KR102379481B1 - 3차원 진단 시스템 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템은 진단 대상체에 위치하도록 구성된 프로브; 상기 프로브를 통해 대상체의 표면 정보에 대한 분광 이미지를 획득하도록 구성된 분광 이미지 획득부; 및 상기 프로브를 통해 대상체의 깊이 정보에 대한 초음파 이미지를 획득하도록 구성된 초음파 이미지 획득부;를 포함하고, 대상체의 표면 정보 및 깊이 정보를 정합하여 생성된 3차원 이미지를 통해 대상체에 대한 3차원 진단이 가능하다.

Description

3차원 진단 시스템 {THREE-DIMENSIONAL DIAGNOSTIC SYSTEM}
3차원 진단 시스템이 개시된다.
암과 같은 병변을 진단하기 위해 3차원 영상 구현이 가능한 메디컬 영상 시스템이 개발되고 있다. 이러한 영상 장비는 각각의 영상 시스템에 적용된 이미징 기법에 따라 수술 전 또는 절제된 조직의 종양의 표면 분포 또는 침습 깊이를 검사하여 치료 방법을 결정하는데 이점이 있다. 최근의 내시경 기반 영상 시스템은 타겟 조직 표면의 병변 분포 및 조직 내 병변 분포를 3차원으로 진단하기 위해 표면 정보와 깊이 정보를 함께 획득하여 정합하는 것이 요구되고 있다.
한국공개특허공보 제10-2019-0079187호 (2019.07.05. 공개)
일 실시예에 따른 목적은 병변의 표면 정보뿐만 아니라 깊이 방향 정보 또한 제공하는 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 병변의 분포 및 침습 깊이를 검사할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 동일 광시야각 내시 광학 영상 및 초음파 영상이 가능한 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 실시간 분광 영상 및 분석을 통한 조직 표면의 병변 분포 진단 및 영상화 가능한 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 광학 영상과의 동일 시야각에서의 고주파 영상이 가능한 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 내시경 프로브의 움직임을 센싱할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
실시 예들에서 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템은, 진단 대상체에 위치하도록 구성된 프로브; 상기 프로브를 통해 대상체의 표면 정보에 대한 분광 이미지를 획득하도록 구성된 분광 이미지 획득부; 및 상기 프로브를 통해 대상체의 깊이 정보에 대한 초음파 이미지를 획득하도록 구성된 초음파 이미지 획득부;를 포함하고, 대상체의 표면 정보 및 깊이 정보를 정합하여 생성된 3차원 이미지를 통해 대상체에 대한 3차원 진단이 가능할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 초음파 이미지 획득부는 상기 프로브 단부 내에 배치된 적어도 하나 또는 복수의 초음파 트랜스듀서를 포함하고, 상기 초음파 트랜스듀서는 대상체의 일 영역에 대한 스캐닝을 수행할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 초음파 트랜스듀서는 하나 또는 복수로 구성되고, 상기 초음파 트랜스듀서를 선회시킴으로써 상기 대상체의 일 영역에 대한 스캐닝이 수행될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 프로브의 움직임을 감지하는 관성 측정부를 더 포함하고, 상기 관성 측정부를 통해 획득된 프로브 단부의 위치 정보에 기초하여, 상기 초음파 트랜스듀서의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로의 상기 프로브 단부의 이동 각도가 결정될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 초음파 트랜스듀서 및 상기 프로브 단부의 움직임을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 초음파 트랜스듀서의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 상기 프로브 단부를 이동시키며, 상기 제어부는 상기 일 영역에 대한 상기 초음파 트랜스듀서의 스캐닝이 완료된 후 프로브 단부의 상기 수직 이동이 수행되도록 제어하여, 초음파 이미지가 자동적으로 획득될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 제어부는 관성 측정부를 통해 획득된 상기 프로브 단부의 위치 정보를 기반으로 대상체에 대한 상기 초음파 이미지와 분광 이미지를 정합할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 초음파 이미지 획득부는 상기 초음파 트랜스듀서로부터 측정된 초음파 신호의 펄스를 조절하는 펄서; 상기 초음파 신호를 수신하도록 구성된 리시버; 및 상기 초음파 트랜스듀서 및 상기 리시버 사이의 신호 전달을 개폐하는 스위치;를 더 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 분광 이미지 획득부는, 상기 대상체의 광 신호를 수집하도록 구성된 렌즈; 상기 렌즈에 의한 광 신호를 전달하는 적어도 하나 이상의 광 섬유; 및 상기 광 섬유에 의해 전달된 광 신호를 복수의 상이한 파장의 광 신호로 분리하여 수신하기 위한 렌즈 어레이 및 대역 통과 필터 어레이를 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 분광 이미지 획득부는, 상기 대상체의 광 신호를 수집하도록 구성된 렌즈; 상기 렌즈에 의한 광 신호를 전달하는 적어도 하나 이상의 광 섬유; 및 상기 광 섬유에 의해 전달된 광 신호의 파장을 선택하여 광 신호를 수신하기 위한 복수 개의 필터들을 구비하는 필터 휠을 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 분광 이미지 획득부는 백색광 또는 자외선을 포함하는 광원 부재를 포함하고, 상기 광원 부재는 상기 대상체를 향해 백색광 또는 자외선을 선택적으로 조사할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 프로브를 통해 대상체의 컬러 이미지를 획득하도록 구성된 컬러 이미지 획득부를 더 포함하고, 상기 분광 이미지, 상기 초음파 이미지 및 상기 초음파 이미지의 각도 정보는 상기 컬러 이미지에 정합되어 대상체에 대한 3차원 이미지가 획득될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 3차원 진단 프로브는, 대상체의 표면 정보에 관한 분광 이미지를 획득하도록 구성된 적어도 하나의 광학 요소; 및 상기 광학 요소와 이격되게 배치되고, 대상체의 깊이 정보에 관한 초음파 이미지를 획득하도록 구성된 적어도 하나의 초음파 트랜스듀서;를 포함하고, 상기 초음파 트랜스듀서는 대상체의 일 영역에 대한 스캐닝을 수행하기 위해 선회될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 프로브 단부의 위치 정보를 측정하는 적어도 하나의 관성 측정 요소를 더 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 프로브의 단부는 상기 초음파 트랜스듀서의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 이동되고, 상기 관성 측정 요소를 통해 획득된 상기 프로브 단부의 위치 정보를 기반으로 대상체에 대한 상기 초음파 이미지와 분광 이미지를 정합할 수 있다.
일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템에 의하면, 병변의 표면 정보뿐만 아니라 깊이 방향 정보 또한 제공하는 효과가 있다.
일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템에 의하면, 병변의 분포 및 침습 깊이를 검사할 수 있는 효과가 있다.
일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템에 의하면, 동일 광시야각 내시 광학 영상 및 초음파 영상이 가능한 효과가 있다.
일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템에 의하면, 실시간 분광 영상 및 분석을 통한 조직 표면의 병변 분포 진단 및 영상화 가능한 효과가 있다.
일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템에 의하면, 광학 영상과의 동일 시야각에서의 고주파 영상이 가능한 효과가 있다.
일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템에 의하면, 내시경 프로브의 움직임을 센싱할 수 있는 효과가 있다.
일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템을 도시한다.
도 2는 스냅샷 모드로 구성된 일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템의 개략적인 구조도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템의 프로브를 도시한다.
도 4는 필터 휠 모드로 구성된 다른 실시예에 따른 3차원 진단 시스템의 개략적인 구조도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템을 사용하여 스캐닝되는 조직을 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템으로부터 획득된 조직의 분광 이미지를 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템으로부터 획득된 조직의 초음파 이미지를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템의 영상 정합 과정을 도시한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템(10)을 도시한다.
도 1을 참조하여, 일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템(10)은 프로브(101), 컬러 이미지 획득부(102), 분광 이미지 획득부(103), 초음파 이미지 획득부(104), 관성 측정부(105) 및 제어부(106)를 포함할 수 있다.
프로브(101)는 진단 대상체에 위치하도록 구성될 수 있다.
컬러 이미지 획득부(102)는 프로브(101)를 통해 대상체의 컬러 이미지를 획득하도록 구성될 수 있다.
분광 이미지 획득부(103)는 프로브(101)를 통해 대상체의 표면 정보에 대한 분광 이미지를 획득하도록 구성될 수 있다.
초음파 이미지 획득부(104)는 프로브(101)를 통해 대상체의 깊이 정보에 대한 초음파 이미지를 획득하도록 구성될 수 있다.
관성 측정부(105)는 프로브(101)의 움직임을 감지할 수 있다.
제어부(106)는 전술한 프로브(101), 컬러 이미지 획득부(102), 분광 이미지 획득부(103), 초음파 이미지 획득부(104) 및 관성 측정부(105)의 구동을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(106)는 컬러 이미지 획득부(102), 분광 이미지 획득부(103), 초음파 이미지 획득부(104) 및 관성 측정부(105)로부터 각각 획득된 이미지 또는 정보들을 전달받아 정합하도록 처리하고, 이에 따른 최종 이미지가 모니터 등에 표시되도록 제어하는 것도 가능하다.
이와 같이 구성된 일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템(10)을 이용하여, 대상체의 표면 정보 및 깊이 정보를 정합하여 생성된 3차원 이미지를 통해 대상체에 대한 3차원 진단이 가능하다.
도 2는 스냅샷 모드로 구성된 일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템(10)의 개략적인 구조도이다. 또한, 도 2는 도 1의 프로브(101), 컬러 이미지 획득부(102), 분광 이미지 획득부(103), 초음파 이미지 획득부(104) 및 관성 측정부(105)의 구성 요소들을 보다 구체적으로 도시한다.
도 2를 참조하여, 프로브(101)는 광학 요소(1011)를 포함할 수 있고, 프로브(101)의 단부에는 초음파 트랜스듀서(1041) 및 관성 측정 요소(1051)가 배치될 수 있다.
상기 프로브(101)는 도 3에 보다 구체적으로 도시되어 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템의 프로브(101)를 나타낸다.
도 3을 참조하여, 프로브(101)의 단부에는 광학 요소(1011), 초음파 트랜스듀서(1041) 및 관성 측정 요소(1051)가 구비될 수 있다.
광학 요소(1011)는 대상체의 표면 정보에 관한 분광 이미지를 획득하도록 구성될 수 있다. 이를 위해 광학 요소(1011)는 이미징 채널 및 조명 채널로 구성될 수 있다. 이미징 채널은 대상체의 광 신호가 들어오는 통로이며, 광 섬유(1032)를 통해 대물 렌즈(1031)와 연결될 수 있다. 조명 채널은 대상체로 백색광 또는 자외선이 조사되는 통로이며, 광 섬유(1032)를 통해 광원 부재(1037)와 연결될 수 있다.
초음파 트랜스듀서(1041)는 광학 요소(1011)와 이격되게 배치될 수 있으며, 프로브(101) 단부 내에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 이러한 초음파 트랜스듀서(1041)는 대상체의 깊이 정보에 관한 초음파 이미지를 획득하기 위해 제1 방향(D1)으로 선회하면서 대상체의 일 영역에 대한 스캐닝을 수행할 수 있다.
관성 측정 요소(1051)는 프로브(101) 단부의 일 측에 구비될 수 있다. 이러한 관성 측정 요소(1051)는 프로브(101) 단부의 위치 정보를 측정할 수 있다.
또한, 프로브(101)의 단부에는 워킹 채널(1012)이 구비될 수 있으며, 워킹 채널(1012)을 통해 대상체를 파지 또는 절단하는 등의 작업을 수행할 수 있는 도구들이 통과할 수 있다.
전술한 구성 요소를 포함하는 프로브(101)는 단부가 제2 방향(D2)으로 이동될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템(10)의 프로브(101) 단부는 대상체에 대한 병변의 표면 정보뿐만 아니라 깊이 방향 정보 또한 제공하기 위해 초음파 트랜스듀서(1041)가 선회함과 동시에 초음파 트랜스듀서(1041)의 선회 방향에 수직한 방향으로 이동하는 것이 가능하다.
다시 도 2를 참조하여, 컬러 이미지 획득부(102)는 대상체의 컬러 이미지를 획득하기 위한 카메라를 포함할 수 있다. 예를 들어 카메라는 RGB 카메라(C) 및 포토멀티플라이어 어레이(Photomultiplier array)(P) 등을 포함할 수 있다.
이러한 컬러 이미지 획득부(102)는 프로브(101)에 의해 수신된 광 신호에 기초하여 대상체의 컬러 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 상기 컬러 이미지에 분광 이미지, 초음파 이미지 및 상기 초음파 이미지의 각도 정보가 정합되어 최종적으로 대상체에 대한 3차원 이미지가 획득될 수 있다.
분광 이미지 획득부(103)는 대물 렌즈(1031), 광 섬유(1032), 빔 스플리터(1033), 렌즈 어레이(1034), 대역 통과 필터 어레이(1035), 튜브 렌즈(1036), RGB 카메라(C) 및 포토멀티플라이어 어레이(P)를 포함할 수 있다.
대물 렌즈(1031)는 대상체의 광 신호를 수집하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 대물 렌즈(1031)는 어안 렌즈로 마련될 수 있다.
광 섬유(1032)는 광학 요소(1011)로 광 신호를 전달하거나, 광학 요소(1011)로부터 수신한 광 신호를 분광 이미지 획득부(103)로 전달할 수 있다. 광 섬유(1032)는 광학 요소(1011)에 연결되고 분광 이미지 획득부(103)의 대물 렌즈(1031) 또는 콜리메이터(1038)에 각각 연결될 수 있다. 이때, 대물 렌즈(1031)에 연결된 광 섬유(1032)는 복수의 광 섬유 다발로 마련될 수 있다. 또한, 콜리메이터(1038)에 연결된 광 섬유(1032)는 단일 광 섬유로 마련될 수 있다.
대물 렌즈(1031)를 통과한 광 신호는 빔 스플리터(1033)에 의해 각각 RGB 카메라(C) 및 렌즈 어레이(1034)로 전달될 수 있다. 또한, 빔 스플리터(1033)는 사용 목적이나 용도에 따라 수동 또는 자동으로 광 경로에서 배치 또는 제거될 수 있다.
렌즈 어레이(Lens array)(1034) 및 대역 통과 필터 어레이(Bandpass filter array)(1035)는 광 섬유(1032)에 의해 전달된 광 신호를 복수의 상이한 파장의 광 신호로 분리하여 수신할 수 있다. 광 신호가 렌즈 어레이(1034) 및 대역 통과 필터 어레이(1035)를 통과하면서 분리됨으로써 획득되는 분광 이미지의 해상도가 낮아질 수 있는 단점이 있지만, 실시간으로 분광 이미징이 가능한 장점이 있다. 또한, 렌즈 어레이(1034) 및 대역 통과 필터 어레이(1035)는 탈부착식으로 구성될 수 있다.
렌즈 어레이(1034) 및 대역 통과 필터 어레이(1035)를 통과한 광 신호는 튜브 렌즈(1036)를 통과하여 포토멀티플라이어 어레이(P)로 전달될 수 있다.
분광 이미지 획득부(103)는 전술한 과정들을 거치면서 대상체 표면의 광 신호로부터 분광 이미지를 획득할 수 있다.
또한, 분광 이미지 획득부(103)는 광원 부재(1037) 및 콜리메이터(1038)를 더 포함할 수 있다.
광원 부재(1037)는 백색광 또는 자외선을 목적에 따라 선택적으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 광원 부재(1037)는 백색광 LED(White LED) 및 자외선 LED(UV Led)를 포함할 수 있다.
광원 부재(1037)로부터 출력된 백색광 또는 자외선은 적어도 하나의 콜리메이터(Collimator)(1038)를 통과하여, 단일 광 섬유(1032)를 통해 대상체로 조사될 수 있다.
이와 같이 구성된 스냅샷 모드의 분광 이미지 획득부(103)는 프로브(101)를 통해 대상체의 표면 정보에 대한 분광 이미지를 획득할 수 있고, 대상체를 향해 백색광 또는 자외선을 선택적으로 조사할 수 있다. 또한, 실시간 분광 영상 및 분석을 통하여 대상체 조직 표면의 병변 분포를 진단하고 영상화가 가능하다.
초음파 이미지 획득부(104)는 초음파 트랜스듀서(1041), 펄서(1042), 리시버(1043), 스위치(1044) 및 모터 드라이버(M)를 포함할 수 있다.
초음파 트랜스듀서(1041)는 프로브(101)의 단부 내에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 초음파 트랜스듀서(1041)는 예를 들어 하나의 트랜스듀서로 구성되어, 대상체로 초음파 신호를 송수신할 수 있다. 또한, 초음파 트랜스듀서(1041)는 프로브(101) 내부에서 제1 방향(D1)으로 선회하면서 대상체의 일 영역에 대한 스캐닝을 수행할 수 있다. 이때, 제1 방향(D1)은 초음파 트랜스듀서(1041)의 스캐닝 방향일 수 있다. 또한, 하나의 초음파 트랜스듀서(1041)는 복수의 초음파 트랜스듀서로 대체될 수 있다.
펄서(1042)는 초음파 트랜스듀서(1041)로부터 측정된 초음파 신호의 펄스를 조절할 수 있다.
리시버(1043)는 초음파 신호를 수신하도록 구성될 수 있다.
스위치(1044)는 초음파 트랜스듀서(1041) 및 리시버(1043) 사이의 신호 전달을 개폐할 수 있다. 예를 들어, 스위치(1044)는 T/R 스위치로 마련될 수 있다. 또한, 복수의 초음파 트랜스듀서를 사용하는 경우에는 여러 개의 펄서, 리시버 및 스위치가 동시에 구성될 수 있다.
모터 드라이버(M)는 초음파 트랜스듀서(1041)를 구동시키도록 동력을 전달할 수 있다.
이와 같이 구성된 초음파 이미지 획득부(104)는 프로브(101)를 통해 대상체의 깊이 정보에 대한 초음파 이미지를 획득할 수 있다.
관성 측정부(105)는 적어도 하나의 관성 측정 요소(1051)를 포함할 수 있다.
관성 측정 요소(1051)는 프로브(101) 단부의 위치 정보를 측정할 수 있다. 예를 들어, 관성 측정 요소(1051)는 적어도 하나의 IMU 센서로 마련될 수 있다.
이러한 관성 측정부(1051)를 통해 획득된 프로브(101) 단부의 위치 정보에 기초하여, 제어부(106)에 의해 프로브(101) 단부의 다음 이동 각도가 결정될 수 있다. 이때, 프로브(101) 단부는 제1 방향(D1)에 수직한 제2 방향(D2)으로 이동될 수 있다. 즉, 프로브(101) 단부는 초음파 트랜스듀서(1041)의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 이동될 수 있다.
이러한 관성 측정부(105)에 의해 내시경 프로브(101)의 움직임을 센싱할 수 있다.
또한, 관성 측정부(105)를 이용해 프로브(101) 단부의 위치 정보를 측정함과 동시에, 프로브(101) 단부가 이동 시 획득된 실시간 RGB 영상을 이용하는 멀티뷰 스테레오 스코픽 거리 측정 기반 기법을 통해 프로브(101)의 이동 거리를 산출할 수 있다.
제어부(106)는 프로브(101)의 움직임과 컬러 이미지 획득부(102), 분광 이미지 획득부(103), 초음파 이미지 획득부(104) 및 관성 측정부(105)의 구동을 제어할 수 있다.
특히, 제어부(106)는 초음파 트랜스듀서(1041) 및 프로브(101) 단부의 움직임을 제어하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이 프로브(101)와 전기적으로 연결되어 있고, 모터 드라이버(M)를 통해 초음파 트랜스듀서(1041)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 제어부(106)는 초음파 트랜스듀서(1041)가 선회되도록 제어할 뿐만 아니라, 초음파 트랜스듀서(1041)의 스캐닝 방향(D1)에 수직한 방향(D2)으로 프로브(101) 단부를 이동시킬 수 있다.
구체적으로, 제어부(106)는 먼저 초음파 트랜스듀서(1041)를 제1 방향(D1)으로 선회시킴으로써, 초음파 트랜스듀서(1041)가 대상체의 일 영역에 대해 초음파 스캐닝을 수행하게 할 수 있다. 일 영역에 대한 스캐닝이 완료된 후, 제어부(106)는 프로브(101) 단부를 제2 방향(D2)으로 이동시키고, 다시 초음파 트랜스듀서(1041)를 제1 방향(D1)으로 선회시킴으로써, 다음 영역에 대한 초음파 스캐닝을 수행하게 할 수 있다. 이에 따라, 대상체에 대한 초음파 이미지가 자동적으로 획득될 수 있다. 또한, 3차원 초음파 영상 획득을 위한 프로브(101) 단부의 스캐닝동안, 연속적으로 RGB 멀티뷰 영상을 획득할 수 있다. 이에 따라, 획득한 RGB 멀티뷰 영상을 이용해 스테레오 스코픽 기반 깊이 측정 방법으로 프로브(101) 단부의 위치 정보를 측정할 수 있다.
이와 동시에, 제어부(106)는 RGB 카메라(C)와 전기적으로 연결되어 있어, 프로브(101)의 이미징 채널을 통해 보이는 대상체의 광 신호로부터 RGB 카메라(C)를 거쳐 대상체의 컬러 이미지를 전달받을 수 있다.
또한, 제어부(106)는 광원 부재(1037)와 전기적으로 연결되어 있어, 사용자의 목적에 따라 백색광 LED 또는 자외선 LED 중 적어도 하나가 콜리메이터(1038)와 연통되도록 제어할 수 있다. 즉, 제어부(106)는 프로브(101)의 조명 채널을 통해 광원을 선택적으로 조사할 수 있다.
또한, 제어부(106)는 포토멀티플라이어 어레이(P)와 전기적으로 연결되어 있어, 프로브(101)의 이미징 채널을 통해 보이는 대상체의 광 신호로부터 획득된 대상체의 반사 분광 이미지 또는 형광 분광 이미지를 전달받을 수 있다.
또한, 제어부(106)는 관성 측정 요소(1051)와 전기적으로 연결되어 있어, 프로브(101)가 이동과 초음파 트랜스듀서(1041)의 스캐닝이 반복됨에 따라, 관성 측정부(105)를 통해 획득된 프로브(101) 단부의 위치 정보를 전달받을 수 있다.
결국, 제어부(106)는 프로브(101) 단부의 위치 정보를 기반으로 전술한 초음파 이미지 및 분광 이미지를 정합하도록 처리할 수 있다.
또한, 제어부(106)는 정합된 대상체의 최종 3차원 이미지를 출력할 수 있으며, 컬러 이미지 획득부(102), 분광 이미지 획득부(103) 및 초음파 이미지 획득부(104)로부터 각각 획득된 대상체의 컬러 이미지, 분광 이미지 및 초음파 이미지를 개별적으로 모니터 등의 디스플레이 장치에 출력할 수도 있다.
따라서, 스냅샷 모드로 구성된 일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템(10)을 이용하여, 대상체의 표면 정보를 갖는 분광 이미지, 대상체의 깊이 정보를 갖는 복수의 초음파 이미지 및 초음파 이미지 각각의 각도 정보를 종합적으로 컬러 이미지에 정합하도록 처리함으로써, 최종적으로 대상체에 대한 3차원 이미지를 획득할 수 있다.
이에 따라, 대상체 표면 및 대상체 내부에 존재하는 병변의 분포 및 침습 깊이를 3차원으로 진단하는 것이 가능하다.
또한, 광학 영상과 동일한 시야각에서의 고주파 영상이 가능하다.
도 4는 필터 휠 모드로 구성된 다른 실시예에 따른 3차원 진단 시스템(11)의 개략적인 구조도이다. 이에 따라, 도 4의 3차원 진단 시스템(11)의 분광 이미지 획득부(113)는 도 2의 3차원 진단 시스템(10)의 분광 이미지 획득부(103)와 다른 구성 요소로 구성될 수 있다.
도 4를 참조하여, 프로브(111)는 광학 요소(1111)를 포함할 수 있고, 프로브(111)의 단부에는 초음파 트랜스듀서(1141) 및 관성 측정 요소(1151)가 배치될 수 있다.
프로브(111)는 전술한 일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템(10)의 프로브(101)와 동일한 요소로 구성되어 있으므로, 도 4에 도시된 3차원 진단 시스템(11)의 광학 요소(1111) 또한 도 2에 도시된 광학 요소(1011)와 동일하며, 이에 관한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
컬러 이미지 획득부(112)는 RGB 카메라(C1) 및 CCD 카메라(C2)를 포함할 수 있다.
이러한 컬러 이미지 획득부(102)는 프로브(101)를 통해 대상체의 컬러 이미지를 획득할 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 컬러 이미지에 분광 이미지, 초음파 이미지 및 상기 초음파 이미지의 각도 정보가 정합되어 최종적으로 대상체에 대한 3차원 이미지가 획득될 수도 있다.
분광 이미지 획득부(113)는 대물 렌즈(1131), 광 섬유 (1132), 필터 휠(1133), 튜브 렌즈(1134), 빔 스플리터(1135), RGB 카메라(C1) 및 CCD 카메라(C2)를 포함할 수 있다.
대물 렌즈(1131)는 대상체의 광 신호를 수집하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 대물 렌즈(1131)는 어안 렌즈로 마련될 수 있다.
광 섬유(1132)는 광학 요소(1111)로 광 신호를 전달하거나, 광학 요소(1111)로부터 수신한 광 신호를 분광 이미지 획득부(113)로 전달할 수 있다. 광 섬유(1132)는 광학 요소(1111)에 연결되고 분광 이미지 획득부(113)의 대물 렌즈(1131) 또는 콜리메이터(1137)에 각각 연결될 수 있다. 이때, 대물 렌즈(1131)에 연결된 광 섬유(1132)는 복수의 광 섬유 다발로 마련될 수 있다. 또한, 콜리메이터(1137)에 연결된 광 섬유(1132)는 단일 광 섬유로 마련될 수 있다.
대물 렌즈(1131)를 통과한 광 신호는 필터 휠(1133)로 전달될 수 있다.
필터 휠(1133)은 광 섬유(1132)에 의해 전달된 광 신호의 파장을 선택하여 광 신호를 수신하기 위한 복수 개의 필터들을 구비할 수 있다. 또한, 필터 휠(1133)은 모터 드라이버(M)에 연결되어 회전 구동될 수 있다. 이와 같은 필터 휠(1133)을 구비함으로써, 스냅샷 모드의 분광 이미징보다 시간이 더 걸릴 수 있는 단점이 있지만, 스냅샷 모드보다 높은 해상도의 분광 이미지를 얻을 수 있는 장점이 있다.
필터 휠(1133)을 통과한 광 신호는 튜브 렌즈(1134)를 통과하여 빔 스플리터(1135)로 전달될 수 있다. 또한, 광 신호는 빔 스플리터(1135)에 의해 각각 RGB 카메라(C1) 및 CCD 카메라(C2)로 전달될 수 있다.
분광 이미지 획득부(113)는 전술한 과정들을 거치면서 대상체 표면의 광 신호로부터 분광 이미지를 획득할 수 있다.
또한, 분광 이미지 획득부(113)는 광원 부재(1136) 및 콜리메이터(1137)를 더 포함할 수 있다.
광원 부재(1136)는 도 2의 광원 부재(1037)와 동일하고, 콜리메이터(1137)는 도 2의 콜리메이터(1038)와 동일하므로, 이에 관한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이 구성된 분광 이미지 획득부(113)는 프로브(111)를 통해 대상체의 표면 정보에 대한 분광 이미지를 획득할 수 있고, 대상체를 향해 백색광 또는 자외선을 선택적으로 조사할 수 있다. 또한, 도 2의 분광 이미지 획득부(103)보다 높은 해상도의 분광 이미지를 얻을 수 있다.
초음파 이미지 획득부(114)는 초음파 트랜스듀서(1141), 펄서(1142), 리시버(1143), 스위치(1144) 및 모터 드라이버(M)를 포함할 수 있다.
초음파 이미지 획득부(114)는 전술한 일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템(10)의 초음파 이미지 획득부(104)와 동일한 요소로 구성되어 있으므로, 도 4의 3차원 진단 시스템(11)의 초음파 트랜스듀서(1141), 펄서(1142), 리시버(1143), 스위치(1144) 및 모터 드라이버(M) 또한 각각 초음파 트랜스듀서(1041), 펄서(1042), 리시버(1043), 스위치(1044) 및 모터 드라이버(M)와 동일하며, 이에 관한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이 구성된 초음파 이미지 획득부(114)는 프로브(111)를 통해 대상체의 깊이 정보에 대한 초음파 이미지를 획득할 수 있다.
관성 측정부(115)는 적어도 하나의 관성 측정 요소(1151)를 포함할 수 있다.
관성 측정부(115)는 전술한 일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템(10)의 관성 측정부(115)와 동일한 요소로 구성되어 있으므로, 도 4의 3차원 진단 시스템(11)의 관성 측정 요소(1151) 또한 관성 측정 요소(1051)와 동일하며, 이에 관한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이러한 관성 측정부(1151)를 통해 획득된 프로브(111) 단부의 위치 정보에 기초하여, 제어부(106)에 의해 프로브(101) 단부의 다음 이동 각도가 결정될 수 있다.
제어부(116)는 각각 프로브(111), 컬러 이미지 획득부(112), 분광 이미지 획득부(113), 초음파 이미지 획득부(114) 및 관성 측정부(115)와 전기적으로 연결되어 있으며, 프로브(111)의 움직임과 컬러 이미지 획득부(112), 분광 이미지 획득부(113), 초음파 이미지 획득부(114) 및 관성 측정부(115)의 구동을 제어할 수 있다.
마찬가지로, 제어부(116)는 전술한 일 실시예에 따른 3차원 진단 시스템(10)의 제어부(116)와 동일한 과정을 거쳐 동일한 기능을 수행하므로, 이에 관한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 도 5 내지 도 8을 참조하여, 3차원 진단 시스템(10, 11)에 의해 대상체의 3차원 이미지가 획득되는 과정을 설명하기로 한다.
또한, 여기서 대상체는 암이 분포하는 조직을 예로 하여 설명하기로 한다.
도 5는 3차원 진단 시스템(10, 11)을 사용하여 스캐닝되는 조직을 나타낸다.
도 5를 참조하여, 3차원 진단 시스템(10, 11)을 사용하여 조직의 컬러 이미지가 획득될 수 있다.
동시에, 분광 이미지 획득부(103, 113)는 광원 부재(1037, 1136)로부터 조직으로 백색광 또는 자외선을 조사하고, 조직으로부터 전달된 광 신호를 제어부(106, 116)로 전달할 수 있다.
동시에, 초음파 트랜스듀서(1041, 1141)는 도 5에 도시된 스캐닝 방향을 따라 선회하면서 조직의 내부로 초음파 신호를 송신하고, 조직으로부터 수신된 초음파 신호를 제어부(106, 116)로 전달할 수 있다.
도 6은 3차원 진단 시스템(10, 11)으로부터 획득된 조직의 분광 이미지를 나타낸다.
도 6을 참조하여, 3차원 진단 시스템(10, 11)을 사용하여 조직의 표면 정보에 대한 반사 분광 이미지 또는 형광 분광 이미지가 획득될 수 있다.
이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 분광 이미지를 통해 조직 표면의 암 분포 영역이 판별될 수 있다.
도 7은 3차원 진단 시스템(10, 11)으로부터 획득된 조직의 초음파 이미지를 나타낸다.
도 7을 참조하여, 3차원 진단 시스템(10, 11)을 사용하여 조직의 깊이 정보에 대한 초음파 이미지가 획득될 수 있다.
이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 초음파 이미지를 통해 조직 내부의 암 분포가 판별될 수 있다.
도 8은 3차원 진단 시스템(10, 11)의 영상 정합 과정을 나타낸다.
제어부(106, 116)에 의해 초음파 트랜스듀서(1041, 1141) 및 프로브(101, 111) 단부의 이동이 반복됨과 동시에, 관성 측정 요소(1051, 1151)는 매 스캔 과정 시 프로브(101) 단부의 위치 정보를 측정할 수 있다.
도 8을 참조하여, 제어부(106, 116)는 프로브(101, 111) 단부의 위치 정보를 기반으로 분광 이미지와 초음파 이미지를 정합하도록 처리할 수 있다.
따라서, 전술한 3차원 진단 시스템(10, 11)을 이용하여, 대상체의 표면 정보를 갖는 분광 이미지, 대상체의 깊이 정보를 갖는 초음파 이미지 및 초음파 이미지의 각도 정보를 종합적으로 컬러 이미지에 정합하도록 처리함으로써, 최종적으로 대상체에 대한 3차원 이미지를 획득할 수 있다.
이에 따라, 타겟 조직 표면 및 조직 내의 암 분포를 동시에 3차원으로 진단하는 것이 가능하다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 3차원 진단 시스템
101: 프로브
1011: 광학 요소
1012: 워킹 채널
102: 컬러 이미지 획득부
103: 분광 이미지 획득부:
1031: 대물 렌즈
1032: 광 섬유
1033: 빔 스플리터
1034: 렌즈 어레이
1035: 대역 통과 필터 어레이
1036: 튜브 렌즈
1037: 광원 부재
1038: 콜리메이터
104: 초음파 이미지 획득부
1041: 초음파 트랜스듀서
1042: 펄서
1043: 리시버
1044: 스위치
105: 관성 측정부
1051: 관성 측정 요소
106: 제어부

Claims (14)

  1. 진단 대상체에 위치하도록 구성된 프로브;
    상기 프로브를 통해 대상체의 표면 정보에 대한 분광 이미지를 획득하도록 구성된 분광 이미지 획득부;
    상기 프로브를 통해 대상체의 깊이 정보에 대한 초음파 이미지를 획득하도록 구성된 초음파 이미지 획득부; 및
    상기 프로브를 통해 RGB 카메라 또는 CCD 카메라에서 대상체의 RGB 컬러 이미지를 획득하도록 구성된 컬러 이미지 획득부;
    를 포함하고,
    대상체의 표면 정보에 대한 상기 분광 이미지 및 깊이 정보에 대한 상기 초음파 이미지를 상기 RGB 컬러 이미지에 정합하여 3차원 이미지를 생성하는, 3차원 진단 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로브 단부의 위치를 감지하는 관성 측정부;
    상기 프로브 단부 내에 배치된 적어도 하나 또는 복수의 초음파 트랜스듀서; 및
    상기 프로브 단부의 위치 정보에 기초하여 상기 초음파 트랜스듀서 또는 상기 프로브 단부 중 어느 하나의 상대적 움직임을 결정하는 제어부를 더 포함하는, 3차원 진단 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 프로브 단부의 위치 정보에 기초하여, 대상체의 일 영역에 대한 상기 초음파 트랜스듀서의 스캐닝이 완료된 후 상기 프로브 단부의 수직 이동을 수행하는, 3차원 진단 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 프로브 단부의 위치 정보에 기초하여, 상기 초음파 트랜스듀서의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로의 상기 프로브 단부의 이동 각도를 결정하는, 3차원 진단 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 초음파 트랜스듀서의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 상기 프로브 단부를 이동시키며,
    상기 제어부는 대상체의 일 영역에 대한 상기 초음파 트랜스듀서의 스캐닝이 완료된 후 프로브 단부의 수직 이동이 수행되도록 제어하여, 초음파 이미지가 자동적으로 획득되는, 3차원 진단 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 관성 측정부를 통해 획득된 상기 프로브 단부의 위치 정보를 기반으로 대상체에 대한 상기 초음파 이미지와 분광 이미지를 정합하는, 3차원 진단 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 초음파 이미지 획득부는
    상기 초음파 트랜스듀서로부터 측정된 초음파 신호의 펄스를 조절하는 펄서;
    상기 초음파 신호를 수신하도록 구성된 리시버; 및
    상기 초음파 트랜스듀서 및 상기 리시버 사이의 신호 전달을 개폐하는 스위치;
    를 더 포함하는, 3차원 진단 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 분광 이미지 획득부는,
    상기 대상체의 광 신호를 수집하도록 구성된 렌즈;
    상기 렌즈에 의한 광 신호를 전달하는 적어도 하나 이상의 광 섬유; 및
    상기 광 섬유에 의해 전달된 광 신호를 복수의 상이한 파장의 광 신호로 분리하여 수신하기 위한 렌즈 어레이 및 대역 통과 필터 어레이를 포함하는, 3차원 진단 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분광 이미지 획득부는,
    상기 대상체의 광 신호를 수집하도록 구성된 렌즈;
    상기 렌즈에 의한 광 신호를 전달하는 적어도 하나 이상의 광 섬유; 및
    상기 광 섬유에 의해 전달된 광 신호의 파장을 선택하여 광 신호를 수신하기 위한 복수 개의 필터들을 구비하는 필터 휠을 포함하는, 3차원 진단 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 분광 이미지 획득부는 백색광 또는 자외선을 포함하는 광원 부재를 포함하고,
    상기 광원 부재는 상기 대상체를 향해 백색광 또는 자외선을 선택적으로 조사하는, 3차원 진단 시스템.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 프로브 단부의 정지 지점에서 대상체의 일 영역에 대한 상기 초음파 트랜스듀서의 스캐닝을 수행하는, 3차원 진단 시스템.
  12. 대상체의 표면 정보에 관한 분광 이미지를 획득하고, RGB 카메라 또는 CCD 카메라에서 대상체의 RGB 컬러 이미지를 획득하도록 구성된 적어도 하나의 광학 요소;
    상기 광학 요소와 이격되게 배치되고, 대상체의 깊이 정보에 관한 초음파 이미지를 획득하도록 구성된 적어도 하나의 초음파 트랜스듀서; 및
    프로브 단부의 위치 정보를 측정하는 적어도 하나의 관성 측정 요소;
    를 포함하고,
    상기 초음파 트랜스듀서는 대상체의 일 영역에 대한 스캐닝을 수행하기 위해 선회되고,
    상기 관성 측정 요소를 통해 획득된 상기 프로브 단부의 위치 정보를 기반으로 대상체에 대한 상기 초음파 이미지와 상기 분광 이미지를 상기 RGB 컬러 이미지에 정합하는, 3차원 진단 프로브.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 프로브 단부의 위치 정보에 기초하여 상기 초음파 트랜스듀서 또는 상기 프로브 단부 중 어느 하나의 상대적 움직임이 결정되는, 3차원 진단 프로브.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 프로브의 단부는 상기 초음파 트랜스듀서의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 이동되는, 3차원 진단 프로브.
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