KR20220106298A - Apparatus and method for in vitro diagnostic device by measuring fluorescence lifetime - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a method and a device for invitro diagnosis using fluorescence lifetime. An embodiment of the device comprises: a light generation unit generating excite light; a control unit controlling a path of the excite light; a detection unit outputting a first signal and a second signal having a plurality of second signal level ranges; and a signal processing unit changing the plurality of second signal level ranges to enable a fluorescence signal of a sample to be a saturation value or less by using the first and second signals. The first signal is a signal converted by detecting the excite light, and the second signal is the signal converted by detecting a fluorescence photon generated by radiating the excite light to the sample.

Description

형광수명을 이용한 체외진단 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR IN VITRO DIAGNOSTIC DEVICE BY MEASURING FLUORESCENCE LIFETIME}In vitro diagnostic method and device using fluorescence lifetime

실시예는 형광수명을 이용한 체외진단 방법 및 장치에 관한 것이다.The embodiment relates to an in vitro diagnostic method and apparatus using fluorescence lifetime.

분자들은 전자 전이(electronic transition)에 의해 입사된 빛을 흡수하며, 어떤 분자들에서는 여기된 전자가 바닥상태(ground state)로 회복하면서 빛을 발하는 형광 현상을 일으키게 된다. 또한, 각 분자는 고유의 흡수 파장과 형광 방출 파장을 가지며 이들 사이에는 스톡스 천이(Stoke's shift)라고도 불리는 수십 나노미터의 파장의 차이가 있다. 즉, 흡수된 빛의 파장보다 다소 긴 파장의 빛이 형광 현상을 통해 방출되게 된다. 형광 물질은 빛의 흡수 파장과 방출 파장에 의해 특색지어질 수 있으며, 이러한 특성은 고전적인 형광 현미경의 원리가 된다.Molecules absorb incident light by electronic transition, and in some molecules, excited electrons recover to a ground state, causing a fluorescence phenomenon that emits light. In addition, each molecule has a unique absorption wavelength and fluorescence emission wavelength, and there is a difference in wavelength of several tens of nanometers, also called Stoke's shift, between them. That is, light with a wavelength slightly longer than the wavelength of the absorbed light is emitted through the fluorescence phenomenon. Fluorescent materials can be characterized by the absorption and emission wavelengths of light, and these properties become the principles of classical fluorescence microscopy.

형광 현미경에서는, 대상 형광 물질에 흡수될 파장의 여기광(excitation light)을 시료에 조사하고 이러한 여기광보다 긴 파장의 스톡스 천이된 형광신호가 시료의 특정 지점에서 수집되는지를 필름이나 CCD(Charge-coupled device)와 같은 배열 형태의 감지부(photo-detector)를 이용하여 검출하여 이미지를 얻는다. In a fluorescence microscope, excitation light of a wavelength to be absorbed by a target fluorescent material is irradiated to a sample, and a Stokes-shifted fluorescence signal with a wavelength longer than this excitation light is collected at a specific point of the sample by film or CCD (Charge- An image is obtained by detecting using a photo-detector of an array type such as a coupled device.

형광 현미경의 응용에서는 주로 시료 자체가 특정한 형광을 가지는 분자를 내포하고 있거나(자체형광, autofluorescence) 혹은 외부에서 형광체를 주입하고 특정한 부위에 레이블링(labeling)함으로써 이미지를 얻게 되며, 주로 세포와 같은 생물학적 시료의 분자적 분포를 연구할 때 활용된다. 최근에 3차원적 이미지를 얻기 위하여 공초점 현미경, 다광자 여기 형광 현미경(multi-photon excitation fluorescence microscope) 등이 개발되고 있다.In the application of fluorescence microscopy, an image is obtained by either the sample itself contains a molecule having a specific fluorescence (autofluorescence) or by injecting a fluorescent substance from the outside and labeling a specific site, mainly biological samples such as cells. It is used to study the molecular distribution of Recently, a confocal microscope, a multi-photon excitation fluorescence microscope, and the like have been developed to obtain a three-dimensional image.

기존의 형광 현미경에서는 형광 물질에서 나오는 형광 빛의 세기에 기초하여 이미지를 구성하는 것에 그쳤는데 반하여, 형광 빛의 세기 이외에 보다 고등적인 분광학적 정보를 수집하여 이미지를 구성하는 방법들이 근래에 들어 개발되고 있다. 특히 형광 물질 고유의 광학적 특성인 형광수명의 정보는 형광 물질이 놓인 환경에 대한 보다 상세한 정보를 제공하기 때문에 중요하다. 형광 분자에서 전자는 여기광에 의해 여기된 후에 여기상태(excited state)에서 일정한 시간 머물다가 확률적으로 바닥상태로 전이하며, 이때 형광 광자를 생성하게 된다. 시간 상에서 전자의 전이 확률, 즉 형광 광자의 생성 확률은 전자의 여기가 이뤄진 시점을 정점으로 하여 지수함수적 감쇠(exponential decay) 곡선을 그리게 된다. 이 지수함수적 감쇠 곡선의 특성 감쇠 시간을 형광수명이라 하며 이는 다수의 형광 광자의 생성 시간을 조사함으로써 측정될 수 있다.In contrast to conventional fluorescence microscopes that only compose images based on the intensity of fluorescence light emitted from a fluorescent material, methods for composing images by collecting more advanced spectroscopic information other than the intensity of fluorescence light have been recently developed and have. In particular, information on fluorescence lifetime, which is an intrinsic optical property of a fluorescent material, is important because it provides more detailed information about the environment in which the fluorescent material is placed. In a fluorescent molecule, after being excited by an excitation light, electrons stay in an excited state for a certain period of time and then probabilistically transition to the ground state, and at this time, a fluorescent photon is generated. The transition probability of electrons in time, that is, the generation probability of fluorescent photons, draws an exponential decay curve with the peak at the time when the electrons are excited. The characteristic decay time of this exponential decay curve is called the fluorescence lifetime, and it can be measured by examining the generation time of a large number of fluorescence photons.

본래에 형광수명은 외부의 간섭이 없다면 각 형광 분자의 특성 값이나, 형광수명은 형광 물질이 놓인 주위 환경에 따라서 변화할 수 있다. 즉, 각 형광 물질의 특성에 따라 특정 이온의 농도나, 산소의 농도, 산도(pH) 등에 의해 그 값이 변화하게 된다. 따라서 이러한 형광수명에 대한 정보를 통해 상기된 변수들의 공간적 분포를 조사하는 방식의 형광수명 이미징 현미경(fluorescence lifetime imaging microscope, 이하 FLIM)이 개발되고 있다. 이러한 형광수명 이미징 현미경은 기존의 형광 현미경을 통해 얻을 수 없거나 부정확했던 환경 정보를 정확하게 얻어낼 수 있는 강점을 가진다. 또한, 공초점 현미경 방식과 결합된 공초점 FLIM은 이러한 형광수명에 기반한 정보를 3차원적 분해능으로 얻어낼 수 있게 되고 소위 "4차원 이미징"을 가능케 한다.The original fluorescence lifetime is a characteristic value of each fluorescent molecule if there is no external interference, but the fluorescence lifetime may vary depending on the surrounding environment in which the fluorescent material is placed. That is, the value changes depending on the concentration of a specific ion, oxygen concentration, acidity (pH), etc. according to the characteristics of each fluorescent material. Accordingly, a fluorescence lifetime imaging microscope (FLIM), which is a method of examining the spatial distribution of the above-described variables through the information on the fluorescence lifetime, is being developed. Such a fluorescence lifetime imaging microscope has the strength to accurately obtain environmental information that could not be obtained or inaccurate through a conventional fluorescence microscope. In addition, confocal FLIM combined with confocal microscopy makes it possible to obtain information based on the fluorescence lifetime at a three-dimensional resolution, enabling so-called “four-dimensional imaging”.

한편, 다광자 여기 형광 현미경을 포함하는 공초점 현미경에서는 매 순간 공간상의 한 지점에 대한 측정이 이뤄지고 측정 지점이 스캔됨으로써 이미지 정보가 순차적으로 획득되게 된다. 공초점 현미경에서 측정은 현미경의 대물 렌즈의 초점(focus)에서 이뤄지게 되는데 이 초점은 대물 렌즈에 입사하는 빔의 방향이나 시료 자체의 움직임에 의해 공간적으로 스캔되게 된다. 그리고 공초점 현미경의 경우 오직 초점으로부터 대물 렌즈로 재입사된 빛만이 감지부에 도착할 수 있도록 핀홀(pinhole)과 같은 공간 필터를 갖는다. 다광자 여기 형광 현미경의 경우에는 다광자 여기 현상이 비선형 광학 현상으로서 오직 높은 광세기를 갖는 초점에서만 효과적으로 일어난다는 점 덕분에 핀홀없이 같은 효과를 얻을 수 있게 된다.On the other hand, in a confocal microscope including a multiphoton excitation fluorescence microscope, a measurement is made at a point in space every moment and the measurement point is scanned, whereby image information is sequentially acquired. In a confocal microscope, measurement is made at the focus of the objective lens of the microscope, and this focus is spatially scanned by the direction of the beam incident on the objective lens or the movement of the sample itself. And, in the case of a confocal microscope, it has a spatial filter such as a pinhole so that only light re-incident from the focal point to the objective lens can reach the sensing unit. In the case of multiphoton excitation fluorescence microscopy, the same effect can be achieved without a pinhole, thanks to the fact that multiphoton excitation is a nonlinear optical phenomenon that only effectively occurs at a focus with high light intensity.

공초점 현미경의 이러한 특성 때문에 공초점 현미경에 기반한 FLIM의 형광수명 측정 기구는 시분해 분광학(time-resolved spectroscopy)의 형광수명 측정 기구와 크게 다르지 않다. 고전적인 시분해 분광학에서 형광수명의 측정은 시간-상관 단일 광자 계수기(time-correlated single photon counting, 이하 TCSPC)나 위상 형광 측정기(phase fluorometer)를 주로 사용한다. Because of these characteristics of confocal microscopy, FLIM's fluorescence lifetime measuring device based on confocal microscopy is not significantly different from that of time-resolved spectroscopy. In classical time-resolved spectroscopy, a time-correlated single photon counting (TCSPC) or phase fluorometer is mainly used for measurement of fluorescence lifetime.

또한, 형광수명의 측정은 같은 형광수명을 갖는 다수의 형광 분자가 생성시킨 다수의 광자나, 하나의 형광 분자가 다수번의 여기에 의해 생성시킨 다수의 광자를 대상으로 이뤄질 수 있다. 개념적으로 이는 시간 축에서 지수 함수적 감쇠 모양을 지닌 형광 파형을 분석하는 과정이다. 만약 무한에 가까운 형광 광자가 수집되었다면 얻어지는 형광 파형은 지수함수적 감쇠 모양을 지닌 형광의 확률분포 함수와 동일해 질 것이다. 매우 짧은 펄스폭을 갖는 여기광 조사가 t=0 시간에 이뤄질 때, 이에 따라 생성되는 형광 빛의 세기 혹은 형광 광자 밀도, IF(t)는 의 분포를 가진다. 이때 I0는 초기값이며, τ는 형광수명을 의미하고, u(t) 함수는 t<0일때 0, t≥0일때 1인 계단 함수를 나타낸다. 즉, 형광수명은 형광 광자의 방출 확률이 초기값에 비해 1/e 만큼 감소하는 시간을 의미한다. In addition, the measurement of the fluorescence lifetime may be performed by targeting a plurality of photons generated by a plurality of fluorescent molecules having the same fluorescence lifetime or a plurality of photons generated by excitation of a single fluorescent molecule multiple times. Conceptually, this is the process of analyzing a fluorescence waveform with an exponential decay shape on the time axis. If near-infinite fluorescence photons were collected, the resulting fluorescence waveform would be the same as the probability distribution function of fluorescence with an exponential decay shape. When excitation light irradiation with a very short pulse width is performed at time t=0, the intensity of the generated fluorescence light or the density of fluorescence photons, IF(t), has a distribution of . In this case, I0 is the initial value, τ means the fluorescence lifetime, and the u(t) function represents a step function of 0 when t<0 and 1 when t≥0. That is, the fluorescence lifetime means the time during which the emission probability of a fluorescence photon decreases by 1/e compared to the initial value.

또한, TCSPC는 PMT나 APD(avalanche photo diode)와 같은 높은 신호이득을 갖는 감지부를 이용하여 단일 광자에 의한 응답을 감지해낸다. 단일 광자에 의한 응답 펄스의 모양이 시간축에서 얼마나 긴 폭을 지니는지 여부와는 상관없이 단일 광자의 도착 시간은 정밀하게 측정될 수 있다. 이를 이용하면 0.1 나노초 수준의 형광수명도 측정할 수 있게 된다. In addition, the TCSPC detects a response by a single photon using a sensing unit having a high signal gain, such as a PMT or an avalanche photo diode (APD). Regardless of how long the shape of the response pulse by a single photon has on the time axis, the arrival time of a single photon can be precisely measured. Using this, it is possible to measure the fluorescence lifetime at the level of 0.1 nanoseconds.

다만, "단일 광자 조건" 때문에 TCSPC에서의 형광수명 측정은 다수의 여기광 펄스가 입사되어 다수번 광자 계수가 이뤄진 후에만 완료되는 시간상의 문제가 존재한다 또한, 여기광 펄스 간의 시간 간격은 측정하고자 하는 형광 물질의 형광수명보다 충분히 길어야 하는 한계가 존재한다. 만약 여기광 펄스 간의 시간 간격이 형광수명과 비슷한 수준이 되면 시간상에서 인접한 두 형광 발광의 파형이 서로 중첩되어 정확한 값을 얻을 수 없게 되는 문제점이 존재하므로, 형광수명의 정확한 측정을 위해서는 여기광의 펄스 주기가 형광수명 τ의 5배 이상이 되어야 하는 한계 조건이 존재한다. 즉, 가장 이상적인 조건에서조차 TCSPC를 이용한 형광수명 측정에 의한 이미지를 얻기 위하여 매우 긴 측정 시간을 요하며 특히 3차원 이미징에서는 거의 한 시간 이상의 시간이 필요하게 된다. 동적인 활동이 있는 살아있는 생물체나 체외에서 특정 물질을 살피고자 할 때에 이러한 처리 시간은 큰 제약이 아닐 수 없다.However, due to the "single photon condition", there is a problem in time that the measurement of the fluorescence lifetime in TCSPC is completed only after multiple excitation light pulses are incident and photon counts are performed. In addition, the time interval between excitation light pulses is There is a limit in that it must be sufficiently longer than the fluorescence lifetime of the fluorescent material. If the time interval between the excitation light pulses becomes similar to the fluorescence lifetime, there is a problem in that the waveforms of two adjacent fluorescence emission in time overlap each other and an accurate value cannot be obtained. There is a limiting condition that must be more than 5 times the fluorescence lifetime τ. That is, even under the most ideal conditions, a very long measurement time is required to obtain an image by fluorescence lifetime measurement using TCSPC, and in particular, 3D imaging requires almost an hour or more. This processing time is a big limitation when examining a specific substance in a living organism with dynamic activity or in vitro.

나아가, 생물체 또는 시료의 상태, 영역 등에 따라 발생하는 형광 광자가 다양하여 정확한 형광신호 또는 형광 수명 산출이 어려운 문제가 존재한다.Furthermore, there is a problem in that it is difficult to accurately calculate a fluorescence signal or a fluorescence lifetime because there are various fluorescence photons generated according to the state and region of the organism or sample.

실시예는 시료의 상태, 영역에 따라 다양한 크기로 발생하는 형광 광자로부터 형광신호와 형광수명을 보다 빠른 시간에 정확하게 측정할 수 있는 형광수명을 이용한 체외진단 방법 및 장치를 제공한다.The embodiment provides an in vitro diagnostic method and apparatus using a fluorescence lifetime that can accurately measure a fluorescence signal and a fluorescence lifetime from fluorescence photons generated in various sizes according to the state and region of a sample in a faster time.

또한, 측정된 형광수명의 공간적 분포를 기반으로 정확한 이미지를 구성하는 형광수명 이미징 현미경 등에 적합한 형광수명을 이용한 체외진단 방법 및 장치를 제공한다. In addition, the present invention provides an in vitro diagnostic method and apparatus using a fluorescence lifetime suitable for a fluorescence lifetime imaging microscope that constructs an accurate image based on the spatial distribution of the measured fluorescence lifetime.

실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.The problem to be solved in the embodiment is not limited thereto, and it will be said that the purpose or effect that can be grasped from the solving means or embodiment of the problem described below is also included.

실시예에 따른 형광수명을 이용한 체외진단 장치는 여기광을 발생하는 광 생성부; 상기 여기광의 경로를 조절하는 조절부; 제1 신호 및 복수의 제2 신호레벨 범위를 갖는 제2 신호를 출력하는 감지부; 및 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 이용하여 시료의 형광신호가 포화값 이하가 되도록 상기 복수의 제2 신호레벨 범위를 변경하는 신호처리부;를 포함하고, 상기 제1 신호는 상기 여기광을 감지하여 변환된 신호이고, 상기 제2 신호는 상기 여기광이 상기 시료에 조사되어 생성된 형광 광자를 감지하여 변환된 신호이다.An in vitro diagnostic apparatus using a fluorescence lifetime according to an embodiment includes: a light generator for generating excitation light; a control unit for controlling a path of the excitation light; a sensing unit outputting a first signal and a second signal having a plurality of second signal level ranges; and a signal processing unit configured to change a range of the plurality of second signal levels so that a fluorescence signal of a sample becomes less than or equal to a saturation value by using the first signal and the second signal, wherein the first signal emits the excitation light A signal converted by sensing, and the second signal is a signal converted by detecting a fluorescence photon generated when the excitation light is irradiated to the sample.

상기 제1 신호는 복수의 제1 신호레벨 범위를 갖고, 상기 신호처리부는 서로 동일한 상기 제1 신호레벨 범위와 상기 제2 신호레벨 범위를 이용하여 상기 시료의 형광신호를 산출할 수 있다.The first signal may have a plurality of first signal level ranges, and the signal processing unit may calculate the fluorescent signal of the sample using the same first signal level range and the second signal level range.

상기 시료의 형광신호는 최대값을 갖고, 상기 신호처리부는 상기 최대값과 상기 포화값의 차이가 가장 작도록 상기 제2 신호레벨 범위를 변경할 수 있다.The fluorescent signal of the sample may have a maximum value, and the signal processing unit may change the range of the second signal level such that a difference between the maximum value and the saturation value is smallest.

상기 조절부는 상기 여기광을 상이한 경로로 분기된 제1 여기광 및 제2 여기광으로 조절할 수 있다.The controller may adjust the excitation light into first and second excitation light branches that are branched through different paths.

상기 제1 신호는 상기 제1 여기광에 의해 생성되고, 상기 제2 신호는 상기 제2 여기광에 의해 생성될 수 있다.The first signal may be generated by the first excitation light, and the second signal may be generated by the second excitation light.

상기 형광 광자를 감지하는 동안 상기 제1 여기광을 차단하는 셔터부;를 더 포함할 수 있다.It may further include a shutter unit that blocks the first excitation light while sensing the fluorescent photon.

상기 셔터부는 상기 제1 여기광을 수신하는 동안 상기 형광 광자를 차단할 수 있다.The shutter unit may block the fluorescent photon while receiving the first excitation light.

상기 신호처리부는 상기 제1 신호의 평균 시간과 상기 제2 신호의 평균 시간의 차이를 이용하여 상기 시료의 형광수명을 산출할 수 있다.The signal processing unit may calculate the fluorescence lifetime of the sample by using a difference between the average time of the first signal and the average time of the second signal.

상기 신호처리부는 상기 시료의 영역 별로 상기 제2 신호레벨 범위를 변경할 수 있다.The signal processing unit may change the range of the second signal level for each area of the sample.

상기 신호처리부는 상기 시료의 영역 별로 상이한 제2 신호레벨 범위의 제2 신호를 이용하여 상기 시료의 형광신호 또는 상기 시료의 형광수명을 산출할 수 있다.The signal processing unit may calculate the fluorescence signal of the sample or the fluorescence lifetime of the sample by using a second signal having a different second signal level range for each area of the sample.

실시예에 따르면, 시료의 상태, 영역에 따라 다양한 크기로 발생하는 형광 광자로부터 형광신호와 형광수명을 보다 빠른 시간에 정확성과 정밀성을 가지면서 측정할 수 있는 형광수명을 이용한 체외진단 방법 및 장치를 구현할 수 있다.According to the embodiment, there is provided an in vitro diagnostic method and apparatus using fluorescence lifetime that can measure the fluorescence signal and fluorescence lifetime from fluorescence photons generated in various sizes according to the state and region of the sample in a faster time with accuracy and precision. can be implemented

또한, 형광수명 이미징 현미경 등에 적합한 형광수명을 이용한 체외진단 방법 및 장치를 구현할 수 있다.In addition, it is possible to implement an in vitro diagnostic method and apparatus using a fluorescence lifetime suitable for a fluorescence lifetime imaging microscope and the like.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Various and advantageous advantages and effects of the present invention are not limited to the above, and will be more easily understood in the course of describing specific embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 형광수명을 이용한 체외진단 장치의 블록도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신호처리부의 동작을 설명하는 도면이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 감지부의 제1 신호와 제2 신호를 설명하는 도면이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 제1 신호레벨을 갖는 제1 신호를 도시한 도면이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 제2 신호레벨을 갖는 제2 신호를 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 형광수명을 이용한 체외진단 장치에서 제2 신호레벨 범위 변경 전의 도시한 예시도이고,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 형광수명을 이용한 체외진단 장치에서 제2 신호레벨 범위 변경 후를 도시한 예시도이고,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 형광수명을 이용한 체외진단 방법의 순서도이다.
1 is a block diagram of an in vitro diagnostic apparatus using fluorescence lifetime according to an embodiment of the present invention;
2 is a view for explaining an operation of a signal processing unit according to an embodiment of the present invention;
3 is a view for explaining a first signal and a second signal of a sensing unit according to an embodiment of the present invention;
4 is a diagram illustrating a first signal having a plurality of first signal levels according to an embodiment of the present invention;
5 is a diagram illustrating a second signal having a plurality of second signal levels according to an embodiment of the present invention;
6 is an exemplary view before changing the range of the second signal level in the in vitro diagnostic apparatus using the fluorescence lifetime according to an embodiment of the present invention;
7 is an exemplary view showing after changing the range of the second signal level in the in vitro diagnostic apparatus using the fluorescence lifetime according to an embodiment of the present invention;
8 is a flowchart of an in vitro diagnostic method using fluorescence lifetime according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the present invention may have various changes and may have various embodiments, specific embodiments will be illustrated and described in the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms including an ordinal number such as second, first, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it is understood that the other component may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, the embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or corresponding components are assigned the same reference numerals regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 형광수명을 이용한 체외진단 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신호처리부의 동작을 설명하는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 감지부의 제1 신호와 제2 신호를 설명하는 도면이다.1 is a block diagram of an in vitro diagnostic apparatus using fluorescence lifetime according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of a signal processing unit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an embodiment of the present invention It is a diagram for explaining the first signal and the second signal of the sensing unit according to FIG.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 체외진단 장치는 광 생성부(100), 조절부(200), 감지부(300) 및 신호처리부(400) 및 셔터부(500)를 포함할 수 있다.1 to 3 , the in vitro diagnostic apparatus according to the embodiment may include a light generating unit 100 , a control unit 200 , a sensing unit 300 , a signal processing unit 400 , and a shutter unit 500 . can

먼저, 광 생성부(100)는 형광 분자를 포함하는 시료(S)에 조사할 여기광을 발생하는 모듈로서, 펄스 형태의 여기광을 생성하는 여기 광원(110)과 생성된 여기광을 집광하여 시료(S)에 조사하기 위한 제1 렌즈(120)로 이루어진다.First, the light generator 100 is a module that generates excitation light to be irradiated to a sample S containing fluorescent molecules, and collects the excitation light and the excitation light source 110 for generating pulsed excitation light. It consists of a first lens 120 for irradiating the sample (S).

조절부(200)는 광원(110)으로부터 출사된 여기광의 경로를 조절할 수 있다. 예컨대, 조절부(200)는 여기광을 상이한 경로로 분기할 수 있다. 조절부(200)는 여기광을 경로에 따라 제1 여기광과 제2 여기광으로 분기할 수 있다. 제1 여기광은 제1 경로로 이동할 수 있다. 제2 여기광은 제2 경로로 이동할 수 있다. The controller 200 may adjust the path of the excitation light emitted from the light source 110 . For example, the controller 200 may branch the excitation light into different paths. The controller 200 may branch the excitation light into a first excitation light and a second excitation light according to a path. The first excitation light may travel through a first path. The second excitation light may travel through a second path.

실시예로, 제1 여기광은 시료(S)를 통과하지 않고 감지부(300)로 제공될 수 있다. 제2 여기광은 시료(S)로 제공될 수 있다. 그리고 제2 여기광에 의해 시료(S)에서는 형광 광자가 발생할 수 있다. 발생된 형광 광자는 감지부(300)로 제공될 수 있다. 다만, 제2 경로는 제2 여기광에 의해 생성된 형광 광자의 이동 경로를 포함한다. 나아가, 제1 여기광에 의해 감지부에서 생성된 전기 신호인 제1 신호도 제1 경로와 대응하게 도시하며, 제2 여기광(또는 형광 광자)에 의해 감지부에서 생성된 전기 신호인 제2 신호도 제2 경로와 대응하게 도시한다.In an embodiment, the first excitation light may be provided to the sensing unit 300 without passing through the sample S. The second excitation light may be provided to the sample S. In addition, fluorescent photons may be generated in the sample S by the second excitation light. The generated fluorescence photons may be provided to the sensing unit 300 . However, the second path includes a movement path of a fluorescent photon generated by the second excitation light. Furthermore, a first signal, which is an electrical signal generated by the sensing unit by the first excitation light, is also shown to correspond to the first path, and a second signal which is an electrical signal generated by the sensing unit by the second excitation light (or fluorescent photon) is shown. A signal is also shown corresponding to the second path.

감지부(300)는 시료(S)에 여기광을 조사하여 생성되는 다수의 형광 광자 및 여기광을 수집할 수 있다. The sensing unit 300 may collect a plurality of fluorescence photons and excitation light generated by irradiating the sample S with excitation light.

실시예로, 감지부(300)는 복수 개의 광 검출 소자로 이루어질 수 있다. 감지부(300)로는 예를 들어, PMT(photo-multiplier tube)나 APD(avalanche photo diode)를 사용할 수 있다.In an embodiment, the sensing unit 300 may include a plurality of photodetection elements. As the sensing unit 300 , for example, a photo-multiplier tube (PMT) or an avalanche photo diode (APD) may be used.

나아가, 감지부(300)는 적어도 하나 이상으로 감지부(300) 및 감지부(300)를 포함할 수도 있다. 이하에서는 하나의 감지부로 설명하며, 이로써 실시예에 따른 체외진단 장치에서 복수 개의 감지부에 의한 고유 응답 함수 변형을 최소화할 수 있다. Furthermore, the sensing unit 300 may include at least one sensing unit 300 and the sensing unit 300 . Hereinafter, one sensing unit will be described, and thus, in the in vitro diagnostic apparatus according to the embodiment, it is possible to minimize the variation of the intrinsic response function by the plurality of sensing units.

감지부(300)는 시료를 통과하지 않은 여기광을 전기 신호인 제1 신호로 변환할 수 있다. 감지부(300)는 제1 신호의 배율을 감지부에 인가된 전력, 전압에 의해 조절할 수 있다. The sensing unit 300 may convert the excitation light that has not passed through the sample into a first signal that is an electrical signal. The sensing unit 300 may adjust the magnification of the first signal by the power and voltage applied to the sensing unit.

또한, 제1 신호는 복수 개의 제1 신호레벨 범위를 가질 수 있다. 복수 개의 제1 신호레벨 범위는 제1 신호의 배율 조절로 감지부에 인가된 전력, 전압에 의해 조절될 수 있다. 예컨대, 제1 신호는 전압 레벨 범위로 이루어질 수 있다. 그리고 복수 개의 제1 신호레벨 범위는 0 내지 1[V], 0 내지 3[V], 0 내지 5[V] 등으로 이루어질 수 있다.Also, the first signal may have a plurality of first signal level ranges. The plurality of first signal level ranges may be adjusted by power and voltage applied to the sensing unit by adjusting the magnification of the first signal. For example, the first signal may have a voltage level range. In addition, the plurality of first signal level ranges may be 0 to 1 [V], 0 to 3 [V], 0 to 5 [V], and the like.

제1 신호는 후술하는 제2 신호 출력 전후에 출력될 수 있다. 예컨대, 제1 신호는 감지부(300)에서 제2 신호 출력 전에 복수 개 출력될 수 있다. 서로 다른 제1 신호레벨 범위를 갖는 제1 신호는 광원으로부터 인가된 위상이 다른 또는 타임 시프트된 여기광에 의해 출력될 수 있다.The first signal may be output before and after outputting a second signal to be described later. For example, a plurality of first signals may be output before the second signal is output by the sensing unit 300 . The first signals having different first signal level ranges may be output by excitation light having different phases or time-shifted applied from the light source.

감지부(300)는 여기광이 시료에 조사됨으로써 생성되는 형광 광자를 수신하고, 수신된 형광 광자를 전기 신호인 제2 신호로 변환할 수 있다.The sensing unit 300 may receive a fluorescence photon generated when the excitation light is irradiated to the sample, and convert the received fluorescence photon into a second signal that is an electrical signal.

감지부(300)는 형광 광자 후술하는 소정의 렌즈에서 수집되어 필터(미도시됨)를 통과한 형광 광자를 전기 신호(제2 신호에 대응)로 변환할 수 있다. 이 때, 제2 신호의 배율(예컨대, 증폭)이 인가된 전력에 의해 조절될 수 있다. The sensing unit 300 may convert fluorescent photons collected by a predetermined lens to be described later and passed through a filter (not shown) into an electrical signal (corresponding to the second signal). In this case, the magnification (eg, amplification) of the second signal may be adjusted by the applied power.

또한, 제2 신호는 복수 개의 제2 신호레벨 범위를 가질 수 있다. 마찬가지로 복수 개의 제2 신호레벨 범위는 제2 신호의 배율 조절로 감지부에 인가된 전력, 전압에 의해 조절될 수 있다. 예컨대, 제2 신호는 전압 레벨 범위로 이루어질 수 있다. 그리고 복수 개의 제2 신호레벨 범위는 0 내지 1[V], 0 내지 3[V], 0 내지 5[V] 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 제2 신호레벨 범위는 제1 신호레벨 범위와 동일 또는 상이할 수 있다. 예컨대, 제2 신호레벨 범위는 제1 신호레벨 범위보다 클 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 시료의 상태, 영역 등에 따라 상이한 양으로 발생된 형광 광자를 용이하게 측정할 수 있다. Also, the second signal may have a plurality of second signal level ranges. Similarly, the plurality of second signal level ranges may be adjusted by power and voltage applied to the sensing unit by adjusting the magnification of the second signal. For example, the second signal may have a voltage level range. In addition, the plurality of second signal level ranges may be 0 to 1 [V], 0 to 3 [V], 0 to 5 [V], and the like. Also, the second signal level range may be the same as or different from the first signal level range. For example, the second signal level range may be greater than the first signal level range. With this configuration, it is possible to easily measure fluorescence photons generated in different amounts depending on the state, region, and the like of the sample.

또한, 감지부(300)는 렌즈, 필터 등을 더 포함할 수 있다. 렌즈는 시료(S)로부터의 형광 광자를 모집할 수 있다. 그리고 필터는 여기광을 제거할 수 있다. 이에, 형광 광자를 수집하는데 정확도가 개선될 수 있다.In addition, the sensing unit 300 may further include a lens, a filter, and the like. The lens may collect fluorescence photons from the sample S. And the filter can remove the excitation light. Accordingly, accuracy in collecting fluorescent photons can be improved.

신호처리부(400)는 감지부(300)에서 변환된 제1 신호 및 제2 신호를 이용하여 형광신호 및 형광수명을 산출할 수 있다. 예컨대, 신호처리부(400)는 감지부(300)에서 출력된 제2 신호를 디지털화 또는 퀀타이즈한뒤 시간에 대한 또는 시간 영역의 그래프로서 형광신호 함수를 산출할 수 있다. The signal processing unit 400 may calculate a fluorescence signal and a fluorescence lifetime by using the first signal and the second signal converted by the sensing unit 300 . For example, the signal processing unit 400 may digitize or quantize the second signal output from the sensing unit 300 and then calculate the fluorescence signal function as a graph with respect to time or a time domain.

그리고 신호처리부는 제1 신호 및 제2 신호를 이용하여 시료의 형광신호 또는 형광신호 함수가 포화값 이하가 되도록 복수의 제2 신호레벨 범위를 변경할 수 있다.In addition, the signal processing unit may change the plurality of second signal level ranges by using the first signal and the second signal so that the fluorescent signal or the fluorescent signal function of the sample is equal to or less than a saturation value.

따라서 신호처리부(400)는 제2 신호의 제2 신호레벨 범위를 조절하여 형광광자의 세기에 영향없이 정확한 형광신호 함수를 산출할 수 있다. Accordingly, the signal processing unit 400 may adjust the range of the second signal level of the second signal to calculate an accurate fluorescent signal function without affecting the intensity of the fluorescent photon.

나아가, 신호처리부(400)는 감지부(300)에서 출력된 제1 신호를 디지털화 또는 퀀타이즈한뒤 시간에 대한 또는 시간 영역의 그래프로서 장치 응답 함수를 산출할 수 있다. 그리고 신호처리부(400)는 장치 응답 함수와 형광신호 함수를 이용하여 형광수명을 산출할 수 있다.Furthermore, the signal processing unit 400 may digitize or quantize the first signal output from the sensing unit 300 and then calculate the device response function as a graph with respect to time or a time domain. In addition, the signal processing unit 400 may calculate the fluorescence lifetime using the device response function and the fluorescence signal function.

또한, 셔터부(500)는 복수 개의 셔터로 이루어질 수 있다. 예컨대, 셔터부(500)는 제1 셔터(510) 및 제2 셔터(520)를 포함할 수 있다. 제2 셔터(520)는 감지부 전단에 위치하고, 제2 셔터(520)는 시료(S) 전단에 위치할 수 있다. 셔터부(500)의 각 셔터는 일부 영역이 on/off 또는 개방/폐쇄되어 광을 차단 또는 통과시킬 수 있다.Also, the shutter unit 500 may include a plurality of shutters. For example, the shutter unit 500 may include a first shutter 510 and a second shutter 520 . The second shutter 520 may be located at the front end of the sensing unit, and the second shutter 520 may be located at the front end of the sample S. Each shutter of the shutter unit 500 may block or pass light by partially turning on/off or opening/closing a region.

이로써, 셔터부(500)는 제1 셔터(510)를 통해 형광 광자를 감지하는 동안 상기 제1 여기광을 차단할 수 있다. 또한, 셔터부(500)는 제2 셔터(520)를 통해 제1 여기광을 수신하는 동안 형광광자를 차단할 수 있다.Accordingly, the shutter unit 500 may block the first excitation light while sensing the fluorescent photon through the first shutter 510 . Also, the shutter unit 500 may block fluorescent photons while receiving the first excitation light through the second shutter 520 .

추가적으로, 형광수명을 이용한 체외진단 장치는 신호처리부(400)의 전단에 감지부(300) 및 감지부(300)에서 변환된 전기 신호를 측정하는 신호 측정부를 더 포함할 수 있다. 신호 측정부(미도시됨)는 신호처리부(400) 내/외에 위치할 수 있다. 예를 들어, 신호 측정부(미도시됨)로는 예를 들어 오실로스코프를 사용할 수 있다.Additionally, the in vitro diagnostic apparatus using fluorescence lifetime may further include a detector 300 at the front end of the signal processor 400 and a signal measuring unit measuring the electrical signal converted by the sensing unit 300 . The signal measurement unit (not shown) may be located inside/outside the signal processing unit 400 . For example, an oscilloscope may be used as the signal measuring unit (not shown).

신호처리부(400)는 신호 측정부(미도시됨) 등에서 측정된 제1 신호의 평균 시간과, 제2 신호의 평균 시간의 차이를 이용하여 형광수명을 계산할 수 있다. 이 때, 상술한 디지털화된 제1 신호와 제2 신호를 이용하므로, 신호레벨 범위에 따라 장치 응답 함수와 형광신호 함수의 정확도가 상이할 수 있다. 실시예에 따른 신호처리부(400)는 형광신호 함수의 최대값과 포화값의 차이가 가장 작도록 제2 신호레벨 범위를 변경하므로, 보다 정확한 형광신호 함수를 산출하며, 나아가 정확한 형광 수명을 산출할 수 있다. The signal processing unit 400 may calculate the fluorescence lifetime by using a difference between the average time of the first signal and the average time of the second signal measured by a signal measuring unit (not shown). In this case, since the above-described digitized first signal and second signal are used, the accuracy of the device response function and the fluorescence signal function may be different depending on the signal level range. Since the signal processing unit 400 according to the embodiment changes the range of the second signal level so that the difference between the maximum value and the saturation value of the fluorescent signal function is smallest, it is possible to calculate a more accurate fluorescent signal function and furthermore, to calculate an accurate fluorescent lifespan. can

이에, 제1 신호는 IM(t)에 해당 또는 대응하고, IM(t)의 평균 시간은 후술하는 평균 지연 시간에 해당하며, 제2 신호는 후술하는 장치 응답 함수 IIRF'(t)에 해당 또는 대응하고 IIRF' (t)의 평균 시간은 후술하는 장치 지연 시간에 해당하게 된다. 이 때, 제1 신호도 IIRF (t)의 장치 지연 시간을 가질 수 있다. 그리고 실시예에 따르면, 감지부(300)는 동일한 구성요소로 응답 특성이 갖는 경로 차에 따른 환경 요소가 달라 일부 응답 특성이 상이할 수 있다. 또는 복수의 감지부로 이루어진 경우에 상이한 구성 요소로서 응답 특성이 상이할 수 있다. 이 때, 장치 응답함수도 상이하다. 다시 말해, 복수 개의 감지부인 경우나 제1 신호의 장치 응답 함수 IIRF(t)와 제2 신호의 장치 응답 함수 IIRF'(t)는 서로 상이하다.Accordingly, the first signal corresponds to or corresponds to I M (t), the average time of I M (t) corresponds to an average delay time to be described later, and the second signal corresponds to a device response function I IRF '(t) to be described later. Corresponds to or corresponds to IRF, and the average time of IRF '(t) corresponds to the device delay time to be described later. In this case, the first signal may also have a device delay time of I IRF (t). And, according to an embodiment, since the sensing unit 300 is the same component and has different environmental factors according to the path difference of the response characteristics, some response characteristics may be different. Alternatively, when a plurality of sensing units are configured, response characteristics may be different as different components. In this case, the device response functions are also different. In other words, in the case of a plurality of sensing units, the device response function I IRF (t) of the first signal and the device response function I IRF '(t) of the second signal are different from each other.

이하, 본 발명에 따른 형광수명의 측정 원리에 대해서 설명한다.Hereinafter, the measuring principle of the fluorescence lifetime according to the present invention will be described.

먼저, 실시예에 따른 체외진단 장치는 광 수명을 측정 또는 산출하기 위해 짧은 펄스 형태의 여기광을 시료에 입사시키고 방출되는 형광의 시간 파형을 고속의 감지부를 통해 측정할 수 있다. First, the in vitro diagnostic apparatus according to the embodiment may inject excitation light in a short pulse form into a sample in order to measure or calculate the light lifetime, and measure a time waveform of emitted fluorescence through a high-speed sensing unit.

이에, 광원(110)은 짧은 펄스폭을 갖는 여기광을 생성할 수 있다. 예컨대, 광원(110)은 펄스형 레이저로 이루어질 수 있다. Accordingly, the light source 110 may generate excitation light having a short pulse width. For example, the light source 110 may be formed of a pulsed laser.

형광의 세기와 여기광의 세기가 작아서 감지부(300) 및 감지부(300)는 상대적으로 큰 신호 증폭 능력을 지닌 PMT(photo-multiplier tube)나 APD(avalanche photo diode)로 이루어질 수 있다.Since the intensity of fluorescence and the intensity of excitation light are small, the detector 300 and the detector 300 may be formed of a photo-multiplier tube (PMT) or an avalanche photo diode (APD) having a relatively large signal amplification capability.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, '"

Figure pat00002
" 기호는 컨볼루션을 나타내며, IM(t)는 감지부에서 얻어지는 파형(이하 '형광신호 함수' 또는 '형광신호'와 혼용함)으로 특히 제2 여기광에 대한 신호 또는 제2 여기광에 의해 시료로부터 발생된 형광광자에 대한 신호나 파형이고, IE(t)는 여기광(예, 제1 여기광)의 파형으로 제1 여기광에 대한 신호 또는 파형이고, IP(t)는 감지부의 임펄스 응답(impulse response) 파형이고, T0는 여기광이 광원에서 제1 렌즈를 거쳐 감지부에 도착하는데 걸리는 거리에 따른 지연 시간을 나타낸다. 이러한 지연 시간은 형광 현상과 무관한 장치 고유 특성(응답 특성과 혼용) 값으로 사전에 측정될 수 있을 것이다. 본 명세서에서, 형광신호 함수는 디지털화된 제2 함수를 시간 영역 또는 시간에 대한 함수(또는 그래프)로서 아날로그화된 함수이고, 장치 응답 함수는 제1 함수를 시간 영역 또는 시간에 대한 함수(또는 그래프)로서 아날로그화된 함수이다. 본 명세서에서는 제1,2 신호를 디지털화한 후 시간 영역 또는 시간에 대한 함수로서 아날로그화한 함수(예, 형광신호 함수 또는 장치 응답 함수)를 디지털화 및 아날로그화로 도시한다. 나아가, 형광신호 함수가 디스플레이부(미도시됨)로 표시되며, 산출된 형광 수명도 디스플레이부를 통해 시료의 각 영역에 대해 도시되거나 정보 제공될 수 있다.here, '"
Figure pat00002
" symbol indicates convolution, and I M (t) is a waveform obtained from the sensing unit (hereinafter, mixed with 'fluorescence signal function' or 'fluorescence signal'), especially the signal for the second excitation light or the second excitation light. is a signal or waveform for a fluorescence photon generated from a sample by the It is an impulse response waveform of the detector, and T 0 represents a delay time according to the distance it takes for the excitation light to arrive at the detector from the light source through the first lens. It may be measured in advance as a value (mixed with response characteristic) In this specification, the fluorescence signal function is a function that is analogized as a function (or graph) of a time domain or time with a digitized second function, and the device response The function is a function that is analogized as a function (or graph) of the first function in the time domain or time.In the present specification, the first and second signals are digitized and then analogized as a function (eg, in the time domain or time) . information can be provided.

이때, IE(t)

Figure pat00003
IP(t)를 장치 응답 함수(instrument response function, 이하 IRF)라 하고, IIRF(t)로 표기하기로 한다. IIRF(t)는 체외진단 장치의 전체 응답 함수를 의미하며 형광 현상과 무관한 장치 고유의 값일 수 있다. 이 때, 제1 여기광과 감지부에 대한 장치 응답 함수는 IIRF(t)로, 제2 여기광과 감지부에 대한 장치 응답 함수는 IIRF'(t)이나 제1 여기광과 감지부에 대한 장치 응답 함수는 IIRF(t)과 일부 차이 또는 동일할 수 있다. 그리고 감지부에서 검출된 파형은 형광 본연의 지수함수 감쇠 함수인 IF(t)와 IIRF(t)의 콘볼루션이고 이것이 T0만큼 지연된 형태로 나타나게 된다. At this time, I E (t)
Figure pat00003
I P (t) will be referred to as an instrument response function (hereinafter, IRF), and will be expressed as I IRF (t). I IRF (t) refers to the overall response function of the in vitro diagnostic device and may be a device-specific value independent of fluorescence. In this case, the device response function for the first excitation light and the sensing unit is I IRF (t), and the device response function for the second excitation light and the sensing unit is I IRF '(t), or the first excitation light and the sensing unit The device response function for IRF (t) may be the same or some difference from IRF(t). In addition, the waveform detected by the sensor is a convolution of I F (t) and I IRF (t), which are the natural exponential decay functions of fluorescence, and this is delayed by T0.

이를 바탕으로, 실시예에 따른 체외진단 장치는 측정된 또는 산출된 아날로그 파형 또는 산출된 장치 응답 함수에서 IRF 파형의 기여를 제거하기 위해 푸리에 영역 디컨볼루션(Fourier-domain deconvolution)을 이용하여 형광수명을 검출할 수 있다. Based on this, the in vitro diagnostic apparatus according to the embodiment uses Fourier-domain deconvolution to remove the contribution of the IRF waveform from the measured or calculated analog waveform or the calculated device response function to fluorescence lifetime. can be detected.

즉, 신호처리부(400)는 측정된 아날로그 파형인 IM(t)와 IIRF(t)를 푸리에 변환을 통해 주파수 영역으로 각각 IM(f)와 IIRF(f)로 변환한다. 그리고 IM(f)/IIRF(f)를 계산한 후에 역푸리에 변환을 수행하면 푸리에 변환과 컨볼루션의 수학적 특성에 의해 IF(t)만이 남게 될 것이다. 이는 푸리에 변환된 주파수 영역에서 컨볼루션 관계가 단순한 곱셈 관계로 변환되기 때문이다. 이러한 디컨볼루션 방법을 통해 IRF의 기여를 최소화 할 수 있다.That is, the signal processing unit 400 converts the measured analog waveforms IM (t) and I IRF (t) into IM (f) and I IRF (f) in the frequency domain through Fourier transform, respectively. And if the inverse Fourier transform is performed after calculating I M (f)/I IRF (f), only I F (t) will remain due to the mathematical properties of the Fourier transform and convolution. This is because the convolutional relationship is transformed into a simple multiplication relationship in the Fourier-transformed frequency domain. Through this deconvolution method, the contribution of IRF can be minimized.

또한, 신호처리부(400)는 역푸리에 변환을 수행하지 않고 주파수 영역에서 바로 형광수명을 계산할 수 있다. 신호처리부(400)는 주파수 영역에서 형광수명인 IF(f)의 절대값 크기 혹은 위상 성분의 분석을 통해서 형광수명을 산출할 수 있다. 즉, 신호처리부(400)는 시간 영역에서 측정결과를 지수함수 감쇠곡선으로 곡선피팅(curve fitting)하는 것과 같이 주파수 영역에서 지수함수 감쇠곡선의 주파수영역 표현 곡선으로 곡선피팅하여 형광수명을 산출할 수 있다. 다시 말해, 임의의 주파수 f에 대해, 복소함수 IF(f)의 위상성분과 IIRF(f)의 위상성분의 차이를 θ라 하면 형광수명은 아래 수학식 2와 같을 수 있다.Also, the signal processing unit 400 may calculate the fluorescence lifetime directly in the frequency domain without performing the inverse Fourier transform. The signal processing unit 400 may calculate the fluorescence lifetime by analyzing the magnitude or phase component of the absolute value of IF ( f ), which is the fluorescence lifetime in the frequency domain. That is, the signal processing unit 400 calculates the fluorescence lifetime by curve fitting the measurement result with an exponential decay curve in the time domain with a frequency domain expression curve of the exponential decay curve in the frequency domain. have. In other words, for an arbitrary frequency f, if the difference between the phase component of the complex function I F (f) and the phase component of I IRF (f) is θ, the fluorescence lifetime can be expressed by Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, τ는 형광수명을 의미한다.Here, τ means the fluorescence lifetime.

이에 따라, 유효 주파수 범위 내에서 측정 결과를 위 함수로 곡선피팅하면 정확한 형광수명을 산출할 수 있다. 그리고 이를 통해 측정된 결과를 푸리에 변환을 통해 주파수 영역으로 변환하면 IRF의 기여는 단순한 곱셈(절대값에 대해)이나 덧셈(위상에 대해)과 같은 대수적 관계로 나타나게 되어 IRF의 기여를 쉽게 제거할 수 있다.Accordingly, accurate fluorescence lifetime can be calculated by curve-fitting the measurement result with the above function within the effective frequency range. And if the measured result is transformed into the frequency domain through Fourier transform, the contribution of IRF appears as a algebraic relationship such as simple multiplication (for absolute value) or addition (for phase), so the contribution of IRF can be easily removed. have.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 신호처리부(400)는 형광수명 측정의 고속성을 얻기 위해서는 TCSPC에서와 같은 단일 광자에 의한 응답이 아닌 다수의 형광 광자에 의해 야기된 아날로그 형태의 펄스 전기신호를 처리하여 형광수명을 산출할 수도 있다.In addition, in order to obtain high-speed measurement of fluorescence lifetime, the signal processing unit 400 according to an embodiment of the present invention receives an analog pulse electrical signal caused by multiple fluorescence photons rather than a single photon response as in TCSPC. It can also be processed to calculate the fluorescence lifetime.

상술한 바와 같이 감지부로부터 측정된 펄스전기 신호가 형광 발광 현상 고유의 지수함수 감쇠곡선 (exponential decay curve)과 IRF 파형의 컨볼루션(convolution)일 수 있다.As described above, the pulsed electrical signal measured from the sensing unit may be a convolution of an exponential decay curve unique to the fluorescence emission phenomenon and an IRF waveform.

이 때, 실시예에 따른 신호처리부(400)는 형광수명의 측정을 평균 시간 영역에서 형광수명을 결정하여 디컨볼루션을 빼기(차이값도출) 과정으로 수행할 수 있다. 이에, 실시예에 따른 체외진단 장치는 형광수명이 보다 용이하게 측정할 수 있다. In this case, the signal processing unit 400 according to the embodiment may measure the fluorescence lifetime by determining the fluorescence lifetime in the average time domain and subtracting the deconvolution (deriving the difference value). Accordingly, the in vitro diagnostic apparatus according to the embodiment can more easily measure the fluorescence lifetime.

신호처리부(400)는 무한한 개수의 형광 광자가 만드는 펄스 전기 신호가 그 중 개별적인 하나의 형광 광자에 대해서 펄스 전기 신호 곧, 양자역학적으로 단위 전하량(전자의 전기량)이 후술하는 신호처리부에 도착하는 시간상의 확률분포 함수 (probability distribution function, 이하 PDF)로 풀이할 수 있다. 그리고 랜덤(random) 신호에 대해서 확률분포 함수의 컨볼루션은 각 확률분포 함수에 대응되는 개별 랜덤 변수(random variable)의 합이 되게 된다. 따라서 상술된 수학식 1에 대응하는 하기의 수학식 3이 성립한다.In the signal processing unit 400, the pulse electrical signal generated by an infinite number of fluorescent photons is a pulse electrical signal for one individual fluorescent photon, that is, quantum-mechanically, the amount of unit charge (the amount of electrons) arrives at the signal processing unit to be described later. It can be solved with a probability distribution function (PDF) of And for a random signal, the convolution of the probability distribution function becomes the sum of individual random variables corresponding to each probability distribution function. Accordingly, the following Equation 3 corresponding to Equation 1 above is established.

[수학식 3][Equation 3]

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, M, E, F, P는 각각 IM(t), IE(t), IF(t), IP(t)를 PDF로 간주했을 때 각각에 대응되는 시간 랜덤 변수이다. T0는 광경로에 의한 고정적 지연 시간으로 결정된 변수이다. 구체적으로, M은 신호처리부에 도착하는 전자의 도착시간, E는 그 중 형광 광자를 야기시키는 여기광 광자의 도착시간, P는 형광 광자에 의해 광전 변환된(photon-electron conversion) 전자 하나의 도착시간, F는 형광 분자 하나가 형광 광자 하나를 방출하는데 걸리는 시간을 의미한다. 하나의 형광 광자와 이에 의해 야기된 하나의 신호 전자에 대해서 E, F, P는 확률적인 랜덤 변수이거나 또는 그렇게 간주될 수 있다. 랜덤 변수간에 덧셈 관계가 성립한다면 그 랜덤 변수에 대한 기대값(expectation value) 즉, 평균값에 대해서도 덧셈 관계가 성립한다. 즉, E[·]를 평균 연산자라 하면(아래첨자는 감지부에서 대상 여기광을 의미하며 제1 여기광은 1로, 제2 여기광은 2로 나타남), 시간 변수에 대한 평균값, 즉 평균 시간은 적분구간 T에 대해서 다음 수학식 4로 표현된다.Here, M, E, F, and P are temporal random variables corresponding to each of I M (t), I E (t), I F (t), and I P (t) as PDFs. T 0 is a variable determined as a fixed delay time by the light path. Specifically, M is the arrival time of electrons arriving at the signal processing unit, E is the arrival time of excitation photons causing fluorescence photons among them, and P is the arrival of one photon-electron converted electron by fluorescent photons. Time, F, is the time it takes for one fluorescent molecule to emit one fluorescent photon. For one fluorescent photon and one signal electron caused by it, E, F, P are or can be considered as stochastic random variables. If an additive relationship is established between random variables, an additive relationship is also established with respect to the expected value of the random variable, that is, the average value. That is, if E[·] is an average operator (a subscript indicates a target excitation light in the sensing unit, the first excitation light is 1, and the second excitation light is 2), the average value for the time variable, that is, the average Time is expressed by the following Equation 4 for the integration period T.

[수학식 3] [Equation 3]

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서, A(t)는 각각의 시간 랜덤 변수에 대한 확률분포 함수를 나타낸다. 그리고 적분구간 T는 이론적으로는 무한대의 값을 가져야만 이상적인 적분값을 구할 있지만, 펄스형 여기광을 사용하여 형광수명을 구하는 시스템에서는 제한된 신호의 주기시간 안에서 적분을 하면 된다. 지수함수적 감쇠곡선에서의 적분은 특정 시상수 τ의 5배, 즉 감쇠곡선 최고치의 e-5의 크기가 되는 시간까지의 적분은 99.3%의 면적을 적분하게 되는 것이다. 따라서 그 이상의 시간에 대해서의 적분과는 큰 차이게 없을 수 있다. 따라서 평균 시간을 구하기 위한 적분구간 T를 예를 들어 5τ까지의 구간으로 정의할 수 있다.Here, A(t) represents a probability distribution function for each temporal random variable. In addition, the integral period T theoretically needs to have an infinite value to obtain an ideal integral value. However, in a system that obtains the fluorescence lifetime using pulsed excitation light, integration can be performed within the limited cycle time of the signal. The integral in the exponential decay curve is 5 times the specific time constant τ, that is, the integral until the time e -5 of the maximum value of the decay curve is integrated, which is 99.3% of the area. Therefore, there may not be much difference from the integral for more time. Therefore, the integration interval T for obtaining the average time can be defined as, for example, an interval up to 5τ.

상기 수학식 3에 따라서 평균 시간에 대해서 다음 수학식 5가 성립한다.According to Equation 3, the following Equation 5 holds for the average time.

[수학식 5] [Equation 5]

Figure pat00007
Figure pat00007

상기 수학식 5는 후술하는 신호처리부에 도착하는 펄스 전기신호 파형의 평균 지연 시간 E[M]이 여기광 광원과 감지부의 응답 특성으로서의 IRF 지연인 E[E]+E[P]와 광경로에 의한 지연 T0, 그리고 형광 현상에 의한 지연 E[F]의 총합으로 표현됨을 의미한다. 이 중 IRF 지연과 광경로에 의한 지연의 합을 장치 지연 시간이라 하면, 이는 E[E]+E[P]+T0로 나타나게 된다. 그리고 지수함수적 감쇠곡선에서 특성 시상수 τ는 그 곡선의 평균 지연 시간 값과 같으므로(τ=E[F]), 형광수명 τ는 최종적으로 E[M]-{E[E]+E[P]+T0}로 나타나게 된다. 따라서 형광수명은 상술한 바와 같은 평균 지연 시간에서 장치 지연 시간을 뺀 값이 된다.Equation 5 shows that the average delay time E[M] of the pulsed electrical signal waveform arriving at the signal processing unit, which will be described later, is the IRF delay E[E]+E[P] as the response characteristics of the excitation light source and the sensing unit and the optical path. It means that it is expressed as the sum of the delay T0 caused by the fluorescence phenomenon and the delay E[F] caused by the fluorescence phenomenon. Of these, if the sum of the delay due to the IRF delay and the light path is the device delay time, it is expressed as E[E]+E[P]+T0. And since the characteristic time constant τ in the exponential decay curve is equal to the average delay time value of the curve (τ=E[F]), the fluorescence lifetime τ is finally E[M]-{E[E]+E[P ]+T0}. Therefore, the fluorescence lifetime is a value obtained by subtracting the device delay time from the average delay time as described above.

도 2 및 도 3을 참조하면, 장치 응답 함수 IIRF(t)의 평균 <t>IRF는 상술한 감지부에 대한 장치 지연 시간을 나타내고, 감지부에서 얻어지는 파형 IM(t)의 평균 <t>M은 상술한 평균 지연 시간을 나타낸다. 이때, 장치 응답 함수와 감지부에서 얻어지는 형광신호 파형의 시작점은 동일 또는 상이할 수 있다. 이하에서는 상이한 것을 기준으로 설명한다. 그리고 도 2에 도시된 바와 같은 두 개의 파형의 평균 시간의 차이를 이용하면 E[F], 즉 형광수명 τ를 산출할 수 있다. 즉, 신호처리부는 상술한 방식으로 형광수명을 산출할 수 있다.2 and 3 , the average <t> IRF of the device response function I IRF (t) represents the device delay time for the above-described sensing unit, and the average of the waveform I M (t) obtained from the sensing unit <t > M represents the above-mentioned average delay time. In this case, the device response function and the starting point of the fluorescence signal waveform obtained from the sensing unit may be the same or different. Hereinafter, description will be made on the basis of different things. In addition, E[F], that is, the fluorescence lifetime τ, can be calculated by using the difference between the average times of the two waveforms as shown in FIG. 2 . That is, the signal processing unit may calculate the fluorescence lifetime in the above-described manner.

그리고 신호처리부(400)에서 상기 제1 신호의 평균 시간 E1(t)는 다음 수학식 6을 이용하여 계산될 수 있다.In addition, the average time E 1 (t) of the first signal in the signal processing unit 400 may be calculated using Equation 6 below.

[수학식 6] [Equation 6]

여기서, A(t)는 상기 제1 신호 또는 장치 응답 함수를 나타내며, T는 적분 주기로서 형광수명 측정의 정확도에 따라 특정 값으로 설정할 수 있다.Here, A(t) represents the first signal or device response function, and T is an integration period, which may be set to a specific value according to the accuracy of fluorescence lifetime measurement.

또한, 신호처리부(400)에서 제2 신호의 평균 시간 E2(t)는 다음 수학식 7을 이용하여 계산될 수 있다.Also, the average time E 2 (t) of the second signal in the signal processing unit 400 may be calculated using Equation 7 below.

[수학식 7] [Equation 7]

여기서, B(t)는 상기 제2 신호 또는 형광신호 함수를 나타내며, T는 상기 수학식에서의 적분 주기와 동일한 값이다.Here, B(t) represents the function of the second signal or fluorescence signal, and T is the same value as the integration period in the above equation.

신호처리부(400)는 제2 신호의 평균 시간에 대한 보상을 수행하고 상술한 바와 같이 제2 신호의 평균 시간과 제1 신호의 평균 시간의 차이(E2(t) - E1(t))를 형광수명으로 산출할 수 있다. The signal processing unit 400 compensates for the average time of the second signal, and as described above, the difference between the average time of the second signal and the average time of the first signal (E 2 (t) - E 1 (t)) can be calculated as the fluorescence lifetime.

이러한 보상에 의해, 신호처리부(400)는 시료를 통과하지 않은 제1 여기광과 이에 대한 감지부의 응답 특성으로서의 IRF 지연인 E1[E]+E1[P]을 산출할 수 있다 (T0는 상술한 바와 같이 지연 시간으로, 지연 시간은 형광 현상과 무관한 장치 고유 특성(응답 특성과 혼용) 값인바 사전에 측정될 수 있을 것이기에 제외함).By this compensation, the signal processing unit 400 may calculate the first excitation light that does not pass through the sample and the IRF delay E 1 [E] + E 1 [P] as a response characteristic of the sensing unit to the first excitation light (T 0 ). is the delay time as described above, and the delay time is a device-specific characteristic (mixed with response characteristic) independent of the fluorescence phenomenon, which is excluded because it may be measured in advance).

보다 구체적으로, 신호처리부(400)는 감지부의 응답 특성을 나타내는 제1 신호를 감지부의 응답 특성을 나타내는 보상된 제1 신호로 변환하기 위하여, 특정 시료에 대한 고유의 형광수명을 반영하여 저장된 보상값을 이용할 수 있다.More specifically, the signal processing unit 400 converts the first signal representing the response characteristics of the sensing unit into a compensated first signal representing the response characteristics of the sensing unit, and a compensation value stored by reflecting the unique fluorescence lifetime for a specific sample. is available.

다시 말해, 신호처리부(400)는 보상값을 아래의 수학식 8을 이용하여 계산할 수 있다.In other words, the signal processing unit 400 may calculate the compensation value using Equation 8 below.

[수학식 8][Equation 8]

CV={(E2[E]+E2[P])}- {E1[E]+E1[P]}CV={(E 2 [E]+E 2 [P])}- {E 1 [E]+E 1 [P]}

여기서, CV는 보상값이고, E1[E]+E1[P]는 여기광(제1 여기광) 광원과 감지부의 응답 특성이고, E2[E]+E2[P]는 여기광(제2 여기광) 광원과 감지부의 응답 특성이며, E1[E]+E1[P]와 E2[E]+E2[P]는 특정 시료의 고유의 형광수명을 수학식 1에 대입하여 얻어진다. 또는 감지부가 복수 개인 경우, 보상값은 복수 개의 감지부에 대한 제1 여기광의 응답 특성 간의 차이로 산출될 수 있다. Here, CV is the compensation value, E 1 [E]+E 1 [P] is the response characteristic of the excitation light (first excitation light) light source and the sensing unit, and E 2 [E]+E 2 [P] is the excitation light (Second excitation light) The response characteristics of the light source and the sensing unit, E 1 [E]+E 1 [P] and E 2 [E]+E 2 [P] are the intrinsic fluorescence lifetime of a specific sample in Equation 1 obtained by substituting Alternatively, when there are a plurality of sensing units, the compensation value may be calculated as a difference between response characteristics of the first excitation light with respect to the plurality of sensing units.

이러한 구성에 의하여, 실시예에 따른 체외진단 장치는 형광 광자에 대한 제2 신호와 여기광이 시료를 통과하지 않은 제1 신호를 시간차 없이 또는 시간차를 최소화한 상태로 얻으면서도 형광수명을 정확하게 산출할 수 있다.With this configuration, the in vitro diagnostic device according to the embodiment can accurately calculate the fluorescence lifetime while obtaining the second signal for the fluorescence photon and the first signal in which the excitation light does not pass through the sample without a time difference or with a minimized time difference. can

특히, 실시예에 따른 체외진단 장치는 감지부를 통해 측정된 제1 신호의 응답 특성(장치 응답 함수)과 감지부에서 수집한 형광 광자(제2 신호)에 대한 응답 특성(형광신호 함수)의 차이를 제거할 수 있다. 즉, 경로 차이 등의 환경 요소에 따른 오차를 제거할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 신호처리부는 감지부를 통해 측정된 응답 특성(형광 신호)와 감지부의 응답 특성(장치 응답 함수)의 차이만을 보상하여, 상술한 바와 같이 감지부에 대한 응답 특성과 형광 광자에 대한 신호를 이용하여 형광수명을 산출할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 경로 차이와 무관하고 형광 광자를 수신하는 시간과 적어도 일부 중첩되는 시간동안 응답 특성을 갖는 여기광을 수신함으로써 중첩되는 시간만큼의 시간절약이 이루어질 수 있다. 이에 따라, 형광수명이 보다 빠르고 정확하게 산출될 수 있다.In particular, in the in vitro diagnostic apparatus according to the embodiment, the difference between the response characteristic (device response function) of the first signal measured by the sensing unit and the response characteristic (fluorescence signal function) to the fluorescent photon (second signal) collected by the sensing unit can be removed. That is, errors due to environmental factors such as path differences may be removed. Accordingly, the signal processing unit according to the embodiment compensates only the difference between the response characteristic (fluorescent signal) measured by the sensing unit and the response characteristic (device response function) of the sensing unit, and as described above, the response characteristic to the sensing unit and the fluorescent photon The fluorescence lifetime can be calculated using the signal for . According to this configuration, time can be saved as much as the overlapping time by receiving the excitation light having a response characteristic for a time that is at least partially overlapping with the time for receiving the fluorescence photon regardless of the path difference. Accordingly, the fluorescence lifetime can be calculated more quickly and accurately.

나아가, 도 3에서와 같이 실시예에 따른 장치는 감지부를 통해 측정된 제1 신호에 대한 파형(장치 응답 함수)과 감지부에서 수집한 형광 광자에 대한 파형(형광신호 함수) 간의 신호 수신 시간차(Δt)가 존재하더라도 이는 광원에 의한 여기광의 인가 차이(제1 여기광과 제2 여기광의 인가 시간차)에 따른 시간차인 바 미리 구해지는 값으로 이를 제거할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 신호처리부는 감지부를 통해 측정된 제1 신호의 응답 특성과 제2 신호의 응답 특성의 차이와 상술한 시간차를 보상하여, 상술한 바와 같이 감지부에 대한 응답 특성과 형광 광자에 대한 신호를 이용하여 형광수명을 산출할 수 있다. Furthermore, as shown in FIG. 3 , in the device according to the embodiment, a signal reception time difference ( Even if Δt) exists, it is a time difference according to the difference in application of the excitation light by the light source (time difference between the application of the first excitation light and the second excitation light), and thus it can be removed with a value obtained in advance. Accordingly, the signal processing unit according to the embodiment compensates for the difference between the response characteristics of the first signal and the response characteristics of the second signal measured by the sensing unit and the above-described time difference, and as described above, the response characteristics of the sensing unit and the fluorescence The fluorescence lifetime can be calculated using the signal for the photon.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 제1 신호레벨을 갖는 제1 신호를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 제2 신호레벨을 갖는 제2 신호를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a first signal having a plurality of first signal levels according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram illustrating a second signal having a plurality of second signal levels according to an embodiment of the present invention it is one drawing

도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 신호(SG1)는 복수의 제1 신호레벨 범위(SSG1 내지 SSG3)를 갖고, 제2 신호는 복수의 제2 신호레벨 범위(SSG4 내지 SSG6)를 가질 수 있다.4 and 5 , the first signal SG1 may have a plurality of first signal level ranges SSG1 to SSG3 , and the second signal may have a plurality of second signal level ranges SSG4 to SSG6 . have.

먼저, 제1 신호(SG1)는 상술한 바와 같이 복수의 제1 신호레벨 범위(SSG1 내지 SSG3)를 갖는다. 예컨대, 복수의 제1 신호레벨 범위(SSG1 내지 SSG3)는 제1 서브 신호레벨 범위(SSG1), 제2 서브 신호레벨 범위(SSG2) 및 제3 서브 신호레벨 범위(SSG3)를 포함한다.First, the first signal SG1 has a plurality of first signal level ranges SSG1 to SSG3 as described above. For example, the plurality of first signal level ranges SSG1 to SSG3 include a first sub-signal level range SSG1 , a second sub-signal level range SSG2 , and a third sub-signal level range SSG3 .

상술한 바와 같이 제1 신호(SG1)는 제1 여기광이 변환된 신호이다. 즉, 제1 신호(SG1)는 제1 여기광의 변환된 전기 신호이다. 제1 신호(SG1)는 전기 신호로, 예컨대 전압일 수 있다.As described above, the first signal SG1 is a signal obtained by converting the first excitation light. That is, the first signal SG1 is a converted electrical signal of the first excitation light. The first signal SG1 may be an electrical signal, for example, a voltage.

이 때, 제1 신호(SG1)는 감지부에 인가되는 전력 조절에 의해 상술한 다양한 제1 신호레벨 범위를 가질 수 있다. 복수의 제1 신호레벨 범위는 서로 상이한 전기 신호 범위로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 서브 신호레벨 범위(SSG1)는 0레벨 내지 제1 레벨(A0)로 이루어질 수 있다. 또한, 제2 서브 신호레벨 범위(SSG2)는 0레벨 내지 제2 레벨(A1)의 범위로 이루어질 수 있다. 그리고 제3 서브 신호레벨 범위(SSG3)는 0레벨 내지 제3 레벨(A2)의 범위로 이루어질 수 있다. 여기서, 제1 레벨(A0)은 제2 레벨(A1)보다 작고, 제2 레벨(A1)은 제3 레벨(A2)보다 작을 수 있다.In this case, the first signal SG1 may have the above-described various first signal level ranges by adjusting the power applied to the sensing unit. The plurality of first signal level ranges may include different electric signal ranges. For example, the first sub-signal level range SSG1 may be comprised of a 0 level to a first level A0. Also, the second sub-signal level range SSG2 may be in the range of 0 level to the second level A1. And the third sub-signal level range SSG3 may be in the range of 0 level to the third level A2. Here, the first level A0 may be smaller than the second level A1 , and the second level A1 may be smaller than the third level A2 .

이에 따라, 감지부에서 변환된 제1 신호(SG1)는 복수의 제1 신호레벨 범위에 따라 상술한 장치 응답 함수(IIRF(t))도 상이하게 나타날 수 있다. 즉, 특정 제1 신호레벨 범위를 갖는 제1 신호(SG1)를 기반으로 디지털화(digitizing) 또는 퀀타이즈(quantize)될 수 있다. 상기 디지털화 또는 퀀타이즈는 신호처리부에서 예컨대, 복수의 비트로 이루어질 수 있다. 그리고 디지털화된 제1 신호(SG1)를 이용하여 장치 응답 함수(IIRF(t))가 산출되고, 시간 영역 또는 시간에 대한 그래프로 도시된 바와 같이 표시될 수 있다. Accordingly, in the first signal SG1 converted by the sensing unit, the above-described device response function I IRF (t) may also appear differently according to a plurality of first signal level ranges. That is, it may be digitized or quantized based on the first signal SG1 having a specific first signal level range. The digitization or quantization may be performed by, for example, a plurality of bits in the signal processing unit. Then, the device response function I IRF (t) is calculated using the digitized first signal SG1 and may be displayed as shown in a graph with respect to a time domain or time.

따라서 동일한 체외진단 장치에서 장치 자체의 응답 함수 또는 고유 함수는 동일하더라도 디지털화 또는 퀀타이즈에 의해 산출되는 장치 응답 함수(IIRF(t))는 일부가 상이할 수 있다. Therefore, in the same in vitro diagnostic device, even if the device itself has the same response function or eigenfunction, the device response function (I IRF (t)) calculated by digitization or quantization may be partially different.

제1 서브 신호레벨 범위(SSG1)를 갖는 제1 신호는 제1 장치 응답 함수(IIRF1(t))로 산출 또는 표시될 수 있다. 또한, 제2 서브 신호레벨 범위(SSG2)를 갖는 제1 신호는 제2 장치 응답 함수(IIRF2(t))로 산출 또는 표시될 수 있다. 또한, 제3 서브 신호레벨 범위(SSG3)를 갖는 제1 신호는 제3 장치 응답 함수(IIRF3(t))로 산출 또는 표시될 수 있다. The first signal having the first sub-signal level range SSG1 may be calculated or expressed as a first device response function I IRF1 (t). Also, the first signal having the second sub-signal level range SSG2 may be calculated or expressed as a second device response function I IRF2 (t). Also, the first signal having the third sub-signal level range SSG3 may be calculated or expressed as a third device response function I IRF3 (t).

제1 장치 응답 함수(IIRF3(t)) 내지 제3 장치 응답 함수(IIRF3(t))는 동일 또는 적어도 일부가 상이할 수 있다. 예컨대, 디지털화 또는 퀀타이즈화에 의해 일부 오차가 발생할 수 있다. The first device response function I IRF3 (t) to the third device response function I IRF3 (t) may be the same or at least partially different. For example, some errors may occur due to digitization or quantization.

그리고 제1 서브 신호레벨 범위(SSG1) 내지 제3 서브 신호레벨 범위(SSG3)는 서로 간의 최대 레벨의 차이(제1 레벨 내지 제3 레벨 간의 차이)가 존재한다. 또한, 이러한 복수의 제1 신호레벨 범위를 갖는 제1 신호(SG1)는 제2 신호(SG2)의 출력 전 또는 후에 출력될 수 있다. 나아가, 복수의 제1 신호레벨 범위의 개수에 대응하여 순차로 여기광이 인가된다.In addition, the first sub-signal level range SSG1 to the third sub-signal level range SSG3 has a maximum level difference (a difference between the first level and the third level). Also, the first signal SG1 having the plurality of first signal level ranges may be output before or after the output of the second signal SG2 . Further, the excitation light is sequentially applied corresponding to the number of the plurality of first signal level ranges.

제2 신호(SG2)는 복수의 제2 신호레벨 범위(SSG4 내지 SSG6)를 갖는다. 예컨대, 복수의 제2 신호레벨 범위(SSG4 내지 SSG6)는 제4 서브 신호레벨 범위(SSG4), 제5 서브 신호레벨 범위(SSG5) 및 제6 서브 신호레벨 범위(SSG6)를 포함한다.The second signal SG2 has a plurality of second signal level ranges SSG4 to SSG6 . For example, the plurality of second signal level ranges SSG4 to SSG6 include a fourth sub-signal level range SSG4 , a fifth sub-signal level range SSG5 , and a sixth sub-signal level range SSG6 .

상술한 바와 같이 제2 신호(SG2)는 제2 여기광이 변환된 신호이다. 즉, 제2 신호(SG2)는 제2 여기광의 변환된 전기 신호이다. 제2 여기광은 여기광이 시료로 조사된 이후에 발생한 형광 광자이다. 또한, 제2 신호(SG2)는 전기 신호로, 예컨대 전압일 수 있다.As described above, the second signal SG2 is a signal obtained by converting the second excitation light. That is, the second signal SG2 is a converted electrical signal of the second excitation light. The second excitation light is a fluorescence photon generated after the excitation light is irradiated to the sample. Also, the second signal SG2 may be an electrical signal, for example, a voltage.

이 때, 제2 신호(SG2)는 감지부에 인가되는 전력 조절에 의해 상술한 다양한 제2 신호레벨 범위를 가질 수 있다. 복수의 제2 신호레벨 범위는 서로 상이한 전기 신호 범위로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제4 서브 신호레벨 범위(SSG4)는 0레벨 내지 제4 레벨(A3)로 이루어질 수 있다. 또한, 제5 서브 신호레벨 범위(SSG5)는 0레벨 내지 제5 레벨(A4)의 범위로 이루어질 수 있다. 그리고 제6 서브 신호레벨 범위(SSG6)는 0레벨 내지 제6 레벨(A5)의 범위로 이루어질 수 있다. 여기서, 제4 레벨(A3)은 제5 레벨(A4)보다 작고, 제4 레벨(A4)은 제6 레벨(A5)보다 작을 수 있다.In this case, the second signal SG2 may have the above-described various second signal level ranges by controlling the power applied to the sensing unit. The plurality of second signal level ranges may include different electric signal ranges. For example, the fourth sub-signal level range SSG4 may include a 0 level to a fourth level A3. Also, the fifth sub-signal level range SSG5 may be in the range of the 0 level to the fifth level A4. In addition, the sixth sub-signal level range SSG6 may be in the range of the 0 level to the sixth level A5. Here, the fourth level A3 may be smaller than the fifth level A4 , and the fourth level A4 may be smaller than the sixth level A5 .

이에 따라, 감지부에서 변환된 제2 신호(SG2)는 복수의 제1 신호레벨 범위에 따라 상술한 형광신호 함수(IM(t))도 상이하게 나타날 수 있다. 즉, 제1 신호와 같이 특정 제2 신호레벨 범위를 갖는 제2 신호(SG2)를 기반으로 디지털화(digitizing) 또는 퀀타이즈(quantize)될 수 있다. 상기 디지털화 또는 퀀타이즈는 신호처리부에서 예컨대, 복수의 비트로 이루어질 수 있다. 그리고 디지털화된 제2 신호(SG2)를 이용하여 형광신호 함수(IM(t))가 산출되고, 시간 영역 또는 시간에 대한 그래프로 도시된 바와 같이 표시될 수 있다. Accordingly, in the second signal SG2 converted by the sensing unit, the above-described fluorescent signal function I M (t) may also appear differently according to a plurality of first signal level ranges. That is, it may be digitized or quantized based on the second signal SG2 having a specific second signal level range like the first signal. The digitization or quantization may be performed by, for example, a plurality of bits in the signal processing unit. In addition, the fluorescence signal function I M (t) is calculated using the digitized second signal SG2 and may be displayed as shown in a graph with respect to a time domain or time.

따라서, 여기광에 의해 시료로부터 발생한 형광신호가 동일하더라도 제2 신호레벨 범위에 따라 디지털화 또는 퀀타이즈에 의해 산출되는 형광신호 함수(IM(t))가 다를 수 있다. Therefore, even if the fluorescence signal generated from the sample by the excitation light is the same, the fluorescence signal function I M (t) calculated by digitization or quantization may be different according to the range of the second signal level.

나아가, 동일한 체외진단 장치에 의해 여기광에 의해 시료에서 발생한 형광신호는 시료의 상태 등에 따라 영역 별로 크기가 다양할 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.Furthermore, the size of the fluorescence signal generated from the sample by the excitation light by the same in vitro diagnostic device may vary according to the state of the sample, etc. for each region. This will be described later.

그리고 제4 서브 신호레벨 범위(SSG4)를 갖는 제2 신호는 제1 형광신호 함수(IM1(t))로 산출 또는 표시될 수 있다. 또한, 제5 서브 신호레벨 범위(SSG5)를 갖는 제2 형광신호 함수(IM2(t))로 산출 또는 표시될 수 있다. 또한, 제6 서브 신호레벨 범위(SSG6)를 갖는 제2 신호는 제3 형광신호 함수(IM3(t))로 산출 또는 표시될 수 있다. In addition, the second signal having the fourth sub-signal level range SSG4 may be calculated or expressed as the first fluorescent signal function I M1 (t). Also, it may be calculated or expressed as a second fluorescent signal function I M2 (t) having a fifth sub-signal level range SSG5. Also, the second signal having the sixth sub-signal level range SSG6 may be calculated or expressed as a third fluorescent signal function I M3 (t).

제1 형광신호 함수(IM1(t)) 내지 제3 형광신호 함수(IM3(t))는 적어도 일부가 상이할 수 있다. 예컨대, 디지털화 또는 퀀타이즈화에 의해 일부 오차가 발생할 수 있다. At least a part of the first fluorescent signal function I M1 (t) to the third fluorescent signal function I M3 (t) may be different. For example, some errors may occur due to digitization or quantization.

그리고 제4 서브 신호레벨 범위(SSG4) 내지 제6 서브 신호레벨 범위(SSG6)는 서로 간의 최대 레벨의 차이(제1 레벨 내지 제3 레벨 간의 차이)가 존재한다.In addition, the fourth sub-signal level range SSG4 to the sixth sub-signal level range SSG6 has a maximum level difference (a difference between the first level and the third level).

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 형광수명을 이용한 체외진단 장치에서 제2 신호레벨 범위 변경 전의 도시한 예시도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 형광수명을 이용한 체외진단 장치에서 제2 신호레벨 범위 변경 후를 도시한 예시도이다.6 is an exemplary view before the second signal level range is changed in the in vitro diagnostic apparatus using the fluorescence lifetime according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 It is an exemplary view after changing the signal level range.

도 6을 참조하면, 동일한 체외진단 장치에 의해 여기광에 의해 시료에서 발생한 형광신호는 시료의 상태 등에 따라 영역 별로 크기가 다양할 수 있다. 그리고 신호처리부는 시료의 영역 별로 제2 신호레벨 범위를 변경하여 형광신호 함수, 형광수명을 산출할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 시료의 상태, 위치 또는 형광의 정도에 따라 감지부에서 측정된 레벨이 상이하더라도 정확한 형광신호 함수, 형광수명을 산출할 수 있다. 나아가, 정확한 형광신호 함수, 형광수명을 산출함에 있어서 전력 소모도 줄일 수 있다.Referring to FIG. 6 , the size of a fluorescence signal generated in a sample by excitation light by the same in vitro diagnostic apparatus may vary according to the state of the sample, etc. for each region. In addition, the signal processing unit may calculate a fluorescence signal function and a fluorescence lifetime by changing the range of the second signal level for each region of the sample. With this configuration, it is possible to calculate an accurate fluorescence signal function and fluorescence lifetime even if the level measured by the sensing unit is different depending on the state, position, or degree of fluorescence of the sample. Furthermore, it is possible to reduce power consumption in calculating an accurate fluorescence signal function and fluorescence lifetime.

실시예에 따른 형광수명을 이용한 체외진단 장치에서 복수의 제2 신호레벨 범위 중 하나를 갖는 제2 신호를 기반으로 형광신호 함수(IM(t))를 산출 또는 표시될 수 있다. In the in vitro diagnostic apparatus using the fluorescence lifetime according to the embodiment, the fluorescence signal function I M (t) may be calculated or displayed based on a second signal having one of a plurality of second signal level ranges.

예컨대, 복수의 제2 신호레벨 범위 중 제5 서브 신호레벨 범위를 갖는 제2 신호를 기반으로 각 영역 별 형광신호 함수(IM(t))(상기 제2 형광신호 함수에 대응)가 산출 또는 표시될 수 있다. 또한, 각 형광신호 함수는 최대값을 가질 수 있다.For example, the fluorescence signal function I M (t) (corresponding to the second fluorescence signal function) for each region is calculated or can be displayed. Also, each fluorescence signal function may have a maximum value.

제1 영역(K1)에서는 제2-1 형광신호 함수(IMK1(t))가 산출 또는 표시될 수 있다. 제2-1 형광신호 함수(IMK1(t))는 제1 최대값(VM1--)을 가질 수 있다. 그리고 제2 영역(K2)에서는 제2-2 형광신호 함수(IMK2(t))가 산출 또는 표시될 수 있다. 제2-2 형광신호 함수(IMK2(t))는 제2 최대값(VM2--)을 가질 수 있다. 또한, 제3 영역(K3)에서는 제2-3 형광신호 함수(IMK3(t))가 산출 또는 표시될 수 있다. 제2-3 형광신호 함수(IMK3(t))는 제3 최대값(VM3'--)을 가질 수 있다.In the first area K1, the 2-1 fluorescence signal function I MK1 (t) may be calculated or displayed. The 2-1 fluorescence signal function I MK1 (t) may have a first maximum value V M1- -. And in the second region K2, a 2-2 fluorescence signal function I MK2 (t) may be calculated or displayed. The 2-2 fluorescence signal function I MK2 (t) may have a second maximum value V M2- -. In addition, in the third region K3 , a 2-3 th fluorescence signal function I MK3 (t) may be calculated or displayed. The 2-3 fluorescence signal function I MK3 (t) may have a third maximum value V M3'- -.

이 때, 신호처리부는 형광신호 함수의 최대값과 포화값의 차이가 가장 작도록 제2 신호레벨 범위를 변경할 수 있다. 여기서, 포화값은 감지부의 최대 레벨이 디지털화된 값일 수 있다. 즉, 최대전력이 인가된 감지부에서 출력된 최대 레벨의 전기 신호가 디지털화된 값일 수 있다. 예컨대, 제2 신호가 0 내지 5[V] 의 값이고, 제2 신호는 8비트로 디지털화될 수 있다. 이 때, 255레벨의 신호(예로, 전압 등)가 포화값일 수 있다. In this case, the signal processing unit may change the range of the second signal level so that the difference between the maximum value of the fluorescent signal function and the saturation value is the smallest. Here, the saturation value may be a value obtained by digitizing the maximum level of the sensing unit. That is, the electric signal of the maximum level output from the sensing unit to which the maximum power is applied may be a digitized value. For example, the second signal may have a value of 0 to 5 [V], and the second signal may be digitized with 8 bits. In this case, a signal of 255 level (eg, voltage, etc.) may be a saturation value.

제1 영역(K1)에서는 제2-1 형광신호 함수(IMK1(t))가 온전히 산출 또는 표시될 수 있다. 도 7을 더 참조하면, 제1 영역(K1)에서는 제2-1 형광신호 함수(IMK1(t))가 유지되어 산출 또는 표시될 수 있다.In the first region K1, the 2-1 fluorescence signal function I MK1 (t) may be completely calculated or displayed. Referring further to FIG. 7 , the 2-1 fluorescence signal function I MK1 (t) may be maintained and calculated or displayed in the first region K1.

이와 달리, 제2 영역(K2)에서는 제2-2 형광신호 함수(IMK2(t))가 불연속하게 산출 또는 표시될 수 있다. 예컨대, 제2-2 형광신호 함수(IMK2(t))의 제2 최대값(VM2--)이 복수 개일 수 있다. 나아가, 제2-2 형광신호 함수(IMK2(t))의 제2 최대값(VM2--)이 시간 상에서 서로 이격될 수 있다. 이 때, 신호처리부는 형광신호 함수의 최대값과 포화값의 차이가 가장 작도록 제2 신호레벨 범위를 변경할 수 있다.On the contrary, in the second region K2, the 2-2 fluorescence signal function I MK2 (t) may be calculated or displayed discontinuously. For example, there may be a plurality of second maximum values V M2- - of the 2-2 fluorescence signal function I MK2 (t). Furthermore, the second maximum value (V M2- -) of the 2-2 fluorescence signal function (I MK2 (t)) may be spaced apart from each other in time. In this case, the signal processing unit may change the range of the second signal level so that the difference between the maximum value of the fluorescent signal function and the saturation value is the smallest.

도 7을 더 참조하면, 제2 영역(K2)에서는 변형된 제2-2 형광신호 함수(IMK2'(t))가 산출 또는 표시될 수 있다. 이에, 포화값보다 큰 값을 갖는 형광신호 함수의 값에 대해서도 제2 신호레벨 범위의 변경으로 정확한 산출이 이루어질 수 있다. 이에, 제2 신호레벨 범위의 변경 전 대비 보다 정확한 형광신호 함수가 산출 또는 표시될 수 있다. 나아가, 산출 또는 표시된 형광신호 함수와 제1 신호에 의한 장치 응답 함수를 이용하여 정확한 형광수명이 산출될 수 있다.Referring further to FIG. 7 , a modified 2-2 fluorescence signal function I MK2' (t) may be calculated or displayed in the second region K2 . Accordingly, the value of the fluorescence signal function having a value greater than the saturation value can be accurately calculated by changing the range of the second signal level. Accordingly, a fluorescence signal function more accurate than before the change of the second signal level range can be calculated or displayed. Furthermore, an accurate fluorescence lifetime can be calculated using the calculated or displayed fluorescence signal function and the device response function according to the first signal.

그리고 제3 영역(K3)에서는 제2-3 형광신호 함수(IMK2(t))가 온전히 산출 또는 표시될 수 있다. 다만, 제3 최대값(VM3-)은 포화값의 소정의 비율보다 작을 수 있다. 예컨대, 제3 최대값(VM3-)은 포화값의 50%이하일 수 있다. 이 때, 신호처리부는 형광신호 함수의 최대값과 포화값의 차이가 가장 작도록 제2 신호레벨 범위를 변경할 수 있다.And in the third region K3, the 2-3 th fluorescence signal function I MK2 (t) may be completely calculated or displayed. However, the third maximum value V M3- may be smaller than a predetermined ratio of the saturation value. For example, the third maximum value V M3- may be less than or equal to 50% of the saturation value. In this case, the signal processing unit may change the range of the second signal level so that the difference between the maximum value of the fluorescent signal function and the saturation value is the smallest.

도 7을 더 참조하면, 제3 영역(K3)에서는 변형된 제2-3 형광신호 함수(IMK3'(t))가 산출 또는 표시될 수 있다. 따라서 매우 작은 형광신호 함수의 값에 대해 디지털화의 오류를 줄일 수 있다. 다시 말해, 제2 신호레벨 범위의 변경 전 대비 보다 정확한 형광신호 함수가 산출 또는 표시될 수 있다. 이에 따라, 산출 또는 표시된 형광신호 함수와 제1 신호에 의한 장치 응답 함수를 이용하여 정확한 형광수명이 산출될 수 있다.Referring further to FIG. 7 , in the third region K3 , the modified 2-3 th fluorescence signal function I MK3' (t) may be calculated or displayed. Therefore, it is possible to reduce the digitization error for a very small value of the fluorescence signal function. In other words, a fluorescence signal function more accurate than before the change of the second signal level range may be calculated or displayed. Accordingly, an accurate fluorescence lifetime can be calculated using the calculated or displayed fluorescence signal function and the device response function according to the first signal.

나아가, 전술한 복수의 제1 신호레벨 범위를 갖는 제1 신호를 이용하여 제2 신호에 대한 형광신호 함수를 정확하게 산출할 수 있다. 예컨대, 신호처리부는 서로 동일한 신호레벨 범위를 갖는 상기 제1 신호레벨 범위와 상기 제2 신호레벨 범위를 이용하여 시료의 형광신호 또는 형광신호 함수를 산출할 수 있다. 이에, 오차가 감소된 정확한 형광수명이 신호처리부에 의해 산출될 수 있다.Furthermore, it is possible to accurately calculate the fluorescence signal function for the second signal by using the first signal having the plurality of first signal level ranges described above. For example, the signal processing unit may calculate a fluorescent signal or a fluorescent signal function of the sample by using the first signal level range and the second signal level range having the same signal level range. Accordingly, an accurate fluorescence lifetime with reduced error may be calculated by the signal processing unit.

또한, 실시예에 따른 형광수명을 이용한 체외진단 장치는 시료에 대해 여기광을 일정 영역(시료 측정 범위에 대응)에 라인스캐닝으로 조사할 수 있다. In addition, the in vitro diagnostic apparatus using the fluorescence lifetime according to the embodiment may irradiate the excitation light to a predetermined area (corresponding to the sample measurement range) with respect to the sample through line scanning.

이에, 신호처리부는 상술한 바와 같이 시료의 영역 별로 상이한 제2 신호레벨 범위의 제2 신호를 이용하여 시료의 형광신호 또는 상기 시료의 형광수명을 산출할 수 있다.Accordingly, as described above, the signal processing unit may calculate the fluorescence signal of the sample or the fluorescence lifetime of the sample by using the second signal having a different second signal level range for each area of the sample.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 형광수명을 이용한 체외진단 방법의 순서도이다.8 is a flowchart of an in vitro diagnostic method using fluorescence lifetime according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 1 내지 도 7에 도시된 체외진단 장치에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 형광수명 측정 방법에도 적용됨을 이해해야 한다.Referring to FIG. 8 , it should be understood that the above description of the in vitro diagnostic apparatus shown in FIGS. 1 to 7 also applies to the method for measuring fluorescence lifespan according to the present embodiment, even if omitted below.

형광수명 측정 방법은 여기광을 시료에 조사하는 단계(S1010), 제1 신호와 제2 신호를 수신하는 단계(S1020), 제1 신호와 제2 신호를 이용하여 시료의 형광신호가 포화값 이하가 되도록 제2신호레벨 범위를 변경하는 단계(S1030) 및 형광수명을 산출하는 단계(S1040)를 포함할 수 있다.The fluorescence lifetime measurement method includes the steps of irradiating excitation light to the sample (S1010), receiving the first signal and the second signal (S1020), and using the first signal and the second signal, the fluorescence signal of the sample is less than or equal to the saturation value. It may include changing the range of the second signal level so as to be (S1030) and calculating the fluorescence lifetime (S1040).

먼저, 여기광을 시료에 조사하는 단계(S1010)에서, 체외진단 장치는 광원에서 여기광을 발생시킬 수 있다. 이에, 여기광은 상술한 2경로에 따라 시료로 조사되고 시료에서 발생한 형광 광자들이 감지부로 이동할 수 있다. 또한, 여기광은 상술한 1경로에 따라 시료를 통과하지 않고 감지부로 이동할 수 있다. 이 때, 셔터부에 의해 감지부로 여기광과 형광 광자가 수신되는데 서로 간의 영향이 억제할 수 있다.First, in the step of irradiating the excitation light to the sample ( S1010 ), the in vitro diagnostic apparatus may generate the excitation light from the light source. Accordingly, the excitation light is irradiated to the sample according to the two paths described above, and the fluorescence photons generated from the sample may move to the sensing unit. In addition, the excitation light may move to the sensing unit without passing through the sample according to the first path described above. At this time, the excitation light and the fluorescence photon are received by the shutter unit to the sensing unit, and mutual influence can be suppressed.

제1 신호와 제2 신호를 수신하는 단계(S1020)에서, 감지부는 제1 신호와 제2 신호를 생성할 수 있다.In the step of receiving the first signal and the second signal ( S1020 ), the sensing unit may generate the first signal and the second signal.

구체적으로, 그리고 제1 신호는 시료를 통과하지 않은 여기광(제1 여기광)이 변환된 전기 신호이다. 상술한 시료를 통과하지 않은 여기광은 감지부에서 수집될 수 있다. 제2 신호는 형광 분자를 포함하는 시료(S)에 조사할 여기광에 의해 생성된 형광 광자가 변환된 전기 신호이다. 상술한 형광 광자는 감지부에서 수집될 수 있다. Specifically, the first signal is an electrical signal converted from excitation light (first excitation light) that does not pass through the sample. Excitation light that has not passed through the above-described sample may be collected by the sensing unit. The second signal is an electrical signal converted from a fluorescence photon generated by the excitation light to be irradiated to the sample S including the fluorescent molecule. The above-described fluorescent photons may be collected by the sensing unit.

제1 신호와 제2 신호를 이용하여 시료의 형광신호가 포화값 이하가 되도록 제2 신호레벨 범위를 변경하는 단계(S1030)에서 신호처리부는 감지부에서 생성된 제2 신호의 디지털화 또는 퀀타이즈하고, 예컨대 디지털화된 제2 신호를 형광신호 함수로 그리고 디지털화된 제1 신호를 장치 응답 함수로 산출하고 표시할 수 있다. In the step (S1030) of changing the range of the second signal level so that the fluorescence signal of the sample is less than or equal to the saturation value by using the first signal and the second signal, the signal processing unit digitizes or quantizes the second signal generated by the sensing unit, , for example, it is possible to calculate and display the digitized second signal as a fluorescent signal function and the digitized first signal as a device response function.

이 때, 상술한 바와 같이 신호처리부는 시료의 영역 별로 상이한 제2 신호레벨 범위의 제2 신호를 이용하여 시료의 형광신호 또는 상기 시료의 형광수명을 산출할 수 있다.In this case, as described above, the signal processing unit may calculate the fluorescence signal of the sample or the fluorescence lifetime of the sample by using the second signal having a different second signal level range for each area of the sample.

그리고 신호처리부는 형광신호 함수의 최대값과 포화값의 차이가 가장 작도록 제2 신호레벨 범위를 변경할 수 있다. 또한, 신호처리부는 형광신호 함수의 최대값과 포화값의 차이가 가장 작도록 제2 신호레벨 범위를 변경할 수 있다. 나아가, 신호처리부는 서로 동일한 신호레벨 범위를 갖는 상기 제1 신호레벨 범위와 상기 제2 신호레벨 범위를 이용하여 시료의 형광신호 또는 형광신호 함수를 산출할 수 있다. 이 때, 복수의 제1 신호레벨 범위를 갖는 제1 신호는 미리 측정되어 데이터 베이스 등에 저장될 수 있다. In addition, the signal processing unit may change the range of the second signal level so that the difference between the maximum value of the fluorescent signal function and the saturation value is smallest. Also, the signal processing unit may change the range of the second signal level so that the difference between the maximum value of the fluorescent signal function and the saturation value is the smallest. Furthermore, the signal processing unit may calculate the fluorescence signal or the fluorescence signal function of the sample by using the first signal level range and the second signal level range having the same signal level range. In this case, the first signal having a plurality of first signal level ranges may be measured in advance and stored in a database or the like.

그리고 최종적으로 제1 신호와 제2 신호를 이용하여 형광수명을 산출하는 단계(S1040)를 포함할 수 있다. 다시 말해, 제2 신호레벨 범위의 변경으로 얻는 제2 신호에 대한 형광신호 함수를 산출할 수 있다. 그리고 동일한 신호레벨 범위를 갖는 제1 신호레벨 범위에 대한 제1 신호와 제2 신호레벨 범위의 변경으로 얻는 제2 신호에 대한 형광신호 함수를 이용하여 보다 정확하고 오차가 적은 형광수명을 산출할 수 있다.And finally, calculating the fluorescence lifetime using the first signal and the second signal (S1040). In other words, it is possible to calculate the fluorescence signal function for the second signal obtained by changing the range of the second signal level. In addition, a more accurate and less error fluorescence lifetime can be calculated by using the fluorescence signal function for the first signal for the first signal level range having the same signal level range and the fluorescence signal function for the second signal obtained by changing the second signal level range. have.

예컨대, 상술한 바와 같이 제1 신호 또는 제1 신호를 기반으로 하는 장치 응답 함수의 평균 시간과 제2 신호 또는 제2 신호레벨 범위의 변경으로 얻는 제2 신호에 대한 형광신호 함수의 평균 시간 간의 차이를 이용하여 형광수명을 산출할 수 있다.For example, as described above, the difference between the average time of the first signal or the device response function based on the first signal and the average time of the fluorescence signal function for the second signal or the second signal obtained by changing the second signal level range can be used to calculate the fluorescence lifetime.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 형광수명을 이용한 체외진단 방법 및 장치는 평균 지연시간과 장치 지연 시간의 측정, 그리고 용이한 계산을 통하여 매우 짧은 시간에 장치 응답 함수의 기여를 제거하면서 정확성과 정밀성을 가지고 형광수명을 측정할 수 있다. As described above, the in vitro diagnostic method and device using fluorescence lifetime according to the present invention eliminates the contribution of the device response function in a very short time through measurement of average delay time and device delay time, and easy calculation, while providing accuracy and precision. can be used to measure the fluorescence lifetime.

그리고 처리 속도가 향상된 본 발명에 따른 형광수명을 이용한 체외진단 방법 및 장치를 형광수명 이미징 현미경에 적용할 경우, 광표백 효과(photo-bleaching effect)로 인한 열화를 최소화할 수 있으며, 실시간으로 3차원 이미지를 획득하는 것을 가능케 한다.In addition, when the in vitro diagnostic method and device using the fluorescence lifetime according to the present invention, which has improved processing speed, is applied to a fluorescence lifetime imaging microscope, deterioration due to the photo-bleaching effect can be minimized, and a three-dimensional image can be obtained in real time. makes it possible to obtain

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.Meanwhile, the above-described embodiments of the present invention can be written as a program that can be executed on a computer, and can be implemented in a general-purpose digital computer that operates the program using a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes a magnetic storage medium (eg, ROM, floppy disk, hard disk, etc.), an optically readable medium (eg, CD-ROM, DVD, etc.) and a carrier wave (eg, Internet storage media such as transmission).

본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.The term '~ unit' used in this embodiment means software or hardware components such as field-programmable gate array (FPGA) or ASIC, and '~ unit' performs certain roles. However, '-part' is not limited to software or hardware. '~unit' may be configured to reside in an addressable storage medium or may be configured to refresh one or more processors. Thus, as an example, '~' denotes components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, and processes, functions, properties, and procedures. , subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. The functions provided in the components and '~ units' may be combined into a smaller number of components and '~ units' or further separated into additional components and '~ units'. In addition, components and '~ units' may be implemented to play one or more CPUs in a device or secure multimedia card.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In the above, the embodiment has been mainly described, but this is only an example and does not limit the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains are not exemplified above in the range that does not depart from the essential characteristics of the present embodiment. It will be appreciated that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be implemented by modification. And the differences related to these modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention defined in the appended claims.

Claims (10)

여기광을 발생하는 광 생성부;
상기 여기광의 경로를 조절하는 조절부;
제1 신호 및 복수의 제2 신호레벨 범위를 갖는 제2 신호를 출력하는 감지부; 및
상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 이용하여 시료의 형광신호가 포화값 이하가 되도록 상기 복수의 제2 신호레벨 범위를 변경하는 신호처리부;를 포함하고,
상기 제1 신호는 상기 여기광을 감지하여 변환된 신호이고,
상기 제2 신호는 상기 여기광이 상기 시료에 조사되어 생성된 형광 광자를 감지하여 변환된 신호인 형광수명을 이용한 체외진단 장치.
a light generator generating excitation light;
a control unit for controlling a path of the excitation light;
a sensing unit outputting a first signal and a second signal having a plurality of second signal level ranges; and
a signal processing unit configured to change the range of the plurality of second signal levels using the first signal and the second signal so that the fluorescence signal of the sample becomes less than or equal to a saturation value;
The first signal is a signal converted by sensing the excitation light,
The second signal is a signal converted by detecting a fluorescence photon generated when the excitation light is irradiated to the sample.
제1항에 있어서,
상기 제1 신호는 복수의 제1 신호레벨 범위를 갖고,
상기 신호처리부는 서로 동일한 상기 제1 신호레벨 범위와 상기 제2 신호레벨 범위를 이용하여 상기 시료의 형광신호를 산출하는 형광수명을 이용한 체외진단 장치.
According to claim 1,
The first signal has a plurality of first signal level ranges,
The signal processing unit calculates the fluorescence signal of the sample using the same first signal level range and the same second signal level range.
제1항에 있어서,
상기 시료의 형광신호는 최대값을 갖고,
상기 신호처리부는 상기 최대값과 상기 포화값의 차이가 가장 작도록 상기 제2 신호레벨 범위를 변경하는 형광수명을 이용한 체외진단 장치.
According to claim 1,
The fluorescence signal of the sample has a maximum value,
The signal processing unit changes the range of the second signal level so that the difference between the maximum value and the saturation value is smallest.
제1항에 있어서,
상기 조절부는 상기 여기광을 상이한 경로로 분기된 제1 여기광 및 제2 여기광으로 조절하는 형광수명을 이용한 체외진단 장치.
According to claim 1,
The control unit controls the excitation light into a first excitation light and a second excitation light branched in different paths.
제4항에 있어서,
상기 제1 신호는 상기 제1 여기광에 의해 생성되고,
상기 제2 신호는 상기 제2 여기광에 의해 생성되는 형광수명을 이용한 체외진단 장치.
5. The method of claim 4,
the first signal is generated by the first excitation light;
The second signal is an in vitro diagnostic device using a fluorescence lifetime generated by the second excitation light.
제5항에 있어서,
상기 형광 광자를 감지하는 동안 상기 제1 여기광을 차단하는 셔터부;를 더 포함하는 형광수명을 이용한 체외진단 장치.
6. The method of claim 5,
The in vitro diagnostic apparatus using a fluorescence lifetime further comprising a shutter unit that blocks the first excitation light while sensing the fluorescent photon.
제6항에 있어서,
상기 셔터부는 상기 제1 여기광을 수신하는 동안 상기 형광 광자를 차단하는 형광수명을 이용한 체외진단 장치.
7. The method of claim 6,
The shutter unit blocks the fluorescent photons while receiving the first excitation light.
제1항에 있어서,
상기 신호처리부는 상기 제1 신호의 평균 시간과 상기 제2 신호의 평균 시간의 차이를 이용하여 상기 시료의 형광수명을 산출하는 형광수명을 이용한 체외진단 장치.
According to claim 1,
The signal processing unit calculates the fluorescence lifetime of the sample by using a difference between the average time of the first signal and the average time of the second signal.
제1항에 있어서,
상기 신호처리부는 상기 시료의 영역 별로 상기 제2 신호레벨 범위를 변경하는 형광수명을 이용한 체외진단 장치.
According to claim 1,
The signal processing unit is an in vitro diagnostic device using a fluorescence lifetime to change the range of the second signal level for each region of the sample.
제9항에 있어서,
상기 신호처리부는 상기 시료의 영역 별로 상이한 제2 신호레벨 범위의 제2 신호를 이용하여 상기 시료의 형광신호 또는 상기 시료의 형광수명을 산출하는 형광수명을 이용한 체외진단 장치.
10. The method of claim 9,
The signal processing unit calculates the fluorescence signal of the sample or the fluorescence lifetime of the sample by using a second signal having a different second signal level range for each region of the sample.
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