There is a growing tendency of the importance of optical microscopy that is capable of acquiring high-resolution images from tissues and cells without any physical contact. Recently, many researches have been reported to acquire and analyze various photo-physical characteristics of a specimen such as ion concentration, molecular spectrum or molecular interactions, in addition to visualizing the micro-shape of the specimen. Even though multimodal optical microscopy is capable of analyzing various photo-physical characteristics by a single microscope system, it is hard to be applied for in vivo imaging because of its slow image acquisition speed. Therefore, this doctoral dissertation proposes a high-speed imaging technique for enhancing the speed of multimodal optical microscopy. Firstly, the imaging speed of each optical modality has been increased, and then the simultaneous image acquisition technique for visualizing the entire multimodality information was developed. Consequently, a real-time multimodal optical microscope system has been developed to analyze both high-resolution morphology and various chemical information of a live biological tissue. This doctoral dissertation deals with various contents including working principle, theoretical analysis, detailed design process and optical performance evaluation of the suggested multimodal imaging technique.
조직, 또는 세포의 영상을 물리적인 접촉 없이 고분해능으로 획득할 수 있는 광학 현미경 기술의 중요성은 점차 높아지고 있다. 최근에는 시편의 미세 형상 분석에 그치지 않고, 이온 농도, 분자 스펙트럼, 분자 간 상호 작용 등의 다양한 화학적 정보를 광학적으로 획득, 분석하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 복합 광학 현미경은 시편의 다양한 광물성을 하나의 현미경 시스템으로 획득하여 복합적으로 분석하는 것이 가능하지만, 일부 구성 모달리티의 속도가 느리고, 복합 영상 획득에 모드 전환 시간이 요구되기 때문에 생체 적용이 어렵다. 본 연구에서는 이러한 복합 광학 현미경을 고속으로 구현하는 방법을 제안한다. 먼저 각 모달리티의 속도 성능을 향상시키고, 모든 현미경 모달리티의 정보를 동시에 획득, 처리하여 실시간으로 영상화하는 연구를 진행하였다. 이를 통해, 살아 움직이는 생체 조직으로부터 고분해능 형상 정보와 다양한 화학적 정보들의 복합 분석이 가능한 실시간 복합 광학 현미경을 개발하였으며, 본 박사학위논문을 통해 해당 기술의 구현 원리와 이론적 분석, 상세 설계 과정 및 광학적 성능 검증 등의 내용을 다루고자 한다.
