KR20170002972A - 장 천공 진단 장치 및 이를 이용한 장 천공 진단 방법 - Google Patents

장 천공 진단 장치 및 이를 이용한 장 천공 진단 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20170002972A
KR20170002972A KR1020150092983A KR20150092983A KR20170002972A KR 20170002972 A KR20170002972 A KR 20170002972A KR 1020150092983 A KR1020150092983 A KR 1020150092983A KR 20150092983 A KR20150092983 A KR 20150092983A KR 20170002972 A KR20170002972 A KR 20170002972A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fluorescence
intestinal
sample
perforation
fluid
Prior art date
Application number
KR1020150092983A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101709165B1 (ko
Inventor
김용철
한정현
황인욱
강훈수
Original Assignee
광주과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광주과학기술원 filed Critical 광주과학기술원
Priority to KR1020150092983A priority Critical patent/KR101709165B1/ko
Publication of KR20170002972A publication Critical patent/KR20170002972A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101709165B1 publication Critical patent/KR101709165B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6486—Measuring fluorescence of biological material, e.g. DNA, RNA, cells
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0071—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by measuring fluorescence emission
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/061—Sources
    • G01N2201/06113—Coherent sources; lasers

Landscapes

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

Abstract

레이저 빔을 방출하는 광원; 상기 레이저 빔을 전송 받아 시료에 조사하고, 상기 시료에서 방출되는 형광 신호를 검출하는 형광 검출부; 상기 형광 검출부로부터 형광 신호를 전송 받아 전기적 신호로 변환하는 스펙트럼 분석부; 및 상기 스펙트럼 분석부로부터 전기적 신호를 받아 화상으로 디스플레이하는 모니터를 포함하는, 장 천공 진단 장치 및 이를 이용한 장 천공 진단 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 간단하고 신속하게 장 천공 부위를 확인할 수 있어서, 시간 및 비용을 경감할 수 있으며, 환자의 수술 부담을 줄여줄 수 있다.

Description

장 천공 진단 장치 및 이를 이용한 장 천공 진단 방법{APPARATUS FOR DETECTING BOWEL PERFORATION AND METHOD FOR DETECTING BOWEL PERFORATION USING THE SAME}
본 발명은 장 천공 진단 장치 및 이를 이용한 장 천공 진단 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 형광을 이용한 장 천공 진단 장치 및 이를 이용한 장 천공 진단 방법에 관한 것이다.
장 천공은 일반적으로 위, 소장, 대장 등에 구멍이 생기는 것을 말하여 감염성 복막염을 일으키는 가장 흔한 원인이다. 감염성 복막염은 무균 상태인 복막강 내에 세균 등에 의해 복막에 염증이 유발되는 상태를 말한다. 장 천공의 원인은 다양한데, 위장관의 궤양이나 염증성 장질환 등이 진행하여 천공으로 진행하는 경우도 있고, 날카로운 물체를 삼키거나 외상 등에 의해 장 천공이 유발되는 경우, 드물게는 복강경 수술 중에 수술도구로 인한 천공도 있다. 장 천공에 의한 복막염은 생명을 위협할 수 있는 위험한 상태로 가능한 빠른 시간 내에 적절한 치료를 해야 한다.
장 천공의 치료 방법으로는 흔히 수술적 치료를 시행하게 되는데 문제가 있는 천공 부위를 봉합하거나 부분적으로 절제하여 상태가 양호한 장관을 서로 연결해주기도 한다. 기존에는 바로 개복술을 시행하였으나 최근에는 절개부위를 최소화하기 위해 복강경을 통해 수술하기도 한다.
컴퓨터단층촬영(CT) 상으로 천공으로 인한 염증부위가 확인되면 천공부위를 예상하여 수술적 치료를 하게 되는데 CT상으로 천공부위가 자명하게 드러나지 않는 경우도 있고 CT상에서 천공 의심부위를 확인하더라도 실제 장을 육안으로 보는 상황에서 천공된 장 부위를 하나하나 뒤지면서 찾아야 한다. 복강경으로 천공 부위를 찾기 어려운 경우 개복하여 장관을 복강 밖으로 꺼내어 생리식염수에 담근 후 공기가 새어 나오는 부분을 찾은 방법도 시행된다. 이러한 종래의 치료 방법은 시간이 많이 소요되고 의사 및 환자에게 불필요한 수술적 부담을 준다는 문제점이 있다.
진단적 복강경하 또는 개복 후에 천공부위를 빠른 시간 안에 찾을 수 있는 방법이 있을 경우 수술 시간을 단축시키고 의사 및 환자에게 불필요한 수술적 부담을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 다른 복강경 수술 후 마지막에 수술도구로 인한 천공여부를 확인하는데도 도움이 될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면은 짧은 시간 내에 간단한 방법으로 장 천공 부위를 확인할 수 있고, 의사 및 환자의 수술 부담을 경감시켜줄 수 있는 장 천공 진단 장치 및 이를 이용한 장 천공 진단 방법을 제시하고자 한다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 레이저 빔을 방출하는 광원; 상기 레이저 빔을 전송 받아 시료에 조사하고, 상기 시료에서 방출되는 형광 신호를 감지하는 형광 검출부; 상기 형광 검출부로부터 형광 신호를 전송 받아 전기적 신호로 변환하는 스펙트럼 분석부; 및 상기 스펙트럼 분석부로부터 전기적 신호를 받아 화상으로 디스플레이하는 모니터를 포함하는, 장 천공 진단 장치 및 이를 이용한 장 천공 진단 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 간단하고 신속하게 장 천공 부위를 확인할 수 있어서, 시간 및 비용을 경감할 수 있으며, 의사 및 환자의 수술 부담을 줄여줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장 천공 진단 장치의 구성도이다.
도 2는 클로로필(Chlorophyll)이 페오파이틴(Pheophytin), 파이로페오파이틴(Pyropheophytin) 및 페오포르바이드(Pheophorbide)로 변화되는 메커니즘이다.
도 3은 장 천공이 발생하지 않은 마우스의 소장관액(Small intestine), 대장관액(Large intestine) 및 복강액(Abdominal cavity)에서 채취한 시료의 흡광 스펙트럼(도 3a) 및 형광 스펙트럼(λex = 410nm)(도 3b)이다.
도 4는 장 천공이 발생하지 않은 마우스의 소장관액(Small intestinal fluid), 대장관액(Large intestinal fluid) 및 복강액(Peritoneal fluid)에서 채취한 시료의 형광 스펙트럼(λex = 532nm)이다.
도 5는 구입한 페오파이틴의 형광 강도 및 파장을 나타낸 스펙트럼이다.
도 6은 장 천공이 발생하지 않은 마우스의 소장 및 복강에서 체취한 시료의 형광흡수 스펙트럼이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 다양한 여기파장(λex)과 방출파장(λem)을 이용하여 마우스의 장 천공 부위를 확인한 사진이다.
도 8은 장 천공이 발생하지 않은 Balb/c 마우스의 복막, 장, 천공된 장, 간의 형광 스펙트럼(λex = 532nm)이다.
도 9는 30mW의 세기로 측정한 사료 (Food), 장 천공이 발생하지 않은 Sprague Dawley rat의 간 (liver), 맹장 (Cecum), 방광 (Bladder), 복막 (Peritoneum), 장 (Intestine)의 형광 스펙트럼(λex = 532nm)이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 5mW의 세기로 측정한 랫트(rat)의 장(Intestine), 천공된 장 부위(Perforated intestine)의 형광 스펙트럼(λex = 532nm)이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른, 2mW의 세기로 측정한 랫트(rat)의 장(Intestine), 천공된 장 부위(Perforated intestine)의 형광 스펙트럼(λex = 532nm)이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본 명세서에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
장(Bowel), 즉 위, 소장(예를 들어, 십이지장, 공장, 회장, 맹장, 충수돌기), 대장(예를 들어, 상행결장, 횡행결장, 하행결장, S자결장, 직장) 중 어느 부위에 천공이 발생하면 염증이 심화되어 복강내 염증을 일으키는 복막염으로 진행될 수 있다. 이러한 장천공은 원발성 또는 복강경 수술 과정에서 발생할 수 있다.
천공이 크면 복강경 및 육안으로 쉽게 구별이 되나 천공이 작으면 복강경으로 구별이 어렵다. 또한, CT 사진을 통하여 영상화하여 확인하더라도 복강경 가스를 주입하거나 장 자체의 움직임으로 인해 천공 부위가 이동할 수 있다. 따라서 천공 부위를 하나하나 육안으로 뒤져가면서 찾아야 하므로 시간 및 부담이 가중된다.
본 발명은 장내 물질(천공시 새어 나오는 물질)과 복강 내(장 바깥)의 차이를 보일 수 있는 바이오마커 및 파장을 광학적(ex. 형광분광법)으로 실시간으로 구분함으로써 천공부위를 간단하게 찾을 수 있는 진단 장치 및 이를 이용한 진단 방법을 제공하여 상술한 문제점을 해결하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명의 일 측면은 레이저 빔을 방출하는 광원; 상기 레이저 빔을 전송 받아 시료에 조사하고, 상기 시료에서 방출되는 형광 신호를 검출하는 형광 검출부; 상기 형광 검출부로부터 형광 신호를 전송 받아 전기적 신호로 변환하는 스펙트럼 분석부; 및 상기 스펙트럼 분석부로부터 전기적 신호를 받아 화상으로 디스플레이하는 모니터를 포함하는, 장 천공 진단 장치를 제공한다.
도 1에는 본 발명의 장 천공 진단 장치의 구성도를 나타내었다.
레이저 빔을 방출하는 광원(1)은 다이오드 레이저로 구성될 수 있으며 페오파이틴 (바이오마커) 분자의 흡수파장 영역인 400nm ~ 650nm의 여기 광을 생성할 수 있다. 상기 레이저 빔은 광섬유를 통해 형광 검출부(2)로 전송된다. 형광 검출부(2)는 상기 레이저 빔을 전송 받아 시료에 조사하게 된다. 이때, 상기 레이저 빔은 형광 검출부에 배치된 밴드 패스 필터(band pass filter)(21)와 집속 렌즈(focusing lens)(22)를 통과하여 시료에 조사된다. 상기 밴드 패스 필터(band pass filter)(21)는 단색 레이저 빔만을 통과시키고, 상기 집속 렌즈(focusing lens)(22)는 여기 광을 집속한다.
여기 광이 시료에 조사되면 시료가 가지고 있는 특유의 형광단과 반응하여 고유 파장의 형광을 방출하게 된다. 이때, 상기 시료에서 방출되는 형광의 파장은 복강, 장조직 및 페오파이틴 (바이오마커) 분자의 발광파장인 550nm ~ 800nm인 것일 수 있다. 상기 형광 검출부(1)는 시료에서 방출되는 형광 신호를 검출하고, 광섬유를 통하여 스펙트럼 분석부(3)로 상기 형광 신호를 전송한다. 형광 신호를 검출하기 위하여 상기 형광 검출부(1)에는 집광 렌즈(collecting lens)(23), 롱 패스 필터(long pass filter)(24), 노치 필터(notch filter)(25), 시준 렌즈(collimating lens)(26)가 배치되어 있다. 상기 집광 렌즈(collecting lens)(23)는 시료로부터 발광하는 형광을 집광하며, 상기 롱 패스 필터(long pass filter)(24)는 산란광이 없는 형광을 수집하며, 상기 노치 필터(notch filter)(25)는 레일리 산란광을 제거하며, 상기 시준 렌즈(collimating lens)(26)는 형광을 시준한다.
이어서, 상기 스펙트럼 분석부(3)는 상기 형광 검출부(2)로부터 광섬유를 통하여 형광 신호를 전송 받아 전기적 신호로 변환한다. 상기 스펙트럼 분석부(3)는 격자(grating)와(31) CCD(Charge-Coupled Device) 또는 포토다이오드 어레이 디텍터(photodiode array detector)(32)를 구비하고 있다. 상기 격자(grating)(31)가 형광을 분산시키고, 상기 CCD 또는 포토다이오드 어레이 디텍터(32)가 상기 분산된 형광 신호를 전기적 신호로 변환한다.
또한, 본 발명의 장 천공 진단 장치는 모니터(4)를 포함할 수 있으며, 상기 모니터(4)는 상기 스펙트럼 분석부로(3)부터 전기적 신호를 받아 화상으로 디스플레이한다. 따라서, 파장, 형광 세기 등의 형광 특성이 실시간으로 모니터 상에 표시될 수 있다.
상기 장 천공 진단 장치는 장관액과 복강액 내에 존재하는 물질의 형광 파장 및 세기가 다르므로 장관액과 복강액의 형광 특성을 비교함으로써 장에 천공이 생겼는지 여부를 판단할 수 있게 한다. 즉, 장에 천공이 생겼을 경우에는 장내 압력에 의해 장관액에 존재하는 물질이 복강으로 유출되어 복강액의 형광 특성에도 영향을 미칠 수 있음에 착안한 것이다.
장관 내에 존재하는 대표적인 물질로는 클로로필(Chlorophyll) 대사물질이 있다. 상기 클로로필 대사물질은 특유의 형광 패턴을 나타내며, 상기 클로로필 대사물질이란 페오파이틴(Pheophytin), 파이로페오파이틴(Pyropheophytin) 및 페오포르바이드(Pheophorbide)로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
식물로 이루어진 음식을 섭취시 대부분의 클로로필이 산성인 위에서 마그네슘 이온을 잃고 페오파이틴, 파이로페오파이틴, 페오포르바이드 등으로 변하여 장관 내에 머무르는데, 이러한 클로로필 대사물질들은 장관 밖 복강 내에서는 관찰되지 않는다. 클로로필(Chlorophyll), 페오파이틴(Pheophytin), 파이로페오파이틴(Pyropheophytin) 및 페오포르바이드 (Pheophorbide)의 구조는 도 2에서 확인할 수 있다. 이들은 복강 내의 물질들과 구별되는 형광 패턴을 보여줌을 확인하였다. 즉, 도 3에는 장 천공이 발생하지 않은 마우스의 소장관액(Small intestine), 대장관액(Large intestine) 및 복강액(Abdominal cavity)에서 채취한 시료의 형광 스펙트럼(λex = 410nm)을 비교하여 나타내었다. 이를 통해 복강액의 형광 패턴은 장관액의 형광 패턴과 현저하게 차이 남을 확인할 수 있다. 또한, 여기 광의 파장을 달리하여 형광 스펙트럼을 측정하여도 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 즉, 도 4에서는 여기 광의 파장 λex = 532nm로 조절하여 장 천공이 발생하지 않은 마우스의 소장관액(Small intestinal fluid), 대장관액(Large intestinal fluid) 및 복강액(Peritoneal fluid)에서 채취한 시료의 형광 스펙트럼을 확인할 수 있다. 역시 장관액과 복강액은 현저하게 차이 나는 형광 패턴을 보여준다.
생체 조직에서 형광을 발하는 물질들의 예를 하기 표 1에 정리하였다. λex가 400nm ~ 650nm이고, λem이 550nm ~ 850nm의 파장 구간에서 장관액의 물질이 복강액의 물질보다 형광의 세기가 크게 나타나므로, 상기 구간의 형광의 차이를 이용한다면 쉽게 창 천공 유무를 확인할 수 있다. 하기 표 1의 물질들 중, 장관액에 주로 존재하는 물질로는 클로로필, 페오파이틴, 페오포르바이드를 들 수 있으며, 나머지 물질들은 장관액과 복강액에 소량 존재할 수는 있으나, 클로로필 유사체들과 형광 파장이 다르고 형광의 세기도 약하므로 구별이 된다.
Molecule Excitation(nm) Fluorescence(nm) Organisms, source Source
NAD(P)H 340 450 All
Chlorophyll 465, 665 673, 726 Plants
Pheophytin 420-425, 615-655 670, 710, 730 Plants 장관액
Pheophorbide 615-655 695-770 Plants 장관액
Collagen 270-370 305-450 Animals
Retinol 500 Animals & bacteria
Riboflavin 550 All
Cholecalciferol 380-460 Animals
Folic acid 450 All
Pyridoxine 400 All
Tyrosine 270 305 All
Dityrosine 325 400 Animals
Glycation adduct 370 450 Animals
Tryptophan 280 300-350 All
Flavin 380-490 520-560 All
Melanin 340-400 360-560 Animals
페오파이틴 분자의 형광 및 형광흡수 스펙트럼은 도 10을 통해 확인할 수 있으며 680nm 근처에서 형광 밴드를 나타냄을 알 수 있다.
상기 장 천공 진단 장치는 장관액 및 복강액으로부터 이러한 클로로필 대사물질이 방출하는 형광 신호의 특성(파장 및 세기 등)을 비교 분석함으로써, 장 천공 유무 및 부위를 진단하게 된다.
장관액의 형광 특성은 상기 장 천공 진단 장치를 통하여 검출할 수도 있고, 업계에 알려진 데이터를 활용하거나, 미리 확보한 환자의 의료 데이터를 통해 준비할 수도 있다. 복강액의 형광 특성은 상기 장 천공 진단 장치를 이용하여 시료에 여기 파장을 조사하고, 시료가 방출하는 형광 신호를 검출함으로써 확보할 수 있다. 이후, 상기 장관액 및 복강액의 형광 특성을 비교함으로써 복강액에 장관액의 물질이 혼합되어 있는지 유무를 확인하여 장 천공을 진단할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 예일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하지는 않는다.
[실시예 1]
6-8주 수컷 SKH-1 마우스 (Orient Bio, Gyonggi-do, Korea)를 케타민(70mg/kg, Ketamine 50, Yuhan Co. Ltd., Seoul, Korea)과 자일라진(7mg/kg, Rompun, Bayer Korea, Gyongi-do, Korea)을 이용하여 마취시킨다. 손상이 가지 않도록 메젬바움 가위(metzenbaum scissor)를 이용하여 소독 후 복부를 5mm 절개한 후 dH2O 또는 0.9% NaCl 생리식염수(normal saline)를 500㎕ 주입하고 복막 세척(peritoneal lavage)을 시행한다. 절개부위를 막은 다음 복부를 마사지하고 장이 손상되지 않게 주의깊게 주입한 액체를 흡인하여 복강액 샘플(peritoneal fluid)을 만든다.
이후 복강을 1cm이상 절개하여 소장 및 대장을 노출시킨 후 소장 또는 대장의 한쪽 끝을 막고 27 Gauge needle을 이용하여 천공시키고 새어 나오는 용액을 희석하기 위해 500㎕의 dH2O 또는 0.9% NaCl 생리식염수(normal saline)를 주입한 후 액체를 흡인하여 장관액 샘플(intestinal fluid)을 만든다.
이와 같이 채취한 복강액 및 장관액 샘플은 추가적인 원심분리 및 희석 과정을 거쳐 아래와 같은 생체시료를 준비하였다.
① 소장관액 샘플 #1 (Small instestinal fluid(sample 1))
소장에 dH2O 500㎕ 주입 후 흡인하여 3000 RPM에서 2 분간 원심분리함.
② 소장관액 샘플 #2 (Small instestinal fluid(sample 2))
소장에 dH2O 500㎕ 주입 후 흡인하여 3000 RPM에서 2 분간 원심분리하고, 상층액 200㎕에 dH2O 900㎕를 넣어 희석함.
③ 소장관액 샘플 #3 (Small instestinal fluid(sample 3))
소장에 생리식염수 500㎕ 주입 후 흡인하여 3000 RPM에서 2 분간 원심분리하고, 상층액 200㎕에 dH2O 900㎕를 넣어 희석함.
④ 대장관액 샘플 #4 (Large instestinal fluid(sample 4))
대장에 dH2O 500㎕ 주입 후 흡인하여 3000 RPM에서 2 분간 원심분리함.
⑤ 대장관액 샘플 #5 (Large instestinal fluid(sample 5))
대장에 dH2O 500㎕ 주입 후 흡인하여 3000 RPM에서 2 분간 원심분리하고, 상층액 200㎕에 dH2O 900㎕를 넣어 희석함.
⑥ 복강액 샘플 #6 (Peritoneal fluid(sample 6))
천공 발생 전 복강에 dH2O 500㎕ 주입 후 흡인하여 3000 RPM에서 2 분간 원심분리함.
⑦ 복강액 샘플 #7 (Peritoneal fluid(sample 7))
천공 발생 전 복강에 dH2O 500㎕ 주입 후 흡인하여 3000 RPM에서 2 분간 원심분리하고, 상층액 200㎕에 dH2O 900㎕를 넣어 희석함.
⑧ 복강액 샘플 #8 (Peritoneal fluid(sample 8))
천공 발생 후 복강에 dH2O 500㎕ 주입 후 흡인하여 3000 RPM에서 2 분간 원심분리함.
⑨ 복강액 샘플 #9 (Peritoneal fluid(sample 9))
천공 발생 후 복강에 dH2O 500㎕ 주입 후 흡인하여 3000 RPM에서 2 분간 원심분리하고, 상층액 200㎕에 dH2O 900㎕를 넣어 희석함.
형광분광법으로 장 천공 질환을 검사할 수 있는지 확인하기 위해 마우스의 소장, 대장 및 복강에서 채취한 생체시료에 대한 흡광 및 형광 스펙트럼을 측정하였다.
도 3a는 소장, 대장 및 복강에서 채취한 생체시료의 흡광스펙트럼을 나타낸다. 각 시료들은 공통적으로 약 400nm에서 흡광밴드를 나타내는데, 이 밴드는 생체의 혈액 속에 존재하는 헤모글로빈 또는 식물 섭취/대사 과정에서 존재하는 페오파이틴 유사 분자의 Soret 에너지 준위로의 흡광에 의한 것으로 예측된다. 소장 및 대장 시료의 자외선/가시광선/적외선에 걸치는 넓은 흡광 스펙트럼은 장 내에 존재하는 다양한 대사물질에 의한 것이며, 복강액 샘플의 500nm ~ 600nm 파장영역에서 나타나는 흡광 밴드는 헤모글로빈의 Q 에너지 준위로의 흡광(Org. Biomol. Chem. 2009, 7, 3836 참조)에 의한 것으로 예측된다.
410nm의 파장(Soret 흡광)을 가진 Xe 램프를 시료에 조사하여 도 3b의 형광스펙트럼을 얻었다. 복강액 샘플은 550nm ~ 700nm의 영역에서 넓은 형광밴드를 나타낸다. 소장관액 및 대장관액 샘플은 640nm 및 700nm 영역에서 두 개의 샤프한 형광 밴드를 나타낸다. 640nm 및 700nm 형광밴드는 식물의 섭취에 의해 장 속에 존재하는 페오파이틴 유사 분자에 의한 형광으로 예측된다. 도 3b를 통해 장 천공 질환의 유무를 환자의 복강에 대한 형광스펙트럼의 측정을 통해 확인할 수 있음을 알 수 있다. 580 nm의 형광세기 대비 640 nm의 형광세기를 실시간으로 모니터링함으로써 (측정 지점 또는 조건에 관계없이) 장천공이 발생하였을 경우 순간적으로 증가되는 640 nm의 형광밴드를 모니터링하고 장 천공의 유무를 판단할 수 있다.
이는 도 1에에 나타낸 장 천공 진단 장치를 도입하여 환자의 복강에서 채취한 복강액에 대한 형광스펙트럼을 실시간으로 모니터링하고 장 천공의 유무를 판단할 수 있다.
도 3b의 형광 스펙트럼에 대한 보다 정밀한 정보를 얻기 위해 페오파이틴 분자의 형광, 형광흡수(fluorescence exciation) 및 소장관액 및 복강액 샘플에 대한 형광흡수 스펙트럼을 측정하였다. 구입한 순수 페오파이틴 분자는 680 nm에서 강한 형광밴드를 나타내며, 각각 ~400nm, 480~700 nm의 영역에서 Soret 및 Q 흡광밴드를 나타내었다(도 5).
λem = 570 nm에서 측정한 소장관액의 형광흡수 스펙트럼은 λem = 570 nm에서 측정한 복강액의 형광흡수 스펙트럼과 유사하여 형광특성 분자단이 유사함을 알 수 있다(도 6). λem = 640 nm에서 측정한 소장의 형광흡수 스펙트럼은 각각 ~400 nm, 500~600 nm에서 페오파이틴의 Soret 및 Q 흡광밴드와 유사한 흡광밴드를 나타낸다. 이러한 결과는 도 3b의 640 nm 형광밴드가 식물 섭취 후 장 속에 존재하는 페오파이틴 분자 유사체에 의한 것임을 설명한다. 장 속의 페오파이틴 유사 분자는 640nm에서 형광밴드를 나타내지만 구입한 페오파이틴 분자는 680nm에서 형광밴드를 나타내었다. 형광 파장이 다른 이유는 장 속 페오파이틴 유사 분자가 구입한 페오파이틴 분자와 분자구조가 정확히 일치하지 않기 때문인 것으로 예측된다.
[실시예 2]
IVIS (In vivo imaging system, Xenogen, USA)를 이용하여 실제 6-8주, 수컷, Balb/c 마우스(Orient Bio, Gyonggi-do, Korea)를 마취하고 복강을 열어 장관에 needle을 이용하여 천공을 유도하고, 다양한 λex와 λem를 이용하여 형광을 확인하여 도 7에 나타내었다. 즉, λex = 570nm이고 λem = 720nm인 경우, λex = 430nm이고 λem = open인 경우, λex = 535nm이고 λem = 640nm인 경우, λex = 535nm이고 λem = 740nm인 경우, λex = 535nm이고 λem = 840nm인 경우 각각에 있어서 형광을 통하여 천공 부위를 확인할 수 있었다.
또한, λex = 532nm인 장 천공 진단 장치를 이용하여 측정한 Balb/c mouse의 복막, 장, 천공된 장, 간의 형광 스펙트럼을 측정한 결과, 페오파이틴의 형광파장을 포함하는 540nm ~ 810nm 전반에 걸쳐 천공된 장(Perforated intestine)의 부위에서 주변의 장기, 즉, 복강(Peritoneum), 장(Intestine), 간(Liver)과 비하여 현저하게 강한 형광을 보였다(도 8).
[실시예 3]
8-10주 수컷, Sprague Dawley rat(Orient Bio, Gyonggi-do, Korea)을 이용하여 실시예 1 및 실시예 2와 동일한 방식으로 생체시료를 채취하고, 천공을 유도하였다.
장 천공을 유도하기 전에 λex = 532nm인 장 천공 진단 장치를 이용하여 30mW 광원 세기로 측정한 사료(Food), Sprague Dawley rat의 간(liver), 맹장(Cecum), 방광(Bladder), 복막(Peritoneum), 장(Intestine)의 형광 스펙트럼을 측정하였다.
랫트(rat)의 경우 장의 두께가 마우스(mouse)보다 두꺼울 것으로 추정하여 광원의 침투 깊이를 높이기 위해 광원의 파워를 30mW로 하였다. 장 및 기타 장기의 형광을 확인한 결과, 장(Intestine) 및 맹장(Cecum)에서 주변 간(Liver), 복강(Peritoneum), 방광(Bladder)과 구별되는 형광을 확인하였다. 정상 소장에서 확인되는 이러한 형광 특성을 통해 광원이 장벽을 투과하여 장 내에 존재하는 페오파이틴을 포함하는 다양한 클로로필의 대사물질들을 감지할 수 있었다(도 9).
이어서, 장 천공을 유도한 후, λex = 532nm인 장 천공 진단 장치를 이용하여 장벽에 대한 침투 깊이를 낮게 하기 위해 5mW 및 2mW 광원 세기로 정상 장(Intestine) 및 천공된 장 부위(Perforated intestine)의 형광 스펙트럼을 측정하였다.
5mW 광원 세기로 측정한 결과, 540nm ~ 750nm에서 천공된 장 부위가 정상 장보다 5배 이상의 높은 페오파이틴을 포함하는 클로로필 대사물질들을 감지하였다(도 10).
또한, 2mW 광원 세기로 측정한 결과, 540nm ~ 750nm에서 천공된 장 부위가 정상 장보다 8배 이상의 높은 페오파이틴을 포함하는 클로로필 대사물질들을 감지하였다(도 11).
생체 조직은 다양한 형광단(fluorophore)를 가지고 있는데 페오파이틴과 소화된 물질이 포함된 장관액은 이들과 구별되는 독특하고 강한 형광을 보인다. 복강내 출혈이나 장 천공이 의심되는 경우, 진단적 복막관류(diagnostic peritoneal lavage)라고 하여 복부를 마취 후 소량 절개하여 복강액을 채취하거나 생리식염수를 복강 내에 주입하여 복강 내에서 생리식염수가 복강액과 섞이게 한 다음 생리식염수가 섞인 복강액을 채취하여 적혈구, 백혈구, 담즙이나 음식물, 아밀라제, 빌리루빈 등을 현미경적 검사를 통해 복강내 출혈이나 장 천공을 확인할 수 있다.
장 천공이 발생하는 경우, 페오파이틴 등의 클로로필 대사물질은 복강 내로 이동하고, 이동한 클로로필 대사물질은 형광 성분의 분석을 통해 장 천공 여부를 확인할 수 있다. 즉, 외부에서 여기 파장의 조사를 통한 흡광 동작, 흡광에 따라 특정 파장 대역에서의 형광 특성을 분석하여 장 천공의 여부 및 부위를 확인할 수 있다.
본 발명의 장 천공 진단 장치는 형광을 통해 직접 복강 내에서 천공 부위의 장관액성 형광물질을 확인할 수 있을 뿐만 아니라 진단적 복막관류를 할 때 채취한 복강액에서 천공 부위를 통해 섞인 장관액성 형광을 측정함으로써 장 천공 진단에 도움을 줄 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 레이저 빔을 방출하는 광원;
    상기 레이저 빔을 전송 받아 시료에 조사하고, 상기 시료에서 방출되는 형광 신호를 검출하는 형광 검출부;
    상기 형광 검출부로부터 형광 신호를 전송 받아 전기적 신호로 변환하는 스펙트럼 분석부; 및
    상기 스펙트럼 분석부로부터 전기적 신호를 받아 화상으로 디스플레이하는 모니터를 포함하는, 장 천공 진단 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 시료는 장관액 또는 복강액인 것인, 장 천공 진단 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 형광 신호는 클로로필의 대사물질로부터 방출되는 것인, 장 천공 진단 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 시료에 조사되는 레이저 빔의 여기 파장은 400nm ~ 650nm이고, 상기 시료에서 방출되는 형광의 파장은 550nm ~ 850nm인 것인, 장 천공 진단 장치.
  5. 장관액의 형광 특성을 준비하는 단계;
    제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 따른 장 천공 진단 장치를 이용하여 복강액의 형광 특성을 검출하는 단계; 및
    상기 장관액 및 복강액의 형광 특성을 비교하는 단계를 포함하는, 장 천공 진단 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 형광 특성을 비교하는 단계에서는 클로로필 대사물질로부터 방출되는 형광의 파장 및 세기를 비교하는 것인, 장 천공 진단 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 클로로필 대사물질은 페오파이틴, 파이로페오파이틴 및 페오포르바이드로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인, 장 천공 진단 방법.
KR1020150092983A 2015-06-30 2015-06-30 장 천공 진단 방법 KR101709165B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150092983A KR101709165B1 (ko) 2015-06-30 2015-06-30 장 천공 진단 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150092983A KR101709165B1 (ko) 2015-06-30 2015-06-30 장 천공 진단 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170002972A true KR20170002972A (ko) 2017-01-09
KR101709165B1 KR101709165B1 (ko) 2017-03-08

Family

ID=57811415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150092983A KR101709165B1 (ko) 2015-06-30 2015-06-30 장 천공 진단 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101709165B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111839427A (zh) * 2019-04-25 2020-10-30 天津御锦人工智能医疗科技有限公司 一种基于图像识别的预防医源性肠壁穿孔的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006266905A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd クロロフィル分析装置及びクロロフィルの分析方法
JP2010184866A (ja) * 2009-02-10 2010-08-26 Nagoya Univ 腸管粘膜蛍光観察用検査試薬
WO2013035750A1 (ja) * 2011-09-05 2013-03-14 Maeda Hiroshi 高分子型蛍光分子プローブ
KR20150007679A (ko) * 2013-07-12 2015-01-21 한국전기연구원 감시림프절의 근적외선 형광 검출 장치 및 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006266905A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd クロロフィル分析装置及びクロロフィルの分析方法
JP2010184866A (ja) * 2009-02-10 2010-08-26 Nagoya Univ 腸管粘膜蛍光観察用検査試薬
WO2013035750A1 (ja) * 2011-09-05 2013-03-14 Maeda Hiroshi 高分子型蛍光分子プローブ
KR20150007679A (ko) * 2013-07-12 2015-01-21 한국전기연구원 감시림프절의 근적외선 형광 검출 장치 및 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111839427A (zh) * 2019-04-25 2020-10-30 天津御锦人工智能医疗科技有限公司 一种基于图像识别的预防医源性肠壁穿孔的方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101709165B1 (ko) 2017-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200405153A1 (en) Atherosclerotic plaque detection
Matsui et al. Real-time intra-operative near-infrared fluorescence identification of the extrahepatic bile ducts using clinically available contrast agents
van den Bos et al. Optimizing the image of fluorescence cholangiography using ICG: a systematic review and ex vivo experiments
US8649849B2 (en) Optical methods to intraoperatively detect positive prostate and kidney cancer margins
CA2658811C (en) Multi modal spectroscopy
Zuzak et al. Intraoperative bile duct visualization using near-infrared hyperspectral video imaging
US20080306337A1 (en) Characterization of a Near-Infrared Laparoscopic Hyperspectral Imaging System for Minimally Invasive Surgery
US20050065436A1 (en) Rapid and non-invasive optical detection of internal bleeding
US20060247514A1 (en) Medical hyperspectral imaging for evaluation of tissue and tumor
EP3050485A1 (en) Fluorescence observation device, endoscopic system, processor device, and operation method
Keller et al. Diffuse reflectance spectroscopy of human liver tumor specimens-towards a tissue differentiating optical biopsy needle using light emitting diodes
CN103282765B (zh) 用于关联的组织的光学分析的设备
US9352054B2 (en) Method and apparatus for kidney function analysis
US20140163389A1 (en) In vivo detection of eosinophils
Barberio et al. Hyperspectral based discrimination of thyroid and parathyroid during surgery
JP2021533907A (ja) 分子化学イメージングによる結石と組織の識別
JPH10308114A (ja) 光源装置
Karakaş et al. Investigating viability of intestine using spectroscopy: a pilot study
KR101709165B1 (ko) 장 천공 진단 방법
Vardhan et al. Techniques for diagnosing anastomotic leaks intraoperatively in colorectal surgeries: a review
Raj et al. Enhanced vascular features in porcine gastrointestinal endoscopy using multispectral imaging
CN113645889A (zh) 用于将医学成像设备连接到医学成像控制器的系统和方法
Haugen et al. Measurement of rat and human tissue optical properties for improving the optical detection and visualization of peripheral nerves
Crane et al. Contrast enhancement for in vivo visible reflectance imaging of tissue oxygenation
Horditsa et al. The determining the photoluminescence intensity for assessing of the small bowel viability in the experiment

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200102

Year of fee payment: 4