KR20080012444A - Human tissue-mimicking optical phantom for mimicking human body and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인체 조직 모방 광 팬텀의 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a human tissue-mimicking optical phantom according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인체 조직 모방 광 팬텀의 제조방법을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a human tissue-mimicking optical phantom according to an embodiment of the present invention in detail.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 지방 조직 모방 팬텀의 IntralipidTM 농도에 따른 광학 측정 장치의 광원 파장 별 흡수계수(absorption coefficient)를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. Figure 3a is a graph showing the results of measuring the absorption coefficient (absorption coefficient) for each light source wavelength of the optical measuring device according to the Intralipid TM concentration of the adipose tissue mimic phantom prepared according to an embodiment of the present invention.
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 지방 조직 모방 팬텀의 IntralipidTM 농도에 따른 광학 측정 장치의 광원 파장 별 산란계수(scattering coefficient)를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. Figure 3b is a graph showing the results of measuring the scattering coefficient (scattering coefficient) for each light source wavelength of the optical measuring device according to the Intralipid TM concentration of the adipose tissue mimetic phantom prepared according to an embodiment of the present invention.
도 3c는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 지방 조직 모방 팬텀의 IntralipidTM 농도에 따른 광학 측정 장치의 광원 파장 별 환산산란계수(reduced scattering coefficient)를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 3c is a graph showing the result of measuring the reduced scattering coefficient (reduced scattering coefficient) for each light source wavelength of the optical measuring device according to the Intralipid TM concentration of the fat tissue mimetic phantom prepared according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 광 팬텀(optical phantom)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체 조직(tissues)과 같은 흡수 및 산란 등의 광학적 특성을 갖는 광 팬텀에 관한 것이다.The present invention relates to an optical phantom, and more particularly, to an optical phantom having optical properties such as absorption and scattering such as human tissues.
의학계의 진단과 치료를 위한 분야에서, 흡수 계수(absorption coefficient)와 산란 계수(scattering coefficient)와 같은 생물학적 조직(tissues)의 광학적 특성을 측정하여 평가하는 것은 매우 중요한 일이다. 이러한 시도의 하나가 광 팬텀(optical phantom)이다. 광 팬텀은 광학 측정장치 등의 광학적 기술을 테스트하거나 보정(calibrate)하기 위한 용도로 사용된다. In the field of diagnosis and treatment in the medical community, it is very important to measure and evaluate the optical properties of biological tissues such as absorption coefficients and scattering coefficients. One such attempt is an optical phantom. Optical phantoms are used to test or calibrate optical technologies such as optical measuring devices.
종래의 초음파용 또는 광 측정용 팬텀의 재료로 일반적으로 사용되는 것은 젤라틴(Gelatin)과 아가(Agar)가 있다. 젤라틴은 동물의 뼈와 가죽을 구성하고 있는 주요 단백질인 콜라겐을 가수분해하여 얻어지는 천연고분자 단백질이 주성분이며, 녹는 온도는 25℃, 굳는 온도는 35℃인 특성을 갖는다. 일반적인 팬텀의 제작 과정은 아가, 젤라틴 시료가 물에 완전히 용해되지 않는 성질을 지니므로 가열시켜서 용해시키며, 프로판 알코올, 포름알데히드, 탄소의 첨가혼합을 시킨 다음 용해된 첨가혼합물을 식혀 굳힌다. Commonly used materials for phantom for ultrasonic or light measurement are gelatin and Agar. Gelatin is a major component of natural polymer protein obtained by hydrolyzing collagen, which is the major protein constituting bone and skin of animals. Melting temperature is 25 ℃ and melting temperature is 35 ℃. In general, the phantom manufacturing process has a property that agar and gelatin samples are not completely dissolved in water, so that they are heated and dissolved.
광을 이용한 체지방 두께 같은 센서모듈의 평가를 위해서는 인체 조직과 광학적 특성이 유사한 액체 또는 고체 팬텀이 필요하다. 인체 조직은 표피, 진피, 피하지방, 근육 등으로 이루어지며, 상기 광학적 특성은 산란계수(scattering coefficient), 흡수계수(absorption coefficient) 및 굴절률 등이 포함된다. 이러한 광학적 특성을 갖는 팬텀은 인체의 그것과 매우 유사하여야만 광학 측정장치 등의 광학적 기술의 정확성이 보장된다.Evaluation of sensor modules such as body fat thickness using light requires liquid or solid phantoms with similar optical characteristics to human tissues. Human tissue is composed of epidermis, dermis, subcutaneous fat, muscle, etc. The optical properties include scattering coefficient, absorption coefficient, refractive index and the like. Phantoms with these optical characteristics must be very similar to that of the human body to ensure the accuracy of optical technologies such as optical measuring devices.
또한, 상기 팬텀이 적용되는 생체공학, 의학 등의 분야에서 인체 조직의 점성과 탄성은 매우 중요한 특성 파라미터이기 때문에 상기 인체 조직과 유사한 점성과 탄성을 갖는 인체 조직 모방 광 팬텀을 제작하는 것이 필요하므로, 지방과 같은 조직의 두께별 센서모듈의 신호를 실험하기 위한 광학 측정장치에서는 액체가 아닌 젤과 같은 점성을 지닌 물질의 제작이 필수적이다. 뿐만 아니라 상기 점성을 지닌 물질은 상기 광학 측정장치에서 사용되는 광원의 파장에서의 광학적 특성이 확보되어야 한다.In addition, since the viscosity and elasticity of human tissue is a very important characteristic parameter in the fields of biotechnology, medicine, etc. to which the phantom is applied, it is necessary to manufacture a human tissue mimic light phantom having a viscosity and elasticity similar to the human tissue, In the optical measuring device for testing the signal of the sensor module according to the thickness of a tissue such as fat, it is essential to manufacture a material having a viscosity such as gel rather than liquid. In addition, the viscous material should ensure optical properties at the wavelength of the light source used in the optical measuring device.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 인체 조직과 광학적 특성이 유사한 인체 조직 모방 광 팬텀 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to improve the prior art as described above, and an object of the present invention is to provide a human tissue-mimicking optical phantom similar in optical properties to human tissue and a method of manufacturing the same.
본 발명의 또 다른 목적은 인체 조직과 유사한 점성과 탄성을 갖는 인체 조직 모방 광 팬텀 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a human tissue-mimicking optical phantom having a viscosity and elasticity similar to human tissue and a method of manufacturing the same.
본 발명의 또 다른 목적은 인체 관련 측정 센서 모듈 평가를 위한 센서모듈의 지방 두께별 후방산란(backscattering) 광 세기의 변화 경향을 효과적으로 파악하기 위한 인체 모방 광 팬텀 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a human-mimetic light phantom and a method of manufacturing the same, for effectively grasping the change in the backscattering light intensity by fat thickness of the sensor module for evaluating a human-related measurement sensor module.
본 발명의 또 다른 목적은 산란물질을 첨가하여 인체 조직과 유사한 광학적 산란 특성을 나타내는 광 팬텀을 제조하고, 분유를 더 첨가함으로써 상기 광학적 산란 특성을 미세하게 조절할 수 있는 인체 모방 광 팬텀 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to produce an optical phantom exhibiting optical scattering properties similar to human tissues by adding a scattering material, and to further finely adjust the optical scattering properties by adding milk powder and a method for producing the human imitate light phantom To provide.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 광 측정용 인체 조직(tissue) 모방 팬텀(phantom)에 있어서, 상기 팬텀을 지지하기 위한 강도와 세기를 갖는 점탄성(viscoelastic)을 가진 혼합물질을 포함하고, 상기 인체 조직의 광학적 흡수(absorbance) 특성을 모방(mimic)하기 위한, 선정된(predetermined) 파장 범위의 광을 흡수하는 흡수물질; 및 상기 인체 조직의 광학적 산란(scattering) 특성을 모방하기 위한, 선정된 파장 범위의 광을 산란시키는 산란물질 중 어느 하나의 물질을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광 측정용 인체 조직 모방 팬텀을 제공한다.In order to achieve the above object and to solve the problems of the prior art, the present invention has a viscoelastic having a strength and intensity for supporting the phantom in the phantom mimic phantom for optical measurement An absorbent material comprising admixture and absorbing light in a predetermined wavelength range for mimic the optical absorption characteristics of the human tissue; And a scattering material for scattering light in a selected wavelength range for mimicking optical scattering characteristics of the human tissue, wherein the human tissue tissue mimicking phantom is provided. .
본 발명의 일측에 따르면, 광 측정용 인체 조직 모방 팬텀의 제조방법에 있어서, 증류수와 젤라틴을 5:1의 비율로 혼합하여 혼합물질을 형성하는 단계; 상기 인체 조직의 광학적 흡수(absorbance) 특성을 모방(mimic)하기 위한, 선정된(predetermined) 파장 범위의 광을 흡수하는 흡수물질을 상기 혼합물질에 혼합하는 단계; 및 상기 인체 조직의 광학적 산란(scattering) 특성을 모방하기 위한, 선정된 파장 범위의 광을 산란시키는 산란물질을 상기 혼합물질에 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 측정용 인체 조직 모방 팬텀의 제조방법이 제공된다.According to one aspect of the invention, the method for producing a human tissue mimic phantom for optical measurement, comprising the steps of: mixing distilled water and gelatin in a ratio of 5: 1 to form a mixture; Mixing an absorbent material that absorbs light in a predetermined wavelength range into the mixture to mimic the optical absorption characteristics of the human tissue; And mixing a scattering material for scattering light of a predetermined wavelength range into the mixture to mimic the optical scattering characteristics of the human tissue. A manufacturing method is provided.
본 발명에서 제작하고자 하는 팬텀의 제조는 다음과 같은 과정을 거친다. 먼저, 팬텀을 제작하고자 하는 인체 조직의 광학적 특성을 조사하고, 상기 팬텀 제작에 사용되는 재료를 준비한다. 광학 계수 측정 시스템인 적분구(integrating sphere)를 통하여 상기 재료의 광학적 반응을 조사하고, IAD(Inverse Adding Doubling) 프로그램을 이용하여 광학적 특성을 나타내는 광학 계수들을 측정한다. IAD 프로그램은 상기 적분구를 이용해 구한 트랜스미턴스(transmittance)와 리플렉턴스(reflectance)로부터 μa 와 μs 값을 구하는 방법이다. 이후, 상기 광학 계수를 기초로 하여 실제 팬텀을 제작하고, 몬테카를로 시뮬레이션(Monte-Carlo Simulation)을 이용하여 상기 광학 계수의 산출치를 비교하여 팬텀의 제작을 종료한다.Manufacturing of the phantom to be produced in the present invention goes through the following process. First, the optical properties of the human tissue to be manufactured are examined, and a material used for preparing the phantom is prepared. The optical response of the material is investigated through an integrating sphere, an optical coefficient measuring system, and optical coefficients indicating optical properties are measured using an inverse adding doubling (IAD) program. The IAD program is a method of obtaining μ a and μ s values from the transmittance and reflectance obtained using the integrating sphere. Subsequently, an actual phantom is produced based on the optical coefficients, and the production of the phantoms is finished by comparing the calculated values of the optical coefficients using Monte-Carlo Simulation.
본 발명의 광 측정용 인체 조직 모방 팬텀은 혼합물질, 흡수물질 또는 산란물질을 포함한다. 상기 혼합물질은 소정의 형상을 갖도록 상기 팬텀을 지지하기 위한 강도와 세기를 갖는 물질이고, 상기 혼합물질은 증류수와 젤라틴이 일정비율로 혼합된 물질이 될 수 있다. 상기 흡수물질은 상기 인체 조직의 광학적 흡수 특성을 모방하기 위한 선정된 파장 범위의 광을 흡수하는 물질로서, 상기 흡수물질은 뉴트럴 레드(neutral red), 트립판 블루(trypan blue), 및 멜라닌 분말(melanine powder) 중 어느 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 산란물질은 인체 조직의 광학적 산란 특성을 모방하기 위한, 선정된 파장 범위의 광을 산란시키는 물질로서, 상기 산란물질은 인트라리피드(IntralipidTM), 티타늄 옥사이드 (titanium dioxide), 우유(milk) 및 분유(milk powder) 중 어느 하나 이상의 물질로 이루어 질 수 있다.Human tissue mimic phantom for optical measurement of the present invention includes a mixture, absorbent material or scattering material. The mixture may be a material having strength and strength for supporting the phantom to have a predetermined shape, and the mixture may be a material in which distilled water and gelatin are mixed at a predetermined ratio. The absorber is a material absorbing light in a predetermined wavelength range to mimic the optical absorption characteristics of the human tissue, the absorber is neutral red, trypan blue, and melanin powder ( melanine powder). In addition, the scattering material is a material for scattering light of a predetermined wavelength range to mimic the optical scattering characteristics of the human tissue, the scattering material is Intralipid ( TM ), titanium oxide (titanium dioxide), milk (milk) ) And milk powder.
아울러, 본 발명은 상기 인체 조직 모방 팬텀의 pH 및 안정성을 조절하기 위한 조절물질을 더 포함할 수 있다. 상기 조절물질로서 TBS(Tris-buffered saline)나 아지드(azide, 방부제) 같은 물질을 포함할 수 있는데, 상기 조절물질은 팬텀의 pH를 조절함은 물론, 박테리아나 균류 같은 팬텀 내의 유기체의 성장을 억제하여 상기 팬텀 내의 혼합되는 다른 물질들을 안정시킨다.In addition, the present invention may further include a modulator for adjusting the pH and stability of the human tissue mimic phantom. The modulator may include a substance such as tris-buffered saline (TBS) or azide (preservative). The modulator not only regulates the pH of the phantom, but also controls the growth of organisms in the phantom such as bacteria and fungi. Restrains to stabilize other materials to be mixed in the phantom.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인체 조직 모방 광 팬텀의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a human tissue-mimicking optical phantom according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 우선 증류수와 젤라틴을 5:1의 비율로 혼합하여 혼합물질을 형성한다(단계(110)). 상기 혼합물질은 상기 팬텀을 지지하기 위한 강도와 세기를 갖는 점탄성(viscoelastic)을 가진다. 상기 젤라틴 대신에 아가(Agar)의 사용도 가능하다. 상기 증류수와 젤라틴의 비율은 상기 팬텀이 그 형태를 유지할 수 있도록 하는 비율이다. 구체적으로, 외과적(surgical)으로나 다른 조작(manipulation)에 의한 외부적 변인을 극복가능 하도록 하여, 적절한 정도의 세기(strength)와 강도(rigidity)를 갖도록 한다. 다음으로, 인체 조직의 광학적 흡수 특성을 모방하기 위한 선정된 파장 범위의 광을 흡수하는 흡수물질을 상기 혼합물질에 혼합한다(단계(120)). 상기 흡수물질은 뉴트럴 레드(neutral red), 트립판 블루(trypan blue), 및 멜라닌 분말(melanine powder) 중 어느 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 또한 ICI(Imperial Chemical Industries PLC)사에서 제조된 S109564도 가능하다. 상기 흡수물질은 광학 측정 장치 시스템에서의 근적외선, X선 같은 이미징 광원을 흡수하는 물질이다. 상기 흡수물질은 인체 조직에서의 특정 조직과 같은 흡수 특성을 갖도록 적절한 농도를 포함한다. 이후, 상기 인체 조직의 광학적 산란 특성을 모방하기 위한 선정된 파장 범위의 광을 산란시키는 산란물질을 혼합물질에 혼합한다(단계(130)). 상기 산란물질은 인트라리피드(IntralipidTM), 티타늄 옥사이드(titanium dioxide), 우유(milk) 및 분유(milk powder) 중 어느 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 종래에는 인체 조직 모방 광 팬텀에 관한 조직 광학(tissue optics) 분야에서 우유를 산란물질로서 넓게 사용하였으나, 우유 단독으로 산란물질로 사용할 경우 우유는 종류와 제조되는 프로세스 방법에 따라(예를 들면, 저온살균(pasteurized), skimmed 또는 semi-skimmed), 우유의 광학적 특성이 변하는 문제점이 있었다. 본 발명에서는 IntralipidTM를 산란물질의 기본으로 하고, 상기 광학적 특성을 조절하는 물질로서 분유를 사용하였다. IntralipidTM는 정제된(purified) 콩기름(soybean oil)으로서, 정맥주사의 성분으로서 주로 사용되고 있는데, IntralipidTM 용액 10%는 정제된 에그 인지질(purified egg phopholipid) 12g, 무수의(anhydrous) 글리세롤(glycerol) 22g, 정제된 콩기름 100g, 증류수 등을 포함하고 있다. IntralipidTM 용액 10%뿐만 아니라 IntralipidTM 용액 20% 등 다양한 농도를 갖는 IntralipidTM 용액이 시판되고 있다.1, first, distilled water and gelatin are mixed at a ratio of 5: 1 to form a mixture (step 110). The mixture is viscoelastic with strength and strength to support the phantom. Agar may be used instead of the gelatin. The ratio of distilled water and gelatin is a ratio that allows the phantom to maintain its form. Specifically, it is possible to overcome external variables caused by surgical or other manipulations, and to have an appropriate degree of strength and rigidity. Next, an absorbent material that absorbs light in a predetermined wavelength range to mimic the optical absorption characteristics of human tissue is mixed (120). The absorbent material may be made of any one or more of neutral red, trypan blue, and melanine powder. Also possible is S109564 manufactured by Imperial Chemical Industries PLC (ICI). The absorbing material is a material that absorbs an imaging light source such as near infrared rays or X-rays in an optical measuring device system. The absorbent material contains an appropriate concentration so as to have the same absorption characteristics as the specific tissue in human tissue. Thereafter, a scattering material for scattering light in a predetermined wavelength range to mimic the optical scattering properties of the human tissue is mixed (130). The scattering material may be formed of any one or more of intralipid ™ , titanium oxide, milk, and milk powder. Conventionally, milk is widely used as a scattering material in the field of tissue optics related to human tissue mimic light phantom. However, when milk alone is used as a scattering material, the milk is used according to the type and process method (for example, low temperature). Pasteurized, skimmed or semi-skimmed, the optical properties of the milk was changed. In the present invention, Intralipid ™ was used as the basis of the scattering material, and powdered milk was used as a material for controlling the optical properties. Intralipid ™ is a purified soybean oil, used primarily as an intravenous component. 10% of Intralipid ™ solution contains 12 g of purified egg phopholipid, anhydrous glycerol. 22g, refined soybean oil 100g, distilled water and the like. Intralipid ™ solutions with various concentrations, such as 10% Intralipid ™ solution as well as 20% Intralipid ™ solution, are commercially available.
본 발명에 의한 일실시예에 의하면, 팬텀의 pH 및 안정성을 조절하기 위한 조절물질을 더 포함할 수 있다(단계(140)). 상기 조절물질로서 TBS(Tris-buffered saline)나 아지드(azide, 방부제) 같은 물질을 포함할 수 있다. 상기 조절물질은 팬텀의 pH를 조절함은 물론, 박테리아나 균류 같은 팬텀 내의 유기체의 성장을 억제하여 상기 팬텀 내의 혼합되는 다른 물질들을 안정시킨다.According to one embodiment of the invention, it may further comprise a modulator for adjusting the pH and stability of the phantom (step 140). The modulator may include a substance such as tris-buffered saline (TBS) or azide (preservative). The modulator not only regulates the pH of the phantom, but also inhibits the growth of organisms in the phantom, such as bacteria or fungi, thereby stabilizing other substances mixed in the phantom.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인체 조직 모방 광 팬텀의 제조방법을 구체적으로 나타낸 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a human tissue-mimicking optical phantom according to an embodiment of the present invention in detail.
도 2를 참조하면, 인체 조직을 모방한 광 팬텀을 제조하기 위해, 우선 증류수와 젤라틴을 5:1의 비율로 혼합하여 혼합물질을 형성한다(단계(210)). 상술한 바와 같이 상기 혼합물질은 상기 팬텀을 지지하기 위한 강도와 세기를 갖는 점탄성(viscoelastic)을 가진다. 상기 젤라틴 대신에 아가(Agar)의 사용도 가능하다. 이후, 평균 온도 50~70℃ 를 유지하면서, 40~60 분간 스터링(stirring) 하고(단계(220)), 젤라틴 또는 아가(Agar)가 완전히 녹은 후 흡수물질 또는 산란물질을 첨가하여 10~20분 정도 가열하고((단계(230)) 모두 녹았을 때 밀봉하여 냉장 보관하면 본 발명의 광 팬텀이 제조된다(단계(240)).Referring to FIG. 2, in order to prepare an optical phantom that mimics human tissue, distilled water and gelatin are mixed at a ratio of 5: 1 to form a mixture (step 210). As described above, the mixture has viscoelasticity with strength and strength to support the phantom. Agar may be used instead of the gelatin. Then, while maintaining the average temperature 50 ~ 70 ℃, 40-60 minutes stirring (step 220), gelatin or agar (Agar) is completely dissolved after 10-20 minutes by adding an absorbent or scattering material When heated to some extent (step 230) and sealed and refrigerated when all melted, the optical phantom of the present invention is produced (step 240).
구체적으로는, 본 발명에 의한 인체 조직 모방 광 팬텀의 상기 인체 조직이 진표피층일 경우, 증류수와 젤라틴이 5:1의 비율로 혼합된 상기 혼합물질이고, 상 기 흡수물질은 트립판 블루(tryphan blue) 및 뉴트럴 레드(neutral red)로 구성되고, 상기 산란물질은 IntralipidTM, 우유(milk) 및 분유(milk powder)로 구성될 수 있다. 또한, 바람직하게는 상기 트립판 블루는 0.2%의 농도를 갖고, 상기 뉴트럴 레드는 0.1%의 농도를 가지며, 상기 IntralipidTM 는 15~25% 의 농도를 갖고, 상기 분유는 30% 의 농도를 가질 수 있다.Specifically, when the human tissue of the human tissue mimic light phantom according to the present invention is a deep epidermal layer, the mixture is a mixture of distilled water and gelatin in a ratio of 5: 1, the absorbing material is trypan blue (tryphan blue) and neutral red (neutral red), the scattering material may be composed of Intralipid ™ , milk and milk powder. Preferably, the trypan blue has a concentration of 0.2%, the neutral red has a concentration of 0.1%, the Intralipid ™ has a concentration of 15-25%, and the powdered milk has a concentration of 30%. Can be.
또한, 본 발명에 의한 인체 조직 모방 광 팬텀의 상기 인체 조직이 근육층일 경우, 상기 혼합물질은 증류수와 젤라틴이 5:1의 비율로 혼합되며, 상기 흡수물질은 트립판 블루 0.1% 및 뉴트럴 레드 0.02% 의 농도를 가질 수 있다.In addition, when the human tissue of the human tissue mimic light phantom according to the present invention is a muscle layer, the mixture is mixed with distilled water and gelatin in a ratio of 5: 1, the absorbing material is trypan blue 0.1% and neutral red 0.02 It may have a concentration of%.
또한, 본 발명에 의한 인체 조직 모방 광 팬텀의 상기 인체 조직이 피하지방층일 경우, 상기 혼합물질은 증류수와 젤라틴이 5:1의 비율로 혼합되며, 상기 산란물질은 IntralipidTM 및 우유(milk) 또는 분유(milk powder)분유로 구성될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 IntralipidTM 는 15~25%의 농도를 갖고, 상기 분유는 5%의 농도를 갖는 것이 바람직하다.In addition, when the human tissue of the human tissue mimic light phantom according to the present invention is a subcutaneous fat layer, the mixture is a mixture of distilled water and gelatin in a ratio of 5: 1, the scattering material is Intralipid TM and milk or Milk powder It may consist of milk powder. More preferably, the Intralipid ™ has a concentration of 15-25%, and the powdered milk has a concentration of 5%.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 지방 조직 모방 팬텀에 대한 광학적 특성을 측정하여 그 결과를 나타낸 그래프이다.3a, 3b and 3c is a graph showing the results of measuring the optical properties for the adipose tissue mimic phantom prepared according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 광 팬텀의 광학적 특성은 적분구 보정 시스템을 통하여 측정되었고, 샘플의 흡수 및 산란 특성은 400nm 에서 800nm 파장 범위에서 IAD(inverse adding-doubling) 방법을 사용하여 계산되었다. 적분구(integrating sphere)를 이 용해 구한 트랜스미턴스(transmittance, 투과율)와 리플렉턴스(reflectance, 반사율)로부터 흡수계수, 산란계수 및 환산산란계수를 계산하였다.The optical characteristics of the optical phantom according to the present invention were measured through an integrating sphere correction system, and the absorption and scattering characteristics of the samples were calculated using an inverse adding-doubling (IAD) method in the wavelength range of 400 nm to 800 nm. Absorption coefficients, scattering coefficients, and equivalent scattering coefficients were calculated from the transmittance and reflectance obtained by integrating the integrating sphere.
본 발명에 의한 인체 조직이 피하지방층일 경우, 혼합물질은 증류수와 젤라틴이 5:1의 비율로 혼합하였으며, 산란물질은 IntralipidTM 을 사용하고 분유로서 광학적 산란 특성을 조절하였다. When the human tissue according to the present invention is a subcutaneous fat layer, the mixture was mixed with distilled water and gelatin at a ratio of 5: 1, and the scattering material was used as Intralipid ™ and the optical scattering properties were adjusted as milk powder.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 지방 조직 모방 팬텀의 IntralipidTM 농도에 따른 광학 측정 장치의 광원 파장 별 흡수계수(absorption coefficient) 변화이고, 도 3b는 상기 IntralipidTM 농도에 따른 광학 측정 장치의 광원 파장 별 산란계수(scattering coefficient)를 측정한 결과이며, 도 3c는 상기 IntralipidTM 농도에 따른 광학 측정 장치의 광원 파장 별 환산산란계수(reduced scattering coefficient)를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 인체 조직 모방 팬텀의 광학적 특성 중 산란은 IntralipidTM 의 농도에 의해 제어됨을 확인할 수 있다. 구체적으로, 도 3b를 참조하면, 산란 계수는 IntralipidTM 의 농도가 증가함에 따라 큰 값의 분포를 보인다는 것을 관측할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의할 때 흡수 또는 산란 특성을 제어하여 원하는 광학적 특성과 구조를 갖는 인체 조직 모방 팬텀의 제조가 가능해 진다. Figure 3a is a light absorption coefficient (absorption coefficient) specific wavelength of the optical measuring device is changed according to the local tissue concentration of Intralipid TM mimic phantom prepared in accordance with one embodiment of the invention, Figure 3b is the Intralipid TM The scattering coefficient of each light source wavelength of the optical measuring device according to the concentration is measured, and FIG. 3C is a result of measuring the reduced scattering coefficient of the light source wavelength of the optical measuring device according to the Intralipid TM concentration. Is a graph. 3A to 3C, it can be seen that the scattering of the optical properties of the human tissue mimic phantom is controlled by the concentration of Intralipid ™ . Specifically, referring to FIG. 3B, it can be observed that the scattering coefficient shows a large distribution of values as the concentration of Intralipid ™ is increased. Therefore, according to the present invention, by controlling the absorption or scattering properties, it becomes possible to produce a human tissue mimic phantom having the desired optical properties and structure.
본 발명에 의한 인체 모방 광 팬텀을 광학 측정 장비 시스템에서 보정 (calibration) 또는 이미징(imaging)하기 위해서는 먼저, 잘 알려진 인체 조직과 유사한 광학적 특성을 갖는 상술한 광 팬텀을 얻는다. 이는 본 발명의 일실시예에 따른 광 팬텀의 제조방법에 따라 제조된 광 팬텀이면 바람직하다. 이후, 상기 광 팬텀을 상기 광학 측정 장비 시스템에 삽입하고, 상기 시스템을 보정하기 위한 팬텀을 이미징한다. 상기 시스템에 의하여 인체 관련 측정 센서 모듈 평가를 위한 센서모듈의 지방 두께 별 후방산란(backscattering) 광 세기의 변화 경향을 효과적으로 파악할 수 있다.In order to calibrate or image the human-mimetic optical phantom according to the present invention in an optical measuring equipment system, the above-described optical phantom having optical characteristics similar to well-known human tissue is first obtained. This is preferably an optical phantom manufactured according to the manufacturing method of the optical phantom according to an embodiment of the present invention. The optical phantom is then inserted into the optical measurement equipment system and the phantom for calibrating the system is imaged. By the system, it is possible to effectively grasp the tendency of the backscattering light intensity for each fat thickness of the sensor module for evaluating the measurement module related to the human body.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, which can be variously modified and modified by those skilled in the art to which the present invention pertains. Modifications are possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only by the claims set forth below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will belong to the scope of the present invention.
본 발명에 따르면, 인체 조직과 광학적 특성이 유사한 인체 조직 모방 광 팬텀 및 그 제조방법이 제공된다.According to the present invention, there is provided a human tissue mimic light phantom similar in optical properties to human tissue and a manufacturing method thereof.
또한 본 발명에 따르면, 인체 조직과 유사한 점성과 탄성을 갖는 인체 조직 모방 광 팬텀 및 그 제조방법이 제공된다.According to the present invention, there is provided a human tissue mimic light phantom having a viscosity and elasticity similar to human tissue and a method of manufacturing the same.
또한 본 발명에 따르면, 인체 모방 광 팬텀의 제조에 있어서, 인체 관련 측정 센서 모듈 평가를 위한 센서모듈의 지방 두께 별 후방산란(backscattering) 광 세기의 변화 경향을 효과적으로 파악할 수 있다.In addition, according to the present invention, in the manufacture of the human-mimetic light phantom, it is possible to effectively grasp the tendency of the backscattering light intensity for each fat thickness of the sensor module for evaluating the human-related measurement sensor module.
또한 본 발명에 따르면, 인체 모방 광 팬텀의 제조에 있어서, 산란물질을 첨가하여 인체 조직과 유사한 광학적 산란 특성을 나타내는 광 팬텀을 제조하고, 분유를 더 첨가함으로써 상기 광학적 산란 특성을 미세하게 조절할 수 있다.In addition, according to the present invention, in the manufacture of the human-mimetic optical phantom, by adding a scattering material to prepare an optical phantom exhibiting optical scattering properties similar to human tissue, by further adding powdered milk powder can be finely adjusted the optical scattering properties. .
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060073251A KR20080012444A (en) | 2006-08-03 | 2006-08-03 | Human tissue-mimicking optical phantom for mimicking human body and method of manufacturing the same |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR20080012444A true KR20080012444A (en) | 2008-02-12 |
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ID=39340558
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| KR (1) | KR20080012444A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104908324A (en) * | 2015-06-10 | 2015-09-16 | 中国科学技术大学 | 3D printing device of biological tissue optical simulation |
| CN116656136A (en) * | 2023-04-25 | 2023-08-29 | 东南大学 | Skin-like optical imitation body with dual-wavelength optical characteristics and preparation method thereof |
-
2006
- 2006-08-03 KR KR1020060073251A patent/KR20080012444A/en not_active Application Discontinuation
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