KR101344951B1 - 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생체 조직 변화 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 레이저를 조사하는 광조사 모듈; 상기 레이저를 분할하는 광분할 모듈; 상기 광분할 모듈로부터 분할된 레이저를 전달받아 열 변화를 감지하는 열 변화 감지 모듈; 상기 광분할 모듈로부터 분할된 레이저를 검출하여 기준 광 정보를 도출하는 기준 광 검출 모듈; 상기 광분할 모듈로부터 분할된 레이저가 생체 조직 샘플에 조사된 후에 발생하는 광음향신호를 검출하는 광음향신호 검출 모듈; 상기 광분할 모듈로부터 분할된 레이저가 상기 생체 조직 샘플에 조사된 후의 상기 생체 조직 샘플의 스트레스 이완 정도를 검출하는 스트레스 이완 정보 검출 모듈; 및 상기 열 변화 감지 모듈, 기준 광 검출 모듈, 광음향신호 검출 모듈, 및 스트레스 이완 정보 검출 모듈을 통해 감지 또는 검출된 데이터를 저장, 계산하여 시간에 따른 변화 데이터로 처리하는 데이터 처리 모듈을 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템에 따르면, 광조사모듈, 열 변화 감지 모듈, 광음향신호 검출 모듈 및 스트레스 이완 정보 검출 모듈을 포함하는 구성을 채택하고, 이로 인해 감지 또는 검출된 데이터를 처리하여, 온도 변화에 따른 광음향신호의 위상 변화를 검출하여 생체 조직의 스트레스 이완의 열팽창을 모니터링할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 광음향신호 검출 모듈을 통해 검출된 광음향신호 정보를 푸리에 변환하여 시간에 따른 광음향신호의 주파수 성분 변화를 도출하는 구성을 채택함으로써, 간단하게 수치상으로 시간에 따른 생체 조직의 변화를 모니터링하여 레이저 치료 시 발생할 수 있는 생체 조직의 과다 열팽창으로 인한 주위 조직 괴사를 최소화할 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템에 따르면, 광조사모듈, 열 변화 감지 모듈, 광음향신호 검출 모듈 및 스트레스 이완 정보 검출 모듈을 포함하는 구성을 채택하고, 이로 인해 감지 또는 검출된 데이터를 처리하여, 온도 변화에 따른 광음향신호의 위상 변화를 검출하여 생체 조직의 스트레스 이완의 열팽창을 모니터링할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 광음향신호 검출 모듈을 통해 검출된 광음향신호 정보를 푸리에 변환하여 시간에 따른 광음향신호의 주파수 성분 변화를 도출하는 구성을 채택함으로써, 간단하게 수치상으로 시간에 따른 생체 조직의 변화를 모니터링하여 레이저 치료 시 발생할 수 있는 생체 조직의 과다 열팽창으로 인한 주위 조직 괴사를 최소화할 수 있다.
Description
본 발명은 생체 조직 변화 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템에 관한 것이다.
최근에 광음향분광학을 이용한 생체성분 측정 장치 및 측정 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 광이 시료 내에 입사되면 분자들은 들뜬 상태가 되고, 이어서 이러한 상태의 분자들은 충돌해 열이 발생한다. 이와 같은 열의 변화는 밀폐된 용기 내에서 압력의 변화를 유발하여 음향신호를 만들고 이러한 음향신호를 통하여 다양한 정보를 얻을 수 있다. 비침습형으로 혈당을 측정하는 장치 및 그 방법(특허출원번호 제10-2007-0010506호)과 같이 광음향신호를 이용하여 비침습적으로 생체 내의 농도 등을 확인하는 방법들이 그 예이다.
한편, 레이저는, 조직의 절개, 제거, 응고를 포함하여, 피부 미용 또는 치아 미백 등 다양한 용도로 이용되고 있을 뿐만 아니라, 인체의 상태 측정 및 진단과 관련하여서도 레이저를 이용한 다양한 장치들이 개발되고 있다. 그 예로는 생체 조직에 레이저를 투사한 후 반사되는 스펙클 정보를 고체촬상소자 센서를 통해 영상화하여 암 진단을 하는 장치(특허출원번호 제10-2008-0084420호 참조), 레이저를 이용하여 생체의 형상을 촬영하는 단층 촬영 장치 등이 있다.
그러나 광음향신호를 이용하여 생체 정보를 획득하는 기술은 혈당 등과 같이 생체 내 특정 성분의 농도를 확인하는 정도에 그치고 있고, 레이저를 관련 장치들은 생체 내 형상을 촬영하여 표현하는 장치가 대부분이었다. 이에 본 발명자들은, 레이저와 광음향신호의 상관관계를 이용하여 간단하게 수치상으로 레이저 치료 과정에 따른 변화를 모니터링하는 시스템에 대하여 개발하고자 하였다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 광조사모듈, 열 변화 감지 모듈, 광음향신호 검출 모듈 및 스트레스 이완 정보 검출 모듈을 포함하는 구성을 채택하고, 이로 인해 감지 또는 검출된 데이터를 처리하여, 온도 변화에 따른 광음향신호의 위상 변화를 검출하여 생체 조직의 스트레스 이완의 열팽창을 간단하게 수치상으로 모니터링할 수 있는, 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 광음향신호 검출 모듈을 통해 검출된 광음향신호 정보를 푸리에 변환하여 시간에 따른 광음향신호의 주파수 성분 변화를 도출하는 구성을 채택함으로써, 간단하게 수치상으로 시간에 따른 생체 조직의 변화를 모니터링할 수 있는, 레이저 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다. 이로써, 레이저 치료 시 발생할 수 있는 생체 조직의 과다 열팽창으로 인한 주위 조직 괴사를 최소화할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템은,
레이저를 조사하는 광조사 모듈;
상기 레이저를 분할하는 광분할 모듈;
상기 광분할 모듈로부터 분할된 레이저를 전달받아 열 변화를 감지하는 열 변화 감지 모듈;
상기 광분할 모듈로부터 분할된 레이저를 검출하여 기준 광 정보를 도출하는 기준 광 검출 모듈;
상기 광분할 모듈로부터 분할된 레이저가 생체 조직 샘플에 조사된 후에 발생하는 광음향신호를 검출하는 광음향신호 검출 모듈;
상기 광분할 모듈로부터 분할된 레이저가 상기 생체 조직 샘플에 조사된 후의 상기 생체 조직 샘플의 스트레스 이완 정도를 검출하는 스트레스 이완 정보 검출 모듈; 및
상기 열 변화 감지 모듈, 기준 광 검출 모듈, 광음향신호 검출 모듈, 및 스트레스 이완 정보 검출 모듈을 통해 감지 또는 검출된 데이터를 저장, 계산하여 시간에 따른 변화 데이터로 처리하는 데이터 처리 모듈을 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 광조사 모듈은,
펄스형 적외선 레이저를 조사할 수 있다.
바람직하게는, 상기 광조사 모듈은,
홀뮴 레이저(Ho:YAG laser)를 조사할 수 있다.
바람직하게는, 상기 열 변화 감지 모듈은,
IR-FPA 카메라를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 기준 광 검출 모듈은,
InGaAs 광검출기(Indium Gallium Arsenide photodetector)를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 생체 조직 샘플은,
콜라겐을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 스트레스 이완 정보 검출 모듈은,
로드셀(Load cell) 및 오실로스코프(oscilloscope)를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 데이터 처리 모듈은,
상기 광음향신호 검출 모듈을 통해 검출된 광음향신호 정보를 푸리에 변환하여, 시간에 따른 광음향신호의 주파수 성분 변화를 도출할 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템에 따르면, 광조사모듈, 열 변화 감지 모듈, 광음향신호 검출 모듈 및 스트레스 이완 정보 검출 모듈을 포함하는 구성을 채택하고, 이로 인해 감지 또는 검출된 데이터를 처리하여, 온도 변화에 따른 광음향신호의 위상 변화를 검출하여 생체 조직의 스트레스 이완의 열팽창을 모니터링할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 광음향신호 검출 모듈을 통해 검출된 광음향신호 정보를 푸리에 변환하여 시간에 따른 광음향신호의 주파수 성분 변화를 도출하는 구성을 채택함으로써, 간단하게 수치상으로 시간에 따른 생체 조직의 변화를 모니터링하여 레이저 치료 시 발생할 수 있는 생체 조직의 과다 열팽창으로 인한 주위 조직 괴사를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템을 도식화한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템이 작동하는 과정을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템을 이용하여 광음향신호, 표면 온도, 그리고 생체 조직의 스트레스 이완 현상을 측정한 결과를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템을 이용하여 시간에 따른 레이저 강도와 광음향신호 변화를 도출한 결과 및 광음향신호의 주파수 성분을 보기 위한 푸리에 변환 그래프를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템을 이용하여 시간에 따른 광음향신호의 변화를 푸리에 변환 데이터로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템이 작동하는 과정을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템을 이용하여 광음향신호, 표면 온도, 그리고 생체 조직의 스트레스 이완 현상을 측정한 결과를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템을 이용하여 시간에 따른 레이저 강도와 광음향신호 변화를 도출한 결과 및 광음향신호의 주파수 성분을 보기 위한 푸리에 변환 그래프를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템을 이용하여 시간에 따른 광음향신호의 변화를 푸리에 변환 데이터로 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템을 도식화한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템은, 광조사 모듈(100), 광분할 모듈(200), 열 변화 감지 모듈(300), 기준 광 정보 검출 모듈(400), 광음향신호 검출 모듈(500), 스트레스 이완 정보 검출 모듈(600), 및 데이터 처리 모듈(700)을 포함하여 구성될 수 있다.
광조사 모듈(100)은, 레이저를 조사하는 것으로서, 조사된 레이저는 광분할 모듈(200)에서 분할되어 사용될 수 있다. 광조사 모듈(100)로는, 공지된 다양한 장치가 이용될 수 있다. 본 발명에서 광원은 레이저를 의미할 수 있는데, 레이저는 인체 조직에 조사되면 흡수가 일어나고 흡수에 따른 열팽창이 일어나게 된다. 이러한 열팽창에 따른 광음향신호를 분석하면 레이저 열에 따른 생체 조직의 변화를 관찰할 수 있으며, 레이저에 의한 조직 변화에 따른 다양한 치료 모니터링을 할 수 있게 된다. 생체 내부는 콜라겐과 물이 대부분을 이루고 있는데, 형태를 유지하는 콜라겐은 레이저의 열을 받게 되면 열팽창이 일어나면서 변성이 되고, 이러한 변성은 레이저 광음향신호의 변화를 가져오게 되므로, 레이저 치료 시 일어날 수 있는 조직 내 변화를 실시간으로 관찰할 수 있게 된다. 따라서 본 발명의 일실시예에 따르면 레이저는 광분할 모듈(200)을 거쳐 생체 조직 샘플(10)에 조사되게 되는데, 이때 생체 조직 샘플(10)은 콜라겐을 포함하는 것일 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 광조사 모듈(100)은, 펄스형 적외선 레이저를 조사할 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 홀뮴 레이저(Ho:YAG laser, Holmium Yttrium Aluminum Garnet laser)를 조사하는 것일 수 있다. 홀뮴 레이저는 2.1㎛의 파장을 가지고 있고, 수분과 수분이 풍부한 조직에 신속하게 흡수되어 열을 신속하게 분산시키는 효과가 있다. 이와 같은 레이저는 생체 조직 샘플을 히팅(Heating)하고 광음향신호를 발생하는 광원이 될 수 있다.
광조사 모듈(100)에서 조사된 레이저는 광분할 모듈(200)로 전달되고, 광분할 모듈(200)은, 전달된 레이저를 분할하여 각각 열 변화 감지 모듈(300), 기준 광 검출 모듈(400) 및 생체 조직 샘플(10)에 전달할 수 있다. 광분할 모듈(200)은, 광(레이저) 출력을 2개 이상의 분기점에 분배하는 장치로서, 광 커플러(coulper)가 이에 해당할 수 있다.
열 변화 감지 모듈(300)은, 광분할 모듈(200)로부터 분할된 레이저를 전달받아 열 변화를 감지할 수 있다. 실시예에 따라서는, IR-FPA 카메라를 포함할 수 있는데, 이는 적외선 열 변화를 감지하기 위한 카메라로서 검출 파장은 3 내지 5㎛이다. 본 발명은 열 변화 감지 모듈(300)을 포함함으로써, 생체 조직 샘플(10)의 레이저에 의한 온도 변화를 확인할 수 있다.
기준 광 검출 모듈(400)은, 광분할 모듈(200)로부터 분할된 레이저를 검출하여 기준 광 정보를 도출할 수 있다. 즉, 생체 조직 샘플(10)을 투과한 레이저의 성질이 아닌 레이저 자체의 성질을 기준 광 정보로 하여 도출하여, 레이저의 기본 성질을 확인할 수 있고, 생체 조직 샘플(10) 투과 후의 변화 비교 시에도 이용할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 기준 광 검출 모듈(400)은, InGaAs 광검출기(Indium Gallium Arsenide photodetector)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한 증폭기에서 충분한 진폭으로 증폭되고 전기적 신호로 출력할 수 있다.
광음향신호 검출 모듈(500)은, 광분할 모듈(200)로부터 분할된 레이저가 생체 조직 샘플(10)에 조사된 후에 발생하는 광음향신호를 검출할 수 있다. 광음향신호는, 광음향 분광학의 기본 이론이 되는 물리적 현상인 광음향 효과를 적용한 것으로서 광음향 효과는 생체 조직과 같은 매질에 일정한 시간 간격으로 변조된 빛이 입사되면 그 매질에서 입사된 빛과 동일한 주파수의 음향 신호가 발생하는 현상을 말한다. 따라서 광음향신호를 통해서 매질의 광학적 특성, 열적 특성 및 탄성 특성에 관한 정보를 얻을 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 광음향신호 검출 모듈(500)은, 광음향센서 또는 음향 변환기를 포함하여 구성될 수 있고, A/D 컨버터를 통해 디지털 신호로 변환되어 데이터 처리 모듈(700)로 전송될 수 있다.
스트레스 이완 정보 검출 모듈(600)은, 광분할 모듈(200)로부터 분할된 레이저가 생체 조직 샘플(10)에 조사된 후의 생체 조직 샘플의 스트레스 이완 정도를 검출할 수 있다. 실시예에 따라서는 로드 셀(Load cell) 및 오실로스코프(oscilloscope)를 포함하여 구성될 수 있다. 로드 셀은 강제 원기둥 주위에 변형을 전기 저항으로 변환하는 변형 게이지를 장착한 것으로서 변형 게이지는 로드 버튼과 연결되어 구성될 수 있는데, 로드 버튼에 하중이 가해지면 응력에 비례한 변형이 발생하고, 그 변형에 따라서 변형 게이지의 전기 저항이 변화하기 때문에 흐르는 전류가 달라지는 것을 디지털의 전기 신호로 바꾸어 하중을 직접 숫자로 표시할 수 있다. 오실로스코프는, 시간에 따른 입력전압의 변화를 화면에 출력하는 장치로서 펄스처럼 시간적 변화가 빠른 신호를 관측할 수 있다.
데이터 처리 모듈(700)은, 생체 조직의 변화를 모니터링 할 수 있도록 열 변화 감지 모듈(300), 기준 광 검출 모듈(400), 광음향신호 검출 모듈(500), 및 스트레스 이완 정보 검출 모듈(600)을 통해 감지 또는 검출된 데이터를 저장, 계산하여 시간에 따른 변화 데이터로 처리할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 데이터 처리 모듈(700)은, 광음향신호 검출 모듈(500)을 통해 검출된 광음향신호 정보를 푸리에 변환(Fourier Transform)하여, 시간에 따른 광음향신호의 주파수 성분 변화를 도출할 수 있다. 생체 조직에 레이저가 조사되면 조직 내 열팽창으로 인하여 푸리에 변환된 신호에서 각 피크들의 중심 파장이 더 높은 주파수로 천이되게 되며, 높은 에너지의 레이저 강도를 가질수록 열팽창이 증가하여 중심 주파수들이 더욱 높은 고주파수로 이동하게 된다. 이와 같은 원리에 의하여 생체 조직의 열팽창 정도를 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템이 수행되는 과정을 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템은, Ho:YAG Laser가 조사되면, 각각 IR-FPA 카메라, 조직 샘플(tissue sample), InGaAs 광검출기로 분할되어 전달된다. IR-FPA 카메라에서는 레이저 조사에 따른 열 변화를 감지할 수 있고, InGaAs 광검출기는 증폭기(Amp.), 함수발생기(Function generator)와 A/D 컨버터를 이용하여 기준 광 정보를 검출할 수 있다. 또한, 조직 샘플에 레이저가 조사된 후에는 음향 변환기(Acoustic transducer)와 A/D 컨버터를 통해 광음향신호가 검출될 수 있으며, 로드 셀과 디지털 오실로스코프를 통해서 조직 샘플의 스트레스 이완 정보를 검출할 수 있다. 이렇게 검출된 정보들은 푸리에 변환 등 데이터 처리를 위하여 컴퓨터와 같은 데이터 처리 모듈에 전송될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템을 이용하여 광음향신호, 표면 온도, 그리고 생체 조직의 스트레스 이완 현상을 측정한 결과를 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 3은, 광음향을 발생시키는 레이저의 펄스, 광음향신호 검출 모듈(500)에서 검출된 광음향신호, 열 변화 감지 모듈(300)에서 감지된 온도변화, 그리고 압력센서(스트레스 이완 정보 검출 모듈, 600)에서 감지된 생체 조직의 스트레스 이완 정도가 시간에 따라 변이되는 과정을 그래프로 도시한 것이다. 즉, 본 발명에 따르면 도 3에 나타난 바와 같이, 광음향신호, 표면 온도, 그리고 생체 조직의 스트레스 이완 현상을 동시에 측정하여 그래프로 나타낼 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템을 이용하여 시간에 따른 레이저 강도와 광음향신호 변화를 도출한 결과 및 광음향신호의 주파수 성분을 보기 위한 푸리에 변환 그래프를 도시한 도면이다. 즉, 기준 광 검출 모듈(400) 및 광음향신호 검출 모듈(500) 등을 통하여 검출된 레이저 강도 및 광음향신호를 데이터 처리 모듈을 이용하여 푸리에 변환하여 주파수 성분을 확인할 수 있도록 하는 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템을 이용하여 시간에 따른 광음향신호의 변화를 푸리에 변환 데이터로 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 광음향신호를 고속 푸리에 변환을 통해 분석한 결과, 레이저 펄스가 인가되어 시간이 지남에 따라 생체 조직이 열팽창이 일어나면서 스트레스 이완이 발생하여 주파수 신호의 피크가 점점 오른쪽으로 천이되는 것을 관찰할 수 있었다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 열적, 기계적 스트레스 이완 이외에도 레이저 강도에 민감하게 반응하는 레이저 광음향신호를 분석함으로써 조직 내 열팽창을 더욱 심도 있게 관찰할 수 있으며, 레이저 치료 시 발생할 수 있는 조직의 과다 열팽창으로 인한 주위 조직 괴사를 최소화할 수 있게 된다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 생체 조직 샘플 100: 광조사 모듈
200: 광분할 모듈 300: 열 변화 감지 모듈
400: 기준 광 검출 모듈 500: 광음향신호 검출 모듈
600: 스트레스 이완 정보 검출 모듈 700: 데이터 처리 모듈
200: 광분할 모듈 300: 열 변화 감지 모듈
400: 기준 광 검출 모듈 500: 광음향신호 검출 모듈
600: 스트레스 이완 정보 검출 모듈 700: 데이터 처리 모듈
Claims (8)
- 생체 조직 변화 모니터링 시스템에 있어서,
레이저를 조사하는 광조사 모듈;
상기 레이저를 분할하는 광분할 모듈;
상기 광분할 모듈로부터 분할된 레이저를 전달받아 열 변화를 감지하는 열 변화 감지 모듈;
상기 광분할 모듈로부터 분할된 레이저를 검출하여 기준 광 정보를 도출하는 기준 광 검출 모듈;
상기 광분할 모듈로부터 분할된 레이저가 생체 조직 샘플에 조사된 후에 발생하는 광음향신호를 검출하는 광음향신호 검출 모듈;
상기 광분할 모듈로부터 분할된 레이저가 상기 생체 조직 샘플에 조사된 후의 상기 생체 조직 샘플의 스트레스 이완 정도를 검출하는 스트레스 이완 정보 검출 모듈; 및
상기 열 변화 감지 모듈, 기준 광 검출 모듈, 광음향신호 검출 모듈, 및 스트레스 이완 정보 검출 모듈을 통해 감지 또는 검출된 데이터를 저장, 계산하여 시간에 따른 변화 데이터로 처리하는 데이터 처리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 광조사 모듈은,
펄스형 적외선 레이저를 조사하는 것을 특징으로 하는, 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 광조사 모듈은,
홀뮴 레이저(Ho:YAG laser)를 조사하는 것을 특징으로 하는, 레이저의 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 열 변화 감지 모듈은,
IR-FPA 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 기준 광 검출 모듈은,
InGaAs 광검출기(Indium Gallium Arsenide photodetector)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 생체 조직 샘플은,
콜라겐을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 스트레스 이완 정보 검출 모듈은,
로드셀(Load cell) 및 오실로스코프(oscilloscope)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 데이터 처리 모듈은,
상기 광음향신호 검출 모듈을 통해 검출된 광음향신호 정보를 푸리에 변환하여, 시간에 따른 광음향신호의 주파수 성분 변화를 도출하는 것을 특징으로 하는, 레이저 광음향신호 분석을 통한 생체 조직 변화 모니터링 시스템.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160070219A (ko) * | 2014-12-09 | 2016-06-20 | 고려대학교 산학협력단 | 광음향 기반 융합 영상촬영장치 |
KR20160096268A (ko) | 2015-02-04 | 2016-08-16 | 포항공과대학교 산학협력단 | 다심도 영상용 광학 영상장치 및 이를 구비하는 영상 시스템 |
KR20200097591A (ko) * | 2019-02-08 | 2020-08-19 | 주식회사 루트로닉 | 안과용 치료장치 및 이의 제어방법 |
WO2023003934A1 (en) * | 2021-07-20 | 2023-01-26 | Worcester Polytechnic Institute | Spectroscopic photoacoustic imaging |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR19980051216A (ko) * | 1996-12-23 | 1998-09-15 | 김종진 | 강판의 표면 청정도 측정방법 |
JPH10253487A (ja) * | 1997-03-10 | 1998-09-25 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 濃度分布計測装置 |
JP2004225930A (ja) | 2003-01-20 | 2004-08-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 熱負荷制御装置および熱負荷制御方法ならびに媒体 |
JP3921306B2 (ja) * | 1999-02-26 | 2007-05-30 | 株式会社ニデック | レーザ治療装置 |
-
2012
- 2012-09-21 KR KR1020120105452A patent/KR101344951B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR19980051216A (ko) * | 1996-12-23 | 1998-09-15 | 김종진 | 강판의 표면 청정도 측정방법 |
JPH10253487A (ja) * | 1997-03-10 | 1998-09-25 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 濃度分布計測装置 |
JP3921306B2 (ja) * | 1999-02-26 | 2007-05-30 | 株式会社ニデック | レーザ治療装置 |
JP2004225930A (ja) | 2003-01-20 | 2004-08-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 熱負荷制御装置および熱負荷制御方法ならびに媒体 |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160070219A (ko) * | 2014-12-09 | 2016-06-20 | 고려대학교 산학협력단 | 광음향 기반 융합 영상촬영장치 |
KR101669943B1 (ko) | 2014-12-09 | 2016-10-28 | 고려대학교 산학협력단 | 광음향 기반 융합 영상촬영장치 |
KR20160096268A (ko) | 2015-02-04 | 2016-08-16 | 포항공과대학교 산학협력단 | 다심도 영상용 광학 영상장치 및 이를 구비하는 영상 시스템 |
KR20200097591A (ko) * | 2019-02-08 | 2020-08-19 | 주식회사 루트로닉 | 안과용 치료장치 및 이의 제어방법 |
KR102191632B1 (ko) | 2019-02-08 | 2020-12-16 | 주식회사 루트로닉 | 안과용 치료장치 및 이의 제어방법 |
WO2023003934A1 (en) * | 2021-07-20 | 2023-01-26 | Worcester Polytechnic Institute | Spectroscopic photoacoustic imaging |
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