Design, development and application of multi-modal optical microscope for biomedical imaging

Abstract

멀티모달 현미경은 다양한 모달리티를 이용하여 시편으로부터 다양한 영상정보를 획득한 후 이를 복합적으로 분석하여, 기존의 현미경보다 더욱 많은 정보를 얻어낼 수 있는 복합 현미경을 말한다. 본 연구에서는 기존의 광학현미경에 공초점 현미경, 이광자 현미경, 형광수명시간 현미경, 스펙트럴 이미징 현미경을 결합함으로써 시편으로부터 다양한 영상을 획득하여 이를 이미징화 하고 분석할 수 있는 현미경을 설계 및 제작하고, 제작된 현미경을 바이오 메디컬 이미징에 적용함 으로써 정상 및 암 조직을 구분하고 동맥경화 혈관에 대해서 정상과 동맥경화의 차이점을 밝혀내는 연구를 수행하였다. 공초점 현미경은 시편의 3차원 이미징 및 고 분해능 영상획득이 가능하다는 장점이 있으며, 이광자 현미경은 깊은 투과깊이, 형광수명시간 현미경의 시편의 화학적 정보, 스펙트럴 이미징은 시편의 특성변화를 측정할 수 있으므로 제안된 모달리티를 통합하면 시편의 형태적인 정보뿐만 아니라 시편의 화학적 정보도 획득할 수 있는 장점을 가지고 있다. 제안된 멀티모달 현미경의 설계 및 제작을 위해서 고정밀 위치결정기구인 kinematic mounting을 이용하여 광학 기기의 위치를 변경하여 모달리티를 변경할 수 있도록 만들어 주었다. 또 이광자 현미경 및 형광수명시간 현미경의 성능향상을 위하여 negative chirping 기구를 설계 및 제작하여 멀티모달 현미경에 추가하였으며, 스펙트럴 이미징의 성능이 최대가 될 수 있도록 분광광학계의 설계 및 제작을 수행하였다. 제작된 멀티모달 현미경을 이용하여 대자암 및 동맥경화 혈관을 이미징 하였고, 이미징 된 결과를 분석하여 정상 및 대장암 조직과 동맥경화혈관과 정상혈관의 차이점을 밝혀내는 연구를 수행하였다.