의료 분야의 다중 스펙트럼 이미징
의료 영상 분야는 빠르게 진화하고 있습니다. 고급 이미징과 첨단 이미지 분석의 강력한 조합을 통해, 우리는 이제 인간의 생리를 매우 자세하게 시각화하고 연구할 수 있습니다. 지난 수십 년 동안 이미징 방법은 기존 현미경에서 최첨단 기술로 발전했습니다. 과거의 영상 트렌드와 오늘날 우리가 직면한 의학적 과제를 감안할 때, 새로운 감지 및 식별 방법이 의료 산업뿐만 아니라 미래의 의료 분야에서도 중요한 역할을 할 것임을 확신할 수 있습니다. 최첨단 기술 중 하나는 다중 스펙트럼 이미징(MSI)입니다. 이 방법은 매우 특정한 응용 분야에서 문제를 해결하기 위해 제한된 수의 스펙트럼 대역을 사용하는 것을 포함합니다. 현미경이나 내시경과 같은 일부 이미징 기술은 이미 잘 확립되어 있습니다. 예를 들어, 최신 RGB 내시경은 내시경의 말단부에 장착 된 센서를 사용하여 매우 작은 직경을 가지면서 고해상도 이미지를 제공합니다. 일부는 협 대역 필터링 기술을 갖추고있어, 보다 구체적인 조직 검사가 가능합니다. 그러나 RGB 내시경에 의해 생성된 이미지는 가시 스펙트럼으로 제한되며, 가시 광선이 피부 표면을 투과할 수 없기 때문에 가장 바깥 쪽 조직 층만 이미지화 할 수 있습니다. 반면에 다중 스펙트럼 카메라는 가시 영역 외부의 밴드를 포함하여 여러 개별적으로 배치 된 스펙트럼 밴드에 대한 정보를 캡처합니다. 인체 조직을 검사할 때 근적외선 (NIR) 파장이 조직 깊숙이 침투합니다. 이를 통해 의사는 인간의 눈에는 보이지 않는 특정 조직의 고유한 특성과 구조를 추출 할 수 있습니다. 분자 구성과 같은 고유 조직 특성은 의사가 환자를 진단하고 모니터링하는데 도움이 될 수 있습니다. 의사는 일반적으로 생검을 받아야하는데, 이는 침습적이고 시간 소모적이며 환자에게 불쾌하고 조직 손실을 초래하기 때문에 몇 가지 단점이 있습니다. MSI 카메라를 사용하면 생검 없이도 조직 속성을 실시간으로 시각화 할 수 있습니다. 입사광이 인체 조직으로 전파되면 산란되어 흡수됩니다. 둘 다 조직 의존적 과정입니다. 흡수된 빛은 광 발광이라는 과정에서 열로 변환되거나 복사됩니다. 광 발광의 형태 중 하나인 형광은 이 과정에서 특히 중요합니다. 분자 구조에 따라 조직은 형광 스펙트럼을 기반으로 특성화 할 수 있는 다양한 물리적 발자국을 가질 수 있습니다. 예를 들어 건강한 조직에서 방출되는 형광은 흉터나 손상된 조직과 다릅니다. 종양으로 인한 악성 또는 양성 병변은 조직의 병리학적 변화를 일으키고 산란, 흡수 및 형광 특성을 변경합니다. 종양 세포의 대사 활동 증가는 헤모글로빈 농도를 증가시킬 수 있습니다. 헤모글로빈은 빛과의 상호 작용을 증가시키는 발색단입니다. 더욱이, 대사 경로와 분자 구조의 변화는 조직의 형광 특성을 변화시킬 것입니다. 다중 스펙트럼 이미징은 혈액 병리학에서도 사용할 수 있습니다. 진단을 수행하려면 병리학자가 혈액 샘플의 관련 정량적 형태 및 분자 정보를 필요로합니다. 명시야 발색 이미징과 같은 현재 기술은 가시 스펙트럼으로 제한됩니다. 멀티 스펙트럼 이미징은 가시 파장뿐만 아니라 그 이상을 사용하여 혈액 샘플 검사를 수행하는 편리하고 강력한 방법을 가능하게 합니다. 외과적 안내는 의료 분야에서 사용되는 다중 스펙트럼 카메라의 또 다른 유망한 응용 프로그램입니다. 종양 제거는 복잡하며 종종 중요한 수술이 필요합니다. 외과의는 종양 세포를 보고 식별할 수 있어야하며 주변의 건강한 조직에 대한 마진을 정확하게 측정 할 수 있어야합니다. 너무 많은 조직을 제거하면 환자에게 해를 끼칠 수 있으며, 조직을 충분히 제거하지 않으면 종양이 다시 자랄 수 있습니다. 전문가들 사이에서도 판단은 어렵고 위험합니다. 멀티 스펙트럼 이미징은 의료 응용 분야, 특히 수술 작업에 엄청난 가치를 더할 수 있습니다. 컬러 이미징과 NIR 밴드를 결합하면 종양과 주변 조직을 찾고 구별하는 데 도움이 될 수 있습니다. 실제 수술 상황에서 ICG는 혈관, 조직 또는 림프관에 주입될 수 있습니다. 가시 이미지에 실시간 비디오 이미지를 오버레이하여 외과의는 형광을 사용하여 제거 할 종양/샘을 찾고, 주요 혈관을 강조 표시하고, 수술 중 혈류를 모니터링 할 수 있습니다. 3-CMOS 멀티 스펙트럼 프리즘 카메라는 400~700nm의 가시 컬러 채널, 700~800nm의 근적외선 (NIR) 채널, 820의 두 번째 NIR 채널 등 단일 카메라에서 세 가지 스펙트럼 대역의 동시 이미지를 제공합니다. 이를 통해 가시적 요소를 동시에 감지하거나 검사 할 수 있을뿐만 아니라, 단일 NIR 대역 내에서 또는 두 NIR 대역에서 결합 된 경우 스펙트럼 특성을 사용하여 재료 또는 결함을 분석할 수 있습니다. Usi가시적 이미징과 결합 된 근적외선 형광을 사용하면 종양을 실시간으로 강조 표시하여, 종양 위치와 주변의 매우 높은 정확도를 제공할 수 있습니다. 모든 스펙트럼 밴드의 정보를 융합하면 의사에게 수술 중 확대된 보기가 제공됩니다. 또한 혈류와 산소 분포를 실시간으로 시각화할 수 있습니다. 다중 스펙트럼 이미징은 디지털 병리학, 진단 및 질병 감지, 환자 모니터링, 수술 안내 및 기타 의료 응용 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 일상적인 환자 관리 및 진단에 사용되는 카메라 시스템에는 기술적 한계가 있습니다. 의학 연구에 사용되는 스펙트럼 이미징 장치는 종종 매우 정교하고 (예 : 하이퍼 스펙트럼) 사용하기 복잡하며 특히 개발 도상국 및 질병에 시달리는 국가에서 상업적으로 실행 가능하지 않습니다. 동등하게 효과적이며 의료 영상과 관련된 특정 문제를 해결할 수있는 더 간단하고 저렴한 영상 시스템이 필요합니다. 최근 몇 년 동안 디지털 병리학 분야(숙련 된 병리학자가 현미경으로 인체 조직 전체 슬라이드와 세포 샘플을 보는 곳)는 점점 더 디지털화되고, 자동화/고품질/고해상도 컬러 및 다중 스펙트럼 이미징 기술, 이미지 분석 소프트웨어를 사용합니다. 프리즘 기반 다중 센서 카메라는 고해상도, 높은 프레임 속도 및 단일 광축을 통해 가시 및 비가시 파장 대역의 동시 이미징을 제공합니다. 프리즘 기반 멀티 스펙트럼 카메라는 의료 응용 분야에서 사용되는 이미징 장치에 필수적인 높은 견고성 요구를 지원하기 위해 높은 충격 및 진동 사양을 가지고 있습니다. 또한 프리즘 기반 멀티 스펙트럼 카메라를 내시경, 현미경 및 기타 의료 이미징 장치와 결합하여 두 가지 장점을 모두 활용할 수 있습니다.