KR20170006470A - Stimulated photoacoustic molecular vibrational imaging system - Google Patents

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KR20170006470A KR1020150097120A KR20150097120A KR20170006470A KR 20170006470 A KR20170006470 A KR 20170006470A KR 1020150097120 A KR1020150097120 A KR 1020150097120A KR 20150097120 A KR20150097120 A KR 20150097120A KR 20170006470 A KR20170006470 A KR 20170006470A
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김덕영
이창준
소병휘
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연세대학교 산학협력단
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    • G01N21/1702—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids

Abstract

The present invention relates to a molecular vibrational imaging system, and more particularly, to a stimulated photoacoustic molecular vibrational imaging system for analyzing a sample with an acoustic signal generated by increasing the amplitude of natural vibration in a molecule by emitting laser beams of different wavelengths to the sample at the same time. To this end, the present invention includes a laser source for irradiating laser beams of different wavelengths; a first dichroic mirror for summing the laser beams of different wavelengths emitted from the laser source and reflecting the combined laser beams in one direction; a first lens for condensing light reflected by the first dichroic mirror on the sample; and an acoustic sensor for receiving a sound generated by the light condensed on the sample by the first lens.

Description

유도 광음향 분자진동 이미징 시스템{Stimulated photoacoustic molecular vibrational imaging system}[0001] Stimulated photoacoustic molecular vibrational imaging system [0002]

본 발명은 분자진동 이미징 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 다른 파장의 레이저 광을 시료로 동시에 조사하여 시료 내 분자의 고유 진동의 진폭을 증가시켜 발생하는 음향신호로서 시료를 분석하기 위한 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a molecular vibration imaging system, and more particularly, to a molecular vibration imaging system that irradiates laser light of different wavelengths simultaneously with a sample to increase the amplitude of natural vibration of molecules in the sample, To an acoustic molecule vibration imaging system.

일반적으로 물질내부의 분자를 구성하는 모든 원자들은 그 구성 성분과 배열구조 및 결합강도에 따라 분자 내부에서 고유한 진동주파수를 가지고 진동한다. 물질 내부에서 진동하는 원자들의 진동주파수는 물질마다 다른 고유한 고유주파수를 갖는다. 이와 같은 고유진동주파수는 보통 12~120 [THz]를 가지고 진동하며, 이를 파장으로 환산하면 2.5~25 [um]의 적외선 파장이 되고, 이에 해당하는 1 cm의 거리에서의 진동파수는 400~4,000 [1/cm]가 된다. 이 때, 진동하는 원자의 진폭은 주어진 물질의 온도의 제곱근에 비례한다.In general, all the atoms constituting the molecule inside the material oscillate with a vibration frequency inherent in the molecule according to their constitution, arrangement structure and bond strength. The vibrational frequency of atoms oscillating within a material has a unique natural frequency that varies from substance to substance. The frequency of this natural vibration is usually 12 to 120 [THz], and when the wavelength is converted into infrared, the infrared wavelength is 2.5 to 25 [um], and the corresponding vibration frequency at a distance of 1 cm is 400 to 4,000 [1 / cm]. At this time, the amplitude of the vibrating atom is proportional to the square root of the temperature of the given material.

이러한 고유한 분자 진동주파수의 스펙트럼 특성을 이용하면 서로 다른 분자를 구별할 수 있으므로, 임의의 물질의 분자 진동 주파수 스펙트럼을 측정하면 대상 물질을 구성하는 분자들의 성분을 알 수 있다. 이를 위해 적외선의 흡수 스펙트럼을 직접 측정하는 적외선분광법(IR Spectroscopy) 또는 가시광선 레이저의 파장천이를 측정하는 라만분광법 (Raman Spectroscopy)이 사용된다. 적외선분광법이나 라만분광법은 분자의 진동 스펙트럼을 측정하여 분자의 진동구조를 연구하거나 물질을 정성, 정량 분석에 이용되었으나 신호의 세기가 매우 작아서 측정 시간이 길고 오차가 크다는 단점을 갖는다. 최근에는 2개 이상의 레이저를 사용하여 큰 신호의 유도라만 산란을 발생시키는 방식을 이용한 유도-라만-산란 (Stimulated Raman Scattering: SRS) 또는 가간섭성-반스톡스-라만-산란(Coherent Anti-Stokes Raman Scattering: CARS) 측정방법 등을 사용하여 측정시간과 오차를 크게 감소시키는 방법이 제안되고 있으며 이를 이용하여 생체조직의 세포 내 혹은 세포 외의 생화학적, 형태학적 정보 분석을 위한 연구에도 적용되고 있다.By using the spectral characteristics of the unique molecular vibration frequency, different molecules can be distinguished. Therefore, by measuring the molecular vibration frequency spectrum of an arbitrary substance, the components of molecules constituting the substance can be known. For this purpose, infrared spectroscopy (IR spectroscopy), which directly measures the absorption spectrum of infrared rays, or Raman spectroscopy, which measures wavelength transitions of visible light lasers, is used. Infrared spectroscopy or Raman spectroscopy is used to study the vibrational structure of molecules by measuring the vibrational spectrum of molecules or to qualitatively and quantitatively analyze the material. However, since the signal intensity is very small, the measurement time is long and the error is large. Recently, there has been proposed a method of using two or more lasers to generate stimulated Raman scattering (SRS) or coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS) measurement methods have been proposed to reduce the measurement time and error, and have been applied to the study of biochemical and morphological information of intracellular or extracellular biomaterials.

다음의 선행기술 문헌은 미국 공개특허공보 제2011-0239766호로서 2개 이상의 레이저들을 사용하여 조직을 판별하는 기술에 대해서는 게시하고 있지만, 2개 이상의 레이저들을 시료에 집중시켜 음향신호를 증가시키는 기술구성에 대해서는 게시된 바 없다.The following prior art documents are published in U.S. Published Patent Application No. 2011-0239766, which discloses a technique for determining tissue using two or more lasers, but a technique for increasing the acoustic signal by focusing two or more lasers on a sample It has not been published.

또한, 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템을 이용하여 생체 이미징 분야와 의료 진단장비 분야에서 보다 빠른 측정속도와 민감도로 암의 조기진단, 혈관 사진, 피부 조직의 이상 여부 진단, 내시경 등의 응용할 수 있는 기술에 대해서는 보고된 바 없다.In addition, by using the induced photoacoustic molecular vibration imaging system, it is possible to apply the techniques such as early diagnosis of cancer, vascular photograph, diagnosis of abnormality of skin tissue, and endoscopy in the field of biomedical imaging and medical diagnosis equipment in a faster speed and sensitivity Have not been reported.

미국 공개특허공보: 제2011-0239766호U.S. Published Patent Application No. 2011-0239766

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 것으로서, 본 발명의 목적은 특히 빠른 측정 속도와 측정 민감도로 암의 조기진단, 혈관 사진, 피부 조직의 이상 여부 진단, 내시경 등에 적용할 수 있는 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for diagnosing cancer early diagnosis, vascular photograph, And to provide an induced photoacoustic molecule vibration imaging system.

이를 위해 본 발명에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템은, 서로 다른 파장의 레이저 광을 각각 조사하는 레이저 소스; 상기 레이저 소스에서 조사된 상기 서로 다른 파장의 레이저 광을 합하여 일방향으로 반사시키는 제1 다이크로익 미러(dichroic mirror); 상기 제1 다이크로익 미러가 반사한 광을 시료로 집광하는 제1 렌즈; 및 상기 제1 렌즈에 의해 상기 시료로 집광된 광에 의해 생성된 음향을 입사받는 음향센서; 를 포함한다.To this end, the induction photoacoustic molecule vibration imaging system according to the present invention comprises: a laser source for irradiating laser light of different wavelengths; A first dichroic mirror for summing the laser beams of the different wavelengths emitted from the laser source and reflecting the combined laser beams in one direction; A first lens for condensing the light reflected by the first dichroic mirror as a sample; And an acoustic sensor for receiving the sound generated by the light condensed by the sample by the first lens; .

그리고 본 발명의 실시 예에 따른 상기 레이저 소스는 제1 파장 레이저 광을 조사하는 제1 레이저 소스; 및 제2 파장 레이저 광을 조사하는 제2 레이저 소스; 를 포함하고, 상기 제1 파장과 상기 제2 파장은 서로 다르다.The laser source according to an embodiment of the present invention includes a first laser source for emitting a first wavelength laser light; And a second laser source for irradiating the second wavelength laser light; Wherein the first wavelength and the second wavelength are different from each other.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제1 레이저 소스 또는 상기 제2 레이저 소스는 조사하는 레이저 광의 파장을 가변한다.Further, the first laser source or the second laser source according to the embodiment of the present invention varies the wavelength of the laser light to be irradiated.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제1 파장 레이저 광 또는 상기 제2 파장 레이저 광은 펄스(pulse)형 또는 연속파(continuous wave)형이다.Meanwhile, the first wavelength laser light or the second wavelength laser light according to the embodiment of the present invention is a pulse type or a continuous wave type.

그리고 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제1 다이크로익 미러가 반사한 레이저 광의 세기를 조절하여 상기 제1 렌즈로 조사하는 광조절기; 를 더 포함한다.The optical modulator adjusts the intensity of the laser light reflected by the first dichroic mirror according to the embodiment of the present invention and irradiates the first lens with the intensity of the laser light reflected by the first dichroic mirror. .

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 레이저 소스는 상기 레이저 광이 상기 시료로 도달하는 시간을 변화시켜 적어도 2번 상기 시료로 레이저 광이 조사되도록 시간 축에서의 중첩정도를 조절하는 상기 제1 레이저 소스 또는 상기 제2 레이저 소스의 펄스 반복률을 가변한다.Meanwhile, the laser source according to the embodiment of the present invention may change the time at which the laser light reaches the sample and adjust the degree of overlap in the time axis so that the laser light is irradiated to the sample at least twice. The pulse repetition rate of the source or the second laser source is varied.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 광조절기에 의해 세기가 조절된 레이저 광을 조사받는 제2 다이크로익 미러; 및 구비된 레이저 소스를 사용하여 상기 시료에 반사 된 빛의 간섭무늬를 분석하여 상기 분자의 팽창 정도를 검출하는 광 간섭성 단층촬영장치(OCT, optical coherence tomography); 를 더 포함한다.A second dichroic mirror that is irradiated with a laser beam whose intensity is controlled by the optical conditioner according to an embodiment of the present invention; And optical coherence tomography (OCT) for analyzing the interference pattern of light reflected from the sample using the laser source and detecting the degree of expansion of the molecule. .

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제1 렌즈에서 조사되는 레이저 광에 의해 상기 시료의 분자를 진동 팽창시키면, 상기 시료로 레이저 광을 조사하는 광섬유 레이저 소스; 상기 시료에 부착되어 상기 광섬유 레이저 소스에서 조사된 레이저 광을 산란시키는 산란판; 상기 레이저 광을 집광시키는 동시에 상기 산란판에 의해 산란된 레이저 광을 집광하는 제2 렌즈; 상기 제2 렌즈와 광섬유로 연결되어, 상기 제2 렌즈에서 집광된 레이저 광을 분석하여 상기 분자의 팽창 정도를 검출하는 검출기; 를 더 포함한다.Meanwhile, an optical fiber laser source for irradiating the sample with laser light when the molecule of the sample is vibrated and expanded by the laser light irradiated from the first lens according to the embodiment of the present invention; A scattering plate attached to the sample for scattering laser light irradiated from the optical fiber laser source; A second lens for condensing the laser light and condensing the laser light scattered by the scattering plate; A detector connected to the second lens through an optical fiber for analyzing the laser beam condensed by the second lens to detect the degree of expansion of the molecule; .

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 레이저 소스는 상기 제1 레이저 소스 또는 상기 제2 레이저 소스의 레이저 펄스 반복률을 조절하여 상기 레이저 펄스가 샘플에 도달하는 시간을 변화시켜 시간 축에서의 중첩되는 정도를 조절함으로써 적어도 두 번의 측정을 수행하고 두 측정값의 차이를 사용하여 측정 오차를 줄이는 방식이다.Meanwhile, the laser source according to the embodiment of the present invention adjusts the laser pulse repetition rate of the first laser source or the second laser source to change the time at which the laser pulse reaches the sample, And at least two measurements are made and the difference between the two measurements is used to reduce the measurement error.

그리고 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제1 렌즈를 2차원적으로 이동시키는 갈바노 스캐너; 를 더 구비하고, 상기 갈바노 스캐너는 제1 다이크로익 미러와 상기 제1 렌즈 사이에 구비한다.A galvanometer scanner for two-dimensionally moving the first lens according to an embodiment of the present invention; And the galvano scanner is provided between the first dichroic mirror and the first lens.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 안되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to that, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor can properly define the concept of a term in order to describe its invention in the best possible way Should be construed in accordance with the principles and meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르는 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템은 서로 다른 파장의 레이저를 시료에 조사하여 발생하는 음향의 측정을 통해 시료의 특성을 신속 정확하게 판별할 수 있는 효과가 있다.The induction photoacoustic molecular vibration imaging system according to various embodiments of the present invention has the effect of quickly and accurately discriminating the characteristics of a sample through measurement of sound generated by irradiating a laser of a different wavelength to a sample.

따라서 본 발명의 다양한 실시 예에 따르는 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템은 궁극적으로 생체 이미징 분야와 의료 진단장비 분야에서 보다 빠른 측정속도와 민감도로 암의 조기진단, 혈관 사진, 피부 조직의 이상 여부 진단, 내시경 등에 응용할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the induction photoacoustic molecule vibration imaging system according to various embodiments of the present invention ultimately enables early diagnosis of cancer, imaging of blood vessels, diagnosis of abnormality of skin tissue, and the like in a field of biomedical imaging and medical diagnostic equipment, Endoscope and the like.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템을 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템을 도시한 블록도.
도 4는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템을 도시한 블록도.
도 5는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템을 도시한 블록도.
도 6은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템을 도시한 블록도.
도 7은 본 발명의 제7 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템을 도시한 블록도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram illustrating an induction photoacoustic molecular vibration imaging system according to a first embodiment of the present invention. FIG.
2 is a block diagram illustrating an induced photoacoustic molecular vibration imaging system in accordance with a second embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating an induction photoacoustic molecule vibration imaging system according to a third embodiment of the present invention.
4 is a block diagram illustrating an induction photoacoustic molecular vibration imaging system according to a fourth embodiment of the present invention.
5 is a block diagram illustrating an induced photoacoustic molecular vibration imaging system according to a fifth embodiment of the present invention.
6 is a block diagram illustrating an induction photoacoustic molecule vibration imaging system according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram illustrating an induction photoacoustic molecular vibration imaging system according to a seventh embodiment of the present invention. FIG.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2", 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The objectives, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. It should be noted that, in the present specification, the reference numerals are added to the constituent elements of the drawings, and the same constituent elements are assigned the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings. Also, the terms "first "," second ", and the like are used to distinguish one element from another element, and the element is not limited thereto.

또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.Also, the singular forms as used below include plural forms unless the phrases expressly have the opposite meaning. Throughout the specification, when an element is referred to as "including" an element, it means that it can include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

도 1 내지 도 7의 동일 부재에 대해서는 동일한 도면 번호를 기재하였다.The same reference numerals are given to the same members in Figs. 1 to 7.

본 발명은 유도 라만 산란에서 산란되는 빛의 세기를 측정하는 대신 유도 라만 산란 과정에서 발생하는 광음향(Photoacoustic) 신호를 측정함으로써 유도 라만 산란의 측정 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 여기서 광음향 신호는 레이저가 물체에 흡수될 때 발생하는 갑작스러운 열 팽창에 의해서 발생하는 음향신호(Acoustic Signal)이다. 레이저의 파장(주파수) 차이가 피측정 대상물 분자의 고유진동수와 일치하는 2개의 레이저를 피측정 대상물에 동시에 조사하면 측정 분자의 고유 진동의 진폭을 크게 만들 수 있다. 대상 분자의 온도는 분자의 진동 진폭의 제곱에 비례하므로 분자의 고유진동 진폭이 증가하면 분자 주변의 온도가 급격하게 증가한다. 급격한 온도 상승은 광음향 효과로 인해 강한 음향신호를 발생하므로, 광음향신호의 세기를 측정하면 시료 안에 특정 공유주파수를 갖는 분자의 유무 또는 분포 밀도와 같은 정보를 얻을 수 있다. 따라서 본 발명은 상술한 현상을 이용한 효과적인 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템에 관한 것이다.The present invention can significantly improve the measurement efficiency of the induced Raman scattering by measuring the photoacoustic signal generated in the inductive Raman scattering process instead of measuring the intensity of light scattered in the inductive Raman scattering. Here, the photoacoustic signal is an acoustic signal generated by a sudden thermal expansion that occurs when a laser is absorbed by an object. It is possible to increase the amplitude of the natural vibration of the measuring molecule by simultaneously irradiating the object to be measured with two lasers in which the wavelength (frequency) difference of the laser coincides with the natural frequency of the molecule to be measured. Since the temperature of the target molecule is proportional to the square of the vibration amplitude of the molecule, the temperature around the molecule sharply increases as the natural vibration amplitude of the molecule increases. Since the rapid temperature rise generates a strong acoustic signal due to the photoacoustic effect, information such as the presence or distribution density of molecules having a specific frequency in the sample can be obtained by measuring the intensity of the photoacoustic signal. Accordingly, the present invention relates to an effective induced photoacoustic molecular vibration imaging system using the above phenomenon.

아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템을 도시한 블록도이다.FIG. 1 is a block diagram illustrating an induction photoacoustic molecule vibration imaging system according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템(100)은 레이저 소스(110), 제1 다이크로익 미러(120), 제1 렌즈(130), 및 음향센서(140)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an induction photoacoustic molecule vibration imaging system 100 according to a first embodiment of the present invention includes a laser source 110, a first dichroic mirror 120, a first lens 130, Sensor 140 as shown in FIG.

도 1에 도시한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템(100)을 후술한다.The induced photoacoustic molecule vibration imaging system 100 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described below.

우선, 레이저 소스(110)가 개시된다. 레이저 소스(110)는 제1 파장 레이저 광을 조사하는 제1 레이저 소스(111) 및 제2 파장 레이저 광을 조사하는 제2 레이저 소스(112)를 포함한다. 여기서 제1 파장과 제2 파장은 서로 다른 파장대인 것이 적당하다. 특히, 제1 파장과 제2 파장의 차이는 피측정 시료(S)의 고유 주파수와 일치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 시료(S) 고유 주파수와 서로 다른 레이저 광의 파장 차이가 일치하는 레이저 광을 시료(S)로 동시에 조사하면 시료(S)를 구성하는 분자의 고유진동 진폭을 크게 만들 수 있다. 상기 분자의 온도는 분자의 진동 진폭의 제곱에 비례하므로 상기 분자의 고유진동 진폭이 증가하면 분자주변의 온도가 급격하게 증가한다. 이와 같은 급격한 온도 상승은 광음향 효과로 인해 강한 음향신호를 발생시킨다. 따라서 이와 같은 음향신호의 세기를 측정하면 시료(S)내 특정 공유주파수를 갖는 분자의 유무 또는 분포 밀도와 같은 정보를 얻을 수 있다.First, the laser source 110 is started. The laser source 110 includes a first laser source 111 that emits a first wavelength laser light and a second laser source 112 that emits a second wavelength laser light. Here, it is appropriate that the first wavelength and the second wavelength are different wavelength ranges. In particular, it is preferable that the difference between the first wavelength and the second wavelength coincides with the natural frequency of the specimen S to be measured. Thus, by simultaneously irradiating the sample S with the laser light having the wavelength difference of the laser light different from the natural frequency of the sample S, the amplitude of the natural vibration of the molecules constituting the sample S can be made large. Since the temperature of the molecule is proportional to the square of the vibration amplitude of the molecule, the temperature around the molecule sharply increases when the natural vibration amplitude of the molecule is increased. Such a sudden temperature rise causes a strong acoustic signal due to the photoacoustic effect. Therefore, by measuring the intensity of such an acoustic signal, information such as presence or distribution density of molecules having a specific frequency in the sample S can be obtained.

한편 제1 레이저 소스(111)와 제2 레이저 소스(112)는 조사하는 각각의 광 파장을 가변할 수 있는 것으로 상정하나 이는 일 예에 불과할 뿐 제1 레이저 소스(111), 제2 레이저 소스(112) 중 어느 하나만 레이저 광 파장을 가변할 수 있는 것도 적당하다.It is assumed that the first laser source 111 and the second laser source 112 can vary the respective wavelengths of light to be irradiated, but this is merely an example, and only the first laser source 111 and the second laser source 112 112 can change the wavelength of the laser light.

다음은 제1 레이저 소스(111)와 제2 레이저 소스(112)에서 조사하는 서로 다른 파장을 갖는 레이저 광을 일방향으로 반사시키는 제1 다이크로익 미러(120)에 대해 후술한다. 제1 다이크로익 미러(120)는 서로 다른 방향에서 조사되는 제1 파장 레이저 광과 제2 파장 레이저 광을 제1 렌즈(130)방향으로 반사시킨다. 여기서 제1 파장은 람다1의 파장을 가지고 제2 파장은 람다2 의 파장을 가지는 것으로 상정하였다. 따라서 제1 다이크록익 미러(120)로부터 반사되어 조사되는 파장은 람다1과 람다2를 합한 파장인 것이 바람직하다.Next, the first dichroic mirror 120 which reflects laser light having different wavelengths irradiated from the first laser source 111 and the second laser source 112 in one direction will be described below. The first dichroic mirror 120 reflects the first wavelength laser light and the second wavelength laser light, which are radiated in different directions, toward the first lens 130. It is assumed that the first wavelength has a wavelength of lambda 1 and the second wavelength has a wavelength of lambda 2. Therefore, it is preferable that the wavelength reflected from the first dichroic mirror 120 and irradiated is a sum of lambda 1 and lambda 2.

이와 같이 제1 파장과 제2 파장이 합쳐진 파장을 갖는 레이저 광은 제1 렌즈(130)에 의해 시료(S)로 집광한다. 여기서 제1 렌즈(130)는 서로 다른 파장을 갖는 레이저 광을 3차원 상에서 시료(S) 상 하나의 점에 집중시킬 수 있다. 따라서 제1 렌즈(130)는 광집속을 위한 볼록렌즈인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정하지 않는다.The laser light having the wavelength in which the first wavelength and the second wavelength are combined is condensed by the first lens 130 into the sample S. Here, the first lens 130 can concentrate laser light having different wavelengths on one point on the sample S in three dimensions. Therefore, the first lens 130 is preferably a convex lens for focusing light, but is not limited thereto.

시료(S)로 집광된 레이저 광은 상술한 바와 같이 시료(S) 내의 분자를 진동시켜 음향을 발생시킨다. 이와 같이 생성된 음향은 음향센서(140)로 입사되고, 입사된 음향은 분석기(미도시)에 의해 처리되어 시료(S)의 상태를 이미지화 할 수 있다. 즉, 집광된 레이저 광이 집중되는 지점에서 발생하는 음향신호를 측정하면 특정 분자의 분포 밀도 등을 알 수 있다. 이를 위해 음향센서(140) 또는 음향 스캐너(미도시)와 같은 측정기를 사용할 수 있고, 이를 통해 얻은 음향정보를 분석기(미도시)로 입력하여 3차원 광음향 유도-라만-산란 이미지를 얻을 수 있다. 발생하는 광음향 신호의 세기는 특정 분자의 3차원 분포 밀도와 비례하므로 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템(100)은 CARS현미경을 통하여 얻을 수 있는 이미지와 동일한 정보를 얻을 수 있다. 한편 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템(100)의 측정 속도는 기존의 CARS현미경보다 매우 빠르고 측정 민감도 또한 매우 우수하다.The laser light condensed by the sample S vibrates molecules in the sample S as described above to generate sound. The generated sound is incident on the acoustic sensor 140, and the incident sound can be processed by an analyzer (not shown) to image the state of the sample S. That is, by measuring the acoustic signal generated at the spot where the condensed laser beam is concentrated, the distribution density of specific molecules and the like can be known. For this, a measuring device such as an acoustic sensor 140 or an acoustic scanner (not shown) may be used, and the obtained acoustic information may be input to an analyzer (not shown) to obtain a three-dimensional photoacoustic- . Since the intensity of the generated photoacoustic signal is proportional to the three-dimensional distribution density of the specific molecule, the induced photoacoustic-mechanical-acoustic-vibration imaging system 100 according to the first embodiment of the present invention can obtain the same information as that obtained through the CARS microscope Can be obtained. Meanwhile, the measurement speed of the induced photoacoustic molecular vibration imaging system 100 according to the first embodiment of the present invention is much faster than the conventional CARS microscope, and the measurement sensitivity is also excellent.

도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제2 내지 제 7 실시 예에 대해 후술한다. 도 2 내지 도 7을 설명함에 앞서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 명기하였고 중복되는 설명은 생략한다.The second to seventh embodiments of the present invention will be described below with reference to Figs. 2 to 7. Fig. Prior to the description of FIGS. 2 to 7, the same reference numerals are used for the same constituent elements, and redundant explanations are omitted.

도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템을 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템을 도시한 블록도이며, 도 4는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템을 도시한 블록도이며, 도 5는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템을 도시한 블록도이며, 도 6은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템을 도시한 블록도이며, 도 7은 본 발명의 제7 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템을 도시한 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating an induction photoacoustic molecule vibration imaging system according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram illustrating an induction photoacoustic system vibrational imaging system according to a third embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram illustrating an induction photoacoustic system vibrational imaging system according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a view illustrating an induction photoacoustic system vibrational imaging system according to a fifth embodiment of the present invention FIG. 6 is a block diagram illustrating an induction photoacoustic molecule vibration imaging system according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a block diagram illustrating an induction photoacoustic molecular vibration imaging system according to a seventh embodiment of the present invention. Fig.

우선 도 2를 참조하면 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템(100A)은 도 1에 도시한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템(100)에 비해 광조절기(150)을 더 포함한다. 즉, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템(100A)은 광조절기(150)를 더 구비함으로써 제1 다이크로익 미러(120)에서 반사되는 레이저 광 세기를 조절하여 제1 렌즈(130)로 제공할 수 있다. 따라서 측정자는 시료(S)에 원하는 세기의 광을 조사할 수 있다.2, the induction photoacoustic-dynamic-molecular-vibration imaging system 100A according to the second embodiment of the present invention includes an induction photoacoustic-molecular-acoustic-vibration imaging system 100 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, And a light modulator 150 as compared to the light modulator 150. That is, the induced photoacoustic acoustic vibration imaging system 100A according to the second embodiment of the present invention further includes a light controller 150 to adjust the intensity of the laser light reflected by the first dichroic mirror 120, 1 lens 130 as shown in FIG. Therefore, the measurer can irradiate the sample S with light of a desired intensity.

다음으로 도 3을 참조하면 본 발명의 제3 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템(100B)은 도 2에 도시한 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템(100A)에 비해 제2 다이크로익 미러(160) 및 광 간섭성 단층촬영장치(170)를 더 포함한다. 즉, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템(100B)은 광 간섭성 단층촬영장치(170)를 더 포함함으로써 광 간섭성 단층촬영장치(170) 자체 레이저를 제2 다이트로익 미러(160)를 통해 상기 시료에 입사를 할 수 있게 된다. 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템(100A)에 의해 진동하는 분자를 맞고 반사 된 레이저는 광 간섭성 단층촬영장치(170)에 다시 전송될 수 있다. Referring to FIG. 3, the induced photoacoustic-mechanical-acoustic-molecule-vibration imaging system 100B according to the third embodiment of the present invention includes the induction photoacoustic-molecular-acoustic-vibration imaging system 100A according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. The second dichroic mirror 160 and the optical coherence tomography apparatus 170 as compared to the second dichroic mirror 160 and the optical coherence tomography apparatus 170. [ That is, the induction photoacoustic molecule vibration imaging system 100B according to the third embodiment of the present invention further includes the optical coherence tomography apparatus 170, so that the optical coherence tomography apparatus 170 itself lasers the second die So that it is possible to enter the sample through the touche mirror 160. The laser that has been vibrated by the vibrating molecules by the induced photoacoustic molecule vibration imaging system 100A according to the second embodiment of the present invention can be transmitted to the optical coherence tomography apparatus 170 again.

한편, 도 4를 참조하면 본 발명의 제4 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템(100C)은 도 2에 도시한 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템(100A)에 비해 산란판(180), 제2 렌즈(130A), 광섬유 레이저 소스(190), 및 검출기(140A)를 더 포함한다. 예를 들면 피부와 같은 시료(S)에 산란효율이 높은 산란판(180)을 부착하고, 여기에 광섬유 레이저 소스(190)로부터 제2 광섬유(B)를 이용하여 레이저를 조사한다. 그러면 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템(100A)에 의해 진동하는 분자들은 상기 레이저를 산란판(180)을 통해 산란시킨다. 그러면 제2 렌즈(130A)를 통해 산란되는 레이저 광을 집속한다. 여기서 제2 렌즈(130A)에는 제1 광섬유(A)가 연결되어, 제1 광섬유(A)를 통해 레이저 광을 검출기(140A)로 전송할 수 있다. 한편 제1 광섬유(A)와 제2 광섬유(B)는 WDM(Wavelength Division Multiplexing)에 의해 연결될 수 있다.Referring to FIG. 4, the induction photoacoustic molecule vibration imaging system 100C according to the fourth embodiment of the present invention includes the induction photoacoustic molecular vibration imaging system 100A according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 2 A scattering plate 180, a second lens 130A, a fiber laser source 190, and a detector 140A. For example, a scattering plate 180 having high scattering efficiency is attached to a sample S such as skin, and a laser is irradiated from the optical fiber laser source 190 to the sample S using the second optical fiber B. The molecules that are vibrated by the induced photoacoustic molecular vibration imaging system 100A according to the second embodiment of the present invention then scatter the laser through the scattering plate 180. [ Then, the laser beam scattered through the second lens 130A is focused. Here, the first optical fiber (A) is connected to the second lens 130A, and the laser light can be transmitted to the detector 140A through the first optical fiber (A). Meanwhile, the first optical fiber (A) and the second optical fiber (B) may be connected by WDM (Wavelength Division Multiplexing).

다음으로 도 5를 참조하면, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템(100D)은 도 1에 도시한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유도 광음향 분자 진동 이미징 시스템(100)에 비해 갈바노 스캐너(G)를 더 구비한다는 점에서 차이점이 있다. 따라서 갈바노 스캐너(G)에 의해 시료(S)로 레이저 광 분사 시 분사위치를 2차원적으로 조절할 수 있다.5, the induction photoacoustic-mechanical-acoustic-molecule-vibration imaging system 100D according to the fifth embodiment of the present invention includes an induction photoacoustic-molecular-acoustic-vibration imaging system 100D according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 100 in that a galvanometer scanner (G) is further provided. Therefore, the injection position can be two-dimensionally adjusted when the laser beam is injected into the sample S by the galvanometer scanner G. [

마찬가지로 도 6은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 유도 광음향 분자 진동 이미징 시스템(100E)으로서 도 3의 본 발명의 제3 실시 예에 따른 유도 광음향 분자 진동 이미징 시스템(100B)에 비해 갈바노 스캐너(G)를 더 구비하고, 도 7의 본 발명의 제7 실시 예에 따른 유도 광음향 분자 진동 이미징 시스템(100F)도 도 4에 도시한 본 발명의 제4 실시 예에 따른 유도 광음향 분자 진동 이미징 시스템(100C)에 비해 갈바노 스캐너(G)를 더 구비함으로써 시료(S)에 레이저 광을 2차원적으로 조절하여 조사할 수 있다.Likewise, FIG. 6 is a schematic diagram of a guided photoacoustic-mechanical-acoustic-dynamic-vibration imaging system 100E according to a sixth embodiment of the present invention, 7, the induction photoacoustic molecule vibration imaging system 100F according to the seventh embodiment of the present invention shown in Fig. 7 further includes the scanner (G) It is possible to irradiate the sample S with the laser beam two-dimensionally adjusted by providing the galvanometer scanner G in comparison with the vibration imaging system 100C.

이와 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따르는 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템(100, 100A 내지 100F)은 서로 다른 파장의 레이저를 시료에 조사하여 발생하는 음향의 측정을 통해 시료의 특성을 신속 정확하게 판별할 수 있다.As described above, the induction photoacoustic molecular vibration imaging system 100, 100A to 100F according to various embodiments of the present invention can quickly and accurately determine the characteristics of a sample through measurement of sound generated by irradiating a sample with a laser having a different wavelength .

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.

100, 100A 내지 100F: 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템
110: 레이저 소스 120: 제1 다이크로익 미러
130: 제1 렌즈 140: 음향센서
150: 광조절기 160: 제2 다이크로익 미러
170: 광 간섭성 단층촬영장치 180: 산란판
190: 광섬유 레이저 소스 130A: 제2 렌즈
140A: 검출기 111: 제1 레이저 소스
112: 제2 레이저 소스 A: 제1 광섬유
B: 제2 광섬유 S: 시료100, 100A to 100F: Induction photoacoustic molecular vibration imaging system
110: laser source 120: first dichroic mirror
130: first lens 140: acoustic sensor
150: optical regulator 160: second dichroic mirror
170: optical coherence tomography apparatus 180: scatter plate
190: Fiber laser source 130A: Second lens
140A: detector 111: first laser source
112: second laser source A: first optical fiber
B: second optical fiber S: sample

Claims (10)

서로 다른 파장의 레이저 광을 각각 조사하는 레이저 소스;
상기 레이저 소스에서 조사된 상기 서로 다른 파장의 레이저 광을 합하여 일방향으로 반사시키는 제1 다이크로익 미러(dichroic mirror);
상기 제1 다이크로익 미러가 반사한 광을 시료로 집광하는 제1 렌즈; 및
상기 제1 렌즈에 의해 상기 시료로 집광된 광에 의해 생성된 음향을 입사받는 음향센서; 를 포함하는 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템.A laser source for irradiating laser beams of different wavelengths;
A first dichroic mirror for summing the laser beams of the different wavelengths emitted from the laser source and reflecting the combined laser beams in one direction;
A first lens for condensing the light reflected by the first dichroic mirror as a sample; And
An acoustic sensor for receiving the sound generated by the light condensed by the sample by the first lens; Wherein the imaging optical system comprises an imaging optical system. 청구항 1에 있어서,
상기 레이저 소스는
제1 파장 레이저 광을 조사하는 제1 레이저 소스; 및
제2 파장 레이저 광을 조사하는 제2 레이저 소스; 를 포함하고,
상기 제1 파장과 상기 제2 파장은 서로 다른 것을 특징으로 하는 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템.The method according to claim 1,
The laser source
A first laser source for irradiating the first wavelength laser light; And
A second laser source for irradiating the second wavelength laser light; Lt; / RTI >
Wherein the first wavelength and the second wavelength are different from each other. 청구항 2에 있어서,
상기 제1 레이저 소스 또는 상기 제2 레이저 소스는
조사하는 레이저 광의 파장을 가변하는 것을 특징으로 하는 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템.The method of claim 2,
The first laser source or the second laser source
Wherein the wavelength of the laser light to be irradiated is varied. 청구항 2에 있어서,
상기 제1 파장 레이저 광 또는 상기 제2 파장 레이저 광은
펄스(pulse)형 또는 연속파(continuous wave)형인 것을 특징으로 하는 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템.The method of claim 2,
The first wavelength laser light or the second wavelength laser light is
Pulse type or continuous wave type imaging optical system. 청구항 1에 있어서,
상기 제1 다이크로익 미러가 반사한 레이저 광의 세기를 조절하여 상기 제1 렌즈로 조사하는 광조절기; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템.The method according to claim 1,
A light modulator for adjusting the intensity of the laser light reflected by the first dichroic mirror and irradiating the first lens with the intensity of the laser light; Further comprising an imaging system for imaging the excitation light. 청구항 2에 있어서,
상기 레이저 소스는
상기 레이저 광이 상기 시료로 도달하는 시간을 변화시켜 적어도 2번 상기 시료로 레이저 광이 조사되도록 시간 축에서의 중첩정도를 조절하는 상기 제1 레이저 소스 또는 상기 제2 레이저 소스의 펄스 반복률을 가변하는 것을 특징으로 하는 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템.The method of claim 2,
The laser source
Varying the pulse repetition rate of the first laser source or the second laser source that adjusts the degree of overlap in the time axis so that the laser light is irradiated to the sample at least twice by changing the time at which the laser light reaches the sample Wherein the imaging optical system comprises: 청구항 5에 있어서,
상기 광조절기에 의해 세기가 조절된 레이저 광을 조사받는 제2 다이크로익 미러; 및
구비된 레이저 소스를 사용하여 상기 시료에 반사 된 빛의 간섭무늬를 분석하여 상기 분자의 팽창 정도를 검출하는 광 간섭성 단층촬영장치(OCT, optical coherence tomography); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템.The method of claim 5,
A second dichroic mirror irradiated with laser light whose intensity is controlled by the light adjuster; And
An optical coherence tomography (OCT) system for analyzing an interference fringe of light reflected on the sample using a laser source and detecting the degree of expansion of the molecule; Further comprising an imaging system for imaging the excitation light. 청구항 5에 있어서,
상기 제1 렌즈에서 조사되는 레이저 광에 의해 상기 시료의 분자를 진동 팽창시키면 상기 시료로 레이저 광을 조사하는 광섬유 레이저 소스;
상기 시료에 부착되어 상기 광섬유 레이저 소스에서 조사된 레이저 광을 산란시키는 산란판;
상기 산란판에 의해 산란된 레이저 광을 집광하는 제2 렌즈;
상기 제2 렌즈와 광섬유로 연결되어, 상기 제2 렌즈에서 집광된 레이저 광을 분석하여 상기 분자의 팽창 정도를 검출하는 검출기; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템.The method of claim 5,
An optical fiber laser source for irradiating the sample with laser light when the molecule of the sample is vibrated and expanded by laser light emitted from the first lens;
A scattering plate attached to the sample for scattering laser light irradiated from the optical fiber laser source;
A second lens for condensing a laser beam scattered by the scattering plate;
A detector connected to the second lens through an optical fiber for analyzing the laser beam condensed by the second lens to detect the degree of expansion of the molecule; Further comprising an imaging system for imaging the excitation light. 청구항 2에 있어서,
상기 레이저 소스는
상기 제1 레이저 소스 또는 상기 제2 레이저 소스의 레이저 펄스 반복률을 조절하여 상기 레이저 펄스가 샘플에 도달하는 시간을 변화시켜 시간 축에서의 중첩되는 정도를 조절함으로써 적어도 두 번의 측정을 수행하고 두 측정값의 차이를 사용하여 측정 오차를 줄이는 방식인 것을 특징으로 하는 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템.The method of claim 2,
The laser source
Adjusting at least two measurements by adjusting the laser pulse repetition rate of the first laser source or the second laser source to vary the time at which the laser pulses reach the sample to adjust the degree of overlap in the time axis, And the measurement error is reduced by using the difference between the first and second wavelengths. 청구항 1에 있어서,
상기 제1 렌즈를 2차원적으로 이동시키는 갈바노 스캐너; 를 더 구비하고,
상기 갈바노 스캐너는 제1 다이크로익 미러와 상기 제1 렌즈 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템.The method according to claim 1,
A galvanometer scanner for two-dimensionally moving the first lens; Further comprising:
Wherein the galvano scanner is provided between the first dichroic mirror and the first lens.
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