KR20180123867A - 대역확산 기법을 이용한 바이오 광학 신호 처리 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
대역확산 기법을 이용한 바이오 광학 신호 처리 장치 및 그 방법이 개시된다.
바이오 광학 신호 처리 장치는 확산 코드로 변조된 입사빔이 분석 대상 물질에서 산란되어 발생한 바이오 광학 신호를 수집하고, 상기 바이오 광학 신호를 상기 확산 코드로 복조하여 상기 바이오 광학 신호에 포함된 잡음을 제거하는 복조부를 포함하고, 상기 바이오 광학 신호는,상기 변조된 입사빔과의 상관성을 가질 수 있다.
바이오 광학 신호 처리 장치는 확산 코드로 변조된 입사빔이 분석 대상 물질에서 산란되어 발생한 바이오 광학 신호를 수집하고, 상기 바이오 광학 신호를 상기 확산 코드로 복조하여 상기 바이오 광학 신호에 포함된 잡음을 제거하는 복조부를 포함하고, 상기 바이오 광학 신호는,상기 변조된 입사빔과의 상관성을 가질 수 있다.
Description
본 발명은 바이오 광학 신호의 세기 및 감도를 높여 센싱 및 이미징 기술의 성능을 향상시키는 바이오 광학 신호 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
바이오 광학 신호 처리 장치는 바이오 분석 대상 물질에 입사빔을 조사하여 발생되는 바이오 광학 신호를 분석하여 바이오 분석 대상 물질을 센싱, 또는 이미징하는 장치이며, 라만 분광 장치, 및 형광 신호 산란 장치를 포함할 수 있다.
라만 분광 장치는 분자의 진동 모드에 의해 발생하는 비탄력(inelastic) 라만 산란(Raman Scattering)을 이용하여 세포나 분자를 센싱 또는 이미징하는 장치이다. 또한, 라만 분광 장치는 라만 산란의 고유의 특성으로 인하여 분자의 구조나 분자 간 화학 반응에 따른 변화를 정밀하게 감지할 수 있는 비표지(Label-free), 비침습(Non-invasive) 센싱 장치이다.
그러나, 라만 산란 신호는 입사 빔과 같은 주파수를 가지는 탄력 레이레일 산란(Rayleigh Scattering) 신호에 비하여 그 세기가 매우 작기 때문에 이를 이용한 라만 분광 장치의 수신 감도가 낮다는 단점이 있다.
라만 분광 장치의 단점을 해결하기 위하여, 표면증강라만 분광(Surface Enhanced Raman Spectroscopy, SERS) 기술이 개발되었다. 표면증강라만 분광기술은 금속 표면 또는 금속 나노 입자에서 발생하는 국부적 표면 플라즈몬(Localized Surface Plasmon, LSP)을 이용하여 전자장(electric field) 세기를 증가시킴으로써 라만 산란 신호의 세기를 향상시킬 수 있다.
표면증강라만 분광기를 포함한 라만 분광 장치의 성능을 향상시키기 위해서는 잡음 형광 신호(Background Fluorescence)를 포함한 다양한 잡음 신호들을 제거하여 라만 산란 신호의 분해능 및 신호대 잡음비 성능을 높여야 한다. 잡음 형광 신호는 측정하고자 하는 시료 내 분자와의 상호작용에 의해 발생하는 게 아니라, 장치 내에 포함되어 있는 여러 소자에서 발생하는 잡음(noise)이기 때문에, 측정하고자 하는 분자에 대한 정보를 포함하고 있지 않다.
종래의 라만 분광법(S.Christesen, Proc.SPIE, 2010)은 입사빔을 편광 변조를 하여, 편광이 높은 라만 산란 신호를 편광이 낮은 잡음 형광 신호와 구분하였다. 그러나, 실제 측정에서는 잡음 형광 신호의 편광이 무시할 수 없을 정도의 크기로 존재하기 때문에 라만 산란 신호와 잡음 신호를 분리하는 기능이 안정적으로 보장되기 어렵다는 한계가 있었다.
또한 종래의 형광 산란 신호 처리 장치는 형광 물질과 분석 대상 물질(Target Analyte)과의 특정 결합(specific binding)에서 발생하는 형광 산란 신호를 분석하는 장치이다. 그러나, 종래의 형광 산란 신호 처리 장치는 분석 대상 물질 이외의 물질과의 결합(non-specific binding)으로 발생하는 형광 잡음 신호를 형광 산란 신호과 구분하기 어려워서 센싱 및 이미징 기술의 성능이 심각하게 저하되었다.
따라서, 종래의 형광 산란 신호 처리 장치는 형광 잡음 신호의 발생을 방지하기 위하여 비분석 대상 물질이 기판 표면에 붙지 않도록 세척(washing) 처리를 매우 정교하게 하였다. 그러나, 세척 처리 과정이 추가됨으로써 센싱 및 이미징을 위한 전반적인 처리 절차가 복잡하고, 세척 정도에 따라 매번 결과가 조금씩 바뀌어서 재현상의 한계가 있었다.
따라서, 잡음 형광 신호를 포함한 잡음 신호들을 라만 산란 신호를 포함한 측정하고자하는 바이오 광학 신호와 분리할 효과적인 방법이 필요한 실정이다.
본 발명은 잡음 형광 신호를 포함한 다양한 원인의 시스템 잡음 신호들을 제거하여 바이오 광학 신호의 분해능 및 신호대 잡음비를 증가시키고, 바이오 광학 신호 처리기의 센싱 및 이미징 기술의 성능을 향상시키는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치는, 확산 코드로 입사빔을 변조하고, 변조된 입사빔을 분석 대상 물질로 조사하는 변조부를 포함하고, 상기 변조된 입사빔은, 상기 분석 대상 물질에서 산란되어 상기 변조된 입사빔과 상관성을 가지는 바이오 광학 신호를 발생시키며, 상기 바이오 광학 신호는, 상기 확산 코드로 복조되어 잡음이 제거될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치의 변조부는, 상기 바이오 광학 신호가 라만 산란 신호인 경우, 자기 형광 신호(auto-fluorescence)보다 높은 주파수를 이용하여 입사빔을 변조할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치의 변조부는, 상기 바이오 광학 신호의 생존 시간에 따라 상기 입사빔의 변조 속도를 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치의 입사빔은 상기 바이오 광학 신호의 타입에 따라 파장 변화의 폭, 및 세기 변화의 폭이 결정될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치의 확산 코드로 복조되어 잡음이 제거되는 바이오 광학 신호는, 상기 확산 코드의 길이에 비례하는 신호대 잡음비를 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치는 확산 코드로 변조된 입사빔이 분석 대상 물질에서 산란되어 발생한 바이오 광학 신호를 수집하고, 상기 바이오 광학 신호를 상기 확산 코드로 복조하여 상기 바이오 광학 신호에 포함된 잡음을 제거하는 복조부를 포함하고, 상기 바이오 광학 신호는, 상기 변조된 입사빔과의 상관성을 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치의 복조부는, 상기 바이오 광학 신호의 생존 시간에 따라 상기 바이오 광학 신호의 복조 속도를 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치의 확산 코드로 복조된 바이오 광학 신호는, 상기 확산 코드의 길이에 비례하는 신호대 잡음비를 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치는 확산 코드로 입사빔을 변조하고, 변조된 입사빔을 분석 대상 물질로 조사하는 변조부; 및 상기 변조된 입사빔이 분석 대상 물질에서 산란되어 발생한 바이오 광학 신호를 수집하고, 상기 바이오 광학 신호를 상기 확산 코드로 복조하여 상기 바이오 광학 신호에 포함된 잡음을 제거하는 복조부를 포함하고, 상기 바이오 광학 신호는, 상기 변조된 입사빔과의 상관성을 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 방법은 확산 코드로 입사빔을 변조하는 단계; 및 변조된 입사빔을 분석 대상 물질로 조사하는 단계를 포함하고, 상기 변조된 입사빔은, 상기 분석 대상 물질에서 산란되어 상기 변조된 입사빔과 상관성을 가지는 바이오 광학 신호를 발생시키며, 상기 바이오 광학 신호는, 상기 확산 코드로 복조되어 잡음이 제거될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 방법의 변조하는 단계는, 상기 바이오 광학 신호가 라만 산란 신호인 경우, 자기 형광 신호보다 높은 주파수를 이용하여 입사빔을 변조할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 방법의 변조하는 단계는, 상기 바이오 광학 신호의 생존 시간에 따라 상기 입사빔의 변조 속도를 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 방법의 입사빔은 상기 바이오 광학 신호의 타입에 따라 파장 변화의 폭, 및 세기 변화의 폭이 결정될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 방법의 확산 코드로 복조되어 잡음이 제거되는 바이오 광학 신호는, 상기 확산 코드의 길이에 비례하는 신호대 잡음비를 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 방법은 확산 코드로 변조된 입사빔이 분석 대상 물질에서 산란되어 발생한 바이오 광학 신호를 수집하는 단계; 및 상기 바이오 광학 신호를 상기 확산 코드로 복조하여 상기 바이오 광학 신호에 포함된 잡음을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 바이오 광학 신호는, 상기 변조된 입사빔과의 상관성을 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 방법의 상기 잡음을 제거하는 단계는, 상기 바이오 광학 신호의 생존 시간에 따라 상기 바이오 광학 신호의 복조 속도를 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 방법의 확산 코드로 복조된 바이오 광학 신호는, 상기 확산 코드의 길이에 비례하는 신호대 잡음비를 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 확산 코드로 입사빔을 변조하여 분석 대상 물질에 입사시키고, 입사빔에 의하여 분석 대상 물질에서 출력된 바이오 광학 신호를 입사빔의 변조에 사용한 확산 코드와 동일한 확산 코드로 변조함으로써, 바이오 광학 신호에서 잡음 형광 신호를 포함한 다양한 원인의 시스템 잡음들을 제거하여 바이오 광학 신호의 분해능 및 신호대 잡음비를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치의 동작을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 분석 대상 물질에서 산란되는 바이오 광학 신호의 일례이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 라만 산란 신호를 처리하는 바이오 광학 신호 처리 장치의 일례이다.
도 5는 입사빔과 라만 산란 신호 간의 상관 관계의 일례이다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따라 확산 코드를 사용하여 변조한 입사빔의 일례이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치의 제1 실시예이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치의 제2 실시예이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 방법의 신호대 잡음비 측정 결과의 일례이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 확산 코드 패턴의 일례이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 확산 코드의 길이 변화에 따른 신호대 잡음비 측정 결과의 일례이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 결과들의 일례이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 분석 대상 물질에 형광 처리하는 과정의 일례이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따라 형광 신호를 처리하는 바이오 광학 신호 처리 장치의 일례이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 과정의 일례이다. 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치의 동작을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 분석 대상 물질에서 산란되는 바이오 광학 신호의 일례이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 라만 산란 신호를 처리하는 바이오 광학 신호 처리 장치의 일례이다.
도 5는 입사빔과 라만 산란 신호 간의 상관 관계의 일례이다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따라 확산 코드를 사용하여 변조한 입사빔의 일례이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치의 제1 실시예이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치의 제2 실시예이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 방법의 신호대 잡음비 측정 결과의 일례이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 확산 코드 패턴의 일례이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 확산 코드의 길이 변화에 따른 신호대 잡음비 측정 결과의 일례이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 결과들의 일례이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 분석 대상 물질에 형광 처리하는 과정의 일례이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따라 형광 신호를 처리하는 바이오 광학 신호 처리 장치의 일례이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 과정의 일례이다. 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 방법을 도시한 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 방법은 바이오 광학 신호 처리 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치를 나타내는 도면이다.
바이오 광학 신호 처리 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 변조부(110), 및 복조부(130)를 포함할 수 있다.
변조부(110)는 확산 코드를 이용하여 변조부(110)에 입사된 입사빔을 변조할 수 있다. 그리고, 변조부(110)는 변조된 입사빔을 분석 대상 물질(120)에 입사시킬 수 있다. 즉, 변조부(110)는 입사빔을 대역 확산하여 분석 대상 물질(120)로 조사할 수 있다.
이때, 변조된 입사빔은 분석 대상 물질(120)에서 산란되어 바이오 광학 신호를 발생시킬 수 있다. 이때, 바이오 광학 신호는 입사빔과 속성이 다르나, 상관성이 높은 신호일 수 있다. 바이오 광학 신호와 입사빔 간의 상관 관계는 이하 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
또한, 바이오 광학 신호는 라만(Raman) 산란 신호, 형광(Fluorescence) 산란 신호, 및 레일리(Rayleigh) 산란 신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이때, 라만 산란 신호는 입사빔이 조사된 분석 대상 물질의 분자가 진동하여 발생하는 광학 신호일 수 있다. 또한, 라만 산란 신호의 파장은 분자의 진동 에너지에 따라 결정되며, 라만 산란 신호의 생존 시간은 형광 산란 신호, 및 레일리 산란 신호보다 짧을 수 있다. 그리고, 변조부(110)는 고주파수로 입사빔을 변조할 수 있다. 이때, 고주파수는 마이크로 헤르츠를 사용하는 자기 형광 신호(auto-fluorescence)보다 높은 주파수일 수 있다. 예를 들어, 변조부(110)는 1M 헤르츠 이상의 고주파수로 입사빔을 변조할 수 있다. 또한, 자기 형광 신호는 분석 대상 물질에서 형광 물질과 상관 없이 발생하는 형광 신호이며, 형광 산란 신호와는 서로 다른 신호일 수 있다. 그리고, 자기 형광 신호는 바이오 광학 신호로 분류되는 형광 산란 신호와 달리 잡음으로 분류될 수 있다.
또한, 레일리 산란 신호는 대기의 입자와 입사빔의 파장에 따른 레일리 산란에 의하여 발생하는 광학 신호일 수 있다. 그리고, 레일리 산란 신호의 파장은 입사빔의 파장과 동일하며, 레일리 산란 신호의 생존 시간은 형광 산란 신호보다 짧고 라만 산란 신호보다 길 수 있다.
라만 산란 신호와 레일리 산란 신호 간의 관계는 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
형광 산란 신호는 입사빔이 분석 대상 물질(120)에 도포한 형광 물질에 조사되어 발생하는 광학 신호일 수 있다. 이때, 형광 산란 신호의 파장은 형광 물질과 입사되는 광원의 파장에 따라 결정되며, 형광 산란 신호의 생존 시간은 라만 산란 신호, 및 레일리 산란 신호보다 길 수 있다.
그리고, 변조부(110)는 바이오 광학 신호의 생존 시간(life time)에 따라 입사빔의 변조 속도를 결정할 수 있다. 구체적으로, 변조부(110)는 바이오 광학 신호의 생존 시간이 길수록 입사빔의 변조 속도를 감속하고, 바이오 광학 신호의 생존 시간이 짧을수록 입사빔의 변조 속도를 가속할 수 있다. 예를 들어, 생존 시간의 길이는 라만 산란 신호<레일리 산란 신호<혈광 산란 신호의 순서이므로, 바이오 광학 신호로 라만 산란 신호를 사용하기 위한 입사빔의 변조 속도는 바이오 광학 신호로 레일리 산란 신호를 사용하기 위한 입사빔의 변조 속도보다 빠를 수 있다. 또한, 바이오 광학 신호로 레일리 산란 신호를 사용하기 위한 입사빔의 변조 속도는 바이오 광학 신호로 형광 산란 신호를 사용하기 위한 입사빔의 변조 속도보다 빠를 수 있다.
또한, 변조부(110)에 입사된 입사빔, 또는 변조된 입사빔의 파장 변화의 폭, 및 세기 변화의 폭은 바이오 광학 신호의 타입에 따라 결정될 수 있다.
구체적으로, 바이오 광학 신호로 라만 산란 신호를 사용하기 위한 입사빔의 파장 변화의 폭 및 세기 변화의 폭은 바이오 광학 신호로 형광 산란 신호, 또는 레일리 산란 신호를 사용하기 위한 입사빔의 파장 변화의 폭 및 세기 변화의 폭보다 적을 수 있다. 예를 들어, 바이오 광학 신호로 라만 산란 신호를 사용하기 위한 입사빔의 파장 변화의 폭은 1nm(nano meter)이하일 수 있다.
또한, 바이오 광학 신호로 레일리 산란 신호를 사용하기 위한 입사빔의 파장 변화의 폭 및 세기 변화의 폭은 바이오 광학 신호로 라만 산란 신호를 사용하기 위한 입사빔의 파장 변화의 폭 및 세기 변화의 폭보다 크고, 바이오 광학 신호로 형광 산란 신호를 사용하기 위한 입사빔의 파장 변화의 폭 및 세기 변화의 폭보다 적을 수 있다. 그리고, 바이오 광학 신호로 형광 산란 신호를 사용하기 위한 입사빔의 파장 변화의 폭 및 세기 변화의 폭은 바이오 광학 신호로 라만 산란 신호, 또는 레일리 산란 신호를 사용하기 위한 입사빔의 파장 변화의 폭 및 세기 변화의 폭보다 클 수 있다.
분석 대상 물질(120)이 증착될 기판은 표면에 금속 박막, 또는 금속 나노 입자가 추가된 표면 증강 라만 산란 기판일 수 있다. 이때, 표면 증강 라만 산란 기판의 표면에서 발생하는 표면 플라즈몬 폴라리톤 (Surface Plasmon Polariton, SPP)과 입사 빔이 간섭을 일으켜 전자장의 세기를 증가시킴으로써 변조된 입사빔이 분석 대상 물질(120)에 반사, 또는 투과되어 생성하는 라만 산란 신호의 세기를 증가시킬 수 있다.
이때, 분석 대상 물질(120)은 바이오 광학 신호 처리 방법을 이용하여 분석하고자 하는 바이오 분석 대상 물질이며, 기판에 증착되거나, 액체(solution) 상태일 수 있다. 예를 들어, 분석 대상 물질은 세포, 분자, 단백질, 생물의 일부 또는 바이러스와 같은 생물일 수 있다.
또한, 처리하고자 하는 바이오 광학 신호에 따라 분석 대상 물질(120)이 증착될 기판이 결정되거나, 분석 대상 물질(120)에 대한 처리가 결정될 수 있다. 예를 들어, 바이오 광학 신호로 라만 산란 신호를 사용할 경우, 분석 대상 물질(120)이 증착될 기판은 표면에 금속 박막, 또는 금속 나노 입자가 추가된 표면 증강 라만 산란 기판일 수 있다. 이때, 표면 증강 라만 산란 기판의 표면에서 발생하는 표면 플라즈몬 폴라리톤 (Surface Plasmon Polariton, SPP)과 입사 빔이 간섭을 일으켜 전자장의 세기를 증가시킴으로써 변조된 입사빔이 분석 대상 물질(120)에 반사, 또는 투과되어 생성되는 라만 산란 신호의 세기를 증가시킬 수 있다.
또한, 바이오 광학 신호로 형광 신호를 사용하는 경우, 형광 물질이 도포된 분석 대상 물질(120)이 기판에 증착될 수 있다. 이때, 변조된 입사빔은 분석 대상 물질(120)에 도포된 형광 물질에 반사, 또는 투과되어 형광 산란 신호를 생성할 수 있다.
복조부(130)는 변조된 입사빔이 분석 대상 물질 (120)에서 반사, 또는 투과되어 생성된 바이오 광학 신호를 수집할 수 있다. 그리고, 복조부(130)는 수집한 바이오 광학 신호를 변조부(110)와 동일한 확산 코드를 사용하여 복조함으로써, 잡음이 제거된 바이오 광학 신호를 출력할 수 있다.
이때, 복조부(130)는 바이오 광학 신호의 생존 시간에 따라 바이오 광학 신호의 복조 속도를 결정할 수 있다. 구체적으로, 복조부(130)는 바이오 광학 신호의 생존 시간이 길수록 바이오 광학 신호의 변조 속도를 감속하고, 바이오 광학 신호의 생존 시간이 짧을수록 바이오 광학 신호의 변조 속도를 가속할 수 있다. 예를 들어, 생존 시간의 길이는 라만 산란 신호<레일리 산란 신호<혈광 산란 신호의 순서이므로, 복조부(130)가 수행하는 라만 산란 신호의 복조 속도는 레일리 산란 신호의 복조 속도보다 빠를 수 있다. 또한, 복조부(130)가 수행하는 레일리 산란 신호의 복조 속도는 형광 산란 신호의 복조 속도보다 빠를 수 있다.
본 발명은 잡음 형광 신호(Background Fluorescence)를 포함한 다양한 원인의 시스템 잡음들을 제거하여 바이오 광학 신호의 분해능 및 신호대 잡음비를 증가시킴으로써, 바이오 광학 신호 처리기의 센싱 및 이미징 기술의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치의 동작을 나타내는 도면이다.
변조부(110)는 확산 코드(220)를 이용하여 입사빔(210)을 변조함으로써, 변조된 입사빔(230)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 확산 코드(220)는 PN(Pseudorandom Noise) 코드, 골레이(Golay) 코드, 심플렉스 코드, 및 하이브리드 코드 중 하나일 수 있다.
이때, PN 코드는 입사빔(210)의 대역을 확산하기 위한 0과 1로 구성된 코드이고, 골레이 코드는 2개의 PN 코드를 사용하여 사이드 로브(Sidelobe)를 제거하는 코드일 수 있다. 또한, 심플렉스 코드는 코드 길이가 짧은 경우에도 성능을 향상 시키기 위하여 하다마드 매트릭스(Hadamard matrix)를 사용하는 코드이고, 하이브리드 코드는 심플렉스 코드와 골레이 코드를 결합한 코드일 수 있다.
그리고, 변조된 입사빔(230)은 도 2에 도시된 바와 같이 입사빔(210)의 주파수 대역이 확산함으로써, 주파수에 대응하는 전력 크기가 감소된 빔일 수 있다.
변조된 입사빔(230)은 기판 위에 증착된 분석 대상 물질(120)로 입사될 수 있다. 그리고, 변조된 입사빔은 분석 대상 물질(120)에서 산란되어 바이오 광학 신호(240)로 변환될 수 있다. 이때, 분석 대상 물질(120)에서 출력되는 바이오 광학 신호(240)는 라만 산란 신호, 형광 산란 신호, 및 레일리 산란 신호 중 적어도 하나와 다양한 원인에 의하여 발생한 잡음이 포함될 수 있다.
다만, 라만 산란 신호, 형광 산란 신호, 또는 레일리 산란 신호는 변조된 입사빔(230)과 같이 대역 확산된 상태인 반면, 잡음(Noise)은 대역 확산되지 않은 신호이므로, 바이오 광학 신호(240)는 도 2에 도시된 바와 같이 대역 확산된 라만 산란 신호, 형광 산란 신호, 또는 레일리 산란 신호와 대역이 좁고 광신호 세기가 크거나, 대역이 넓고 광신호 세기가 작은, 적어도 하나의 잡음이 포함된 상태일 수 있다.
복조부(130)는 바이오 광학 신호(240)를 수집할 수 있다. 그리고, 복조부(130)는 확산 코드(250)를 이용하여 바이오 광학 신호를 복조할 수 있다. 이때, 확산 코드(250)는 변조부(120)의 확산 코드(220)과 동일한 코드일 수 있다.
바이오 광학 신호(240)에 포함된 라만 산란 신호, 형광 산란 신호, 또는 레일리 산란 신호는 변조된 입사빔(230)과 속성은 다르나 상관성이 높은 광학 신호이며, 도 2에 도시된 바와 같이 대역 확산된 상태일 수 있다. 따라서, 입사빔(210)의 변조에 사용한 확산 코드(220)와 동일한 확산 코드(250)를 이용하여 복조하는 경우, 라만 산란 신호, 형광 산란 신호, 또는 레일리 산란 신호는 대역이 좁고 주파수에 대응하는 광신호 세기가 증가하여 입사빔(210)과 동일한 형태로 복조될 수 있다. 반면, 복조부(130)가 수집한 광학 신호에 포함된 잡음은 확산 코드(250)에 의하여 대역폭이 0에 근접할 정도로 확산되어 제거될 수 있다.
즉, 복조부(130)는 확산 코드(250)로 바이오 광학 신호를 복조하고, 잡음을 대역확산하여 제거함으로써, 잡음이 제거된 바이오 광학 신호(260)를 출력할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 분석 대상 물질에서 산란되는 바이오 광학 신호의 일례이다.
변조된 입사빔(310)이 분석 대상 물질(120)로 입사되면, 분석 대상 물질(120)에 의하여 산란되어 도 3에 도시된 바와 같이 제1 라만 산란 신호(stokes, 320), 레일리 산란 신호(330) 및 제2 라만 산란 신호(anti-stokes, 340)가 출력될 수 있다.
이때, 제1 라만 산란 신호(320)는 제2 라만 산란 신호(350)보다 주파수가 적고, 파장이 뒤에 있는 산란 신호이다. 또한, 제1 라만 산란 신호(320)는 실시예에서 제2 라만 산란 신호(350)보다 신호의 세기가 클 가능성이 높다.
따라서, 바이오 광학 신호로 라만 산란 신호를 사용할 경우, 복조부(130)는 제1 라만 산란 신호(320)와 제2 라만 산란 신호(350) 중에서 제1 라만 산란 신호(320)를 복조할 수 있다.
그리고, 분석 대상 물질에 형광 물질이 도포된 경우, 변조된 입사빔(310)이 형광 물질에 산란되어 형광 산란 신호가 출력될 수도 있다. 이때, 제1 라만 산란 신호(320), 레일리 산란 신호(330) 및 제2 라만 산란 신호(340)도 형광 산란 신호와 함께 출력되나, 형광 산란 신호에 비하여 신호의 세기가 작으므로, 복조부(130)는 형광 산란 신호만 복조하고, 제1 라만 산란 신호(320), 레일리 산란 신호(330) 및 제2 라만 산란 신호(340)는 복조하지 않을 수 있다.
또한, 형광 산란 신호는 레일리 산란 신호(330)와 동일한 주파수, 또는 제1 라만 산란 신호(320)와 레일리 산란 신호(330) 사이의 주파수로 출력될 수 있다. 이때, 형광 산란 신호는 분석 대상 물질에 표식(label)으로 형광 물질을 도포하는 경우, 형광 물질이 변조된 입사빔(310)의 에너지를 흡수하여 발생하는 광학 신호이다. 그리고, 형관 산란 신호는 변조된 입사빔(310)의 에너지 흡수에 의해 발생하므로 분자 진동에 의해 발생하는 라만 산란 신호에 비해 민감도가 낮을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 라만 산란 신호를 처리하는 바이오 광학 신호 처리 장치의 일례이다.
분석 대상 물질(120)은 도 4에 도시된 바와 같이 표면에 금속 나노 입자(420)가 추가된 표면 증강 라만 산란 기판(120)에 증착될 수 있다.
그리고, 변조부(110)가 변조된 입사빔을 분석 대상 물질로 입사시키는 경우, 변조된 입사빔과 금속 나노 입자(420)에서 발생하는 표면 플라즈몬 폴라리톤 (Surface Plasmon Polariton, SPP)이 간섭을 일으켜 전자장의 세기를 증가시킴으로써 분석 대상 물질(120)의 분자가 진동하여 발생하는 라만 산란(Raman scattering) 신호의 세기를 증가시킬 수 있다.
그리고, 복조부(130)는 분석 대상 물질(120)에서 발생하는 라만 산란 신호를 수집하여 변조부(110)과 동일한 확산 코드로 복조할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 입사빔과 라만 산란 신호 간의 상관 관계의 일례이다.
본 발명의 일실시예에 따른 입사빔은 도 5의 왼쪽에 도시된 바와 같은 대역 및 세기를 가지고, 라만 산란 신호는 도 5의 오른쪽에 도시된 바와 같은 대역과 세기를 가질 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 입사빔과 라만 신호는 서로 다른 특성의 대역 및 세기를 가질 수 있다.
다만, 입사빔의 대역이 511에서 512로 이동하는 경우, 라만 산란 신호의 대역도 521에서 522로 이동할 수 있다. 또한, 입사빔의 대역이 511에서 513으로 이동하는 경우, 라만 산란 신호의 대역도 521에서 523으로 이동할 수 있다.
즉, 입사빔과 라만 신호는 서로 다른 특성의 광학 신호이나 도 5에 도시된 바와 같이 입사빔의 변화에 따라 라만 산란 신호도 동일한 변화를 나타내는 상관성을 가지고 있으므로, 입사빔을 변조하기 위하여 사용한 확산 코드를 이용하여 라만 산란 신호를 복조할 수 있다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따라 확산 코드를 사용하여 변조한 입사빔의 일례이다.
입사빔은 도 6에 도시된 바와 같이 주 빔 방향으로 방사된 광 신호에 따른 주 대역(611) 및 주 빔 방향이 아닌 다른 방향으로 방사된 광 신호에 따른 사이드 로브(side lobe) 대역(612)을 포함할 수 있다. 이때, 사이드 로브 대역(612)은 잡음의 원인이 될 수 있다.
변조부(110) 및 복조부(130)가 사용하는 확산 코드 중 골레이(Golay) 코드는 사이드 로브(612)를 제거하기 위한 제1 코드 및 제2 코드로 구성될 수 있다. 이때, 변조부(110)가 제1 코드를 사용하여 변조한 입사빔(620)과 제2 코드를 사용하여 변조한 입사빔(630)은 도 6에 도시된 바와 같이 주 대역(611)이 동일하나 사이드 로브 대역에서 세기가 서로 반대 방향일 수 있다.
즉, 제1 코드를 사용하여 변조한 입사빔(620)에 포함된 사이드 로브 대역은 제2 코드를 사용하여 변조한 입사빔(630)에 포함된 사이드 로브의 대역에 상쇄될 수 있다. 따라서, 변조부(110)가 골레이 코드를 확산 코드로 사용하여 변조한 입사빔(640)은 도 6에 도시된 바와 같이 사이드 로브 대역이 제거된 상태일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치의 제1 실시예이다.
PN 코드 발생기(700)는 입사빔을 대역 확산 시키기 위한 확산 코드로 PN 코드를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, PN 코드 발생기(700)는 길이가 7이고 [1 0 0 1 0 1 1] 패턴인 PN 코드를 발생시킬 수 있다. 또한, PN 코드 발생기(700)는 골레이 (Golay) 코드, 심플렉스 코드, 및 하이브리드 코드 중 하나를 확산 코드로 생성할 수도 있다.
EOM(electro-optic modulator)(720)는 중심 파장이 637 nm인 CW 레이저(710)에서 나온 입사빔을 PN 코드 발생기(700)에서 발생된 PN 코드를 이용하여 변조할 수 있다. 이때, EOM(720)은 변조부(110)일 수 있다.
또한, Isolator(730)는 분석 대상 물질(750)에서 후방 산란된 라만 산란 신호가 CW 레이저(710) 방향으로 진행하는 것을 차단할 수 있다.
1x2 커플러(740)는 EOM(720)에서 변조되고 Isolator(730)를 통하여 입사된 입사빔과 분석 대상 물질(750)에서 후방 산란된 라만 산란 신호를 구분할 수 있다. 이때, Isolator(730)를 통하여 1x2 커플러(740)에 입사된 입사빔은 분석 대상 물질(750) 방향으로 진행될 수 있다. 또한, 분석 대상 물질(750)에서 후방 산란된 라만 산란 신호는 1x2 커플러(740)에 의하여 OSA(760)로 진행될 수 있다.
또한, collimator와 objective lens는 EOM(720)에서 Isolator(730)를 통하여 입사된 입사빔, 및 라만 산란 신호가 분석 대상 물질에 초점이 맞도록 제어할 수 있다.
신호 처리기(770)는 OSA(760)를 통과한 라만 산란 신호를 PN 코드 발생기(700)가 생성한 PN 코드를 이용하여 복조할 수 있다. 이때, 신호 처리부(770)는 복조부(130)일 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 장치의 제2 실시예이다.
라만 산란 신호는 도 7에 도시된 바와 같이 분석 대상 물질에서 반사되는 방향 이외에 분석 대상 물질을 투과하는 방향으로 출력될 수도 있다. 도 8은 분석 대상 물질을 투과한 라만 산란 신호를 이용하는 바이오 광학 신호 처리 장치의 구조이다.
PN 코드 발생기(800)는 입사빔을 대역 확산 시키기 위한 확산 코드로 PN 코드를 발생시킬 수 있다. 또한, PN 코드 발생기(800)는 골레이 (Golay) 코드, 심플렉스 코드, 및 하이브리드 코드 중 하나를 확산 코드로 생성할 수도 있다.
EOM(electro-optic modulator)(820)는 중심 파장이 637 nm인 CW 레이저(810)에서 나온 입사빔을 PN 코드 발생기(800)에서 발생된 PN 코드를 이용하여 변조할 수 있다. 이때, EOM(820)은 변조부(110)일 수 있다.
또한, Isolator(830)는 분석 대상 물질(850)에서 후방 산란된 라만 산란 신호가 CW 레이저(810) 방향으로 진행하는 것을 차단할 수 있다.
이때, collimator와 objective lens는 EOM(820)에서 Isolator(830)를 통하여 입사된 입사빔이 분석 대상 물질(850)에 초점이 맞도록 제어할 수 있다.
OSA(860)는 분석 대상 물질(650)에 조사된 입사빔과 반대 방향으로 출력된 라만 산란 신호를 신호 처리기(880)로 전달할 수 있다.
신호 처리기(880)는 OSA(860)를 통과한 라만 산란 신호를 PN 코드 발생기(800)가 생성한 PN 코드를 이용하여 복조할 수 있다. 이때, 신호 처리부(870)는 복조부(130)일 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 방법의 신호대 잡음비 측정 결과의 일례이다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 방법의 신호대 잡음비(900)은 종래의 바이오 광학 신호 처리 방법에 따른 신호대 잡음비(910)에 비하여 라만 산란 신호의 세기가 클 수 있다. 예를 들어, 도 9의 일례의 1246 cm-1 Raman shift에서는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 방법의 신호대 잡음비(900)는 종래의 바이오 광학 신호 처리 방법에 따른 신호대 잡음비(910)에 비하여 156배 가량 증가하였다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 확산 코드 패턴의 일례이다.
확산 코드인 PN 코드의 길이가 증가할수록 입사빔, 라만 산란 신호, 및 잡음의 대역의 확산도 증가할 수 있다. 입사빔, 및 라만 산란 신호는 대역이 확산되어도 복조부(130)가 복조할 수 있으나, 잡음은 대역이 확산될수록 더 많이 제거될 수 있다. 따라서, 변조부(110) 및 복조부(130)는 사용하는 확산 코드의 길이를 증가시킴으로써, 라만 산란 신호를 복조하는 과정에서 더 효율적으로 잡음을 제거할 수 있다.
이때, 변조부(110) 및 복조부(130)는 도 10과 같이 확산 코드인 PN 코드의 길이를 증가시킬 수 있다. 이때, 확산 코드의 변화에 따른 라만 산란 신호의 신호 대 잡음비도 도 11에 도시된 바와 같을 수 있다. 도 11에 따르면 확산 코드의 코드 길이가 증가할수록 신호대 잡음비의 크기가 증가할 수 있다.
즉, 복조부(130)에서 확산 코드로 복조되어 잡음이 제거된 바이오 광학 신호는, 확산 코드의 길이에 비례하는 신호대 잡음비를 가질 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 결과들을 이용하는 센싱 및 이미징의 일례이다.
바이오 광학 신호 처리 장치는 잡음이 제거된 바이오 광학 신호를 이용하여 영상에서 분석 대상 물질에 대응하는 영역을 도 12에 도시된 바와 같이 표시할 수 있다.
구체적으로, 라만 산란 신호를 바이오 광학 신호로 이용하는 경우, 바이오 광학 신호 처리 장치는 스펙트럼을 검색하여 잡음이 제거된 라만 산란 신호에 대응하는 물질을 검색할 수 있다. 그리고, 영상에서 잡음이 제거된 라만 산란 신호의 파장과 세기를 이용하여 이미지를 생성할 수 있다.
또한, 형광 산란 신호를 바이오 광학 신호로 이용하는 경우, 바이오 광학 신호 처리 장치는 영상에서 잡음이 제거된 형광 산란 신호의 파장과 신호 세기를 이용하여 이미지로 매핑할 수 있다.
라만 산란 신호는 형광 산란 신호보다 정확도가 높으나, 신호의 세기가 작아서 오랫동안 신호를 측정해야하므로 측정시간이 길어질 수 있다.
반면, 형광 산란 신호는 형광 물질에 따라 색상이 변하므로, 식별이 용이하나 라만 산란 신호에 비하여 정확도가 낮을 수 있다. 따라서, 분석 대상 물질의 크기가 적을수록 바이오 광학 신호로 라만 산란 신호를 사용하는 실시예가 증가하고, 세포와 같이 분석 대상 물질의 크기가 클수록 바이오 광학 신호로 형광 산란 신호를 사용하는 실시예가 증가할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 분석 대상 물질에 형광 처리하는 과정의 일례이다.
단계(1310)에서 바이오 광학 신호 처리 장치는 삽입제(Intercalator)를 이용하여 형광 물질로 프라이머(primer)를 변성(denaturation)시킬 수 있다.
단계(1320)에서 바이오 광학 신호 처리 장치는 형광 물질(1301)을 분석 대상 물질에 결합시키는 프라이머 결합(primer annealing)을 수행할 수 있다. 이때, 중합효소(Tag, 1302)는 중합효소 연쇄반응이 일어나는 과정에서 가열과 냉각이 반복되면서 발생할 수 있는 열에 의한 변성을 막는 역할을 할 수 있다.
단계(1330)에서 바이오 광학 신호 처리 장치는 단계(1320)과 같이 결합된 구조를 연장(extension)함으로써, 형광 물질을 분석 대상 물질에 도포할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따라 형광 신호를 처리하는 바이오 광학 신호 처리 장치의 일례이다.
광원(1410)은 입사빔을 변조부(1420)로 조사할 수 있다. 이때, 입사빔의 파장 변화의 폭 및 세기 변화의 폭은 라만 산란 신호, 또는 레일리 산란 신호를 사용하기 위한 입사빔의 파장 변화의 폭 및 세기 변화의 폭보다 클 수 있다.
변조부(1420)는 확산 코드를 이용하여 입사빔을 대역 확산하여 변조된 입사빔(1421)을 출력할 수 있다.
이때, 변조된 입사빔(1421)은 제1 렌즈(1430)에서 형광 물질이 도포된 분석 대상 물질(1440)로 집광될 수 있다. 그리고, 변조된 입사빔(1421)이 형광 물질에 대응하는 파장으로 변환되어 출력되는 형광 산란 신호(1451)은 제2 렌즈(1450)를 통하여 복조부(1460)로 입사될 수 있다.
복조부(1460)는 변조부(1420)와 동일한 확산 코드(250)를 이용하여 형광 산란 신호를 복조함으로써, 형광 산란 신호(1451)에 포함된 잡음을 제거할 수 있다.
바이오 광학 신호 처리 장치의 이미징 처리부(1470)는 영상에서 잡음이 제거된 형광 산란 신호의 파장과 신호 세기를 이용하여 이미지로 매핑하여 표시할 수 있다
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 과정의 일례이다.
분석 대상 물질에서 발생한 바이오 광학 신호는 케이스 1(Case 1)에 도시된 바와 같이 그라운드 상태(ground state)인 기본값(1503)에서 에너지 준위(1501)까지 에너지가 증가하여 여기 상태(excited state)가 되었다가 케이스 2(Case 2)에 도시된 바와 같이 기본값(1503)까지 에너지가 감소할 수 있다.
바이오 광학 신호 중 형광 산란 신호(1511)는 도 15에 도시된 바와 같이 에너지 준위(1501)까지 에너지가 증가하였다가 기준값으로 감소할 수 있다.
반면, 바이오 광학 신호 중 라만 산란 신호(1512)는 도 15에 도시된 바와 같이 가상 준위(1502)까지 에너지가 증가하였다가 기준값(1503)으로 감소할 수 있다.
즉, 라만 산란 신호(1512)는 형광 산란 신호(1511)보다 에너지의 증가, 및 감소 범위가 좁으므로, 라만 산란 신호(1512)에 의하여 증가된 에너지가 기준값(1503)까지 감소하기까지의 시간인 생존 시간도 형광 산란 신호(1511)보다 짧을 수 있다.
그리고, 복조부(130)는 생존 시간이 종료되어 에너지가 기준값(1503)까지 감소하기 전에 바이오 광학 신호를 복조해야 하므로, 복조부(130)가 라만 산란 신호(1512)를 복조하는 속도는 복조부(130)가 형광 산란 신호(1511)를 복조하는 속도보다 빠를 수 있다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 광학 신호 처리 방법을 도시한 플로우차트이다.
단계(1610)에서 변조부(110)는 변조부(110)에 입사된 입사빔을 확산 코드로 변조할 수 있다.
단계(1620)에서 변조부(110)는 단계(1610)에서 변조된 입사빔을 분석 대상 물질(120)에 입사시킬 수 있다. 이때, 변조된 입사빔이 분석 대상 물질 (120)에서 산란되어 바이오 광학 신호가 발생할 수 있다.
단계(1630)에서 복조부(130)는 분석 대상 물질 (120)에서 산란되어 생성된 바이오 광학 신호를 수신할 수 있다.
단계(1640)에서 복조부(130)는 단계(1630)에서 수신한 바이오 광학 신호를 단계(1610)에서 사용한 확산 코드와 동일한 확산 코드를 사용하여 복조할 수 있다.
구체적으로, 복조부(130)는 확산 코드의 코드 시퀀스 길이만큼 후방산란된 신호로부터 라만 산란 신호를 복조함으로써, 잡음이 제거된 라만 산란 신호를 출력할 수 있다.
본 발명은 확산 코드로 입사빔을 변조하여 분석 대상 물질에 입사시키고, 입사빔에 의하여 분석 대상 물질에서 출력된 바이오 광학 신호를 입사빔의 변조에 사용한 확산 코드와 동일한 확산 코드로 변조함으로써, 바이오 광학 신호에서 잡음 형광 신호(Background Fluorescence)를 포함한 다양한 원인의 시스템 잡음들을 제거하여 바이오 광학 신호의 분해능 및 신호대 잡음비를 증가시킬 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 변조부
120: 분석 대상 물질
130: 복조부
120: 분석 대상 물질
130: 복조부
Claims (17)
- 확산 코드로 입사빔을 변조하고, 변조된 입사빔을 분석 대상 물질로 조사하는 변조부
를 포함하고,
상기 변조된 입사빔은,
상기 분석 대상 물질에서 산란되어 상기 변조된 입사빔과 상관성을 가지는 바이오 광학 신호를 발생시키며,
상기 바이오 광학 신호는,
상기 확산 코드로 복조되어 잡음이 제거되는 바이오 광학 신호 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 변조부는,
상기 바이오 광학 신호가 라만 산란 신호인 경우, 자기 형광 신호(auto-fluorescence)보다 높은 주파수를 이용하여 입사빔을 변조하는 바이오 광학 신호 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 변조부는,
상기 바이오 광학 신호의 생존 시간에 따라 상기 입사빔의 변조 속도를 결정하는 바이오 광학 신호 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 입사빔은
상기 바이오 광학 신호의 타입에 따라 파장 변화의 폭, 및 세기 변화의 폭이 결정되는 바이오 광학 신호 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 확산 코드로 복조되어 잡음이 제거되는 바이오 광학 신호는,
상기 확산 코드의 길이에 비례하는 신호대 잡음비를 가지는 바이오 광학 신호 처리 장치. - 확산 코드로 변조된 입사빔이 분석 대상 물질에서 산란되어 발생한 바이오 광학 신호를 수집하고, 상기 바이오 광학 신호를 상기 확산 코드로 복조하여 상기 바이오 광학 신호에 포함된 잡음을 제거하는 복조부
를 포함하고,
상기 바이오 광학 신호는,
상기 변조된 입사빔과의 상관성을 가지는 바이오 광학 신호 처리 장치. - 제6항에 있어서,
상기 복조부는,
상기 바이오 광학 신호의 생존 시간에 따라 상기 바이오 광학 신호의 복조 속도를 결정하는 바이오 광학 신호 처리 장치. - 제6항에 있어서,
상기 확산 코드로 복조된 바이오 광학 신호는,
상기 확산 코드의 길이에 비례하는 신호대 잡음비를 가지는 바이오 광학 신호 처리 장치. - 확산 코드로 입사빔을 변조하고, 변조된 입사빔을 분석 대상 물질로 조사하는 변조부; 및
상기 변조된 입사빔이 분석 대상 물질에서 산란되어 발생한 바이오 광학 신호를 수집하고, 상기 바이오 광학 신호를 상기 확산 코드로 복조하여 상기 바이오 광학 신호에 포함된 잡음을 제거하는 복조부
를 포함하고,
상기 바이오 광학 신호는,
상기 변조된 입사빔과의 상관성을 가지는 바이오 광학 신호 처리 장치. - 확산 코드로 입사빔을 변조하는 단계; 및
변조된 입사빔을 분석 대상 물질로 조사하는 단계
를 포함하고,
상기 변조된 입사빔은,
상기 분석 대상 물질에서 산란되어 상기 변조된 입사빔과 상관성을 가지는 바이오 광학 신호를 발생시키며,
상기 바이오 광학 신호는,
상기 확산 코드로 복조되어 잡음이 제거되는 바이오 광학 신호 처리 방법. - 제10항에 있어서,
상기 변조하는 단계는,
상기 바이오 광학 신호가 라만 산란 신호인 경우, 자기 형광 신호보다 높은 주파수를 이용하여 입사빔을 변조하는 바이오 광학 신호 처리 방법. - 제10항에 있어서,
상기 변조하는 단계는,
상기 바이오 광학 신호의 생존 시간에 따라 상기 입사빔의 변조 속도를 결정하는 바이오 광학 신호 처리 방법. - 제10항에 있어서,
상기 입사빔은
상기 바이오 광학 신호의 타입에 따라 파장 변화의 폭, 및 세기 변화의 폭이 결정되는 바이오 광학 신호 처리 방법. - 제10항에 있어서,
상기 확산 코드로 복조되어 잡음이 제거되는 바이오 광학 신호는,
상기 확산 코드의 길이에 비례하는 신호대 잡음비를 가지는 바이오 광학 신호 처리 방법. - 확산 코드로 변조된 입사빔이 분석 대상 물질에서 산란되어 발생한 바이오 광학 신호를 수집하는 단계; 및
상기 바이오 광학 신호를 상기 확산 코드로 복조하여 상기 바이오 광학 신호에 포함된 잡음을 제거하는 단계
를 포함하고,
상기 바이오 광학 신호는,
상기 변조된 입사빔과의 상관성을 가지는 바이오 광학 신호 처리 방법. - 제15항에 있어서,
상기 잡음을 제거하는 단계는,
상기 바이오 광학 신호의 생존 시간에 따라 상기 바이오 광학 신호의 복조 속도를 결정하는 바이오 광학 신호 처리 방법. - 제15항에 있어서,
상기 확산 코드로 복조된 바이오 광학 신호는,
상기 확산 코드의 길이에 비례하는 신호대 잡음비를 가지는 바이오 광학 신호 처리 방법.
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