[논문]플루오레신나트륨의 농도 범위 분석

이다애; 김용재; 윤기철; 김광기

doi:10.9718/jber.2020.41.2.67

플루오레신나트륨의 농도 범위 분석
Analysis for Concentration Range of Fluorescein Sodium 원문보기

Journal of biomedical engineering research : the official journal of the Korean Society of Medical & Biological Engineering, v.41 no.2, 2020년, pp.67 - 74

이다애 (가천대학교 바이오나노대학 나노물리학과) , 김용재 (가천대학교 바이오나노대학 바이오나노학과) , 윤기철 (가천대학교 의과대학 의예과 의공학교실) , 김광기 (가천대학교 의과대학 의예과 의공학교실)

Abstract ▼ AI-Helper

Brain tumors or gliomas are fatal cancer species with high recurrence rates due to their strong invasiveness. Therefore, the goal of surgery is complete tumor resection. However, the surgery is difficult to distinguish the border because tumors and blood vessels have the same color tone and shape. The fluorescein sodium is used as a fluorescence contrast agent for boundary separation. When the external light source is irradiated, yellow fluorescence is expressed in the tumor, which helps distinguish between blood vessels and tumor boundaries. But, the fluorescence expression of fluorescence sodium depends on the concentration of fluorescein sodium and such analytical data is insufficient. The unclear fluorescence can obscure the boundaries between blood vessels and tumors. In addition, reduce the efficiency of fluorescence sodium use. This paper proposes a protocol of concentration range for fluorescence expression conditions. Fluorescent expression was observed using a near-infrared (NIR) color camera with corresponding dilution using normal saline in 1 ml microtube. The flunoresence emission density range is 1.00 mM to 0.15 mM. The fluorescence emission begin to 1.00 mM and the 0.15 mM discolor. The discolor is difficult to fluorescence emission condition obserbation. Thus, the maximum density range of the bright fluoresecein is 0.15 mM to 0.30 mM. When the concentration range of fluorescein sodium is analyzed based on the gradient of fluorescence expression and the power measurement, the brightest fluorescence is expected to facilitate the complete resection of the tumor. For the concentration range protocol, setting concentration ranges and analyzing fluorescence expression image according to saturation and brightness to find optimal fluorescence concentration are important. Concentration range protocols for fluorescence expression conditions can be used to find optimal concentrations of substances whose expression pattern varies with concentration ranges. This study is expected to be helpful in the boundary classification and resection of brain tumors and glioma.

주제어

표/그림 (15)

그림 그림 1. 수술용 형광 현미경 진단 Fig. 1. Diagnosis of the surgical fluorescence microscopy
그림 그림 2. 형광 발현 현상 Fig. 2. Phenomenon of the fluorescein emission
그림 그림 3. 플루오레신 나트륨 화학식 구조 Fig. 3. Chemical structure of fluorescein sodium
그림 그림 4. 플루오레신 나트륨 화학식 세부구조 Fig. 4. Chemical detail structure of fluorescein sodium
그림 그림 5. 형광 발현의 자기 소멸 Fig. 5. Self-quenching of the flunorescein emission
표 표 1. 형광 발현 조건 Table 1. Condition of the fluorescence emission
그림 그림 6. 형광 발현 실험을 위한 환경 구성 Fig. 6. Experimental environment for fluorescence emission
그림 그림 7. 형광 발현 농도 분석을 위한 실험과정 Fig. 7. Experimental procedure for analysis of fluorescence expression concentration
표 표 2. 형광 발현 조건을 위한 실험 방법 구성 Table 2. Experimental method for fluorescence expression
그림 그림 8. 형광발현 관찰 시스템 Fig. 8. Observation system of the flunorescein emission
그림 그림 9. 실험 환경 구성 사진 Fig. 9. Experiment environment photo
그림 그림 10. 형광 발현 촬영 이미지 Fig. 10. Image of fluorescence emission
표 표 3. 근적외선 카메라의 사양 Table 3. Specifications of near infrared camera
그림 그림 11. 농도 범위 따른 형광 특성 Fig. 11. Fluorescence characteristics by concentration range
표 표 4. 형광 발현 특성 분석 Table 4. Fluorescence characteristics by concentration range

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 플루오레신 나트륨의 형광 발현에 대해 실험을 하여 생리식염수 희석량과 형광 발현 밝기 시작점 그리고 종료 등에 대한 특성 등 결과를 얻는데 기여하며 형광발현 밝기 차이에 다른 색상표현을 표현하여 생리식염수 희석량에 따라 형광 밝기 차이에 대해 명확히 표현 및 제시하고자 한다.

가설 설정

이는 형광염료의 밀도가 높아서 형광발현 농도에 대한 조건이 불만족스러운 것으로 분석된다. 그러므로 형광 발현이 가능한 조건으로 만들기 위해 플루오레신 나트륨 113.2 mg에 생리 식염수 100 ml를 혼합하여 10%의 초기 농도로 제조한다고 가정한다. 그리고 혼합된 염료(농도 10%)를 마이크로튜브(microtube)에 1 ml씩 주입을 한다.
형광 파장은 스펙트럼(spectrum)의 고유 색상을 가지게 되며 영상수집장치(이하, 카메라)에서 형광 발현 색상 영상을 촬영 및 관찰 할 수 있게 된다(그림 1 참고). 이때, 플루오레신 나트륨을 종양에 주입 한 후, 체외에서 여기파장과 전력을 가진 광원을 조사한다고 가정하면 형광 발현의 파장 및 전력은 표 1과 같이 조건이 성립된다[10-13]. 이러한 조건을 만족시키기 위해 플루오레신 나트륨은 화학적 변화가 발생되며 이는 플루오레신 나트륨이 형광발현 조건 최적의 화학식 구조를 가지고 있기 때문이다.
또한 조사 강도는 440 mW로 구성되며 광원 조사와 플루오레신 나트륨을 관찰하기 위해 NIR 카메라를 사용하여 표 3과 같이 사양을 제공한다. 형광 조영제는 그림 7과 같이 플루오레신 나트륨(113.2 mg)에 생리식염수(100 ml)를 혼합하여 10%의 초기 농도로 희석 시켜 제조한다고 가정을 한다. 이때, 초기 농도에 대한 형광발현 가능성 실험을 수행해 본 결과 형광 발현이 안되는 것으로 결가를 얻었다.

제안 방법

본 실험과정부터 얻기 위한 결과는 플루오레신 나트륨 농도에 따라 형광 발현 및 종양 절제술의 목표에 적용될 만큼 수술 성적에 크게 좌우될 것으로 판단되며 형광 발현을 위해 사용되는 외부 광원 파라미터(parameter)는 405 nm LED(light emitting diode) 그리고 형광발현 감지 및 영상판독에 대한 관찰 장비는 근적외선(NIR, near infrared) 칼라 카메라(color camera)를 이용하여 플루오레신 나트륨의 최적 형광 발현 농도 범위를 분석 및 결정을 한다.

대상 데이터

형광 발현을 위한 0.20 mM-1.00 mM 의 플루오레신 나트륨 최적 농도 범위는 NIR 칼라 카메라를 이용하여 촬영한 이미지를 바탕으로 했을 때 육안 관찰과 명도 그리고 채도 정도로 결정하였다. 분석 결과, 0.

성능/효과

농도 범위 프로토콜(protocal)에 따라 근적외선 (NIR:near infrared) 칼라(color) 카메라(camera)로 관찰했을 때, 생리 식염수(nomar saline) 희석 부피(dilution volume) 증가에 따라 플루오레신 나트륨을 적용한 형광 발현은 1.00 mM에서 관찰되어 0.20 mM에 이르기 전까지 지속적으로 증가, 이후 점진적으로 퇴색되는 양상을 보였다.
00 mM 의 플루오레신 나트륨 최적 농도 범위는 NIR 칼라 카메라를 이용하여 촬영한 이미지를 바탕으로 했을 때 육안 관찰과 명도 그리고 채도 정도로 결정하였다. 분석 결과, 0.20 mM은 특히 최대 형광 발현을 나타내므로 다형성아교모세포종 수술 적용 시 확실한 경계 구분을 제공할 것으로 판단된다.

후속연구

본 연구에서 제안하는 플루오레신 나트륨 최적 형광발현 농도범위 분석은 뇌종양 및 뇌신경교종 절제 수술에서 뚜렷한 형광 발현으로 종양 경계 구분을 명확하게 하여 정상 조직 손상을 최소화 하며 종양 완전 절제가 가능할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	플루오레신 나트륨의 특징은 무엇인가?	플루오레신 나트륨(fluorescein sodium)은 종양에 염색되어 진단과정에서 노란색 계열의 형광이 발현되는 특징을 가지고 있고 이로인하여 참고문헌 인용과 같이 노란색 형광 염색(Yellow-dye)의 명칭을 사용하기도 한다[1,2].
	플루오레신 나트륨이 사용되는 곳은 어디인가?	플루오레신 나트륨은 뇌 신경외과와 안과에서 사용되는 것으로 분석되었고 뇌신경외과는 뇌종양 혹은 뇌신경교종 수술과정에서 종양과 혈관의 경계 구분과 종양 절제 상태 등을 관찰을 하기 위해 종양에 형광을 염색하여 종양 상태를 진단하는데 사용되기도 한다[3,4].

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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