KR100868439B1 - Interference System For Polarization Sensitive Optical Coherence Tomography - Google Patents
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Abstract
편광민감 광결맞음 생체영상기기(PS OCT)용 간섭 시스템은 센싱 간섭부와 신호 해석부를 포함한다. 센싱 간섭부는 광원으로부터 제공된 선형 편광된 제1 광의 제1 부분이 샘플로부터 반사된 후 샘플단을 통과하는 제1 광경로를 거쳐 제1 방향으로 편광된 제2 광과 상기 제1 광의 제2 부분이 기준단을 통과하는 제2 광경로-여기서 제2 광경로는 상기 제1 광경로와 독립적임-를 거쳐 제2 방향으로 편광된 제3 광-여기서 제2광과 상기 제3광의 편광 방향은 실질적으로 서로 직교함-을 제공한다. 신호 해석부는 상기 제2광의 상기 제1 광경로와 상기 제3 광의 제2 광경로를 보상하여 간섭 신호를 생성한 후 전기적인 신호로 변환한다. 상기 샘플단과 상기 기준단은 각각 상기 실질적으로 서로 직교하는 제2 광 및 제 3광을 제공하기 위한 편광 조절기 및 적어도 하나의 선형 편광기를 포함한다. 측정할 생체 샘플에 대한 샘플 측정단을 신호 해석부와 구조적으로 분리하고 간단히 전기적으로 두개의 직교하는 편광 신호들의 편광 상태를 제어하여 하나의 측정단만을 사용하여 고속으로 생체 신호를 획득할 수 있다.
An interference system for a polarization sensitive optical coherence imaging device (PS OCT) includes a sensing interference unit and a signal analyzer. The sensing interference part includes a second light polarized in the first direction and a second light polarized in the first direction through a first optical path passing through the sample stage after the first portion of the linearly polarized first light provided from the light source is reflected from the sample. A third light polarized in a second direction via a second optical path passing through the reference stage, wherein the second optical path is independent of the first optical path, wherein a polarization direction of the second light and the third light is substantially Orthogonal to each other. The signal analyzer generates an interference signal by compensating the first optical path of the second light and the second optical path of the third light, and converts the interference signal into an electrical signal. The sample stage and the reference stage each comprise a polarization controller and at least one linear polarizer for providing the second and third lights that are substantially orthogonal to each other. The sample measuring stage for the biological sample to be measured may be structurally separated from the signal analyzer, and simply by controlling the polarization state of the two orthogonal polarized signals to obtain the biosignal at high speed using only one measuring stage.
Description
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 편광민감 광결맞음 생체영상기기(Polarization Sensitive Optical Coherence Tomography)용 간섭 시스템을 나타낸 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating an interference system for polarization sensitive optical coherence tomography according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 간섭 신호 추출을 위한 Wolaston 프리즘을 이용한 복굴절 간섭계의 원리를 설명하기 위한 개념도이다. 2 is a conceptual diagram illustrating a principle of a birefringent interferometer using a Wolaston prism for extracting interference signals according to an embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4는 편광성분 분석 방법에 대한 원리를 설명하기 위한 개념도이다.3 and 4 are conceptual diagrams for explaining the principle of the polarization component analysis method.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 편광민감 광결맞음 생체영상기기(Polarization Sensitive Optical Coherence Tomography)용 간섭 시스템을 나타낸 개념도이다. FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating an interference system for polarization sensitive optical coherence tomography according to another embodiment of the present invention.
도 6은 측정신호의 신호대 잡음비 개선을 위한 방법으로써 사용된 정전압 주변(DC background) 잡음 신호를 제거하는 원리를 설명하기 위한 개념도이다. FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a principle of removing a constant voltage background (DC background) noise signal used as a method for improving a signal-to-noise ratio of a measurement signal.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 센싱 간섭부 110 : 샘플 측정단100: sensing interference unit 110: sample measurement stage
120 : 센싱 간섭계 300 : 신호 해석부120: sensing interferometer 300: signal analysis unit
310 : 광경로 보상부 350 : 광신호 검출부310: optical path compensator 350: optical signal detector
본 발명은 편광민감 광결맞음 생체영상기기(Polarization Sensitive Optical Coherence Tomography; 이하 PS-OCT)를 위한 간섭 시스템(interferrometer system)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 편광 관련 생체 조직의 배열정보를 산출하기 위한 편광민감 광결맞음 생체영상기기용 편광유지 광섬유 기반의 간섭 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an interferrometer system for Polarization Sensitive Optical Coherence Tomography (PS-OCT), and more specifically, polarization for calculating arrangement information of polarization-related biological tissues. The present invention relates to a polarization-maintaining optical fiber based interference system for sensitive optical coherence.
OCT(Optical Coherence Tomography)는 고화질 영상 기록 기술의 일종으로서, 저간섭성 광원을 이용하여 생체 샘플의 표면으로부터 반사된 광을 검출하여 생체 표재부 내부를 초고화질 단층 촬영을 하여 영상을 얻음으로써 육안, 내시경으로 볼 수 없는 점막, 피부, 안구 표면 하부의 생체 조직의 구조를 비침습적으로 촬영, 진단할 수 있는 기술이다. OCT (Optical Coherence Tomography) is a high-definition image recording technology that detects light reflected from the surface of a biological sample using a low-intensity light source, and obtains an image by performing ultra-high-resolution tomography on the inside of the biological superficial part. It is a technology that allows non-invasive imaging and diagnosis of the structure of biological tissues on the mucous membrane, skin, and the lower surface of the eyeball that cannot be seen by endoscopy.
PS-OCT는 생체 샘플로부터 반사된 광을 두개의 직교하는 편광 채널들을 통하여 검출한다. PS-OCT의 동작 원리에 대해서는 미국 등록 특허 6,208,415(발명의 명칭“Birefringence imaging in biological tissue using polarization sensitive optical coherent tomography”)에 설명되어 있다. PS-OCT detects light reflected from a biological sample through two orthogonal polarization channels. The principle of operation of PS-OCT is described in US Pat. No. 6,208,415 (named “Birefringence imaging in biological tissue using polarization sensitive optical coherent tomography”).
PS-OCT는 악성 피부암등의 초기 진단을 위해 사용될 수 있으며, 악성 피부암 등의 초기 진단용으로 사용되기 위해서는 생체 샘플의 서브 밀리미터(sub-millimeter) 깊이까지 탐색할 것이 요구된다. PS-OCT에서 서브 밀리미터(sub-millimeter) 깊이까지 탐색할 경우, 실험실 조건에서는 쉽게 가능하지만, 임상등에 실제 응용될 경우에는 생체 측정단으로 쓰이는 프루브(probe)의 굽힘과 꼬임 및 온도 변화등 외부 환경 변화의 영향으로 두개의 직교하는 편광 채널들의 편광 상태를 제어하기가 어려우므로 주기적으로 편광 상태를 조절해주어야 하는 문제점이 있다. PS-OCT can be used for the initial diagnosis of malignant skin cancer, etc. In order to be used for the initial diagnosis of malignant skin cancer, it is required to search to the sub-millimeter depth of the biological sample. Searching up to sub-millimeter depth in the PS-OCT is easily possible in laboratory conditions, but in practical applications in clinical applications, external environments such as bending, twisting and temperature changes of probes used as biometrics Since it is difficult to control the polarization state of two orthogonal polarization channels under the influence of the change, there is a problem in that the polarization state must be adjusted periodically.
미국 등록 특허 7,016,048(발명의 명칭 “Phase-resolved functional optical coherence tomography: simultaneous imaging of the stokes vectors, structure, blood flow velocity, standard deviation and birefringence in biological samples”)에서는 광섬유기반의 PS-OCT 시스템을 개시하고 있다. 그러나, 미국 등록 특허 7,016,048에 개시된 PS-OCT 시스템은 기계적으로 조절가능한 광섬유 루프 편광기(mechanically adjustable fiber loop polarizer)를 이용하여 두개의 직교하는 편광 채널들의 편광 상태를 기계적으로 제어하고 있으며, 생체 신호를 얻어 처리하는데에 장시간이 필요하므로 안정적인 실험실 조건에서만 사용이 가능하다. US Patent No. 7,016,048 (named “Phase-resolved functional optical coherence tomography: simultaneous imaging of the stokes vectors, structure, blood flow velocity, standard deviation and birefringence in biological samples”) discloses a fiber-based PS-OCT system. have. However, the PS-OCT system disclosed in US Pat. No. 7,016,048 uses a mechanically adjustable fiber loop polarizer to mechanically control the polarization state of two orthogonal polarization channels and obtain a biosignal. It takes a long time to process and can only be used in stable laboratory conditions.
종래의 Tugbaev와 Myllyla의 논문("Feasibility of a compact fiberoptic prove for real time tracing of subsurface skin birefringence", Proceedings of SPIE, Vol. 5861, 2005)에서는 전자-광-액정 편광조절기(electro-optic switch)를 이용하여 편광민감 생체영상기기를 구성하고 있다. 상기 종래의 Tugbaev와 Myllyla의 논문에서는 기본 구조가 마이켈슨(Michelson) 간섭 방식을 이용하기 때문에 전 자-광-액정 편광조절기의 위치가 생체 관측단에 위치하게 되어서 수직인 편광 성분을 분리하기 위하여 전자-광-액정 편광조절기를 조절하게 되면 생체 조직 대상으로 입사되는 빛의 편광상태도 변화되어 정확한 편광관련 생체조직의 배열정보를 알기가 어려운 문제점이 있다. Conventional Tugbaev and Myllyla's paper ("Feasibility of a compact fiberoptic prove for real time tracing of subsurface skin birefringence", Proceedings of SPIE, Vol. 5861, 2005) suggests the use of electro-optic switches. It is used to construct a polarization-sensitive biological imaging device. In the conventional Tugbaev and Myllyla papers, since the basic structure uses the Michelson interference method, the position of the electron-liquid-liquid crystal polarizer is positioned at the biological observation terminal, so that the electrons are separated in order to separate the vertical polarization components. -When the light-liquid crystal polarization controller is controlled, the polarization state of light incident on the biological tissue is also changed, which makes it difficult to know the exact polarization-related arrangement information of the biological tissue.
따라서, 사용자 편의성 측면에서 편광 상태를 기계적으로 제어하는 대신 전기적으로 간단히 제어할 수 있고, 정확한 편광 관련 생체 조직의 배열정보를 알기 위해서는 액정 편광조절기를 전자-광-액정 편광조절기를 조절할 경우에도 생체 조직 대상으로 입사되는 빛의 편광 상태가 일정하게 유지할 수 있는 PS-OCT 시스템이 요구된다. Therefore, in terms of user convenience, instead of mechanically controlling the polarization state, it is possible to simply control it electrically, and in order to know the exact arrangement information of the polarization-related biological tissue, even if the liquid crystal polarization controller is adjusted to the electron-light-liquid crystal polarization controller, There is a need for a PS-OCT system capable of maintaining a constant polarization state of light incident on a target.
따라서, 본 발명의 목적은 측정할 생체 샘플에 대한 샘플 측정단을 신호 해석단과 구조적으로 분리하고 두개의 직교하는 편광 채널들의 편광 상태를 전기적으로 간단히 제어할 수 있는 편광유지 광섬유 기반의 편광민감 광결맞음 생체영상기기(PS-OCT)용 간섭 시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a polarization-sensitive optical coherence based on a polarization maintaining optical fiber that can structurally separate a sample measuring stage for a biological sample to be measured from a signal analyzing stage and electrically control the polarization state of two orthogonal polarization channels. It is to provide an interference system for a biological imaging device (PS-OCT).
상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 편광민감 광결맞음 생체영상기기(Polarization Sensitive Optical Coherence Tomography)용 편광유지 광섬유 기반의 탠덤 간섭 시스템(tandem interferrometer system)은 1) 광원으로부터 제공된 선형 편광된 제1 광을 제1 부분 및 제2 부분으로 분배하는 샘플 편광 특성에 무관한 광분배기, 2) 상기 제1 광의 제1 부분을 반사시키는 거울, 3) 상기 거울로부터 반사된 광을 집속하여 상기 샘플로 조사하는 렌즈, 4) 상기 샘플로부터 반사되어 제1 광경로를 거쳐 제1 방향으로 편광된 제2 광을 출력하는 샘플단, 5) 상기 제1광의 제2 부분이 제2 광경로-여기서 제2 광경로는 상기 제1 광경로와 독립적임-를 거쳐 제2 방향으로 편광된 제3 광-여기서 제2 광과 상기 제3광의 편광 방향은 실질적으로 서로 직교함-을 출력하는 기준단, 6) 상기 제2 광 및 상기 제3 광이 입사되는 편광 광분배기를 포함하는 센싱 간섭부와, 1)상기 제2광의 상기 제1 광경로와 상기 제3 광의 상기 제2 광경로를 보상하여 간섭 신호를 생성하는 광경로 보상부, 2) 상기 간섭 신호를 입력받는 선형 편광기, 3) 상기 선형 편광기의 출력을 전기적인 신호로 변환하여 간섭 패턴을 검출하는 광신호 검출부를 포함하는 신호 해석부를 포함한다. 상기 샘플단과 상기 기준단은 각각 상기 실질적으로 서로 직교하는 제2 광 및 제 3광을 제공하기 위한 편광 조절기 및 적어도 하나의 선형 편광기를 포함할 수 있다. 상기 광신호 검출부는 상기 선형 편광기의 출력에 연결된 렌즈와, 상기 선형 편광기의 출력에 연결된 렌즈의 출력을 상기 전기적인 신호로 변환하여 간섭 패턴을 검출하는 선형 디텍터 어레이를 포함할 수 있다. 상기 저간섭성 광원은 제1 편광 유지 광섬유에 결합되고, 상기 샘플단은 제2 편광 유지 광섬유를 포함하고, 상기 기준단은 제3 편광 유지 광섬유를 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 편광 유지 광섬유들은 신축가능한 케이블을 포함할 수 있다. 상기 센싱 간섭부는 상기 제1 편광 유지 광섬유를 통과한 광을 원형 편광 시키는 1/4 파장 지연기를 더 포함할 수 있다. 상기 1/4 파장 지연기, 상기 샘플 편광 특성에 무관한 광분배기, 상기 샘플단의 편광 조절기, 상기 샘플단의 적어도 하나의 선형 편광기, 상기 기준단의 적어도 하나의 선형 편광기, 상기 거울 및 상기 렌즈는 핸드헬드 프로브-여기서 상기 핸드 헬드 프로브는 상기 신축 가능한 케이블에 연결됨-에 포함될 수 있다. 1/4 파장 지연기, 상기 샘플 편광 특성에 무관한 광분배기, 상기 샘플단의 편광 조절기, 상기 샘플단의 적어도 하나의 선형 편광기, 상기 거울 및 상기 렌즈는 핸드헬드 프로브-여기서 상기 핸드 헬드 프로브는 상기 신축 가능한 케이블에 연결됨-에 포함될 수 있다. 상기 신축 가능한 케이블은 타원 코아 편광 유지 광섬유 광섬유(elliptical core polarization maintaining fiber)가 될 수 있다. 상기 샘플단의 편광 조절기 및 상기 기준단의 편광 조절기는 쌍안정 고속 전자-광 스위치로 동작하는 쌍안정 강유전 액정 회전자(bistable ferroelectric liquid crystal rotator)를 포함할 수 있다. 상기 선형 디텍터 어레이는 정위상 형태의 간섭무늬 측정신호(In-phase interferogram)와 역위상형태의 간섭무늬 측정신호(Anti-phase interferogram)의 차이를 구함으로써 주변(background)의 정전압 잡음 신호(DC noise)를 제거하여 상기 간섭 신호를 검출할 수 있다. According to one aspect of the present invention for achieving the first object of the present invention, a polarization-maintaining optical fiber-based tandem interferrometer system for polarization sensitive optical coherence tomography is 1). An optical splitter independent of the sample polarization characteristic of distributing the linearly polarized first light provided from the light source into the first and second portions, 2) a mirror reflecting the first portion of the first light, 3) reflected from the mirror A lens for focusing light and irradiating the sample; 4) a sample stage for outputting second light reflected from the sample and polarized in a first direction through a first optical path; and 5) a second portion of the first light The second light path, where the second light path is independent of the first light path, and the third light polarized in the second direction, wherein the polarization directions of the second light and the third light are substantially orthogonal to each other. Output machine 6) a sensing interference part including a polarized light splitter into which the second light and the third light are incident; and 1) compensating the first light path of the second light and the second light path of the third light. A light path compensator for generating an interference signal, 2) a linear polarizer for receiving the interference signal, and 3) a signal analyzer for converting an output of the linear polarizer into an electrical signal to detect an interference pattern. Include. The sample stage and the reference stage may each include a polarization controller and at least one linear polarizer for providing the second and third lights that are substantially orthogonal to each other. The optical signal detector may include a lens connected to the output of the linear polarizer, and a linear detector array configured to detect an interference pattern by converting an output of the lens connected to the output of the linear polarizer into the electrical signal. The low coherence light source may be coupled to a first polarization sustaining optical fiber, the sample end may include a second polarization sustaining optical fiber, and the reference end may include a third polarization sustaining optical fiber. The first, second and third polarization maintaining optical fibers may comprise a flexible cable. The sensing interference unit may further include a quarter-wave retarder for circularly polarizing the light passing through the first polarization maintaining optical fiber. The quarter-wave retarder, an optical splitter independent of the sample polarization characteristic, a polarization controller of the sample stage, at least one linear polarizer of the sample stage, at least one linear polarizer of the reference stage, the mirror and the lens May be included in a handheld probe, where the handheld probe is connected to the flexible cable. A quarter-wave retarder, an optical splitter independent of the sample polarization characteristic, a polarization controller of the sample stage, at least one linear polarizer of the sample stage, the mirror and the lens are handheld probes, wherein the handheld probe is Connected to the flexible cable. The flexible cable may be an elliptical core polarization maintaining fiber. The polarization controller of the sample stage and the polarization controller of the reference stage may include a bistable ferroelectric liquid crystal rotator operating as a bistable high speed electro-optical switch. The linear detector array calculates a difference between an in-phase interferogram in antiphase and an anti-phase interferogram in antiphase. ), The interference signal can be detected.
또한, 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 편광민감 광결맞음 생체영상기기(Polarization Sensitive Optical Coherence Tomography)용 간섭 시스템은 광원으로부터 제공된 선형 편광된 제1 광의 제1 부분이 샘플로부터 반사된 후 샘플단을 통과하는 제1 광경로를 거쳐 제1 방향으로 편광된 제2 광과 상기 제1 광의 제2 부분이 기준단을 통과하는 제2 광경로-여기서 제2 광경로는 상기 제1 광경로와 독립적임-를 거쳐 제2 방향으로 편광된 제3 광-여기서 제2광과 상기 제3광의 편광 방향은 실질적으로 서로 직교함-을 제공하는 센싱 간섭부와, 상기 제2광의 상기 제1 광경로와 상기 제3 광의 제2 광경로를 보상하여 간섭 신호를 생성한 후 전기적인 신호로 변환하는 신호 해석부를 포함한다. 상기 광원은 제1 편광 유지 광섬유에 결합되고, 상기 샘플단은 제2 편광 유지 광섬유를 포함하고, 상기 기준단은 제3 편광 유지 광섬유를 포함할 수 있다. 상기 샘플단과 상기 기준단은 각각 상기 실질적으로 서로 직교하는 제2 광 및 제 3광을 제공하기 위한 편광 조절기 및 적어도 하나의 선형 편광기를 포함할 수 있다. 상기 센싱 간섭부는 상기 제1 광을 제1 부분 및 제2 부분으로 분배하는 샘플 편광 특성에 무관한 광분배기와, 상기 제1 광의 제1 부분을 반사시키는 거울과, 상기 거울로부터 반사된 광을 집속하여 상기 샘플로 조사하는 렌즈와, 상기 샘플로부터 반사되어 상기 제1 광경로를 거쳐 제1 방향으로 편광된 제2 광을 출력하는 샘플단과, 상기 제1광의 제2 부분이 상기 제2 광경로를 거쳐 제2 방향으로 편광된 제3 광을 출력하는 기준단과, 상기 제2광 및 상기 제3광이 입사되는 편광 광분배기를 포함하는 센싱 간섭계를 포함할 수 있다. 상기 센싱 간섭계는 상기 제1 편광 유지 광섬유를 통과한 광을 원형 편광 시키는 1/4 파장 지연기를 더 포함할 수 있다. 상기 1/4 파장 지연기, 상기 샘플 편광 특성에 무관한 광분배기, 상기 샘플단의 편광 조절기, 상기 샘플단의 적어도 하나의 선형 편광기, 상기 기준단의 적어도 하나의 선형 편광기, 상기 거울 및 상기 렌즈는 핸드헬드 프로브-여기서 상기 핸드 헬드 프로브는 신축 가능한 케이블에 연결됨-에 포함될 수 있다. 1/4 파장 지연기, 상기 샘플 편광 특성에 무관한 광분배기, 상기 샘플단의 편광 조절기, 상기 샘플단의 적어도 하나의 선형 편광 기, 상기 거울 및 상기 렌즈는 핸드헬드 프로브-여기서 상기 핸드 헬드 프로브는 신축 가능한 케이블에 연결됨-에 포함될 수 있다. 상기 신호 해석부는 월라스톤(Wolaston) 프리즘을 이용하여 상기 제2광의 상기 제1 광경로와 상기 제3 광의 제2 광경로를 보상하여 간섭 신호를 생성하는 광경로 보상부와, 상기 간섭 신호를 입력받는 선형 편광기와, 상기 선형 편광기의 출력을 전기적인 신호로 변환하여 간섭 패턴을 검출하는 광신호 검출부를 포함할 수 있다. 상기 간섭 시스템은 상기 샘플 편광 특성에 무관한 광분배기, 상기 거울 및 상기 렌즈을 포함하는 하나의 샘플 측정단을 가질 수 있다. In addition, the interference system for Polarization Sensitive Optical Coherence Tomography according to another aspect of the present invention for achieving the first object of the present invention is that the first portion of the linearly polarized first light provided from the light source A second light polarized in a first direction via a first light path that is reflected from the sample and then passes through the sample stage and a second light path where the second portion of the first light passes through the reference stage, wherein the second light path A sensing interference unit providing a third light polarized in a second direction through the first optical path, wherein the polarization directions of the second light and the third light are substantially orthogonal to each other; And a signal analyzer configured to generate an interference signal by compensating the first optical path of the light and the second optical path of the third light, and then converting the signal into an electrical signal. The light source may be coupled to a first polarization maintaining optical fiber, the sample end may include a second polarization maintaining optical fiber, and the reference end may include a third polarization maintaining optical fiber. The sample stage and the reference stage may each include a polarization controller and at least one linear polarizer for providing the second and third lights that are substantially orthogonal to each other. The sensing interference unit focuses a light splitter independent of a sample polarization characteristic of distributing the first light into the first and second portions, a mirror reflecting the first portion of the first light, and light reflected from the mirror. And a sample stage for outputting a lens irradiated to the sample, a second light reflected from the sample and polarized in a first direction through the first optical path, and a second portion of the first light is connected to the second optical path. And a sensing interferometer including a reference terminal for outputting third light polarized in a second direction and a polarized light splitter to which the second light and the third light are incident. The sensing interferometer may further include a quarter-wave retarder for circularly polarizing the light passing through the first polarization maintaining optical fiber. The quarter-wave retarder, an optical splitter independent of the sample polarization characteristic, a polarization controller of the sample stage, at least one linear polarizer of the sample stage, at least one linear polarizer of the reference stage, the mirror and the lens May be included in a handheld probe, where the handheld probe is connected to a flexible cable. A quarter-wave retarder, an optical splitter independent of the sample polarization characteristic, a polarization regulator of the sample stage, at least one linear polarizer of the sample stage, the mirror and the lens are handheld probes, wherein the handheld probe May be included in the connection to the flexible cable. The signal analyzer may include an optical path compensator configured to generate an interference signal by compensating the first optical path of the second light and the second optical path of the third light by using a Wolaston prism and the interference signal. The linear polarizer may include an optical signal detector configured to detect an interference pattern by converting an output of the linear polarizer into an electrical signal. The interference system may have one sample measuring stage including an optical splitter, the mirror and the lens independent of the sample polarization characteristic.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.As the present invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
그리고, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, the same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions of the same components are omitted.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 편광민감 광결맞음 생체영상기기(Polarization Sensitive Optical Coherence Tomography)용 간섭 시스템을 나타낸 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating an interference system for polarization sensitive optical coherence tomography according to an embodiment of the present invention.
편광민감 광결맞음 생체영상기기용 간섭 시스템은 크게 센싱 간섭부(100) 및 신호 해석부(300)로 이루어진다. The interference system for the polarization-sensitive optical coherence biological imaging device is largely composed of a
센싱 간섭부(100)는 광원(10), 편광 유지 광섬유(12), 광집속기(13), 거울(14) 및 센싱 간섭계(120)을 포함한다. 센싱 간섭부(100)는 광원(10)으로부터 제공된 선형 편광된 제1 광의 제1 부분이 샘플(19)로부터 반사된 후 샘플단(sample arm)을 통과하는 제1 광경로를 거쳐 제1 방향으로 편광된 제2 광과 상기 제1 광의 제2 부분이 기준단(reference arm)을 통과하는 제2 광경로를 거쳐 제2 방향으로 편광된 제3 광을 편광 광분배기(25)로 제공한다. 여기서, 제2 광과 제3 광의 편광 방향은 실질적으로 서로 직교한다. 여기서, 제2 광경로는 상기 제1 광경로와 독립적이다. 샘플단은 광분배기(16)와 참조 부호 17 내지 25의 구성요소들로 구성되며, 기준단은 광분배기(16)와 참조 부호 26 내지 36 및 참조 부호 25의 구성 요소들을 포함한다. 제1 광경로는 광원(10)으로부터 제공된 선형 편광된 제1 광이 샘플 편광 특성에 무관한 광분배기(16)에 의해 분배된 후 상기 제1광의 제1 부분이 샘플(19) 로부터 반사된 후 샘플단(sample arm)을 통과하여 편광 광분배기(25) 전까지의 광경로를 나타내며, 제2 광경로는 광원(10)으로부터 제공된 선형 편광된 제1 광이 샘플 편광 특성에 무관한 광분배기(16)에 의해 분배된 후 상기 제1광의 제2 부분이 기준단(reference arm)을 통과하여 편광 광분배기(25) 전까지의 광경로를 나타낸다. 센싱 간섭계(120)는 참조 부호 15, 16, 20 내지 35의 구성요소들을 포함한다.The
신호 해석부(300)는 광경로 보상부(310), 선형 편광기(39) 및 광신호 검출부(350)을 포함한다. 신호 해석부(300)는 상기 제2광의 상기 제1 광경로와 상기 제3 광의 제2 광경로를 보상하여 간섭 신호를 생성한 후 전기적인 신호로 변환한다. The
광경로 보상부(310)는 월라스톤(Wolaston) 프리즘(38)을 이용하여 상기 제2광의 상기 제1 광경로와 상기 제3 광의 제2 광경로를 보상하여 간섭 신호를 생성한다. 광경로 보상부(310)는 광 크기 확장기(37) 및 Wolaston 프리즘(38)을 포함한다. 선형 편광기(39)는 상기 간섭 신호를 입력받는다. The optical path compensator 310 generates an interference signal by compensating for the first optical path of the second light and the second optical path of the third light by using a
광신호 검출부(350)는 상기 선형 편광기(39)의 출력을 전기적인 신호로 변환하여 간섭 패턴을 검출한다. 광신호 검출부(350)는 선형 편광기(39)의 출력에 연결된 렌즈(40, 42)와, 렌즈(40, 42)의 출력을 상기 전기적인 신호로 변환하여 간섭 패턴을 검출하는 선형 디텍터 어레이(41)을 포함한다. The
샘플 측정단(110)은 광집속기(13), 거울(14), 1/4 파장 지연기(quarter-wave retarder, 15), 샘플 편광 특성에 무관한 광분배기(16), 거울(17), 렌즈(18), 편광조절기(20), 선형 편광기(linear polarizer , 21), 광집속기(22), 선형 편광기(26), 거울(27) 및 광집속기(28)를 포함하며, 샘플(19)을 측정하기 위한 핸드헬 드 프로브(handheld probe)를 구성한다. The
저간섭성 광원(low-coherent light source, 10)은 선형 편광된 출력광 특성을 가지고 있으며, 편광 유지 광섬유(polarization-maintaining fiber, 12)에 의하여 광집속기(13)에 연결되어 있다. The low-
광집속기(13)에서 나오는 출력 광원은 선형편광 되어있다. 예를 들어, 광집속기(13)에서 나오는 출력 광원은 도 1의 평면에 대해 수직 방향으로 선형 편광된 상태를 가진다. The output light source from the
선형편광 상태의 출력광은 거울(14)에 의해 반사되어 1/4 파장 지연기(quarter-wave retarder, 15)를 통과한 후에 원형으로 편광상태가 바뀐 후에 편광특성에 무관한 광분배기(beamsplitter, 16)로 입사된다. The output light in the linearly polarized state is reflected by the
편광특성에 무관한 광분배기(16)에 의해서 나뉘어진 원형편광 상태의 빛 중 절반(probe beam)은 샘플 스캔용 거울(17)과 집속용 렌즈(18)를 통해서 복굴절 특성을 가진 샘플(19)에 조사된다. Half of the light in the circularly polarized state divided by the
그후 샘플(19)의 각 내부 경계면에서 반사되어온 빛은 임의의 편광 상태를 가지고 편광특성에 무관한 광분배기(16)를 통과하게된다. 그 후 샘플(19)에서 반사된 빛은 45°와 0°로 조절이 가능한 편광조절기(20)와 0°로 조정된 선형 편광기(linear polarizer , 21)를 통과한 후 광집속기 (22)에 의해서 편광유지 광섬유(23)로 집속되어 전송된 후 광집속기(24)에 의해서 편광 광분배기(polarizing beam combiner, 25)로 입사된다. 이때 입사되는 빛은 0°로 편광 되어 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 편광조절기(20)는 도면에는 도시되지 않았지만 외부의 구 동기(driver)를 이용하여 전기적으로 45°와 0°간의 스위칭이 가능하도록 조절될 수 있다.Light reflected at each inner boundary of the
여기서, 편광조절기(20)는 편광조절 상태를 45°와 0°간 스위칭할 수 있는 다른 편광 조절기도 사용될 수 있다. 예를 들어, 편광조절기(20)는 복굴절 성질을 가지는 전자-광 위상 변환기(electo-optic phase modulator)나 혹은 전자-광-액정 편광조절기를 사용할 수 있다. Here, the
또한, 편광특성에 무관한 광분배기(16)에 의해서 나뉘어진 원형편광 상태의 빛의 나머지 절반은 0°로 조정된 선형 편광기(26)를 통과한 후 거울(27)과 광집속기(28)에 의해서 편광유지 광섬유(29)로 집속되어 전송된 후 광집속기(30)에 의해서 선형편광기(31, 32)를 통과하면서 광세기를 적절히 조정한 후 다시 광집속기(33)에 의해서 편광유지 광섬유(34)로 집속되어 전송된 후 광집속기(35)에 의해서 45°와 0°로 조절이 가능한 편광조절기(36)와 편광 광분배기(25)로 입사된다. 이때 편광 광분배기(25)로 입사되는 빛은 45°로 편광 되어 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 편광조절기(36)는 도면에는 도시되지 않았지만 외부의 구동기(driver)를 이용하여 전기적으로 45°와 0°간의 스위칭이 가능하도록 조절될 수 있다. In addition, the other half of the circularly polarized light divided by the
여기서, 편광조절기(36)는 편광조절 상태를 45°와 0°간 스위칭할 수 있는 다른 편광 조절기도 사용될 수 있다. 예를 들어, 편광조절기(36)는 복굴절 성질을 가지는 전자-광 위상 변환기(electo-optic phase modulator)나 혹은 전자-광-액정 편광조절기를 사용할 수 있다. Here, the
편광 광분배기(25)에서 샘플단을 통과한 빛과 기준단을 통과한 빛이 합쳐진후 광 크기 확장기(beam expander, 37)를 거쳐 복굴절 프리즘(38)로 입사된다. 본발명의 일실시예에서는 복굴절 프리즘(38)으로 Wolaston 프리즘을 사용한다. In the
또한, 광집속기(30)과 광집속기(33) 사이의 거리는 전체 광경로차 조정을 위하여 미세조정이 가능하다. In addition, the distance between the
또한, 본 발명의 일실시예에서는 편광유지 광섬유(12, 23, 29)를 사용하여 실제 측정할 생체 조직으로의 접근 용이성을 확보할 수 있으며, 최종이용자의 사용의 용이성 확보를 위하여 샘플측정단(110)을 신호해석부(300)과 구조적으로 분리할 수 있다. 참조 부호 13 내지 18, 20 내지 22, 및 26 내지 28은 사용자 편의성을 위해 핸드핸들 프루브(handheld probe) 내부에 배치시키고 핸드핸들 프루브는 상기 편광유지 광섬유(12, 23, 29)를 통하여 전체 시스템과 연결될 수 있다. In addition, in one embodiment of the present invention using the polarization maintaining optical fibers (12, 23, 29) to ensure easy access to the biological tissue to be actually measured, the sample measuring stage ( 110 may be structurally separated from the
본 발명의 일실시예에서는 탠덤(tandem) 간섭계의 센서 부분 간섭계(sensing interferometer) 구성을 위하여 마흐-젠더(Mach-Zehnder) 간섭계 방식을 사용할 수 있다. In an embodiment of the present invention, a Mach-Zehnder interferometer scheme may be used to construct a sensor intersometer of a tandem interferometer.
또한, 본 발명의 일실시예에서는 광분배기(16)와 참조 부호 17 내지 25의 구성요소들을 이용하여 마흐-젠더(Mach-Zehnder) 간섭계의 샘플단(sample arm)을 구성하였고, 광분배기(16)와 참조 부호 26 내지 36 및 참조 부호 25의 구성 요소들을 이용하여 마흐-젠더(Mach-Zehnder) 간섭계의 기준단(reference arm)을 구성하여 마흐-젠더(Mach-Zehnder) 간섭계를 구성한다. In addition, in the exemplary embodiment of the present invention, the sample arm of the Mach-Zehnder interferometer is configured using the
상기와 같이 구성된 샘플측정단용 마흐-젠더(Mach-Zehnder) 간섭계는 기존의 방법에 비하여 몇가지 장점을 가지고 있다. 기존에는 마이켈슨(Michelson) 간섭방식을 이용하기 때문에 전자-광-액정 편광조절기의 위치가 생체 관측단에 위치하게 되어서 수직인 편광 성분을 분리하기 위하여 전자-광-액정 편광조절기를 조절하게 되면 생체조직대상으로 입사되는 빛의 편광상태도 변화되어 정확한 편광관련 생체조직의 배열정보를 알기가 어렵다. The Mach-Zehnder interferometer for the sample stage configured as described above has several advantages over the conventional method. Since the Michelson interference method is conventionally used, the position of the electron-light-liquid crystal polarization controller is located at the biological observation stage, and when the electron-light-liquid crystal polarization controller is adjusted to separate the vertical polarization component, The polarization state of the light incident on the tissue is also changed, so it is difficult to know the exact polarization arrangement information of the biological tissue.
그러나, 본 발명의 일실시예에서 이용된 탠덤(tendom) 간섭 방식에서는 샘플단의 편광조절기(20) 및 기준단의 편광 조절기(36)의 위치가 생체관측단과 무관한 편광 무관 광분배기(16) 이후에 위치하므로 편광조절기(20, 36)의 조절과 무관하게 생체조직대상으로 입사되는 빛의 편광상태가 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 정확한 편광관련 생체조직의 배열정보를 알 수 있다.However, in the tandem interference method used in the embodiment of the present invention, the
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 간섭 신호 추출을 위한 Wolaston 프리즘을 이용한 복굴절 간섭계의 원리를 설명하기 위한 개념도이다. 2 is a conceptual diagram illustrating a principle of a birefringent interferometer using a Wolaston prism for extracting interference signals according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에서는 탠덤(tandem) 간섭계의 신호 추출용 간섭계 구성을 위하여 Wolaston 프리즘을 이용한 복굴절 간섭계를 구성하되, 더불어 편광민감 광결맞음 생체영상기기(PS-OCT)에 적용할 수 있도록 참조 부호 37 내지 42의 구성 요소들로 이루어진 변경된 구조를 사용한다. In an embodiment of the present invention, a birefringent interferometer using a Wolaston prism is configured to construct an interferometer for signal extraction of a tandem interferometer, and in addition, a reference code may be applied to a polarization-sensitive photocoherence biological imaging device (PS-OCT). Use an altered structure consisting of 37 to 42 components.
도 2에서 도시된 바와 같이, 샘플(19)이 복굴절 특성을 가진 3층 구조를 가진다고 가정한다면, 샘플(19)에서부터 각각 반사된 빛들은 서로간의 광경로차(optical path length difference)를 가지고 있다. 또한, 샘플(19)에서 반사된 빛들은 편광조절기(20)와 선형 편광기(21)의 광학계를 지나면서 수직(혹은 수평) 편광 상태를 가지고 있다. As shown in FIG. 2, assuming that the
샘플(19)의 가장 중앙면에서 반사된 빛은 기준단에서 진행되어 온 빛과 같은 광경로를 가지고 있도록 조절되어 있어 기준단에서 진행되어 온 빛은 샘플(19)의 중심면에서 반사된 빛과는 광경로차가 나지 않는다. The light reflected from the center of the
그러나, 샘플(19)의 왼쪽면에서 반사된 빛은 기준단에서 진행되어 온 빛과 샘플(19)의 왼쪽면 두께(d)에 해당하는 광경로차(-τ)를 가지고 있다. 또한, 샘플의 오른쪽면에서 반사된 빛은 기준단에서 진행되어 온 빛과 샘플의 오른쪽면 두께(d)에 해당하는 광경로차(+τ)를 가지고 있다. However, the light reflected from the left side of the
이렇게 생긴 왼쪽면과 오른쪽면 그리고 기준단면에서 진행된 빛들 사이의 각각의 광경로차를 상쇄시켜야 서로간의 간섭을 얻고 이로부터 샘플(19)의 두께 정보를 얻을 수 있다. 이를 위하여 샘플단의 빛과 기준단 빛 사이의 수직인 편광특성을 이용한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 샘플단의 빛은 모두 수직편광 상태이고 기준단의 빛은 수평편광 상태이다. The optical path difference between the left and right sides and the light propagated at the reference section must be canceled to obtain interference with each other and to obtain thickness information of the
Wollaston 프리즘(38)의 왼쪽면(ne<no)은 수평편광상태의 빛이 수직편광상태의 빛에 비하여 느리게 진행되고, 오른쪽면(ne>no)은 수직편광상태의 빛이 수평편광상태의 빛에 비하여 느리게 진행된다. 그리고 Wollaston 프리즘(38)은 이러한 다른 특성을 가진 왼쪽면과 오른쪽면의 두께 비율이 프리즘(38) 상단에서는 작았다가 중앙에서는 같아지고 하단으로 내려올수록 커지도록 이루어져있다. On the left side (ne <no) of the
Wolaston 프리즘(38)은 광경로차를 보상하는 역할을 수행한다. The
상기와 같은 샘플단의 빛과 기준단의 빛을 복굴절 성질을 가진 Wollaston 프 리즘(38)에 조사시키면 프리즘(38)의 정중앙에서는 프리즘(38)의 왼쪽 면과 오른쪽 면의 두께가 같기 때문에 샘플단의 빛(수직편광)과 기준단의 빛(수평편광)간의 광경로차가 없는 샘플(19)의 중심면에서 반사된 빛과 기준단의 빛에 의해서 생긴 간섭무늬가 축의 중앙 부근에서 발생한다. When the light of the sample stage and the light of the reference stage are irradiated to the
이에 반해서 프리즘(38)의 상단에서는 프리즘의 왼쪽 면의 두께가 오른쪽 면의 두께보다 얇기 때문에 프리즘(38)을 통과한 빛은 샘플단의 빛(수직편광)이 기준단의 빛(수평편광)보다 느리게 진행하게 샘플단의 빛(수직편광)과 기준단의 빛(수평편광)간의 광경로차가 + τ인 샘플(19)의 오른쪽 면에서 반사된 빛과 기준단의 빛에 의해서 생긴 간섭무늬가 프리즘(38)의 상단에서 발생하고, 상기 간섭무늬가 도 2에 도시된 바와 같이 배율렌즈(40)을 지나면서 상의 반전이 일어나서 축의 하단에 발생된다. On the other hand, since the thickness of the left side of the prism is thinner than the thickness of the right side at the top of the
또한, 프리즘(38)의 하단에서는 프리즘의 왼쪽 면의 두께가 오른쪽 면의 두께보다 두껍기 때문에 프리즘(38)을 통과한 빛은 샘플단의 빛(수직편광)이 기준단의 빛(수평편광)보다 빨리 진행하게 되어서 샘플단의 빛(수직편광)과 기준단의 빛(수평편광)간의 광경로차가 - τ인 샘플의 왼쪽 면에서 반사된 빛과 기준단의 빛에 의해서 생긴 간섭무늬가 프리즘(38)의 하단에서 발생하고, 상기 간섭무늬가 도 2에 도시된 바와 같이 배율렌즈(40)을 지나면서 상의 반전이 일어나서 축의 상단에 발생된다. In addition, since the thickness of the left side of the prism is thicker than the thickness of the right side at the lower end of the
다시 도 1을 참조하면, 상기와 같이 발생된 각각의 간섭무늬는 신호-잡음비(Signal-to-Noise ratio)을 높이기 위하여 렌즈(42)에 의하여 한쪽 방향으로 집 속된 후 선형 디텍터 어레이(41)에 의해서 전기신호로 바뀌어 측정된다. 선형 디텍터 어레이(41)는 예를 들어 CCD 디텍터 어레이가 될 수 있다. Referring back to FIG. 1, each of the interference fringes generated as described above is concentrated in one direction by the
도 3 및 도 4는 편광성분 분석 방법에 대한 원리를 설명하기 위한 개념도이다. 샘플(19)의 복굴절 특성을 조사하기 위해서는 샘플에서 반사되어 나온 빛의 편광성분을 수직(V) 성분과 수평(H)성분으로 나누어서 조사 한다. 이를 위하여 본 발명의 일실시예에서는 빛의 편광상태를 45°와 0°로 조절이 가능한 전자-광-액정 편광조절기(20)과 선형 편광기(21)를 이용하였다. 3 and 4 are conceptual diagrams for explaining the principle of the polarization component analysis method. In order to investigate the birefringence characteristic of the
우선 도 3에서처럼 전자-광-액정 편광조절기(20)을 45°상태로 맞추어 놓은 후 샘플(19)로부터 반사된 빛(43)을 통과 시키면 빛(43)의 수평(H)성분이 수직으로 빛(43)의 수직(V)성분이 수평으로 편광 상태가 조절된 빛(44)이 나오게 된다. 전자-광-액정 편광조절기(20)을 통과한 빛(44)은 다시 0°로 맞추어진 선형 편광기(21)를 통과하면서 수평성분만 걸러지고 처음 샘플에서 반사된 빛(43)의 수직(V) 성분만이 남게 된다. First, as shown in FIG. 3, when the electron-light-liquid
마찬가지로 도 4에서처럼 전자-광-액정 편광조절기(20)을 0°상태로 맞추어 놓은 후 샘플(19)로부터 반사된 빛(43)을 통과 시키면 빛(43)의 수평(H)성분과 수직(V) 성분의 세기는 그대로 통과하고 단지 전체 축방향만 바뀌뀐 빛(44‘)이 나오게 된다. 전자-광-액정 편광조절기(20)을 통과한 빛(44’)은 다시 0°로 맞추어진 선형 편광기(21)를 통과하면서 수직성분만 걸러지고 처음 샘플에서 반사된 빛(43)의 수평(H) 성분만이 남게 된다. Similarly, as shown in FIG. 4, when the electron-light-liquid
따라서 본발명의 일실시예에서는 전자-광-액정 편광조절기(20)의 편광조절 상태를 45°와 0°로 전기적으로 제어하여 샘플의 편광성분을 분리하여 추출할 수 있다. Therefore, in one embodiment of the present invention, the polarization control state of the electron-light-liquid
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 편광민감 광결맞음 생체영상기기(Polarization Sensitive Optical Coherence Tomography)용 간섭 시스템을 나타낸 개념도이다. FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating an interference system for polarization sensitive optical coherence tomography according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 기본적으로 도1의 편광 광분배기(25) 대신에 광섬유 광신호 분배기(25a)와 편광유지광섬유(25b, 25c) 그리고 광집속기(25d)의 조합을 적용하여 광학계의 단순화와 안정성을 확보하고자 하였다. 더욱이 보다 효율적인 생체신호측정단을 구성하기 위하여 도 1의 구조에서 몇가지 광학계의 위치와 구성을 바꾸었다. 즉, 1/4 파장 지연기(15)를 1/4 파장 지연기(15a)의 위치로, 그리고 선형평광기(26)을 선형평광기(26a)의 위치로 바꾸었으며, 광 크기 확장기(37)를 광집속기(37a)와 렌즈(37b)의 조합으로 대체하였다. 그 이외의 나머지 부분은 도 1의 구성과 역할이 동일하다. Referring to FIG. 5, basically, a combination of an optical fiber
도 6은 측정신호의 신호대 잡음비 개선을 위한 방법으로써 사용된 정전압 주변(DC background) 잡음 신호를 제거하는 원리를 설명하기 위한 개념도이다. FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a principle of removing a constant voltage background (DC background) noise signal used as a method for improving a signal-to-noise ratio of a measurement signal.
본 발명의 구성요소인 전자-광-액정 편광조절기(36)은 빛의 반파장만큼 위상조절이 가능한데, 이를 이용하면 전자-광-액정 편광조절기(36)의 편광조절상태에 따라서 선형 디텍터 어레이(41)에 측정된 신호가 도 6의 두번째와 세번째 그래프와 같이 정위상 형태의 간섭무늬 측정신호(In-phase interferogram)와 역위상형태의 간섭무늬 측정신호(Anti-phase interferogram)를 얻게 된다. 이때 주변(background)의 정전압 잡음 신호(DC noise)는 정위상형태의 간섭무늬 측정신호와 역위상형태의 간섭무늬 측정신호에 관계없이 일정하므로, 두 신호를 서로 차감하게되면 도 6의 네번째 그래프와 같이 주변의 정전압 잡음신호는 제거되고 간섭무늬 신호만 남게 된다. 따라서 생체 영상 복원을 위한 퓨리에 신호 변환의 추가적인 신호처리없이도 그리고 신호의 왜곡없이 생체영상을 얻을 수 있다. The electron-light-liquid
본 발명의 실시예들에 따르면, 앞서 설명한바와 같이 몇가지 장점을 가지고 있다. According to embodiments of the present invention, it has several advantages as described above.
첫째, 기존의 편광민감 광결맞음 생체영상기기(PS-OCT)의 경우에서는 빛의 서로 수직으로 편광된 성분을 구분하여 측정하고자 두개의 독립된 측정단을 사용하고 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들에서는, 두개의 측정단을 사용하는 대신, 전자-광-액정 편광조절기(20)와 선형 편광판(21)을 이용하여 편광성분을 분리할 수 있어 하나의 측정단 만으로도 측정할 수 있다. First, in the case of the conventional polarization-sensitive photocoherence biological imaging device (PS-OCT), two independent measurement stages are used to distinguish and measure the vertically polarized components of light. However, in the embodiments of the present invention, instead of using two measurement stages, the polarization component may be separated using the electron-light-liquid
둘째, 본 발명의 실시예들에서는 편광유지 광섬유(12, 23, 34)를 사용하여 실제 측정할 생체 조직으로의 접근 용이성을 확보할 수 있으며, 최종이용자의 사용의 용이성 확보를 위하여 샘플측정단을 신호해석단과 구조적으로 분리한다. Second, in the embodiments of the present invention, polarization maintaining
셋째, 본 발명의 실시예들에서는 전자-광-액정 편광조절기(20)를 사용하여 단지 전기신호만을 이용하여 편광조절 상태의 빠른 스위칭이 가능하므로 고속의 생체 신호 획득이 가능하다. Third, in the embodiments of the present invention, the fast switching of the polarization control state is possible by using only the electrical signal using the electron-light-liquid
넷째, 본 발명의 실시예들에서는 측정 신호의 신호대 잡음비 개선을 위한 방법으로써 사용된 정전압 주변 잡음 신호를 제거하여 생체 영상 복원을 위한 퓨리에 신호 변환시에 추가 적인 신호 처리없이 그리고 신호의 왜곡없이 생체영상을 얻을 수 있도록 하였다. Fourth, the embodiments of the present invention remove the constant voltage ambient noise signal used as a method for improving the signal-to-noise ratio of the measurement signal, so that the bio-image may be removed without additional signal processing and signal distortion during Fourier signal conversion for reconstruction of the bio-image. To get it.
상기와 같은 편광민감 광결맞음 생체영상기기(PS-OCT)용 간섭 시스템에 따르면, 측정할 생체 샘플에 대한 샘플 측정단을 신호 해석부와 구조적으로 분리하고 전자-광-액정 편광조절기(20)를 사용하여 간단히 전기신호만을 이용하여 두개의 직교하는 편광 채널들의 편광 상태를 빠르게 스위칭시키도록 제어할 수 있으므로 고속으로 생체 신호 획득이 가능하다. According to the interference system for a polarization-sensitive optical coherence imaging device (PS-OCT) as described above, the sample measuring stage for the biological sample to be measured is structurally separated from the signal analyzer and the electron-light-liquid
또한, 기존의 전자-광-액정 편광조절기의 위치가 생체 관측단에 위치하는 마이켈슨(Michelson) 간섭방식을 이용하는 편광민감 광결맞음 생체영상기기(PS-OCT)용 간섭 시스템의 경우에 정확한 편광관련 생체조직의 배열정보를 알기가 어려운 문제점을 해결하여, 샘플단의 편광조절기(20) 및 기준단의 편광 조절기(36)의 위치를 생체관측단과 무관한 편광 무관 광분배기(16) 이후에 위치시키고, 샘플단을 통한 광경로와 기준단을 통한 광경로를 독립적으로 조절가능하다. 따라서, 편광조절기(20, 36)의 조절과 무관하게 생체조직대상으로 입사되는 빛의 편광상태가 일정하게 유지할 수 있고 정확한 편광관련 생체조직의 배열정보를 알 수 있다. In addition, in the case of the interference system for polarization-sensitive optical coherence imaging device (PS-OCT) using the Michelson interference method in which the position of the existing electron-light-liquid crystal polarization controller is located at the biological observation stage, To solve the problem of difficult to know the arrangement information of the biological tissue, the position of the
또한, 기존의 편광민감 광결맞음 생체영상기기(PS-OCT)의 경우와 달리 서로 수직으로 편광된 성분을 구분하여 측정하고자 두개의 독립된 측정단을 사용하는 대신에, 두개의 측정단을 대신하여 전자-광-액정 편광조절기와 선형 편광판을 이용하여 편광성분을 분리할 수 있어 하나의 측정단 만으로도 측정할 수 있다. In addition, unlike in the case of the conventional polarization-sensitive optical coherence imaging device (PS-OCT), instead of using two independent measurement stages to distinguish and measure the vertically polarized components, instead of the two measurement stages, -The polarization component can be separated by using the light-liquid crystal polarizer and the linear polarizer, so it can be measured with only one measuring stage.
또한, 측정된 생체 신호의 신호대 잡음비 개선을 위한 방법으로써 사용된 정전압 주변 잡음 신호를 제거하여 생체 영상 복원을 위한 퓨리에 신호 변환시에 추가 적인 신호 처리없이 그리고 신호의 왜곡없이 생체영상을 얻을 수 있다. In addition, by removing the constant voltage ambient noise signal used as a method for improving the signal-to-noise ratio of the measured bio-signals, a bio-image may be obtained without additional signal processing and signal distortion during Fourier signal conversion for bio-image restoration.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the embodiments above, those skilled in the art will understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Could be.
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