KR20180062411A - Method of acquiring an image of a biological sample - Google Patents

Method of acquiring an image of a biological sample Download PDF

Info

Publication number
KR20180062411A
KR20180062411A KR1020170161967A KR20170161967A KR20180062411A KR 20180062411 A KR20180062411 A KR 20180062411A KR 1020170161967 A KR1020170161967 A KR 1020170161967A KR 20170161967 A KR20170161967 A KR 20170161967A KR 20180062411 A KR20180062411 A KR 20180062411A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sample
image
dimensional
fluorescence
cross
Prior art date
Application number
KR1020170161967A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101986658B1 (en
Inventor
김대근
류인건
Original Assignee
단국대학교 산학협력단
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 단국대학교 산학협력단 filed Critical 단국대학교 산학협력단
Publication of KR20180062411A publication Critical patent/KR20180062411A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101986658B1 publication Critical patent/KR101986658B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483Physical analysis of biological material
    • G01N33/4833Physical analysis of biological material of solid biological material, e.g. tissue samples, cell cultures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G01N2021/6439Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes" with indicators, stains, dyes, tags, labels, marks

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

The present invention related to a method of providing digital data from a three-dimensional image of a sample taken for a biopsy or the like, and the method includes a sample light-transparency step, a dyeing step, a two-dimensional fluorescence image acquiring step, a three-dimensional fluorescence image generating step, and an image converting step. In the sample light-transparency step, the light transmittance of a sample taken from an organism or tissue is increased. In the dyeing step, the sample is dyed with a fluorescent material. In the two-dimensional fluorescence image acquiring step, excitation light is irradiated to a cross section of the sample, and the fluorescence material present in the cross section of the sample is excited, so that a two-dimensional fluorescence image of the sample is acquired from an irradiated fluorescence signal. In the three-dimensional fluorescence image generating step, a two-dimensional fluorescence image for each cross section of the sample is acquired, and the acquired two-dimensional fluorescence images are sequentially laminated, so that a three-dimensional fluorescence image for the sample is generated. In the image converting step, the three-dimensional fluorescent image is converted into a virtual white light image by using the intensity of the fluorescent signal of each point of the three-dimensional fluorescent image.

Description

생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법{Method of acquiring an image of a biological sample}[0001] The present invention relates to a method for acquiring a three-dimensional image of a biological sample,

본 발명은 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조직검사 등을 위해 채취된 샘플의 3차원 영상을 디지털 데이터로 제공하는 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for acquiring a three-dimensional image of a biological sample. More particularly, the present invention relates to a method for acquiring a three-dimensional image of a biological sample that provides a three-dimensional image of a sample taken for biopsy or the like as digital data.

암과 같은 질병의 진단에 있어, 병변 의심 부위의 조직을 채취하여 슬라이드를 제작하고 염색을 한 후 현미경으로 관찰하여 병변 여부를 검사하는 조직검사가 필수적이다.In the diagnosis of diseases such as cancer, it is essential to take a tissue of suspected lesion, make a slide, make a stain, and then microscopically examine the lesion.

조직검사는 어떤 검사 도구를 쓰느냐에 따라서, 침으로 길고 가늘게 뽑는 침생검병리조직검사, 전신마취 상태로 수술을 하여 장기를 들어내는 수술병리조직검사, 피부를 조금 절개한 뒤 펀치로 잘라내는 피부펀치검사, 공기가 통하는 입, 항문, 콧구멍 등 인체 입구를 통해 카메라가 달린 기구를 집어넣고 해당 부위를 오려내는 내시경병리조직검사로 나뉘어진다.Depending on what kind of test tool is used, the histopathologic examination can be performed by a long and thin needle biopsy histopathologic examination, a surgical pathology examination for removing organs by general anesthesia, a skin punch test , An endoscopic pathology examination that involves inserting an instrument with a camera through the body entrance, such as the mouth through which the air passes, the anus, the nostril, and the like, and clipping the site.

일반적으로 조직검사는 병변 여부를 검사하기 위해 인체에서 채취된 조직 샘플을 고정하고, 수세(washing), 탈수(dehydration), 투명(clearing), 조직 용해를 위한 파라핀 침투(paraffin infiltration), 조직을 단단하게 경화시키는 포매(embedding), 박절(microtome cutting), 염색(staining)의 과정을 거쳐 매우 얇은 샘플을 수십 또는 수백 개의 슬라이드(slide)로 만들고 이를 광학 현미경으로 검사하여 병변 여부를 판독한다.In general, biopsies are used to fix tissue samples taken from the human body to check for lesions, and are used for washing, dehydration, clearing, paraffin infiltration for tissue dissolution, After microscopic embedding, microtome cutting and staining, very thin samples are made into tens or hundreds of slides and examined with an optical microscope to determine whether they are lesions.

이러한 종래의 조직검사 방법은 샘플 채취에서 병변 여부 확진까지의 시간이 보통 2 ~ 5일 정도가 소요됨에 따라 환자의 수술 및 치료가 지연되는 문제점이 있었다.Such a conventional tissue inspection method has a problem in that the time from the sampling to the confirmation of the lesion usually takes about 2 to 5 days to delay the operation and treatment of the patient.

또한, 하급 병원에서 시행된 조직검사 결과를 상급 병원과 공유하고자 할 때, 상급 병원의 병리의사가 하급 병원의 병리의사에 의해 작성된 사진·수기 기록 등에 의존하여 판단하였기 때문에, 병변 여부가 의심스러울 때는 상급 병원에서 재차 조직검사를 시행해야 하거나 하급 병원에서 제공한 샘플을 재판독해야 하므로 매우 비효율적이었다.In addition, when we wanted to share the results of the biopsy performed at the lower hospitals with the higher hospitals, the pathologists of the higher hospitals judged based on the photographs and handwriting records written by the pathologists of the lower hospitals. It was very inefficient because a higher-level hospital had to re-organize or re-read samples from lower hospitals.

또한, 샘플을 관찰하기 위해 형광 현미경을 이용할 경우, 일반 광학 현미경에 비하여 높은 대조비(contrast)를 얻을 수는 있으나, 광학 현미경에 표준화된 병변 판독 방법을 적용할 수 없다는 단점이 있었다.In addition, when a fluorescence microscope is used to observe a sample, a high contrast ratio can be obtained as compared with a general optical microscope, but there is a disadvantage that a standardized lesion reading method can not be applied to an optical microscope.

대한민국 등록특허공보 제10-1239066호(2013.03.05. 등록 공고, 발명의 명칭 : 공초점 현미경을 이용하여 자기나노입자를 탐지하고 세포 또는 조직을 관찰하는 방법 및 그 시스템)Korean Registered Patent No. 10-1239066 (entitled " Method for Detecting Self-Nano Particles and Observing Cells or Tissues Using a Confocal Microscope, "

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 샘플의 병변 여부를 신속하게 판단할 수 있고, 샘플의 3차원 영상을 디지털 데이터로 생성하여 의료기관 간에 공유할 수 있으며, 백색광이 샘플의 단면에 투과되어 보여지는 이미지로 변환하여 기존의 판독 방법을 적용할 수 있는 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to quickly determine whether a lesion of a sample is lesioned and to generate a 3D image of a sample as digital data, And a method of acquiring a three-dimensional image of a biological sample, in which white light is transmitted through an end surface of a sample to convert the image into an image to be displayed and to which an existing reading method can be applied.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법은, 생물 또는 조직으로부터 채취된 샘플의 광 투과율을 높이는 샘플 광투명화 단계; 상기 샘플을 형광물질로 염색하는 염색단계; 상기 샘플의 단면에 여기광을 조사하고, 상기 샘플의 단면에 존재하는 형광물질이 여기되어 방출하는 형광신호로부터 상기 샘플의 2차원 형광 이미지를 획득하는 2차원 형광 이미지 획득단계; 상기 샘플의 각 단면에 대한 2차원 형광 이미지를 획득하고, 획득된 2차원 형광 이미지들을 순차적으로 적층하여 상기 샘플에 대한 3차원 형광 이미지를 생성하는 3차원 형광 이미지 생성단계; 및 상기 3차원 형광 이미지의 각 지점이 갖는 형광신호의 세기를 이용하여 상기 3차원 형광 이미지를 가상 백색광 이미지로 변환하는 이미지 변환단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for acquiring a three-dimensional image of a biological sample, the method comprising: a sample light transparency step of increasing a light transmittance of a sample taken from an organism or tissue; Dyeing the sample with a fluorescent material; A two-dimensional fluorescence image acquiring step of irradiating excitation light to the cross-section of the sample and acquiring a two-dimensional fluorescence image of the sample from a fluorescence signal excited and emitted by the fluorescence substance present in the cross section of the sample; A three-dimensional fluorescence image generation step of acquiring a two-dimensional fluorescence image for each cross-section of the sample and successively laminating the obtained two-dimensional fluorescence images to generate a three-dimensional fluorescence image for the sample; And an image transforming step of transforming the three-dimensional fluorescence image into a virtual white light image by using intensity of a fluorescent signal of each point of the three-dimensional fluorescence image.

본 발명의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에 있어서, 상기 이미지 변환단계는, 상기 3차원 형광 이미지의 각 지점이 갖는 형광신호의 세기로부터 상기 형광물질의 농도를 산출하는 농도 산출단계; 산출된 형광물질의 농도를 이용하여 백색광이 갖는 연속 스펙트럼 중 상기 형광물질에 흡수되는 흡수 스펙트럼을 추정하는 추정단계; 및 추정된 흡수 스펙트럼에 대응되는 색상을 상기 3차원 형광 이미지의 각 지점에 환원하는 환원단계;를 포함할 수 있다.In the method for acquiring three-dimensional images of a biological sample according to the present invention, the image conversion step may include: a concentration calculating step of calculating a concentration of the fluorescent substance from intensity of a fluorescent signal of each point of the three-dimensional fluorescent image; An estimation step of estimating an absorption spectrum absorbed in the fluorescent material among the continuous spectrum of the white light using the calculated concentration of the fluorescent material; And a reducing step of reducing a hue corresponding to the estimated absorption spectrum to each point of the three-dimensional fluorescence image.

본 발명의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에 있어서, 상기 샘플 광투명화 단계는, 상기 샘플을 세척용액에 담가 세척하는 1차 세척단계와, 상기 세척용액을 린스용액으로 치환하여 상기 샘플을 일정시간 동안 배양하는 1차 배양단계와, 상기 린스용액을 상기 세척용액과 린스용액이 서로 일정비율로 혼합된 조합용액으로 치환하여 상기 샘플을 일정시간 동안 배양하는 2차 배양단계와, 상기 샘플을 상기 세척용액에 담가 다시 세척하는 2차 세척단계와, 상기 샘플을 안정화용액에 담그고 일정시간 동안 배양하여, 상기 샘플에 잔류하는 린스용액을 비활성화시키는 안정화 단계 및 상기 샘플을 상기 세척용액에 담가 다시 세척하는 3차 세척단계를 포함할 수 있다.In the method for acquiring three-dimensional images of a biological sample according to the present invention, the sample light transparency may include a first washing step of immersing the sample in a washing solution, a step of replacing the washing solution with a rinsing solution, A second culture step of replacing the rinsing solution with a combination solution in which the rinsing solution and the rinsing solution are mixed at a constant ratio to cultivate the sample for a predetermined period of time; A second washing step of immersing the sample in the washing solution and immersing the sample in a stabilizing solution and incubating the same for a predetermined time to deactivate the rinsing solution remaining in the sample; And a car washing step.

본 발명의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에 있어서, 상기 샘플은 세포핵과 세포질로 이루어진 세포를 포함하고, 상기 염색단계에서, 상기 세포핵은 4'6-디아미디노-2-페닐인돌(4'6-diamidino-2-phenylindole, DAPI)로 염색되고, 상기 세포질은 에오신(eosin)으로 염색될 수 있다.A method for obtaining a three-dimensional image of a biological sample according to the present invention, wherein the sample comprises cells consisting of a nucleus and a cytoplasm, wherein the nucleus contains 4'6-diamidino-2-phenylindole (4 ' 6-diamidino-2-phenylindole, DAPI), and the cytoplasm can be stained with eosin.

본 발명의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에 있어서, 상기 여기광은, 상기 4'6-디아미디노-2-페닐인돌에 대응되는 형광흡수 파장 범위 또는 상기 에오신에 대응되는 형광흡수 파장 범위을 가지며, 상기 세포핵 및 상기 세포질에 존재하는 존재영역은 상기 여기광에 의해 여기되어 형광신호를 방출하고, 상기 존재영역 이외의 나머지 영역은 상기 여기광에 의해 여기되지 않아 형광신호를 방출하지 않을 수 있다.In the three-dimensional image acquisition method of the biological sample of the present invention, the excitation light has a fluorescence absorption wavelength range corresponding to the 4'-6-diamidino-2-phenylindole or a fluorescence absorption wavelength range corresponding to the eosin , The nucleus and the existing region existing in the cytoplasm are excited by the excitation light to emit a fluorescence signal and the remaining region other than the existing region may not be excited by the excitation light and emit a fluorescence signal.

본 발명의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에 있어서, 상기 가상 백색광 이미지를 디지털 데이터 형태로 저장하는 이미지 저장단계;를 더 포함할 수 있다.In the method for acquiring three-dimensional images of a biological sample according to the present invention, an image storing step of storing the virtual white light image in the form of digital data may be further included.

본 발명의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에 있어서, 상기 이미지 변환단계 이후 수행되고, 상기 가상 백색광 이미지의 각 단면에 대한 단면 이미지를 추출하고, 상기 단면 이미지의 패턴과 미리 입력된 병변 이미지의 패턴과의 일치율을 판별하며, 상기 일치율이 미리 설정된 기준 일치율 이상이면 상기 단면 이미지를 판독 대상 이미지 군으로 분류하고, 상기 일치율이 기준 일치율 미만이면 상기 단면 이미지를 판독 제외 이미지 군으로 분류하는 이미지 분류단계;를 더 포함할 수 있다.A method for acquiring a 3D image of a biological sample of the present invention, comprising the steps of: extracting a cross-sectional image of each cross-section of the virtual white light image, And classifying the cross-sectional image into a read object image group if the match rate is greater than or equal to a predetermined reference match rate, and classifying the cross-sectional image into a read-out image group if the match rate is less than a reference match rate; As shown in FIG.

본 발명의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에 따르면, 샘플의 병변 여부를 신속하게 판단할 수 있다.According to the three-dimensional image acquisition method of the biological sample of the present invention, it is possible to promptly determine whether the sample is lesion.

또한, 본 발명의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에 따르면, 여기광이 갖는 파장 범위를 형광물질에 대응되는 형광흡수 파장 범위로 조절함으로써, 보다 나은 품질의 형광영상을 획득할 수 있으며, 이를 통해 병변 판단의 신뢰도를 높일 수 있다.Further, according to the method for acquiring three-dimensional images of a biological sample of the present invention, it is possible to acquire a fluorescent image of better quality by adjusting the wavelength range of the excitation light to the fluorescence absorption wavelength range corresponding to the fluorescent material. The reliability of the lesion judgment can be increased.

또한, 본 발명의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에 따르면, 사용자가 실제 관찰하고자 하는 단면에만 빛을 조사할 수 있기 때문에 노이즈를 크게 줄일 수 있고, 광 표백현상을 방지할 수 있다.In addition, according to the method for acquiring three-dimensional images of a biological sample of the present invention, noise can be largely reduced and light bleaching can be prevented since the light can be irradiated only to a section that the user wants to actually observe.

또한, 본 발명의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에 따르면, 3차원 형광 이미지를 가상 백색광 이미지로 변환하여 의사들에게 제공함으로써, 병변 판독에 걸리는 시간을 단축하고, 판독 신뢰도도 높일 수 있다.According to the method for acquiring 3D images of a biological sample according to the present invention, a 3D fluorescence image is converted into a virtual white light image and provided to doctors, thereby shortening the time required for the lesion reading and increasing the read reliability.

또한, 본 발명의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에 따르면, 환자가 원거리에 있는 병원까지 이동하지 않고도 자신의 병변에 대한 정확한 진단결과를 원격으로 확인할 수 있고, 환자로부터 다시 샘플을 채취해야 하는 부담을 경감할 수 있으며, 여러 병리 의사들이 저장된 3차원 영상을 통해 샘플에 대한 병변 여부를 교차 판단함으로써 병변 진단에 대한 신뢰도도 높일 수 있다.According to the three-dimensional image acquisition method of the biological sample of the present invention, it is possible to remotely check an accurate diagnosis result of a lesion of a patient without moving to a remote hospital, and to pay a burden And it is possible to increase the reliability of the lesion diagnosis by crossing the lesion of the sample through the stored three-dimensional image of the pathologists.

또한, 본 발명의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에 따르면, 병변 가능성이 있는 단면 이미지를 판독 프로그램을 통해 일차적으로 필터링하고, 그 중 병변이 의심되는 단면 이미지만 이차적으로 의사가 판독을 하게 됨으로써, 시간 및 인력을 절감할 수 있음은 물론, 병변 진단의 신뢰도도 높일 수 있다.According to the method for acquiring a three-dimensional image of a biological sample of the present invention, a cross-sectional image having a lesion is firstly filtered through a read program, and only a cross-sectional image suspected of lesion is read secondarily by a doctor, Time and manpower can be saved, and the reliability of the lesion diagnosis can be increased.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법의 수행과정을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법을 나타낸 블록도이고,
도 3은 도 1의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법을 이용하여 원격으로 샘플의 병변 여부를 진단하는 것을 나타낸 도면이고,
도 4는 도 1의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에서 가상 백색광 이미지가 변환되는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 도 1의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에 포함된 샘플 광투명화 단계의 세부 절차를 나타낸 블록도이고,
도 6은 도 1의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에서 특정 형광흡수 파장 범위를 갖는 여기광에 의해 형광신호 영역별로 선택적으로 방출되는 것을 나타낸 도면이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법을 나타낸 블록도이고,
도 8은 도 7의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에 포함된 이미지 분류 단계에 적용된 판별 알고리즘을 나타낸 순서도이다.
FIG. 1 is a view schematically showing a process of performing a method of acquiring a three-dimensional image of a biological sample according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a block diagram illustrating a method of acquiring a three-dimensional image of the biological sample of FIG. 1,
FIG. 3 is a diagram illustrating a method of remotely diagnosing a lesion of a sample using the 3D image acquisition method of the biological sample of FIG. 1,
FIG. 4 is a view for explaining a process of converting a virtual white light image in the three-dimensional image acquisition method of the biological sample of FIG. 1,
FIG. 5 is a block diagram showing a detailed procedure of a sample light transparency step included in the three-dimensional image acquisition method of the biological sample of FIG. 1,
FIG. 6 is a view showing selective emission of fluorescence signal regions by excitation light having a specific fluorescence absorption wavelength range in the 3D image acquisition method of the biological sample of FIG. 1,
7 is a block diagram illustrating a method for acquiring a three-dimensional image of a biological sample according to another embodiment of the present invention,
8 is a flowchart illustrating a discrimination algorithm applied to an image classification step included in the 3D image acquisition method of the biological sample of FIG.

이하, 본 발명에 따른 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a method for acquiring a three-dimensional image of a biological sample according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법의 수행과정을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법을 나타낸 블록도이고, 도 3은 도 1의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법을 이용하여 원격으로 샘플의 병변 여부를 진단하는 것을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 1의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에서 가상 백색광 이미지가 변환되는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 1의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에 포함된 샘플 광투명화 단계의 세부 절차를 나타낸 블록도이고, 도 6은 도 1의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에서 특정 형광흡수 파장 범위를 갖는 여기광에 의해 형광신호 영역별로 선택적으로 방출되는 것을 나타낸 도면이다.2 is a block diagram illustrating a method of acquiring a three-dimensional image of a biological sample of FIG. 1, and FIG. 2 is a block diagram of a method of acquiring a three-dimensional image of a biological sample according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram for explaining a method for acquiring a virtual white light image in a three-dimensional image acquisition method of the biological sample of FIG. 1; FIG. FIG. 5 is a block diagram showing a detailed procedure of a sample light transparency step included in the method of acquiring a three-dimensional image of the biological sample of FIG. 1, and FIG. 6 is a flowchart of a three- And selectively emitted by the excitation light having a specific fluorescence absorption wavelength range according to the fluorescence signal region in the image acquisition method.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법은 조직검사 등을 위해 채취된 샘플의 3차원 영상을 디지털 데이터로 제공하기 위한 방법으로서, 샘플 광투명화 단계(S1)와, 염색단계(S2)와, 2차원 형광 이미지 획득단계(S3)와, 3차원 형광 이미지 생성단계(S4)와, 이미지 변환단계(S5)와, 이미지 저장단계(S6)를 포함한다.1 to 6, a method for acquiring a three-dimensional image of a biological sample according to an exemplary embodiment of the present invention is a method for providing a three-dimensional image of a sample, A three-dimensional fluorescence image generating step S4, an image converting step S5, an image storing step S6, a three-dimensional fluorescence image generating step S4, a two-dimensional fluorescence image acquiring step S3, .

상기 샘플 광투명화 단계(S1)는 생물 또는 조직으로부터 채취된 샘플(S)의 광 투과율을 높이는 단계이다. 여기광(L)이 샘플(S)의 내부 깊숙이 투과될수록 병변 여부를 명확하게 판별할 수 있는데, 샘플(S)이 불투명할수록 여기광(L)이 샘플(S)을 투과하지 못하고 샘플(S)의 표면에서 산란되어 샘플(S)을 관찰하기 어렵게 된다.The sample light transparency step S1 is a step of increasing the light transmittance of the sample S taken from the organism or tissue. As the excitation light L penetrates deeply into the sample S, it is possible to clearly determine whether the excitation light is lesioned. The excitation light L can not pass through the sample S, So that it becomes difficult to observe the sample S.

즉, 여기광(L)이 샘플(S)을 투과하지 못하거나 투과된 정도가 낮으므로 그만큼 방출되는 형광신호(N)의 세기가 약해짐에 따라 원하는 샘플(S)의 가상 백색광 이미지(Ir)를 얻을 수 없게 된다.That is, since the excitation light L can not transmit or transmit the sample S, the virtual white light image Ir of the desired sample S decreases as the emission intensity of the fluorescence signal N decreases. Can not be obtained.

샘플 광투명화 단계(S1)는 도 1 또는 도 5에 도시된 바와 같이 샘플(S)을 세척용액(W1)에 담가 세척하는 1차 세척단계(S1a)와, 세척용액(W1)을 린스용액(W2)으로 치환하여 샘플(S)을 일정시간 동안 배양하는 1차 배양단계(S1b)와, 린스용액(W2)을 세척용액(W1)과 린스용액(W2)이 서로 일정비율로 혼합된 조합용액(W3)으로 치환하여 샘플(S)을 일정시간 동안 배양하는 2차 배양단계(S1c)와, 샘플(S)을 세척용액(W1)에 담가 다시 세척하는 2차 세척단계(S1d)와, 샘플(S)을 안정화용액(W4)에 담그고 일정시간 동안 배양하여 샘플(S)에 잔류하는 린스용액(W2)을 비활성화시키는 안정화 단계(S1e) 및 샘플(S)을 세척용액(W1)에 담가 다시 세척하는 3차 세척단계(S1f)를 포함할 수 있다.The sample light transparency step S1 includes a first washing step S1a for immersing the sample S in the washing solution W1 as shown in FIG. 1 or 5, a washing step S1a for washing the washing solution W1 with a rinsing solution A first culture step (S1b) of culturing the sample (S) for a predetermined period of time by replacing the rinsing solution (W1) with the rinsing solution (W2) A second washing step (S1d) of immersing the sample (S) in the washing solution (W1) and washing again, and a second washing step (S1d) of immersing the sample (S) in the washing solution (W1) The stabilization step S1e and the sample S for immersing the rinsing solution W2 remaining in the sample S in the cleaning solution W1 by soaking the stabilizing solution S in the stabilizing solution W4 and culturing the solution for a predetermined time to deactivate the rinsing solution W2 remaining in the sample S And a tertiary cleaning step S1f for cleaning the substrate.

이때, 세척용액(W1)은 인산 완충 식염수(Phosephate buffer saline) 50중량%와, 산도(PH)가 3 ~ 5 사이인 염산 25중량% 및 프탈산 수소 칼륨 용액(Potassium hydrogen phthalate) 25중량%가 혼합된 용액일 수 있고, 린스용액(W2)은 글루탐산(glutamic acid) 4 ~ 10중량%와 물 90 ~ 96중량% 혼합된 용액일 수 있으며, 조합용액(W3)은 린스용액 1 ~ 4중량%와 세척용액 96 ~ 99중량%가 혼합된 용액일 수 있고, 안정화용액(W4)은 글리신(glycine) 4중량%와 아세트아미드(acetamide) 4중량% 및 물 92중량%가 혼합된 용액일 수 있다.The cleaning solution W1 was prepared by mixing 50 wt% of phosphate buffer saline, 25 wt% of hydrochloric acid having an acidity (PH) of 3 to 5 and 25 wt% of potassium hydrogen phthalate solution And the rinse solution W2 may be a mixed solution of 4 to 10% by weight of glutamic acid and 90 to 96% by weight of water, and the combination solution W3 may be 1 to 4% by weight of the rinse solution, (W4) may be a solution in which 4% by weight of glycine, 4% by weight of acetamide and 92% by weight of water is mixed.

샘플 광투명화 방법으로는 상술한 방법 이외에도 다양한 방법이 이용될 수 있다. 예를 들어, BABB(benzyl alcohol/benzyl benzoate) 방법, Scale 방법, 3DISCO(3D imaging of solvent-cleared organs) 방법, ClearT 방법, SeeDB(deep brain) 방법, CLARITY(Clear Lipid-exchanged Acrylamide-hybridized Rigid Imaging/ Immunostaining/In situ hybridization-compatible Tissue-hYdrogel) 방법, CUBIC(clear, unobstructed brain imaging cocktail) 방법, PACT(passive CLARITY technique) 방법, PARS(perfusion-assisted agent release in situ) 방법, iDISCO(Immunolabeling-enabled 3D imaging of solvent-cleared organs) 방법, ACT-PRESTO(active clearing technique-pressure related efficient and stable transfer of macromolecules into organs) 방법, SWITCH(system-wide control of interaction time and kinetics of chemicals) 방법 등이 이용될 수 있다. 이러한 방법들은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 것이므로 상세한 설명은 생략한다.As the sample light transparency method, various methods other than the above-described method can be used. For example, a benzyl alcohol / benzyl benzoate (BABB) method, a Scale method, a 3D imaging of solvent-cleared organs (3DISCO) method, a ClearT method, a deep brain method, a CLARITY (Clear Lipid-exchanged Acrylamide-hybridized Rigid Imaging (CIBIC), PACT (passive CLARITY technique), perfusion-assisted agent release in situ (PARS), and Immunolabeling-enabled (iDISCO) 3D imaging of solvent-cleared organs, ACT-PRESTO (active clearing technique-pressure related efficient and stable transfer of macromolecules into organs) method, SWITCH (system-wide control of interaction time and kinetics of chemicals) . These methods are obvious to those of ordinary skill in the art and will not be described in detail.

상기 염색단계(S2)는 샘플(S)을 형광물질(M)로 염색하는 단계이다. 만약, 샘플(S)이 세포핵(Ce1)과 세포질(Ce2)로 이루어진 세포(Ce)를 포함하고 있다고 가정하면, 세포핵(Ce1)은 4'6-디아미디노-2-페닐인돌(4'6-diamidino-2-phenylindole, DAPI)로 염색될 수 있고, 세포질(Ce2)은 에오신(eosin)으로 염색될 수 있다. 왜냐하면, 종래의 조직검사에 주로 사용되는 헤마톡실린(haematoxylin)은 세포핵(Ce1)을 염색할 수 있으나, 형광성질을 가지지 않기 때문에 세포핵(Ce1)과 세포질(Ce2) 간의 대비(contrast)가 명확하지 않게 나타날 수 있기 때문이다.The dyeing step (S2) is a step of dyeing the sample (S) with the fluorescent material (M). Assuming that the sample S contains a cell Ce consisting of a nucleus Ce1 and a cell Ce2, the nucleus Ce1 is 4'6-diamidino-2-phenylindole (4'6 -diamidino-2-phenylindole, DAPI), and cytoplasmic (Ce2) can be stained with eosin. Because hematoxylin, which is mainly used in conventional histological examinations, can stain the nucleus (Ce1) but does not have a fluorescent property, the contrast between the nucleus (Ce1) and the cytoplasm (Ce2) is clear This is because it can appear.

여기서 여기광(L)은 4'6-디아미디노-2-페닐인돌에 대응되는 형광흡수 파장 범위 또는 에오신에 대응되는 형광흡수 파장 범위을 가지며, 도 6에 도시된 바와 같이 세포핵(Ce1) 및 세포질(Ce2)이 존재하는 존재영역(A)은 여기광(L1)에 의해 여기되어 형광신호(N)를 방출하고, 존재영역(A) 이외의 나머지 영역(A`)은 여기광(L2)에 의해 여기되지 않아 형광신호(N)를 방출하지 않는다.Here, the excitation light (L) has a fluorescence absorption wavelength range corresponding to 4'6-diamidino-2-phenylindole or a fluorescence absorption wavelength range corresponding to eosin, and as shown in FIG. 6, The excitation region A in which the excitation light Ce2 is present is excited by the excitation light L1 to emit the fluorescence signal N and the remaining region A ' So that the fluorescence signal N is not emitted.

좋은 형광영상이란 형광물질(M)이 존재하지 않는 나머지 영역(background, A`)은 어둡고 검게 나오고, 형광물질(M)이 발광하여 형광신호(N)가 나오는 존재영역(A)은 밝아 신호대잡음비(signal to noise ratio)가 높은 영상을 말한다. 본 실시예는 여기광(L)이 갖는 파장 범위를 형광물질(M)에 대응되는 형광흡수 파장 범위로 조절함으로써, 보다 나은 품질의 형광영상을 획득할 수 있으며, 이를 통해 병변 판독의 신뢰도를 높일 수 있다.A good fluorescence image means that the remaining area A where the fluorescent material M does not exist is dark and black and the fluorescence substance M emits the fluorescence signal N and the existing area A is bright, (signal to noise ratio). The present embodiment can acquire fluorescence images of better quality by adjusting the wavelength range of the excitation light L to the fluorescence absorption wavelength range corresponding to the fluorescent material M, thereby increasing the reliability of the lesion reading .

상기 2차원 형광 이미지 획득단계(S3)는 샘플(S)의 단면에 여기광(L)을 조사하고, 샘플(S)의 단면에 존재하는 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이 형광물질(M)이 여기되어 방출하는 형광신호(N)로부터 샘플(S)의 2차원 형광 이미지(I2)를 획득하는 단계이다.The two-dimensional fluorescence image acquiring step S3 irradiates the excitation light L to the cross section of the sample S and irradiates the fluorescence material M Dimensional fluorescence image I2 of the sample S from the fluorescence signal N which is excited and emitted.

샘플(S)의 단면에 조사되는 여기광(L)은 도 1에 도시된 바와 같이 샘플(S)의 단면에 대하여 평행하게 조사될 수도 있고, 수직하게 조사될 수도 있다.The excitation light L to be irradiated on the cross section of the sample S may be irradiated parallel to the cross section of the sample S as shown in Fig.

2차원 형광 이미지 획득단계(S3)에서 다양한 방식의 이미지 획득 장치가 사용될 수 있으며, 이미지 획득 장치는 대표적으로 전반사 현미경(Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy, TIRF), HILO 현미경(Highly Inclined and Laminated Optical Sheet Microscopy), 실시간 공초점 형광 현미경(Video-rate confocal fluorescence microscopy), 선택적 평면조사 현미경(selective plane illumination microscopy, SPIM) 등이 있다.In the two-dimensional fluorescence image acquisition step S3, various types of image acquisition devices may be used. Typically, the image acquisition device is a total internal reflection fluorescence microscopy (TIRF), a high-inclinometry and a laminated optical sheet microscopy (HILO) , Real-time confocal fluorescence microscopy, and selective plane illumination microscopy (SPIM).

전반사 현미경은 빛이 굴절률이 높은 매질에서 낮은 매질로 진행할 때 입사각이 임계각보다 크면 매질의 경계면에서 반사되는 현상을 이용한 것으로서, 세포 내부의 정보는 전혀 얻을 수가 없고, 세포 바닥 부분의 세포막만 관찰할 수 있다.The total reflection microscope is based on the phenomenon that the light is reflected from the interface of the medium when the incident angle is larger than the critical angle when the light travels from a medium having a high refractive index to a medium having a low refractive index and thus the information inside the cell can not be obtained at all, have.

HILO 현미경은 전반사 방식에서 입사각을 임계각보다 조금 작게 한 것으로서, 세포 안까지 볼 수는 있으나, 노이즈가 상대적으로 심하고, 두꺼운 샘플에는 적용할 수 없다.The HILO microscope is made by making the incident angle smaller than the critical angle in the total reflection method. Although it can be seen in the cell, the noise is relatively severe and it is not applicable to the thick sample.

실시간 공초점 형광 현미경은 대물렌즈의 초점과 초점을 공유하는 위치를 렌즈를 이용해 만들고 그 위치에 작은 구멍을 두어 초점평면 이외에서 나온 신호는 구멍을 통과하지 못하게 하는 원리를 이용해 노이즈를 줄이는 방식으로서, 하나의 단면 이미지를 얻기 위한 2차원 스캔에 많은 시간이 소요된다.A real-time confocal fluorescence microscope is a method of reducing noise by using a lens to make a position that shares the focus and focus of an objective lens and placing a small hole at the position so as to prevent a signal out of the focus plane from passing through the hole. It takes a lot of time to scan two-dimensionally to obtain one cross-section image.

상술한 현미경들은 모두 빛이 대물렌즈의 뒷부분을 통해 들어와서 수직방향으로 샘플(S)에 조사되기 때문에 우리가 관찰하고 있지 않은 부분에도 빛이 들어가게 된다. 노이즈가 상대적으로 심할 수밖에 없다.All of the above-mentioned microscopes come into the sample S in a vertical direction since the light enters through the rear portion of the objective lens, so that light is also incident on a portion not observed by us. Noise is relatively inevitable.

반면, 선택적 평면조사 현미경은 광학계에 추가적인 렌즈를 형광신호(N)가 입력되는 대물렌즈(20)와 수직인 방향으로 배치해서 여기광(L)이 샘플(S)의 단면에 평행하게 조사되도록 구성된다. 사용자가 실제 관찰하고자 하는 단면에만 여기광(L)을 조사할 수 있기 때문에 노이즈를 크게 줄일 수 있고, 공초점 현미경에서 발생되는 광 표백현상(형광물질에 여기광을 쪼여줄 때, 그 세기가 크면, 쪼여준 시간이 지나면서 더이상 형광물질이 형광신호를 내지 못하게 되어 쪼여준 부분이 어두워지는 현상)을 방지할 수 있는 장점이 있다.On the other hand, the selective planar irradiation microscope is configured such that the excitation light L is irradiated parallel to the end face of the sample S by disposing an additional lens in the optical system in a direction perpendicular to the objective lens 20 to which the fluorescence signal N is input do. Since the excitation light L can be irradiated only to the section to be actually observed by the user, the noise can be greatly reduced, and the optical bleaching phenomenon occurring in the confocal microscope (when the excitation light is applied to the fluorescent material, The fluorescence signal can not be emitted any more and the fluorescence signal can no longer be emitted.

상기 3차원 형광 이미지 생성단계(S4)는 샘플(S)의 각 단면에 대한 2차원 형광 이미지(I2)를 획득하고, 획득된 2차원 형광 이미지(I2)들을 순차적으로 적층하여 샘플(S)에 대한 3차원 형광 이미지(I3)를 생성하는 단계이다.The three-dimensional fluorescence image generation step S4 acquires a two-dimensional fluorescence image I2 for each cross-section of the sample S, sequentially laminates the obtained two-dimensional fluorescence images I2, Dimensional fluorescence image (I3).

샘플(S)의 각 단면에 대한 2차원 형광 이미지(I2)를 획득하는 과정에서, 도 1에 도시된 바와 같이 샘플(S)을 수직방향으로 이동시키면서 샘플(S)의 각 단면에 대한 2차원 형광 이미지(I2)를 획득할 수도 있고, 샘플(S) 내부의 회전축을 회전중심으로 하여 샘플(S)을 회전시키면서 샘플(S)의 각 단면에 대한 2차원 형광 이미지(I2)를 획득할 수도 있다.In the process of acquiring the two-dimensional fluorescence image I2 for each cross section of the sample S, two-dimensional (two-dimensional) fluorescence image I2 is obtained for each cross section of the sample S while moving the sample S in the vertical direction, It is possible to acquire the fluorescence image I2 and acquire the two-dimensional fluorescence image I2 for each cross section of the sample S while rotating the sample S about the rotation axis inside the sample S have.

3차원 형광 이미지(I3)는 연속적으로 획득된 2차원 형광 이미지(I2)들을 컴퓨터 프로그램으로 모아서 만들 수 있으며, 보정을 통하여 좀 더 선명한 3차원 형광 이미지(I3)를 얻을 수 있고 여러 가지 색상을 이용해 3차원 형광 이미지(I3)의 깊이를 나타낼 수도 있다.The three-dimensional fluorescence image (I3) can be obtained by collecting the two-dimensional fluorescence images (I2) successively obtained by a computer program. The correction can obtain a clearer three-dimensional fluorescence image (I3) And may represent the depth of the three-dimensional fluorescent image I3.

상기 이미지 변환단계(S5)는 3차원 형광 이미지(I3)의 각 지점이 갖는 형광신호(N)의 세기를 이용하여 3차원 형광 이미지(I3)를 가상 백색광 이미지(Ir)로 변환하는 단계이다.The image conversion step S5 is a step of converting the three-dimensional fluorescent image I3 into a virtual white light image Ir using the intensity of the fluorescent signal N of each point of the three-dimensional fluorescent image I3.

실제 백색광 이미지는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 샘플(S)의 단면에 백색광(WL)이 투과되어 사용자의 눈(E)에 직접 보여지는 이미지를 의미하고, 가상 백색광 이미지(Ir)는 샘플(S)의 단면에 백색광(WL)이 투과된 것처럼 보여지도록 3차원 형광 이미지(I3)가 변환된 이미지를 의미한다.The actual white light image means an image which is transmitted through the white light WL on the cross section of the sample S and is directly seen on the user's eye E as shown in FIG. Means an image in which the three-dimensional fluorescent image I3 is transformed so that the white light WL appears to be transmitted through the cross section of the sample S.

이미지 변환단계(S5)는 농도 산출단계와, 추정단계와, 환원단계를 포함한다.The image conversion step S5 includes a concentration calculation step, an estimation step, and a reduction step.

농도 산출단계는 3차원 형광 이미지(I3)의 각 지점이 갖는 형광신호(N)의 세기로부터 형광물질(M)의 농도를 산출한다. 추정단계는 산출된 형광물질의 농도를 이용하여 백색광(WL)이 갖는 연속 스펙트럼(T) 중 형광물질(M)에 흡수되는 흡수 스펙트럼(P1 또는 P2)을 추정한다. 환원단계는 추정된 흡수 스펙트럼에 대응되는 색상(C1 또는 C2)을 3차원 형광 이미지(I3)의 각 지점에 환원한다.The concentration calculating step calculates the concentration of the fluorescent material M from the intensity of the fluorescent signal N at each point of the three-dimensional fluorescent image I3. The estimation step estimates an absorption spectrum (P1 or P2) to be absorbed by the fluorescent material (M) in the continuous spectrum (T) of the white light (WL) using the calculated concentration of the fluorescent material. The reduction step reduces the hue (C1 or C2) corresponding to the estimated absorption spectrum to each point of the three-dimensional fluorescent image (I3).

예를 들어, 도 1 또는 도 4에 도시된 바와 같이 3차원 형광 이미지(I3)의 어느 한 단면이 종횡으로 구획되어 다수의 영역으로 구분되고, 다수의 영역 중 제1영역(A1)에서 방출되는 제1형광신호(N1)로부터 그 영역의 형광물질(M)의 제1농도를 산출하며, 백색광(WL)이 형광물질(M)에 흡수되는 비율은 샘플(S)의 두께와 농도에 반비례하여 낮아지므로 미리 주어진 샘플의 두께, 제1농도, 비례상수에 근거하여 백색광(WL)이 제1영역(A1)을 투과하면서 백색광(WL)에 포함된 연속 스펙트럼(T) 중 특정 파장대의 스펙트럼(정확히는 암선의 위치와 폭)이 형광물질에 흡수되어 제1흡수 스펙트럼(P1)을 나타낸다는 것을 추정할 수 있다. 추정된 제1흡수 스펙트럼(P1)에 대응되는 색상(C1)이 데이터값으로 반환되고, 이것이 모두 조합되어 3차원 형광 이미지(I3)의 어느 한 단면에 대한 가상 백색광 이미지(Ir)를 얻을 수 있는 것이다.For example, as shown in Fig. 1 or Fig. 4, one of the cross sections of the three-dimensional fluorescent image I3 is divided longitudinally and laterally into a plurality of regions, and the first region A1 of the plurality of regions The first concentration of the fluorescent material M in the region is calculated from the first fluorescent signal N1 and the ratio of the absorption of the white light WL to the fluorescent material M is inversely proportional to the thickness and concentration of the sample S The spectrum of the specific wavelength band of the continuous spectrum T included in the white light WL while the white light WL is transmitted through the first region A1 based on the thickness, the first concentration and the proportional constant of the sample given in advance The position and width of the dark line) is absorbed by the fluorescent material to exhibit the first absorption spectrum P1. The color C1 corresponding to the estimated first absorption spectrum P1 is returned as a data value and these are all combined to obtain a virtual white light image Ir for either one of the three-dimensional fluorescent image I3 will be.

즉, 일반 광학 현미경에 표준화된 병변 판독 방법을 적용할 수 있도록 획득된 3차원 형광 이미지(I3)를 가상 백색광 이미지(Ir)로 변환하는 것이다. 암을 포함한 질환들의 종류는 천차만별이고, 그 종류별 병변 판독 메뉴얼들은 대부분 광학 현미경을 기준하여 작성되어 있고, 의사들도 이를 기준으로 병리검사 훈련을 받는다. 따라서, 3차원 형광 이미지(I3)를 가상 백색광 이미지(Ir)로 변환하지 않고 의사들에게 제공하게 되면, 병변 판독도 어렵고 판독하는데 걸리는 시간도 길어질 수 밖에 없다.That is, a three-dimensional fluorescence image (I3) obtained so as to apply a standardized lesion reading method to a general optical microscope is converted into a virtual white light image (Ir). The types of diseases, including cancer, vary widely, and most of the manuals for determining the types of lesions are based on optical microscopes, and doctors are trained on pathologic testing. Therefore, if the three-dimensional fluorescent image I3 is provided to doctors without being converted into a virtual white light image Ir, the lesion readout is also difficult and the time taken to read out becomes long.

상기 이미지 저장단계(S6)는 가상 백색광 이미지(Ir)를 디지털 데이터 형태로 저장한다.The image storage step S6 stores the virtual white light image Ir in the form of digital data.

이미지 저장단계(S6)를 통해 샘플(S)의 3차원 영상을 디지털 데이터로 제공할 수 있기 때문에 병원들 간에 의료정보를 공유할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 하급 병원에서 환자의 병변 의심 부위에 대해 조직 검사를 실시하여 획득한 가상 백색광 이미지(Ir)를 디지털 데이터 형태로 원격으로 상급 병원에 전송하고, 상급 병원에서는 이를 다시 판독하여 진단결과를 환자에게 제공한다.Since the 3D image of the sample S can be provided as digital data through the image storing step S6, the medical information can be shared among the hospitals. As shown in FIG. 3, a virtual white light image (Ir) obtained by performing a biopsy for a lesion suspected to a patient in a lower hospital is remotely transmitted to a higher-level hospital in the form of digital data, and the higher- Provide the diagnosis results to the patient.

따라서, 환자가 원거리에 있는 병원까지 이동하지 않고도 자신의 병변에 대한 정확한 진단결과를 원격으로 확인할 수 있고, 환자로부터 다시 샘플을 채취해야 하는 부담을 경감할 수 있으며, 여러 병리 의사들이 샘플에 대한 병변 여부를 교차 판단함으로써 병변 진단에 대한 신뢰도도 높일 수 있게 된다.Therefore, it is possible to remotely check the accurate diagnosis result of the patient's own lesion without moving the patient to the remote hospital, reduce the burden of collecting the sample again from the patient, The reliability of the lesion diagnosis can be increased.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법을 나타낸 블록도이고, 도 8은 도 7의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법에 포함된 이미지 분류 단계에 적용된 판별 알고리즘을 나타낸 순서도이다. 도 7 및 도 8에 있어서, 도 1 내지 도 6에 도시된 부재들과 동일한 부재번호에 의해 지칭되는 부재들은 동일한 구성 및 기능을 가지는 것으로서, 그들 각각에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.FIG. 7 is a block diagram illustrating a method for acquiring a three-dimensional image of a biological sample according to another embodiment of the present invention. FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of acquiring a three- Fig. In Figs. 7 and 8, the members denoted by the same reference numerals as those shown in Figs. 1 to 6 have the same configuration and function, and a detailed description thereof will be omitted.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법은 이미지 분류단계(S7)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 7 and 8, a method for acquiring a three-dimensional image of a biological sample according to another embodiment of the present invention may further include an image classification step S7.

상기 이미지 분류단계(S7)는 이미지 변환단계(S5)에 이어서 수행되고, 가상 백색광 이미지(Ir)의 각 단면에 대한 단면 이미지를 추출하고, 단면 이미지의 패턴과 미리 입력된 병변 이미지의 패턴과의 일치율을 판별하며, 일치율이 미리 설정된 기준 일치율 이상이면 단면 이미지를 판독 대상 이미지 군으로 분류하고, 일치율이 기준 일치율 미만이면 단면 이미지를 판독 제외 이미지 군으로 분류하는 단계이다.The image classifying step S7 is performed subsequent to the image transforming step S5 to extract a cross-sectional image of each cross-section of the virtual white light image Ir and to classify a pattern of the cross-sectional image and a pattern of the pre- If the matching rate is equal to or greater than a preset reference matching rate, the sectional image is classified into the reading target image group, and if the matching rate is less than the reference matching ratio, the sectional image is classified into the reading excluding image group.

종래에는 샘플(S)의 병변 여부를 검사하기 위해 샘플(S)이 박절된 수십 혹은 수백개의 슬라이드(미도시)를 모두 판독했기 때문에 그만큼 시간 및 인력의 손실이 컷다. 통상적으로 슬라이드를 모두 판독하는 것이 매우 비효율적이기 때문에, 실제 병원에서는 몇 개의 표본만을 골라 판독하기 때문에 병변 진단의 신뢰도가 낮아질 수밖에 없었다. 이에 반해, 본 실시예는 이미지 분류단계(S7)를 통해 병변 가능성이 있는 단면 이미지를 일차적으로 필터링하고, 그 중 병변이 의심되는 단면 이미지만 이차적으로 의사가 판독을 함으로써, 시간 및 인력을 절감할 수 있음은 물론, 병변 진단의 신뢰도도 높일 수 있다.Conventionally, since tens or hundreds of slides (not shown) having the sample S discontinued are all read to check whether the sample S is lesioned, the loss of time and attraction is reduced accordingly. Since it is usually very inefficient to read all the slides, the reliability of the lesion diagnosis has been compromised because only a few specimens are selected in actual hospitals. On the other hand, in the present embodiment, a cross-sectional image having a lesion is primarily filtered through an image classification step S7, and only a cross-sectional image suspected of lesion is read secondarily by a doctor, thereby saving time and manpower And the reliability of the lesion diagnosis can be enhanced.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법은, 샘플 조직을 손상시키지 않으면서 신속하게 광투명화시킴으로써, 샘플의 병변 여부를 신속하게 판단할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.The three-dimensional image acquisition method of the biological sample of the present invention configured as described above can quickly determine whether a sample is lesioned by quickly making the light transparent without damaging the sample tissue.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법은, 여기광이 갖는 파장 범위를 형광물질에 대응되는 형광흡수 파장 범위로 조절함으로써, 보다 나은 품질의 형광영상을 획득할 수 있으며, 이를 통해 병변 판단의 신뢰도를 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.Further, in the method of acquiring the three-dimensional image of the biological sample constructed as described above, it is possible to acquire a fluorescent image of better quality by adjusting the wavelength range of the excitation light to the fluorescence absorption wavelength range corresponding to the fluorescent substance, It is possible to increase the reliability of the judgment of the lesion.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법은, 사용자가 실제 관찰하고자 하는 단면에만 빛을 조사할 수 있기 때문에 노이즈를 크게 줄일 수 있고, 광 표백현상을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, since the three-dimensional image acquisition method of a biological sample configured as described above can irradiate light only to a section that the user actually wants to observe, noise can be greatly reduced and an effect of preventing optical bleaching can be obtained .

또한, 상술한 바와 같이 구성된 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법은, 3차원 형광 이미지를 가상 백색광 이미지로 변환하여 의사들에게 제공함으로써, 병변 판독에 걸리는 시간을 단축하고, 판독 신뢰도도 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, the 3D image acquisition method of the biological sample constructed as described above converts the three-dimensional fluorescence image into the virtual white light image and provides it to the physicians, thereby shortening the time required for the lesion reading and increasing the read reliability Can be obtained.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법은, 환자가 원거리에 있는 병원까지 이동하지 않고도 자신의 병변에 대한 정확한 진단결과를 원격으로 확인할 수 있고, 환자로부터 다시 샘플을 채취해야 하는 부담을 경감할 수 있으며, 여러 병리 의사들이 저장된 3차원 영상을 통해 샘플에 대한 병변 여부를 교차 판단함으로써 병변 진단에 대한 신뢰도도 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, the three-dimensional image acquisition method of the biological sample constructed as described above can remotely confirm the accurate diagnosis result of the lesion of the patient without moving to the remote hospital, The burden can be alleviated, and the reliability of the lesion diagnosis can be improved by cross-determining whether or not the lesion is present in the sample through the 3D image stored by the pathologists.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법은, 병변 가능성이 있는 단면 이미지를 판독 프로그램을 통해 일차적으로 필터링하고, 그 중 병변이 의심되는 단면 이미지만 이차적으로 의사가 판독을 하게 됨으로써, 시간 및 인력을 절감할 수 있음은 물론, 병변 진단의 신뢰도도 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, in the 3D image acquisition method of the biological sample constructed as described above, the cross-sectional image having a possibility of lesion is primarily filtered through the readout program, and only the cross-sectional image suspected of lesion is read secondarily by the doctor , Time and manpower can be saved, and the reliability of the lesion diagnosis can be enhanced.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, but can be implemented in various forms of embodiments within the scope of 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 as defined by the appended claims.

S1 : 샘플 광투명화 단계
S2 : 염색단계
S3 : 2차원 형광 이미지 획득단계
S4 : 3차원 형광 이미지 획득단계
S5 : 이미지 변환단계
L : 여기광
M : 형광물질
N : 형광신호
S : 샘플
S1: sample optical transparency step
S2: Dyeing step
S3: 2D fluorescence image acquisition step
S4: Three-dimensional fluorescent image acquisition step
S5: Image conversion step
L: excitation light
M: Fluorescent material
N: Fluorescent signal
S: Sample

Claims (7)

생물 또는 조직으로부터 채취된 샘플의 광 투과율을 높이는 샘플 광투명화 단계;
상기 샘플을 형광물질로 염색하는 염색단계;
상기 샘플의 단면에 여기광을 조사하고, 상기 샘플의 단면에 존재하는 형광물질이 여기되어 방출하는 형광신호로부터 상기 샘플의 2차원 형광 이미지를 획득하는 2차원 형광 이미지 획득단계;
상기 샘플의 각 단면에 대한 2차원 형광 이미지를 획득하고, 획득된 2차원 형광 이미지들을 순차적으로 적층하여 상기 샘플에 대한 3차원 형광 이미지를 생성하는 3차원 형광 이미지 생성단계; 및
상기 3차원 형광 이미지의 각 지점이 갖는 형광신호의 세기를 이용하여 상기 3차원 형광 이미지를 가상 백색광 이미지로 변환하는 이미지 변환단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법.
A sample light transparency step of increasing the light transmittance of the sample taken from the organism or tissue;
Dyeing the sample with a fluorescent material;
A two-dimensional fluorescence image acquiring step of irradiating excitation light to the cross-section of the sample and acquiring a two-dimensional fluorescence image of the sample from a fluorescence signal excited and emitted by the fluorescence substance present in the cross section of the sample;
A three-dimensional fluorescence image generation step of acquiring a two-dimensional fluorescence image for each cross-section of the sample and successively laminating the obtained two-dimensional fluorescence images to generate a three-dimensional fluorescence image for the sample; And
And converting the three-dimensional fluorescence image into a virtual white light image using the intensity of the fluorescence signal of each point of the three-dimensional fluorescence image.
제1항에 있어서,
상기 이미지 변환단계는,
상기 3차원 형광 이미지의 각 지점이 갖는 형광신호의 세기로부터 상기 형광물질의 농도를 산출하는 농도 산출단계;
산출된 형광물질의 농도를 이용하여 백색광이 갖는 연속 스펙트럼 중 상기 형광물질에 흡수되는 흡수 스펙트럼을 추정하는 추정단계; 및
추정된 흡수 스펙트럼에 대응되는 색상을 상기 3차원 형광 이미지의 각 지점에 환원하는 환원단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법.
The method according to claim 1,
Wherein the image conversion step comprises:
A concentration calculating step of calculating the concentration of the fluorescent material from the intensity of the fluorescent signal of each point of the three-dimensional fluorescent image;
An estimation step of estimating an absorption spectrum absorbed in the fluorescent material among the continuous spectrum of the white light using the calculated concentration of the fluorescent material; And
And reducing the hue corresponding to the estimated absorption spectrum to each point of the three-dimensional fluorescence image.
제1항에 있어서,
상기 샘플 광투명화 단계는,
상기 샘플을 세척용액에 담가 세척하는 1차 세척단계와,
상기 세척용액을 린스용액으로 치환하여 상기 샘플을 일정시간 동안 배양하는 1차 배양단계와,
상기 린스용액을 상기 세척용액과 린스용액이 서로 일정비율로 혼합된 조합용액으로 치환하여 상기 샘플을 일정시간 동안 배양하는 2차 배양단계와,
상기 샘플을 상기 세척용액에 담가 다시 세척하는 2차 세척단계와,
상기 샘플을 안정화용액에 담그고 일정시간 동안 배양하여, 상기 샘플에 잔류하는 린스용액을 비활성화시키는 안정화 단계 및
상기 샘플을 상기 세척용액에 담가 다시 세척하는 3차 세척단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법.
The method according to claim 1,
Wherein the sample light transparency step comprises:
A first washing step of immersing the sample in the washing solution and washing the sample,
A primary culture step of replacing the washing solution with a rinsing solution and culturing the sample for a predetermined time,
A second culture step in which the rinsing solution is replaced with a combination solution in which the rinsing solution and the rinsing solution are mixed at a predetermined ratio to cultivate the sample for a predetermined period of time,
A second washing step of immersing the sample in the washing solution and washing the sample again,
A stabilization step of immersing the sample in a stabilizing solution and incubating the sample for a certain period of time to inactivate the rinsing solution remaining in the sample and
A third washing step of immersing the sample in the washing solution and washing the sample again.
제1항에 있어서,
상기 샘플은 세포핵과 세포질로 이루어진 세포를 포함하고,
상기 염색단계에서, 상기 세포핵은 4'6-디아미디노-2-페닐인돌(4'6-diamidino-2-phenylindole, DAPI)로 염색되고, 상기 세포질은 에오신(eosin)으로 염색되는 것을 특징으로 하는 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법.
The method according to claim 1,
The sample includes cells consisting of nucleus and cytoplasm,
In the staining step, the nucleus is stained with 4'6-diamidino-2-phenylindole (DAPI), and the cytoplasm is stained with eosin A method for acquiring a three-dimensional image of a biological sample.
제4항에 있어서,
상기 여기광은, 상기 4'6-디아미디노-2-페닐인돌에 대응되는 형광흡수 파장 범위 또는 상기 에오신에 대응되는 형광흡수 파장 범위을 가지며,
상기 세포핵 및 상기 세포질에 존재하는 존재영역은 상기 여기광에 의해 여기되어 형광신호를 방출하고, 상기 존재영역 이외의 나머지 영역은 상기 여기광에 의해 여기되지 않아 형광신호를 방출하지 않는 것을 특징으로 하는 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the excitation light has a fluorescence absorption wavelength range corresponding to the 4'6-diamidino-2-phenylindole or a fluorescence absorption wavelength range corresponding to the eosin,
Wherein the nucleus and the existing region existing in the cytoplasm are excited by the excitation light to emit a fluorescence signal and the remaining region other than the existing region is excited by the excitation light and does not emit a fluorescence signal A three dimensional image acquisition method of a biological sample.
제1항에 있어서,
상기 가상 백색광 이미지를 디지털 데이터 형태로 저장하는 이미지 저장단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법.
The method according to claim 1,
And storing the virtual white light image in the form of digital data.
제1항에 있어서,
상기 이미지 변환단계 이후 수행되고,
상기 가상 백색광 이미지의 각 단면에 대한 단면 이미지를 추출하고, 상기 단면 이미지의 패턴과 미리 입력된 병변 이미지의 패턴과의 일치율을 판별하며, 상기 일치율이 미리 설정된 기준 일치율 이상이면 상기 단면 이미지를 판독 대상 이미지 군으로 분류하고, 상기 일치율이 기준 일치율 미만이면 상기 단면 이미지를 판독 제외 이미지 군으로 분류하는 이미지 분류단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 샘플의 3차원 영상 획득방법.
The method according to claim 1,
After the image conversion step,
Extracting a cross-sectional image of each cross-section of the virtual white light image, determining a match rate between a pattern of the cross-sectional image and a pattern of a previously entered lesion image, and if the match rate is equal to or greater than a preset reference match rate, And classifying the cross-sectional image into a read-out image group if the coincidence rate is less than a reference coincidence rate.
KR1020170161967A 2016-11-30 2017-11-29 Method of acquiring an image of a biological sample KR101986658B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160161497 2016-11-30
KR20160161497 2016-11-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180062411A true KR20180062411A (en) 2018-06-08
KR101986658B1 KR101986658B1 (en) 2019-06-07

Family

ID=62600671

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170161967A KR101986658B1 (en) 2016-11-30 2017-11-29 Method of acquiring an image of a biological sample

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101986658B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117147251A (en) * 2023-08-16 2023-12-01 四川大学 Method for transparentizing human in-vitro dental pulp tissue

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005169116A (en) * 2003-12-08 2005-06-30 Siemens Ag Fused image displaying method
JP2007275220A (en) * 2006-04-05 2007-10-25 Pentax Corp Confocal endoscope system
KR101239066B1 (en) 2006-07-06 2013-03-05 경북대학교 산학협력단 Observarion Method of Cell or Tissue Sample by Detecting of Nanoparticles Using Confocal Microscope and System Thereof
KR20140075450A (en) * 2012-12-11 2014-06-19 한국전자통신연구원 3d imaging modeling method using fluorescent intensity profile analysis
US20160003715A1 (en) * 2014-07-03 2016-01-07 Richard Torres Novel Methods of Tissue Processing and Imaging

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005169116A (en) * 2003-12-08 2005-06-30 Siemens Ag Fused image displaying method
JP2007275220A (en) * 2006-04-05 2007-10-25 Pentax Corp Confocal endoscope system
KR101239066B1 (en) 2006-07-06 2013-03-05 경북대학교 산학협력단 Observarion Method of Cell or Tissue Sample by Detecting of Nanoparticles Using Confocal Microscope and System Thereof
KR20140075450A (en) * 2012-12-11 2014-06-19 한국전자통신연구원 3d imaging modeling method using fluorescent intensity profile analysis
US20160003715A1 (en) * 2014-07-03 2016-01-07 Richard Torres Novel Methods of Tissue Processing and Imaging

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117147251A (en) * 2023-08-16 2023-12-01 四川大学 Method for transparentizing human in-vitro dental pulp tissue
CN117147251B (en) * 2023-08-16 2024-04-26 四川大学 Method for transparentizing human in-vitro dental pulp tissue

Also Published As

Publication number Publication date
KR101986658B1 (en) 2019-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107003242B (en) System and method for controlling imaging depth in tissue using fluorescence microscope with ultraviolet excitation after staining with fluorescent agent
Yoshitake et al. Direct comparison between confocal and multiphoton microscopy for rapid histopathological evaluation of unfixed human breast tissue
Giacomelli et al. Multiscale nonlinear microscopy and widefield white light imaging enables rapid histological imaging of surgical specimen margins
US10595770B2 (en) Imaging platform based on nonlinear optical microscopy for rapid scanning large areas of tissue
TWI753448B (en) Method for analyzing tissue specimens
CN108348224A (en) Biopsy device for coherent raman imaging
Kirkbride et al. The application of laser scanning confocal microscopy to the examination of hairs and textile fibers: An initial investigation
Lu et al. Rapid assessment of breast tumor margins using deep ultraviolet fluorescence scanning microscopy
Liu et al. Slide over: advances in slide-free optical microscopy as drivers of diagnostic pathology
KR101986658B1 (en) Method of acquiring an image of a biological sample
Calisesi et al. Three-dimensional bright-field microscopy with isotropic resolution based on multi-view acquisition and image fusion reconstruction
CN115656120A (en) Dark field reflection ultraviolet optical microscopic imaging method and system
Borowsky et al. A pilot validation study comparing FIBI, a slide-free imaging method, with standard FFPE H&E tissue section histology for primary surgical pathology diagnosis
Park et al. Open-top Bessel beam two-photon light sheet microscopy for three-dimensional pathology
TWI835337B (en) A rapid fresh digital-pathology method
French Biomedical optics
JP7406846B1 (en) A fast and vivid digital pathology method
Clapperton et al. Multimodal optical mesoscopy reveals the quantity and spatial distribution of Gram‐positive biofilms in ex vivo tonsils
Gavgiotaki et al. Nonlinear imaging of female breast tissue biopsies
Fang et al. Automatic and label-free detection of meningioma in dura mater using the combination of multiphoton microscopy and image analysis
Yoshitake Nonlinear Microscopy System and Protocol for Rapid Evaluation of Freshly Excised Human Tissue
TW202415949A (en) A rapid fresh digital-pathology method
CN117912722A (en) Quick fresh digital pathology method
Hu Dual-View Inverted Selective Plane Illumination Microscopy (diSPIM) Imaging for Accurate 3D Digital Pathology
Kamin et al. 3d-imaging and quantification of collagen networks in mammary tumors on different size scales

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right