Multimodal endo-microscope using fiber-optic, raster scanning method

Abstract

내시현미경은 고분해능으로 조직의 형태를 측정할 수 있는 능력으로 인해 생검법을 대체할 수 있는 진단방법으로 촉망받고 있다. 대장내시경, 위내시경 같은 기존 상용 내시경들은 프로브 끝부분이 와이어 등의 구동부에 의해 자유롭게 움직일 수 있어 복잡한 장기 구조의 영상을 비교적 넓은 측정 범위(~100 mm)로 측정할 수 있다. 하지만 이러한 내시경은 고분해능 이미징, 삼차원 이미징이 불가능하다는 단점을 가지고 있다. 내시현미경이란, 내시경과 현미경의 복합어로써 광학 현미경 수준의 분해능을 가지는 내시경을 의미한다. 요즘에는 3차원 측정이 가능한 공초점 내시현미경이 개발되어 있으며, 상용 내시경에서 기구부를 삽입하는 2 mm ~ 4.2 mm 의 내경을 갖는 채널에 공초점 내시현미경의 삽입이 가능하다. 따라서 상용 내시경을 이용해 장기 내를 이동하는 도중에 공초점 내시현미경을 이용해 특정 부분의 고분해능, 삼차원 영상 획득이 가능하다. 하지만 이러한 공초점 내시현미경은 조직의 형태학적인 영상 정보만 얻을 수 있다는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 형태학적 영상 정보뿐만 아니라 생화학적 영상 정보를 함께 얻을 수 있는 다중모드 내시현미경이 제안되었다. 생화학적 영상 정보를 얻기 위해서 형광 시상수 이미징 (FLIM) 기술이 공초점 이미징 기술과 결합되었다. 형광 시상수는 형광 물질의 소멸 속도 (quenching rate)에 따라 달라지는데 형광 신호의 소멸은 생체 조직의 페하(pH), 이온 농도, 산소 농도, 단백질 결합 여부에 따라 달라진다. 따라서 형광 시상수를 측정함으로써 조직 내의 생화학적인 정보를 알아낼 수 있다. 특히, 조직 내에 존재하는 자연물질인 NADH 는 형광 물질이며, 세포 대사에서 발생되는 부산물이다. 정상 조직과 비정상조직 (예. 전암 또는 암 조직)은 NADH의 형광 시상수를 측정함으로써 구분이 가능하다는 특징을 가지고 있다. 멀티모드 내시현미경을 구현하기 위하여 광섬유 래스터 스캐닝 방식이 사용되었다. 기존의 광섬유 스캐닝 방식은 주로 광섬유의 공진 주파수를 이용해 원형, 리사주 패턴의 스캐닝을 수행하였다. 하지만 기존 방법들은 스캐닝 속도가 고정되어 있고 스캐닝 영역의 외곽과 중심부분의 불균일한 스캐닝이 수행됨으로써 영상의 질이 떨어진다는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 레버구조를 이용해 광섬유 구동 범위를 증폭함으로써 비교적 작은 구동 범위를 가지는 액츄에이터로 넓은 영역의 비공진 래스터 스캐닝을 구현하였다...