KR102316306B1 - Photoacoustic Microscopy System Using Silicone Oil - Google Patents

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KR102316306B1
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엄태중
박은우
이용재
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광주과학기술원
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Abstract

실리콘 오일을 이용한 광음향 현미경 시스템을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 음향 임피던스 매칭물질이 도포된 샘플로 근적외선 파장대역의 레이저를 조사하여 샘플의 광음향 영상을 생성하는 광음향 현미경 시스템에 있어서, 근적외선 파장대역의 레이저를 조사하는 광원부와 상기 샘플로부터 방출되는 광음향 신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 초음파 트랜스듀서와 상기 광원부에서 조사된 레이저를 상기 샘플로 전달하며, 상기 샘플로부터 방출되는 광음향 신호를 상기 초음파 트랜스듀서로 전달하는 광학계 및 상기 광원부 및 상기 초음파 트랜스듀서의 동작을 제어하며, 상기 초음파 트랜스듀서가 변환한 전기신호를 분석하여 상기 샘플의 광음향 영상을 생성하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광음향 현미경 시스템을 제공한다.A photoacoustic microscope system using silicone oil is disclosed.
According to one aspect of this embodiment, in the photoacoustic microscope system for generating a photoacoustic image of the sample by irradiating a laser of a near-infrared wavelength band to a sample coated with an acoustic impedance matching material, a light source unit irradiating a laser of a near-infrared wavelength band; An ultrasonic transducer that receives the photoacoustic signal emitted from the sample and converts it into an electrical signal, and an optical system that delivers the laser irradiated from the light source to the sample, and transmits the photoacoustic signal emitted from the sample to the ultrasonic transducer and a control unit that controls operations of the light source unit and the ultrasound transducer, and generates a photoacoustic image of the sample by analyzing the electrical signal converted by the ultrasound transducer. .

Description

실리콘 오일을 이용한 광음향 현미경 시스템{Photoacoustic Microscopy System Using Silicone Oil}Photoacoustic Microscopy System Using Silicone Oil

본 실시예는 광음향 신호의 매개체로 실리콘 오일을 사용한 광음향 현미경 시스템에 관한 것이다.This embodiment relates to an optoacoustic microscope system using silicone oil as a medium for photoacoustic signals.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section merely provides background information for the present embodiment and does not constitute the prior art.

광음향 단층 촬영기술이란, 광음향 효과에 의해 생체 조직에서 발생하는 광음향 신호를 초음파 수신기로 수신하여 영상화하는 방법의 영상기술을 의미한다. 여기서, 광음향 효과란 고출력 펄스 레이저가 생체 조직에 조사되면, 생체 조직이 광 에너지 흡수하여 열적으로 팽창하게 되는데, 팽창 후 수축하며 생체조직으로부터 초음파가 생성되는 효과이다. 광음향 단층 촬영기술은 이처럼 생체조직에서 발생하는 광음향 효과를 이용하여, 생체조직을 포함한 시료나 피검체의 체내에서 특정 생체조직이 존재하는지 등을 절개없이 검사할 수 있다.The photoacoustic tomography technique refers to an imaging technique of a method of receiving and imaging a photoacoustic signal generated in a living tissue by an optoacoustic effect with an ultrasound receiver. Here, the photoacoustic effect refers to an effect in which, when a high-power pulsed laser is irradiated to a living tissue, the living tissue absorbs light energy and thermally expands. The photoacoustic tomography technique can use the photoacoustic effect generated in living tissue as described above to examine whether a specific biological tissue exists in a sample including biological tissue or in the body of a subject without incision.

광음향 영상 시스템 내 초음파 수신기가 광음향 신호를 효과적으로 수신하기 위해서는, 음향 임피던스 매칭 물질이 필요하다. 일반적으로 음향 임피던스 매칭 물질로는 물이 사용된다. 물은 가장 구하기 쉽고, 초음파 감쇠가 우수하며, 생체조직과 음파 임피던스가 비슷하여 광음향신호가 임피던스 매칭물질을 거쳐 초음파 수신기로 수신됨에 있어 반사에 의한 손실을 최소화할 수 있다. 또한, 일반적으로 사용되는 광음향 파장 500 ~ 900 nm에서 광 흡수가 거의 없기 때문에, 물은 거의 모든 광음향 시스템에서 음향 임피던스 매칭물질로 사용되어 왔다.In order for the ultrasound receiver in the optoacoustic imaging system to effectively receive the optoacoustic signal, an acoustic impedance matching material is required. Generally, water is used as an acoustic impedance matching material. Water is the easiest to obtain, has excellent ultrasonic attenuation, and has similar acoustic impedance to living tissue, so that the photoacoustic signal is received by the ultrasonic receiver through the impedance matching material, thereby minimizing the loss due to reflection. In addition, water has been used as an acoustic impedance matching material in almost all optoacoustic systems because there is almost no light absorption at a generally used photoacoustic wavelength of 500 to 900 nm.

다만, 생체조직 내 특정 물질, 예를 들어 콜라겐 또는 지질 등은 광음향 신호를 출력하기 위해서 특정 파장대역(1200nm 이후의 장파장 대역)의 광이 조사되어야 한다. 하지만, 물은 1200nm 이후의 장파장에서 광 흡수도가 지나치게 높아진다. 이에 따라, 물이 음향 임피던스 매칭물질로 사용될 경우, 광음향 영상 시스템에서의 펄스 레이저가 통상의 세기로 조사되면 온전히 영상화할 수 있을 정도 세기의 광음향 신호를 획득할 수 없는 문제가 있다. 온전히 영상화할 수 있을 정도 세기의 광음향 신호를 획득하기 위해서는, 펄스 레이저의 세기가 세져야 하는데, 피검체가 인간이라면 너무 센 펄스 레이저는 인체에 악영향을 미칠 수 있으며, 실제 일부 지역에서는 법적으로 인체로 조사될 레이저의 세기의 제한이 있다. 이에, 종래의 광음향 영상 시스템은 특정 물질에 대해서는 온전한 영상을 획득할 수 없는 문제점이 있다. 이에, 종래에는 가시광에서 광 흡수가 큰 샘플만이 피검체로 사용될 수 있기 때문에, 종래의 광음향 영상 시스템은 사용범위가 극히 제한적이었다.However, a specific material in a living tissue, for example, collagen or lipid, must be irradiated with light in a specific wavelength band (long wavelength band after 1200 nm) in order to output a photoacoustic signal. However, water absorbs excessively at long wavelengths after 1200 nm. Accordingly, when water is used as the acoustic impedance matching material, there is a problem in that when the pulse laser in the photoacoustic imaging system is irradiated with a normal intensity, it is impossible to obtain a photoacoustic signal with an intensity sufficient to image completely. In order to acquire an optoacoustic signal with an intensity sufficient to image completely, the intensity of the pulse laser must be increased. If the subject is a human, a pulse laser that is too strong may adversely affect the human body. There is a limit on the intensity of the laser to be irradiated with Accordingly, the conventional photoacoustic imaging system has a problem in that it is not possible to obtain a complete image with respect to a specific material. Therefore, in the related art, only a sample having a large light absorption in visible light can be used as a test object, so the conventional photoacoustic imaging system has a very limited range of use.

본 발명의 일 실시예는, 음향 임피던스 매칭물질로 실리콘오일을 이용함으로써, 특정 생체조직으로 손실을 최소화하여 고출력의 레이저를 전달하는 동시에 손실을 최소화하여 특정 생체조직에서 발생한 광음향 신호를 수신하여 생체조직의 광음향 영상을 획득할 수 있는 광음향 현미경 시스템을 제공하는 데 일 목적이 있다.In one embodiment of the present invention, by using silicone oil as an acoustic impedance matching material, a high-power laser is delivered to a specific biological tissue by minimizing the loss, and at the same time, the loss is minimized to receive a photoacoustic signal generated in a specific biological tissue. An object of the present invention is to provide an optoacoustic microscope system capable of acquiring an optoacoustic image of a tissue.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 음향 임피던스 매칭물질이 도포된 샘플로 근적외선 파장대역의 레이저를 조사하여 샘플의 광음향 영상을 생성하는 광음향 현미경 시스템에 있어서, 근적외선 파장대역의 레이저를 조사하는 광원부와 상기 샘플로부터 방출되는 광음향 신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 초음파 트랜스듀서와 상기 광원부에서 조사된 레이저를 상기 샘플로 전달하며, 상기 샘플로부터 방출되는 광음향 신호를 상기 초음파 트랜스듀서로 전달하는 광학계 및 상기 광원부 및 상기 초음파 트랜스듀서의 동작을 제어하며, 상기 초음파 트랜스듀서가 변환한 전기신호를 분석하여 상기 샘플의 광음향 영상을 생성하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광음향 현미경 시스템을 제공한다.According to one aspect of this embodiment, in the photoacoustic microscope system for generating a photoacoustic image of the sample by irradiating a laser of a near-infrared wavelength band to a sample coated with an acoustic impedance matching material, a light source unit irradiating a laser of a near-infrared wavelength band; An ultrasonic transducer that receives the photoacoustic signal emitted from the sample and converts it into an electrical signal, and an optical system that delivers the laser irradiated from the light source to the sample, and transmits the photoacoustic signal emitted from the sample to the ultrasonic transducer and a control unit that controls operations of the light source unit and the ultrasound transducer, and generates a photoacoustic image of the sample by analyzing the electrical signal converted by the ultrasound transducer. .

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 광학계는 일부 또는 전부가 상기 음향 임피던스 매칭물질과 접촉하여 배치되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of this embodiment, the optical system is characterized in that a part or all of it is disposed in contact with the acoustic impedance matching material.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 음향 임피던스 매칭물질은 실리콘 오일인 것을 특징으로 한다.According to one aspect of this embodiment, the acoustic impedance matching material is characterized in that the silicone oil.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 음향 임피던스 매칭물질이 도포된 샘플로 근적외선 파장대역의 레이저를 조사하여 샘플의 광음향 영상을 생성하는 광음향 현미경 시스템에 있어서, 근적외선 파장대역의 레이저를 상기 샘플로 조사하는 광원부와 상기 샘플로부터 방출되는 광음향 신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 초음파 트랜스듀서와 상기 광원부 및 상기 초음파 트랜스듀서의 동작을 제어하며, 상기 초음파 트랜스듀서가 변환한 전기신호를 분석하여 상기 샘플의 광음향 영상을 생성하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광음향 현미경 시스템을 제공한다.According to an aspect of this embodiment, in the photoacoustic microscope system for generating a photoacoustic image of the sample by irradiating a laser of a near-infrared wavelength band to a sample coated with an acoustic impedance matching material, the laser of the near-infrared wavelength band is irradiated to the sample a light source unit that receives the photoacoustic signal emitted from the sample and an ultrasonic transducer that converts it into an electrical signal, controls the operation of the light source unit and the ultrasonic transducer, and analyzes the electrical signal converted by the ultrasonic transducer to analyze the sample It provides a photoacoustic microscope system, characterized in that it comprises a control unit for generating a photoacoustic image of.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 초음파 트랜스듀서는 일부 또는 전부가 상기 음향 임피던스 매칭물질과 접촉하여 배치되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of this embodiment, the ultrasonic transducer is characterized in that a part or all of it is disposed in contact with the acoustic impedance matching material.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 음향 임피던스 매칭물질은 실리콘 오일인 것을 특징으로 한다.According to one aspect of this embodiment, the acoustic impedance matching material is characterized in that silicone oil.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예의 일 측면에 따르면, 음향 임피던스 매칭물질로 실리콘오일을 이용함으로써, 특정 생체조직으로 손실을 최소화하여 고출력의 레이저를 전달하는 동시에 손실을 최소화하여 특정 생체조직에서 발생한 광음향 신호를 수신하여 생체조직의 광음향 영상을 획득할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to one aspect of this embodiment, by using silicone oil as an acoustic impedance matching material, a high-power laser is delivered to a specific biological tissue by minimizing the loss, and the photoacoustic generated in a specific biological tissue is minimized at the same time. There is an advantage in that a photoacoustic image of a living tissue can be obtained by receiving a signal.

도 1은 물과 실리콘 오일의 파장대역에 따른 광 흡수도(투과길이 10mm)를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광음향 현미경 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 음향 임피던스 매칭물질로 물과 실리콘 오일이 사용되었을 때, 생체조직으로 조사되는 레이저 펄스나 광음향신호의 세기를 도식화한 도면이다.
도 4 내지 7은 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따른 광음향 현미경 시스템을 도시한 도면이다.1 is a graph showing the light absorption (transmission length 10mm) according to the wavelength band of water and silicone oil.
2 is a diagram illustrating the configuration of a photoacoustic microscope system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram schematically illustrating the intensity of a laser pulse or photoacoustic signal irradiated to living tissue when water and silicone oil are used as acoustic impedance matching materials.
4 to 7 are views illustrating photoacoustic microscope systems according to first to fourth embodiments of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.

제1, 제2, A, B 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, second, A, and B may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it is understood that the other component may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that no other element is present in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. It should be understood that terms such as “comprise” or “have” in the present application do not preclude the possibility of addition or existence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification in advance. .

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.In addition, each configuration, process, process, or method included in each embodiment of the present invention may be shared within a range that does not technically contradict each other.

도 1은 물과 실리콘 오일의 파장대역에 따른 광 흡수도(투과길이 10mm)를 도시한 그래프이다.1 is a graph showing the light absorption (transmission length 10mm) according to the wavelength band of water and silicone oil.

물은 가시광 파장대역(380 내지 750 nm)에서는 광 흡수율이 상당히 낮은 것을 확인할 수 있는 반면, 근적외선 파장대역, 특히, 1200 내지 1700nm의 근적외선 파장대역(λ1)에서는 투과길이 10mm 기준으로 1.5 수준의 광 흡수도를 보이고 있다, 여기서, y축의 광 흡수도는 로그(log) 스케일로서, 약 3% 가량의 투과율을 보이고 있다. 이에, 가시광 파장대역의 광을 흡수하여 열적 팽창하며 광음향(Photoacoustic) 신호를 방출하는 생체조직이 검사 대상이라면, 물은 음향 임피던스 매칭물질로서 적합하다. 반면, 근적외선 파장대역의 광을 흡수하여 열적 팽창하며 광음향 신호를 방출하는 생체조직이 검사 대상이라면, 물은 음향 임피던스 매칭물질로서 적합하지 못하다. 전술한 생체조직의 검사를 위해 물이 음향 임피던스 매칭물질로서 사용된다면, 생체조직으로 조사되는 광은 물에서 대부분 흡수된다. 이에, 생체조직을 열적 팽창시키기에 충분한 양의 광이 생체조직으로 조사되지 못하여, 생체조직으로부터 충분한 양의 광음향 신호가 방출되지 못한다.It can be seen that water has a fairly low light absorption in the visible light wavelength band (380 to 750 nm), whereas in the near-infrared wavelength band, especially, in the near-infrared wavelength band (λ 1 ) of 1200 to 1700 nm, the transmittance length of water is 1.5 level based on 10 mm. Absorbance is shown, where the y-axis light absorbance is on a log scale, showing transmittance of about 3%. Accordingly, if a biological tissue that absorbs light in the wavelength band of visible light, thermally expands, and emits a photoacoustic signal is an object to be tested, water is suitable as an acoustic impedance matching material. On the other hand, if a biological tissue that absorbs light in the near-infrared wavelength band, thermally expands, and emits a photoacoustic signal is an object to be tested, water is not suitable as an acoustic impedance matching material. If water is used as an acoustic impedance matching material for the above-mentioned examination of living tissue, most of the light irradiated to the living tissue is absorbed by the water. Accordingly, a sufficient amount of light to thermally expand the living tissue is not irradiated to the living tissue, so that a sufficient amount of photoacoustic signal is not emitted from the living tissue.

반면, 실리콘 오일은 특정 파장대역에서 상당히 높은 흡수율을 보이는 반면, 근적외선 파장대역(λ1)에서는 상당히 낮은 광 흡수율을 보이고 있다. 이에, 실리콘 오일은 근적외선 파장대역(λ1)의 광을 흡수하여 열적 팽창함으로써 수축하며 광음향 신호를 방출하는 생체조직(이하에서, '제1 생체조직'이라 칭함)이 검사 대상이라면, 실리콘 오일은 음향 임피던스 매칭물질로서 적합하다. On the other hand, silicone oil shows a fairly high absorption rate in a specific wavelength band, whereas a very low light absorption rate in the near-infrared wavelength band (λ 1 ). Therefore, silicone oil absorbs light in the near-infrared wavelength band (λ 1 ) and contracts by thermal expansion. is suitable as an acoustic impedance matching material.

한편, 광이 생체조직으로 온전히 조사된다 하더라도, 생체조직에서 발생하는 광음향 신호가 음향 임피던스 매칭물질로 대부분이 흡수된다면 광음향 현미경 시스템은 생체 조직의 영상을 온전히 생성할 수 없다. 실리콘 오일은 물 보다는 다소 크지만 비교적 낮은 수준의 초음파 감쇠율을 보이고 있다. 이에, 실리콘 오일은 제1 생체조직의 영상 생성을 위해 사용되는 음향 임피던스 매칭물질로 적합하다.On the other hand, even if light is completely irradiated to the living tissue, if most of the photoacoustic signal generated in the living tissue is absorbed by the acoustic impedance matching material, the photoacoustic microscope system cannot completely generate an image of the living tissue. Silicone oil is somewhat larger than water, but has a relatively low level of ultrasonic attenuation. Accordingly, silicone oil is suitable as an acoustic impedance matching material used for image generation of the first living tissue.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광음향 현미경 시스템의 구성을 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating the configuration of a photoacoustic microscope system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광음향 현미경 시스템(200)은 광원부(210), 광학계(220), 제어부(230) 및 초음파 트랜스듀서(240)를 포함한다. 다만, 실시예에 따라서 광음향 현미경 시스템(200)은 광학계(220)를 제외한 나머지 구성만을 포함할 수도 있다.Referring to FIG. 2 , the photoacoustic microscope system 200 according to an embodiment of the present invention includes a light source unit 210 , an optical system 220 , a control unit 230 , and an ultrasonic transducer 240 . However, according to an embodiment, the photoacoustic microscope system 200 may include only the components other than the optical system 220 .

광음향 현미경 시스템(200)은 생체조직에서 발생하는 광음향 신호를 이용하여 생체조직의 광음향 영상을 생성하는 시스템으로서, 육안으로 확인 가능한 형광물질 등을 이용하는 종래의 방법과는 상이한 방법으로 생체조직을 검사(확인)한다. 단지, 생체 조직을 열적으로 팽창시키기 위한 레이저 펄스를 조사하기만 하면 되기에, 형광물질을 환자에게 투여하거나 환자가 형광물질을 복용하여야 하는 등의 불편이 존재하지 않는다. The photoacoustic microscope system 200 is a system for generating a photoacoustic image of a living tissue using a photoacoustic signal generated from a living tissue, and uses a method different from the conventional method using a fluorescent material that can be confirmed with the naked eye. Inspect (confirm). However, since it is only necessary to irradiate a laser pulse to thermally expand the living tissue, there is no inconvenience such as administering a fluorescent material to the patient or the patient having to take the fluorescent material.

또한, 광음향 현미경 시스템(200)은 음향 임피던스 매칭 물질로서, 근적외선 파장대역의 광과 광음향 신호의 광 흡수율이 현저히 낮은 실리콘 오일을 사용한다. 이에, 광음향 현미경 시스템(200)은 제1 생체조직의 광음향 영상을 온전히 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 생체조직은 지질 또는 콜라겐 등을 포함한다. 광음향 현미경 시스템(200)은 실리콘 오일을 사용하기에, 과도한 세기로 생체조직에 레이저 펄스를 조사하지 않더라도 충분한 세기의 광음향 신호를 유도할 수 있다. 근적외선 파장대역의 광이 생체조직으로 조사됨에 있어 음향 임피던스 매칭물질로 물이 사용되었을 경우와 실리콘 오일이 사용되었을 경우의 결과가 도 3에 도식화되어있다.In addition, the photoacoustic microscope system 200 uses, as an acoustic impedance matching material, silicon oil having a significantly low light absorption rate of light in a near-infrared wavelength band and a photoacoustic signal. Accordingly, the photoacoustic microscope system 200 may completely generate a photoacoustic image of the first biological tissue. For example, the first living tissue includes lipids or collagen. Since the photoacoustic microscope system 200 uses silicone oil, it is possible to induce a photoacoustic signal of sufficient intensity even without irradiating a laser pulse to a living tissue with an excessive intensity. 3 shows the results when water in the near-infrared wavelength band is irradiated to living tissue and when water is used as an acoustic impedance matching material and when silicone oil is used.

도 3은 음향 임피던스 매칭물질로 물과 실리콘 오일이 사용되었을 때, 생체조직으로 조사되는 레이저 펄스나 광음향신호의 세기를 도식화한 도면이다.3 is a diagram schematically illustrating the intensity of a laser pulse or photoacoustic signal irradiated to a living tissue when water and silicone oil are used as acoustic impedance matching materials.

도 3(a)는 음향 임피던스 매칭물질로 실리콘 오일이 사용된 경우를 도시한 도면이다. 제1 생체조직(320)을 열적 팽창시키기 위한 레이저(λn)가 실리콘 오일(310)로 입사되는 경우, 실리콘 오일(310)에서의 흡수는 최소화된 채 대부분의 레이저가 제1 생체조직(320)으로 조사된다. 이후, 제1 생체조직(320)은 열적 팽창한 후 수축하며 광음향 신호를 출력하는데, 광음향 신호 역시 실리콘 오일을 거치더라도 감쇠가 최소화된 채 초음파 트랜스듀서(240)로 방출된다. 광음향 신호는 전방위로 방출되지만 충분한 양(세기)의 광음향 신호가 제1 생체조직(320)으로부터 방출되기에, 제1 생체조직(320)의 광음향 영상을 생성하는데 충분한 양(세기)의 광음향 신호가 초음파 트랜스듀서(240)로 전달된다.3(a) is a view showing a case in which silicone oil is used as an acoustic impedance matching material. When the laser (λ n ) for thermally expanding the first biological tissue 320 is incident into the silicone oil 310 , absorption in the silicone oil 310 is minimized and most of the lasers are applied to the first biological tissue 320 . ) is investigated. Thereafter, the first living tissue 320 thermally expands and contracts and outputs a photoacoustic signal, and the photoacoustic signal is also emitted to the ultrasonic transducer 240 with minimal attenuation even through silicone oil. Although the photoacoustic signal is emitted in all directions, since a sufficient amount (intensity) of the photoacoustic signal is emitted from the first living tissue 320, a sufficient amount (intensity) to generate a photoacoustic image of the first living tissue 320 is The photoacoustic signal is transmitted to the ultrasonic transducer 240 .

반면, 도 3(b)는 음향 임피던스 매칭물질로 물(330)이 사용된 경우를 도시한 도면이다. 레이저(λn)가 제1 생체조직(320)으로 조사됨에 있어 물(330)로부터 대부분이 흡수되기에, 극소량의 레이저만이 제1 생체조직(320)으로 조사된다. 이에 따라, 제1 생체조직(320)에서는 충분치 못한 양(세기)의 광음향 신호가 방출된다. 특히, 광음향 신호는 전방위로 조사되기에, 더욱 적은 양(세기)의 광음향 신호가 초음파 트랜스듀서(240)로 전달된다. 이에, 음향 임피던스 매칭물질로 물이 사용된 경우, 광음향 현미경 시스템은 제1 생체조직의 광음향 영상을 생성하기 곤란했다.On the other hand, FIG. 3B is a diagram illustrating a case in which water 330 is used as an acoustic impedance matching material. Since most of the laser (λ n ) is absorbed from the water 330 when irradiated to the first living tissue 320 , only a very small amount of the laser is irradiated to the first living tissue 320 . Accordingly, an insufficient amount (intensity) of the photoacoustic signal is emitted from the first living tissue 320 . In particular, since the photoacoustic signal is irradiated in all directions, a smaller amount (intensity) of the photoacoustic signal is transmitted to the ultrasonic transducer 240 . Accordingly, when water is used as the acoustic impedance matching material, it is difficult for the photoacoustic microscope system to generate a photoacoustic image of the first biological tissue.

다시 도 1을 참조하면, 광음향 현미경 시스템(200) 내 음향 임피던스 매칭물질은 다음의 수식을 만족한다.Referring back to FIG. 1 , the acoustic impedance matching material in the photoacoustic microscope system 200 satisfies the following equation.

Figure 112020015072304-pat00001
Figure 112020015072304-pat00001

여기서, αs는 초음파 감쇠값을, ν는 음향 임피던스 매칭물질의 동점성(Kinematic Viscosity)을, ηB는 음향 임피던스 매칭물질의 체적 점성(Bulk Viscosity)을, ρ0는 밀도를, c는 음파 속도를, ω는 초음파의 주파수를 의미한다. 전술한 수식을 참조하면, 고주파 초음파가 제공될 경우, 실리콘 오일의 동점성이 커질수록 초음파 감쇠는 줄어드는 결과를 가져온다.Here, α s is the ultrasonic attenuation value, ν is the kinematic viscosity of the acoustic impedance matching material, η B is the bulk viscosity of the acoustic impedance matching material, ρ 0 is the density, and c is the sound wave. The speed, ω means the frequency of the ultrasonic wave. Referring to the above equation, when high-frequency ultrasonic waves are provided, as the kinematic viscosity of the silicone oil increases, the ultrasonic attenuation decreases.

보다 구체적으로 살펴보면, 동점성이 1cSt일 때, 광음향(초음파) 신호는 1/10 이하로 감소한다. 동점성이 500cSt일 때 광음향(초음파) 신호는 1/3 정도 감소하며, 동점성이 1000 내지 3000cSt일 때 광음향(초음파) 신호는 1/2 정도 감소하는 것으로 확인된다. 한편, 동점성이 3000cSt 이상일 경우, 실리콘 오일 내 기포가 발생한다. 실리콘 오일이 500cSt 이하의 동점성을 가지면 광음향(초음파) 신호의 감쇠가 너무 많이 발생하여 부적합하고, 3000cSt 이상의 동점성을 가지면 실리콘 오일 내 기포가 발생하여 음향 임피던스 매칭물질로 부적합하다. 따라서, 광음향 현미경 시스템(200) 내 음향 임피던스 매칭물질로 사용될 실리콘 오일은 500 내지 3000cSt의 동점성을 갖는 것이 바람직하다.More specifically, when the kinematic viscosity is 1 cSt, the photoacoustic (ultrasound) signal is reduced to 1/10 or less. It is confirmed that when the kinematic viscosity is 500 cSt, the photoacoustic (ultrasound) signal is reduced by about 1/3, and when the kinematic viscosity is 1000 to 3000 cSt, the photoacoustic (ultrasound) signal is reduced by about 1/2. On the other hand, when the kinematic viscosity is 3000 cSt or more, bubbles in the silicone oil are generated. If the silicone oil has a kinematic viscosity of 500 cSt or less, the attenuation of the photoacoustic (ultrasonic) signal is too much, which is not suitable. Therefore, it is preferable that the silicone oil to be used as the acoustic impedance matching material in the photoacoustic microscope system 200 has a kinematic viscosity of 500 to 3000 cSt.

광원부(210)는 제1 생체조직(320)을 열적 팽창시키기 위한 레이저를 광학계(220)로 조사한다. 광원부(210)는 제1 생체조직(320)이 열적 팽창하여 광음향 신호를 출력하도록 하기 위한 레이저를 광학계(220)로 조사한다, 광학계(220)로 조사된 레이저는 광학계(220)를 거쳐 제1 생체조직(320)으로 조사된다. 광원부(210)는 광학계(220)로 일정 세기 이하의 출력을 갖는 펄스 레이저를 조사할 수 있다.The light source unit 210 irradiates a laser for thermally expanding the first living tissue 320 to the optical system 220 . The light source unit 210 irradiates a laser to the optical system 220 so that the first living tissue 320 thermally expands to output a photoacoustic signal. The laser irradiated to the optical system 220 passes through the optical system 220 and 1 It is irradiated with the living tissue 320 . The light source unit 210 may irradiate a pulse laser having an output of a predetermined intensity or less to the optical system 220 .

광학계(220)는 광원부(210)로부터 조사된 레이저를 제1 생체조직(320)으로, 제1 생체조직(320)으로부터 방출된 광음향 신호를 초음파 트랜스듀서(240)로 전달한다. 광학계(220)는 다양한 광학구성을 포함하여, 광원부(210)로부터 조사된 레이저를 제1 생체조직(320)으로 전달하는 동시에, 제1 생체조직(320)으로부터 방출된 광음향 신호를 초음파 트랜스듀서(240)로 전달한다. 보다 구체적인 구성은 도 4 내지 7을 참조하여 후술하기로 한다.The optical system 220 transmits the laser irradiated from the light source unit 210 to the first living tissue 320 and the photoacoustic signal emitted from the first living tissue 320 to the ultrasonic transducer 240 . The optical system 220 includes various optical configurations, and transmits the laser irradiated from the light source unit 210 to the first biological tissue 320 , and simultaneously transmits the photoacoustic signal emitted from the first biological tissue 320 to an ultrasonic transducer. forward to (240). A more detailed configuration will be described later with reference to FIGS. 4 to 7 .

제어부(230)는 광음향 현미경 시스템(200) 내 각 구성요소들의 동작을 제어하며, 초음파 트랜스듀서(240)가 수신한 광음향 신호를 분석하여 제1 생체조직(320)의 광음향 영상을 생성한다.The controller 230 controls the operation of each component in the photoacoustic microscope system 200 , and analyzes the photoacoustic signal received by the ultrasonic transducer 240 to generate a photoacoustic image of the first living tissue 320 . do.

초음파 트랜스듀서(240)는 제1 생체조직(320)으로부터 방출되는 광음향 신호를 수신하여 전기신호로 변환한다. 제어부(230)가 인지할 수 있도록, 초음파 트랜스듀서(240)는 제1 생체조직(320)으로부터 방출되는 광음향 신호를 전기신호로 변환한 후 제어부(230)로 제공한다. 제어부(230)는 초음파 트랜스듀서(240)가 제공하는 전기 신호를 수신하여 제1 생체조직(320)의 광음향 영상을 생성한다.The ultrasonic transducer 240 receives the photoacoustic signal emitted from the first living tissue 320 and converts it into an electrical signal. The ultrasonic transducer 240 converts the photoacoustic signal emitted from the first living tissue 320 into an electrical signal so that the controller 230 can recognize it, and then provides the converted photoacoustic signal to the controller 230 . The controller 230 receives the electrical signal provided by the ultrasound transducer 240 to generate a photoacoustic image of the first biological tissue 320 .

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광음향 현미경 시스템을 도시한 도면이다.4 is a view showing a photoacoustic microscope system according to a first embodiment of the present invention.

광원부(210)는 광학계(220)로 레이저를 조사한다.The light source unit 210 irradiates a laser to the optical system 220 .

광학계(220)는 미러부(410), 컴바이너(420) 및 렌즈(430)를 포함한다.The optical system 220 includes a mirror unit 410 , a combiner 420 , and a lens 430 .

광학계(220) 내 미러부(410)는 광학계(220)로부터 조사된 레이저를 컴바이너(420)로 반사시킨다.The mirror unit 410 in the optical system 220 reflects the laser irradiated from the optical system 220 to the combiner 420 .

컴바이너(420)는 미러부(410)로부터 반사된 레이저는 제1 생체조직(320) 방향으로 반사시키는 한편, 제1 생체조직(320)으로부터 방출된 광음향(초음파) 신호는 초음파 트랜스듀서(240)로 통과시킨다. 컴바이너(420)는 빔 스플리터로 구현될 수도 있고, 얇은 금속박막이 코팅되어 있는 프리즘의 쌍이 결합된 채로 구현될 수도 있다.The combiner 420 reflects the laser reflected from the mirror unit 410 in the direction of the first biological tissue 320 , while the photoacoustic (ultrasonic) signal emitted from the first biological tissue 320 is transmitted by an ultrasonic transducer. (240). The combiner 420 may be implemented as a beam splitter, or may be implemented with a pair of prisms coated with a thin metal thin film coupled thereto.

렌즈(430)는 컴바이너(420)로부터 반사되는 레이저를 제1 생체조직(320)으로 포커싱하며, 제1 생체조직(320)으로부터 방출된 광음향 신호를 집중시켜 초음파 트랜스듀서(240)로 전달한다. The lens 430 focuses the laser reflected from the combiner 420 to the first biological tissue 320 , and concentrates the photoacoustic signal emitted from the first biological tissue 320 to the ultrasonic transducer 240 . transmit

광학계(220) 내 일부 구성이 실리콘 오일(310)과 접촉하며, 자신으로부터 방출되는 레이저가 실리콘 오일(310)을 거치며 감쇠가 최소화된 채 제1 생체조직(320)으로 전달되도록 하고, 제1 생체조직(320)에 근접하여 제1 생체조직(320)으로부터 방출된 광음향 신호를 최대한 수신한다.Some components in the optical system 220 are in contact with the silicone oil 310, so that the laser emitted from it passes through the silicone oil 310 and is delivered to the first living tissue 320 with minimal attenuation, and the first living body In close proximity to the tissue 320 , the photoacoustic signal emitted from the first living tissue 320 is received as much as possible.

초음파 트랜스듀서(240)는 광학계(220)를 거쳐 전달되는 광음향 신호를 수신한다. 이때, 초음파 트랜스듀서(240)는 광원부(210)로부터 조사된 레이저가 광학계(220)를 거치며 제1 생체조직(320)으로 조사되는 광축(도 4에서는 제1 생체조직의 연직 상방으로의 y축)과 동일한 광축 상의 위치에 배치된다. 제1 생체조직으로 조사되는 레이저와 광음향 신호를 수신하는 초음파 트랜스듀서(240)가 동일한 광축 상에 배치될 경우, 가장 우수한 신호 대 잡음비(SNR)을 확보할 수 있기 때문이다. 이에, 레이저가 컴바이너(420)로부터 반사되어 제1 생체조직(320)에 조사되기 때문에, 초음파 트랜스듀서(240)는 컴바이너(420)에서 레이저가 반사된 방향의 축 상에서 광학계(220)와 접촉하여 배치된다.The ultrasonic transducer 240 receives the photoacoustic signal transmitted through the optical system 220 . At this time, the ultrasonic transducer 240 has an optical axis through which the laser irradiated from the light source unit 210 passes through the optical system 220 and is irradiated to the first biological tissue 320 (in FIG. 4 , the y-axis vertically upward of the first biological tissue) ) on the same optical axis. This is because, when the laser irradiated to the first living tissue and the ultrasonic transducer 240 for receiving the photoacoustic signal are disposed on the same optical axis, the best signal-to-noise ratio (SNR) can be secured. Accordingly, since the laser is reflected from the combiner 420 and irradiated to the first living tissue 320 , the ultrasonic transducer 240 is the optical system 220 on the axis in the direction in which the laser is reflected from the combiner 420 . ) is placed in contact with

초음파 트랜스듀서(240)는 음향학적으로 광학계(220), 특히, 컴바이너(420)와 유사한 특성으로 구현된다. 음향학적 특성으로는 예를 들어, 경도가 존재한다. 초음파 트랜스듀서(240)와 컴바이너(420)의 음향학적 특성이 유사함에 따라, 제1 생체조직(320)으로부터 방출된 광음향 신호는 손실이 최소화된 채 초음파 트랜스듀서(240)로 입사된다.The ultrasonic transducer 240 is acoustically implemented with characteristics similar to the optical system 220 , in particular, the combiner 420 . Acoustic properties include, for example, hardness. As the acoustic characteristics of the ultrasound transducer 240 and the combiner 420 are similar, the photoacoustic signal emitted from the first living tissue 320 is incident on the ultrasound transducer 240 with minimal loss. .

이와 같은 광학구조를 가짐에 따라, 제1 생체조직(320)으로는 실리콘 오일(320)을 거쳐 광원부(210)로부터 레이저가 조사되고, 제1 생체조직(320)으로부터 방출되는 광음향 신호는 초음파 트랜스듀서(240)로 전달된다.As it has such an optical structure, the laser is irradiated from the light source unit 210 through the silicone oil 320 to the first biological tissue 320 , and the photoacoustic signal emitted from the first biological tissue 320 is ultrasonic waves. transmitted to the transducer 240 .

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광음향 현미경 시스템을 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a photoacoustic microscope system according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제2 실시예에 따른 광음향 현미경 시스템(200) 내에서 광원부(210)는 초음파 트랜스듀서(240)의 연직 상단(+y축)에 배치되어, 초음파 트랜스듀서(240)를 피해 y축으로부터 일정한 각도를 가지며 레이저를 조사한다. 광원부(210)는 내부에 복수의 광원을 포함하여 동시에 서로 다른 각도로 복수의 레이저를 조사할 수도 있고, 번갈아가며 서로 다른 각도로 레이저를 조사할 수도 있다. 제1 생체조직(320)으로 출력해야 할 레이저의 세기에 따라 경우가 달라질 수 있다.In the photoacoustic microscope system 200 according to the second embodiment of the present invention, the light source unit 210 is disposed on the vertical upper end (+y-axis) of the ultrasonic transducer 240 , avoiding the ultrasonic transducer 240 y The laser is irradiated with a certain angle from the axis. The light source unit 210 may include a plurality of light sources therein, and may irradiate a plurality of lasers at different angles at the same time, or may alternately radiate lasers at different angles. The case may vary depending on the intensity of the laser to be output to the first living tissue 320 .

광학계(220)는 반사부(510)를 포함한다. 반사부(510)는 광원부(210)에서 조사된 레이저를 초음파 트랜스듀서(240)의 경로 방해없이 제1 생체조직(320)으로 반사시킨다. 광원부(210)로부터 다양한 각도로 반사되는 레이저 모두를 각각 제1 생체조직(320)으로 반사시키기 위해, 반사부(510)는 광원부(210)에서 조사되는 모든 방향에 각각 배치되거나, 상면과 바닥면이 제거된 원뿔대 형상을 가져 전방향으로 배치될 수 있다.The optical system 220 includes a reflector 510 . The reflector 510 reflects the laser irradiated from the light source 210 to the first biological tissue 320 without interfering with the path of the ultrasonic transducer 240 . In order to reflect all of the lasers reflected at various angles from the light source unit 210 to the first living tissue 320 , respectively, the reflection unit 510 is disposed in all directions irradiated from the light source unit 210 , or an upper surface and a bottom surface, respectively. With this removed truncated cone shape, it can be disposed in all directions.

제1 생체조직(320)으로 레이저가 조사된 후, 제1 생체조직(320)으로부터 방출되는 광음향 신호는 별도의 구성요소를 거치지 않고 바로 초음파 트랜스듀서(240)로 입사된다.After the laser is irradiated to the first living tissue 320 , the photoacoustic signal emitted from the first living tissue 320 is directly incident to the ultrasonic transducer 240 without passing through a separate component.

제2 실시예에 따른 광음향 현미경 시스템(200) 내에서도 초음파 트랜스듀서(240)는 광원부(210)로부터 조사되는 레이저와 동일한 축 상에 위치하여, 광음향 신호의 신호대 잡음비를 향상시킨다.Even in the photoacoustic microscope system 200 according to the second embodiment, the ultrasonic transducer 240 is positioned on the same axis as the laser irradiated from the light source unit 210 to improve the signal-to-noise ratio of the photoacoustic signal.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광음향 현미경 시스템을 도시한 도면이다.6 is a view showing a photoacoustic microscope system according to a third embodiment of the present invention.

본 발명의 제3 실시예에 따른 광음향 현미경 시스템(200) 내 광학계(220)도 제1 실시예에 따른 그것과 마찬가지로 반사부(410), 컴바이너(420) 및 렌즈(430)를 포함한다. 다만, 본 발명의 제3 실시예에 따른 광음향 현미경 시스템(200) 내 광학계(220)와 초음파 트랜스듀서(240)는 실리콘 오일(310) 내에 배치된다. The optical system 220 in the photoacoustic microscope system 200 according to the third embodiment of the present invention also includes a reflector 410 , a combiner 420 and a lens 430 like that according to the first embodiment. do. However, the optical system 220 and the ultrasonic transducer 240 in the photoacoustic microscope system 200 according to the third embodiment of the present invention are disposed in the silicone oil 310 .

광원부(210)로부터 조사된 레이저는 컴바이너(420)에서 반사되어, 렌즈(430)를 거쳐 반사부(410)에서 제1 생체조직(320)으로 반사된다. 한편, 제1 생체조직(320)으로부터 방출되는 광음향 신호는 반사부(410)에서 반사되어 렌즈(430) 및 컴바이너(420)를 거쳐 초음파 트랜스듀서(240)로 수신된다. The laser irradiated from the light source unit 210 is reflected by the combiner 420 , through the lens 430 , is reflected from the reflection unit 410 to the first living tissue 320 . Meanwhile, the photoacoustic signal emitted from the first living tissue 320 is reflected by the reflector 410 and is received by the ultrasonic transducer 240 through the lens 430 and the combiner 420 .

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 광음향 현미경 시스템을 도시한 도면이다.7 is a view showing a photoacoustic microscope system according to a fourth embodiment of the present invention.

본 발명의 제4 실시예에 따른 광음향 현미경 시스템(200)은 제1 내지 제3 실시예에 따른 광음향 현미경 시스템과 달리 별도로 광학계(220)를 포함하지 않는다. 대신, 광음향 현미경 시스템(200)은 중공(中空)을 갖는 고리형(形) 초음파 트랜스듀서(240)를 포함한다. 광원부(210)는 레이저를 초음파 트랜스듀서의 중공을 통과하여 직접 제1 생체조직(320)으로 조사하며, 제1 생체조직으로부터 방출되는 광음향 신호는 직접 초음파 트랜스듀서(240)로 수신된다. The optoacoustic microscope system 200 according to the fourth embodiment of the present invention does not include the optical system 220 separately from the optoacoustic microscope system according to the first to third embodiments. Instead, the photoacoustic microscopy system 200 includes an annular ultrasonic transducer 240 having a hollow. The light source unit 210 irradiates the laser directly to the first living tissue 320 through the hollow of the ultrasonic transducer, and the photoacoustic signal emitted from the first living tissue is directly received by the ultrasonic transducer 240 .

광음향 현미경 시스템(200)은 별도의 광학계(220)를 포함하지 않아 규모와 비용면에서 이점이 존재하며, 레이저나 광음향 신호가 별도의 광학구성을 거치지 않아 광이나 신호의 손실을 최소화할 수 있다. 또한, 레이저와 동일한 축 상에 초음파 트랜스듀서(240)가 배치될 수 있어, 광음향 신호의 신호대 잡음비도 향상시킬 수 있다.The photoacoustic microscope system 200 does not include a separate optical system 220, so there is an advantage in scale and cost, and the laser or photoacoustic signal does not go through a separate optical configuration, so the loss of light or signal can be minimized. have. In addition, since the ultrasonic transducer 240 may be disposed on the same axis as the laser, the signal-to-noise ratio of the photoacoustic signal may be improved.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of this embodiment, and various modifications and variations will be possible by those skilled in the art to which this embodiment belongs without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Accordingly, the present embodiments are intended to explain rather than limit the technical spirit of the present embodiment, and the scope of the technical spirit of the present embodiment is not limited by these embodiments. The protection scope of this embodiment should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present embodiment.

200: 광음향 안테나 시스템
210: 광원부
220: 광학계
230: 제어부
240: 초음파 트랜스듀서
310: 실리콘 오일
320: 생체조직
330: 물
410, 510: 반사부
420: 컴바이너
430: 렌즈200: optoacoustic antenna system
210: light source unit
220: optical system
230: control unit
240: ultrasonic transducer
310: silicone oil
320: living tissue
330: water
410, 510: reflector
420: combiner
430: lens

Claims (6)

음향 임피던스 매칭물질이 도포된 샘플로 근적외선 파장대역의 레이저를 조사하여 샘플의 광음향 영상을 생성하는 광음향 현미경 시스템에 있어서,
1200 내지 1700nm의 근적외선 파장대역의 레이저를 조사하는 광원부;
상기 샘플로부터 방출되는 광음향 신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 초음파 트랜스듀서;
상기 광원부에서 조사된 레이저를 상기 샘플로 전달하며, 상기 샘플로부터 방출되는 광음향 신호를 상기 초음파 트랜스듀서로 전달하는 광학계; 및
상기 광원부 및 상기 초음파 트랜스듀서의 동작을 제어하며, 상기 초음파 트랜스듀서가 변환한 전기신호를 분석하여 상기 샘플의 광음향 영상을 생성하는 제어부를 포함하며,
상기 샘플은 지질 또는 콜라겐을 포함하며,
상기 음향 임피던스 매칭물질은 실리콘 오일이고, 500 내지 3000cSt의 동점성을 가지며, 다음의 수식을 만족하는 것을 특징으로 하는 광음향 현미경 시스템.
Figure 112021105703890-pat00009

여기서, αs는 초음파 감쇠값을, ν는 음향 임피던스 매칭물질의 동점성을, ηB는 음향 임피던스 매칭물질의 체적 점성을, ρ0는 밀도를, c는 음파 속도를, ω는 초음파의 주파수를 의미함.In the photoacoustic microscope system for generating a photoacoustic image of the sample by irradiating a laser of a near-infrared wavelength band to a sample coated with an acoustic impedance matching material,
a light source for irradiating a laser of a near-infrared wavelength band of 1200 to 1700 nm;
an ultrasonic transducer that receives the photoacoustic signal emitted from the sample and converts it into an electrical signal;
an optical system that transmits the laser irradiated from the light source to the sample and transmits the photoacoustic signal emitted from the sample to the ultrasonic transducer; and
a control unit that controls operations of the light source unit and the ultrasound transducer, and analyzes the electrical signal converted by the ultrasound transducer to generate a photoacoustic image of the sample,
wherein the sample comprises lipids or collagen;
The acoustic impedance matching material is silicone oil, has a kinematic viscosity of 500 to 3000 cSt, photoacoustic microscope system, characterized in that it satisfies the following equation.
Figure 112021105703890-pat00009

where α s is the ultrasonic attenuation value, ν is the dynamic viscosity of the acoustic impedance matching material, η B is the volume viscosity of the acoustic impedance matching material, ρ 0 is the density, c is the sound wave velocity, and ω is the frequency of the ultrasonic wave. means 제1항에 있어서,
상기 광학계는,
일부 또는 전부가 상기 음향 임피던스 매칭물질과 접촉하여 배치되는 것을 특징으로 하는 광음향 현미경 시스템.According to claim 1,
The optical system is
Part or all of the photoacoustic microscope system, characterized in that disposed in contact with the acoustic impedance matching material. 삭제delete 음향 임피던스 매칭물질이 도포된 샘플로 근적외선 파장대역의 레이저를 조사하여 샘플의 광음향 영상을 생성하는 광음향 현미경 시스템에 있어서,
1200 내지 1700nm의 근적외선 파장대역의 레이저를 상기 샘플로 조사하는 광원부;
상기 샘플로부터 방출되는 광음향 신호를 수신하여 전기신호로 변환하는 초음파 트랜스듀서;
상기 광원부 및 상기 초음파 트랜스듀서의 동작을 제어하며, 상기 초음파 트랜스듀서가 변환한 전기신호를 분석하여 상기 샘플의 광음향 영상을 생성하는 제어부를 포함하며,
상기 샘플은 지질 또는 콜라겐을 포함하며,
상기 음향 임피던스 매칭물질은 실리콘 오일이고, 500 내지 3000cSt의 동점성을 가지며, 다음의 수식을 만족하는 것을 특징으로 하는 광음향 현미경 시스템.
Figure 112021105703890-pat00010

여기서, αs는 초음파 감쇠값을, ν는 음향 임피던스 매칭물질의 동점성을, ηB는 음향 임피던스 매칭물질의 체적 점성을, ρ0는 밀도를, c는 음파 속도를, ω는 초음파의 주파수를 의미함.In the photoacoustic microscope system for generating a photoacoustic image of the sample by irradiating a laser of a near-infrared wavelength band to a sample coated with an acoustic impedance matching material,
a light source unit irradiating a laser of a near-infrared wavelength band of 1200 to 1700 nm to the sample;
an ultrasonic transducer that receives the photoacoustic signal emitted from the sample and converts it into an electrical signal;
a control unit that controls operations of the light source unit and the ultrasound transducer, and analyzes the electrical signal converted by the ultrasound transducer to generate a photoacoustic image of the sample,
wherein the sample comprises lipids or collagen;
The acoustic impedance matching material is silicone oil, has a kinematic viscosity of 500 to 3000 cSt, photoacoustic microscope system, characterized in that it satisfies the following equation.
Figure 112021105703890-pat00010

where α s is the ultrasonic attenuation value, ν is the dynamic viscosity of the acoustic impedance matching material, η B is the volume viscosity of the acoustic impedance matching material, ρ 0 is the density, c is the sound wave velocity, and ω is the frequency of the ultrasonic wave. means 제4항에 있어서,
상기 초음파 트랜스듀서는,
일부 또는 전부가 상기 음향 임피던스 매칭물질과 접촉하여 배치되는 것을 특징으로 하는 광음향 현미경 시스템.5. The method of claim 4,
The ultrasonic transducer is
Part or all of the photoacoustic microscope system, characterized in that disposed in contact with the acoustic impedance matching material. 삭제delete
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