KR100869782B1 - 생체광학 영상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생체광학 영상장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 암실이 형성된 케이스에 피검체을 놓고 상기 피검체에서 발생하는 바이오 포톤을 검출하는 한편 상기 피검체에 빛을 투과하여 내부 조직 영상을 획득하는 생체광학 영상장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 생체광학 영상장치는 피검체가 출입하는 도어가 구비된 케이스, 상기 케이스 내부에 구비되어 피검체가 놓이는 스테이지, 상기 스테이지 하부에 구비되어 상기 피검체로 투과광을 조사하는 제 1 광원, 상기 제 1 광원을 X-Y축으로 구동하게 하는 구동수단 및 상기 스테이지 상부에 구비되고 상기 피검체를 투과하는 빛을 검출하는 촬상모듈을 포함한다.

생체영상, 유전자 치료, 바이오 포톤, 냉각CCD, 광학필터

Description

생체광학 영상장치{BIO-OPTICAL IMAGING SYSTEM}

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체광학 영상장치의 사시도,

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체광학 영상장치의 단면 구성도,

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체광학 영상장치의 단면 구성도,

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체광학 영상장치의 광학필터 모듈을 보여주는 도면이다.

본 발명에 따른 도면들에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들에 대하여는 동일한 참조부호를 사용한다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:케이스 200:스테이지

300:제 1 광원 400:구동수단

500:촬상모듈 600:렌즈모듈

700:광학필터모듈 800:이동바퀴

본 발명은 생체광학 영상장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 암실이 형성된 케이스에 피검체을 놓고 상기 피검체에서 발생하는 바이오 포톤을 검출하는 한편 상기 피검체에 빛을 투과하여 내부 조직 영상을 획득하는 생체광학 영상장치에 관한 것이다.

일반적으로 암세포 전이, 종양의 성장과 전이 및 독성 혼합물 바이러스의 연구나 유전자치료, 신약개발 등에 필요한 임상실험은 생체용 실험동물을 해부하는 방법을 이용하여 내부 조직이나 장기 등으로부터 각종 실험결과를 획득하였다.

종래의 해부하는 방법을 이용하는 임상실험은 살아 있는 동물을 해부하여 한 번의 실험으로 끝나므로 일정 수준이상의 결과를 얻기까지는 많은 해부실험이 필요했다. 따라서, 실험기간이 길어지는 문제점이 있었으며, 실험에 사용되는 동물의 개체수가 많기 때문에 비용적인 문제점이 있었다.

또한, 해부 후에 동물이 죽은 상태에서 관찰하기 때문에 실험의 범위가 제한적이었으며, 동물의 조직이 실시간으로 변화하는 결과를 얻을 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 상기의 문제점들을 해결하기 위해 생체광학 영상장치 기술이 발전하여 왔는데 상기 생체광학 영상장치 기술이란 생체내부를 영상으로 나타내어 질병진단에 필요한 정보를 제공하는 기술을 일컫는 용어이다. 또한, 생체광학 영상장치 기술은 1895년 X-선의 발견에 그 기원을 두며 초기의 생체영상은 일반적으로 필름을 사용하는 원시적 형태를 이루었다. 최근에는 생체에서 발생하는 영상신호를 측정, 컴퓨터로 연산 처리하여 영상으로 재구성하는 CT(Computed Tomography)나 MRI(Megnetic Resonance Imaging)장치들이 개발되었다.

그러나 상기 생체광학 영상장치들도 방사선을 피검체에 조사하여 투과되는 영상만을 촬영할 수 있으므로 피검체의 세포 내에서 방출되는 가시광선이나 근적외선 영역의 바이오 포톤의 영상을 획득하는데 어려움이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로 본 발명의 목적은 피검체의 내부 조직 및 외부 영상 더 나아가 세포에서 발생하는 바이오 포톤의 영상을 정확하게 획득할 수 있는 생체광학 영상장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 생체광학 영상장치는 피검체가 출입하는 도어가 구비된 케이스, 상기 케이스 내부에 구비되어 피검체가 놓이는 스테이지, 상기 스테이지 하부에 구비되어 상기 피검체로 투과광을 조사하는 제 1 광원, 상기 제 1 광원을 X-Y축으로 구동하게 하는 구동수단 및 상기 스테이지 상부에 구비되고 상기 피검체를 투과하는 빛을 검출하는 촬상모듈을 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 촬상모듈 하단부에 구비되어 상기 피검체를 통과한 빛을 집광하는 렌즈모듈 및 상기 렌즈 모듈 하단부에 구비되어 상기 피검체를 통과한 빛 중 일정한 파장의 빛을 통과시키는 광학필터모듈을 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 광학필터모듈은 다수개의 광학필터를 구비되고 상기 광학필터들은 각각 다른 파장의 빛을 통과시킨다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 광학필터들은 한 점을 중심으로 평면상에서 일정한 중심각을 유지하며 원형 배치되고 상기 한 점을 중심으로 회전하면서 상기 렌즈 모듈 하단부에 정렬한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 케이스는 상면에 개구부가 형성되고, 상기 촬상모듈은 촬상부와 냉각부를 포함하는 냉각 CCD모듈로 구비되며, 상기 촬상부의 일정부분이 상기 개구부에 삽입되어 상기 피검체를 통과한 빛을 검출하고, 상기 냉각부는 상기 케이스 외부로 노출되어 냉각된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 케이스는 하부에 이동바퀴를 구비한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 스테이지 상부에 구비되며 피검체에 빛을 조사하는 제 2 광원을 포함한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체광학 영상장치의 사시도, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체광학 영상장치의 단면 구성도, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체광학 영상장치의 단면 구성도, 도 4 는 본 발명의 일 실시예 에 따른 생체광학 영상장치의 광학필터 모듈을 보여주는 도면이다.

도면들을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 생체광학 영상장치는 케이스(100), 스테이지(200), 제 1 광원(300), 구동수단(400) 및 촬상모듈(500)을 포함하여 이루어진다.

상기 케이스(100)는 전면부에 피검체가 출입할 수 있는 도어(110)가 구비된다.

또한, 상기 케이스(100)는 빛이 새어 들어가지 않도록 암실로 이루어진다. 그 이유는 피검체 내부에서 방출되는 저 광량의 바이오 포톤을 효과적으로 촬영하기 위함이다.

한편, 상기 바이오 포톤은 생명체의 DNA에서 스스로 방출되는 생체광자로써, 인체의 건강상태에 따라 방출되는 바이오 포톤의 양이 다르다는 사실들이 밝혀 지면서, 바이오 포톤을 효과적으로 측정하기 위한 연구들이 있어왔다.

따라서, 상기 바이오 포톤을 촬영하기 위해서는 광원을 이용하여 촬영하는 형광영상 촬영이 아닌 스스로 발광하는 빛을 촬영하는 발광영상 촬영기법으로 촬영하게 된다.

또한, 상기 발광영상 촬영기법은 바이오 포톤을 촬영하기 위해 사용될 뿐만 아니라, 예를 들면, 박테리아의 유전자를 발광하게 조작하여 피검체 내에 주사하면 상기 박테리아가 암세포나 종양세포에 타겟팅되어 발광함으로써, 피검체 내의 암세포나, 종양의 위치를 확인하는데도 이용된다.

또한, 상기 케이스(100)의 하부에는 이동바퀴(800)가 구비되어 이동이 편리 하게 하였다. 또한, 상기 이동바퀴(800)는 스토퍼(미도시)가 구비되어 촬영시에는 상기 케이스(100)가 움직임이지 않고 안정적으로 촬영하게 하였다.

상기 스테이지(200)는 촬영을 위해 피검체가 놓이는 곳으로 피검체가 놓일 때, 파손되지 않도록 강화유리를 사용하여 제작하였다. 즉, 피검체를 마취한 후 상기 스테이지(200) 상에 올려놓고 발광영상 또는 형광영상을 촬영하게 되는 것이다.

또한, 상기 스테이지(200)는 피검체의 크기에 따라 높이를 조절할 수 있는 높이 조절수단(미도시)이 구비될 수 있다.

따라서, 피검체의 크기에 따라 상기 피검체를 상기 케이스(100) 내부에 적절하게 위치시킬 수 있고, 상기 스테이지(200)와 촬상모듈(500) 간의 거리를 조정하여 촬영할 수 있으므로 초점거리를 조절하는데 편리하다.

상기 제 1 광원(300)은 상기 스테이지(200) 하부에 구비되어 상기 스테이지(200)로 투과광을 조사한다. 즉, 상기 제 1 광원(300)에서 조사되는 빛이 상기 스테이지(200)를 통과하여 피검체를 투과한 후, 촬상모듈(500)에 의해 촬영되는 것이다.

또한, 상기 제 1 광원(300)은 레이저, 할로겐, 백색광원 및 방사선 등 피검체를 투과할 수 있는 광원이라면 어떠한 광원도 가능하다. 바람직하게는 레이저로 구비된다.

즉, 상기 제 1 광원(300)은 피검체의 형광영상을 촬영하는 데 사용되는 것이다.

상기 구동수단(400)은 상기 제 1 광원(300)을 X-Y축으로 이동하게 한다. 예 를 들면, X축 이동 모터(미도시)와 Y축 이동 모터(미도시)를 구비하여 상기 제 1 광원(300)을 이동하게 한다. 그 이유는 상기 제 1 광원(300)이 이동하면서 피검체의 모든 부분에 빛을 효과적으로 조사하기 위함이다. 즉, 상기 제 1 광원(300)과 상기 구동수단(400)은 레이저 스케너의 역할을 한다.

한편, 상기 스테이지(200) 상부에는 피검체의 외부에 빛을 조사하는 제 2 광원(310)이 구비되는데 상기 제 2 광원(310)은 피검체의 외형을 촬영할 때 쓰이는 후레쉬 역할을 한다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 제 2 광원(310)은 두 개의 고휘도 LED로 이루어져 있고, 피검체에 빛을 잘 조사할 수 있도록 상기 스테이지(200) 중앙부를 향하게 구비하였다.

그러나 고휘도 LED뿐만 아니라 상기 피검체에 조사하여 반사광을 만들 수 있는 광원이라면 어떠한 광원도 가능하다.

상기 촬상모듈(500)은 빛을 검출하는 촬상부(520)와 상기 촬상부(520)에서 발생하는 열을 외부로 방출하게 하는 냉각부(510)로 이루어진다.

또한, 상기 촬상부(520)는 CCD(ChargeCoupled Device)소자로 이루어진다. 그러나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)소자로 구비될 수도 있다.

또한, 상기 촬상부(520)는 획득된 영상을 디지털 신호로 변환하여 외부의 컴퓨터(미도시)로 전송한다.

또한, 상기 촬상부(520)는 상기 케이스(100)의 상면에 형성된 개구부에 위치하거나 삽입되는 형태로 구성될 수 있다.

바람직하게는 상기 촬상부(520)를 상기 개구부에 삽입하여 안정적으로 결합 하고, 최대한 상기 케이스(100) 외부로 노출시켜 상기 촬상부(520)에서 발생하는 열을 공기 중으로 잘 전달될 수 있게 한다.

그러나, 브라켓등을 이용하여 상기 케이스(100) 상면에 볼트 등으로 고정시킬 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 촬상부(520)는 상부에 상기 촬상부(520)를 냉각시켜주는 냉각부(510)를 구비하고 상기 냉각부(510)는 상기 케이스(100) 외부로 노출되어 상기 촬상부(520)에 발생하는 열을 효율적으로 배출해준다. 그 이유는 촬영개시 후에 CCD소자 주위에 열이 발생하게 되고, 상기 발생한 열로 인해 CCD소자에 노이즈가 발생하여 선명한 영상을 획득하기 어렵기 때문이다.

일반적으로 상기 CCD소자에 냉각장치가 구비된 모듈을 냉각 CCD모듈이라고 한다.

따라서, 고감도의 영상을 촬영할 수 있으므로 피검체의 생체 내부 변화를 실시간으로 쉽고 빠르게 촬영할 수 있다.

또한, 상기 촬상부(520) 아래에는 렌즈모듈(600)이 구비되고 상기 렌즈모듈(600)은 피검체를 투과한 빛을 집광하여 상기 촬상부(520)로 전달한다. 상기 렌즈모듈(600)은 다수개의 렌즈가 배열된 렌즈계로 이루어지며, 바람직하게는 바이오 포톤과 같은 저 광량의 빛을 잘 획득할 수 있도록 f수가 낮은 렌즈계를 사용한다.

또한, 상기 렌즈모듈(600) 하부에는 피검체를 투과한 빛 중 사용자가 획득하고자 하는 파장 대의 빛을 선택적으로 통과시키는 광학필터 모듈(700)이 구비된다.

또한, 상기 광학필터 모듈(700)은 다수개의 광학필터(710)들을 구비하고 상 기 광학필터(710)들은 수평면상의 한 점(a)을 중심으로 일정한 중심각(b)을 유지하며 원형 배치된다.

본 발명의 일 실시예에서는 다섯 개의 광학필터(710)들을 삽입할 수 있는 홈 형성된 광학필터 휠(720)에 상기 광학필터(710)들을 구비하였으며, 상기 광학필터(710)들은 각각 580nm, 600nm, 620nm, 640nm 및 660nm의 파장을 통과시키는 광학필터들로 이루어져 있다. 또한, 상기 광학필터(710)들은 상기 한 점(a)과 약 75도의 각도를 이루면서 원형 배치된다.

그러나, 상기 광학필터(710)들은 광학필터 휠(720)에 구비되는 것에 한정되지 않고 사용자의 필요에 따라, 상기 광학 필터(710)들이 상기 렌즈모듈(600) 하부에 하나씩 정렬될 수 있으면 어떠한 장치라도 가능하다.

또한, 상기 광학필터(710)들은 상기 광학필터 휠(720)로부터 탈착이 가능하므로 사용자의 필요에 따라 특정한 파장을 통과시키는 광학필터들을 구비하여 촬영할 수 있다.

즉, 상기 광학필터(710)들은 상기 한 점(a)을 중심으로 회전하면서 상기 광학필터(710)들 중, 필요한 파장 대의 빛을 통과시키는 광학필터를 상기 렌즈모듈(600) 하단부에 정렬시킨 후, 촬영을 하게 된다.

따라서, 사용자가 필요한 파장 대의 영상을 효과적으로 획득할 수 있다.

이상에서, 본 발명의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗 어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 피검체의 내부 조직 및 외부 영상 더 나아가 세포에서 발생하는 바이오 포톤의 영상을 정확하게 획득할 수 있는 생체광학 영상장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 피검체를 통과하는 빛 중 사용자에 의해 필요한 파장 대의 빛을 선택적으로 획득할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 피검체의 해부 없이 살아있는 상태에서 촬영을 하기 때문에 비용을 절감하고 연구기간을 단축하는 동시에 여러 가지 임상실험을 하나의 생체광학 영상장치에 의해 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 광원과 광학필터를 제어함으로써, 형광영상 또는 발광영상등 필요한 생체영상 획득을 위해 다양한 실험환경을 구축할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 피검체가 출입하는 도어가 구비된 케이스;

   상기 케이스 내부에 구비되어 피검체가 놓이는 스테이지;

   상기 스테이지 하부에 구비되어 상기 피검체로 투과광을 조사하는 제 1 광원;

   상기 제 1 광원을 X-Y축으로 구동하게 하는 구동수단; 및

   상기 스테이지 상부에 구비되고 상기 피검체를 투과하는 빛을 검출하는 촬상모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체광학 영상장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 촬상모듈 하단부에 구비되어 상기 피검체를 통과한 빛을 집광하는 렌즈모듈; 및

   상기 렌즈 모듈 하단부에 구비되어 상기 피검체를 통과한 빛 중 일정한 파장의 빛을 통과시키는 광학필터모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체광학 영상장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 광학필터모듈은 각각 다른 파장의 빛을 통과시키는 복수 개의 광학필터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체광학 영상장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 광학필터들은 한 점을 중심으로 평면상에서 일정한 중심각을 유지하며 원형 배치되고 상기 한 점을 중심으로 회전하면서 상기 렌즈 모듈 하단부에 정렬하는 것을 특징으로 하는 생체광학 영상장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 케이스는 상면에 개구부가 형성되고, 상기 촬상모듈은 촬상부와 냉각부를 포함하는 냉각 CCD모듈로 구비되며, 상기 촬상부의 일정부분이 상기 개구부에 삽입되어 상기 피검체를 통과한 빛을 검출하고, 상기 냉각부는 상기 케이스 외부로 노출되어 냉각되는 것을 특징으로 하는 생체광학 영상장치.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 케이스는 하부에 이동바퀴를 구비하는 것을 특징으로 하는 생체광학 영상장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 케이스는 하부에 이동바퀴를 구비하는 것을 특징으로 하는 생체광학 영상장치.
8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스테이지 상부에 구비되며 피검체에 빛을 조사하는 제 2 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체광학 영상장치.
9. 제 5 항에 있어서,

   상기 스테이지 상부에 구비되며 피검체에 빛을 조사하는 제 2 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체광학 영상장치.

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