 있는 조직 내 다양한 병변의 바이오마커를 정량화하기 위하여 그에 적합한 다파장 광을 선택하여 동시에 또는 시분할적으로 조사할 수 있다.Specifically, when quantifying advanced glycation end-products (AGEs) in the body, which are biomarkers of diabetes, diabetic complications, Alzheimer's or cardiovascular disease, a single light having a wavelength of about 350 to 380 nm is irradiated At this time, the autofluorescence emitted from the advanced glycation end product has a wavelength in the wavelength range of about 430 to 470 nm, and two or more lights are irradiated in the wavelength range of about 500 to 700 nm to induce pigment in the tissue sample. The effect of light interference can be corrected. In this case, in the case of secondary time-division irradiation, a single light having a wavelength of about 430 to 470 nm, for example, about 450 nm may be irradiated. Preferably, light having a wavelength of about 360 to 380 nm, light having a wavelength of about 500 to 600 nm, and light having a wavelength of about 600 to 700 nm may be irradiated during the first time-division irradiation, more preferably about 365 nm wavelength light having a wavelength of about 550 nm and light having a wavelength of about 650 nm may be irradiated, and light having a wavelength of about 450 nm may be irradiated during secondary time division. In addition, in order to quantify biomarkers of various lesions in tissues capable of exhibiting autofluorescence, multi-wavelength lights may be selected and irradiated simultaneously or time-divisionally.

다파장 광원부(110)는 복수의 백색 광원 및 상기 백색 광원에 각각 대응하는 서로 다른 파장영역의 필터를 포함하거나, 서로 다른 파장 영역의 복수의 광원을 포함하는 2차원 어레이 광원(111) 및, 상기 2차원 어레이 광원에서 방출된 서로 다른 파장의 광을 집속하여 상기 편광 광학부로 전달하는 집속 광학계(112)를 포함할 수 있다. The multi-wavelength light source unit 110 includes a plurality of white light sources and filters of different wavelength regions respectively corresponding to the white light sources, or a two-dimensional array light source 111 including a plurality of light sources of different wavelength regions, and It may include a focusing optical system 112 that focuses the light of different wavelengths emitted from the 2D array light source and transfers the focused light to the polarization optical unit.

1차 시분할 조사 및 2차 시분할 조사에 필요한 다파장 광의 수와 각 파장이 결정된 경우, 이에 해당하는 파장의 필터 또는 복수의 단파장 광원을 이용할 수 있다. 해당 파장 외의 다른 파장대의 빛을 출력하거나, 측정 및 계산할 때 이들을 처리할 필요가 없어 장비를 간소화 및 소형화할 수 있고, 자가형광물질 정량화 과정이 간단하고 신속하게 이루어질 수 있다. 상기 단파장 광원은 LED 또는 레이저 광원일 수 있다.When the number of multi-wavelength lights and each wavelength required for the first time-division irradiation and the second time-division irradiation are determined, a filter having a corresponding wavelength or a plurality of short-wavelength light sources may be used. There is no need to output light in a wavelength band other than the corresponding wavelength or to process them when measuring and calculating, so the equipment can be simplified and miniaturized, and the process of quantifying the autofluorescent material can be performed simply and quickly. The short-wavelength light source may be an LED or laser light source.

또한 복수의 필터 또는 광원을 사용함에 따라 1차 시분할 조사광 각각 및 2차 시분할 조사광은 광경로가 상이하게 되는데, 집속 광학계(112)를 통하여 광경로를 동일하게 해줌으로써, 각각의 조사광이 조사되는 조직 샘플의 위치가 동일해지고, 그에 따라 동일한 위치의 조직 샘플에 존재하는 자가형광 물질을 정량화할 수 있어 오차를 줄일 수 있다. 집속 광학계는 구체적으로 집속 렌즈를 사용할 수 있다.In addition, as a plurality of filters or light sources are used, each of the first time-division irradiation light and the second time-division irradiation light have different optical paths. The position of the irradiated tissue sample becomes the same, and accordingly, the autofluorescent substance present in the tissue sample at the same position can be quantified, thereby reducing errors. The focusing optical system may specifically use a focusing lens.

편광 광학부(120)는, 1차 시분할 조사 및 2차 시분할 조사 시에 다파장 광원부에서 출력되는 조사광에 선형 편광성을 부여하여 조직 샘플에 조사하고, 조직 샘플에서 방출되고 상기 조사광에 부여된 선형 편광성과 동일한 선형 편광성을 잃은 광을 통과시켜 다파장 광학신호 센싱부에 전달한다.The polarization optical unit 120 imparts linear polarization to the irradiated light output from the multi-wavelength light source unit during the first time-division irradiation and the second time-division irradiation, radiates the irradiated light to the tissue sample, and emits the irradiated light from the tissue sample and imparts it to the irradiated light. The light that loses the same linear polarization as the linear polarization is passed through and delivered to the multi-wavelength optical signal sensing unit.

편광 광학부(120)는, 다파장 광원부에서 출력되는 광에 선형 편광성을 부여하는 선형편광판(121)과, 상기 선형 편광성을 갖지 않는 광은 투과시키고, 상기 선형 편광성을 갖는 광은 반사시켜 조직 샘플에 조사하는 편광거울(122) 및, 조직 샘플로부터 방출되고 상기 조사광과 동일한 선형 편광성을 갖지 않는 광을 통과시키는 회전 편광판(123)을 포함할 수 있다.The polarization optical unit 120 includes a linear polarization plate 121 that imparts linear polarization to light output from the multi-wavelength light source unit, transmits the light without linear polarization, and reflects the light with linear polarization. and a polarizing mirror 122 for irradiating the tissue sample by irradiating the tissue sample, and a rotating polarizer 123 for passing light emitted from the tissue sample and not having the same linear polarization as the irradiation light.

선형편광판(121)은 다파장 광원부에서 출력되는 광경로에 대하여 수직하여 설치되어, 선형 편광성을 갖는 광만 편광거울에 전달한다. The linear polarizer 121 is installed perpendicularly to the light path output from the multi-wavelength light source unit, and transmits only light having linear polarization to the polarization mirror.

편광거울(122)은 광경로에 대하여 45°반사각을 갖도록 놓여, 상기 선형 편광성을 갖는 광이 광경로에 대하여 수직으로 꺾여 조직 샘플에 조사될 수 있도록 한다. 이때 선형 편광성을 갖지 않는 광은 그대로 투과되어 조직 샘플에 조사되지 않도록 한다. 조직 샘플에 조사된 광 중 다량은 조직 표면에서 산란 내지 정반사되고 이들은 조사광과 동일한 선형 편광성을 유지하게 되는데, 이들 중 다시 편광거울에 도달한 광은 선형편광판 측으로 반사되어 제거될 수 있다. 조사광과 동일한 선형 편광성을 유지하는 조직 표면 산란광은 조직 내 자가형광 물질 정량화에 있어 방해요소가 되므로 이들을 제거함으로써, 조직에 침투한 광 대비 자가형광량, 즉 높은 잡음 대비 신호비를 확보할 수 있게 되고, 이로써 보다 정확하게 자가형광 물질을 정량화할 수 있으며, 보다 민감하게 자가형광 물질 변화량을 감지할 수 있고, 낮은 농도의 자가형광 물질 검출에도 효과적이다.The polarization mirror 122 is placed to have a reflection angle of 45° with respect to the optical path, so that the linearly polarized light is bent vertically with respect to the optical path and irradiated to the tissue sample. At this time, the light without linear polarization is transmitted as it is and is not irradiated to the tissue sample. A large amount of the light irradiated to the tissue sample is scattered or specularly reflected from the surface of the tissue and maintains the same linear polarization as that of the irradiated light. Tissue surface scattered light that maintains the same linear polarization as the irradiation light is an obstacle to quantification of autofluorescent substances in tissue, so by removing them, it is possible to secure a high signal-to-noise ratio, i.e., the amount of autofluorescence compared to the light penetrating into the tissue. Therefore, it is possible to more accurately quantify the autofluorescent material, more sensitively detect the amount of change in the autofluorescent material, and is effective in detecting a low concentration of the autofluorescent material.

회전 편광판(123)은 편광거울 상부에, 조직 샘플에서 방출되는 광경로에 대하여 수직하여 설치된다. 조직 샘플 내부로부터 방출되고 상기 조사광과 동일한 선형 편광성을 갖지 않는 다파장 광 및 자가형광을 통과시켜 다파장 광학신호 센싱부에 전달한다. 이때 조사광과 동일한 선형 편광성을 가짐에도 편광거울을 투과한 일부 광을 추가로 제거해줄 수 있다.The rotating polarizer 123 is installed perpendicular to the optical path emitted from the tissue sample above the polarizing mirror. Multi-wavelength light and autofluorescence emitted from the inside of the tissue sample and not having the same linear polarization as the irradiation light are transmitted to the multi-wavelength optical signal sensing unit. In this case, some light transmitted through the polarization mirror may be additionally removed even though it has the same linear polarization as the irradiation light.

다파장 광학신호 센싱부(130)는 편광 광학부를 통과한 다파장 광 및 자가형광을 서로 분리하여 그 세기와 흡광정도를 센싱할 수 있다. 다파장 광학신호 센싱부는. 편광 광학부를 통과한 다파장 광 및 자가형광을 집속하여 동일한 광경로를 갖게 하는 대물렌즈(131)와, 대물렌즈에 의해 집속된 다파장 광 및 자가형광을 파장 영역에 따라 공간적으로 분할하여 분광하는 분광모듈 어레이(132) 및 분광모듈 어레이에 의해 분광된 다파장 광 및 자가형광 각각을 공간적으로 분할하여 센싱하는 광신호 센서(133)를 포함할 수 있다.The multi-wavelength optical signal sensing unit 130 separates multi-wavelength light and autofluorescence that have passed through the polarization optical unit, and senses their intensity and absorption degree. Multi-wavelength optical signal sensing unit. An objective lens 131 that focuses multi-wavelength light and autofluorescence that have passed through the polarization optical unit to have the same optical path, and spatially divides and splits the multi-wavelength light and autofluorescence focused by the objective lens according to the wavelength region It may include a spectral module array 132 and an optical signal sensor 133 that spatially divides and senses the multi-wavelength light and autofluorescence that are split by the spectral module array.

대물렌즈(131)는 조직 내에서 방출되는 과정에서 다파장 광 및 자가형광의 광경로가 상이해진 것을 동일한 광경로를 갖게 한 후, 분광모듈에 전달해준다.The objective lens 131 transmits the different optical paths of the multi-wavelength light and autofluorescence to the same optical path in the process of being emitted from the tissue, and then to the spectroscopic module.

분광모듈 어레이(132)는 복수의 분광모듈을 어레이 형태로 결합한 것이다. 각 분광모듈은 45°반사각을 갖는 거울 및 45°반사각을 갖는 분광거울을 포함하며, 대물렌즈에서 집광된 다파장 광이 이색성(Dichroic)을 갖는 분광거울면에 45°를 이루어 입사하면, 특정 파장의 광만이 투과되어 이에 상응하는 광센서에 전달되고, 그 외 파장의 광들은 광경로에 대하여 수직하게 반사되어 거울면에 45°를 이루어 입사한 후, 다른 분광모듈의 분광거울면에 입사하게 된다. 따라서 조직 샘플 내부에서 방출되는 다파장 광 및 자가형광의 파장에 맞추어 각 분광모듈의 분광거울이 설치되고, 그에 따라 공간을 분할하여 분광되며, 다파장 분광신호는 분광된 위치에 설치된 개별 광센서들에 의해 파장별로 센싱될 수 있다. (도 3 및 4 참고)The spectroscopic module array 132 is a combination of a plurality of spectroscopic modules in an array form. Each spectroscopic module includes a mirror having a 45° reflection angle and a spectroscopic mirror having a 45° reflection angle. Only the light of the wavelength is transmitted and transmitted to the corresponding optical sensor, and the light of other wavelengths is reflected perpendicularly to the optical path and enters the mirror surface at an angle of 45°, and then enters the spectroscopic mirror surface of the other spectroscopic module. do. Therefore, a spectroscopic mirror of each spectroscopic module is installed according to the wavelengths of multi-wavelength light and autofluorescence emitted from the inside of the tissue sample, and the space is divided accordingly, and the multi-wavelength spectral signal is separated from the individual optical sensors installed at the spectral position. It can be sensed for each wavelength by (See Figures 3 and 4)

광신호 센서(133)는 구체적으로 광센서 어레이 또는 단일이미지 센서를 사용할 수 있다. 광센서 어레이는 복수의 광센서를 어레이 형태로 결합한 것으로서, 분광된 각 파장마다 그에 상응하는 위치에 공간분할적으로 광센서가 설치될 수 있으며, 상기 광센서는 싱글 디텍터일 수 있다. 또한 광센서 어레이 대신 단일이미지 센서를 사용할 수 있으며, 이때 단일이미지 센서의 공간을 분할하여 분광된 각 파장 신호를 각기 다른 분면에서 동시에 측정할 수도 있다. 각 파장의 광량을 측정하여, 조직 내에 침투된 다파장 광의 광량, 조직에서 방출된 다파장 광의 광량 및 자가형광량, 그리고 멜라닌 등 조직 색소에 의한 흡광량 등을 산출할 수 있다.The optical signal sensor 133 may specifically use an optical sensor array or a single image sensor. An optical sensor array is a combination of a plurality of optical sensors in an array form, and an optical sensor may be spatially divided at a position corresponding to each of the divided wavelengths, and the optical sensor may be a single detector. In addition, a single image sensor can be used instead of an optical sensor array, and at this time, the space of the single image sensor can be divided and the divided wavelength signals can be simultaneously measured in different quadrants. By measuring the amount of light of each wavelength, the amount of light of multi-wavelength light penetrated into the tissue, the amount of light and autofluorescence of the multi-wavelength light emitted from the tissue, and the amount of light absorbed by tissue pigments such as melanin can be calculated.

광센서 어레이 내지 단일이미지 센서를 이용하여 공간분할적으로 광학 신호를 센싱하는 것은, 단일 파장의 광 신호를 개별적으로 센싱할 수 있어 자가형광 물질을 보다 정확하고 정밀하게 정량화할 수 있고, 다파장 광원부에서 동시에 또는 시분할적으로 광원을 조사하더라도 별도의 장치 변경 내지 설정 변경을 하지 않고도 자동적으로 광학 신호를 센싱할 수 있어 측정 과정이 간편하고 간소화된다.Sensing an optical signal in a spatial division using an optical sensor array or a single image sensor can individually sense an optical signal of a single wavelength, thereby more accurately and precisely quantifying an autofluorescent material, and a multi-wavelength light source unit. Even if the light source is irradiated simultaneously or time-divisionally, the optical signal can be automatically sensed without a separate device or setting change, simplifying and simplifying the measurement process.

하드웨어 제어부(150)는 2차원 어레이 광원 및 분광모듈 어레이를 시분할적으로 제어하고, 광원 장치 및 광신호 센서에 전원을 공급한다. 구체적으로 다파장 광원부에서 1차 시분할 조사 시 다파장 광을 동시에 또는 시분할적으로 조사할 수 있고, 1차 시분할 조사 후 2차 시분할 조사하는 것을 제어할 수 있다. 또한, 다파장 광학신호 센싱부를 통해 동시에 또는 시분할적으로 광학 신호를 센싱하는 것을 제어할 수 있다.The hardware controller 150 time-divisionally controls the 2D array light source and the spectral module array, and supplies power to the light source device and the optical signal sensor. Specifically, the multi-wavelength light source unit may simultaneously or time-divisionally radiate multi-wavelength light during the first time-division irradiation, and may control the second time-division irradiation after the first time-division irradiation. In addition, it is possible to control the sensing of optical signals simultaneously or time-divisionally through the multi-wavelength optical signal sensing unit.

신호처리부(140)는, 다파장 광학신호 센싱부를 통해 측정된 다파장 분광신호를 이용하여, 1차 시분할 조사에 따라 센싱된 다파장 광 신호 및 2차 시분할 조사에 따라 센싱된 광 신호에 의해 자가형광 신호를 보정하고, 조직 샘플 내 자가형광 물질을 정량화할 수 있다. The signal processing unit 140 uses the multi-wavelength spectral signal measured through the multi-wavelength optical signal sensing unit to generate the multi-wavelength optical signal sensed according to the first time-division irradiation and the optical signal sensed according to the second time-division irradiation. Fluorescent signals can be calibrated and autofluorescent substances in tissue samples can be quantified.

출력부(160)는 자가형광의 신호, 다파장 광 신호 및 2차 시분할 조사에 따른 광 신호와, 신호처리부에서 계산되는 조직 샘플 내 자가형광 물질의 정량값 내지 농도산출값 등을 출력할 수 있다. 출력부에서 출력되는 값들은 모바일 장치 연동 소프트웨어에 의하여 모바일 장치로 전달되어 출력될 수도 있다. 이에 따라 조직 샘플 내 자가형광 물질의 농도 변화를 연속적으로 실시간 디스플레이 및 모니터링이 가능하게 된다.The output unit 160 may output an autofluorescence signal, a multi-wavelength light signal, an optical signal according to secondary time-division irradiation, and a quantitative value or concentration calculated value of the autofluorescence substance in the tissue sample calculated by the signal processing unit. . Values output from the output unit may be transmitted to the mobile device and outputted by the mobile device interworking software. Accordingly, it is possible to continuously display and monitor the concentration change of the autofluorescent substance in the tissue sample in real time.

본 발명의 일 실시예에서 사용되는 조직 샘플은 환자의 팔, 다리 등 신체 일부의 피부 조직 또는, 환자로부터 채취된 침, 눈물, 땀 또는 다른 생체조직 또는, 이와 동등한 것을 포함할 수 있다.The tissue sample used in one embodiment of the present invention may include skin tissue of a patient's body part, such as an arm or leg, or saliva, tears, sweat, or other living tissue collected from a patient, or something equivalent thereto.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 생체조직의 다파장 분광신호 측정 시스템은 소형화되어 이동식 장치 또는 웨어러블(wearable) 기기로도 만들 수 있으며, 예를 들면 스마트워치 형태로 제공될 수 있다.In addition, the multi-wavelength spectroscopic signal measurement system of biological tissue according to an embodiment of the present invention can be miniaturized and made into a mobile device or a wearable device, and can be provided in the form of a smart watch, for example.

한편, 본 발명에 따른 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법은, 조직 샘플의 다파장 분광신호를 측정하는 방법으로서, 조직 샘플에 선형 편광성을 갖는 다파장 광을 조사한 후, 조직 샘플 내부로부터 방출되는 다파장 광 신호 및 자가형광 신호를 측정하는 것이다. 상기 측정은, 상기 조직 샘플에 조사된 다파장 광과 동일한 선형 편광성을 갖지 않는 다파장 광 신호 및 자가형광 신호를 측정하는 것이다. 다파장 광은 동시에 또는 시분할적으로 조사될 수 있고, 조사되는 다파장 광은 집속되어 조직 샘플의 동일한 위치에 조사될 수 있다.Meanwhile, the method for measuring multi-wavelength spectral signals of a biological tissue according to the present invention is a method for measuring multi-wavelength spectral signals of a tissue sample, wherein the tissue sample is irradiated with multi-wavelength light having linear polarization and then emitted from the inside of the tissue sample. It is to measure the multi-wavelength optical signal and the autofluorescence signal to be. The measurement is to measure multi-wavelength light signals and autofluorescence signals that do not have the same linear polarization as the multi-wavelength light irradiated to the tissue sample. The multi-wavelength lights may be irradiated simultaneously or time-divisionally, and the multi-wavelength lights may be focused and irradiated to the same location of the tissue sample.

조직 샘플에 조사되는 다파장 광은, UV 대역의 파장을 갖는 단수의 광인 형광여기광 및 가시대역의 파장을 갖는 복수의 광을 포함할 수 있다.The multi-wavelength light irradiated to the tissue sample may include a single fluorescence excitation light having a wavelength in the UV band and a plurality of lights having a wavelength in the visible band.

상기 자가형광의 파장범위에 속하는 파장이고, 선형 편광성을 갖는 래퍼런스광을 상기 조직 샘플에 조사한 후, 상기 샘플 내부로부터 방출되고 상기 래퍼런스광과 동일한 선형 편광성을 갖지 않는 광 신호를 측정하는 것을 더 포함할 수 있다.Further, irradiating the tissue sample with reference light having a wavelength belonging to the wavelength range of the autofluorescence and having linear polarization, and then measuring an optical signal emitted from inside the sample and not having the same linear polarization as the reference light. can include

조직 샘플에 조사되는 다파장 광 및 래퍼런스광은 광경로에 대하여 45°반사각을 갖도록 설치된 편광 거울에 반사되어 광경로에 대하여 수직인 방향으로 상기 조직 샘플에 조사되고, 조직 샘플로부터 산란 내지 정반사되어 상기 다파장 광 및 래퍼런스광과 동일한 선형 편광성을 갖는 다파장 광의 신호 및 래퍼런스광의 신호는 상기 편광 거울에 반사되어 측정되지 않게 됨으로써 제거될 수 있다.Multi-wavelength light and reference light irradiated to the tissue sample are reflected by a polarizing mirror installed to have a reflection angle of 45° with respect to the optical path, irradiated to the tissue sample in a direction perpendicular to the optical path, and scattered or specularly reflected from the tissue sample, Signals of the multi-wavelength light and the signal of the reference light having the same linear polarization as the multi-wavelength light and the reference light are reflected by the polarization mirror so that they are not measured and thus can be eliminated.

조직 샘플 내부에서 방출되는 다파장 광 및 자가형광의 광경로 상에서, 상기 편광 거울의 상부에 설치된 회전 편광판을 통해 상기 다파장 광 및 래퍼런스광과 동일한 선형 편광성을 갖는 광을 한번 더 제거할 수 있다.On the optical path of the multi-wavelength light and autofluorescence emitted from inside the tissue sample, light having the same linear polarization as the multi-wavelength light and the reference light can be removed once more through a rotating polarizer installed on top of the polarization mirror. .

조직 샘플 내부로부터 방출되는 신호가 파장별로 분광된, 다파장 분광신호는 서로 다른 영역에서 측정될 수 있다. Multi-wavelength spectral signals, in which signals emitted from the inside of a tissue sample are split according to wavelengths, can be measured in different regions.

다파장 분광신호 중, UV 대역의 파장을 갖는 단수의 광인 형광여기광 신호 측정값 및 상기 자가형광 신호 측정값에 의하여 조직 샘플 내 자가형광 물질을 정량화할 수 있다.Among the multi-wavelength spectral signals, the autofluorescent substance in the tissue sample can be quantified by the measured value of the fluorescence excitation light signal, which is a single light having a wavelength in the UV band, and the measured value of the autofluorescence signal.

자가형광 물질의 정량화는, 상기 편광 거울에 의해 제거되는 광량이 제외된 상기 가시대역의 파장을 갖는 복수의 광의 조사량 대비 가시대역 파장의 복수의 광 신호 측정값에 의하여 조직 샘플 내 색소에 따른 광간섭을 보정할 수 있다.Quantification of the autofluorescent material is the light interference according to the pigment in the tissue sample by measuring the plurality of light signals of visible band wavelengths against the irradiation amount of the plurality of lights having wavelengths in the visible band excluding the amount of light removed by the polarization mirror. can be corrected.

또한, 자가형광 물질의 정량화는, 상기 편광 거울에 의해 제거되는 광량이 제외된 상기 래퍼런스광의 조사량 대비 래퍼런스광 신호 측정값에 의하여 조직 샘플 내 산란에 의한 자가형광 소멸량에 따른 광간섭을 보정할 수 있다. In addition, in the quantification of the autofluorescent material, light interference according to the amount of autofluorescence extinction due to scattering in the tissue sample can be corrected by measuring the reference light signal versus the irradiation amount of the reference light excluding the amount of light removed by the polarization mirror. there is.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.It is obvious to those skilled in the art that the present invention is not limited to the above embodiments and can be variously modified or modified without departing from the technical gist of the present invention. it did

110: 다파장 광원부
111: 2차원 어레이 광원
112: 집속 광학계
120: 편광 광학부
121: 선형편광판
122: 편광거울
123: 회전 편광판
130: 다파장 광학신호 센싱부
131: 대물렌즈
132: 분광모듈 어레이
133: 광신호 센서
140: 신호처리부
150: 하드웨어 제어부
160: 출력부
110: multi-wavelength light source
111: two-dimensional array light source
112: focusing optical system
120: polarization optical unit
121: linear polarizer
122: polarization mirror
123: rotating polarizer
130: multi-wavelength optical signal sensing unit
131: objective lens
132: spectroscopic module array
133: light signal sensor
140: signal processing unit
150: hardware control unit
160: output unit

Claims (20)

조직 샘플의 다파장 분광신호를 측정하는 방법으로서,
조직 샘플에 선형 편광성을 갖는 다파장 광을 조사한 후, 상기 샘플 내부로부터 방출되는 다파장 광 신호 및 자가형광 신호를 측정하고,
상기 조직 샘플에 조사되는 다파장 광은, 가시대역의 파장을 갖는 복수의 광을 포함하되,
상기 조직 샘플로부터 정반사되어 상기 가시대역의 파장을 갖는 복수의 광과 동일한 선형 편광성을 갖는 상기 가시대역의 파장을 갖는 복수의 광의 신호를 제거하고,
상기 제거된 광량이 제외된 상기 가시대역의 파장을 갖는 복수의 광의 조사량 대비 상기 가시대역의 파장을 갖는 복수의 광 신호 측정값에 의하여, 조직 샘플에 의한 광간섭을 보정하는 것을 특징으로 하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법.
As a method of measuring multi-wavelength spectral signals of a tissue sample,
After irradiating the tissue sample with multi-wavelength light having linear polarization, measuring multi-wavelength light signals and autofluorescence signals emitted from the inside of the sample,
The multi-wavelength light irradiated to the tissue sample includes a plurality of lights having wavelengths in the visible band,
Removing signals of a plurality of lights having wavelengths in the visible band having the same linear polarization as the plurality of lights having wavelengths in the visible band, which are specularly reflected from the tissue sample;
Compensating for light interference by a tissue sample by measuring values of a plurality of optical signals having wavelengths in the visible band compared to irradiation amounts of the plurality of lights having wavelengths in the visible band from which the amount of removed light is excluded A method for measuring multi-wavelength spectral signals in tissues.
청구항 1에 있어서,
상기 측정은, 상기 조직 샘플에 조사된 다파장 광과 동일한 선형 편광성을 갖지 않는 다파장 광 신호 및 자가형광 신호를 측정하는 것인, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법.
The method of claim 1,
Wherein the measurement is to measure a multi-wavelength light signal and an autofluorescence signal that do not have the same linear polarization as the multi-wavelength light irradiated to the tissue sample.
청구항 1에 있어서,
상기 선형 편광성을 갖는 다파장 광을 집속하여 상기 조직 샘플에 조사하는 것을 특징으로 하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법.
The method of claim 1,
A method for measuring multi-wavelength spectral signals of biological tissues, characterized in that the multi-wavelength spectral signals of the biological tissue are focused and irradiated to the tissue sample.
청구항 1에 있어서,
상기 자가형광의 파장과 동일한 파장이고, 선형 편광성을 갖는 래퍼런스광을 상기 조직 샘플에 조사한 후, 상기 샘플 내부로부터 방출되고 상기 래퍼런스광과 동일한 선형 편광성을 갖지 않는 래퍼런스광 신호를 측정하는 것을 더 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법.
The method of claim 1,
After irradiating the tissue sample with reference light having the same wavelength as the autofluorescence and having linear polarization, measuring a reference light signal emitted from inside the sample and not having the same linear polarization as the reference light Including, a multi-wavelength spectroscopic signal measurement method of biological tissue.
청구항 4에 있어서,
상기 조직 샘플에 조사되는 다파장 광 및 래퍼런스광은 편광 거울에 반사되어 광경로에 대하여 수직인 방향으로 상기 조직 샘플에 조사되고,
상기 조직 샘플 표면에서 정반사되어 상기 다파장 광 및 래퍼런스광과 동일한 선형 편광성을 갖는 다파장 광의 신호 및 래퍼런스광의 신호는 상기 편광 거울에 반사되어 제거되는 것을 특징으로 하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법.
The method of claim 4,
The multi-wavelength light and the reference light irradiated to the tissue sample are reflected by a polarizing mirror and irradiated to the tissue sample in a direction perpendicular to an optical path;
Characterized in that the signal of the multi-wavelength light and the signal of the reference light having the same linear polarization as the multi-wavelength light and the reference light by regular reflection from the surface of the tissue sample are reflected by the polarization mirror and removed, measurement method.
청구항 1, 2 및 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샘플 내부로부터 방출되는 신호는 파장별로 분광되어 서로 다른 영역에서 측정되는 것을 특징으로 하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법.
According to any one of claims 1, 2 and 5,
The multi-wavelength spectroscopic signal measurement method of biological tissue, characterized in that the signals emitted from the inside of the sample are separated by wavelength and measured in different regions.
청구항 5에 있어서,
상기 조직 샘플에 조사되는 다파장 광은, UV 대역의 파장을 갖는 단수의 광을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법.
The method of claim 5,
The multi-wavelength spectral signal measurement method of the biological tissue, characterized in that the multi-wavelength light irradiated to the tissue sample further comprises a singular light having a wavelength in the UV band.
청구항 7에 있어서,
상기 UV 대역의 파장을 갖는 단수의 광 신호 측정값 및 상기 자가형광 신호 측정값에 의하여 조직 샘플 내 자가형광 물질을 정량화하는 것을 더 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법.
The method of claim 7,
The multi-wavelength spectroscopic signal measurement method of biological tissue, further comprising quantifying the autofluorescent material in the tissue sample by the measured value of a single optical signal having a wavelength in the UV band and the measured value of the autofluorescence signal.
청구항 8에 있어서, 상기 자가형광 물질의 정량값은,
상기 편광 거울에 의해 제거되는 광량이 제외된 상기 가시대역의 파장을 갖는 복수의 광의 조사량 대비 가시대역 파장의 복수의 광 신호 측정값을 이용하여 보정되는 것인, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법.
The method according to claim 8, wherein the quantitative value of the autofluorescent material,
Method for measuring multi-wavelength spectral signals of biological tissue, wherein the amount of light removed by the polarization mirror is corrected using a plurality of optical signal measurement values of visible band wavelengths compared to the irradiation amount of the plurality of lights having wavelengths in the visible band, excluding the amount of light removed by the polarization mirror. .
청구항 8에 있어서,
상기 편광 거울에 의해 제거되는 광량이 제외된 상기 래퍼런스광의 조사량 대비 래퍼런스광 신호 측정값에 의하여 조직 샘플 내 자가형광 물질의 정량값을 보정하는 것을 더 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 방법.
The method of claim 8,
Further comprising correcting the quantitative value of the autofluorescent material in the tissue sample by measuring the reference light signal compared to the irradiation amount of the reference light excluding the amount of light removed by the polarization mirror.
서로 다른 파장의 조사광을 출력하는 다파장 광원부;
상기 서로 다른 파장의 조사광에 선형 편광성을 부여하여 조직 샘플에 조사하는 편광 광학부; 및
상기 조직 샘플 내부로부터 방출되어 편광 광학부를 통과한 다파장 광 및 자가형광을 서로 분리하여 센싱하는 다파장 광학신호 센싱부:를 포함하되,
상기 다파장 광원부는,
상기 서로 다른 파장의 조사광을 출력하는 1차 시분할 조사 후, 상기 조직 샘플 내부로부터 방출되는 자가형광의 파장 범위의 광을 출력하는 2차 시분할 조사하는 것을 특징으로 하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 시스템.
a multi-wavelength light source unit outputting irradiation light of different wavelengths;
a polarization optical unit for imparting linear polarization to the irradiation light having different wavelengths and radiating the irradiated light to the tissue sample; and
A multi-wavelength optical signal sensing unit for separately sensing multi-wavelength light and autofluorescence emitted from inside the tissue sample and passing through the polarization optical unit;
The multi-wavelength light source unit,
Characterized in that, after the first time-division irradiation for outputting irradiation light of different wavelengths, the second time-division irradiation for outputting light in the wavelength range of autofluorescence emitted from the inside of the tissue sample, multi-wavelength spectral signal of biological tissue measurement system.
청구항 11에 있어서,
상기 다파장 광원부는,
복수의 백색 광원 및 상기 백색 광원에 각각 대응하는 서로 다른 파장영역의 필터를 포함하거나, 서로 다른 파장 영역의 복수의 광원을 포함하는, 2차원 어레이 광원; 및
상기 2차원 어레이 광원에서 방출된 서로 다른 파장의 조사광을 집속하여 상기 편광 광학부로 전달하는 집속 광학계:를 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 시스템.
The method of claim 11,
The multi-wavelength light source unit,
a two-dimensional array light source including a plurality of white light sources and filters of different wavelength regions respectively corresponding to the white light sources, or including a plurality of light sources of different wavelength regions; and
A system for measuring multi-wavelength spectroscopic signals of biological tissue, comprising: a focusing optical system for concentrating irradiation light of different wavelengths emitted from the two-dimensional array light source and transmitting the focused light to the polarization optical unit.
청구항 11에 있어서,
상기 편광 광학부는,
상기 조사광에 선형 편광성을 부여하는 선형편광판;
상기 선형 편광성을 갖지 않는 광은 투과시키고, 상기 선형 편광성을 갖는 광은 반사시켜 상기 조직 샘플에 조사하는 편광거울; 및
상기 조직 샘플 내부로부터 방출되고, 상기 조사광과 동일한 선형 편광성을 갖지 않는 광을 통과시키는 회전 편광판:을 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 시스템.
The method of claim 11,
The polarization optics unit,
a linear polarizer for imparting linear polarization to the irradiated light;
a polarization mirror for transmitting the light having no linear polarization and reflecting the light having the linear polarization to irradiate the tissue sample; and
A system for measuring multi-wavelength spectroscopic signals of biological tissue comprising: a rotating polarizer for passing light emitted from the inside of the tissue sample and not having the same linear polarization as the irradiation light.
청구항 11에 있어서,
상기 다파장 광학신호 센싱부는,
상기 편광 광학부를 통과한 다파장 광 및 자가형광을 집속하여 동일한 광경로를 갖게 하는 대물렌즈;
상기 대물렌즈에 의해 집속된 다파장 광 및 자가형광을 파장 영역에 따라 공간적으로 분할하여 분광하는 분광모듈 어레이; 및
상기 분광모듈 어레이에 의해 분광된 다파장 광 및 자가형광 각각을 공간적으로 분할하여 센싱하는 광신호 센서:를 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 시스템.
The method of claim 11,
The multi-wavelength optical signal sensing unit,
an objective lens that focuses the multi-wavelength light and autofluorescence passing through the polarization optical unit to have the same optical path;
a spectroscopic module array that spatially divides and splits multi-wavelength light and autofluorescence focused by the objective lens according to wavelength regions; and
A system for measuring multi-wavelength spectroscopic signals of biological tissue comprising: an optical signal sensor for spatially dividing and sensing each of the multi-wavelength light and autofluorescence split by the spectroscopic module array.
청구항 11에 있어서,
상기 다파장 광원부 및 상기 다파장 광학신호 센싱부를 제어하는 하드웨어 제어부를 더 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 시스템.
The method of claim 11,
The system for measuring multi-wavelength spectroscopic signals of biological tissues, further comprising a hardware control unit controlling the multi-wavelength light source unit and the multi-wavelength optical signal sensing unit.
삭제delete 청구항 11에 있어서,
상기 자가형광의 신호를 상기 1차 시분할 조사에 따라 센싱된 다파장 광 신호 및 상기 2차 시분할 조사에 따라 센싱된 광 신호에 의해 보정하여, 상기 조직 샘플 내 자가형광 물질을 정량화하는 신호처리부를 더 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 시스템.
The method of claim 11,
A signal processor configured to quantify the autofluorescent substance in the tissue sample by correcting the autofluorescence signal by a multi-wavelength light signal sensed according to the first time-division irradiation and an optical signal sensed according to the second time-division irradiation Including, multi-wavelength spectroscopic signal measurement system of biological tissue.
청구항 17에 있어서,
상기 자가형광의 신호, 다파장 광 신호, 2차 시분할 조사에 따른 광 신호 및 자가형광 물질의 정량값을 출력하는 출력부를 더 포함하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 시스템.
The method of claim 17
The multi-wavelength spectroscopic signal measurement system of biological tissue further comprising an output unit outputting a quantitative value of the autofluorescence signal, the multi-wavelength light signal, the light signal according to the second time-division irradiation, and the autofluorescence material.
청구항 13에 있어서,
상기 편광거울은, 상기 조직 샘플 표면에서 정반사되어 상기 조사광과 동일한 선형 편광성을 갖는 광을 반사시켜 제거하는 것을 특징으로 하는, 생체조직의 다파장 분광신호 측정 시스템.

The method of claim 13,
The multi-wavelength spectroscopic signal measurement system of biological tissue, characterized in that the polarization mirror reflects and removes light having the same linear polarization as the irradiation light, which is specularly reflected from the surface of the tissue sample.

삭제delete
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