KR20090093368A - Probe for acquiring polarization-sensitive optical coherence image - Google Patents

Probe for acquiring polarization-sensitive optical coherence image

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KR20090093368A
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Abstract

A probe for acquiring polarization-sensitive optical coherence image is provided to acquiring the image on real time basis to the longitudinal axis and the horizontal axis through the polarizing component image. A probe for acquiring polarization-sensitive optical coherence image comprises a probe(90) and a main body(10). The probe detects an optical signal including the information of a biological tissue. The main body includes a computer system(70) measuring and analyzing the biological tissue from the light source. The probe scans horizontally using an optical scanner of the biological tissue. The probe uses a Fourier domain method which can scan vertically without movement.

Description

편광 민감 광 간섭 영상검출용 프로브{Probe for acquiring polarization-sensitive optical coherence image}Probe for acquiring polarization-sensitive optical coherence image}

본 발명은 다양한 생체조직 진단을 위해 체내 또는 체외의 세포분포를 측정하는 편광 민감 광 간섭 영상획득용 프로브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생체조직이나 폐와 같이 표피 부근의 세포분포에서 빛의 산란을 측정하거나, 피부의 진피 부근이나 연골 등에 분포하고 있는 콜라겐 섬유의 복굴절을 측정하여 생체조직 검사를 할 수 있게 하는 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브에 관한 것이다.The present invention relates to a polarization-sensitive optical interference image acquisition probe for measuring the distribution of cells in or outside the body for the diagnosis of various biological tissues, and more particularly, the scattering of light in the cell distribution near the epidermis, such as living tissue or lung The present invention relates to a probe for obtaining polarization sensitivity-optical interference imaging, which enables measurement of a birefringence of collagen fibers distributed near the dermis, cartilage, and the like of the skin, thereby enabling a biopsy.

광간섭 결맞음 단층촬영(Optical Coherence Tomography)(이하 OCT라 함)은 인체에 무해한 빛을 이용하여 실시간으로 살아 있는 조직 또는 세포를 고해상도로 촬영하는 장치로서, 생체의 내부를 비접촉, 비침습적으로 관찰할 수 있을 뿐만 아니라 부드러운 조직간의 차이를 구분 해낼 수 있어서, 더욱 정밀한 영상을 얻을 수 있다. OCT 시스템은 넓은 대역의 광원과 마이켈슨 간섭계를 기반으로 구성되어 있으며 현재 광원과 기술의 발달로 인해 안과학, 피부학, 소화기학, 치과학등 응용 범위가 확장되고 있는 기술이다.Optical Coherence Tomography (hereinafter referred to as OCT) is a device that captures living tissues or cells in high resolution in real time using light that is harmless to the human body. Not only can you distinguish between soft tissues, you can get more precise images. OCT system is composed of wide band light source and Michelson interferometer, and the application range of Ophthalmology, Dermatology, Gastroenterology, Dentistry is expanding due to the development of light source and technology.

다만, OCT 기술은 정밀한 측정에 있어서는 표피로부터 깊은 부위(예컨대, 표피로부터 500㎛ 이상의 깊은 부위)에서는 정밀한 영상을 획득하지 못하는 단점이 나타난다. 이것은 산란된 광량이 깊은 부위에서는 충분히 재수집되지 못하기 때문이다.However, the OCT technology has a disadvantage in that a precise image cannot be obtained at a deep portion (for example, 500 μm or more deep from the epidermis) in the precise measurement. This is because the scattered light amount is not sufficiently recollected at the deep portion.

편광감도 광간섭 결맞음 단층촬영기(Polarization Sensitive-Optical Coherence Tomography)(이하 PS-OCT라 함)는 생체조직의 산란에 의해 발생되는 역산란광의 변화를 깊이별로 획득하여 영상을 구현하는 기본적인 OCT에 생체조직내에 입사된 빛이 생체조직의 특성에 따라 그 편광 성분이 변화하는 것을 추가적으로 감지하는 기술으로, PS-OCT는 마이켈슨 간섭계(Michelson interferometer) 원리를 기본으로 한다. 단지 구조적인 형태의 영상을 구현하는 OCT에 비해서 PS-OCT는 일반적인 광학적인 방법으로 이미징할 때 획득하기 어려운 기능적인 정보, 예를 들어, 광량이 적어도 깊은 인체 부위의 이미지를 더욱 정확히 구현할 수 있는 장점이 있다.Polarization Sensitive-Optical Coherence Tomography (hereinafter referred to as PS-OCT) acquires the variation of backscattered light caused by scattering of biological tissues by depth and implements the tissue in basic OCT PS-OCT is based on the Michelson interferometer principle. Compared to OCT, which only implements a structured image, PS-OCT provides more accurate functional information that can be difficult to obtain when imaging with a general optical method, for example, an image of a human body at least deep in amount of light. There is this.

PS-OCT 시스템은 광원, 광학시스템부, 검출시스템부, 컴퓨터시스템 등을 하나의 큰 시스템으로 묶어서 구성하며, 광섬유는 편광에 민감하기 때문에 광원에서 PS-OCT의 광학시스템부까지 빛을 전달해 줄 수는 있으나 광학시스템부들 안에서는 즉, 레퍼런스 암이나 샘플 암에서는 광섬유를 사용하기 어렵다.PS-OCT system combines light source, optical system part, detection system part, and computer system into one big system. Because optical fiber is sensitive to polarization, it can transmit light from light source to optical system part of PS-OCT. However, it is difficult to use optical fibers in optical system parts, that is, reference arm or sample arm.

따라서 일반 OCT 시스템에서 사용하고 있는 방식인 OCT 시스템과 프로브(probe)를 서로 독립시켜 사용하는 방식을 PS-OCT 시스템에 적용하기 어려웠다.Therefore, it was difficult to apply the method of using the OCT system and the probe independent of each other, which is the method used in the general OCT system, to the PS-OCT system.

특히 생체조직 진단용 영상 시스템은 컴퓨터 시스템과 프로브(probe)를 서로 독립시켜 사용하는 것이 요구된다.In particular, in a biotissue imaging system, a computer system and a probe need to be used independently of each other.

본 발명은 광원과 컴퓨터 시스템을 하나의 시스템으로 이루고, PS-OCT를 이루는 광학시스템과 검출시스템을 프로브 안에 집적시킨 생체조직 진단을 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브를 제공한다. 본 발명에서는 광원에서 나온 빛이 광섬유를 사용하여 프로브까지만 전달되기 때문에 실제 프로브안에 있는 PS-OCT 시스템에서는 편광의 영향을 받지 않는다.The present invention comprises a light source and a computer system as one system, and provides a polarization-sensitized optical-interfering probe for diagnosing a biological tissue in which an optical system and a detection system forming a PS-OCT are integrated in a probe. In the present invention, since the light emitted from the light source is transmitted only to the probe using the optical fiber, polarization is not affected in the PS-OCT system in the actual probe.

또한 본 발명은 컴퓨터 시스템을 하나의 시스템으로 이루고, 광원 및 PS-OCT를 이루는 광학시스템과 검출시스템을 프로브 안에 집적시킨 생체조직 진단을 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브를 제공한다. 본 발명에서는 프로브 내에서 광원이 생성되므로 노이즈의 영향이 적어 더욱 정확한 결과를 얻어낼 수 있다.In another aspect, the present invention provides a probe for a polarization sensitivity-optical interference image acquisition for the diagnosis of a biological tissue that consists of a computer system, a light source and an optical system and PS-OCT integrated in the probe. In the present invention, since the light source is generated in the probe, the noise is less affected, and thus more accurate results can be obtained.

또한, 본 발명은 생체조직의 빠른 영상 획득을 위해 푸리에 도메인 기법을 적용한 PS-OCT을 이용하여, 생체 조직 특성에 따라 달라지는 편광 성분의 변화를 감지할 수 있는 생체조직 진단용 편광 민감 광 간섭 영상 시스템을 제공한다.In addition, the present invention provides a polarization-sensitive optical interference imaging system for diagnosing a biological tissue using PS-OCT applying the Fourier domain technique for fast image acquisition of biological tissue, which can detect the change in polarization components that vary depending on the characteristics of the biological tissue to provide.

본 발명은 세포조직을 절개하거나 떼어내지 않고 비침습적으로 영상을 획득할 수 있으며, 생체조직의 2차원 단면 구조 영상뿐만 아니라 편광 성분 영상을 고해상도를 가지고 실시간으로 획득할 수 있고, 또한 2차원 영상을 실시간을 획득할 수 있기 때문에 빠른 시간에 3차원 영상을 구현할 수 있다.The present invention can acquire non-invasive image without cutting or detaching the cell tissue, and can obtain not only the two-dimensional cross-sectional structure image of the biological tissue but also a polarization component image in real time with high resolution, and also the two-dimensional image Since real-time acquisition is possible, it is possible to realize a 3D image in a short time.

본 발명은 초소형 프로브(Hand-held probe)에 시스템을 집적시키기 때문에 시스템을 소형화시킬 수 있으며 휴대용으로 제작할 수 있으며, 컴퓨터시스템을 포함한 본체에 대항 플러그-앤-플래이(plug & play) 기능을 갖출 수 있으며, 생체조직에 대한 병변단계 정도와 치료 효과를 정량적으로 객관화 시킬 수 있다.The present invention integrates the system into a small hand-held probe, so the system can be miniaturized and can be made portable, and can have a plug & play function against a main body including a computer system. In addition, the degree of lesion stage and treatment effect on biological tissues can be quantitatively objective.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광원부와 컴퓨터 시스템을 하나의 시스템으로 이루고, PS-OCT를 이루는 광학시스템과 검출시스템을 프로브 안에 집적시킨 생체조직을 측정하는 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a polarization sensitivity-optical interference image acquisition probe for measuring a living tissue in which a light source unit and a computer system are formed as one system, and an optical system and a detection system that form a PS-OCT are integrated into the probe. There is.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 생체조직의 빠른 영상 획득을 위해 푸리에 도메인 기법을 적용한 PS-OCT을 이용하여, 생체 조직 특성에 따라 달라지는 편광 성분의 변화를 감지할 수 있는 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브를 제공하는데 있다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to use a PS-OCT applied Fourier domain technique for fast image acquisition of biological tissue, polarization sensitivity-optical interference image that can detect the change in polarization components that vary depending on the characteristics of the biological tissue It is to provide an acquisition probe.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 비침습적으로 영상을 획득하며, 편광 성분 영상을 통해 생체조직의 종축 및 횡축에 대한 2차원 고해상도의 영상을 실시간으로 획득하며, 길이 방향에 따라 빠른 시간에 실시간 획득에 따라 3차원 영상을 구현할 수 있으며, 생체조직에 대한 병변단계와 치료 효과를 정량적으로 객관화시킬 수 있는 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브를 제공하는 데 있다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to acquire an image in a non-invasive manner, to obtain a two-dimensional high-resolution image of the longitudinal and transverse axis of the biological tissue in real time through a polarization component image, in real time at a fast time along the longitudinal direction According to the present invention, a three-dimensional image can be implemented, and a polarization sensitivity-optical interference image acquisition probe capable of quantitatively objectively identifying a lesion stage and a treatment effect on a living tissue.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브는, 프로브와 본체로 이루어지며, 상기 프로브는 생체조직의 정보를 포함하는 광신호를 검출하며, 상기 본체는 상기 프로브로부터 수신된 광신호로부터 생체조직을 측정, 분석하는 컴퓨터 시스템으로 이루어진 편광감도-광간섭 영상시스템에서 상기 프로브를 이루는 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브에 있어서, 상기 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브는, 상기 생체조직의 광 스캐너를 사용하여 횡축 스캐닝을 하고, 거울의 움직임 없이 종축 스캐닝이 가능한 푸리에 도메인 기법을 사용하여, 상기 생체조직에 의한 빛의 산란 및 복굴절을 감지할 수 있는 편광감도-광간섭 결맞음 단층촬영기(PS-OCT)를 이루는 광학시스템으로 이루어진 것을 특징으로 한다.The present invention has been made to achieve the above object, the polarization sensitivity-optical interference image acquisition probe for a biotissue examination of the present invention comprises a probe and the body, the probe is a light containing information of the biological tissue In the polarization sensitivity-optical interference image acquisition probe forming the probe in the polarization sensitivity-optical interference imaging system consisting of a computer system for detecting a signal, the computer system for measuring and analyzing the biological tissue from the optical signal received from the probe , The polarization sensitivity-optical interference image acquisition probe, the horizontal scanning using the optical scanner of the biological tissue, the scattering of light by the biological tissue using a Fourier domain technique capable of vertical scanning without the movement of the mirror And a system of polarization sensitivity-optical coherence tomography (PS-OCT) for detecting birefringence. It characterized by comprising.

상기 프로브는, 상기 광원부에서 나온 하나의 빛을 수평 방향으로 편광된 빛만으로 만들어 내는 선형편광기(LP); 상기 선형편광기에서 출력된 순수하게 수평 편광된 빛을 한쪽 경로로는 레퍼런스 암(reference arm)으로, 다른 한쪽 경로로는 샘플 암(sample arm)으로 진행하게 하는 광분배기(BS); 상기 선형편광기에서 상기 레퍼런스 암으로 흐른 빛을 기준거울로 전달하게 하며, 상기 기준거울에서 반사된 빛을 상기 광분배기로 돌아가게 하는 제1의 1/4 파장판(QWP); 상기 선형편광기에서 상기 샘플 암으로 흐르는 빛을 갈바노미터에 설치된 거울로 전달되게 하며, 샘플 조직에서 반사되거나 역산란되어 상기 갈바노미터에 설치된 거울에 의해 반사된 빛을 상기 광분배기로 돌아오게 하는 제2의 1/4 파장판(QWP); 상기 제2의 1/4 파장판(QWP)으로부터 상기 갈바노미터로 전달되어 상기 갈바노미터에 설치된 거울에 의해 반사된 빛을 집속하여 샘플 조직에 입사하게 하며, 상기 샘플 조직에서 반사되거나 역산란된 빛을 다시 갈바노미터에 설치된 거울로 전달하는 대물렌즈; 상기 레퍼런스 암과 상기 샘플 암에서 각각 되돌아와서 광분배기에서 모이게 된 빛에서 발생된 간섭신호는 수평성분의 빛과 수직성분의 빛으로 나뉘게 되는 편광 광분배기(PBS); 상기 편광 광분배기로 출사된 수평성분 빛과 상기 수직성분의 빛으로부터 각각의 전기적 신호로 변환하는 광 검출기들;로 이루어진다.The probe may include a linear polarizer (LP) for generating one light emitted from the light source unit using only light polarized in a horizontal direction; An optical splitter (BS) for transmitting the purely horizontally polarized light output from the linear polarizer to a reference arm in one path and a sample arm in the other path; A first quarter wave plate (QWP) for transmitting the light flowing from the linear polarizer to the reference arm and returning the light reflected from the reference mirror to the optical splitter; The light flowing from the linear polarizer to the sample arm is transmitted to the mirror mounted on the galvanometer, and the light reflected by the mirror mounted on the galvanometer is reflected or reverse scattered from the sample tissue to return to the optical splitter. A second quarter wave plate QWP; The light transmitted from the second quarter wave plate (QWP) to the galvanometer focuses the light reflected by the mirror installed in the galvanometer to be incident on the sample tissue, and is reflected or reverse scattered from the sample tissue. An objective lens for transmitting the reflected light back to a mirror installed in a galvanometer; A polarization optical splitter (PBS) in which the interference signal generated from the light returned from the reference arm and the sample arm and collected in the optical splitter is divided into a horizontal component light and a vertical component light; And light detectors for converting the horizontal component light emitted by the polarized light splitter and the vertical component light into electrical signals.

생체조직 샘플의 길이방향에 따라, 상기 생체조직 샘플의 종축 스캐닝과 횡축 스캐닝이 가능하도록, 1축의 갈바노 미터를 더 포함한다.According to the longitudinal direction of the biological tissue sample, it further comprises a galvanometer of one axis to enable longitudinal and horizontal scanning of the biological tissue sample.

상기 광원부의 광원은 고속파장변환 저 결맞음(Low Coherence) 광원으로 이루어진다.The light source of the light source unit is a high speed wavelength conversion low coherence light source.

상기 제1의 1/4 파장판은 22.5°의 1/4 파장판이며, 상기 제2의 1/4 파장판은 45°의 1/4 파장판이다.The first quarter wave plate is a quarter wave plate of 22.5 degrees, and the second quarter wave plate is a quarter wave plate of 45 degrees.

상기 광 검출기들은 포토다이오드로 이루어진다.The photo detectors are made of photodiodes.

상기 컴퓨터 시스템은 상기 생체조직의 광산란 및 복굴절을 측정함으로써 종양조직 분포 및 병변단계에 대한 정량적인 값을 구한다.The computer system obtains quantitative values for tumor tissue distribution and lesion stage by measuring light scattering and birefringence of the biological tissue.

상기 컴퓨터 시스템은 상기 생체조직 표피층 부위의 광산란을 측정함으로써 종양조직 분포 및 병변단계에 대한 정량적인 값을 구한다.The computer system obtains quantitative values for tumor tissue distribution and lesion stage by measuring light scattering at the epidermal layer of the biological tissue.

상기 컴퓨터 시스템은 상기 생체조직 진피층 부위의 복굴절을 측정함으로써 종양조직 분포 및 병변단계에 대한 정량적인 값을 구한다.The computer system obtains quantitative values for tumor tissue distribution and lesion stage by measuring the birefringence of the biotissue dermal layer region.

상기 컴퓨터 시스템은, 검출기들로부터의 신호를 디지털신호로 변환하여 수신하며, 수신된 디지털 신호를 수직, 수평 성분에 대해 각각 푸리에 변환을 시켜 크기와 위상 값을 구하며, 푸리에 변환에 의해 얻은 값들로부터 스톡스 변수 값을 구한다.The computer system converts and receives a signal from detectors into a digital signal, obtains magnitude and phase values by performing Fourier transform on the received digital signal for vertical and horizontal components, respectively, and uses Stokes from values obtained by the Fourier transform. Get the value of a variable.

상기 광 검출기들로부터의 신호는 전송로의 전선을 거쳐 상기 본체의 컴퓨터 시스템으로 전달된다.The signals from the photo detectors are transferred to the computer system of the main body via the wire of the transmission path.

본 발명에 따르면, 광원을 생성하여 프로브로 전달하게 하는 광원부와, 상기 프로브로부터 전달받은 출력신호를 디지털신호로 변환하여 수신하고 연산처리하여 생체 조직에 의한 빛의 산란 및 복굴절을 측정하는 컴퓨터 시스템으로 이루어진 본체를 구비하는 편광감도-광간섭 영상시스템의 구동방법에 있어서, 상기 프로브의 출력신호가 디지탈신호로 변환되어 수직성분의 신호 및 수평성분의 신호가 상기 컴퓨터 시스템으로 입력되면, 수직성분의 신호 및 수평 성분의 신호에 대해 각각 푸리에 변환을 시켜 크기와 위상 값을 구하는 푸리에 변환단계; 상기 푸리에 변환단계에 의해 구한 값들을 이용하여 스톡스 변수 값을 구하는 스톡스변수 연산단계; 상기 스톡스변수 연산단계에서 구하여진 스톡스 변수들을 가지고 생체조직 단면 구조영상 및 3-D 영상을 구현하는 영상구현단계; 상기 영상구현단계에서 구현된 영상으로부터, 생체조직 표피 부위에서의 세포분포를 측정하는 표피 부위 산란측정단계; 상기 영상구현단계에서 구현된 영상으로부터, 생체조직 진피 부위에서의 복굴절을 측정하는 진피 부위 복굴절측정단계; 표피 부위의 산란측정단계의 결과로부터 생체조직 표피의 세포분포 또는 세포크기의 변화에 따른 산란계수의 변화를 수치화하며, 이로부터 생체조직 표피 부위의 세포분포에 대한 정량적인 값을 구하는 세포분포의 정량적인 값추출단계; 상기 진피 부위 복굴절측정단계의 결과로부터 생체조직의 진피 부위에 분포되어 있는 종양세포들이 가지고 있는 복굴절을 검출함으로써 병변단계에 따른 종양세포의 변화에 대한 정량적인 값을 구하는 종양세포 병변단계의 정량적인 값추출단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, a light source unit for generating and transmitting a light source to the probe, and a computer system for measuring the scattering and birefringence of light by the biological tissue by converting the output signal received from the probe into a digital signal, receiving and processing A method of driving a polarization sensitivity-optical interference imaging system having a main body, wherein the output signal of the probe is converted into a digital signal and a vertical component signal and a horizontal component signal are input to the computer system. And a Fourier transform step of performing Fourier transform on the signals of the horizontal component to obtain magnitude and phase values. A Stokes variable calculation step of obtaining a Stokes variable value using the values obtained by the Fourier transform step; An image realization step of implementing a biopsy cross-sectional structure image and a 3-D image using the Stokes parameters obtained in the Stokes variable calculation step; Epidermal region scattering measurement step of measuring the cell distribution in the epidermal region of the biological tissue from the image implemented in the image implementation step; A dermal region birefringence measuring step of measuring the birefringence in the dermal region of the biological tissue from the image implemented in the image forming step; Quantification of the cell distribution to quantitatively change the scattering coefficient according to the cell distribution or cell size of the biological tissue epidermis from the results of the scattering measurement step of the epidermal region, and to obtain a quantitative value for the cell distribution of the epidermal region of the tissue. Phosphorus value extraction step; Quantitative value of the tumor cell lesion step to obtain a quantitative value for the change of tumor cells according to the lesion stage by detecting the birefringence of the tumor cells distributed in the dermal region of the biological tissue from the result of the dermal site birefringence measurement step Extraction step; Characterized in that it comprises a.

상기 표피 부위 산란측정단계는, 스톡스 변수들 중에서 S3 이미지를 구하는 S3 이미지구현단계; 대물렌즈에 의해서 생기는 상면 만곡 현상과 샘플의 기울기에 발생하는 형상 오차를 제거하기 위하여 평면 보정 연산 과정을 수행하여 생체조직 표피 부위의 세포분포에 해당하는 픽셀의 사이즈를 추출하는 평면보정(plane fitting)연산단계; 상기 평면보정 연산단계에서 추출한 생체조직 표피 부위의 세포분포에 해당하는 픽셀의 사이즈 값을 가지고 기울기를 추출하는 픽셀의 사이즈추출단계; 를 포함한다.The skin site scatterometry step, S 3 S 3 image implement obtaining images from the Stokes parameters; Plane fitting to extract the size of the pixel corresponding to the cell distribution in the epidermal area of the tissue tissue by performing a planar correction process to remove the shape curvature caused by the objective lens and the slope of the sample Operation step; Extracting a size of a pixel having a size value of a pixel corresponding to a cell distribution of the epidermal region extracted from the planar correction operation; It includes.

상기 진피 부위 복굴절측정단계는, 스톡스 변수들 중에서 S3 이미지를 구하여, S3=cos(2k0Δnz)과 같이 파장(k0), 복굴절(Δn), 샘플의 깊이(z)의 3가지 인자를 가진 함수로 나타내는 S3 이미지구현단계; 상기 S3 이미지구현단계의 출력 신호를 아크 코사인 취하는 아크 코사인연산단계; 상기 아크 코사인연산단계의 출력으로부터 기울기를 추출하여(linear fitting) 하나의 라인(x)에 대한 복굴절의 값을 구하는 기울기값 추출단계; 이미지의 모든 라인(x)에 상기 S3 이미지구현단계 내지 상기 기울기값 추출단계를 적용하여 복굴절을 구하고 이를 평균화키는 평균화단계;를 포함한다.The dermal region birefringence measurement step is to obtain the S 3 image from the Stokes parameters, such as S 3 = cos (2k 0 Δnz) three factors of the wavelength (k 0 ), birefringence (Δn), the depth of the sample (z) S 3 image implementation step represented by a function with; An arc cosine operation step of taking an arc cosine of the output signal of the S 3 image implementation step; A slope value extraction step of obtaining a birefringence value for one line x by linearly fitting a slope from an output of the arc cosine operation step; And applying the S 3 image implementing step to the gradient value extracting step to all the lines x of the image to obtain birefringence and averaging them.

본 발명은 생체조직의 빠른 영상 획득을 위해 푸리에 도메인 기법을 적용한 PS-OCT을 이용하여, 생체 조직 특성에 따라 달라지는 편광 성분의 변화를 감지할 수 있는 생체조직 진단을 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브를 제공한다.The present invention, using the PS-OCT applying the Fourier domain technique for fast image acquisition of biological tissue, polarization sensitivity-optical interference image acquisition for the diagnosis of biological tissue that can detect the change in polarization components that vary depending on the characteristics of the biological tissue To provide a probe.

본 발명의 생체조직 진단을 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브는 광원부와 컴퓨터 시스템을 하나의 시스템으로 이루고, PS-OCT를 이루는 광학시스템과 검출시스템을 프로브 안에 집적시킬 수 있다. 본 발명에서는 광원에서 나온 빛이 광섬유를 사용하여 프로브까지만 전달되기 때문에 실제 프로브안에 있는 PS-OCT 시스템에서는 편광의 영향을 받지 않는다.The polarization sensitivity-optical interference image acquisition probe for diagnosing a biological tissue of the present invention comprises a light source unit and a computer system as one system, and integrates an optical system and a detection system constituting the PS-OCT into the probe. In the present invention, since the light emitted from the light source is transmitted only to the probe using the optical fiber, polarization is not affected in the PS-OCT system in the actual probe.

또한, 본 발명의 생체조직 진단을 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브는 컴퓨터 시스템을 하나의 시스템으로 이루고, 광원부 및 PS-OCT를 이루는 광학시스템과 검출시스템을 프로브 안에 집적시킬 수 있다. 이 경우, 광원이 전달되는 경로상의 물리적 노이즈가 개입되지 않으므로, 더욱 정확한 진단이 가능한 장점이 있다.In addition, the polarization sensitivity-optical interference image acquisition probe for diagnosing a biological tissue of the present invention may be a computer system, and an optical system and a detection system constituting the light source unit and the PS-OCT may be integrated into the probe. In this case, since physical noise on the path through which the light source is transmitted is not involved, there is an advantage that more accurate diagnosis is possible.

본 발명의 생체조직 진단을 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브는 절개를 하거나 조직을 떼어내지 않고 비침습적으로 영상을 획득하며, 생체조직의 2차원 단면 구조 영상뿐만 아니라 편광 성분 영상을 고해상도를 가지고 실시간으로 획득하며, 또한 2차원 영상을 실시간을 획득하기 때문에 빠른 시간에 3차원 영상을 구현할 수 있으며, 생체조직의 세포분포 및 종양분포와 병변단계에 대한 정보를 정량적으로 객관화시킬 수 있다.Polarization sensitivity-optical interference image acquisition probe for diagnosing a biological tissue of the present invention acquires non-invasive image without making an incision or detaching the tissue, and a high-resolution polarization component image as well as a two-dimensional cross-sectional image of the biological tissue With real-time acquisition of 2D images and real-time 2D images, 3D images can be realized in a short time, and information about cell distribution, tumor distribution, and lesion stage of biological tissues can be quantitatively objective.

또한, 본 발명은 프로브(Hand-held probe)에 시스템을 집적시키기 때문에 시스템을 소형화시킬 수 있으며 휴대용으로 제작할 수 있으며, 생체조직의 세포분포 및 종양분포와 병변단계에 대한 정보를 정량적으로 객관화시킬 수 있다.In addition, since the present invention integrates the system into a probe (hand-held probe), the system can be miniaturized and manufactured in a portable manner, and quantitatively objective information on cell distribution and tumor distribution and lesion stage of biological tissues can be obtained. have.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브의 PS-OCT를 설명하기 위한 개략도이다.Figure 1 is a schematic diagram for explaining the PS-OCT of the polarization sensitivity-optical interference image acquisition probe for biopsy according to an embodiment of the present invention.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브 및 본체의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 설명도이다.FIG. 2A is an explanatory diagram for schematically illustrating a configuration of a probe and a body for polarization sensitivity-optical interference image acquisition for biopsy according to an embodiment of the present invention.

도 2b는 본 발명의 일 실시예에 의한 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브 및 본체의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 설명도이다.FIG. 2B is an explanatory diagram for schematically illustrating a configuration of a probe and a body for polarization sensitivity-optical interference image acquisition for biopsy according to an embodiment of the present invention.

도 3a은 도 2a의 프로브의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 설명도이다.3A is an explanatory diagram for schematically illustrating a configuration of the probe of FIG. 2A.

도 3b은 도 2b의 프로브의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 설명도이다.3B is an explanatory diagram for schematically illustrating a configuration of the probe of FIG. 2B.

도 4는 도 2a의 컴퓨터 시스템의 개략적인 흐름도이다.4 is a schematic flowchart of the computer system of FIG. 2A.

도 5는 도 4의 생체조직 표피 부위의 산란측정단계의 개략적인 흐름도이다.FIG. 5 is a schematic flowchart of the scattering measurement step of the biological tissue epidermal region of FIG. 4.

도 6은 도 4의 생체조직 진피 부위의 복굴절측정단계의 개략적인 흐름도이다.6 is a schematic flowchart of the birefringence measurement step of the biological tissue dermal region of FIG.

도 7은 동물 뼈에 대한 S0 단면 이미지이다.7 is a S0 cross-sectional image of the animal bone.

도 8a는 도 7과 같은 스캐닝 방향에 대한 복굴절 이미지이다.8A is a birefringence image of the same scanning direction as in FIG. 7.

도 8b는 도 7과 교차된 스캐닝 방향에 대한 복굴절 이미지이다.FIG. 8B is a birefringence image for the scanning direction intersected with FIG. 7.

도 9a는 손가락의 등부위에 대한 S0이미지이다.9A is a S 0 image of the dorsal portion of the finger.

도 9b는 손가락의 등부위에 대한 S3이미지이다.9B is an S 3 image of the dorsal portion of the finger.

도 9c는 손가락의 지문부위에 대한 S0이미지이다.9C is a S 0 image of a fingerprint portion of a finger.

도 9d는 손가락의 등부위에 대한 S3이미지이다.9D is an S 3 image of the dorsal portion of the finger.

도 10은 본 발명에 의한 자궁경부 진단을 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브를 이용하여, 자궁조직 샘플의 2mm x 2.3mm x 2mm 크기로 구성한 3D의 이미지이다.FIG. 10 is a 3D image composed of a 2mm x 2.3mm x 2mm size of a uterine tissue sample using a polarization sensitivity-optical interference acquisition probe for cervical diagnosis according to the present invention.

도 11은 자궁경부의 해부학적 구조도이다.11 is an anatomical structure diagram of the cervix.

도 12a는 자궁경부의 실물 조직을 촬영한 사진이다.12A is a photograph of real tissue of the cervix.

도 12b는 본 실시예에서 사용된 환자 및 샘플의 분포를 나타낸 테이블이다.12B is a table showing the distribution of patients and samples used in this example.

도 13a는 정상조직간의 비교를 위한 광강도 이미지이다.13A is a light intensity image for comparison between normal tissues.

도 13b는 정상조직간의 비교를 위한 편광 이미지이다.13B is a polarized image for comparison between normal tissues.

도 13c는 정상조직간의 비교를 위한 조직학 이미지이다.13C is a histological image for comparison between normal tissues.

도 14a는 정상조직간의 비교를 위한 광강도 이미지이다.14A is a light intensity image for comparison between normal tissues.

도 14b는 정상조직간의 비교를 위한 편광 이미지이다.14B is a polarized image for comparison between normal tissues.

도 15a는 정상조직간의 비교를 위한 광강도 이미지이다.15A is a light intensity image for comparison between normal tissues.

도 15b는 정상조직간의 비교를 위한 편광 이미지이다.15B is a polarized image for comparison between normal tissues.

도 16a는 정상조직의 광강도 이미지이다.16A is a light intensity image of normal tissue.

도 16b는 정상조직의 편광 이미지이다.16B is a polarized image of normal tissue.

도 16c는 정상조직의 조직학 이미지이다.16C is a histological image of normal tissue.

도 16d는 고등급 상피내 종양조직(H-SIL)의 광강도 이미지이다.16D is a light intensity image of high grade epithelial tumor tissue (H-SIL).

도 16e는 고등급 상피내 종양조직(H-SIL)의 편광 이미지이다.16E is a polarized image of high grade epithelial tumor tissue (H-SIL).

도 16f는 고등급 상피내 종양조직(H-SIL)의 조직학 이미지이다.16F is histological image of high grade epithelial tumor tissue (H-SIL).

도 17a는 정상조직의 광강도 이미지이다.17A is a light intensity image of normal tissue.

도 17b는 정상조직의 광강도 신호를 분석한 그래프이다.17B is a graph analyzing light intensity signals of normal tissues.

도 18a는 스톡스 변수 S3를 분석하기 위해 DOCP로 재표현된 그래프이다.18A is a graph re-expressed in DOCP to analyze Stokes variable S3.

도 18b는 DOCP 그래프를 Liner fitting한 그래프이다.18B is a liner fitting of the DOCP graph.

도 19a는 표피부터 200㎛까지의 정상 조직과 H-SIL 조직의 DOCP 변화에 대한 평균값을 비교한 그래프이다.19A is a graph comparing average values of DOCP changes in normal tissues and epidermis from 200 μm to H-SIL tissues.

도 19b는 표피부터 300㎛까지의 정상 조직과 H-SIL 조직의 DOCP 변화에 대한 평균값을 비교한 그래프이다.19b is a graph comparing average values of DOCP changes in normal tissues and epidermis from 300 μm to H-SIL tissues.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10: 본체 20: 전원공급장치10: main body 20: power supply

30: 광원부 70: 컴퓨터 시스템30: light source 70: computer system

80: 전송로 90: 프로브80: transmission path 90: probe

110: 저 결맞음 광원 120: 선형편광기(LP)110: low coherence light source 120: linear polarizer (LP)

130: 광분배기(BS) 140: 22.5°의 1/4 파장판(QWP)130: optical splitter (BS) 140: quarter wave plate (QWP) at 22.5 °

150: 기준거울150: reference mirror

160: 회절격자 170: 광지연렌즈160: diffraction grating 170: optical delay lens

180: 갈바노미터 185: 더블패스 거울180: galvanometer 185: double pass mirror

210: 45°의 1/4 파장판(QWP) 220: 갈바노미터210: 1/4 wave plate at 45 ° (QWP) 220: galvanometer

230: 대물렌즈 240: 샘플230: objective lens 240: sample

245: 자궁경부 접촉부 250: 편광 광분배기 245: cervical contact portion 250: polarized light splitter

260, 270: 광 검출기 310: 모션 콘트롤러260, 270: light detector 310: motion controller

이하 본 발명의 일 실시예에 의한 생체조직 진단을 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 목적 및 구성상의 특징은 첨부된 도면 및 이하에서 기술되는 본 발명의 상세하고 바람직한 실시예들의 설명에 의하여 더욱 명확하게 될 것이다. 도면들에서 서로 동일 내지 유사한 부분들은 설명 및 이해의 편의상 동일 내지 유사한 참조 부호들로 기재되어 있는 점에 주목할 필요가 있다. 본 발명에서 호칭하는 '생체조직의 표피'와 '생체조직의 진피'는 피부 표면으로부터의 상대적인 깊이 차에 따른 구분일 뿐이며, 반드시 '의학적인 표피'와 '의학적 진피'를 의미하는 것이 아님에 유의해야 한다.Hereinafter, the configuration and operation of a polarization sensitivity-optical interference image acquisition probe for diagnosing a biological tissue according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The objects and constructional features of the present invention will become more apparent from the accompanying drawings and the description of the detailed and preferred embodiments of the present invention described below. It should be noted that the same to similar parts in the drawings are described with the same to similar reference numerals for convenience of explanation and understanding. Note that the term 'epidermis of biological tissue' and 'dermis of biological tissue' referred to in the present invention is merely a classification based on a relative difference in depth from the surface of the skin, and does not necessarily mean 'medical epidermis' and 'medical dermis'. Should be.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브의 PS-OCT를 설명하기 위한 개략도이다.1 is a schematic diagram for explaining a PS-OCT of a polarization sensitivity-optical interference image acquisition probe for a biopsy according to an embodiment of the present invention.

고속의 파장변환 저 결맞음 광원(Low coherence source)(110)에서 나온 하나의 빛은 선형편광기(LP)(120)(또는 편광 광분배기(PBS))를 통과하여 수평 방향으로 편광된 빛만을 만들어 낸다. One light from the fast, wavelength-converted low coherence source 110 passes through a linear polarizer (LP) 120 (or polarized light splitter (PBS)) to produce only light that is horizontally polarized. .

순수하게 수평 편광된 빛은 광분배기(Beam Splitter, BS)(130)를 통과하면서 한쪽 경로로는 레퍼런스 암(refrerence arm)으로, 다른 한쪽 경로로는 샘플 암(sample arm)으로 진행하게 된다. Purely horizontally polarized light passes through a beam splitter (BS) 130 and travels to a reference arm in one path and to a sample arm in the other path.

(기준 거울을 이용한 종축 스캐닝에 대한 설명)(Explanation of longitudinal scanning using reference mirror)

레퍼런스 암으로 흐른 빛은 수평에 대해 22.5°의 1/4 파장판(QWP)(140)을 통과한다. 22.5°의 1/4 파장판(QWP)(140)을 통과한 빛은 기준거울(150)에 의해 광 경로를 만들어주고 반사되어 다시 22.5°의 1/4 파장판(QWP)(140)를 통과하여 광분배기(BS)(130)로 돌아오게 된다. 이때 광분배기(BS)(130)로 돌아온 빛은 수평성분의 기준에서 45°선형 편광이 된다. Light flowing to the reference arm passes through a quarter wave plate (QWP) 140 at 22.5 ° with respect to the horizontal. The light passing through the quarter wave plate (QWP) 140 at 22.5 ° creates a light path by the reference mirror 150 and is reflected and passes again through the quarter wave plate (QWP) 140 at 22.5 °. To be returned to the optical splitter (BS) 130. At this time, the light returned to the optical splitter (BS) 130 is 45 ° linearly polarized light on the basis of the horizontal component.

광원에서 편광 광 분배기(PBS)(250)를 통과하여 수평성분으로 편광된 빛은 존스 벡터(Jones vector)에 의해 다음과 같이 묘사된다. 존스 벡터는 편광된 빛을 전기벡터를 사용한 또 다른 표현법으로서 가간섭성 광원에 적용할 수 있는 간결한 기법으로, 이는 수학식 1과 같다. Light polarized horizontally through the polarizing light splitter (PBS) 250 at the light source is depicted by the Jones vector as follows. Jones vector is a concise technique that can be applied to the coherent light source as another representation of the polarized light using the electric vector, which is represented by the equation (1).

수학식 1의 편광된 빛은 광 분배기(BS)에 의해 레퍼런스 암(reference arm) 과 샘플 암(sample arm) 으로 양분되며 각각에 전달되는 빛은 같은 크기를 갖는다(수학식 2).The polarized light of Equation 1 is divided into a reference arm and a sample arm by the light splitter BS, and the light transmitted to each of them has the same size (Equation 2).

, ,

존스 행렬(Jones matrix)은 존스 벡터로 편광된 입사광이 광학 부품을 투과하여 새로운 벡터로 변환 되었을 때 광학 부품의 변환 행렬을 표현한다. QWP의 존스 행렬은 수평축과 수직축에 따라 수학식 3으로 표현된다.The Jones matrix represents the transformation matrix of the optical component when the incident light polarized by the Jones vector is transmitted to the optical component and converted into a new vector. The Jones matrix of QWP is expressed by Equation 3 along the horizontal and vertical axes.

수평축을 기준으로 φ만큼 회전한 QWP는 수학식 4와 같이 정의된다.QWP rotated by φ about the horizontal axis is defined as in Equation 4.

여기서 R(Φ)는 다음과 같다.Where R (Φ) is

수학식 4에 의해 22.5°의 QWP에 의한 편광 변화는According to Equation 4, the change in polarization due to the QWP of 22.5 °

의 존스 벡터로 표현되며 45°선형 편광으로 수평 성분과 수직성분이 같은 진폭과 위상을 갖는다.Expressed as the Jones vector of, the horizontal and vertical components have the same amplitude and phase with 45 ° linear polarization.

본 실시예에서는 reference arm을 거쳐 최종적으로 돌아오는 빛을 QWP(140)와 편광 광분배기(250)를 사용하여 45°선형 편광을 확인하였다. 최종적으로 돌아오는 빛이 45°선형 편광이 되어있다고 가정한다면 45°QWP(140)를 한번 더 통과하게 되면 수평축에 혹은 수직축에 완전 편광된 빛이 만들어지게 된다. 이렇게 편광된 빛은 편광 광 분배기(250)에 통과시켜 확인할 수 있다. 본 실시예에서는 편광 광 분배기(250)를 통과한 빛이 수직성분에서만 검출되어 reference arm의 45°선형 편광을 검증하였다. In the present embodiment, 45 ° linearly polarized light was confirmed using the QWP 140 and the polarized light splitter 250 for the light finally returned through the reference arm. Assuming that the returned light is 45 ° linearly polarized light, passing through the 45 ° QWP 140 once more results in fully polarized light on the horizontal or vertical axis. The polarized light may be confirmed by passing through the polarized light splitter 250. In this embodiment, the light passing through the polarization light splitter 250 is detected only in the vertical component to verify the 45 ° linear polarization of the reference arm.

한편, 경우에 따라서, 광지연선(RSOD)을 사용할 수도 있다. 기준 거울(Ref. mirror) 만을 사용하는 경우에는 깊이 방향으로의 스캐닝 없이 검출기에서 받은 스펙트럼 신호를 푸리에 변환 시킴으로써 깊이 방향의 정보를 얻을 수 있는 주파수 영역의 PS-OCT이다.In some cases, an optical delay line RSOD may be used. In case of using only the reference mirror, it is PS-OCT in the frequency domain that can obtain the depth direction information by Fourier transforming the spectral signal received from the detector without scanning in the depth direction.

(샘플 경로 구성에 대한 설명 - 횡축 스캐닝)(Description of Sample Path Configuration-Horizontal Scan)

샘플의 2차원 단면 영상을 얻기 위해서는 횡축 스캐닝 기법이 필요하다. 횡축 스캐닝 방법은 크게 샘플을 움직이는 방법과 횡축 스캐너를 움직이는 방법으로 나뉜다. In order to obtain a two-dimensional cross-sectional image of a sample, a transverse scanning technique is required. The horizontal scanning method is divided into a method of moving a sample and a method of moving a horizontal scanner.

본 실시예에서는 갈바노미터 거울(220)을 움직여 횡축 방향을 스캐닝하였으며 샘플과 스캐닝 거울(220) 사이에 대물렌즈(objective lens)(230)를 사용하여 빛을 집속하였다. In this embodiment, the galvanometer mirror 220 is moved to scan the horizontal axis direction, and the light is focused using an objective lens 230 between the sample and the scanning mirror 220.

레퍼런스 암과는 다른 한쪽의 경로인 샘플 암으로 흐르는 빛은 수평에 대해 45°의 1/4 파장판(QWP)(210)를 통과하여 대물 렌즈(230)와 같은 광 집속기를 사용하여 샘플(240)에 초점을 맞추게 되며 이때의 빛은 수평성분을 기준으로 우원형 편광되어 있다. 우원형 편광 성분의 빛은 샘플(240)에서 산란 되거나 역반사 되고 샘플(240)의 광학적 특성에 따라 타원 편광으로 변화를 일으키게 된다. 이렇게 반사된 빛은 다시 45°의 1/4 파장판(QWP)(210)를 통과하여 광분배기(BS)(130)로 돌아오게 된다. Light that flows to the sample arm, which is one path away from the reference arm, passes through a quarter wave plate (QWP) 210 at 45 ° to the horizontal, using a light concentrator such as an objective lens 230 ) And the light is circularly polarized with respect to the horizontal component. The light of the right polarization component is scattered or retroreflected in the sample 240 and causes a change in elliptical polarization according to the optical characteristics of the sample 240. The reflected light passes through the quarter wave plate (QWP) 210 at 45 ° and returns to the optical splitter (BS) 130.

즉, 샘플 암에서 45°의 1/4 파장판(QWP)(210)를 지난 빛은 갈바노미터(220)에 설치된 거울에 의해 반사되어 대물렌즈(230)에 집속된 후 샘플(240) 조직에 입사하게 된다. 샘플(240) 조직에서 반사되거나 역산란된 빛은 다시 같은 경로로 되돌아가게 된다. 이때 갈바노미터(220)의 각 회전에 의해 횡축 스캐닝을 하게 된다.That is, light passing through the quarter wave plate (QWP) 210 at 45 ° from the sample arm is reflected by a mirror installed on the galvanometer 220 and focused on the objective lens 230, and then the sample 240 tissue is formed. Will be joined. Light reflected or backscattered from the tissue of the sample 240 returns back to the same path. At this time, the horizontal axis scanning is performed by each rotation of the galvanometer 220.

본 실시예에서, 갈바노미터 거울(220)의 작은 움직임을 통해 샘플에 입사되는 빛은 약 2.6mm 길이의 범위를 만들어 주었고 사용된 대물렌즈(230)의 초점거리는 11mm로 설정하였다. 횡축 해상도(lateral resolution)(△x)는 수학식 6과 같이 광원의 중심 파장과 대물렌즈의 개구수(Numerical aperture)에 의해 결정된다.In this embodiment, the light incident on the sample through the small movement of the galvanometer mirror 220 made a range of about 2.6mm length and the focal length of the objective lens 230 used was set to 11mm. The lateral resolution Δx is determined by the central wavelength of the light source and the numerical aperture of the objective lens as shown in Equation (6).

수학식 6에 의해 계산된 횡축 해상도는 20㎛이다. The horizontal axis resolution calculated by Equation 6 is 20 μm.

PS-OCT에서 샘플 암(sample arm)의 빛은 45°의 QWP(210)를 통과하여 원형 편광의 빛이 샘플에 입사된다. 샘플에 입사된 빛은 레퍼런스 암(reference arm)에서 설명한 바와 같이 존스 벡터와 존스 행렬로 표현할 수 있다.샘플 암의 존스 행렬 방정식은 샘플의 특성에 의해 발생하는 평균 위상 지연(average phase delay)인 B(z, △n, α)가 추가되어 표현된다. 따라서 샘플 암에서 수평축을 기준으로 α만큼 회전한 QWP는 수학식 7과 같이 정의된다. In the PS-OCT, the light of the sample arm passes through the QWP 210 at 45 ° and light of circular polarization is incident on the sample. The light incident on the sample can be represented by a Jones vector and a Jones matrix as described in the reference arm. The Jones matrix equation of the sample arm is B, the average phase delay caused by the characteristics of the sample. (z, Δn, α) are added and represented. Therefore, the QWP rotated by α about the horizontal axis in the sample arm is defined as in Equation 7.

여기서 kzn은 굴절률 n을 갖고 깊이(z)방향으로 전달되는 빛을 표현한다.Where kzn represents the light having a refractive index n and transmitted in the depth z direction.

따라서 샘플 암에서 45°QWP(210)와 B(z, △n, α)에 의한 편광 변화는 수학식 8이 되며 이는 샘플에 입사한 원형 편광된 빛이 역 산란 되어 돌아올 때 변하는 편광 상태를 나타낸다.Therefore, the polarization change by 45 ° QWP 210 and B (z, Δn, α) in the sample arm is expressed by Equation 8, which represents the polarization state that changes when the circularly polarized light incident on the sample is backscattered back. .

이상과 같이, 본 실시예에서는 짧은 시간 안에 많은 수의 2차원 영상을 획득하기 위하여, 검출기를 사용하여 스펙트럼 신호를 획득하여 푸리에 도메인을 취함으로서, 종축 신호가 획득되는 동시에 갈바노미터 거울(220)을 이용하여 횡축 스캐닝을 수행하였다. 정확한 범위의 영상을 획득하기 위해서는 스펙트럼 신호 획득과 횡축 스캐닝의 구동신호가 동기화되어야 하며 이를 통하여 3차원 영상의 구현도 가능하게 됨은 자명하다. 다만, 그 동기화수단은 본 발명의 핵심사항은 아니므로 그 상세한 설명은 생략한다.As described above, in the present embodiment, in order to acquire a large number of two-dimensional images in a short time, by obtaining a Fourier domain by acquiring a spectral signal using a detector, a longitudinal axis signal is obtained and at the same time the galvanometer mirror 220 The transverse scanning was performed using. In order to acquire an accurate range of images, it is obvious that the driving signals of the spectrum signal acquisition and the horizontal axis scanning must be synchronized, thereby realizing a 3D image. However, since the synchronization means is not the core of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

한편, 생체조직 샘플의 길이방향에 따라, 상기 생체조직 샘플의 종축 스캐닝과 횡축 스캐닝이 가능하도록, 다른 하나의 갈바노미터를 포함할 수도 있다. 갈바노미터를 사용하면 환자 및 의료진이 신체를 움직일 필요가 없고, 스캐닝 주기마다 동기되어 정확한 길이방향 이동이 가능하므로 더욱 정화한 영상 이미지 획득이 가능하다.On the other hand, according to the longitudinal direction of the biological tissue sample, another galvanometer may be included to enable longitudinal and horizontal scanning of the biological tissue sample. The galvanometer eliminates the need for patients and medical personnel to move the body, and enables accurate longitudinal movement in synchronization with each scanning cycle, allowing for a cleaner image acquisition.

레퍼런스 암과 샘플 암에서 각각 되돌아온 빛은 광분배기(BS)(130)에서 모이게 되며, 레퍼런스 암에 의해서 두 빛의 경로차가 같으면 간섭 현상을 일으키게 된다. 이렇게 발생된 간섭신호는 다시 편광 광분배기(PBS)(250)를 통과하여 수평성분과 수직성분으로 나뉘게 되고 각각의 성분을 광 검출기들(260, 270)로 받아서 원하는 데이터를 획득하게 된다. 광 검출기들(260, 270)은 검출부(50)를 이루는 분광기로서, 포토다이오드로 이루어질 수 있다.The light returned from the reference arm and the sample arm, respectively, is collected in the optical splitter (BS) 130, and if the two paths are the same by the reference arm, interference occurs. The generated interference signal is again passed through a polarized light splitter (PBS) 250 to be divided into a horizontal component and a vertical component, and each component is received by the photo detectors 260 and 270 to obtain desired data. The photo detectors 260 and 270 are spectrometers constituting the detector 50 and may be formed of photodiodes.

광 검출기들(260, 270)에서 검출된 신호는 컴퓨터 시스템(70)으로 전달된다. 더욱 정확한 광 전달을 위하여, 광 검출기들(260, 270)의 앞단에 콜리메이터(collimator)를 두어, 즉, 편광 광분배기(PBS)(250)를 통과하여 생성된 수평성분과 수직성분의 빛이 각각 콜리메이터(collimator)를 거쳐, 광섬유를 통해 광 검출기들(260, 270)로 전달되게 할 수도 있다.The signal detected at the photo detectors 260, 270 is passed to the computer system 70. For more accurate light transmission, a collimator is placed in front of the photo detectors 260 and 270, i.e., the light of the horizontal and vertical components generated through the polarized light splitter (PBS) 250, respectively. Via a collimator, it may also be delivered to optical detectors 260 and 270 via an optical fiber.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 의한 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 설명도이고, 도 3a는 도 2a의 프로브의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 설명도이며, 도 3b는 도 2b의 프로브의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 설명도이다.2A and 2B are explanatory diagrams schematically illustrating a configuration of a polarization sensitivity-optical interference image acquisition probe for biopsy according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3A illustrates the configuration of the probe of FIG. 2A. It is explanatory drawing for demonstrating schematically, FIG. 3B is explanatory drawing for demonstrating schematically the structure of the probe of FIG. 2B.

도 2a에 도시된 것과 같이, 본체(10)는 전원공급장치(20), 광원부(30), 컴퓨터 시스템(70)으로 이루어진다.As shown in FIG. 2A, the main body 10 includes a power supply device 20, a light source unit 30, and a computer system 70.

전원공급장치(20)는 광원부(30), 검출부(50), 컴퓨터 시스템(70), 프로브(90) 등에 전원을 공급한다.The power supply device 20 supplies power to the light source unit 30, the detection unit 50, the computer system 70, the probe 90, and the like.

광원부(30)는 고속 파장변환 저 결맞음(Low Coherence) 광원(110)을 구비하여 프로브(90)의 광학시스템으로 전송한다. 임의의 공간상의 한점에 도달하는 광파가 예측 가능하게 진동하여 위상 변화 없이 사인함수 형태를 유지하는 평균 시간간격을 가간섭시간(coherence time)이라고 하는데 이것은 광파의 시간 가간섭성(temporal coherence)을 결정하는 척도가 된다. 공간상에 고정된 한 점에서 관찰하면 진행하는 광파는 위상이 일정하게 유지되는 시간간격 동안만 사인함수 형태로 진동한다. 임의대로 위상이 변화하기 전까지 규칙적으로 진동하는 광파의 공간적 길이를 가간섭거리(coherence length)라고 하고 광파가 분광학적으로 얼마나 순수한가를 나타내는 척도가 된다. 저 결맞음 광원은 광파의 가간섭거리가 짧은 광원으로 넓은 스펙트럼 대역을 갖는 이유로 최근 OCT에서 많이 사용하고 있다.The light source unit 30 includes a high speed wavelength conversion low coherence light source 110 and transmits the light to the optical system of the probe 90. The average time interval at which an optical wave reaching a point in any space oscillates predictably and maintains a sinusoidal shape without phase change is called coherence time, which determines the temporal coherence of the light wave. To become a measure of Observing from a fixed point in space, the advancing light waves oscillate in the form of a sine function only during time intervals in which the phase remains constant. The spatial length of the regularly oscillating light waves until the phase changes arbitrarily is called the coherence length and is a measure of how purely the light waves are spectroscopically. The low coherence light source is a light source with a short interference distance of light waves and has been widely used in OCT recently because of its wide spectral band.

한편, 전송로(80)는 광섬유 및 전선들로 이루어지며, 본체(10)와 프로브(90) 사이에서 빛을 전달하는 채널의 역할을 함과 동시에 전력을 전달한다.On the other hand, the transmission path 80 is composed of optical fibers and wires, and serves as a channel for transmitting light between the body 10 and the probe 90 and at the same time transmits power.

도 3a에 도시된 바와 같이, 프로브(90)는 PS-OCT를 이루는 광학시스템으로서, 선형편광기(LP)(120), 광분배기(BS)(130), 22.5°의 1/4 파장판(QWP)(140), 기준거울(150), 45°의 1/4 파장판(QWP)(210), 갈바노미터(220), 대물렌즈(230), 편광 광분배기(PBS)(250), 광 검출기들(253,257)로 이루어진다.As shown in FIG. 3A, the probe 90 is an optical system forming a PS-OCT, and includes a linear polarizer (LP) 120, an optical splitter (BS) 130, and a quarter wave plate (QWP) of 22.5 °. 140, reference mirror 150, 1/4 wave plate (QWP) 210 of 45 °, galvanometer 220, objective lens 230, polarized light splitter (PBS) 250, light Detectors 253 and 257.

광원부(30)의 저 결맞음 광원(110)에서 나온 하나의 빛은 선형편광기(LP)(120)를 통과하여 수평 방향으로 편광된 빛만을 만들어 낸다. Low coherence of the light source unit 30 One light from the light source 110 passes through the linear polarizer (LP) 120 to produce only the light polarized in the horizontal direction.

선형편광기(LP)(120)로부터 출사된 순수하게 수평 편광된 빛은 광분배기( BS)(130)를 통과하면서 한쪽 경로로는 레퍼런스 암으로, 다른 한쪽 경로로는 샘플 암으로 진행하게 된다.The purely horizontally polarized light emitted from the linear polarizer (LP) 120 passes through the optical splitter (BS) 130 and proceeds to the reference arm in one path and to the sample arm in the other path.

레퍼런스 암으로 흐른 빛은 수평에 대해 22.5°의 1/4 파장판(QWP)(140), 즉 제1의 1/4 파장판을 통과한다. 22.5°의 1/4 파장판(QWP)(140)을 통과한 빛은 기준거울(150)에서 반사되어 다시 22.5°의 1/4 파장판(QWP)(140)를 통과하여 광분배기(BS)(130)로 돌아오게 된다.Light flowing to the reference arm passes through a quarter wave plate (QWP) 140, ie a first quarter wave plate, at 22.5 ° with respect to the horizontal. The light passing through the quarter wave plate (QWP) 140 at 22.5 ° is reflected by the reference mirror 150 and passes through the quarter wave plate (QWP) 140 at 22.5 ° and is further divided by the optical splitter (BS). Return to 130.

다른 한쪽의 경로인 샘플 암으로 흐르는 빛은 수평에 대해 45°의 1/4 파장판(QWP)(210), 즉 제2의 1/4 파장판을 통과하여 갈바노미터(220)에 설치된 거울에 의해 반사되어 대물렌즈(230)에 집속된 후 샘플(240) 조직에 입사하게 된다. 여기서 갈바노미터(220)는 1 축 또는 2 축의 광학 스캐너(optical scanner)로서 사용된다. 이때의 빛은 수평성분을 기준으로 우원형 편광 되어 있다. 우원형 편광 성분의 빛은 샘플(240)에서 산란 되거나 역반사 되고 샘플(240)의 광학적 특성에 따라 타원 편광으로 변화를 일으키게 된다. 샘플(240) 조직에서 반사되거나 역산란된 빛은 다시 같은 경로로 되돌아가게 된다. 이렇게 반사된 빛은 다시 45°의 1/4 파장판(QWP)(210)를 통과하여 광분배기(BS)(130)로 돌아오게 된다. The light that flows to the sample arm, the other path, passes through a quarter wave plate (QWP) 210, i.e., a second quarter wave plate at 45 ° to the horizontal, and is installed on the galvanometer 220. The light is reflected by the objective lens 230 and focused on the sample 240. The galvanometer 220 is used as an optical scanner of one axis or two axes. At this time, the light is circularly polarized based on the horizontal component. The light of the right polarization component is scattered or retroreflected in the sample 240 and causes a change in elliptical polarization according to the optical characteristics of the sample 240. Light reflected or backscattered from the tissue of the sample 240 returns back to the same path. The reflected light passes through the quarter wave plate (QWP) 210 at 45 ° and returns to the optical splitter (BS) 130.

레퍼런스 암과 샘플 암에서 각각 되돌아온 빛은 광분배기(BS)(130)에서 모이게 되며, 레퍼런스 암에 의해서 두 빛의 경로차가 같으면 간섭 현상을 일으키게 되며, 이렇게 발생된 간섭신호는 다시 편광 광분배기(PBS)(250)를 통과하여 수평성분과 수직성분으로 나뉘게 되고, 수평성분 빛과 수직성분의 빛이 검출부(50, 260, 270)로 입사된다.The light returned from the reference arm and the sample arm, respectively, is collected in the optical splitter (BS) 130. If the path difference between the two lights is the same by the reference arm, an interference phenomenon occurs. The generated interference signal is again a polarized optical splitter (PBS). After passing through the (250) is divided into a horizontal component and a vertical component, the horizontal component light and the vertical component light is incident to the detection unit (50, 260, 270).

검출부(50)는 광 검출기들(260, 270)로 이루어지며, 편광 광분배기(PBS)(250)로부터의 수평성분 빛과 수직성분의 빛이 각각 콜리메이터(253, 257)를 거쳐 광섬유를 통해 검출부(50)로 입사되어 데이터를 획득하게 되며, 획득된 데이터는 컴퓨터 시스템(70)으로 전달한다.The detector 50 is composed of photo detectors 260 and 270, and the horizontal component light and the vertical component light from the polarized light splitter (PBS) 250 pass through the collimators 253 and 257 through the optical fiber. The data is entered into 50 to acquire data, and the obtained data is transferred to the computer system 70.

컴퓨터 시스템(70)은 검출부(50)로부터의 신호를 디지털신호로 변환하여 수신하며, 수신된 디지털 신호를 수직, 수평 성분에 대해 각각 푸리에 변환을 시켜 크기와 위상 값을 구하며, 푸리에 변환에 의해 얻은 값들로부터 스톡스 변수 값을 구한다. 이로부터 생체조직 표피 부근에서의 정상세포 및 종양세포의 크기, 깊이, 간격 등을 수치화하거나, 생체조직의 표피 부근에서 변화된 산란계수를 정량화할 수 있으며 이로써 생체조직 표피 부근의 종양 치료 효과에 대한 정량적인 값을 제시할 수 있으며, 또한 생체조직 진피 부근에 분포되어 있는 정상세포 및 종양세포의 병변단계에 따라 달라지는 복굴절을 측정함으로써 병변단계에 따른 종양세포들의 변화를 정량적인 값으로 제시할 수 있다.The computer system 70 converts and receives a signal from the detection unit 50 into a digital signal, obtains magnitude and phase values by performing Fourier transform on the vertical and horizontal components of the received digital signal, and obtains the magnitude and phase values. Get the Stokes variable value from the values. From this, the size, depth and spacing of normal cells and tumor cells in the vicinity of the epidermis of the tissue can be quantified, or the scattering coefficients changed in the vicinity of the epidermis of the tissue can be quantified. Phosphorus value can be presented and the change of tumor cells according to the lesion stage can be presented as a quantitative value by measuring the birefringence depending on the lesion stage of the normal cells and the tumor cells distributed near the biological tissue dermis.

한편, 도 2b는 도 2a와 대동소이하나 본체(10)에 광원부(30)가 존재하지 않고, 프로브(90)에 광원부(30)가 임베디드되어 있는 점에서 상이하다. 도 3b는 도 2b의 시스템에 대응하는 도면으로서, 선형편광기(LP)(120)에 입사되는 광원이 본체로부터 전달되는 것이 아니라 프로브(90) 자체에서 생성되는 것을 나타낸다. 광원부(30)가 프로브(90)에 자체 내장되는 경우에는 본체(10)로부터 전달받는 경우에 비하여 광학적 노이즈가 줄어들어 더욱 정확한 진단이 가능한 장점이 있다. 도 2b 및 도 3b에 나타난 본 실시예에 대하여, 그 이외의 사항은 앞선 실시예와 완전히 동일하므로, 그 중복된 설명은 이하에서 생략한다.2B is similar to FIG. 2A in that the light source unit 30 does not exist in the main body 10 and the light source unit 30 is embedded in the probe 90. FIG. 3B is a diagram corresponding to the system of FIG. 2B, showing that the light source incident on the linear polarizer (LP) 120 is generated by the probe 90 itself rather than being transmitted from the body. When the light source unit 30 is embedded in the probe 90 itself, optical noise is reduced as compared with the case where the light source unit 30 is received from the main body 10, and thus the diagnosis can be more accurately performed. With respect to the present embodiment shown in Figs. 2B and 3B, other matters are exactly the same as in the previous embodiment, and the overlapping description thereof will be omitted below.

다음은 스톡스 변수에 대해서 간략히 설명한다.The following briefly describes Stokes variables.

컴퓨터 시스템(70)은 스톡스 변수 값을 구하는데, 스톡스 벡터는 편광된 광을 전자기파의 관측 가능량들의 함수로 표현한 것으로 편광상태에 대한 완전한 묘사방법으로써 I, Q, U, V (혹은 S0, S1, S2, S3)의 네 개의 변수로 구성되어 있다. 이 네개의 변수들은 광검출기(photodiode)와 선형(linear) 및 원형(circular)의 편광자를 이용하여 구할 수 있다. 스톡스 변수에 대한 더욱 자세한 사항은 Eugene Hecht 저, 제호 "Optics, Fourth edition", 출판 Addison Wesley(2002)를 참조할 수 있다.The computer system 70 obtains Stokes variable values, which represent the polarized light as a function of the observable quantities of electromagnetic waves and are a complete description of the state of polarization, as I, Q, U, V (or S0, S1, It consists of four variables of S2 and S3). These four parameters can be found using photodiodes and linear and circular polarizers. For further details on Stokes parameters, see Eugene Hecht, entitled "Optics, Fourth edition", published Addison Wesley (2002).

광 검출기에 입사되는 총 조사량을 It라고 하면 I0 °,I90 °, I+45°, I-45°은 각각 수평축을 기준으로 0°, 90°, +45°, -45°각도의 선형 편광자(linear polarizer)에 의해 투과된 빛이며 선형편광으로 정의하며, 또한 Irc와 Ilc는 원형 편광자(circular polarizer)에 의해 투과된 빛이며 우원편광, 좌원편광이라 정의한다. Eox는 수평 성분의 크기, Eoy는 수직 성분의 크기, εox는 수평 성분의 위상, εoy는 수직 성분의 위상이다. 편광 상태를 표현하는 네개의 스톡스 변수(stokes parameters)를 수학식 9와 같이 정의한다.If the total dose of light incident on the photodetector is It, then I 0 ° , I 90 ° , I + 45 ° and I -45 ° are linear at 0 °, 90 °, + 45 ° and -45 ° angles with respect to the horizontal axis, respectively. The light transmitted by the linear polarizer is defined as linear polarization, and I rc and I lc are the light transmitted by the circular polarizer and are defined as right circular polarization and left circular polarization. Eox is the magnitude of the horizontal component, Eoy is the magnitude of the vertical component, εox is the phase of the horizontal component, and εoy is the phase of the vertical component. Four Stokes parameters representing the polarization state are defined as in Equation 9.

I = It, Q=(I0 °- I90 °), U=(I+45°- I-45°), V=(Irc - Ilc)I = It, Q = (I 0 ° -I 90 ° ), U = (I + 45 ° -I -45 ° ), V = (I rc -I lc )

수학식 9의 스톡스 변수들을 I로 표준화(normailzing) 하면, Q는 수평(Q=+1)축 혹은 수직(Q=-1)축을 따라 편광된 양을 묘사하고, U는 +45°(U=+1)혹은 -45°(U=-1) 방향을 따라 편광된 양을 나타낸다. 그리고 V는 우원형 (V=+1) 혹은 좌원형 (V=+1) 의 편광된 양을 표현한다. Normalizing the Stokes variables in Equation 9 to I, Q describes the amount of polarization along the horizontal (Q = + 1) or vertical (Q = -1) axis, and U is + 45 ° (U = +1) or -45 ° (U = -1) indicates the amount of polarization. And V represents the polarized amount of right circle (V = + 1) or left circle (V = + 1).

평균 각주파수ω 를 갖고 진행하는 빛을 전자기장에서 x성분(수평 성분), y성분(수직 성분)으로 표현하면 수학식 10과 같다. When the light traveling with the average angular frequency ω is expressed as x component (horizontal component) and y component (vertical component) in the electromagnetic field, Equation 10 is expressed.

이를 이용하여 전자기장에서 표현된 스톡스 변수는 수학식 11과 같다.The Stokes variable expressed in the electromagnetic field using the equation is represented by Equation 11.

이를 정리하면 수학식 12와 같다.This is summarized as in Equation 12.

도 4는 도 2a의 컴퓨터 시스템의 개략적인 흐름도이다.4 is a schematic flowchart of the computer system of FIG. 2A.

푸리에 변환단계로, 광 검출기들(260, 270)들의 출력신호가 디지탈신호로 변환되어 수직성분의 신호 및 수평성분의 신호가 컴퓨터 시스템으로 입력되면, 수직성분의 신호 및 수평 성분의 신호에 대해 각각 푸리에 변환을 시켜 크기와 위상 값을 구한다(S100).In the Fourier transform step, when the output signal of the photo detectors 260 and 270 is converted into a digital signal and the vertical component signal and the horizontal component signal are input to the computer system, the vertical component signal and the horizontal component signal are respectively The Fourier transform is performed to obtain magnitude and phase values (S100).

스톡스변수 연산단계로, 푸리에 변환단계에 의해 구한 값들을 이용하여 수학식 4에 의해 스톡스 변수 값을 구한다(S150).As a Stokes variable calculation step, a Stokes variable value is obtained by Equation 4 using the values obtained by the Fourier transform step (S150).

영상구현단계로, 스톡스 변수들을 가지고 생체조직 단면 구조영상 및 3-D 영상을 구현한다(S200)In the image realization step, the biotissue cross-sectional structure image and 3-D image are implemented with Stokes parameters (S200).

표피 부위 산란측정단계로, 영상구현단계에서 구현된 영상으로부터, 생체조직 표피 부위에서의 세포분포를 측정한다(S250).In the epidermal region scattering measurement step, from the image implemented in the image implementation step, cell distribution in the epidermal region of the biological tissue is measured (S250).

진피 부위 복굴절측정단계로, 영상구현단계에서 구현된 영상으로부터, 생체조직 진피 부위에서의 복굴절을 측정한다(S300). 즉, 생체조직의 진피 부위에 분포되어 있는 종양세포의 병변단계에 따른 복굴절을 측정한다. In the dermal region birefringence measurement step, from the image implemented in the image implementation step, the birefringence in the biological tissue dermal region is measured (S300). That is, the birefringence according to the lesion stage of the tumor cells distributed in the dermal region of the biological tissue is measured.

생체조직 표피 부위의 세포분포에 대한 정량적인 값추출단계로, 생체조직 표피 부위의 산란측정단계(S250)의 결과로부터 생체조직 표피의 세포분포 또는 세포크기의 변화에 따른 산란계수의 변화를 수치화하며, 이로부터 생체조직 표피 부위의 세포분포에 대한 정량적인 값을 구한다(S350).A quantitative value extraction step for the cell distribution of the epidermal area of the tissue, quantifying the change of the scattering coefficient according to the cell distribution or the size of the cell epidermis from the result of the scattering measurement step (S250) of the biological tissue epidermal area From this, a quantitative value for cell distribution of the epidermal region of the biological tissue is obtained (S350).

그리고, 생체조직의 진피 부위의 종양세포 병변단계의 정량적인 값추출단계로, 진피 부위 복굴절측정단계의 결과로부터 생체조직의 진피 부위에 분포되어 있는 종양세포들이 가지고 있는 복굴절을 검출함으로써 병변단계에 따른 종양세포의 변화에 대한 정량적인 값을 구한다(S400).In addition, the quantitative value extraction step of the tumor cell lesion stage of the dermal region of the biological tissue, the birefringence of the tumor cells distributed in the dermal region of the biological tissue from the result of the dermal region birefringence measurement step according to the lesion stage Obtain a quantitative value for the change of tumor cells (S400).

도 5는 도 4의 생체조직 표피 부위의 산란측정단계의 개략적인 흐름도이다.FIG. 5 is a schematic flowchart of the scattering measurement step of the biological tissue epidermal region of FIG. 4.

S3 이미지구현단계로, 스톡스 변수들 중에서 S3 이미지를 구한다(S260).In the S 3 image implementation step, an S 3 image is obtained from the Stokes parameters (S260).

평면보정(plane fitting)연산단계로, 대물렌즈에 의해서 생기는 상면 만곡 현상과 샘플의 기울기에 발생하는 형상 오차를 제거하기 위하여 평면 보정 연산 과정을 수행한다(S280). 여기서 평면 보정을 실시하면 생체조직 표피 부위의 세포분포에 해당하는 픽셀의 사이즈를 추출할 수 있다.In the plane fitting operation, a plane correction operation is performed to remove a shape error caused by an image surface curvature caused by an objective lens and a slope of a sample (S280). If the plane correction is performed, the size of the pixel corresponding to the cell distribution of the epidermal region of the biological tissue can be extracted.

픽셀의 사이즈추출단계로, 생체조직 표피 부위의 세포분포에 해당하는 픽셀의 사이즈를 추출(S290)하며, 이 사이즈 값을 가지고 기울기를 추출한다(linear fitting)(S295).In the step of extracting the size of the pixel, the size of the pixel corresponding to the cell distribution of the epidermal region of the biological tissue is extracted (S290), and the slope is extracted using the size value (S295).

도 6은 도 4의 생체조직 진피 부위 복굴절측정단계의 개략적인 흐름도이다.FIG. 6 is a schematic flowchart of the biological tissue dermal birefringence step of FIG. 4.

S3 이미지구현단계로, 스톡스 변수들 중에서 S3 이미지를 구하며, 여기서 스톡스 변수들 중에서 S3 값은 수학식 13과 같이 첫번째로 파장(k0), 두번째로 복굴절(Δn), 세번째로 샘플의 깊이(z)의 3가지 인자를 가진 함수로 나타낼 수 있다(S310).In the S 3 image implementation step, we obtain the S 3 image from the Stokes parameters, where S 3 The value may be expressed as a function having three factors, firstly the wavelength (k 0 ), secondly birefringence (Δn), and thirdly the depth (z) of the sample (S310).

S3=cos(2k0Δnz)S 3 = cos (2k 0 Δnz)

아크 코사인연산단계로, S3 이미지구현단계의 출력 신호를 아크 코사인 취한다(S320). 여기서 수학식 13과 같은 S3 값을 아크 코사인 취하면 기울기를 가진 선형함수가 된다.In the arc cosine calculation step, the arc cosine takes the output signal of the S 3 image implementation step (S320). Where S 3 as Equation 13 The arc cosine of the value gives a linear function with slope.

기울기값 추출단계로, 아크 코사인연산단계의 출력으로부터 기울기를 추출하면(linear fitting) 하나의 라인(x)에 대한 복굴절의 값이 나온다(S330). In the step of extracting the slope value, when the slope is extracted from the output of the arc cosine operation step (linear fitting), the value of the birefringence for one line x is obtained (S330).

평균화단계로, 이를 이미지의 모든 라인(x)에 적용하여 복굴절을 구하고 이를 평균화시킨다(S340).In the averaging step, the birefringence is obtained by applying it to all lines x of the image and averaged (S340).

(이미지 구현을 통한 생체조직 진단용 PS-OCT의 성능 확인)(Check the performance of PS-OCT for biotissue diagnosis through image implementation)

생체 조직을 통과하는 빛의 편광 상태는 산란(scattering)과 복굴절(birefringence)의 메카니즘으로 특정화 할 수 있다. 산란은 임의의 방향으로 편광상태를 변화시킨다. 산란입자의 크기가 증가할수록 산란은 점점 비등방성이 되며 입사편광은 잘 유지된다. 일반적으로 편광된 빛은 입자의 크기가 증가할수록 입사편광이 잘 보존되고 선형 편광된 빛은 비 등방성 산란 보다 등방성 산란에 의해 보존된다. 세포 조직에 입사된 빛이 여러번 산란되면 single 산란의 변화 효과가 축적되고 결국 편광상태는 완전하게 임의로 바뀌게 되어 입사된 편광 정보를 잃게 된다. 만약 생체 조직이 임의의 구조와 모양으로 구성되어 있다면 빛의 편광상태는 임의적으로 변하게 된다.The polarization state of light passing through biological tissue can be characterized by a mechanism of scattering and birefringence. Scattering changes the polarization state in any direction. As the size of the scattering particles increases, the scattering becomes more anisotropic and the incident polarization is well maintained. In general, polarized light preserves incident polarization as particle size increases and linearly polarized light is preserved by isotropic scattering rather than anisotropic scattering. When the light incident on the cell tissue is scattered several times, the effect of the single scattering is accumulated, and the polarization state is completely changed at random, thus losing the incident polarization information. If the biological tissue is composed of arbitrary structures and shapes, the polarization state of light is randomly changed.

복굴절은 서로 다른 굴절률을 가진 물질에 의해 둘러싸여 있는 선형적인 구조 형태로 인해 발생하는 광학적 성질이다. 복굴절은 물질의 광축 혹은 수직축의 편광된 빛 사이에서 굴절률의 차이에 의해 빛의 편광상태가 변하게 되며 굴절률의 차이는 빛의 수평성분과 수직성분 사이에서 위상 지연으로 정의된다. 수학식 14는 위상 지연의 수식이며 굴절률 차이와 이동하는 거리에 비례적으로 변하게 된다.  Birefringence is an optical property caused by a linear structural form surrounded by materials with different refractive indices. Birefringence is the polarization state of the light is changed by the difference in refractive index between the polarized light of the optical axis or the vertical axis of the material, the difference in refractive index is defined as the phase delay between the horizontal and vertical components of the light. Equation 14 is a formula of the phase delay and changes in proportion to the difference in refractive index and the moving distance.

일반적으로 생체 조직중 많은 부분에서 복굴절이 발생하며 대표적으로는 뼈, 연골, 치아등의 경조직(hard tissue)과 힘줄, 신경, 근육등의 연조직(soft tissue)이 있다.In general, birefringence occurs in many parts of biological tissues, and hard tissues such as bones, cartilage and teeth, and soft tissues such as tendons, nerves, and muscles are typical.

(경조직의 복굴절 확인을 위한 실시예)(Example for Checking Birefringence of Hard Tissue)

먼저 설계한 PS-OCT의 편광 민감도(polarization sensitivity)를 확인하기 위하여 생체조직 중 뼈와 같은 경조직에서의 복굴절 현상을 측정하였다. 일상에서 쉽게 구할 수 있는 동물의 갈비뼈를 샘플로 사용하여 굴절률이 서로 다른 특정한 층을 이미지로 구분할 수 있는지를 확인하였다. PS-OCT의 이미지는 스톡스 변수 (S0, S1, S2, S3)에 의해 얻어지며 스톡스 변수 S0이미지는 일반적인 OCT의 이미지로서 역산란된 빛의 크기로 표현되는 구조적인 단면 이미지이며, S3 은 샘플의 복굴절 정도를 보여주게 된다. 획득한 스톡스 변수 S3의 이미지들은 S0 값으로 나누어 표준화(normalize)하여 표현하였다. 도 7는 PS-OCT로 획득한 S0의 이미지를 보여주며 약 500㎛의 깊이까지에서는 특별한 층이 존재하지 않는 것을 구조적으로 확인할 수 있다. 도 8a와 도 8b는 획득한 S3의 이미지를 보여주며 같은 위치에서 다른 방향의 횡축 스캐닝을 수행한 결과이다. 도 8a는 S0 이미지의 방향에서 추출한 S3의 이미지이며 도 8b는 같은 위치에서 직교된 방향으로 횡축 스캐닝 했을 때의 이미지이다. 두 이미지를 비교해보면 같은 위치에서 측정함에도 불구하고 서로 다른 현상을 보이고 있다. 도 8a에서 확인한 결과 복굴절에 의해 발생하는 위상지연이 빠르게 변화함을 나타내고 있었고 이와는 다르게 도 8b에서의 결과는 복굴절에 의해 발생하는 위상지연이 느리게 변화하고 있는 것을 보여준다. 이로 인하여 S0 의 구조적인 이미지에서 확인할 수 없는 구조적인 층의 구분을 S3 에서는 기능적으로 구별할 수 있었다. 이 결과는 뼈 내부에 구성된 조직의 배열과 입사된 빛의 진행 방향에 의하여 다르게 표현되는 것으로 굴절률이 서로 다른 층이 존재하는 것을 나타낸다. 각각의 그림에서 검은색과 흰색으로 표현된 화살표는 기준점을 나타내는 표시자이며 스캐닝의 위치가 같다는 것을 의미한다.In order to confirm the polarization sensitivity of the designed PS-OCT, birefringence was measured in hard tissues such as bones. Animal ribs, which are readily available in everyday life, were used as samples to determine whether images of specific layers with different refractive indices could be identified. The image of PS-OCT is obtained by Stokes variable (S 0 , S 1 , S 2 , S 3 ), and Stokes variable S 0 image is a structural cross-sectional image represented by the size of backscattered light as an image of a general OCT. , S 3 will show the degree of birefringence of the sample. The images of the acquired Stokes variable S 3 were expressed by normalizing them by dividing them by S 0 values. 7 shows an image of S 0 obtained by PS-OCT, and it can be structurally confirmed that no special layer exists at a depth of about 500 μm. 8A and 8B show the acquired S 3 image, which is a result of performing horizontal scanning in different directions at the same position. FIG. 8A is an image of S 3 extracted from the direction of the S 0 image, and FIG. 8B is an image when horizontal scanning is performed in the direction orthogonal to the same position. Comparing the two images shows different phenomena despite measuring at the same location. As shown in FIG. 8A, the phase delay caused by birefringence is rapidly changed. In contrast, the result shown in FIG. 8B shows that the phase delay caused by birefringence is slowly changing. As a result, the structural layers that could not be identified in the structural image of S 0 were functionally distinguishable in S 3 . This result is expressed differently according to the arrangement of tissues formed inside the bone and the direction of the incident light, indicating that layers having different refractive indices exist. The black and white arrows in each figure indicate the reference point and indicate that the scanning positions are the same.

또한 정보를 획득할 수 있는 깊이도 차이를 보였다. S0 이미지에서는 약 500㎛ 까지의 깊이에서 뚜렷한 구조를 판별할 수 있지만 S3 에서는 이보다 깊은 위치에서도 편광 성분의 정보를 제공하고 있다. 이는 500㎛ 이상의 깊이에서 광강도는 현저하게 줄어 구조적인 정보를 획득하는데 어려움이 있지만 편광의 변화를 통해 추출하는 S3 정보는 작은 광강도에서도 민감하게 획득할 수 있는 장점을 의미한다.There was also a difference in the depth at which information could be obtained. In the S 0 image, a clear structure can be distinguished at a depth up to about 500 μm, but S 3 provides polarization information even at a deeper position. This means that the light intensity is significantly reduced at a depth of 500 μm or more, so that it is difficult to obtain structural information. However, S 3 information extracted through the change in polarization is sensitively obtained even at a small light intensity.

(이미지 구현을 통한 연조직의 복굴절 확인 실시예)(Example of confirming birefringence of soft tissue through image realization)

다음에는, 사람의 피부와 같은 연조직에서 적용 가능성을 검증하기 위해 손가락의 바닥부위(지문)와 등부위를 측정해 보았다. 먼저 손가락 등부위를 측정하여 S0 와 S3의 이미지를 분석해보았다(도 9a, 도 9b). 먼저 S0 이미지를 보면 기저막(basement membrane)을 뚜렷하게 구분할 수 있었으며 위치는 표피로부터 약 250㎛ 깊이로 측정되었다.Next, the fingertips and back of the fingers were measured to verify their applicability in soft tissues such as human skin. First, the back region of the finger was measured to analyze the images of S 0 and S 3 (FIGS. 9A and 9B). First, the S 0 image clearly distinguished the basement membrane and the location was measured about 250 μm deep from the epidermis.

다음 S3 이미지는 기저층에서 발생한 복굴절을 나타내며 S0 이미지에서 확인할 수 없는 층의 굴곡이 보인다. 그 형태는 손가락 등부위에 있는 주름의 굴곡 모양과 비슷하며 주기적으로 반복되는 모양을 보이고 있다. 이것은 기저층에 있는 복굴성 조직이 주름의 형태를 따라 배열되어 있는 것을 의미한다. 도 9c 및 도 9d는 지문부위를 측정한 결과이다. 이미지를 보면 지문의 모양을 따라 형성된 기저막을 현저하게 구분할 수 있다. 표피에 검은색으로 표현된 굵은 선은 표피부분에서 역산란광의 세기가 상대적으로 크기 때문에 다른 구조에 비해 뚜렷하게 표현되었고 주기적으로 반복되는 굴곡 중 한 주기의 길이는 약 400㎛임을 알 수 있었다. 도 9d는 지문의 복굴절 이미지로서 지문의 굴곡에 따라 주기적으로 나타나는 편광 성분의 변화를 확인할 수 있었다. 그러나 S3 이미지에서는 S0에서와는 달리 기저막을 뚜렷하게 구분할 수 없었고 이를 통해 지문 부위의 기저층에 존재하는 조직은 등 부위와는 달리 배열 형태가 지문 모양과 유사하게 형성되어 있지 않다고 유추할 수 있다.The next S 3 image shows the birefringence in the base layer, and the curvature of the layer cannot be seen in the S 0 image. Its shape is similar to the folds of wrinkles on the back of the finger and shows a repeating shape periodically. This means that the birefringent tissue in the base layer is arranged along the shape of the wrinkles. 9C and 9D show the results of measuring fingerprints. Looking at the image, the basement membrane formed along the shape of the fingerprint can be distinguished remarkably. The thick line in black on the epidermis is more clearly expressed than other structures because the intensity of backscattered light in the epidermis is relatively large, and the length of one cycle of periodically repeated bends is about 400 μm. 9D is a birefringence image of the fingerprint, and the change in the polarization component that appears periodically according to the curvature of the fingerprint was confirmed. However, S 3 image, it can be deduced that no S 0 than it did otherwise could not clearly differentiate between the base film is it unlike the through organizations such as site present in the basal layer of the fingerprint area array form is formed in the shape similar to the fingerprint.

(자궁조직 샘플의 3D 이미지 구현 실시예)(Example of implementing 3D image of uterine tissue sample)

2mm(종축스캐닝 범위)×2.3mm(횡축스캐닝 범위)의 2D 이미지를 20㎛ 씩 모션 콘트롤러(310)를 100번 이동하여 측정한 후 3D 이미지를 구현함으로서 시스템의 동기화된 신호를 검증하였다. 도 10은 자궁조직 샘플의 2mm×2.3mm×2mm 크기로 구성한 3D의 이미지를 보여준다.The synchronized signal of the system was verified by measuring the 2D image of 2 mm (vertical axis scanning range) x 2.3 mm (horizontal axis scanning range) by moving the motion controller 310 100 times by 20 μm and implementing the 3D image. 10 shows an image of 3D composed of 2 mm × 2.3 mm × 2 mm size of a uterine tissue sample.

(고속 스캐닝 PS-OCT를 통한 자궁경부 조기진단 실시예)(Example of early diagnosis of cervix through high-speed scanning PS-OCT)

자궁경부 상피내종양(The cervical intraepithelial neoplasm)은 자궁경부 상피에서 발생하는 자궁경부암 전구 병변들의 연속적인 과정을 총체적으로 설명하기 위해 사용되는 용어이다. 일반적으로 병변 단계 진행 정도에 따라 CIN I, CIN II, CIN III의 세등급으로 나뉘며 저등급 상피내 종양인 CIN I에서 시작하여 고등급 상피내 종양인 CIN III를 향해 진행하지만 때로는 곧바로 고등급의 병변으로 진행할 수 있는 특징이 있다. The cervical intraepithelial neoplasm is a term used to collectively describe the continuous process of cervical cancer precursor lesions occurring in the cervical epithelium. It is generally divided into three grades of CIN I, CIN II, and CIN III according to the progression of the lesion stage, starting from CIN I, a low-grade epithelial tumor, and progressing to CIN III, a high-grade epithelial tumor. There are features that can be.

도 11은 자궁 경부의 해부학적 구분을 보여준다. 일반적으로 편평-원주상피의 접합부(Squamo-Columnar Junction)는 내경관의 원주상피와 외경부의 편평상피가 만나는 곳으로 상피내종양과 암이 발생하는 장소로서 임상적으로 중요한 의미를 갖는 부분이다. 11 shows the anatomical divisions of the cervix. In general, squamo-columnar junction (Squamo-Columnar Junction) is the place where the circumferential epithelium of the inner diameter canal and the squamous epithelium of the outer diameter of the inner tube can be a place of intra-epithelial tumors and cancer has a clinical significance.

자궁경부 상피내종양은 단계별 진행에 따라 다음과 같은 조직학적 특성을 보이며 병변을 진단할 수 있는 근거가 된다.Cervical epithelial tumors show the following histological characteristics as stages of progression and provide a basis for diagnosing lesions.

첫째로, 성숙과 분화의 결과로 상피가 다수의 층으로 구분되어 진다. 상피층의 두께비율을 이용하여 상피내 병변의 등급을 결정하며 고등급 병변일수록 미분화 세포층이 두껍고 표면에 성숙, 분화된 세포층이 얇게 되거나 사라지게 된다.First, as a result of maturation and differentiation, the epithelium is divided into layers. The epithelial lesions are graded using the thickness ratio of the epithelial layer. The higher grade lesions have thicker undifferentiated cell layers and thin or disappeared mature and differentiated cell layers on the surface.

둘째로, 과염색성(hyperchromasia), 핵의 다형성(nuclear pleomorphism), 핵 -세포질의 비율이 증가하며 유사분열의 수가 많아진다.Second, hyperchromasia, nuclear pleomorphism, nuclear-cytoplasm ratios increase, and the number of mitosis increases.

셋째로, 각질화 현상이 발생하며 각질화된 상피는 백반증(leukoplakia)으로 나타난다. 일반적으로 고등급 상피내종양에서 가장 심하게 나타나지만 저등급 상피내종양에서도 나타난다. Third, keratinization occurs and keratinized epithelium appears as leukoplakia. It is usually most severe in high grade epithelial tumors but also in low grade epithelial tumors.

일정하게 편광된 빛이 생체조직과 같은 산란계수가 높은 매질을 통과하게 되면 산란을 일으키는 물질의 입자크기와 분산정도 그리고 밀도의 요소들에 의해 편광성분이 변하게 된다. 편광성분의 변화는 생체조직의 광학정 이미징 방법에서 유일한 대조 메카니즘으로 간주되며 여러번 반복되어 산란된 빛을 이용한다. 일반적으로 편광의 변화는 입사된 빛의 파장과 매질의 크기와 상관관계가 있다. 산란자의 크기가 파장의 범위보다 크면 선형편광의 성질이 원형편광보다 길게 유지되며 파장의 범위가 산란자보다 크면 원형 편광된 빛이 선형편광된 빛보다 더 오래 편광 성분을 유지하게 된다.When uniformly polarized light passes through a medium having a high scattering coefficient such as a tissue, the polarization component is changed by factors of particle size, dispersion degree and density of the scattering material. The change in polarization component is regarded as the only control mechanism in the optical tablet imaging method of biological tissues and uses scattered light repeated several times. In general, the change in polarization is correlated with the wavelength of the incident light and the size of the medium. If the size of the scatterer is larger than the wavelength range, the linear polarization property is maintained longer than the circularly polarized light. If the wavelength range is larger than the scatterer, the circularly polarized light maintains the polarization component longer than the linearly polarized light.

상피내 종양은 단계에 따라 세포에 대한 세포핵의 비율이 커지는 동시에 유사분열이 일어나는 세포가 많아진다. 이로 인해 입사된 빛에 대한 산란계수가 증가할 것이며 결과적으로 빛의 편광도(degree of polarization , DOP )와 편광의 소멸(depolarization)에 영향을 미치게 된다. In epithelial tumors, the ratio of cell nuclei to cells increases with the number of cells in which mitosis occurs. This will increase the scattering coefficient for the incident light and consequently affect the degree of polarization (DOP) and the depolarization of the polarization.

원형 편광되어 샘플에 입사된 빛의 편광 변화는 존스 행렬이나 뮬러 행렬을 이용하여 묘사할 수 있다. 일반적으로 존스 행렬식은 빛의 위상과 진폭의 절대값을 포함하고 있으며 완전편광 되어있거나 혹은 편광의 소멸(depolarization)이 없는 현상을 묘사할 때 사용한다. 뮬러 행렬은 존스 행렬식을 포함하고 있으며 편광 상태의 상호작용을 묘사하기 위한 표현이고 편광의 소멸을 설명하기 위해 사용된다. The polarization change of the light incident on the sample by circularly polarized light can be described using the Jones matrix or the Muller matrix. In general, the Jones determinant contains the absolute value of the phase and amplitude of light and is used to describe phenomena that are either fully polarized or without depolarization. The Mueller matrix contains the Jones determinant and is a representation to describe the interaction of polarization states and is used to explain the disappearance of polarization.

원형 편광도(degree of circular polarization, DOCP)는 원형 편광된 빛이 생체 조직을 통과하면서 발생하는 편광의 변화를 나타낸다. 생체 조직내에서 DOCP가 변하는 요인으로는 산란에 의한 편광의 소멸, 복굴절에 의한 위상지연 그리고 노이즈가 있다. The degree of circular polarization (DOCP) represents the change in polarization that occurs when circularly polarized light passes through living tissue. The factors that change DOCP in living tissues include the disappearance of polarization due to scattering, phase delay due to birefringence, and noise.

DOCP의 변화는 기본적으로 조직에서 변화하는 편광 성분의 변화를 나타낸다. 그러나, 광학기기를 통과할 때 발생하는 편광 성분의 변화와 검출하는 영역 크기에 대한 DOP의 영향과 지속성이 고려되어야 한다. PS-OCT와 같이 헤테로다인 검파방식을 사용하는 시스템에서는 많은 산란이 발생함에도 불구하고 광검출기의 크기와 상관없이 DOP가 유지되는 특성이 있으며 광학기기에 의해 변하는 편광성분은 전체 편광변화의 10% 미만으로 생체 조직내에서 일어나는 편광성분의 변화를 획득하는데 영향이 거의 없다고 알려져 있다. 이는 PS-OCT에서 DOCP 변화를 측정하여 생체 조직의 특성을 구분할 수 있는 중요한 근거가 된다. Changes in DOCP basically indicate a change in polarization component that changes in tissue. However, the influence and persistence of the DOP on the change in polarization component and the area size to be detected when passing through the optics should be considered. In the system using the heterodyne detection method such as PS-OCT, DOP is maintained regardless of the size of the photodetector despite the large scattering, and the polarization component changed by the optical device is less than 10% of the total polarization change. It is known that there is little influence in obtaining the change of the polarization component occurring in the living tissue. This is an important basis for measuring DOCP changes in PS-OCT to distinguish the characteristics of biological tissues.

고속 스캐닝 PS-OCT의 임상적 데이터를 획득하기 위해 자궁경부 조직 절편을 샘플로 하여 측정하였다. 도 12a와 같이, 병리학적 진단을 위해 몸속에서 떼어낸 자궁경부 조직을 약품 전처리 과정에서 측정하였으며 환자의 나이는 20대, 30대, 40대로 다양화하였다(도 12b). 각각의 나이대별로 획득한 샘플에서 한번의 데이터 획득시 50~200개의 단면 이미지를 구현하였으며 정상조직으로 예상되는 16개의 부위와 병변조직으로 예상되는 9개 부위에서 측정하였다. 측정한 샘플 부위들 중 병변 예상 조직은 20대의 환자 몸에서 떼어낸 조직의 일부이며 산부인과 전문가에 의해 고등급 상피내 종양으로 진단된 부분이다. 도 12a의 사진이 나타내는 샘플의 측정부위는 전문가의 의견을 수렴하여 상피내종양의 빈번한 발생지역인 3시, 6시, 9시, 12시 방향으로 측정하였고 12시 방향은 자궁입구 방향을 나타낸다.Cervical tissue sections were measured as samples to obtain clinical data of high-speed scanning PS-OCT. As shown in FIG. 12A, cervical tissues removed from the body for pathological diagnosis were measured during drug pretreatment, and patients' ages were diversified into 20s, 30s, and 40s (FIG. 12b). 50-200 cross-sectional images were obtained from one sample of each age group, and the measurements were performed at 16 sites expected to be normal tissues and 9 areas expected to be lesions. Of the sample sites measured, the lesion predicted tissue was part of the tissue removed from the patient's body in their 20s and was diagnosed by a gynecologist as a high grade epithelial tumor. The measurement region of the sample shown in the photograph of FIG. 12A was collected at 3, 6, 9, and 12 o'clock, which are frequent areas of epithelial tumor, and the 12 o'clock indicates the uterine entrance direction.

먼저 병변이 없는 환자의 자궁경부에서 적출한 조직을 스캐닝하여 2mm×2.3mm (종축×횡축)크기의 영상을 구현한 후 조직학(Histology) 이미지(도 13c)와 비교해 보았다. 사용된 샘플은 정상조직으로 유사분열이 진행되지 않았기 때문에 상피층(e)과 기저층(s)의 경계선이 존재하며 이는 조직학 이미지를 통해서 확인할 수 있다. First, the tissue extracted from the cervix of the patient without a lesion was scanned to realize an image of 2 mm × 2.3 mm (vertical axis × horizontal axis), and then compared with a histology image (FIG. 13C). Since the sample used did not undergo mitosis into normal tissue, there is a boundary between the epithelial layer (e) and the basal layer (s), which can be confirmed by histological images.

PS-OCT를 이용하여 획득한 광강도 이미지(도 13a)에서도 표피층과 기저층의 경계선을 뚜렷하게 구분할 수 있었으며 표피층의 깊이는 약 200㎛로 측정되었다. 도 13b는 편광의 소멸을 나타내는 이미지를 보여준다. 빛이 자궁 조직의 표피부터 기저층까지 도달하면서 큰 편광 성분의 변화는 보이지 않으며 기저층 이하의 부분에서는 편광의 변화가 발생한 것을 확인할 수 있다.In the light intensity image (FIG. 13a) obtained using PS-OCT, the boundary line between the epidermal layer and the base layer was clearly distinguishable, and the depth of the epidermal layer was measured to be about 200 μm. 13B shows an image showing the disappearance of polarization. As light reaches the epidermis of the uterine tissue from the basal layer, no large polarization change is seen, and it can be seen that the polarization change occurs in the portion below the basal layer.

도 14a,b와 도 15a,b는 서로 다른 정상 조직의 광강도 이미지와 편광 이미지를 비교하고 있다. 광강도 이미지를 보면 정상조직임에도 불구하고 서로 다른 현상을 보여준다. 도 14a의 광강도 이미지에서는 기저막층의 구분을 뚜렷하게 확인할 수 있었으나 도 15a의 이미지에서는 표피층과 기저층을 구분할 수 없었다. 일반적으로 자궁경부 상피내 종양의 병변이 진행될수록 상피층의 두께가 얇아지거나 상피층과 기저층의 구분이 사라지는 것으로 알려져 있다. 그러나 실제적으로는 병변이 없는 정상조직에서도 기저막이 없는 경우가 있고 개개인의 특성에 따라 다르게 형성되어 있기 때문에 같은 정상 조직에서의 이러한 차이점은 자궁경부내 병변을 판단하는데 있어 기저막의 존재여부는 명확한 근거가 될 수 없다는 것을 의미한다.Figures 14a, b and 15a, b compare the light intensity image and the polarization image of different normal tissues. The light intensity image shows different phenomena despite normal tissue. In the light intensity image of FIG. 14A, the base layer was clearly distinguishable, but the epidermal layer and the base layer could not be distinguished from the image of FIG. 15A. In general, as the lesion of the cervical epithelial tumor progresses, the thickness of the epithelial layer becomes thinner or the distinction between the epithelial layer and the basal layer disappears. However, since there are no basement membranes in normal tissues without lesions, and they are formed differently according to individual characteristics, these differences in the same normal tissues may be a clear basis for the presence of basement membranes in judging cervical lesions. It means you can't.

다음은 정상조직과 고등급 상피내 종양 조직(H-SIL)의 이미지를 구현하여 비교해 보았다(도 16) 고등급 상피내 종양은 세포와 세포핵의 비율이 커지고 유사분열이 증가하여 산란작용을 활발하게 만들기 때문에 정상조직에 비해 투과되는 빛의 깊이가 짧을 것으로 예상된다. 이에 근거하여 도 16a ~ 도 16d의 광강도 이미지를 비교해보면 정상조직의 경우 500㎛이상의 깊이까지 신호를 획득할 수 있으나 H-SIL의 이미지에서는 기저층 영역에서의 신호가 미약하게 검출되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 H-SIL에서의 빛은 정상조직을 통과할 때 더욱 큰 산란 작용의 영향으로 인해 투과 깊이의 변화가 생긴 것으로 판단할 수 있다. 그러나 H-SIL의 광강도 이미지에서 표피 아래 부분에서 층의 구분이 모호하게 이루어지고 있고 투과된 빛의 깊이가 정상조직과 뚜렷하게 구분할 수 있을 정도의 차이가 관찰되지 않기 때문에 광강도 이미지만을 이용하여 병변 조직과 정상 조직을 구분하기에는 충분하지 않다. Next, images of normal tissues and high grade epithelial tumor tissue (H-SIL) were implemented and compared (FIG. 16). Since high grade epithelial tumors increase the ratio of cells and nuclei and increase mitosis, the scattering action is increased. The depth of transmitted light is expected to be shorter than that of normal tissue. By comparing the light intensity images of FIGS. 16A to 16D, the signal can be obtained up to a depth of 500 μm or more in the case of normal tissue, but the signal in the base layer region is weakly detected in the H-SIL image. . These results can be judged that the change in penetration depth is due to the effect of greater scattering action when the light in the H-SIL passes through the normal tissue. However, in the light intensity image of H-SIL, the distinction between layers is made in the lower part of the epidermis and the difference in the depth of transmitted light is not clearly distinguished from normal tissue. It is not enough to distinguish between tissue and normal tissue.

자궁경부 상피내 종양은 표피로부터 길게는 400㎛ 깊이 안에서 발생하고 진행한다. 설계한 PS-OCT 시스템으로 자궁경부 조직을 측정한 결과 획득한 이미지의 종축 방향 깊이는 기저막을 확인할 수 있고 병변이 일어날 수 있는 범위를 포함하며 편광의 변화정보를 관찰할 수 있었다(도 16b와 도 16e). 그러나 자궁경부 상피내종양의 병변은 도 16c와 도 16f의 조직학 이미지에서 확인할 수 있듯이 세포단위로 조직의 변화가 발생하고 진행되기 때문에 구조적인 특징만 관찰할 수 있는 광강도 이미지만을 사용하여 정상조직과 H-SIL조직을 구분하기에는 어려움이 따르게 된다. 따라서 정상조직과 병변조직간의 특성을 보다 정확하게 구분짓기 위해서는 구조적인 이미지의 비교뿐만 아니라 편광 성분의 변화에 대한 추가적인 분석이 필요하게 된다. Cervical intraepithelial tumors develop and progress within a 400 μm depth from the epidermis. As a result of measuring the cervical tissue with the designed PS-OCT system, the longitudinal depth of the acquired image was able to identify the basement membrane, include the extent to which the lesion could occur, and observe polarization change information (FIGS. 16B and FIG. 16e). However, the lesion of cervical epithelial tumor is normal tissue and H by using only the light intensity image that can observe only the structural features because the tissue changes and progresses as a cell unit as shown in the histological images of FIGS. 16C and 16F. Difficulties in identifying SIL organizations. Therefore, in order to distinguish the characteristics between the normal tissue and the lesion tissue more accurately, not only the structural image comparison but also the additional analysis of the change of the polarization component is required.

따라서, 다른 실시예로서, 자궁경부의 정확한 상태를 판단하기 위하여 획득한 이미지의 편광 성분 신호를 분석해 보았다. 광강도 이미지의 신호를 분석하여 정확한 기저막의 두께를 측정하였고 스톡스 변수의 정보를 이용하여 DOCP 변화를 확인하였다. 도 17a는 광강도로 표현된 2D 이미지를 보여주고 있으며 대비적으로 표현된 광강도 세기차이를 통해 기저막의 존재를 확인할 수 있었다. 이미지상에서 신호의 세기로 확인할 수 있는 전체 깊이는 약 600㎛였고 그 이하 신호들은 공기 영역과 같은 레벨로 표현되기 때문에 검출된 빛의 양이 거의 없다고 판단할 수 있다. 이미지에서 확인한 기저막의 정확한 위치를 측정하기 위하여 종축 방향 신호를 광강도에 따라 표현해 보았다. 샘플 조직의 표면에서 제일 높은 신호가 측정되었고 기저막에서 두 번째 큰 신호를 검출하였다. 이를 이용하여 측정한 기저막의 정확한 위치는 표피로부터 약 250㎛ 깊이였으며 이는 샘플 조직의 상피층 두께를 의미한다.Therefore, as another example, the polarization component signals of the acquired image were analyzed to determine the exact state of the cervix. The base layer thickness was measured by analyzing the signal of the light intensity image, and the DOCP change was confirmed using the information of Stokes parameters. FIG. 17A shows a 2D image expressed in light intensity, and the presence of the basement membrane was confirmed through the contrast of the light intensity intensities. The total depth that can be confirmed by the intensity of the signal on the image was about 600 μm, and since the signals below it are expressed at the same level as the air region, it can be determined that there is little amount of light detected. In order to measure the exact position of the basement membrane identified in the image, the longitudinal signal was expressed according to the light intensity. The highest signal at the surface of the sample tissue was measured and the second largest signal at the basement membrane was detected. The exact location of the basement membrane measured using this was about 250 μm deep from the epidermis, indicating the epidermal thickness of the sample tissue.

도 18은 스톡스변수 신호를 분석하는 그래프로서, 검출기에서 감지한 간섭신호를 복조과정과 신호처리 과정을 통해 스톡스 변수를 획득하고 그중 DOCP로 재표현된 그래프를 보여주고 있다. 도 18a는 일반화 과정을 거쳐 표피에서의 DOCP는 1로 표현되고 깊이에 따른 변화를 상대적으로 표현한 것이다. 약 330㎛ 깊이를 기준으로 DOCP가 감소하는 것을 볼 수 있으며 이것은 산란되어 돌아오는 빛의 양이 작아지기 때문에 발생하는 현상이다. 일반적으로 자궁경부에 발생하는 병변은 표피층과 기저막 근처에서 진행되기 때문에 점선으로 표시되어있는 표피부터 300㎛깊이 까지의 신호를 선택하여 DOCP 감소 비율을 계산하였다. linear fitting(1차 선형 함수)을 통해 획득한 감소율은 입사된 원형편광의 빛이 깊이 방향으로 진행될수록 얼마나 빨리 편광 성분이 소멸되느냐를 판별할 수 있게 된다(도 18b). 본 도면에서 편광의 감소율은 1mm 이동할시 편광의 소멸정도를 나타내며 0.76204 depolarization/mm 결과를 보였다. 이 값은 정상 조직을 샘플로 측정한 것이며 만약 세포의 변화가 생긴 병변 조직이라면 깊이에 따라 편광이 더 빨리 소멸되기 때문에 큰 linear fitting 결과를 예측할 수 있다.FIG. 18 is a graph for analyzing a Stokes variable signal, and illustrates a graph in which an interference signal detected by a detector is obtained through a demodulation process and a signal processing process, and is re-expressed in DOCP. FIG. 18A shows that DOCP in the epidermis is represented by 1, and the change in depth is relatively expressed through the generalization process. It can be seen that DOCP decreases based on a depth of about 330 μm, which is caused by a small amount of scattered light. Since lesions occurring in the cervix generally progress near the epidermal layer and the basement membrane, the rate of DOCP reduction was calculated by selecting signals from the epidermis indicated by the dotted line to the depth of 300 μm. The reduction rate obtained through the linear fitting (first linear function) can determine how quickly the polarization component disappears as the light of the incident circular polarization proceeds in the depth direction (FIG. 18B). In this figure, the reduction rate of polarization indicates the degree of disappearance of the polarization at 1 mm shift, showing a result of 0.76204 depolarization / mm. This value is a sample of normal tissue, and if lesions have changed cells, the polarization disappears more quickly depending on the depth, so large linear fitting results can be predicted.

다음은 정상 조직과 H-SIL 조직의 DOCP 변화에 대한 평균값을 비교해 보았다(도 19). 표피로부터 200㎛ , 300㎛ 깊이까지의 DOCP에서 linear fitting을 수행한 후 평균값을 추출하였다. 먼저 깊이에 따른 DOCP의 기울기 변화를 보면 정상조직과 H-SIL 조직에서 모두 분석한 깊이의 범위가 클수록 DOCP 기울기 값이 증가한 것을 확인할 수 있다. 이것은 원형 편광되어 입사된 빛은 자궁경부 조직을 통과하면서 깊이방향으로 진행할수록 편광이 손실이 많아지는 것을 의미한다. 도 18에서 약 350㎛ 까지의 깊이에서는 광강도가 유지되고 있는 점을 고려해 볼 때 본 실시예에서 제시한 표피로부터 200㎛, 300㎛ 깊이 범위의 신호 분석은 광 강도의 크기에 영향 없이 독립적으로 판단할 수 있는 근거가 될 수 있다. 정상조직과 H-SIL 조직에 대한 DOCP 기울기의 차이를 비교해보면 H-SIL 에서의 DOCP 기울기가 정상조직에서보다 큰 것을 확인할 수 있고 200㎛ 깊이에서보다 300㎛ 깊이에서의 기울기 차이가 미세하지만 크게 발생한 것을 관찰할 수 있다. 이와 같은 결과는 자궁경부에서 H-SIL과 같은 고등급 상피내 종양으로 진행할수록 산란계수가 커지기 때문에 DOCP의 변화 또한 증가할 것이라고 예상한 결과와 일치한다. 따라서 PS-OCT에서 추출한 DOCP의 변화정보는 자궁경부 상피내 종양의 존재 여부를 판별할 수 있는 매개변수(parameter)가 될 수 있다.Next, the average value of DOCP change between normal tissue and H-SIL tissue was compared (FIG. 19). The average value was extracted after linear fitting was performed in DOCP from the epidermis to the depth of 200 ㎛ and 300 ㎛. First of all, the change in DOCP slope according to depth shows that the DOCP slope value increases as the depth range analyzed in both normal tissue and H-SIL tissue increases. This means that the polarized light increases as the light incident by circularly polarized light passes through the cervical tissue and proceeds in the depth direction. Considering that the light intensity is maintained at a depth from FIG. 18 to about 350 μm, signal analysis in the 200 μm and 300 μm depth ranges from the epidermis presented in this embodiment is independently determined without affecting the magnitude of the light intensity. It can be a basis for doing so. Comparing the difference between DOCP slopes for normal tissues and H-SIL tissues, it can be seen that DOCP slopes in H-SIL are larger than those in normal tissues. Can be observed. This result is consistent with the expected result of DOCP change as the scattering coefficient increases as the cervix progresses to higher grade epithelial tumors such as H-SIL. Therefore, the change information of DOCP extracted from PS-OCT may be a parameter for determining the presence of tumors in the cervical epithelium.

자궁 경부암은 여성 암 환자중 42.1%를 차지할 정도로 여성에게 많이 발생하는 암이지만 자궁 경부에 발생하는 특성상 기존의 진단 방법으로는 조기 진단에 어려움이 있다. 따라서 본 실시예에서는 PS-OCT를 이용하여 자궁 경부암의 조기 진단 가능성을 타진해보고자 하였다.Cervical cancer is a cancer that occurs in women so that it accounts for 42.1% of female cancer patients, but due to the nature of the cervical cancer, it is difficult to diagnose it early. Therefore, in this example, PS-OCT was used to investigate the possibility of early diagnosis of cervical cancer.

PS-OCT는 인체에 무해한 빛을 사용하여 생체 조직을 비 침습적 방법으로 고해상도의 영상을 획득하는 새로운 광학 이미징 기법으로 생체 조직의 산란 작용에 의해 발생하는 역 산란광의 변화를 깊이별로 획득하여 구조적인 형태를 확인하고 편광 성분의 변화를 추가적으로 획득하는 기술이다. 본 실시예에서는 근적외선 영역(1296nm)의 광원을 사용하여 고속 스캐닝 광지연선(RSOD) 기법을 기반으로 한 PS-OCT 시스템을 설계 및 제작하였다. 본 시스템은 18㎛의 종축 해상도를 갖고 데이터를 획득 및 저장하는데 각각 1초가 소요되었으며 동기화된 신호를 이용하여 비교적 오차 범위가 작은 3D 이미지를 구현할 수 있었다.PS-OCT is a new optical imaging technique that uses non-invasive methods to obtain high-resolution images of living tissues using light that is harmless to the human body. It is a technique for acquiring and additionally obtaining a change in the polarization component. In this embodiment, a PS-OCT system based on a high speed scanning optical delay line (RSOD) technique was designed and fabricated using a light source in the near infrared region (1296 nm). The system takes 18 seconds to acquire and store data with a vertical resolution of 18 µm, and a 3D image with a relatively small error range can be realized by using a synchronized signal.

먼저 편광에 민감한 시스템의 성능을 확인하기 위하여 고 산란성 매질(인트라리피드)에서 DOCP의 변화를 확인하였다. 20%의 인트라리피드 용액과 증류수를 혼합하여 2.5%, 5%, 10% 의 혼합 용액을 만들고 각각 농도에 따른 DOCP의 값을 추출하여 분석한 결과 용액의 농도가 높아질수록 DOCP의 변화율이 선형적으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다. First, the change of DOCP in high scattering medium (intralipid) was confirmed to confirm the performance of the polarization sensitive system. 20% intra lipid solution and distilled water were mixed to make 2.5%, 5% and 10% mixed solution, and the DOCP values were extracted according to the concentration. It was confirmed that the increase.

다음은 동물의 뼈를 이용하여 구조적인 형태와 복굴절 이미지를 측정하였다. 주변에서 쉽게 구할 수 있는 동물의 뼈를 이용하여 2D 단면 이미지를 획득한 결과 약 500㎛ 깊이에서 구조를 확인할 수 있는 신호를 획득할 수 있었다. 이어서 편광 성분의 변화를 관찰하기 위해 복굴절 이미지를 획득하였다. 같은 위치에서 스캐닝 방향을 교차적으로 수행하여 편광 성분의 변화를 관찰하고 서로 다르게 나타나는 복굴절 이미지를 통해 뼈 내부에 존재하는 복굴성 구조를 PS-OCT를 이용하여 감지할 수 있는 것을 확인하였다.Next, we measured the structural shape and birefringence images using the bones of animals. As a result of acquiring 2D cross-sectional images using the bones of animals that can be easily obtained from the surroundings, a signal capable of confirming the structure at a depth of about 500 μm was obtained. The birefringence image was then acquired to observe the change in polarization component. In the same position, the scanning direction was alternately observed to observe the change in polarization component, and the birefringence images appearing differently showed that the birefringent structure inside the bone could be detected using PS-OCT.

사람 손가락 등부위와 지문부위를 측정하여 연조직에서 구조적인 정보와 편광 성분의 변화를 획득하였다. 광강도 이미지를 보면 기저층 영역에서의 구조적 형태를 관찰할 수 있었고 표피의 주름에 따라 형성된 기저막의 모양을 뚜렷하게 확인하였다. 또한 복굴절 이미지에서 표피내에 서로 다른 굴절률을 가진 층의 배열을 확인할 수 있었다. The back and fingerprint areas of the human finger were measured to obtain structural information and changes in polarization components in soft tissues. In the light intensity image, the structural shape in the basal layer region was observed and the shape of the basal membrane formed by the wrinkles of the epidermis was clearly identified. In addition, the birefringence images showed the arrangement of layers with different refractive indices in the epidermis.

마지막으로 자궁경부의 병변조직과 정상조직의 DOCP 변화를 추출하였다. 병변의 조직학적 진단을 위해 환자 몸속에서 떼어낸 조직의 절편을 이용하여 DOCP의 변화율을 측정하였고 정상 조직과 고등급 상피내 종양(H-SIL) 조직으로 나누어 확인한 결과 정상조직보다 H-SIL에서 DOCP의 변화율이 크게 측정되었다. 이와 같은 결과로 자궁경부에서 획득한 편광 성분의 변화를 통해 정상조직과 상피내종양의 조직학적 특성을 구분할 수 있었다.Finally, DOCP changes of lesion and normal tissue of cervix were extracted. For the histological diagnosis of lesions, the rate of change of DOCP was measured using sections of tissues removed from the patient's body and divided into normal and high grade epithelial tumor (H-SIL) tissues. The rate of change was largely measured. As a result, the histological characteristics of the normal tissue and the epithelial tumor could be distinguished by the change of the polarization component obtained from the cervix.

덧붙여서, 생체 조직에 입사된 빛의 산란작용에 대해 보다 깊은 이해를 기반으로 산부인과 전문가의 다양한 의견을 수렴하고 많은 수의 자궁경부 생체조직을 통해 정상조직과 단계별 상피내종양의 데이터를 수집하여 정량화한다면 PS-OCT를 이용하여 획득하는 DOCP의 변화를 통해 자궁경부 병변을 조기에 진단할 수 있다.In addition, based on a deeper understanding of the scattering of light incident on biological tissues, we gather various opinions from gynecologists and collect and quantify normal and staged epithelial tumor data from a large number of cervical biopsies. Changes in DOCP, obtained using OCT, allow early diagnosis of cervical lesions.

이상, 도면을 참조한 명세서에서 최적의 실시예들이 개시되었으나 이는 본 발명을 쉽게 이해하기 위한 것이다. 따라서, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 한다. 또한, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 목적 및 구성으로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 도출하는 것이 가능하지만, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다는 점을 이해할 것이다.In the above, the best embodiments have been disclosed in the specification with reference to the drawings, but for the purpose of easily understanding the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above embodiments, and the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims. In addition, one of ordinary skill in the art will appreciate that various modifications and equivalent other embodiments can be derived from the purpose and configuration of the present invention, but this is also within the scope of the present invention.

예를 들어, 본 발명에서 호칭하는 '생체조직의 표피'와 '생체조직의 진피'는 피부 표면으로부터의 상대적인 깊이차에 따른 구분일 뿐이며, 반드시 '의학적인 표피'와 '의학적 진피'를 의미하는 것이 아님에 유의해야 한다.For example, the epidermis of biological tissue and the dermis of biological tissue, which are referred to in the present invention, are merely classified according to the relative difference in depth from the skin surface, and necessarily mean 'medical epidermis' and 'medical dermis'. Note that this is not the case.

Claims (17)

프로브와 본체로 이루어지며, 상기 프로브는 생체조직의 정보를 포함하는 광신호를 검출하며, 상기 본체는 상기 프로브로부터 수신된 광신호로부터 생체조직을 측정, 분석하는 컴퓨터 시스템으로 이루어진 편광감도-광간섭 영상시스템에서 상기 프로브를 이루는 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브에 있어서,A probe and a main body, the probe detects an optical signal including information of the biological tissue, the body is a polarization sensitivity-optical interference consisting of a computer system for measuring and analyzing the biological tissue from the optical signal received from the probe In the polarization sensitivity-optical interference image acquisition probe constituting the probe in an imaging system, 상기 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브는, 상기 생체조직의 광 스캐너를 사용하여 횡축 스캐닝을 하고, 거울의 움직임 없이 종축 스캐닝이 가능한 푸리에 도메인 기법을 사용하여, 상기 생체조직에 의한 빛의 산란 및 복굴절을 감지할 수 있는 편광감도-광간섭 결맞음 단층촬영기(PS-OCT)를 이루는 광학시스템으로 이루어진 것을 특징으로 하는 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브.The polarization sensitivity-optical interference image acquisition probe is a horizontal axis scanning using the optical scanner of the biological tissue, using a Fourier domain technique capable of vertical scanning without the movement of the mirror, scattering light by the biological tissue and A polarization sensitivity-optical interference imaging probe for biopsy, characterized in that the optical system consisting of a polarization sensitivity-optical coherence tomography (PS-OCT) capable of detecting birefringence. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 프로브는,The probe, 상기 광원부에서 나온 하나의 빛을 수평 방향으로 편광된 빛만으로 만들어 내는 선형편광기(LP);A linear polarizer (LP) for generating one light emitted from the light source unit using only light polarized in a horizontal direction; 상기 선형편광기에서 출력된 순수하게 수평 편광된 빛을 한쪽 경로로는 레퍼런스 암(reference arm)으로, 다른 한쪽 경로로는 샘플 암(sample arm)으로 진행하게 하는 광분배기(BS);An optical splitter (BS) for transmitting the purely horizontally polarized light output from the linear polarizer to a reference arm in one path and a sample arm in the other path; 상기 선형편광기에서 상기 레퍼런스 암으로 흐른 빛을 기준거울로 전달하게 하며, 상기 기준거울에서 반사된 빛을 상기 광분배기로 돌아가게 하는 제1의 1/4 파장판(QWP);A first quarter wave plate (QWP) for transmitting the light flowing from the linear polarizer to the reference arm and returning the light reflected from the reference mirror to the optical splitter; 상기 선형편광기에서 상기 샘플 암으로 흐르는 빛을 갈바노미터에 설치된 거울로 전달되게 하며, 샘플 조직에서 반사되거나 역산란되어 상기 갈바노미터에 설치된 거울에 의해 반사된 빛을 상기 광분배기로 돌아오게 하는 제2의 1/4 파장판(QWP);The light flowing from the linear polarizer to the sample arm is transmitted to the mirror mounted on the galvanometer, and the light reflected by the mirror mounted on the galvanometer is reflected or reverse scattered from the sample tissue to return to the optical splitter. A second quarter wave plate QWP; 상기 제2의 1/4 파장판(QWP)으로부터 상기 갈바노미터로 전달되어 상기 갈바노미터에 설치된 거울에 의해 반사된 빛을 집속하여 샘플 조직에 입사하게 하며, 상기 샘플 조직에서 반사되거나 역산란된 빛을 다시 갈바노미터에 설치된 거울로 전달하는 대물렌즈;The light transmitted from the second quarter wave plate (QWP) to the galvanometer focuses the light reflected by the mirror installed in the galvanometer to be incident on the sample tissue, and is reflected or reverse scattered from the sample tissue. An objective lens for transmitting the reflected light back to a mirror installed in a galvanometer; 상기 레퍼런스 암과 상기 샘플 암에서 각각 되돌아와서 광분배기에서 모이게 된 빛에서 발생된 간섭신호는 수평성분의 빛과 수직성분의 빛으로 나뉘게 되는 편광 광분배기(PBS);A polarization optical splitter (PBS) in which the interference signal generated from the light returned from the reference arm and the sample arm and collected in the optical splitter is divided into a horizontal component light and a vertical component light; 상기 편광 광분배기로 출사된 수평성분 빛과 상기 수직성분의 빛으로부터 각각의 전기적 신호로 변환하는 광 검출기들;Photodetectors for converting the horizontal component light and the vertical component light emitted by the polarization optical splitter into respective electrical signals; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브.Probe for obtaining a polarization sensitivity-optical interference image for biopsy, characterized in that consisting of. 광원부로부터 선형편광기를 거쳐 출력된 빛을 한쪽 경로로는 레퍼런스 암(reference arm)으로, 다른 한쪽 경로로는 샘플 암(sample arm)으로 진행하게 하는 광분배기(BS);An optical splitter (BS) for causing the light output from the light source unit to pass through the linear polarizer to a reference arm in one path and a sample arm in the other path; 상기 선형편광기에서 상기 레퍼런스 암으로 흐른 빛을 기준거울로 전달하게 하며, 상기 기준거울에서 반사된 빛을 상기 광분배기로 돌아가게 하는 제1의 1/4 파장판(QWP);A first quarter wave plate (QWP) for transmitting the light flowing from the linear polarizer to the reference arm and returning the light reflected from the reference mirror to the optical splitter; 상기 선형편광기에서 상기 샘플 암으로 흐르는 빛을 갈바노미터에 설치된 거울로 전달되게 하며, 샘플 조직에서 반사되거나 역산란되어 상기 갈바노미터에 설치된 거울에 의해 반사된 빛을 상기 광분배기로 돌아오게 하는 제2의 1/4 파장판(QWP);The light flowing from the linear polarizer to the sample arm is transmitted to the mirror mounted on the galvanometer, and the light reflected by the mirror mounted on the galvanometer is reflected or reverse scattered from the sample tissue to return to the optical splitter. A second quarter wave plate QWP; 상기 레퍼런스 암과 상기 샘플 암에서 각각 되돌아와서 광분배기에서 모이게 된 빛에서 발생된 간섭신호는 수평성분의 빛과 수직성분의 빛으로 나뉘게 되는 편광 광분배기(PBS);A polarization optical splitter (PBS) in which the interference signal generated from the light returned from the reference arm and the sample arm and collected in the optical splitter is divided into a horizontal component light and a vertical component light; 상기 편광 광분배기로 출사된 수평성분 빛과 상기 수직성분의 빛으로부터 각각의 전기적 신호로 변환하는 광 검출기들;Photodetectors for converting the horizontal component light and the vertical component light emitted by the polarization optical splitter into respective electrical signals; 을 적어도 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브.Probe for obtaining a polarization sensitivity-optical interference image for biological examination, characterized in that it comprises at least. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제2의 1/4 파장판(QWP)으로부터 상기 샘플 암으로 흐르는 빛이 상기 갈바노미터로 전달되어 상기 갈바노미터에 설치된 거울에 의해 반사된 빛을 집속하여 샘플 조직에 입사하게 하며, 상기 샘플 조직에서 반사되거나 역산란된 빛을 다시 갈바노미터에 설치된 거울로 전달하는 대물렌즈;Light flowing from the second quarter wave plate (QWP) to the sample arm is transmitted to the galvanometer to focus light reflected by a mirror installed in the galvanometer to enter the sample tissue. An objective lens for transmitting the reflected or backscattered light from the sample tissue back to a mirror mounted on a galvanometer; 를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브.Probe for obtaining polarization sensitivity-optical interference image for biopsy, characterized in that it further comprises. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 생체조직 샘플의 길이방향에 따라, 상기 생체조직 샘플의 종축 스캐닝과 횡축 스캐닝이 가능하도록, 1축의 갈바노 미터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브.According to the longitudinal direction of the biological tissue sample, the polarization sensitivity-optical interference image acquisition probe for biopsy, characterized in that it further comprises a galvanometer of one axis, to enable longitudinal and horizontal scanning of the biological tissue sample . 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 광원부의 광원은 고속파장변환 저 결맞음(Low Coherence) 광원으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브.And a light source of the light source unit is a high speed wavelength conversion low coherence light source. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to claim 2 or 3, 상기 제1의 1/4 파장판은 22.5°의 1/4 파장판인 것을 특징으로 하는 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브.The first quarter wave plate is a quarter wave plate of 22.5 ° polarization sensitivity-optical interference imaging probe for biopsy. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to claim 2 or 3, 상기 제2의 1/4 파장판은 45°의 1/4 파장판인 것을 특징으로 하는 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브.The second quarter wave plate is a quarter wave plate of 45 ° polarization sensitivity-optical interference image acquisition probe for biopsy. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to claim 2 or 3, 상기 광 검출기들은 포토다이오드로 이루어진 것을 특징으로 하는 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브.The light detector is a polarization sensitivity-optical interference image acquisition probe for biopsy, characterized in that consisting of a photodiode. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 컴퓨터 시스템은 상기 생체조직의 광산란 및 복굴절을 측정함으로써 종양조직 분포 및 병변단계에 대한 정량적인 값을 구하는 것을 특징으로 하는 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브.And the computer system obtains quantitative values of tumor tissue distribution and lesion stage by measuring light scattering and birefringence of the biological tissue. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 컴퓨터 시스템은 상기 생체조직 표피층 부위의 광산란을 측정함으로써 종양조직 분포 및 병변단계에 대한 정량적인 값을 구하는 것을 특징으로 하는 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브.The computer system is a polarization sensitivity-optical interference image acquisition probe for biopsy, characterized in that to obtain a quantitative value for tumor tissue distribution and lesion stage by measuring the light scattering of the epidermal layer of the biological tissue. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 컴퓨터 시스템은 상기 생체조직 진피층 부위의 복굴절을 측정함으로써 종양조직 분포 및 병변단계에 대한 정량적인 값을 구하는 것을 특징으로 하는 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브.And the computer system obtains quantitative values for tumor tissue distribution and lesion stage by measuring the birefringence of the dermal layer of the biological tissue. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 컴퓨터 시스템은, 검출기들로부터의 신호를 디지털신호로 변환하여 수신하며, 수신된 디지털 신호를 수직, 수평 성분에 대해 각각 푸리에 변환을 시켜 크기와 위상 값을 구하며, 푸리에 변환에 의해 얻은 값들로부터 스톡스 변수 값을 구하는 것을 특징으로 하는 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브.The computer system converts and receives a signal from detectors into a digital signal, obtains magnitude and phase values by performing Fourier transform on the received digital signal for vertical and horizontal components, respectively, and uses Stokes from values obtained by the Fourier transform. A probe for obtaining polarization sensitivity-optical interference image for biopsy, characterized in that obtaining a parameter value. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 광 검출기들로부터의 신호는 전송로의 전선을 거쳐 상기 본체의 컴퓨터 시스템으로 전달되는 것을 특징으로 하는 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상획득용 프로브.And a signal from the photo detectors is transmitted to a computer system of the main body via a wire of a transmission path. 광원을 생성하여 프로브로 전달하게 하는 광원부와, 상기 프로브로부터 전달받은 출력신호를 디지털신호로 변환하여 수신하고 연산처리하여 생체 조직에 의한 빛의 산란 및 복굴절을 측정하는 컴퓨터 시스템으로 이루어진 본체를 구비하는 편광감도-광간섭 영상시스템의 구동방법에 있어서,And a main body including a light source unit for generating and transmitting a light source to a probe, and a computer system for converting an output signal received from the probe into a digital signal, receiving and arithmetic processing to measure scattering and birefringence of light by biological tissue. A method of driving a polarization sensitivity-optical interference imaging system, 상기 프로브의 출력신호가 디지탈신호로 변환되어 수직성분의 신호 및 수평성분의 신호가 상기 컴퓨터 시스템으로 입력되면, 수직성분의 신호 및 수평 성분의 신호에 대해 각각 푸리에 변환을 시켜 크기와 위상 값을 구하는 푸리에 변환단계;When the output signal of the probe is converted into a digital signal and a vertical component signal and a horizontal component signal are input to the computer system, Fourier transforms are performed on the vertical component signal and the horizontal component signal to obtain magnitude and phase values. Fourier transform step; 상기 푸리에 변환단계에 의해 구한 값들을 이용하여 스톡스 변수 값을 구하는 스톡스변수 연산단계;A Stokes variable calculation step of obtaining a Stokes variable value using the values obtained by the Fourier transform step; 상기 스톡스변수 연산단계에서 구하여진 스톡스 변수들을 가지고 생체조직 단면 구조영상 및 3-D 영상을 구현하는 영상구현단계;An image realization step of implementing a biopsy cross-sectional structure image and a 3-D image using the Stokes parameters obtained in the Stokes variable calculation step; 상기 영상구현단계에서 구현된 영상으로부터, 생체조직 표피 부위에서의 세포분포를 측정하는 표피 부위 산란측정단계;Epidermal region scattering measurement step of measuring the cell distribution in the epidermal region of the biological tissue from the image implemented in the image implementation step; 상기 영상구현단계에서 구현된 영상으로부터, 생체조직 진피 부위에서의 복굴절을 측정하는 진피 부위 복굴절측정단계;A dermal region birefringence measuring step of measuring the birefringence in the dermal region of the biological tissue from the image implemented in the image forming step; 표피 부위의 산란측정단계의 결과로부터 생체조직 표피의 세포분포 또는 세포크기의 변화에 따른 산란계수의 변화를 수치화하며, 이로부터 생체조직 표피 부위의 세포분포에 대한 정량적인 값을 구하는 세포분포의 정량적인 값추출단계;Quantification of the cell distribution to quantitatively change the scattering coefficient according to the cell distribution or cell size of the biological tissue epidermis from the results of the scattering measurement step of the epidermal region, and to obtain a quantitative value for the cell distribution of the epidermal region of the tissue. Phosphorus value extraction step; 상기 진피 부위 복굴절측정단계의 결과로부터 생체조직의 진피 부위에 분포되어 있는 종양세포들이 가지고 있는 복굴절을 검출함으로써 병변단계에 따른 종양세포의 변화에 대한 정량적인 값을 구하는 종양세포 병변단계의 정량적인 값추출단계;Quantitative value of the tumor cell lesion step to obtain a quantitative value for the change of tumor cells according to the lesion stage by detecting the birefringence of the tumor cells distributed in the dermal region of the biological tissue from the result of the dermal site birefringence measurement step Extraction step; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상시스템의 구동방법.A method of driving a polarization-sensitized optical interference imaging system for a biopsy, characterized in that it comprises a. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 표피 부위 산란측정단계는The epidermal area scattering measurement step 스톡스 변수들 중에서 S3 이미지를 구하는 S3 이미지구현단계;S 3 S 3 image implement obtaining images from the Stokes parameters; 대물렌즈에 의해서 생기는 상면 만곡 현상과 샘플의 기울기에 발생하는 형상 오차를 제거하기 위하여 평면 보정 연산 과정을 수행하여 생체조직 표피 부위의 세포분포에 해당하는 픽셀의 사이즈를 추출하는 평면보정(plane fitting)연산단계;Plane fitting to extract the size of the pixel corresponding to the cell distribution in the epidermal area of the tissue tissue by performing a planar correction process to remove the shape curvature caused by the objective lens and the slope of the sample Operation step; 상기 평면보정 연산단계에서 추출한 생체조직 표피 부위의 세포분포에 해당하는 픽셀의 사이즈 값을 가지고 기울기를 추출하는 픽셀의 사이즈추출단계;Extracting a size of a pixel having a size value of a pixel corresponding to a cell distribution of the epidermal region extracted from the planar correction operation; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상시스템의 구동방법.A method of driving a polarization-sensitized optical interference imaging system for a biopsy, characterized in that it comprises a. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 진피 부위 복굴절측정단계는The dermal region birefringence measuring step 스톡스 변수들 중에서 S3 이미지를 구하여,Obtain the S 3 image from the Stokes parameters, S3=cos(2k0Δnz)S 3 = cos (2k 0 Δnz) 과 같이 파장(k0), 복굴절(Δn), 샘플의 깊이(z)의 3가지 인자를 가진 함수로 나타내는 S3 이미지구현단계;S 3 image implementation step as a function having three factors, such as wavelength (k 0 ), birefringence (Δn), the depth of the sample (z); 상기 S3 이미지구현단계의 출력 신호를 아크 코사인 취하는 아크 코사인연산단계;An arc cosine operation step of taking an arc cosine of the output signal of the S 3 image implementation step; 상기 아크 코사인연산단계의 출력으로부터 기울기를 추출하여(linear fitting) 하나의 라인(x)에 대한 복굴절의 값을 구하는 기울기값 추출단계;A slope value extraction step of obtaining a birefringence value for one line x by linearly fitting a slope from an output of the arc cosine operation step; 이미지의 모든 라인(x)에 상기 S3 이미지구현단계 내지 상기 기울기값 추출단계를 적용하여 복굴절을 구하고 이를 평균화키는 평균화단계;An averaged step of obtaining birefringence by applying the S 3 image implementation step to the gradient value extraction step to all lines x of the image and averaging them; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체조직 검사를 위한 편광감도-광간섭 영상시스템의 구동방법.A method of driving a polarization-sensitized optical interference imaging system for a biopsy, characterized in that it comprises a.
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