KR101551914B1 - 이미지 센서 내장형 스펙클 내시경 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저를 기반으로 한 스펙클(speckle) 내시경에 관한 것으로, 구체적으로는 내시경 삽입부의 움직임 또는 굴곡 형상으로 인한 스펙클 정보의 소실을 최소화한 이미지 센서 내장형 스펙클 내시경에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면 생체조직의 혈류 속도를 측정함에 있어 생체조직으로 반사되는 스펙클 신호의 광학적 성질인 편광 또는 광 경로 변경 등에 의한 정보 소실을 최소화할 수 있음은 물론 상기 생체조직에 조사되는 레이저 광의 소실 또한 최소화할 수 있어 고해상도의 우수한 스펙클 영상을 보장할 수 있게 되고, 이를 통해 정확한 진단 및 치료를 수행할 수 있다.

Description

이미지 센서 내장형 스펙클 내시경{Buit-in image senser speckle endoscope}

본 발명은 레이저를 기반으로 한 스펙클(speckle) 내시경에 관한 것으로, 구체적으로는 내시경 삽입부의 움직임 또는 굴곡 형상으로 인한 스펙클 정보의 소실을 최소화한 이미지 센서 내장형 스펙클 내시경에 관한 것이다.

간섭성을 갖는 레이저 광을 산란체에 조사하면 산란된 빛이 간섭하여 반점성의 불규칙한 무늬가 나타나게 되는데 이러한 불규칙한 무늬를 레이저 스펙클이라 하며, 이를 이용하여 모양의 형상으로 표면의 거칠기 측정이나, 모양의 변화에서 물체의 변위나 일그러짐을 측정할 수 있다.

한편, 이러한 레이저 스펙클은 다양한 분야에 활용되어 의료용 내시경에까지 활용되기에 이르렀는데, 이러한 레이저 스펙클 내시경은 표적이 되는 생체조직의 스펙클 이미지를 영상 처리하는 과정으로 미세혈관의 혈류 속도를 측정할 수 있다는 특징이 있어, 이를 통해 미세혈관이 생성된 조직과 그렇지 않은 조직을 식별함으로써 암세포의 활성도 측정은 물론 암 발병시 새로 생성된 미세혈관의 초기식별이 가능할 수 있게 되었다.

한편, 종래 제안된 헬륨-네온 레이저를 기반으로 한 레이저 스펙클 내시경은 레이저 광을 발생시켜 내시경 삽입부 내 광섬유를 따라 이를 전송하여 생체조직으로 조사하기 때문에 광섬유의 움직임이 발생하거나 광섬유의 굴곡인 심한 상태의 경우 레이저 광의 광학적 성질 예컨대, 편광 현상 혹은 광 경로 변경 현상 등에 의해 레이저 광을 안정적으로 생체조직에 조사할 수 없어 결국 생체조직에 대한 정확한 스펙클 영상을 획득할 수 없다는 문제가 있었다.

또한, 생체조직으로 레이저 광이 조사된 후 이로부터 반사되는 스펙클 신호를 회수하여 내시경 삽입부를 통해 이를 외부로 전송하는 경우, 위 내시경 삽입부의 움직임 또는 굴곡으로 인해 발생되는 스펙클 신호의 angle diversity, polarization diversity, wavelength diversity에 의해 그 감도가 저하(특히, 광섬유로 구성된 내시경 삽입부를 통해 스펙클 신호가 전송되는 경우 시공간의 다양성이 증대되기 때문에 더욱 그러함.)됨에 따라 생체조직에 대한 정확한 스펙클 영상정보를 획득할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 내시경 삽입부의 단부에 레이저 광원 및 이미지 센서를 구비함으로써 상기 내시경 삽입부의 움직임 또는 굴곡 형상으로 인한 레이저 광 및 스펙클 정보의 왜곡/소실을 최소화한 이미지 센서 내장형 스펙클 내시경을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 생체의 내부에 삽입되어 표적이 되는 생체조직의 혈류 속도를 측정하는 스펙클 내시경은, 레이저를 발생시키는 레이저 광원 및 상기 레이저 광원으로부터 생체조직으로 레이저 광이 조사된 후 이로부터 반사되는 스펙클 신호를 회수하여 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서가 내장된 내시경 삽입부; 상기 레이저 광원과 전기적으로 연결되고, 상기 레이저 광원의 작동을 제어하는 제어부; 및 상기 이미지 센서로부터 상기 전기적 신호로 변환된 스펙클 신호를 수신하여 영상 처리하는 영상 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 내시경 삽입부는, 상기 레이저 광원이 내측 단부에 노출 구비될 수 있다.

상기 레이저 광원은 반도체 소자를 포함할 수 있다.

상기 내시경 삽입부는, 상기 이미지 센서가 내측 단부에 인접하여 구비될 수 있다.

상기 내시경 삽입부는, 상기 이미지 센서가 전기적 연결수단을 통해 상기 영상 처리부와 연결될 수 있다.

상기 내시경 삽입부는, 상기 이미지 센서가 상기 스펙클 신호를 내측 단부에 노출되어 구비되는 렌즈를 통하여 회수할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 생체조직의 혈류 속도를 측정함에 있어 내시경삽입부의 움직임이 발생하거나 내시경 삽입부가 굴곡진 형상을 갖는다 하더라도 생체조직으로 조사되는 레이저 광 및 생체조직으로부터 반사되는 스펙클 정보의 왜곡/소실을 최소화할 수 있어, 고해상도의 우수한 스펙클 영상정보의 재생을 보장할 수 있으며, 이를 통해 정확한 진단 및 치료의 수행이 가능할 수 있다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 센서 내장형 스펙클 내시경의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 내장형 스펙클 내시경을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 센서 내장형 스펙클 내시경의 동작 방법을 나타내는 절차도이다.

본 발명은 레이저를 기반으로 한 생체의 내부에 삽입되어 표적이 되는 생체조직의 혈류 속도를 측정하는 스펙클(speckle) 내시경에 관한 것으로, 구체적으로는 내시경 삽입부의 움직임 또는 굴곡 형상으로 인한 레이저 광 및 스펙클 정보의 왜곡/소실을 최소화한 이미지 센서 내장형 스펙클 내시경에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 내장형 스펙클 내시경의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 내장형 스펙클 내시경(100)은 내시경 삽입부(110), 제어부(120), 영상 처리부(130)를 포함할 수 있다.

상기 내시경 삽입부(110)는 표적이 되는 생체 조직의 스펙클 정보를 획득하기 위하여 환자 등 생체의 내부에 삽입되는 미세관으로, 생체 내부로의 삽입 및 표적이 되는 생체조직으로의 위치 이동을 적절히 수행하기 위해 가요성을 갖는 플렉서블(flexible)한 재질일 수 있다.

개략적으로 상기 내시경 삽입부(110)는 제어부(120)의 작동 제어를 통해 생체 내부에 삽입되어 표적이 되는 생체조직으로 레이저 광을 발생시켜 이를 조사하고, 상기 레이저 광의 조사로 인하여 생체조직으로부터 반사되는 스펙클 신호를 회수하며, 회수된 스펙클 신호를 전기적 신호로 즉각 변환하여 이를 영상 처리부(130)로 전송할 수 있다.

이를 위해, 상기 내시경 삽입부(110)에는 표적이 되는 생체조직으로의 레이저 광 조사를 위한 레이저 광원(112) 및 레이저 광이 생체조직에 조사된 후 반사되는 스펙클 신호를 회수하여 이를 전기적 신호로 변환하기 위한 이미지 센서(114)가 내장될 수 있다.

상기 제어부(120)는 내시경 삽입부(110)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 것으로, 상기 내시경 삽입부(110)의 위치 변환 제어는 물론 상기 내시경 삽입부(110)에 구비되는 레이저 광원(112)의 발광 여부를 제어할 수 있다. 이를 위해 상기 제어부(120)와 상기 레이저 광원(112)은 상기 내시경 삽입부(110)에 내장되는 전선 등 전기적 연결수단을 통해 연결될 수 있다.

상기 영상 처리부(130)는 상기 이미지 센서(114)로부터 전기적 신호로 변환된 스펙클 신호를 수신하여 이를 소정의 영상 처리 과정을 통해 영상 정보로 변환할 수 있으며, 위 영상 정보를 소정의 디스플레이에 표시할 수 있다. 이를 위해, 상기 영상 처리부(130)와 상기 이미지 센서(114)는 상기 내시경 삽입부(110)에 내장되는 전선 등 전기적 연결수단을 통해 연결될 수 있다.

이하에서는 상기 레이저 광원(112) 및 상기 이미지 센서(114)가 내장된 내시경 삽입부(110)의 구조와 관련하여 새로운 도면을 이용해 구체적으로 설명한다.

도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 내장형 스펙클 내시경을 개략적으로 나타낸 도면이다.

구체적으로 도 2의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 센서 내장형 스펙클 내시경의 전체를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2의 (b)는 내시경 삽입부의 단부(10)를 확대 표시한 단면도이다.

도 2의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 내장형 스펙클 내시경(200)의 내시경 삽입부(210)에는 레이저 광원(212)이 내측 단부에 구비되며 이미지 센서(214)는 내측 단부에 인접하여 구비될 수 있다.

구체적으로, 상기 레이저 광원(212)은 간섭성을 갖는 레이저 광을 발생하기 위한 것으로, 레이저 광의 발생에서부터 표적이 되는 생체조직으로의 조사에 이르기까지 내시경 삽입부(210)의 움직임 또는 굴곡에 의해 위 레이저 광이 왜곡되거나 소실되는 것을 방지함은 물론 표적이 되는 생체조직으로 정확하게 레이저 광을 조사하기 위해 상기 레이저 광원(212)은 상기 내시경 삽입부(210)의 내측 단부에 노출되도록 구비할 수 있는 것으로, 바람직하게 상기 레이저 광원(212)은 소형이며 동작 효율이 우수한 다이오드 소자 등 반도체 소자를 포함하여 구현할 수 있다.

한편, 상기 이미지 센서(214)는 상기 레이저 광원(212)으로부터 생체조직으로 레이저 광이 조사된 후 이로부터 반사되는 스펙클 신호를 내시경 삽입부(210)의 내측 단부에 노출 형성된 렌즈(216)를 통해 회수하여 이를 전기적 신호로 변환하고, 변환된 전기적 신호를 영상 처리부(230)로 전송하기 위한 것이다.
따라서, 상기 렌즈(216)와 레이저 광원(212)은 상기 내시경 삽입부(210) 단부의 동일면 상에서 외부로 노출되어 있어, 레이저 광의 왜곡 없이 생체조직에 레이저 광원을 조사할 수 있다. 또한, 생체조직에서 반사된 스페클 신호를 왜곡 없이 렌즈(216)를 통해 회수 할 수 있다.
상기 스펙클 신호의 내시경 삽입부(210) 내 전송과 관련하여 상기 내시경 삽입부(210)의 움직임 또는 굴곡으로 인해 발생되는 angle diversity, polarization diversity, wavelength diversity에 의해 스펙클 신호의 감도가 저하(특히, 광섬유로 구성된 내시경 삽입부의 경우 시공간의 다양성이 증대되기 때문에 더욱 그러함.)될 수 있는데, 이러한 스펙클 신호의 감도 저하에 따른 온전한 스펙클 영상정보의 획득이 어려워지는 문제를 극복하기 위하여 상기 이미지 센서(214)는 상기 내시경 삽입부(210)의 내측 단부에 인접하여 구비될 수 있고, 이를 통해 상기 이미지 센서(214)에서의 상기 내시경 삽입부(210)를 통한 영상 처리부(230)로의 스펙클 정보 전송은 스펙클 신호 자체가 아닌 이의 전기적으로 변환된 스펙클 신호로 전송함으로써 설령 상기 내시경 삽입부(210)의 움직임이나 굴곡이 있다 하더라도 온전한 스펙클 정보의 전송이 수행될 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 내장형 스펙클 내시경(200)은 레이저 광의 발생 및 스펙클 신호의 전기적 신호로의 변환을 내시경 삽입부(210)의 단부 및 인접부에서 모두 처리함으로써 레이저 광 및 스펙클 신호의 내시경 삽입부(210) 내에서의 전송/이동을 최소화할 수 있고, 이를 통해 레이저 광 및 스펙클 신호의 왜곡/소실을 효과적이면서도 간편한 방식으로 방지 가능하여 고해상도의 우수한 스펙클 영상 획득이 보장될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 센서 내장형 스펙클 내시경의 동작 방법에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 내장형 스펙클 내시경의 동작 방법을 나타내는 절차도이다.

도 3을 참조하면, 먼저 레이저 광원(112) 및 이미지 센서(114)가 단부에 구비되는 내시경 삽입부(120)를 대상 생체에 삽입하고, 제어부(120)를 통해 상기 내시경 삽입부(120)의 단부를 표적이 되는 생체 조직으로 이동시킨다(S301).

상기 내시경 삽입부(120)의 단부가 표적이 되는 생체조직으로 이동이 완료되면, 제어부(120)는 상기 내시경 삽입부(120)의 내측 단부에 구비되어 이와 전기적으로 연결된 레이저 광원(112)을 작동시킴으로써 레이저 광 자체가 내시경 삽입부(120)를 통해 전송되는 과정 없이 직접 표적이 되는 생체조직으로 가간섭성 레이저 광을 조사한다(S303).

상기 레이저 광의 조사로 인해 상기 생체조직으로부터 반사되는 스펙클 신호는 내시경 삽입부(120)의 내측 단부에 인접하여 구비되는 이미지 센서(114)로 회수되고, 이미지 센서(114)에서는 회수된 스펙클 신호를 전기적 신호로 변환하게 된다(S305).

상기 이미지 센서(114)에서 전기적 신호로 변환된 스펙클 신호는 이와 전기적으로 연결된 영상 처리부(130)로 전송되는데(S307), 이때 내시경 삽입부(120)를 통해 스펙클 신호 자체가 아닌 이의 전기적 변환신호가 전송됨으로써(즉, 스펙클 신호의 내시경 삽입부 내 전송/이동을 최소화함으로써) 스펙클 정보를 온전히 보호할 수 있게 된다.

영상 처리부(130)에서는 이미지 센서(114)로부터 수신한 전기적 신호로 변환된 스펙클 신호에 기초하여 영상 정보를 생성하고, 이를 소정의 디스플레이에 표시할 수 있다(S309).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

Claims (6)

1. 생체의 내부에 삽입되어 표적이 되는 생체조직의 혈류 속도를 측정하는 스펙클 내시경에 있어서,
   레이저를 발생시키는 레이저 광원 및 상기 레이저 광원으로부터 생체조직으로 레이저 광이 조사된 후 이로부터 반사되는 스펙클 신호를 회수하여 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서가 내장된 내시경 삽입부;
   상기 레이저 광원과 전기적으로 연결되고, 상기 레이저 광원의 작동을 제어하는 제어부; 및
   상기 이미지 센서로부터 상기 전기적 신호로 변환된 스펙클 신호를 수신하여 영상 처리하는 영상 처리부를 포함하고,
   상기 레이저 광원은 상기 내시경 삽입부의 내측 단부에 노출되도록 배치되며,
   상기 내시경 삽입부의 내측 단부에는 상기 스펙클 신호를 회수하기 위해 노출되도록 렌즈가 배치되고,
   상기 이미지 센서는 상기 렌즈와 마주하며, 상기 렌즈와 인접하게 배치되는 스펙클 내시경.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 레이저 광원은 반도체 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙클 내시경.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 렌즈와 레이저 광원은 상기 내시경 삽입부 단부의 동일면 상에서 외부로 노출되도록 배치된 것을 특징으로 하는 스펙클 내시경.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 내시경 삽입부는,
   상기 이미지 센서가 전기적 연결수단을 통해 상기 영상 처리부와 연결되는 것을 특징으로 하는 스펙클 내시경.
   
   
   
   
6. 삭제

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