KR20210041157A - Real-Time Biopsy Analysis System and Method Thereof - Google Patents

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KR20210041157A
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Abstract

Disclosed are a real-time biological tissue analysis system capable of determining types of biological tissues in real time by analyzing a fluorescence ratio of a fluorescence signal excited from a biological tissue, and a method thereof. It is possible to determine the types of biological tissues in real time by spectroscopy of a fluorescence signal of the biological tissue generated in the form of complex light to measure the same by wavelength, and by analyzing the fluorescence signal ratio using the overlapping wavelengths of the measured signals. Accordingly, it is possible to solve problems appertaining to the conventional biopsy, which include time delay, burden on the patient's body, and additional cost.

Description

실시간 생체조직 분석 시스템 및 방법{Real-Time Biopsy Analysis System and Method Thereof}Real-Time Biopsy Analysis System and Method Thereof}

본 발명은 실시간 생체조직 분석 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생체 조직에서 여기된 형광 신호의 형광 비율을 분석하여 실시간으로 생체조직의 종류를 판별할 수 있는 실시간 생체조직 분석 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time biological tissue analysis system and method, and more particularly, to a real-time biological tissue analysis system and method capable of determining the type of biological tissue in real time by analyzing the fluorescence ratio of the fluorescence signal excited in the biological tissue. About.

현대인의 사망원인 1위인 암은 병이 지속됨에 따라 완치율과 생존율이 급격하게 떨어지기 때문에 병을 조기에 진단하는 것이 매우 중요하다.Cancer, the number one cause of death in modern people, is very important to diagnose the disease early because the cure rate and survival rate drop sharply as the disease persists.

암의 발병 여부를 확실하게 진단하기 위해서는 생체검사를 실시하여야 하는데, 현재의 조직 세포의 이상 유무를 알기 위해 가장 많이 실시하는 생체검사 방법은 물리적 생검(생체검사)으로, 구강 또는 항문 등을 통해 내시경의 형태로 카메라와 겸자를 체내에 삽입하여 이상 조직으로 의심되는 부분을 물리적으로 채취하고 이후 절개, 염색, 배양 등의 과정들을 통해 최종적으로 조직 세포의 이상 여부를 판단하는 것이다.In order to reliably diagnose the onset of cancer, a biopsy must be performed. The most frequently performed biopsy method to determine the presence of abnormalities in the current tissue cells is a physical biopsy (biopsy), which is endoscopy through the oral cavity or anus. The camera and forceps are inserted into the body to physically collect the suspected part of the abnormal tissue, and finally determine whether the tissue cells are abnormal through processes such as incision, staining, and culture.

이러한 생체검사 방법은 검사를 실시하는 전문의의 경험과 기술에 크게 의존하며, 이상 조직이 육안으로 식별될 수 없는 작은 크기인 경우와 표면으로 돌출되지 않고 매복 되어있어 발견되지 못하는 경우에는 생체검사 자체가 이루어질 수 없다는 문제점이 있다.This biopsy method is highly dependent on the experience and skill of the specialist performing the test, and if the abnormal tissue is of a small size that cannot be identified with the naked eye, or if the abnormal tissue is not protruding to the surface and is buried and cannot be detected, the biopsy itself is performed. There is a problem that it cannot be achieved.

또한, 생체검사가 실시되더라도 최종적인 조직 세포의 이상 유무를 확인하기 위해서는 복잡한 검사 과정에 따른 시간적인 지연이 발생하게 된다. 그리고 치명적인 단점으로 환자의 건강상태를 확인하기 위한 검사방법임에도 불구하고 물리적인 조직 채취를 통해 오히려 환자의 건강에 부담을 주고 2차 감염의 문제가 수반되는 등의 여러 문제점을 가지고 있다.In addition, even if a biopsy is performed, a time delay occurs due to a complicated examination process in order to confirm the final tissue cell abnormality. In addition, although it is a fatal disadvantage that is a test method to check the health status of a patient, it has several problems, such as a burden on the patient's health through physical tissue collection and a secondary infection problem.

이러한 물리적인 생체검사의 대안으로 제시되는 가장 대표적인 비침습적 검사방법은 광학적 생체검사이다.The most representative non-invasive test method suggested as an alternative to such a physical biopsy is an optical biopsy.

광학적 생체검사를 구현할 경우 기존의 물리적 생체검사와는 다르게 육안으로 확인하기 어려운 작은 크기 또는 매복 되어있는 이상 조직 등을 확인할 수 있고, 복잡한 검사 과정을 간소화하여 시간적인 지연 문제를 해결할 수 있다. 또한 가장 치명적인 문제인 물리적 조직 채취에 따른 환자의 신체적 부담이나 2차 감염 문제로부터 자유로워지며, 추가적으로 검사 과정의 간소화와 전문의 필요의 감소로 인한 비용 절감 효과 역시 기대할 수 있는 등 기존 생체검사 방법(물리적 생검)에서 발생하는 대부분의 문제를 해소할 수 있는 많은 장점이 있다.When implementing an optical biopsy, unlike a conventional physical biopsy, it is possible to check a small size that is difficult to check with the naked eye or an abnormal tissue that is buried, and it is possible to solve the temporal delay problem by simplifying a complex inspection process. In addition, it is free from the physical burden of the patient due to physical tissue collection, which is the most fatal problem, or from secondary infection, and additionally simplifies the examination process and reduces the need for specialists, thereby reducing costs. There are many advantages that can solve most of the problems arising from biopsy).

이러한 장점 때문에 생체조직에 광을 조사할 때 발생하는 다양한 광학적 현상(반사, 회절, 형광 등)을 이용한 생체조직 분석 시도 및 선행기술 개발이 이루어지고 있으며, 이중에서도 형광의 발생은 그 차이가 물질이 가진 고유한 분자구조에 기인한다는 점 때문에 의료 분야뿐만 아니라 다양한 영역에서 물질 분석 기법으로 주목받고 있다.Because of these advantages, attempts and prior art developments have been made to analyze biological tissues using various optical phenomena (reflection, diffraction, fluorescence, etc.) that occur when light is irradiated on biological tissues. Due to its unique molecular structure, it is attracting attention as a material analysis technique not only in the medical field but also in various fields.

또한, 형광은 인광과 다르게 그 물리적인 원리에 따라 광 흡수 이후 빠른 시간(10-9~10-7초) 안에 고유 파장이 발생되는 특성이 있기 때문에 신속하고 즉각적인 분별이 요구되는 생체검사 등의 의료 분야에서 많은 장점을 가진 기술로 더욱 요구되고 있다.In addition, unlike phosphorescence, since fluorescence has a characteristic that a natural wavelength is generated within a short time (10 -9 ~ 10 -7 seconds) after light absorption according to its physical principle, medical examinations such as biopsy that require rapid and immediate identification are required. As a technology with many advantages in the field, it is more demanded.

그러나, 형광 분석은 물질이 가진 고유한 분자구조에 기인하여 형광 신호의 차이가 발생하는 원리에 따라 가장 명확하게 물질 분석 결과를 도출할 수 있어 물질 분석에 관한 연구에 빠르게 적용되고 있음에도 아직까지 생체검사 등의 의료 분야에서는 상용화되지 못하고 있는 실정이다.However, since fluorescence analysis can most clearly derive the material analysis result according to the principle that the difference in fluorescence signal occurs due to the unique molecular structure of the material, it is still being rapidly applied to research on material analysis. It has not been commercialized in such medical fields.

이는 생체조직에서 발생하는 형광 신호에 대한 연구 부족으로, 형광을 이용한 광학적 생체검사 기술이 단순히 생체조직에 광원을 조사하여 그로부터 발생하는 형광 신호를 실시간으로 수집하는 수준에 그치고 있기 때문이다. 생체조직에서 발생하는 형광 신호는 단일광이 아닌 복합광 형태로 나타나기 때문에, 단순히 실시간으로 형광 신호를 수집하는 것으로는 실시간 생체검사를 구현할 수 없다.This is because there is a lack of research on fluorescence signals generated in living tissues, and optical biopsy technology using fluorescence is merely irradiating a light source on living tissues and collecting fluorescence signals generated therefrom in real time. Since the fluorescence signal generated in the living tissue appears in the form of complex light rather than single light, real-time biopsy cannot be implemented simply by collecting the fluorescence signal in real time.

한국등록특허 10-1172745Korean Patent Registration 10-1172745

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 생체조직의 종류에 따른 고유한 형광 신호를 분광하여 파장별로 측정하고, 파장별로 측정된 형광 신호들의 중첩 파장 지점에 대한 형광 신호 비율 정보를 이용하여 실시간으로 생체조직의 종류를 판별할 수 있는 실시간 생체조직 분석 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to measure the fluorescence signal by wavelength by spectroscopic measurement of a unique fluorescence signal according to the type of biological tissue, and by using the fluorescence signal ratio information for the overlapping wavelength point of the fluorescence signals measured by wavelength, the biological tissue can be measured in real time. It is to provide a real-time biological tissue analysis system and method capable of discriminating the type.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시간 생체조직 분석 시스템은 생체조직의 종류에 따른 고유한 형광 신호를 분광하여 파장별로 측정하고, 상기 파장별로 측정된 형광 신호들의 각 피크(peak)가 중첩되는 중첩 파장 지점을 이용한 형광 신호의 비율 정보 데이터를 저장하는 형광정보 수집부 및 상기 형광정보 수집부에 저장된 정보를 기반으로 상기 형광 신호의 파장을 필터링하여 실시간으로 생체조직의 종류를 판별하는 생체조직 분석부를 포함한다.In the real-time biological tissue analysis system of the present invention for solving the above problem, the unique fluorescence signal according to the type of biological tissue is measured for each wavelength, and each peak of the fluorescence signals measured for each wavelength is overlapped. A fluorescence information collection unit that stores ratio information data of a fluorescence signal using a wavelength point, and a biological tissue analysis unit that determines the type of biological tissue in real time by filtering the wavelength of the fluorescence signal based on the information stored in the fluorescence information collection unit. Includes.

상기 중첩 파장 지점은, 상기 중첩되는 피크 중 가장 먼저 중첩된 피크에 해당하는 기준 중첩 지점 및 상기 기준 중첩 지점 이후에 중첩된 피크들에 해당하는 부분 중첩 지점들을 포함할 수 있다.The overlapping wavelength point may include a reference overlapping point corresponding to the first overlapping peak among the overlapping peaks, and partial overlapping points corresponding to peaks overlapping after the reference overlapping point.

상기 형광 신호 정보는, 상기 기준 중첩 지점을 기준으로 광을 차단하여 수집된 전체 형광 신호 및 상기 부분 중첩 지점들을 기준으로 광을 차단하여 수집된 부분 형광 신호를 포함하고, 상기 전체 형광 신호에 대한 상기 부분 형광 신호의 비율 차이를 추출하여 저장된 정보일 수 있다.The fluorescence signal information includes an entire fluorescence signal collected by blocking light based on the reference overlapping point and a partial fluorescence signal collected by blocking light based on the partial overlapping point, and the It may be information stored by extracting the difference in the ratio of the partial fluorescence signal.

상기 형광정보 수집부는, 상기 생체조직으로 광을 조사하는 제1 광원부, 상기 형광 신호를 검출하기 위해 외부 간섭광을 차단하기 위한 반응부, 상기 생체조직에서 여기된 형광 신호를 감지하는 감지부 및 상기 생체조직에 따른 고유한 형광 정보를 저장하는 제어부를 포함할 수 있다.The fluorescence information collection unit includes: a first light source unit for irradiating light to the living tissue, a reaction unit for blocking external interference light to detect the fluorescence signal, a detection unit for detecting a fluorescence signal excited from the living tissue, and the It may include a control unit for storing unique fluorescence information according to the biological tissue.

상기 감지부는, 상기 감지부로 입사하는 상기 형광 신호의 파장을 조절하는 분광부 및 상기 분광부에서 파장이 조절된 형광 신호를 센싱하는 센서부를 포함할 수 있다.The sensing unit may include a spectroscopic unit that adjusts a wavelength of the fluorescent signal incident on the sensing unit, and a sensor unit that senses a fluorescent signal whose wavelength is adjusted by the spectroscopic unit.

상기 분광부는 분광기(Monochromator) 또는 광학계(Optical System)를 포함할 수 있다.The spectroscope may include a monochromator or an optical system.

상기 제1 광원부 및 상기 감지부는 광섬유 유닛을 이용하여 상기 반응부와 연결될 수 있다.The first light source unit and the sensing unit may be connected to the reaction unit using an optical fiber unit.

상기 광섬유 유닛은, 상기 제1 광원부와 상기 반응부를 연결하는 제1 광섬유 및 상기 감지부와 상기 반응부를 연결하되, 상기 제1 광섬유를 둘러싸도록 다수 배치된 제2 광섬유를 포함할 수 있다.The optical fiber unit may include a first optical fiber connecting the first light source unit and the reaction unit, and a second optical fiber connecting the sensing unit and the reaction unit, and arranged to surround the first optical fiber.

상기 생체조직 분석부는, 몸체, 상기 몸체의 중심에 배치되고, 상기 형광 신호를 발생시키기 위한 광을 상기 생체조직에 전달하는 제2 광원부, 상기 제2 광원부 주변에 배치되고, 상기 형광 신호를 감지하되, 상기 중첩 파장 지점을 기준으로 차단된 형광 신호를 감지하는 감지 유닛 및 상기 제2 광원부 및 상기 감지 유닛 하단에 위치하여, 상기 감지 유닛에서 감지된 상기 형광 신호의 전도도 차이를 비율로 출력하는 회로부를 포함할 수 있다.The biological tissue analysis unit may include a body, a second light source unit disposed at the center of the body and transmitting light for generating the fluorescent signal to the biological tissue, disposed around the second light source unit, and detecting the fluorescent signal. , A detection unit for detecting a blocked fluorescence signal based on the overlapping wavelength point, and a circuit unit located below the second light source unit and the detection unit, and outputting a difference in conductivity of the fluorescent signal detected by the detection unit as a ratio Can include.

상기 감지 유닛은, 상기 몸체 상부에 배치되고, 상기 중첩 파장 지점에 해당하는 파장을 필터링 하기 위한 필터 및 상기 필터 하부에 배치되고, 상기 필터를 통해 입사된 상기 형광 신호를 센싱하기 위한 형광 센서를 포함할 수 있다.The sensing unit includes a filter disposed above the body and filtering a wavelength corresponding to the overlapping wavelength point, and a fluorescence sensor disposed below the filter and sensing the fluorescence signal incident through the filter. can do.

상기 필터는 상기 형광 센서에 입사되는 상기 형광 신호의 광량이 각각 다르도록 형성될 수 있다.The filter may be formed to have different amounts of light of the fluorescent signal incident on the fluorescent sensor.

상기 형광정보 수집부 또는 상기 생체조직 분석부는 상기 생체조직을 측정시, 상기 생체조직에 접촉되도록 배치될 수 있다.The fluorescence information collection unit or the biological tissue analysis unit may be arranged to be in contact with the biological tissue when measuring the biological tissue.

상기 감지 유닛의 개수는 상기 중첩 파장 지점의 개수와 동일한 개수를 갖을 수 있다.The number of sensing units may have the same number as the number of overlapping wavelength points.

상기 감지 유닛은 상기 제2 광원부로부터 동일한 거리가 이격되도록 각각 배치될 수 있다.Each of the sensing units may be arranged such that the same distance is spaced apart from the second light source unit.

상기 형광 센서는, 기판, 상기 기판 상에 형성되고, IDT구조로 형성된 전극 및 상기 전극 상에 형성되고, 지그재그 형상으로 형성된 산화아연 나노로드(ZnO Nanorods)층을 포함할 수 있다.The fluorescent sensor may include a substrate, an electrode formed on the substrate and formed in an IDT structure, and a zinc oxide nanorods layer formed on the electrode and formed in a zigzag shape.

상기 회로부는, 상기 감지 유닛의 개수와 동일한 개수를 갖고, 서로 병렬로 연결된 형광 센서 저항 및 상기 형광 센서 저항과 대응되도록 상기 형광 센서 저항과 각각 직렬로 연결된 로드 저항을 포함하고, 상기 형광 센서 저항 및 상기 로드 저항은 상기 감지 유닛에서 각각 감지된 상기 형광 신호의 전도도 차이를 출력하기 위해 휘스톤 브리지(Wheatstone Bridge) 형태를 갖을 수 있다.The circuit unit has a number equal to the number of detection units, and includes a fluorescent sensor resistor connected in parallel with each other and a load resistor connected in series with the fluorescent sensor resistor so as to correspond to the fluorescent sensor resistance, and the fluorescent sensor resistor and The load resistor may have a shape of a Wheatstone Bridge in order to output a difference in conductivity of the fluorescent signal detected by the sensing unit, respectively.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시간 생체조직 분석 시스템의 분석방법은 생체조직의 종류에 따른 고유한 형광 신호를 형광정보 수집부를 이용하여 분광 후 파장별로 측정하는 단계, 상기 파장별로 측정된 형광 신호들의 각 피크(peak)가 중첩되는 중첩 파장 지점을 설정하는 단계, 상기 중첩 파장 지점에 대한 형광 신호 비율 정보를 저장하는 단계 및 상기 저장된 형광 신호 비율 정보를 기반으로 생체조직 분석부를 통해 상기 형광 신호의 파장을 필터링하여 실시간으로 생체조직의 종류를 판별하는 단계를 포함한다.The analysis method of the real-time biological tissue analysis system of the present invention for solving the above problem includes the steps of measuring a unique fluorescence signal according to the type of biological tissue by wavelength after spectroscopy using a fluorescence information collection unit, and the fluorescence signal measured for each wavelength. Setting an overlapping wavelength point at which each peak of the field overlaps, storing the fluorescence signal ratio information for the overlapping wavelength point, and the fluorescence signal through a biological tissue analysis unit based on the stored fluorescence signal ratio information. And determining the type of biological tissue in real time by filtering the wavelength.

상기 중첩 파장 지점을 설정하는 단계는, 상기 파장별로 측정된 형광 신호들에 대해 중첩되는 피크를 확인하는 단계, 상기 중첩되는 피크 중 가장 먼저 중첩된 피크에 해당하는 기준 중첩 지점을 설정하는 단계 및 상기 기준 중첩 지점 이후에 중첩된 피크들에 해당하는 부분 중첩 지점들을 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The setting of the overlapping wavelength point may include checking an overlapping peak for the fluorescence signals measured for each wavelength, setting a reference overlapping point corresponding to the first overlapping peak among the overlapping peaks, and the The step of setting partial overlapping points corresponding to the overlapping peaks after the reference overlapping point may be further included.

상기 형광 신호 정보를 저장하는 단계는, 상기 기준 중첩 지점을 기준으로 광을 차단하여 전체 형광 신호를 수집하는 단계, 상기 부분 중첩 지점들을 기준을 광을 차단하여 부분 형광 신호를 수집하는 단계 및 상기 전체 형광 신호에 대한 상기 부분 형광 신호의 비율 차이를 추출하여 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.The storing of the fluorescence signal information includes: collecting a full fluorescence signal by blocking light based on the reference overlapping point, collecting a partial fluorescence signal by blocking light based on the partial overlapping points, and It may further include the step of extracting and storing the difference in the ratio of the partial fluorescence signal to the fluorescence signal.

상기 실시간으로 생체조직의 종류를 판별하는 단계는, 상기 생체조직에서 여기된 형광 신호를 감지하는 단계, 상기 감지된 형광 신호를 상기 중첩 파장 지점을 기준으로 필터링하여 센싱하는 단계 및 상기 센싱된 형광 신호를 상기 저장된 형광 신호 정보와 비교하여 생체조직의 종류를 판별하는 단계를 더 포함할 수 있다.The determining of the type of biological tissue in real time includes: detecting a fluorescent signal excited from the biological tissue, filtering the detected fluorescent signal based on the overlapping wavelength point and sensing the sensed fluorescent signal. It may further include the step of determining the type of biological tissue by comparing the stored fluorescence signal information.

본 발명에 따르면, 복합광 형태로 발생하는 생체조직의 형광 신호를 분광하여 파장별로 측정하고, 측정된 신호들의 중첩 파장을 이용하여 형광 신호 비율을 분석함으로써 실시간으로 생체조직의 종류를 판별할 수 있다. 따라서, 종래의 생체검사에 따른 시간적 지연, 환자의 신체 부담 및 추가비용 등에 대한 문제를 해결할 수 있다.According to the present invention, it is possible to determine the type of biological tissue in real time by spectroscopically measuring a fluorescence signal of a biological tissue generated in the form of a complex light and measuring the fluorescence signal ratio by using the overlapping wavelength of the measured signals. . Accordingly, it is possible to solve problems such as a time delay, a physical burden of a patient, and an additional cost according to a conventional biopsy.

또한, 내시경 형태의 생체검사 모듈에 국한되지 않고, 표면으로 들어나는 피부조직의 이상 상태 확인, 종양 확인 및 제거를 위한 절개 수술에 있어서 육안으로 식별이 어려운 조직 세포의 판별 등 실시간으로 조직 세포의 분별이나 이상여부 확인이 필요한 곳이면 어디든 활용 가능하다.In addition, it is not limited to the biopsy module in the form of an endoscope, and the identification of tissue cells in real time, such as the identification of tissue cells that are difficult to identify with the naked eye in an incision surgery for confirming and removing tumors, etc. It can be used wherever it is necessary to check whether or not there is an abnormality.

더 나아가, 종래의 물리적인 채취 이후 절개와 염색, 배양, 관찰 등의 일반적인 물질 분석법을 기초로 하고, 각 물질에서 발생하는 형광 파장 신호를 데이터화 하여 실시간 분석에 활용할 경우, 의료 분야뿐만 아니라 농업, 우주항공, 환경 분석 등 적용될 수 있는 범위가 광범위하다.Furthermore, if it is based on general material analysis methods such as incision, dyeing, cultivation, and observation after the conventional physical collection, and the fluorescence wavelength signal generated from each material is converted into data and used for real-time analysis, not only in the medical field, but also in agriculture and space. It has a wide range of applications such as aviation and environmental analysis.

본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 다양한 생체조직 세포의 세포시편을 나타낸 이미지이다.
도 2는 도 1에 도시된 각각의 생체조직 세포에 대한 고유 형광 파장을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시간 생체조직 분석 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 형광정보 수집부를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 형광정보 수집부의 연결 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 형광정보 수집부를 이용하여 생체조직을 측정하는 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 형광정보 수집부를 이용하여 생체조직의 형광 파장을 분석한 일실시예를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 생체조직 분석부를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 감지 유닛에 대한 배치 구조를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 형광 센서를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 회로부를 나타낸 회로도이다.
도 12는 본 발명의 실시간 생체조직 분석 시스템을 이용한 분석방법을 나타낸 순서도이다.
1 is an image showing cell specimens of various biological tissue cells.
FIG. 2 is a graph showing intrinsic fluorescence wavelengths for each of the biological tissue cells shown in FIG. 1.
3 is a block diagram showing the real-time biological tissue analysis system of the present invention.
4 is a block diagram showing a fluorescence information collection unit of the present invention.
5 is a diagram showing a connection configuration of a fluorescence information collection unit of the present invention.
6 is a view showing an embodiment of measuring a biological tissue using the fluorescence information collection unit of the present invention.
7 is a graph showing an embodiment of analyzing the fluorescence wavelength of a biological tissue using the fluorescence information collection unit of the present invention.
8 is a view showing a biological tissue analysis unit of the present invention.
9 is a diagram showing an arrangement structure of the sensing unit of the present invention.
10 is a diagram showing a fluorescence sensor of the present invention.
11 is a circuit diagram showing a circuit part of the present invention.
12 is a flow chart showing an analysis method using the real-time biological tissue analysis system of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are assigned the same reference numbers, and redundant descriptions thereof will be omitted. It should be.

도 1은 다양한 생체조직 세포의 세포시편을 나타낸 이미지이다.1 is an image showing cell specimens of various biological tissue cells.

도 2는 도 1에 도시된 각각의 생체조직 세포에 대한 고유 형광 파장을 나타낸 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing intrinsic fluorescence wavelengths for each of the biological tissue cells shown in FIG. 1.

여기서, 도 1(a)의 세포시편은 표피쪽 세포시편을 나타내고, 도 1(b)의 세포시편은 표피 안쪽, 즉 피아지방 세포시편을 나타내며, 도 1(c)의 세포시편은 암 세포에 대한 세포시편을 나타낸다. 또한, 도 2(a),(b),(c)는 도 1에 도시한 각각의 세포시편에서 여기된 고유 형광 파장을 측정한 그래프이다.Here, the cell specimen of Fig. 1(a) represents the epidermal side cell specimen, the cell specimen of Fig. 1(b) represents the inside of the epidermis, that is, the Pia fat cell specimen, and the cell specimen of Fig. 1(c) is used for cancer cells. Shows the cell specimen for In addition, FIGS. 2(a), (b), and (c) are graphs measuring intrinsic fluorescence wavelengths excited in each cell specimen shown in FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 도 2(a),(b)에 도시한 정상적인 세포의 형광 파장과 2(c)에 도시한 암세포의 형광 파장을 비교했을 때, 정상적인 세포와 암세포의 형광 파장은 형광 피크나 개형 차이는 크게 발생되지 않는 것을 확인할 수 있다.1 and 2, when comparing the fluorescence wavelengths of the normal cells shown in FIGS. 2(a) and 2(b) with the fluorescence wavelengths of the cancer cells shown in 2(c), the fluorescence wavelengths of the normal cells and the cancer cells It can be seen that the silver fluorescence peak or the shape difference does not occur significantly.

이는 고분자 단위의 생체조직에서 발생하는 형광 신호는 단일광이 아닌 복합광 형태이기 때문에 암세포와 같이 조직이 변이 되어도 복합광 파장의 피크나 개형 차이는 크게 발생하지 않는다. 즉, 사람을 포함한 포유류의 구성 물질 중 물을 제외한 가장 많은 비율을 차지하는 물질은 일반적으로 단백질이며, 단백질은 약 20개의 아미노산이 수많은 펩타이드 결합으로 서열을 이루는 연결체이다. 그러나 암처럼 세포가 변이되어도 이러한 아미노의 종류나 서열 또는 비율 등이 완전히 바뀌는 것은 아니기 때문이다.This is because the fluorescence signal generated in the biological tissue of the polymer unit is in the form of a complex light rather than a single light, so even if the tissue is mutated, such as a cancer cell, the peak or shape difference of the complex light wavelength does not occur. In other words, among the constituents of mammals including humans, the material that accounts for the largest proportion except for water is generally a protein, and a protein is a linkage in which about 20 amino acids form a sequence through numerous peptide bonds. However, even if cells are mutated like cancer, the kind, sequence, or ratio of amino acids does not change completely.

이러한 형광 파장의 결과로부터 생체조직의 형광 신호가 복합광 형태를 갖기 때문에 이를 판별하기 위해서는 분광을 하는 것이 필수적임을 확인할 수 있다. 또한 형광 신호의 파장 전체가 바뀔 정도의 큰 차이를 보이지 않기 때문에 분광의 해상도(Resolution) 역시 높아야 한다는 것을 확인할 수 있다.From the result of this fluorescence wavelength, it can be confirmed that it is essential to perform spectroscopy in order to discriminate it because the fluorescence signal of the living body has a complex light form. In addition, it can be seen that the spectral resolution must also be high because there is no significant difference such that the entire wavelength of the fluorescent signal changes.

광원 주사에 따른 형광의 발생은 자연적으로 이루어지기 때문에 이를 감지하는 것 자체는 실시간으로 진행될 수 있다. 허나, 복합광 형태의 형광 신호를 파장별로 측정하여 기록하는 것은 측정 영역(Range)과 해상도(Resolution) 등 측정 조건에 따라 파장 천이 시간이 최소 수십 초부터 많게는 수십 분까지 소요되고 또한 측정된 형광 신호 해석을 위해서 사용하는 알고리즘에 따라 추가적인 시간이 발생하기 때문에 실질적인 실시간 생체검사가 불가능하게 된다. 즉, 국소부위의 형광 정보를 얻는데 걸리는 시간이 수십 분이 되어, 측정이 요구되는 생체 조직의 전체적인 형광 신호를 분석하여 생체검사를 실시하는데 수 시간 이상이 걸릴 수 있기 때문이다.Since fluorescence is generated naturally according to the scanning of the light source, the detection itself can be performed in real time. However, measuring and recording a fluorescent signal in the form of a complex light by wavelength requires a wavelength transition time from at least tens of seconds to up to tens of minutes depending on measurement conditions such as measurement range and resolution, and the measured fluorescent signal Actual real-time biopsy is impossible because additional time is generated depending on the algorithm used for the analysis. In other words, it takes several tens of minutes to obtain fluorescence information of a local area, and it may take several hours or more to perform a biopsy by analyzing the entire fluorescence signal of a living tissue that is required to be measured.

따라서, 실시간으로 생체조직에 대한 생체검사를 구현하기 위해서는 수집되는 복합광 형태의 형광 신호를 분광하여 처리할 수 있는 방법 및 이를 구현하기 위한 물리적 장비가 필요하다.Accordingly, in order to implement a biopsy on a living tissue in real time, a method capable of spectral processing a fluorescent signal in the form of a complex light to be collected and physical equipment for implementing the same are required.

도 3은 본 발명의 실시간 생체조직 분석 시스템을 나타낸 블록도이다.3 is a block diagram showing the real-time biological tissue analysis system of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 실시간 생체조직 분석 시스템은 형광 신호 정보를 데이터와 하여 저장하는 형광정보 수집부(100) 및 형광정보 수집부(100)를 기반으로 실시간으로 생체조직의 종류를 판별하는 생체조직 분석부(200)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the real-time biological tissue analysis system according to the present invention determines the type of biological tissue in real time based on the fluorescence information collection unit 100 and the fluorescence information collection unit 100 for storing fluorescence signal information with data. It includes a biological tissue analysis unit 200 to determine.

형광정보 수집부(100)는 생체조직의 종류에 따른 고유한 형광 신호를 분광하여 파장별로 측정하고, 파장별로 측정된 형광 신호들의 각 피크(peak)가 중첩되는 중첩 파장 지점에 대한 형광 신호 정보를 저장한다.The fluorescence information collection unit 100 spectroscopes a unique fluorescence signal according to the type of biological tissue and measures it by wavelength, and collects fluorescence signal information on an overlapping wavelength point at which each peak of the fluorescence signals measured by wavelength overlaps. Save it.

또한, 형광정보 수집부(100)는 제1 광원부(110), 반응부(120), 감지부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다.In addition, the fluorescence information collection unit 100 may include a first light source unit 110, a reaction unit 120, a detection unit 130, and a control unit 140.

도 4는 본 발명의 형광정보 수집부를 나타낸 블록도이다.4 is a block diagram showing a fluorescence information collection unit of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 형광정보 수집부(100)의 제1 광원부(110)는 광원으로부터 형광을 여기시키는 여기광을 방출하여 생체조직으로부터 형광 신호를 여기시킨다.Referring to FIG. 4, the first light source unit 110 of the fluorescence information collecting unit 100 according to the present invention emits excitation light that excites fluorescence from a light source to excite a fluorescence signal from a living tissue.

여기서, 조사할 광원이 특정 파장으로 고정된 경우는 고유한 파장을 지닌 LED 또는 레이저를 사용하여 시스템의 소형화할 수 있고, 비용을 감소 및 편의성의 증가 등 다양한 이점에 활용될 수 있다. 또한, 측정하고자 하는 생체조직의 형광 파장 범위를 확인할 수 없어 조사 광원의 파장을 특정할 수 없는 경우는 조사 광원의 파장이 형광 신호 파장과 중복되어 검출되지 못하는 것을 방지하기 위해 Xe 램프와 같은 백색 광원과 분광기(Monochromator)를 구비하여 조사 광원의 파장이 유동적으로 조절되도록 할 수 있다.Here, when the light source to be irradiated is fixed to a specific wavelength, the system can be miniaturized by using an LED or laser having a unique wavelength, and it can be utilized for various advantages such as reducing cost and increasing convenience. In addition, if the wavelength of the irradiation light source cannot be specified because the fluorescence wavelength range of the biological tissue to be measured cannot be identified, a white light source such as an Xe lamp is used to prevent detection because the wavelength of the irradiation light source overlaps with the fluorescence signal wavelength. By providing a monochromator, the wavelength of the irradiation light source can be flexibly adjusted.

반응부(120)는 생체조직에서 여기된 형광 신호를 검출하기 위해 외부 간섭광을 차단하는 역할을 수행한다.The reaction unit 120 serves to block external interference light in order to detect a fluorescent signal excited from a living tissue.

즉, 반응부(120)는 암실(Dark Box) 형태로 제작되며, 측정 대상이 되는 생체조직 또는 시편의 종류 및 크기에 따라 다양하게 제작될 수 있다. 또한, 반응부(120)는 조사되는 광원의 광도와 비교하여 1% 미만의 미약한 광도를 나타내는 형광 신호를 검출하는데 방해가 되는 외부 간섭광을 철저히 차단하는 환경으로 형성될 수 있다.That is, the reaction unit 120 is manufactured in the form of a dark box, and may be manufactured in various ways according to the type and size of a biological tissue or specimen to be measured. In addition, the reaction unit 120 may be formed in an environment that thoroughly blocks external interference light that interferes with detecting a fluorescent signal having a weak luminous intensity of less than 1% compared to the luminous intensity of the irradiated light source.

감지부(130)는 생체조직에서 여기된 형광 신호를 감지하는 역할을 수행한다. 또한, 감지부(130)는 분광부(131) 및 센서부(132)를 포함할 수 있다.The detection unit 130 serves to detect a fluorescence signal excited from a living tissue. In addition, the sensing unit 130 may include a spectroscopic unit 131 and a sensor unit 132.

분광부(131)는 감지부(130)로 입사되는 광학 신호의 파장을 조절하는 역할을 수행한다. 이를 위해, 분광부(131)는 분광기(Monochromator) 또는 광학계(Optical System)가 사용될 수 있다.The spectroscopic unit 131 serves to adjust a wavelength of an optical signal incident on the sensing unit 130. To this end, the spectroscope 131 may be a spectroscope (Monochromator) or an optical system (Optical System).

허나, 분광기는 생체조직의 형광 신호 측정시 파장의 범위(Range), 간격(Interval), 지연시간(Delay time) 등 측정 조건에 따라 분광기의 파장 천이 시간이 수 초에서 수십 분까지 많이 소요되기 때문에 생체조직의 상태가 빠르게 변할 수 있는 실험 환경에서는 연속적인 측정이 제한된다. 또한 형광 분석에 분광기를 사용할 경우 분광기 내부를 지나면서 발생하는 신호의 감쇄로 발생된 형광 신호의 총량 대비 측정 가능한 형광 신호의 양이 적어지게 되어 미약한 형광 신호 측정에 불리하다.However, since the spectrometer takes a lot of time from a few seconds to several tens of minutes depending on the measurement conditions such as the range of the wavelength, the interval, and the delay time when measuring the fluorescence signal of a living tissue. In an experimental environment where the state of living tissue can change rapidly, continuous measurement is limited. In addition, when a spectroscope is used for fluorescence analysis, the amount of measurable fluorescence signal is reduced compared to the total amount of fluorescence signal generated by attenuation of the signal generated while passing through the spectrometer, which is disadvantageous in measuring weak fluorescence signals.

이러한 단점을 보완하기 위해 본 발명의 분광부(131)는 분광기보다 광학계를 적용하는 것이 바람직하다.In order to compensate for these shortcomings, it is preferable to apply an optical system to the spectroscope 131 of the present invention rather than a spectrometer.

광학계는 광학필터(Optical Filter), 집광렌즈 등을 포함하여 구성될 수 있다. 현재 수 만원대의 저가 광학 필터(LPF(Long Pass Filter), SPF(Short Pass Filter) 등) 역시 O.D.(Optical Density)5 이상, Transmittance 90% 이상 등 고성능을 가지고 있기 때문에 특정 파장 영역 분광이 가능한 분광부(131)를 저비용으로 구성할 수 있으며, 이는 분광기 사용과는 달리 신호 감쇄가 매우 적고(투과율 90% 이상), 집광렌즈 등을 통한 광학계 구성으로 형광 신호를 집약할 수 있어, 미약한 세기의 형광 신호를 감지하는데 매우 유리하다. 허나, 측정 범위를 과도하게 넓게 설정할 경우, 사용되는 센서(PMT 등)의 SR(Spectral Response)에 따라 발생하는 신호 세기의 오차가 증가할 수 있어, 형광 신호 해석시 SR을 반드시 고려해야 한다.The optical system may include an optical filter, a condensing lens, and the like. Currently, low-cost optical filters (Long Pass Filter (LPF), Short Pass Filter (SPF), etc.) of tens of thousands of won have high performance such as OD (Optical Density) 5 or higher and Transmittance 90% or higher. (131) can be configured at low cost, and unlike the use of a spectrometer, signal attenuation is very small (transmittance of 90% or more), and fluorescence signals can be concentrated by configuring an optical system through a condensing lens. It is very advantageous for detecting the signal. However, if the measurement range is set excessively wide, the error in signal intensity generated according to the SR (Spectral Response) of the sensor (PMT, etc.) to be used may increase. Therefore, the SR must be taken into account when analyzing the fluorescence signal.

센서부(132)는 실질적인 형광 신호를 감지하는 역할을 수행한다. 또한, 센서부(132)는 넓은 파장 영역의 광학 신호 감지가 가능한 고성능의 PMT(Photo Multiplier Tube) 또는 측정 대상에 따라 특정 파장 영역의 광학 신호 감지가 가능한 고감도 형광 센서(Fluorescence sensor)가 사용될 수 있다.The sensor unit 132 serves to detect a substantial fluorescence signal. In addition, the sensor unit 132 may be a high-performance PMT (Photo Multiplier Tube) capable of detecting optical signals in a wide wavelength range, or a high-sensitivity fluorescence sensor capable of detecting optical signals in a specific wavelength range according to a measurement object. .

일예로, 감지부(130)로 입사되는 광학 신호는 광원, 형광, 노이즈 등 다양한 파장을 가진 복합 신호이며, 측정을 희망하는 형광 신호 역시 파장의 분포가 다양하기 때문에 입력 신호의 파장별 세기 정보를 얻기 위해서는 감지부(130)로 입사되는 광학 신호를 분광하여 파장별로 센서부(132)에 전달하는 것이 필수적이다. 이에 따라 센서부(132)는 넓은 범위에서 파장별 세기를 감지할 수 있도록 PMT와 같이 측정범위가 넓으면서 감도가 뛰어난 광학 센서로 구성될 수 있다.As an example, the optical signal incident to the sensing unit 130 is a composite signal having various wavelengths such as light source, fluorescence, noise, etc., and since the fluorescence signal desired to be measured also has various wavelength distributions, the intensity information for each wavelength of the input signal is stored. In order to obtain it, it is essential to spectral the optical signal incident on the sensing unit 130 and transmit it to the sensor unit 132 for each wavelength. Accordingly, the sensor unit 132 may be configured as an optical sensor having a wide measurement range and excellent sensitivity, such as a PMT, so as to detect the intensity of each wavelength in a wide range.

허나, PMT는 높은 감지도와 넓은 측정 영역을 지닌 장점이 있지만, 전자 가속을 위해 진공관과 높은 전압을 걸어줄 수 있는 전력 제어기(Power Controller) 등이 요구되어 부피가 커진다는 단점이 있다. 따라서, 고효율 및 실시간 측정이 가능하고, 소형화된 고감도 형광 센서를 사용하는 것이 바람직하다.However, PMT has the advantage of having a high sensitivity and a wide measurement area, but has a disadvantage in that it requires a vacuum tube and a power controller capable of applying a high voltage for electron acceleration, resulting in an increase in volume. Therefore, it is desirable to use a highly sensitive fluorescent sensor that is capable of high-efficiency and real-time measurement, and is miniaturized.

제어부(140)는 생체조직에 따른 고유한 형광 정보를 저장하는 역할을 수행한다.The controller 140 serves to store unique fluorescence information according to a biological tissue.

또한, 제어부(140)는 데이터를 수집하기 위한 DAQ(Data Acquisition Unit), SMU(Source Measure Unit) 및 장비 제어를 위한 PC 등으로 구성될 수 있다.In addition, the control unit 140 may be composed of a data acquisition unit (DAQ) for collecting data, a source measure unit (SMU), and a PC for controlling equipment.

도 5는 본 발명의 형광정보 수집부의 연결 구성을 나타낸 도면이다.5 is a diagram showing a connection configuration of a fluorescence information collection unit of the present invention.

도 6은 본 발명의 형광정보 수집부를 이용하여 생체조직을 측정하는 일실시예를 나타낸 도면이다.6 is a view showing an embodiment of measuring a biological tissue using the fluorescence information collection unit of the present invention.

도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 광원부(110) 및 감지부(130)는 광섬유 유닛을 이용하여 반응부(120)와 서로 연결될 수 있다. 또한, 광섬유 유닛(150)은 제1 광원부(110)와 반응부(120)를 서로 연결하는 제1 광섬유(151) 및 감지부(130)와 반응부(120)를 서로 연결하는 제2 광섬유(152)를 포함할 수 있다. 즉, 제1 광원부(110)의 광원에서 조사되는 광은 제1 광섬유(151)를 통해 반응부(120) 내에 배치된 생체조직으로 전달되고, 광에 의해 생체조직에서 여기된 형광 신호가 제2 광섬유(152)를 통해 반응부(120)에서 감지부(130)로 전달될 수 있다.5 and 6, the first light source unit 110 and the detection unit 130 may be connected to the reaction unit 120 to each other using an optical fiber unit. In addition, the optical fiber unit 150 includes a first optical fiber 151 connecting the first light source unit 110 and the reaction unit 120 to each other, and a second optical fiber connecting the sensing unit 130 and the reaction unit 120 to each other. 152). That is, the light irradiated from the light source of the first light source unit 110 is transmitted to the biological tissue disposed in the reaction unit 120 through the first optical fiber 151, and the fluorescence signal excited by the biological tissue by the light is transmitted to the second It may be transmitted from the reaction unit 120 to the sensing unit 130 through the optical fiber 152.

여기서, 제1 광섬유(151)는 광섬유 유닛(150)의 중심에 배치될 수 있고, 제2 광섬유(152)는 제1 광섬유(151)를 둘러싸도록 다수 배치될 수 있다.Here, the first optical fiber 151 may be disposed at the center of the optical fiber unit 150, and a plurality of second optical fibers 152 may be disposed to surround the first optical fiber 151.

이는 반응부(120)에서 생체조직에 광원이 조사될 때 발생하는 형광 신호가 전방위로 발산되기 때문에 이와 같은 광섬유 유닛(150)의 배치는 형광 신호의 수광 효율을 향상시킬 수 있다.This is because the fluorescent signal generated when the light source is irradiated to the living tissue in the reaction unit 120 is emitted in all directions, so the arrangement of the optical fiber unit 150 can improve the light receiving efficiency of the fluorescent signal.

또한, 도 6(b)에서와 같이 본 발명의 형광정보 수집부(100)를 이용하여 생체조직과의 접촉 측정을 실시할 경우, 도 6(a)의 비접촉 측정시보다 반사된 광의 수집률을 낮추면서도 생체조직에 광을 더 많이 침투시켜 더 많은 형광의 발생되도록 할 수 있다. 따라서, 형광 신호 측정에서 반사된 광 등 불필요한 신호를 감쇄시킴으로써 입력신호 대비 형광 신호의 비율과 SNR(Signal to Noise Ratio)이 향상되는 효과를 갖는다.In addition, when the contact measurement with the living tissue is performed using the fluorescence information collecting unit 100 of the present invention as shown in FIG. 6(b), the collection rate of the reflected light is reduced compared to the non-contact measurement of FIG. 6(a). It is possible to generate more fluorescence by penetrating more light into living tissues while lowering. Accordingly, by attenuating unnecessary signals such as reflected light in the fluorescence signal measurement, the ratio of the fluorescence signal to the input signal and the signal to noise ratio (SNR) are improved.

이러한, 형광정보 수집부(100)를 이용하여 생체조직의 형광 신호를 측정하는 과정은 제1 광원부(110)의 광원에서 조사되는 광원이 생체조직에서 발생하는 형광 파장 영역보다 짧은 파장을 지닌 단색광을 반응부(120)에 전달하고, 반응부(120)에서는 생체조직에 조사된 광으로 인해 여기된 형광 파장이 감지부(130)로 전달되며, 감지부(130)에서는 분광부(131)를 통해 파장을 천이하며 형광 신호를 수광하여 최종적으로 제어부(140)에서 생체조직별 고유 형광 정보가 저장될 수 있다.In the process of measuring the fluorescence signal of a living body using the fluorescence information collecting unit 100, the light source irradiated from the light source of the first light source unit 110 generates monochromatic light having a shorter wavelength than the fluorescence wavelength region generated in the living tissue. The fluorescence wavelength is transmitted to the reaction unit 120, and in the reaction unit 120, the excited fluorescence wavelength due to the light irradiated to the living tissue is transmitted to the sensing unit 130, and in the sensing unit 130, through the spectroscopic unit 131. By shifting the wavelength and receiving the fluorescence signal, the controller 140 may finally store unique fluorescence information for each biological tissue.

여기서 생체조직별 고유 형광 정보는 파장별로 측정된 형광 신호들의 각 피크(peak)가 중첩되는 중첩 파장을 이용한 생체조직별 형광 신호의 비율에 대한 정보일 수 있다.Here, the unique fluorescence information for each biological tissue may be information on a ratio of a fluorescence signal for each biological tissue using an overlapping wavelength at which peaks of fluorescence signals measured for each wavelength overlap.

도 7은 본 발명의 형광정보 수집부를 이용하여 생체조직의 형광 파장을 분석한 일실시예를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing an embodiment of analyzing the fluorescence wavelength of a biological tissue using the fluorescence information collection unit of the present invention.

즉, 도 7은 도 1에 도시한 세포시편 각각을 형광정보 수집부(100)를 이용하여 측정된 형광 파장을 형광 세기 비율로 나타낸 그래프이다.That is, FIG. 7 is a graph showing fluorescence wavelengths measured using the fluorescence information collection unit 100 for each of the cell specimens shown in FIG. 1 as a fluorescence intensity ratio.

도 7에서와 같이, 정상세포 및 암세포의 형광 신호에 대한 파장은 명확히 분별되지 않는 것을 확인할 수 있다. 즉, 반사된 광원을 제외한 형광 파장의 피크는 모두 300nm 중반에 형성되며 그 파장의 차이가 크지 않다. 이는 높은 분자 단위의 조직 세포는 단일한 단백질로 구성 되어있지 않으며, 조직세포에서 변이가 발생해도 해당 조직의 모든 단백질 구성은 변하지 않기 때문에 조직세포에서 발생하는 형광 신호는 일반적으로 단일한 파장을 가질 수 없으며, 변이가 발생해도 형광 파장은 크게 변화되지 않는다.As shown in FIG. 7, it can be seen that the wavelengths for the fluorescence signals of normal cells and cancer cells are not clearly distinguished. That is, all of the peaks of the fluorescence wavelength except for the reflected light source are formed in the mid-300nm, and the difference in wavelength is not large. This is because tissue cells of a high molecular unit are not composed of a single protein, and even if mutation occurs in tissue cells, the composition of all proteins in the tissue does not change, so the fluorescence signal generated from tissue cells can generally have a single wavelength. There is no change, and the fluorescence wavelength does not change significantly.

또한, 동일한 생체조직에서도 조직의 모양, 밀도, 습도 등에 따라 형광 신호의 양이 달라질 수 있으며 그 차이가 조직세포의 종류에 따른 형광 신호의 절대치 차이보다 클 수 있으며, 광원의 조사거리 또는 수광 센서의 접촉거리에 따라 발생 및 실제 수집되는 형광의 절대량이 큰 차이를 보일 수 있어 종래의 형광 신호의 절대적인 세기 차이를 이용하여 조직세포의 종류를 판별하는 방식은 정확성이 떨어지는 단점을 갖는다.In addition, even in the same living tissue, the amount of fluorescence signal may vary depending on the shape, density, humidity, etc. of the tissue, and the difference may be greater than the difference in the absolute value of the fluorescence signal according to the type of tissue cell. Depending on the contact distance, the absolute amount of fluorescence generated and actually collected may show a large difference, so the method of determining the type of tissue cell using the absolute intensity difference of the conventional fluorescence signal has a disadvantage of inferior accuracy.

따라서, 본 발명의 생체조직 분석 시스템은 생체조직의 종류에 따른 고유한 형광 신호를 분광하여 파장별로 측정하고, 파장별로 측정된 형광 신호들의 각 피크가 중첩되는 중첩 파장 지점(10)을 이용한 형광 신호 비율에 대한 정보 데이터를 저장하여 실시간으로 생체조직 세포를 분별한다.Therefore, the biological tissue analysis system of the present invention is a fluorescence signal using an overlapping wavelength point 10 at which each peak of the fluorescence signals measured for each wavelength is superimposed by spectroscopically measuring a unique fluorescence signal according to the type of biological tissue. By storing the information data on the ratio, the biological tissue cells are classified in real time.

여기서, 중첩 파장 지점(10)은 측정된 형광 신호에 있어서, 중첩되는 피크 중 가장 먼저 중첩된 피크에 해당하는 기준 중첩 지점(11) 및 기준 중첩 지점(11) 이후에 중첩된 피크들에 해당하는 부분 중첩 지점(12)들을 포함할 수 있다. 이러한 중첩 파장 지점(10)은 이후 광학필터의 차단 파장(Cut-off Wavelength)으로써 기능한다.Here, the overlapping wavelength point 10 is a reference overlapping point 11 corresponding to the first overlapping peak among the overlapping peaks and peaks overlapping after the reference overlapping point 11 in the measured fluorescence signal. It may include partial overlapping points 12. The overlapping wavelength point 10 then functions as a cut-off wavelength of the optical filter.

중첩 파장 지점(10)을 이용한 형광 신호 비율을 측정하는 방법을 도 7에 도시한 형광 신호를 이용하여 설명한다.A method of measuring the fluorescence signal ratio using the overlapping wavelength point 10 will be described using the fluorescence signal shown in FIG. 7.

높은 분자 단위의 조직 세포는 단일한 단백질로 구성되어 있지 않기 때문에 형광 신호 역시 단일한 피크를 가지지 않는다. 일예로, 광원에서 280nm의 광을 도 1에 도시한 생체조직에 조사했을 때, 생체조직에서 여기된 형광 신호는 도 7에서와 같이 310nm와 340nm 근처에서 각각 피크가 발생된다. 또한, 중첩 파장 지점(10)은 생체조직의 종류에 따라 발생하는 형광 신호의 각 피크가 중첩되는 지점으로 설정한다.Since tissue cells of a high molecular unit are not composed of a single protein, the fluorescence signal also does not have a single peak. As an example, when light of 280 nm is irradiated from a light source to the living tissue shown in FIG. 1, the fluorescent signal excited by the living tissue generates peaks at around 310 nm and 340 nm, respectively, as shown in FIG. 7. In addition, the overlapping wavelength point 10 is set as a point where each peak of the fluorescence signal generated according to the type of biological tissue overlaps.

여기서, 형광 신호 비율을 분석하기 위해서는 최소 2개 이상의 중첩 파장 지점(10)이 필요하며, 중첩 파장 지점(10)이 늘어날수록 형광 신호의 분석 정확도는 향상될 수 있다.Here, in order to analyze the fluorescence signal ratio, at least two overlapping wavelength points 10 are required, and as the overlapping wavelength points 10 increase, the analysis accuracy of the fluorescence signal may be improved.

일예로, 도 7에 도시한 형광 파장에 있어서 형광 신호 비율을 분석하기 위해 2개의 중첩 파장 지점(10)을 지정하면, 중첩 파장 중 기준 중첩 지점(11)은 300nm 위치에 해당하며, 부분 중첩 지점(12)은 320nm 위치에 해당된다. 따라서, 기준 중첩 지점(11)에 해당하는 300nm에서 광을 차단하여 전체 형광 신호를 수집하고, 비교점이 되는 부분 중첩 지점(12)에 해당하는 320nm에서 광을 차단하여 부분 형광 신호를 수집한다. 여기서, 형광 신호를 수집하는 방법은 수집된 형광 신호 파장을 적분한 형태일 수 있다.As an example, when two overlapping wavelength points 10 are designated in order to analyze the fluorescence signal ratio in the fluorescence wavelength shown in FIG. 7, the reference overlapping point 11 among the overlapping wavelengths corresponds to a 300 nm position, and a partial overlapping point (12) corresponds to the 320nm position. Accordingly, the entire fluorescence signal is collected by blocking the light at 300 nm corresponding to the reference overlapping point 11, and the partial fluorescence signal is collected by blocking the light at 320 nm corresponding to the partial overlapping point 12 as a comparison point. Here, the method of collecting the fluorescence signal may be a form in which the collected fluorescence signal wavelengths are integrated.

전체 형광 신호와 부분 형광 신호를 수집하면, 전체 형광 신호에 대한 부분 형광 신호의 비율을 추출한다. 또한, 일실시예에서는 하나의 기준 중첩 지점(11)과 하나의 부분 중첩 지점(12)을 설정하여 형광 신호 비율을 추출하였으나, 2개 이상의 부분 중첩 지점(12)을 설정할 수도 있다. 즉, 중첩 파장 지점(10)이 늘어날수록 형광 신호의 분석 정확도는 향상될 수 있다.When the total fluorescence signal and the partial fluorescence signal are collected, the ratio of the partial fluorescence signal to the total fluorescence signal is extracted. In addition, in an exemplary embodiment, the fluorescence signal ratio is extracted by setting one reference overlapping point 11 and one partial overlapping point 12, but two or more partial overlapping points 12 may be set. That is, as the overlapping wavelength point 10 increases, the analysis accuracy of the fluorescence signal may be improved.

이렇게 수집된 생체조직별 형광 신호의 비율 정보는 데이터베이스화하여 생체조직 분석부(200)에서 실시간으로 생체조직의 종류를 판별하기 위해 활용된다.The collected information on the ratio of fluorescence signals for each biological tissue is converted into a database and used in the biological tissue analysis unit 200 to determine the type of biological tissue in real time.

계속해서, 도 3을 참조하면 생체조직 분석부(200)는 형광정보 수집부(100)에 저장된 형광 신호의 비율 정보를 기반으로 측정되는 형광 신호의 파장을 필터링하여 실시간으로 생체조직의 종류를 판별한다.Subsequently, referring to FIG. 3, the biological tissue analysis unit 200 determines the type of biological tissue in real time by filtering the wavelength of the fluorescence signal measured based on the ratio information of the fluorescence signal stored in the fluorescence information collection unit 100. do.

도 8은 본 발명의 생체조직 분석부를 나타낸 도면이다.8 is a view showing a biological tissue analysis unit of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 생체조직 분석부(200)는 몸체(210), 제2 광원부(220), 감지 유닛(230) 및 회로부(240)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the biological tissue analysis unit 200 according to the present invention may include a body 210, a second light source unit 220, a sensing unit 230, and a circuit unit 240.

제2 광원부(220)는 형광 신호를 발생시키기 위한 광을 생체조직에 전달하는 기능을 수행한다.The second light source 220 performs a function of transmitting light for generating a fluorescent signal to a living body tissue.

제2 광원부(220)는 생체조직에 광이 조사될 때 발생하는 형광 신호가 전방위로 발산되기 때문에 형광 신호의 수광 효율을 높이기 위해 몸체(210)의 중심에 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 생체조직과의 접촉 측정을 실시할 경우 반사된 광원의 수집률을 낮추면서도 측정 대상에 광을 더 많이 침투시킬 수 있기 때문에 생체조직에서 여기되는 형광 발생을 증가시킬 수 있다. 따라서, 형광 신호 측정에 있어서 반사된 광과 같은 불필요한 신호를 감쇄 시키고, 형광 신호와 같은 필요한 신호를 증가시킴으로써 SNR(Signal to Noise Ratio)을 향상시킬 수 있다.The second light source unit 220 is preferably disposed at the center of the body 210 in order to increase the light-receiving efficiency of the fluorescent signal because the fluorescent signal generated when light is irradiated to the biological tissue is emitted in all directions. In addition, when performing contact measurement with a living body tissue, it is possible to increase the generation of fluorescence excited in the living body tissue because the collection rate of the reflected light source can be lowered and more light can penetrate into the measurement object. Therefore, in measuring a fluorescence signal, it is possible to attenuate an unnecessary signal such as reflected light and increase a necessary signal such as a fluorescence signal, thereby improving a signal to noise ratio (SNR).

여기서, 제2 광원부(220)에서 조사되는 광의 파장은 생체조직의 측정 영역보다 단파장의 광을 이용하는 것이 바람직하다. 일예로, 제2 광원부(220)는 소형화된 단색광 LED 또는 레이저를 광학 렌즈와 함께 몸체(210)에 직접 삽입하거나 광원 파장의 변동이 필요한 경우 광원을 외부에 배치하여 광섬유로 전달되도록 할 수도 있다.Here, it is preferable to use light having a shorter wavelength than that of the measurement area of the living body tissue as the wavelength of light irradiated from the second light source unit 220. For example, the second light source unit 220 may directly insert a miniaturized monochromatic LED or laser into the body 210 together with an optical lens, or place a light source outside when a change in the wavelength of the light source is required to be transmitted to the optical fiber.

감지 유닛(230)은 생체조직에서 여기된 형광 신호를 감지하되, 중첩 파장 지점(10)을 기준으로 차단된 형광 신호를 감지하는 기능을 수행한다.The detection unit 230 detects a fluorescence signal excited from a biological tissue, but detects a blocked fluorescence signal based on the overlapping wavelength point 10.

이러한 감지 유닛(230)은 제2 광원부(220)를 중심으로 제2 광원부(220)를 둘러싸도록 배치되되, 제2 광원부(220)와 소정거리 이격되도록 배치될 수 있다. 여기서, 감지 유닛(230)의 개수는 상기 형광정보 수집부(100)에서 지정된 중첩 파장 지점(10)의 개수와 동일하도록 배치하는 것이 바람직하다. 일예로, 도 8에서는 4개의 감지 유닛(230)이 도시되어 있으나, 중첩 파장 지점(10)의 개수가 2개일 경우 2개의 감지 유닛(230)이 배치될 수 있다.The detection unit 230 is disposed so as to surround the second light source unit 220 around the second light source unit 220, and may be disposed to be spaced apart from the second light source unit 220 by a predetermined distance. Here, it is preferable to arrange the number of detection units 230 to be the same as the number of overlapping wavelength points 10 designated by the fluorescence information collection unit 100. As an example, although four detection units 230 are shown in FIG. 8, when the number of overlapping wavelength points 10 is two, two detection units 230 may be disposed.

이때, 각각의 감지 유닛(230)의 배치는 제2 광원부(220)와 동일한 거리가 이격되도록 배치하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the detection units 230 are arranged so that the same distance as the second light source unit 220 is spaced apart from each other.

도 9는 본 발명의 감지 유닛에 대한 배치 구조를 나타낸 도면이다.9 is a diagram showing an arrangement structure of the sensing unit of the present invention.

도 9를 참조하면, 일예로, 중첩 파장 지점(10)의 개수가 2개일 경우 감지 유닛(230)은 제2 광원부(220)를 둘러싸도록 배치되되, 제2 광원부(220)와 동일한 거리가 이격되도록 짝(pair)을 이루어 배치될 수 있다. 즉, 제2 광원부(220)를 중심으로 서로 대칭되도록 배치될 수 있다. 이는 짝을 이룬 각 감지 유닛(230)이 광원으로부터 동일한 거리로 이격되도록 하여 측정하고자 하는 생체조직 샘플(201)로부터 수광하는 형광 신호의 차이를 최소화하기 위함이다.Referring to FIG. 9, as an example, when the number of overlapping wavelength points 10 is two, the detection unit 230 is disposed to surround the second light source unit 220, but the same distance as the second light source unit 220 is spaced apart. It may be arranged in a pair so as to be possible. That is, they may be arranged to be symmetrical to each other around the second light source unit 220. This is to minimize the difference in the fluorescence signal received from the biological tissue sample 201 to be measured by allowing each paired sensing unit 230 to be spaced apart from the light source by the same distance.

또한, 감지 유닛(230)은 필터(231) 및 형광 센서(232)를 포함할 수 있다.In addition, the detection unit 230 may include a filter 231 and a fluorescence sensor 232.

필터(231)는 몸체(210) 상부에 배치되고, 중첩 파장 지점(10)에 해당하는 파장을 필터링 한다. 따라서, 감지 유닛(230)에 사용되는 각각의 필터(231)는 대응되는 중첩 파장 지점(10)에 따라 다른 대역을 필터링 할 수 있다. 즉, 필터(231)는 형광 센서(232)에 입사되는 형광 신호의 광량이 각각 다르도록 형성될 수 있다.The filter 231 is disposed on the body 210 and filters a wavelength corresponding to the overlapping wavelength point 10. Accordingly, each filter 231 used in the sensing unit 230 may filter different bands according to the corresponding overlapping wavelength point 10. That is, the filter 231 may be formed so that the amount of light of the fluorescent signal incident on the fluorescent sensor 232 is different.

필터(231)로는 LPF(Long Pass Filter) 광학 필터가 사용될 수 있으며, 몸체(210) 상부에 배치되어 필터(231) 하부에 배치된 형광 센서(232)를 보호하고, 분광 기능을 수행한다.As the filter 231, an LPF (Long Pass Filter) optical filter may be used, and it is disposed on the body 210 to protect the fluorescence sensor 232 disposed under the filter 231, and performs a spectral function.

형광 센서(232)는 필터(231) 하부에 배치되고, 상기 필터(231)를 통해 입사된 형광 신호를 센싱한다. 즉, 형광 센서(232)에서 센싱되는 형광 신호의 광량은 대응되는 필터(231)에 따라 다를 수 있다.The fluorescence sensor 232 is disposed under the filter 231 and senses a fluorescence signal incident through the filter 231. That is, the amount of light of the fluorescent signal sensed by the fluorescent sensor 232 may be different according to the corresponding filter 231.

도 10은 본 발명의 형광 센서를 나타낸 도면이다.10 is a diagram showing a fluorescence sensor of the present invention.

도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 형광 센서(232)는 기판(233), 기판(233) 상에 형성된 전극(234) 및 산화아연 나노로드(ZnO Nanorods)층(235)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10, the fluorescent sensor 232 according to the present invention may include a substrate 233, an electrode 234 formed on the substrate 233, and a zinc oxide nanorods layer 235. .

기판(233)은 반도체 기판, 도전성 기판, 비전도성 기판, 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator, SOI) 등이 사용될 수 있다. 도전성 기판으로는 금속 기판, 도전성 유기화합물 기판 등을 사용할 수 있으며, 비 전도성 기판은 유리 기판, 고분자 화합물 기판 등이 사용될 수 있다.The substrate 233 may be a semiconductor substrate, a conductive substrate, a non-conductive substrate, a silicon on insulator (SOI), or the like. A metal substrate, a conductive organic compound substrate, or the like may be used as the conductive substrate, and a glass substrate, a polymer compound substrate, or the like may be used as the non-conductive substrate.

전극(234)은 기판(233) 상에 형성될 수 있다. 전극(234)은 직사각형, 타원, 원형, 다각형 또는 이들의 조합으로 이루어진 형태 등과 같이 다양한 다른 모양을 가질 수 있으나, 두 개의 전극(234)이 서로 엇갈려 형성된 IDT(Inter Digital Transducer) 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 전극(234)의 재질로는 2종 이상의 금속을 포함하는 것으로써 금(Au), 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 은(Ag), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 스테인리스 스틸, 알루미늄(Al), 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr), 구리(Cu), 텅스텐(W) 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 금(Au) 전극과 니켈(Ni) 전극을 사용할 수 있다.The electrode 234 may be formed on the substrate 233. The electrode 234 may have various other shapes, such as a rectangle, an ellipse, a circle, a polygon, or a combination thereof, but the two electrodes 234 are formed in an IDT (Inter Digital Transducer) structure formed by staggering each other. desirable. The electrode 234 is made of two or more kinds of metals, such as gold (Au), nickel (Ni), platinum (Pt), palladium (Pd), iridium (Ir), silver (Ag), and rhodium (Rh). ), ruthenium (Ru), stainless steel, aluminum (Al), molybdenum (Mo), chromium (Cr), copper (Cu), tungsten (W), and a combination thereof. For silver, a gold (Au) electrode and a nickel (Ni) electrode may be used.

전극(234)이 형성된 후에는 산화아연 나노로드층(235)이 성장될 수 있다. 산화아연 나노로드층(235)은 전극(234)들 사이에 형성되되, 지그재그 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 산화아연 나노로드층(235)은 서로 엇갈려 형성된 두 개의 전극(234) 중 하나의 전극(234)의 일부분과 다른 하나의 전극(234)의 일부분에 접촉되며, 어느 한 나노로드와 다른 한 나노로드가 서로 전기적으로 접촉될 수 있는 것이 바람직하다.After the electrode 234 is formed, the zinc oxide nanorod layer 235 may be grown. The zinc oxide nanorod layer 235 is formed between the electrodes 234 and may be formed in a zigzag shape. In addition, the zinc oxide nanorod layer 235 is in contact with a portion of one electrode 234 and a portion of the other electrode 234 among the two electrodes 234 formed alternately, and one nanorod and the other It is preferred that the nanorods can be in electrical contact with each other.

이러한 형광 센서(232) 구조에 의해 면적대비 표면적을 극대화 한 고감도 센서를 사용할 수 있으며, 측정을 희망하는 형광 파장 영역에 따라 물질이나 나노 구조의 형태를 변경할 수도 있다.By the structure of the fluorescence sensor 232, a high-sensitivity sensor that maximizes the surface area to area can be used, and the shape of the material or nanostructure can be changed according to the fluorescence wavelength region desired to be measured.

계속해서, 회로부(240)는 제2 광원부(220) 및 감지 유닛(230) 하단에 위치하여, 감지 유닛(230)에서 감지된 형광 신호의 전도도 차이를 비율로 출력한다.Subsequently, the circuit unit 240 is positioned below the second light source unit 220 and the detection unit 230 and outputs a difference in conductivity of the fluorescent signal detected by the detection unit 230 as a ratio.

도 11은 본 발명의 회로부를 나타낸 회로도이다.11 is a circuit diagram showing a circuit part of the present invention.

도 11을 참조하면, 회로부(240)는 서로 병렬로 연결된 형광 센서 저항(Rs) 및 형광 센서 저항(Rs)과 대응되도록 형광 센서 저항(Rs)과 각각 직렬로 연결된 로드 저항(RL)을 포함할 수 있다. 또한, 회로부(240)의 형광 센서 저항(Rs) 및 로드 저항(RL)은 상기 감지 유닛(230)에서 각각 감지된 형광 신호의 전도도 차이를 출력하기 위해 휘스톤 브리지(Wheatstone Bridge) 형태를 갖을 수 있다. 이러한 휘스톤 브리지 구조에 의해 2개 이상의 센서에서 발생하는 미약한 신호 차이도 크게 감지할 수 있다.Referring to FIG. 11, the circuit unit 240 includes a fluorescent sensor resistance Rs connected in parallel with each other and a load resistance RL connected in series with a fluorescent sensor resistance Rs to correspond to the fluorescent sensor resistance Rs. I can. In addition, the fluorescence sensor resistance Rs and the load resistance RL of the circuit unit 240 may have a form of a Wheatstone bridge in order to output a difference in conductivity of the fluorescence signals detected by the detection unit 230, respectively. have. Due to this Wheatstone bridge structure, even weak signal differences occurring from two or more sensors can be detected largely.

일예로, 도 11에 도시한 회로부(240)의 구성은 중첩 파장 지점(10)이 두 곳인 경우의 회로 구성을 나타낸다. 즉, 2개의 형광 센서(232)를 사용했을 때의 일예를 나타낸다.As an example, the configuration of the circuit unit 240 shown in FIG. 11 shows a circuit configuration in the case where the overlapping wavelength points 10 are two. That is, an example when two fluorescence sensors 232 are used is shown.

여기서, RS1은 1번 형광 센서 저항, RS2는 2번 형광 센서의 저항 그리고 RL1과 RL2는 각각 센서 저항에 대응하는 로드저항을 나타낸다.Here, RS1 represents the resistance of the first fluorescent sensor, RS2 represents the resistance of the second fluorescent sensor, and RL1 and RL2 represent the load resistance corresponding to the sensor resistance, respectively.

RS1과 RS2의 전도도가 동일할 경우 A점과 B점의 전위가 같기 때문에 출력 VG에는 0V가 인가된다. 그러나 두 형광 센서(232)가 수광하는 형광 신호의 세기 차이가 커져 RS1의 저항성이 낮아지는 경우에는 A점의 전위가 B점의 전위 보다 높아져서 VG는 양의 전압이 인가되며, A점과 B점의 전위차가 클수록 VG에 걸리는 전압이 더욱 커지게 된다. 이는 일반적인 휘스톤 브리지 원리에 따라 2개 이상의 센서에서도 동일하게 적용가능하며, 센서저항의 초기값과 변동 범위를 고려하여 동작 전압 및 로드 저항 값 등을 설정하여 두 센서의 전도도 차이에 따른 출력 신호를 최대화할 수 있다.If the conductivity of RS1 and RS2 is the same, 0V is applied to the output VG because the potentials of the A and B points are the same. However, when the difference in the intensity of the fluorescent signal received by the two fluorescent sensors 232 increases and the resistance of RS1 decreases, the potential of point A is higher than the potential of point B, so that VG is applied with a positive voltage, and points A and B The larger the potential difference of, the larger the voltage applied to VG becomes. This can be applied equally to two or more sensors according to the general Wheatstone bridge principle, and by setting the operating voltage and load resistance value, etc., taking into account the initial value of the sensor resistance and the range of fluctuations, the output signal according to the difference in conductivity between the two sensors is generated. Can be maximized.

이렇게 측정된 2개의 형광 센서(232)에 대한 전도도 차이를 비율로 출력하여 형광정보 수집부(100)에서 수집된 생체조직별 형광 신호 비율 정보와 비교함으로써 실시간으로 생체조직의 종류를 간편하게 판별할 수 있다.The difference in conductivity between the two fluorescence sensors 232 measured in this way is output as a ratio and compared with the fluorescence signal ratio information for each biological tissue collected by the fluorescence information collection unit 100, so that the type of biological tissue can be easily determined in real time. have.

도 12는 본 발명의 실시간 생체조직 분석 시스템을 이용한 분석방법을 나타낸 순서도이다.12 is a flow chart showing an analysis method using the real-time biological tissue analysis system of the present invention.

도 12을 참조하면, 본 발명에 따른 실시간 생체조직 분석 시스템을 이용한 분석방법은 생체조직의 종류에 따른 고유한 형광 신호를 형광정보 수집부(100)를 이용하여 분광 후 파장별로 측정하는 단계(S310), 파장별로 측정된 형광 신호들의 각 피크(peak)가 중첩되는 중첩 파장 지점(10)을 설정하는 단계(S320), 중첩 파장 지점(10)에 대한 형광 신호 비율 정보를 저장하는 단계(S330) 및 저장된 형광 신호 비율 정보를 기반으로 생체조직 분석부(200)를 통해 형광 신호의 파장을 필터링하여 실시간으로 생체조직의 종류를 판별하는 단계(S340)를 포함한다.Referring to FIG. 12, in the analysis method using the real-time biological tissue analysis system according to the present invention, measuring a unique fluorescence signal according to the type of biological tissue for each wavelength after spectroscopy using the fluorescence information collecting unit 100 (S310 ), setting the overlapping wavelength point 10 at which each peak of the fluorescence signals measured for each wavelength overlaps (S320), storing the fluorescence signal ratio information for the overlapping wavelength point 10 (S330) And filtering the wavelength of the fluorescence signal through the biological tissue analyzer 200 based on the stored fluorescence signal ratio information to determine the type of the biological tissue in real time (S340).

우선, 형광정보 수집부(100)의 제1 광원부(110)는 생체조직에서 발생하는 형광 파장 영역보다 짧은 파장을 지닌 단색광을 생체조직이 배치된 반응부(120)에 전달한다. 반응부(120)에 전달된 광은 생체조직에 조사되고, 생체조직에서 여기된 복합광 형태의 형광 신호가 감지부(130)로 전달된다. 감지부(130)로 전달된 형광 신호는 분광 후 파장별로 센싱된다.(S310)First, the first light source unit 110 of the fluorescence information collection unit 100 transmits monochromatic light having a wavelength shorter than that of the fluorescence wavelength region generated in the biological tissue to the reaction unit 120 in which the biological tissue is disposed. The light transmitted to the reaction unit 120 is irradiated to a living tissue, and a fluorescent signal in the form of a complex light excited by the living tissue is transmitted to the detection unit 130. The fluorescence signal transmitted to the detection unit 130 is sensed for each wavelength after spectroscopy. (S310)

파장별로 측정된 형광 신호에서 중첩 파장 지점(10)을 설정하기 위해 중첩되는 피크를 확인하고, 중첩되는 피크 중 가장 먼저 중첩된 피크에 해당하는 기준 중첩 지점(11) 및 기준 중첩 지점(11) 이후에 중첩된 피크들에 해당하는 부분 중첩 지점(12)들을 설정한다.(S320)In the fluorescence signal measured for each wavelength, the overlapping peak is checked to set the overlapping wavelength point 10, and the reference overlapping point 11 corresponding to the first overlapping peak among the overlapping peaks and after the reference overlapping point 11 Partial overlapping points 12 corresponding to the peaks overlapped in are set (S320).

중첩 파장 지점(10)이 각각 설정되면, 기준 중첩 지점(11)을 기준으로 광을 차단하여 전체 형광 신호를 수집하고, 부분 중첩 지점(12)들을 기준을 광을 차단하여 부분 형광 신호를 수집하여 전체 형광 신호에 대한 부분 형광 신호의 비율 차이를 추출한 형광 신호 비율 정보 데이터를 저장한다.(S330)When the overlapping wavelength points 10 are respectively set, the entire fluorescence signal is collected by blocking the light based on the reference overlapping point 11, and the partial fluorescence signal is collected by blocking the light based on the partial overlapping points 12. The fluorescence signal ratio information data obtained by extracting the difference in the ratio of the partial fluorescence signal to the total fluorescence signal is stored (S330).

형광정보 수집부(100)에서 형광 신호 비율 정보 데이터가 저장되면, 생체조직 분석부(200)는 제2 광원부(220)를 통해 측정 대상이 되는 생체조직에 광을 조사하고, 조사된 광에 의해 여기된 형광 신호를 감지 유닛(230)을 통해 수신한다. 이때, 감지 유닛(230)의 개수는 중첩 파장 지점(10)의 개수와 동일하도록 배치하고, 감지 유닛(230)에 포함된 필터(231)는 중첩 파장 지점(10)에 해당하는 파장이 필터링되도록 각각 설정하여 필터링된 형광 신호가 형광 센서(232)를 통해 센싱되도록 한다.When the fluorescence signal ratio information data is stored in the fluorescence information collection unit 100, the biological tissue analysis unit 200 irradiates light to the biological tissue to be measured through the second light source unit 220, and The excited fluorescence signal is received through the detection unit 230. At this time, the number of detection units 230 is arranged to be the same as the number of overlapping wavelength points 10, and the filter 231 included in the detection unit 230 is so that the wavelength corresponding to the overlapping wavelength points 10 is filtered. Each is set so that the filtered fluorescence signal is sensed through the fluorescence sensor 232.

형광 센서(232)를 통해 센싱된 각각의 형광 신호는 회로부(240)를 통해 형광 신호들의 전도도 차이를 비율로 출력하여 형광정보 수집부(100)에서 수집된 생체조직별 형광 신호 비율 정보와 비교함으로써 실시간으로 생체조직의 종류를 판별한다.(S340)Each fluorescence signal sensed through the fluorescence sensor 232 outputs the difference in conductivity of the fluorescence signals as a ratio through the circuit unit 240 and compares the fluorescence signal rate information for each biological tissue collected by the fluorescence information collection unit 100. The type of biological tissue is determined in real time (S340).

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 실시간 생체조직 분석 시스템 및 방법은 복합광 형태로 발생하는 생체조직의 형광 신호를 분광하여 파장별로 측정하고, 측정된 신호들의 중첩 파장을 이용하여 형광 신호 비율을 분석함으로써 실시간으로 생체조직의 종류를 판별할 수 있다. 따라서, 종래의 생체검사에 따른 시간적 지연, 환자의 신체 부담 및 추가비용 등에 대한 문제를 해결할 수 있다.As described above, in the real-time biological tissue analysis system and method according to the present invention, the fluorescence signal of the biological tissue generated in the form of complex light is measured for each wavelength, and the fluorescence signal ratio is analyzed using the overlapping wavelength of the measured signals. By doing so, it is possible to determine the type of biological tissue in real time. Accordingly, it is possible to solve problems such as a time delay, a physical burden of a patient, and an additional cost according to a conventional biopsy.

또한, 내시경 형태의 생체검사 모듈에 국한되지 않고, 표면으로 들어나는 피부조직의 이상 상태 확인, 종양 확인 및 제거를 위한 절개 수술에 있어서 육안으로 식별이 어려운 조직 세포의 판별 등 실시간으로 조직 세포의 분별이나 이상여부 확인이 필요한 곳이면 어디든 활용 가능하다. 따라서, 종래의 물리적인 채취 이후 절개와 염색, 배양, 관찰 등의 일반적인 물질 분석법을 기초로 하고, 각 물질에서 발생하는 형광 파장 신호를 데이터화 하여 실시간 분석에 활용할 경우, 의료 분야뿐만 아니라 농업, 우주항공, 환경 분석 등 적용될 수 있는 범위가 광범위하다.In addition, it is not limited to the biopsy module in the form of an endoscope, and the identification of tissue cells in real time, such as the identification of tissue cells that are difficult to identify with the naked eye in an incision surgery for confirming and removing tumors, etc. It can be used wherever it is necessary to check whether or not there is an abnormality. Therefore, after the conventional physical collection, if it is based on general material analysis methods such as incision, dyeing, culture, observation, etc., and if the fluorescence wavelength signal generated from each material is converted into data and used for real-time analysis, not only the medical field, but also agriculture, aerospace , Environmental analysis, etc. The range that can be applied is wide.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the specification and drawings are merely presented specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. In addition to the embodiments disclosed herein, it is apparent to those of ordinary skill in the art that other modified examples based on the technical idea of the present invention may be implemented.

100 : 형광정보 수집부 110 : 제1 광원부
120 : 반응부 130 : 감지부
131 : 분광부 132 : 센서부
140 : 제어부 150 : 광섬유 유닛
151 : 제1 광섬유 152 : 제2 광섬유
200 : 생체조직 분석부 210 : 몸체
220 : 제2 광원부 230 : 감지 유닛
231 : 필터 232 : 형광 센서
240 : 회로부
100: fluorescence information collection unit 110: first light source unit
120: reaction unit 130: detection unit
131: spectroscopic unit 132: sensor unit
140: control unit 150: optical fiber unit
151: first optical fiber 152: second optical fiber
200: biological tissue analysis unit 210: body
220: second light source unit 230: detection unit
231: filter 232: fluorescence sensor
240: circuit part

Claims (20)

생체조직의 종류에 따른 고유한 형광 신호를 분광하여 파장별로 측정하고, 상기 파장별로 측정된 형광 신호들의 각 피크(peak)가 중첩되는 중첩 파장 지점을 이용한 형광 신호의 비율 정보 데이터를 저장하는 형광정보 수집부; 및
상기 형광정보 수집부에 저장된 정보를 기반으로 상기 형광 신호의 파장을 필터링하여 실시간으로 생체조직의 종류를 판별하는 생체조직 분석부를 포함하는 실시간 생체조직 분석 시스템.
Fluorescence information for storing the ratio information data of the fluorescence signal using the overlapping wavelength point where the unique fluorescence signal according to the type of biological tissue is spectralized and measured for each wavelength, and each peak of the fluorescence signals measured for each wavelength overlaps Collection unit; And
A real-time biological tissue analysis system comprising a biological tissue analysis unit configured to determine a type of biological tissue in real time by filtering a wavelength of the fluorescent signal based on information stored in the fluorescence information collecting unit.
제1항에 있어서, 상기 중첩 파장 지점은,
상기 중첩되는 피크 중 가장 먼저 중첩된 피크에 해당하는 기준 중첩 지점; 및
상기 기준 중첩 지점 이후에 중첩된 피크들에 해당하는 부분 중첩 지점들을 포함하는 실시간 생체조직 분석 시스템.
The method of claim 1, wherein the overlapping wavelength point is
A reference overlapping point corresponding to the first overlapping peak among the overlapping peaks; And
Real-time biological tissue analysis system including partial overlapping points corresponding to overlapping peaks after the reference overlapping point.
제2항에 있어서, 상기 형광 신호 정보는,
상기 기준 중첩 지점을 기준으로 광을 차단하여 수집된 전체 형광 신호; 및
상기 부분 중첩 지점들을 기준으로 광을 차단하여 수집된 부분 형광 신호를 포함하고,
상기 전체 형광 신호에 대한 상기 부분 형광 신호의 비율 차이를 추출하여 저장된 정보인 것인 실시간 생체조직 분석 시스템.
The method of claim 2, wherein the fluorescence signal information,
A total fluorescence signal collected by blocking light based on the reference overlapping point; And
Includes a partial fluorescence signal collected by blocking light based on the partial overlapping points,
The real-time biological tissue analysis system that is information stored by extracting the difference in the ratio of the partial fluorescence signal to the entire fluorescence signal.
제1항에 있어서, 상기 형광정보 수집부는,
상기 생체조직으로 광을 조사하는 제1 광원부;
상기 형광 신호를 검출하기 위해 외부 간섭광을 차단하기 위한 반응부;
상기 생체조직에서 여기된 형광 신호를 감지하는 감지부; 및
상기 생체조직에 따른 고유한 형광 정보를 저장하는 제어부를 포함하는 실시간 생체조직 분석 시스템.
The method of claim 1, wherein the fluorescence information collection unit,
A first light source unit for irradiating light to the biological tissue;
A reaction unit configured to block external interference light to detect the fluorescent signal;
A sensing unit that detects a fluorescence signal excited from the biological tissue; And
A real-time biological tissue analysis system comprising a control unit for storing unique fluorescence information according to the biological tissue.
제4항에 있어서, 상기 감지부는,
상기 감지부로 입사하는 상기 형광 신호의 파장을 조절하는 분광부; 및
상기 분광부에서 파장이 조절된 형광 신호를 센싱하는 센서부를 포함하는 실시간 생체조직 분석 시스템.
The method of claim 4, wherein the detection unit,
A spectroscopic unit that adjusts the wavelength of the fluorescent signal incident on the sensing unit; And
A real-time biological tissue analysis system comprising a sensor unit for sensing a fluorescence signal whose wavelength is adjusted by the spectroscopic unit.
제5항에 있어서,
상기 분광부는 분광기(Monochromator) 또는 광학계(Optical System)를 포함하는 실시간 생체조직 분석 시스템.
The method of claim 5,
The spectroscopic unit is a real-time biological tissue analysis system including a spectroscope (Monochromator) or an optical system (Optical System).
제4항에 있어서,
상기 제1 광원부 및 상기 감지부는 광섬유 유닛을 이용하여 상기 반응부와 연결되는 것인 실시간 생체조직 분석 시스템.
The method of claim 4,
The first light source unit and the detection unit is a real-time biological tissue analysis system to be connected to the reaction unit using an optical fiber unit.
제7항에 있어서, 상기 광섬유 유닛은,
상기 제1 광원부와 상기 반응부를 연결하는 제1 광섬유; 및
상기 감지부와 상기 반응부를 연결하되, 상기 제1 광섬유를 둘러싸도록 다수 배치된 제2 광섬유를 포함하는 실시간 생체조직 분석 시스템.
The method of claim 7, wherein the optical fiber unit,
A first optical fiber connecting the first light source unit and the reaction unit; And
A real-time biological tissue analysis system comprising a plurality of second optical fibers connected to the sensing unit and the reaction unit, and arranged to surround the first optical fiber.
제1항에 있어서, 상기 생체조직 분석부는,
몸체;
상기 몸체의 중심에 배치되고, 상기 형광 신호를 발생시키기 위한 광을 상기 생체조직에 전달하는 제2 광원부;
상기 제2 광원부 주변에 배치되고, 상기 형광 신호를 감지하되, 상기 중첩 파장 지점을 기준으로 차단된 형광 신호를 감지하는 감지 유닛; 및
상기 제2 광원부 및 상기 감지 유닛 하단에 위치하여, 상기 감지 유닛에서 감지된 상기 형광 신호의 전도도 차이를 비율로 출력하는 회로부를 포함하는 실시간 생체조직 분석 시스템.
The method of claim 1, wherein the biological tissue analysis unit,
Body;
A second light source unit disposed at the center of the body and transmitting light for generating the fluorescent signal to the biological tissue;
A sensing unit disposed around the second light source unit, sensing the fluorescence signal, and detecting a fluorescence signal blocked based on the overlapping wavelength point; And
A real-time biological tissue analysis system comprising a circuit unit positioned below the second light source unit and the sensing unit and outputting a difference in conductivity of the fluorescent signal detected by the sensing unit as a ratio.
제9항에 있어서, 상기 감지 유닛은,
상기 몸체 상부에 배치되고, 상기 중첩 파장 지점에 해당하는 파장을 필터링 하기 위한 필터; 및
상기 필터 하부에 배치되고, 상기 필터를 통해 입사된 상기 형광 신호를 센싱하기 위한 형광 센서를 포함하는 실시간 생체조직 분석 시스템.
The method of claim 9, wherein the detection unit,
A filter disposed on the body and filtering a wavelength corresponding to the overlapping wavelength point; And
A real-time biological tissue analysis system comprising a fluorescence sensor disposed under the filter and configured to sense the fluorescence signal incident through the filter.
제10항에 있어서,
상기 필터는 상기 형광 센서에 입사되는 상기 형광 신호의 광량이 각각 다르도록 형성되는 것인 실시간 생체조직 분석 시스템.
The method of claim 10,
The filter is a real-time biological tissue analysis system that is formed so that the amount of light of the fluorescence signal incident on the fluorescence sensor is different.
제1항에 있어서,
상기 형광정보 수집부 또는 상기 생체조직 분석부는 상기 생체조직을 측정시, 상기 생체조직에 접촉되도록 배치하는 것인 실시간 생체조직 분석 시스템.
The method of claim 1,
The fluorescence information collection unit or the biological tissue analysis unit is arranged to be in contact with the biological tissue when measuring the biological tissue.
제9항에 있어서,
상기 감지 유닛의 개수는 상기 중첩 파장 지점의 개수와 동일한 개수를 갖는 것인 실시간 생체조직 분석 시스템.
The method of claim 9,
The real-time biological tissue analysis system, wherein the number of detection units has the same number as the number of overlapping wavelength points.
제13항에 있어서,
상기 감지 유닛은 상기 제2 광원부로부터 동일한 거리가 이격되도록 각각 배치되는 것인 실시간 생체조직 분석 시스템.
The method of claim 13,
The sensing units are each disposed so that the same distance is spaced apart from the second light source unit.
제10항에 있어서, 상기 형광 센서는,
기판;
상기 기판 상에 형성되고, IDT구조로 형성된 전극; 및
상기 전극 상에 형성되고, 지그재그 형상으로 형성된 산화아연 나노로드(ZnO Nanorods)층을 포함하는 실시간 생체조직 분석 시스템.
The method of claim 10, wherein the fluorescence sensor,
Board;
An electrode formed on the substrate and formed in an IDT structure; And
A real-time biological tissue analysis system comprising a zinc oxide nanorods (ZnO Nanorods) layer formed on the electrode and formed in a zigzag shape.
제9항에 있어서, 상기 회로부는,
상기 감지 유닛의 개수와 동일한 개수를 갖고, 서로 병렬로 연결된 형광 센서 저항; 및
상기 형광 센서 저항과 대응되도록 상기 형광 센서 저항과 각각 직렬로 연결된 로드 저항을 포함하고,
상기 형광 센서 저항 및 상기 로드 저항은 상기 감지 유닛에서 각각 감지된 상기 형광 신호의 전도도 차이를 출력하기 위해 휘스톤 브리지(Wheatstone Bridge) 형태를 갖는 것인 실시간 생체조직 분석 시스템.
The method of claim 9, wherein the circuit unit,
Fluorescence sensor resistors having the same number as the number of detection units and connected in parallel with each other; And
And a load resistor connected in series with each of the fluorescent sensor resistors so as to correspond to the fluorescent sensor resistance,
The fluorescence sensor resistance and the load resistance are in the form of a Wheatstone Bridge in order to output a difference in conductivity of the fluorescence signal detected by the detection unit, respectively.
생체조직의 종류에 따른 고유한 형광 신호를 형광정보 수집부를 이용하여 분광 후 파장별로 측정하는 단계;
상기 파장별로 측정된 형광 신호들의 각 피크(peak)가 중첩되는 중첩 파장 지점을 설정하는 단계;
상기 중첩 파장 지점에 대한 형광 신호 비율 정보를 저장하는 단계; 및
상기 저장된 형광 신호 비율 정보를 기반으로 생체조직 분석부를 통해 상기 형광 신호의 파장을 필터링하여 실시간으로 생체조직의 종류를 판별하는 단계를 포함하는 생체조직 분석 시스템의 분석방법.
Measuring a unique fluorescence signal according to the type of biological tissue for each wavelength after spectroscopy using a fluorescence information collection unit;
Setting an overlapping wavelength point at which each peak of the fluorescence signals measured for each wavelength overlaps;
Storing fluorescence signal ratio information for the overlapping wavelength points; And
And determining the type of biological tissue in real time by filtering the wavelength of the fluorescent signal through a biological tissue analysis unit based on the stored fluorescence signal ratio information.
제17항에 있어서, 상기 중첩 파장 지점을 설정하는 단계는,
상기 파장별로 측정된 형광 신호들에 대해 중첩되는 피크를 확인하는 단계;
상기 중첩되는 피크 중 가장 먼저 중첩된 피크에 해당하는 기준 중첩 지점을 설정하는 단계; 및
상기 기준 중첩 지점 이후에 중첩된 피크들에 해당하는 부분 중첩 지점들을 설정하는 단계를 더 포함하는 생체조직 분석 시스템의 분석방법.
The method of claim 17, wherein the setting of the overlapping wavelength point comprises:
Checking the overlapping peaks for the fluorescence signals measured for each wavelength;
Setting a reference overlapping point corresponding to the first overlapping peak among the overlapping peaks; And
And setting partial overlapping points corresponding to the overlapping peaks after the reference overlapping point.
제17항에 있어서, 상기 형광 신호 정보를 저장하는 단계는,
상기 기준 중첩 지점을 기준으로 광을 차단하여 전체 형광 신호를 수집하는 단계;
상기 부분 중첩 지점들을 기준을 광을 차단하여 부분 형광 신호를 수집하는 단계; 및
상기 전체 형광 신호에 대한 상기 부분 형광 신호의 비율 차이를 추출하여 저장하는 단계를 더 포함하는 생체조직 분석 시스템의 분석방법.
The method of claim 17, wherein the storing of the fluorescence signal information comprises:
Blocking light based on the reference overlapping point to collect the entire fluorescence signal;
Collecting a partial fluorescence signal by blocking light based on the partial overlapping points; And
The method of analyzing a biological tissue analysis system further comprising the step of extracting and storing a difference in the ratio of the partial fluorescence signal to the total fluorescence signal.
제17항에 있어서, 상기 실시간으로 생체조직의 종류를 판별하는 단계는,
상기 생체조직에서 여기된 형광 신호를 감지하는 단계;
상기 감지된 형광 신호를 상기 중첩 파장 지점을 기준으로 필터링하여 센싱하는 단계; 및
상기 센싱된 형광 신호를 상기 저장된 형광 신호 정보와 비교하여 생체조직의 종류를 판별하는 단계를 더 포함하는 생체조직 분석 시스템의 분석방법.
The method of claim 17, wherein determining the type of biological tissue in real time,
Detecting a fluorescence signal excited in the living tissue;
Filtering and sensing the detected fluorescence signal based on the overlapping wavelength point; And
The analysis method of the biological tissue analysis system further comprising the step of determining the type of the biological tissue by comparing the sensed fluorescence signal with the stored fluorescence signal information.
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