실시간 광학적 생검에서 형광분광법의 산란과 흡수에 대한 영향

The Scattering and Absorption Effects of Fluorescence Spectroscopy in a Real Time Optical Biopsy

생물학적 조직(Biological Tissue)에서 얻어내는 형광(Fluorescence)은 산란(Scattrering), 흡수(Absorption), 그리고 형광체(Fluorophores)가 원인이 되는, 인트린식 형광(Intrinsic Fluorescence)들에 관한 정보를 갖고 있다. 생물학적 조직의 형광스펙트럼은 조직 내에 존재하는 흡수체(Absorber)와 산란물질(Scatters)들의 영향을 받기 때문에 다른 조직의 생화학적인 인트린식 형광을 선형적인 조합으로 해석할 수 없었다. 생물학적 조직 같은 터비드 매질(Turbid Media)로부터 실험적으로 형광을 얻어서 산란과 흡수의 영향을 조사하기 위하여 본 연구소에서 제작한 장치를 소개하고, 넓은 범위의 흡수체와 산란물질의 농도를 갖고 제작한 조직 팬텀(Tissue Phantom)에 대한 형광과 반사(Reflectance) 스펙트럼을 측정하였다. 형광스펙트럼에 존재하는 산란과 흡수의 왜곡(Distortion)을 제거하기 위하여, 반사스펙트럼에 포함된 산란과 흡수 정보를 이용하는 ‘광자 이동 모델(Photon Migration Model)’을 적용하였고, 이러한 조직모델에 대한 인트린식 형광을 얻었다 연구 결과, 모델 값과 실제 인트린식 형광 스펙트럼이 훌륭하게 일치함을 확인하였다. 이런 연구를 하게된 동기는, 인간의 조직이 병들어서 진화하면 조직의 생화학적 구성의 변화가 발생하고 이때 인트린식 형광의 변화가 생기기 때문이다 결론적으로, 조직에 대한 실시간 광학적 생검에서 병든 조직과 정상조직을 단지 형광스펙트럼만으로 구분하는 것은 어렵지만, 인트린식 형광을 이용하면 가능하다.

The fluorescence emanating from a biological tissue contains information about scattering, absorption and the intrinsic fluorescence (fluorescence only due to fluorophores). Becaue fluorescence spectra of biological tissue are often significantly affected by the presence of tissue absorbers and scatterers, the measured tissue fluorescence cannot be interpreted as a linear combination of intrinsic fluorescence spectra of different tissue biochemical. We conducted experiments to examine the influence of scattering and absorption on the experimentally measured fluorescence of a turbid medium such as biological tissue. Therefore, we acquired fluorescence and reflectance spectra of tissue phantoms with a wide range of scatterer and absorber concentrations. By applying a photon migration model, which uses the scattering and absorption information contained in reflectance spectra to remove their distortion also present in fluorescence spectra, we extract the intrinsic fluorescence of these tissue models. We achieved excellent agreement between modeled and actual intrinsic fluorescence spectra. The motivation for this research is that intrinsic fluorescence spectra are expected to change with progression of disease in human tissue, due to changes in the tissue biochemical composition. It is not possible to distinguish the two tissue types by using only the measured fluorescence, however clear separation can be achieved with the intrinsic fluorescence in real time optical biopsy.