KR101599973B1 - 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르는 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치는, 레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 생성부; 레이저 빔을 제공받아 링 형태로 가변하여 출사하는 구 원뿔형 렌즈; 상기 구 원뿔형 렌즈가 출사하는 링 형태의 레이저 빔을 제공받아 미리 정해둔 위치로 집중시켜 제공함과 아울러, 상기 링 형태의 레이저 빔의 중앙부분에 위치하여 상기 레이저 빔이 집중되어 제공되는 위치로부터 발생되는 광 음향 신호를 검출하는 광 조사 및 광 음향 신호 수신부들; 광 음향 신호의 전달매체를 수용하며, 상기 전달매체 내에 상기 광 조사 및 광 음향 신호 수신부들 중 선택된 어느 하나가 위치되는 워터 탱크; 상기 워터 탱크내의 광 조사 및 광 음향 신호 수신부 및 상기 구 원뿔형 렌즈를 XY방향으로 이동시켜 상기 레이저 빔이 집중되어 제공되는 위치를 이동시키는 스캐닝 스테이지; 상기 광 조사 및 광 음향 신호 수신부가 검출한 광 음향 신호를 증폭하는 증폭기; 및 상기 증폭기에 의해 증폭된 광 음향 신호로부터 광 음향 정보를 획득하는 DAQ부;를 구비하며, 상기 미리 정해둔 위치에는 소동물이 거치됨을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 광 음향 단층 촬영 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소동물에 대한 광 음향 단층 영상을 획득함에 있어 광의 파장을 다중화함과 아울러, 스캔 범위를 가변 가능하게 구성하고 광 음향 영상의 해상도도 손쉽게 변경할 수 있게 하는 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치에 관한 것이다.
소동물의 영상을 획득하는 것은 생물학 연구에 있어 매우 중요하다. 특히 신약을 개발하거나 암이나 뇌 등을 연구하는 데에 있어서 소동물의 세포, 조직, 장기 등의 영상은 반드시 요구되는 정보이다.
이를 위해 종래에는 초음파 영상 기술, CT(computed tomography), MRI (magnetic resonance imaging), PET(positron emission tomography) 또는 광학 영상 기술 등이 사용되었다. 상기 초음파 영상 기술은 실시간으로 소동물의 생체 내부의 영상을 얻을 수 있으나, 영상에 스펙클(SPECKLE)이 나타나 분석이 어려운 문제가 있었다. 그리고 상기 CT는 뛰어난 해상도의 영상을 얻을 수 있지만, 방사선을 이용하기 때문에 유해할 수 있는 문제가 있었다. 그리고 상기 MRI는 뛰어난 해상도의 영상을 얻을 수 있지만 가격이 비싸고 느린 문제가 있었다. 그리고 상기 PET는 분자 단위의 영상을 얻는 데에 많이 사용되고 있지만 방사성의 물질을 이용하기 때문에 유해할 수 있으며 가격도 비싼 문제가 있었다. 이러한 문제들을 해소하고자 종래에는 형광이나 생체 발광을 이용하는 광학 영상 기술들이 제안되었다.
상기 광학 영상 기술들은 싸고 쉽게 시스템 구현이 가능하며 실시간 영상처리가 가능한 장점을 가지고 있지만 영상을 얻을 수 있는 깊이가 1mm 정도로 매우 낮다는 문제가 있었다.
본 발명은 소동물에 대한 광 음향 단층 영상을 획득함에 있어 광의 파장을 다중화하며, 스캔 범위를 가변 가능하게 구성하고, 광 음향 영상의 해상도도 손쉽게 변경할 수 있게 하는 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치는, 레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 생성부; 레이저 빔을 제공받아 링 형태로 가변하여 출사하는 구 원뿔형 렌즈; 상기 구 원뿔형 렌즈가 출사하는 링 형태의 레이저 빔을 제공받아 미리 정해둔 위치로 집중시켜 제공함과 아울러, 상기 링 형태의 레이저 빔의 중앙부분에 위치하여 상기 레이저 빔이 집중되어 제공되는 위치로부터 발생되는 광 음향 신호를 검출하는 광 조사 및 광 음향 신호 수신부들; 광 음향 신호의 전달매체를 수용하며, 상기 전달매체 내에 상기 광 조사 및 광 음향 신호 수신부들 중 선택된 어느 하나가 위치되는 워터 탱크; 상기 워터 탱크내의 광 조사 및 광 음향 신호 수신부 및 상기 구 원뿔형 렌즈를 XY 방향으로 이동시켜 상기 레이저 빔이 집중되어 제공되는 위치를 이동시키는 스캐닝 스테이지; 상기 광 조사 및 광 음향 신호 수신부가 검출한 광 음향 신호를 증폭하는 증폭기; 및 상기 증폭기에 의해 증폭된 광 음향 신호로부터 광 음향 정보를 획득하는 DAQ부;를 구비하며, 상기 미리 정해둔 위치에는 소동물이 거치됨을 특징으로 한다.
이러한 본 발명은 소동물에 대한 광 음향 단층 영상을 획득함에 있어 광의 파장을 다중화하며, 스캔 범위를 가변 가능하게 구성하고, 광 음향 영상의 해상도도 손쉽게 변경할 수 있게 하여 사용자의 편이성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치의 구성도.
도 2는 도 1의 광 조사 및 광 음향 신호 수신부의 상세 구성도.
도 3 및 도 4는 도 1의 제1워터 탱크의 상세 구성도.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치의 실제 구성 예를 도시한 도면.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 광 음향 영상정보를 예시한 도면.
도 8은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치의 구성도.
도 2는 도 1의 광 조사 및 광 음향 신호 수신부의 상세 구성도.
도 3 및 도 4는 도 1의 제1워터 탱크의 상세 구성도.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치의 실제 구성 예를 도시한 도면.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 광 음향 영상정보를 예시한 도면.
도 8은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치의 구성도.
광 음향 단층 촬영 기술은 광학 시스템과 초음파 시스템이 결합된 영상 처리 방법으로, 광 음향 효과에 의해 빛 에너지를 흡수한 생체 조직이 열 탄성 팽창을 함에 따라 발생하는 광 음향 신호를 초음파 트랜스듀서를 이용하여 획득한 후에 신호 처리를 하여 단층 영상을 만든다.
이러한 광 음향 단층 촬영 장치는 비침습적으로 생체 조직의 광 흡수도 차이에 따른 영상을 얻을 수 있다. 또한 초음파 트랜스듀서의 주파수를 바꾸어 원하는 해상도의 영상을 얻을 수 있다.
이러한 광 음향 단층 촬영 장치는 초음파 영상 기술과는 달리 영상에 스펙클이 나타나지 않으며, CT나 PET와 다르게 방사선을 이용하지 않아 안전하고 MRI에 비해 싸고 빠르게 영상을 획득할 수 있게 한다. 또한 광을 이용함에도 불구하고 5cm 이상의 깊이에 대해서도 영상 획득이 가능하다.
이에 본 발명은 소동물에 대한 광 음향 단층 영상을 획득함에 있어 광의 파장을 다중화하며, 스캔 범위를 가변 가능하게 구성하고, 광 음향 영상의 해상도를 변경할 수 있게 함으로써, 원하는 광 음향 단층 영상을 빠르고 쉽고 획득할 수 있게 한다.
이러한 본 발명에 따른 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
<제1실시예>
본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 제1소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치의 구성을 도 1을 참조하여 설명한다.
상기 제1소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치(100)는 제1사용자 단말기(200)와 연결되어 제1대물대(132)에 거치된 소동물 전체 또는 일부에 대한 광 음향 정보를 획득하여 상기 제1사용자 단말기(200)로 제공한다.
상기한 제1소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치(100)는 제1레이저(102)와 제1이동단(104)과 제1튜너블 OPO 레이저(tunable optical parametric oscillator)(110)와 제2이동단(111)과 제5프리즘(117)과 제6프리즘(118)과 구 원뿔형 렌즈(spherical conical lens)(120)와 다수의 광 조사 및 광 음향 신호 수신부(122,1221~122N)와 제1워터 탱크(126)와 제1스캐닝 스테이지(128)와 제1기구구동부(130)와 제1대물대(132)와 제1증폭기(134)와 제1DAQ부(136)와 제1워터 탱크 Z축 이송부(140)와 제1대물대 Z축 이송부(142)와 제1구 원뿔형 렌즈 및 광 조사 및 광 음향 신호 수신부 Z축 이송부(144)로 구성된다.
상기 제1레이저(102)는 Nd: YAG PUMP LASER로서, 532nm 또는 1064nm 레이저 빔을 생성하여 출사한다. 여기서, 제1레이저(102)에서 생성된 레이저 빔을 편의상 제1레이저 빔이라 칭한다.
상기 제1이동단(104)은 상기 제1레이저(102)의 레이저 빔 출사면에 위치하며 사용자의 의사에 따라 삽입 또는 제거 가능하며, 사용자에 의해 삽입되는 경우에 상기 제1레이저(102)가 출사하는 제1레이저 빔의 경로를 변경하여 제5프리즘(117)을 거쳐 제6프리즘(118)으로 제공한다. 이 경우, 제2이동단(111)은 사용자에게 의해 제거된다.
상기 제1이동단(104)은 제1 및 제2프리즘(106,108)으로 구성되며, 상기 제1프리즘(106)은 상기 제1레이저(102)의 레이저 빔 출사 경로 상에 대향되게 설치되어 상기 제1레이저 빔을 미리 정해둔 방향으로 반사시켜 제2프리즘(108)으로 전달한다. 그리고 상기 제2프리즘(108)은 상기 제1프리즘(106)에 의해 제공되는 제1레이저 빔을 미리 정해둔 방향으로 반사시켜 제5프리즘(117)으로 전달한다. 상기 제5프리즘(117)은 상기 제1레이저 빔을 미리 정해둔 방향으로 반사시켜 제6프리즘(118)으로 전달하고, 상기 제6프리즘(118)은 상기 제1이동단(104)과 제5프리즘을 통해 전달되는 제1레이저(102)로부터의 제1레이저 빔을 구 원뿔형 렌즈(120)로 제공한다.
이와 달리 사용자의 요청에 따라 상기 제1이동단(104)이 제거된 상태에서 제2이동단(111)이 삽입되었다면, 상기 제1레이저(102)로부터의 제1레이저 빔은 제1튜너블 OPO 레이저(110)에 입사된다.
상기 제1튜너블 OPO 레이저(110)는 532nm 또는 1064nm의 제1레이저 빔을 제공받아 파장을 가변하여 680nm 내지 1,000nm 범위의 가변 파장 레이저 빔을 생성하여 제2이동단(111)으로 출력한다. 여기서 제1튜너블 OPO 레이저(110)에서 생성된 레이저 빔을 편의상 제2레이저 빔이라 칭한다.
상기 제2이동단(111)은 상기 제1튜너블 OPO 레이저(110)로부터의 제2레이저 빔을 제공받아 상기 제5프리즘(117)을 거쳐 제6프리즘(118)으로 제공한다. 이러한 제2이동단(111)은 제3 및 제4프리즘(112,116)과 제1시준 렌즈(114)로 구성된다. 상기 제3프리즘(112)은 상기 제1튜너블 OPO 레이저(110)의 레이저 빔 출사 경로 상에 대향되게 설치되어 상기 제2레이저 빔을 미리 정해둔 방향으로 반사시켜 제4프리즘(116)으로 전달한다. 상기 제4프리즘(116)은 상기 제2레이저 빔을 제공받아 미리 정해둔 방향으로 반사시켜 제5프리즘(117)을 거쳐 제6프리즘(118)으로 전달한다. 그리고 상기 제1시준 렌즈(114)는 제3 및 제4프리즘(112,116) 사이의 제2레이저 빔의 전달경로상에 위치하여 상기 제2레이저 빔의 폭이 일정하게 진행되도록 조정한다. 그리고 제6프리즘(118)은 상기 제2이동단(111) 및 제5프리즘(117)을 거쳐 전달되는 제2레이저 빔을 제공받아 구 원뿔형 렌즈(120)로 제공한다.
상기 구 원뿔형 렌즈(120)는 상기 제6프리즘(118)이 제공하는 제1 또는 제2레이저 빔을 링 모양으로 변형시킨 후에, 제1워터 탱크(126)의 중앙부분에 위치하는 광 조사 및 광 음향 신호 수신부(122)로 조사한다.
상기 제1워터 탱크(126)는 제1워터 탱크 Z축 이송부(140)를 통해 제1소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치의 하부 하우징에 장착된다. 상기 제1워터 탱크 Z축 이송부(140)는 사용자의 수조작에 따라 상기 제1워터 탱크(126)의 Z축 방향 이동을 수행한다.
상기 제1워터 탱크(126)의 상세 구성을 도시한 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 제1워터 탱크(126)는 물(304)을 수용하기 위해 상면이 개방되며 하면에는 멤브레인(308)이 장착될 개구가 형성된 직육면체의 하우징(306)과, 상기 하우징(306)에 수용되는 물(304)과, 상기 하우징(306)의 하면 중앙부분에 형성된 개구에 장착되는 멤브레인(membrane)(308)으로 구성된다. 상기 하우징(306)은 알루미늄 등이 채용될 수 있고, 상기 멤브레인(308)은 레이저 빔의 출사 및 광 음향 신호의 수신을 위해 폴리에틸렌 등이 채용될 수 있다. 여기서, 상기 멤브레인(308)은 평평하게 장착되나, 물(304)이 수용되면 물(304)의 무게에 의해 하측으로 둥글게 하강된다.
상기 제1워터 탱크(126)가 수용하고 있는 물 내에는 광 조사 및 광 음향 신호 수신부(122)가 위치하며, 그 광 조사 및 광 음향 신호 수신부(122)의 위치는 제1스캐닝 스테이지(128)에 의해 X,Y축 방향으로 이동된다.
상기한 제1워터 탱크(126)내에 수용된 물은 광 음향 신호의 전달매질로서 동작한다.
또한 상기 멤브레인(308)의 외부면에는 도 4에 도시한 바와 같이 초음파 젤(310)이 도포된다. 이와 같이 초음파 젤(310)이 도포된 상태에서, 제1대물대(132)가 상측 방향으로 이동하면 초음파 젤(310)이 도포된 소동물(320)과 상기 멤브레인(308)이 밀착되어 광 음향 신호의 전달이 더욱 효과적으로 이루어지게 된다. 여기서 상기 제1대물대(132)는 제1대물대 Z축 이송부(142)를 통한 사용자의 수조작에 의해 상측 방향으로 이동되거나 하측방향으로 이동되어 제1대물대(132)에 안착한 소동물(320)이 상기 멤브레인(308)과 밀착될 수 있게 된다.
상기 광 조사 및 광 음향 신호 수신부(122)는 광학 컨덴서와 초음파 트랜스듀서로 구성된다. 여기서, 초음파 트랜스듀서는 원하는 해상도에 따라 각기 다른 중심 주파수를 가지며, 본 발명은 상기 광학 컨덴서와 초음파 트랜스듀서가 결합되어 구성된 광 조사 및 광 음향 신호 수신부를 다수(122,1221,~,122N) 제공한다. 상기 다수의 광 조사 및 광 음향 신호 수신부(122,1221,~,122N)에 구비되는 초음파 트랜스듀서의 중심 주파수는 서로 상이하게 설정되어, 사용자가 원하는 해상도에 대응되는 중심 주파수를 가지는 초음파 트랜스듀서가 구비된 광 조사 및 광 음향 신호 수신부를 선택하여 사용할 수 있게 한다.
상기 광 조사 및 광 음향 신호 수신부(122)는 도 2에 도시한 바와 같이 링 형태의 광학 콘덴서(300)와 그 광학 콘텐서(300)의 중앙 부분에 위치하는 초음파 트랜스듀서(302)로 구성된다. 상기 링 형태의 광학 콘덴서(300)는 상기 구 원뿔형 렌즈(120)가 제공하는 링 형태의 레이저 빔을 집중시켜 소동물로 조사한다. 그 집중된 레이저 빔을 제공받은 소동물이 발생하는 광 음향 신호는 상기 초음파 트랜스듀서(302)로 입력된다.
상기한 바와 같이 본 발명은 소동물로부터 발생되는 광 음향 신호를 효과적으로 수신하기 위해 초음파 트랜스듀서(302)를 소동물의 상면에 대향되게 위치시킴과 아울러 소동물로 레이저 빔이 효율적으로 전달되게 하기 위해 상기 초음파 트랜스듀서(302)의 둘레에 링 형태로 변환된 레이저 빔을 조사하고, 그 링 형태의 레이저 빔이 광학콘덴서(300)에 의해 소동물에 집중되어 조사되게 한다.
상기 초음파 트랜스듀서(302)는 상기 소동물로부터 발생되는 광 음향 신호를 검출하여 제1증폭기(134)로 제공한다.
상기 제1증폭기(134)는 상기 광 음향 신호를 증폭하여 제1DAQ(Data Acquisition)부(136)로 제공한다.
상기 제1DAQ(Data Acquisition)부(136)는 증폭된 광 음향 신호를 제공받아 이미지 프로세싱에 필요한 광 음향 정보를 획득하고, 그 광 음향 정보를 제1사용자 단말기(200)로 제공하여 소동물에 대한 광 음향 단층 이미지를 생성하도록 한다.
상기 제6프리즘(118) 및 구 원뿔형 렌즈(120)와 광 조사 및 광 음향 신호 수신부(122)는 제1스캐닝 스테이지(128)에 의해 이동되며, 상기 제1스캐닝 스테이지(128)는 X축 방향으로의 이동을 담당하는 X축 이동부(128X)와 Y축 방향으로의 이동을 담당하는 Y축 이동부(128Y)로 구성된다. 이러한 제1스캐닝 스테이지(128)는 제1사용자 단말기(200)를 통해 사용자가 지정한 영역, 예를 들면 소동물이 위치하는 전체영역 또는 소동물 내의 소영역에 대해 광 음향 단층 이미지를 획득할 수 있도록 상기 제6프리즘(118) 및 구 원뿔형 렌즈(120)와 광 조사 및 광 음향 신호 수신부(122)를 X축 및 Y축 방향으로 이동시킨다.
그리고 상기 구 원뿔형 렌즈(120)와 광 조사 및 광 음향 신호 수신부(122)는 구 원뿔형 렌즈 및 광 조사 및 광 음향 신호 수신부 Z축 이송부(144)를 통한 사용자 수조작에 의해 Z축 방향으로 이송된다. 이러한 구 원뿔형 렌즈 및 광 조사 및 광 음향 신호 수신부 Z축 이송부(144)는 제6프리즘(118)으로부터의 레이저 빔에 대한 전달경로에서 벗어나지 않도록 제1스캐닝 스테이지(128)에 설치된다.
이와 같이 제6프리즘(118), 구 원뿔형 렌즈(120) 및 광 조사 및 광 음향 신호 수신부(122)가 X축 및 Y축 방향으로 이동하고, 구 원뿔형 렌즈(120) 및 광 조사 및 광 음향 신호 수신부(122)가 Z축 방향으로 이동하면서, 광 음향 단층 영상정보를 획득한다. 이로서 상기 제1대물대(132)에 거치된 소동물에 대한 스캔이 이루어진다.
상기 제1기구구동부(130)는 상기 제1사용자 단말기(200)를 통한 스캐닝 스테이지 구동명령에 따라 상기 제1스캐닝 스테이지(128)를 구동한다.
상기 제1사용자 단말기(200)는 상기 제1소동물 다파장 다중 스케일 광 음향 단층 촬영 장치(100)가 제공하는 광 음향 정보를 제공받아 광 음향 단층 영상정보를 생성하고, 이를 표시하여 사용자에게 안내한다. 또한 상기 제1사용자 단말기(200)는 사용자의 요청에 따라 제1대물대(132)의 스캐닝 영역을 설정하고, 설정된 스캐닝 영역에 대한 스캐닝을 위해 스캐닝 스테이지 이동명령을 상기 제1소동물 다파장 다중 스케일 광 음향 단층 촬영 장치(100)에 제공한다.
<제1실시예에 따른 제1소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치의 실제구성예 >
본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 제1소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치의 실제 구성예를 도 5를 참조하여 설명한다.
상기 도 5를 참조하면, 초록으로 표지된 선은 제1레이저 빔을 나타낸 것이고, 적색으로 표지된 선은 제2레이저 빔을 나타낸 것이다.
상기 제1 또는 제2레이저 빔은 구 원뿔형 렌즈(120)로 전달되고, 구 원뿔형 렌즈(120)로부터 출사된 레이저 빔은 광 조사 및 광 음향 신호 수신부(122)로 전달된다.
상기 광 조사 및 광 음향 신호 수신부(122)는 제1워터 탱크(126) 내에 위치한 상태에서, 제1거치대(132)에 거치된 소동물로부터 발생된 광 음향 신호를 수신한다. 상기 제6프리즘(118) 및 구 원뿔형 렌즈(120)와 광 조사 및 광 음향 신호 수신부(122)는 XYZ축으로 이동되어, 상기 소동물에 대한 스캐닝을 이행한다.
<초음파 트랜스듀서의 중심 주파수 변경에 따른 광 음향 단층 영상정보의 예>
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제1소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치를 이용하여 촬상한 쥐의 혈관에 대한 광 음향 단층 영상정보를 도시한 것이다. 도 6의 상단은 5MHz의 중심 주파수를 가지는 초음파 트랜스듀서가 구비된 광 조사 및 광 음향 신호 수신부를 워터 탱크 내에 삽입한 경우의 이미지로서, 해상도는 뛰어나지 않지만 10.3mm의 깊이까지 깊은 단층 이미지를 얻었다. 그리고 도 6의 하단은 40MHz의 중심 주파수를 가지는 초음파 트랜스듀서가 구비된 광 조사 및 광 음향 신호 수신부를 워터 탱크에 삽입한 경우의 이미지로서, 해상도가 뛰어나 작은 혈관까지 나타나 있지만 3.1mm의 깊이까지의 낮은 단층 이미지를 얻었다.
<레이저 빔의 파장 변경시의 광 음향 단층 영상정보의 예>
그리고 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제1소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치를 이용하여 촬상한 쥐의 광 음향 단층 영상정보를 도시한 것이다. 도 7의 (a)는 532nm, (b)는 700nm, (c)는 850nm, (d)는 1064nm의 파장을 가지는 레이저 빔을 이용한 것이다. 도 7의 (a) 내지 (d) 각각의 영상에서 쥐의 장기 및 혈관이 나타나 있다. 특히 532nm의 경우에는 피로 광흡수가 가장 잘되는 파장이기 때문에 혈관에서 강한 신호가 나오지만 침투 깊이가 얕아 피부 표면의 혈관이 많이 나타나 있다. 그리고 피의 다른 광흡수 피크인 850nm에서는 혈관과 장기 모두 잘 나타나있다. 상기 도 7에서 H는 머리 방향을 나타내고 T는 꼬리 방향을 나타낸다. 그리고 도 7에서 1은 하행 대동맥(descending aorta), 2는 신장(kidney), 3은 비장(spleen), 4는 늑골 혈관(intercostal vessels), 5는 장간막 혈관(cranial mesenteric vessels), 6은 대퇴부 혈관(femoral vessels), 7은 요측피 혈관(cephalic vessels), 8은 팔 혈관(brachial vessels), 9는 간(liver), 10은 맹장(cecum), 11은 측면 가장자리 혈관(lateral marginal vessels), 12는 슬와 혈관(popliteal vessels), 13은 포유 혈관(mammalian vessels)이다.
<제2실시예>
본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 제2소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치의 구성을 도 8을 참조하여 설명한다.
상기 제2소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치(400)는 제2사용자 단말기(500)와 연결되어 제2대물대(428)에 거치된 소동물 전체 또는 일부에 대한 광 음향 정보를 획득하여 상기 제2사용자 단말기(500)로 제공한다.
상기한 제2소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치(400)는 제2레이저(402)와 제3이동단(404)과 제2튜너블 OPO 레이저(tunable optical parametric oscillator)(410)와 제4이동단(412)과 제11프리즘(419)과 제12프리즘(420)과 원통형 렌즈(cylindrical lens)(422)와 제2워터 탱크(424)와 제2대물대(428)와 제1 내지 제N초음파 트랜스듀서(4261~426N)와 제2 내지 제N+1증폭기(4301~430N)와 제2 내지 제N+1DAQ부(4321~432N)와 제2스캐닝 스테이지(434)와 제2기구구동부(436)와 제2워터뱅크 Z축 이송부(425)와 제2대물대 Z축 이송부(438)와 원통형 렌즈 및 제1 내지 제N초음파 트랜스듀서 Z축 이송부(440)로 구성된다.
상기 제2레이저(402)는 Nd:YAG PUMP LASER로서, 532nm 또는 1064nm의 레이저 빔을 생성하여 출사한다. 여기서 제2레이저(402)에서 생성된 레이저 빔을 편의상 제3레이저 빔이라 칭한다.
상기 제3이동단(404)은 상기 제2레이저(402)의 레이저 빔 출사면에 위치하며 사용자의 의사에 따라 삽입 또는 제거 가능하며, 사용자에 의해 삽입되는 경우에 상기 제2레이저(402)가 출사하는 제3레이저 빔의 경로를 변경하여 제11프리즘(419)을 거쳐 제12프리즘(420)으로 제공한다. 이 경우 제4이동단(412)은 사용자에게 의해 제거된다.
상기 제3이동단(404)은 제7 및 제8프리즘(406,408)으로 구성되며, 상기 제7프리즘(406)은 상기 제2레이저(402)의 레이저 빔 출사 경로 상에 대향되게 설치되어 상기 제3레이저 빔을 미리 정해둔 방향으로 반사시켜 제8프리즘(408)으로 전달한다. 그리고 상기 제8프리즘(408)은 상기 제7프리즘(406)에 의해 반사되어 제공되는 제3레이저 빔을 미리 정해둔 방향으로 반사시켜 제11프리즘(419)을 거쳐 제12프리즘(420)으로 제공한다. 이 경우, 상기 제12프리즘(420)은 상기 제3이동단(404) 및 제11프리즘(419)을 통해 전달되는 제2레이저(402)로부터의 제3레이저 빔을 제공받아 원통형 렌즈(422)로 제공한다.
이와 달리 사용자의 조작에 따라 상기 제3이동단(404)이 제거된 상태에서 제4이동단(412)이 삽입되었다면, 상기 제2레이저(402)로부터의 제3레이저 빔은 제2튜너블 OPO 레이저(410)에 입사된다.
상기 제2튜너블 OPO 레이저(410)는 532nm 또는 1064nm의 제3레이저 빔을 제공받아 파장을 가변하여 680nm에서 1,000nm 범위의 가변 파장 레이저 빔을 생성하여 제4이동단(412)으로 출력한다. 여기서, 제2튜너블 OPO 레이저(410)에서 생성된 레이저 빔을 편의상 제4레이저 빔이라 칭한다.
상기 제4이동단(412)은 상기 제2튜너블 OPO 레이저(410)로부터의 제4레이저 빔을 제공받아 상기 제11프리즘(419)을 거쳐 제12프리즘(420)으로 제공한다. 이러한 제4이동단(412)은 제9 및 제10프리즘(414,418)과 제2시준 렌즈(416)로 구성된다. 상기 제9프리즘(414)은 상기 제2튜너블 OPO 레이저(410)의 레이저 빔 출사 경로 상에 대향되게 설치되어 상기 제4레이저 빔을 미리 정해둔 방향으로 반사시켜 제10프리즘(418)으로 전달한다. 상기 제10프리즘(418)은 상기 제4레이저 빔을 제공받아 미리 정해둔 방향으로 반사시켜 상기 제11프리즘(419)을 거쳐 제12프리즘(420)으로 전달한다. 그리고 상기 제2시준 렌즈(416)는 제9 및 제10프리즘(414,418) 사이의 제4레이저 빔의 전달 경로 상에 위치하여 상기 제4레이저 빔의 폭이 일정하게 진행되도록 조정한다. 그리고 제12프리즘(420)은 상기 제4이동단(412) 및 제11프리즘(419)을 통해 전달되는 제4레이저 빔을 제공받아 원통형 렌즈(422)로 제공한다.
상기 원통형 렌즈(422)는 상기 제12프리즘(420)이 제공하는 제3 또는 제4레이저 빔을 선 형태로 변형시켜 제2대물대(428)에 거치된 소동물로 조사한다.
상기 소동물의 상면에는 제2워터 탱크(424)가 위치하며, 상기 제2워터 탱크(424)는 하면에 멤브레인이 장착된 물을 수용하는 하우징으로 형성되며, 상기 멤브레인이 상기 소동물과 밀착되도록 상기 제2워터 탱크(424)와 제2대물대(428)는 Z축 방향으로 이송된다. 이 경우 상기 멤브레인과 상기 소동물 사이에는 초음파 젤이 도포된다.
특히, 상기 제2워터 탱크(424)는 직렬 배열된 다수의 초음파 트랜스듀서(4261~426N)가 X축 또는 Y축 방향으로 이동할 수 있는 크기로 정해지며, 상기 멤브레인 역시 상기 다수의 초음파 트랜스듀서(4261~426N)의 이동영역을 고려하여 그 크기가 결정된다.
상기 다수의 초음파 트랜스듀서(4261~426N)는 직렬 배열된 상태에서 선형태의 레이저 빔이 소동물로 조사됨에 따라 그 소동물로부터 발생되는 광 음향 신호를 검출하고, 이를 각각 제2 내지 제N+1증폭기(4301~430N)로 제공한다.
상기 제2 내지 제N+1증폭기(4301~430N)는 상기 다수의 초음파 트랜스듀서(4261~426N)로부터의 광 음향 신호를 각각 증폭하여 제2 내지 제N+1DAQ부(4321~432N)에 각각 제공한다.
상기 제2 내지 제N+1DAQ부(4321~432N)는 상기 제2 내지 제N+1증폭기(4301~430N)로부터의 증폭된 광 음향 신호를 각각 제공받아 이미지 프로세싱에 필요한 광 음향 정보들을 획득하고, 그 광 음향 정보들을 제2사용자 단말기(500)로 제공하여 소동물에 대한 광 음향 단층 이미지를 생성하게 한다.
상기 제12프리즘(420), 원통형 렌즈(422) 및 다수의 초음파 트랜스듀서(4261~426N)는 제2스캐닝 스테이지(434)에 의해 이동되며, 상기 제2스캐닝 스테이지(434)는 X축 방향으로의 이동을 담당하는 X축 이동부(434X)와 Y축 방향으로의 이동을 담당하는 Y축 이동부(434Y)로 구성된다.
이러한 제2스캐닝 스테이지(434)는 제2사용자 단말기(500)를 통해 사용자가 지정한 영역, 예를 들면 소동물의 전체 또는 일부에 대해 광 음향 단층 이미지를 획득할 수 있도록 상기 제12프리즘(420), 원통형 렌즈(422) 및 다수의 초음파 트랜스듀서(4261~426N)를 수평(X) 또는 수직(Y) 방향으로 이동시킨다. 이와 같이 제12프리즘(420), 원통형 렌즈(422) 및 다수의 초음파 트랜스듀서(4261~426N)가 X축 및 Y축 방향으로 이동하면서 광 음향 단층 영상정보를 획득하며, 이로서 상기 제2대물대(428)에 거치된 소동물에 대한 스캔이 이루어진다.
그리고 상기 원통형 렌즈(422) 및 다수의 초음파 트랜스듀서(4261~426N)는 원통형 렌즈 및 다수의 초음파 트랜스듀서 Z축 이송부(440)를 사용자가 수조작하는 것을 통해 Z축 방향으로 이동된다.
그리고 제2워터 탱크(424)와 제2대물대(428)는 제2워터 탱크 Z축 이송부(425) 및 제2대물대 Z축 이송부(438)를 사용자가 수조작하는 것을 통해 Z축 방향으로 이동된다.
상기 제2기구구동부(436)는 상기 제2사용자 단말기(500)를 통한 스캐닝 스테이지 구동명령에 따라 상기 제2스캐닝 스테이지(434)를 구동한다.
상기 제2사용자 단말기(500)는 상기 제2소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치(400)가 제공하는 광 음향 정보를 제공받아 광 음향 단층 영상정보를 생성하고, 이를 표시하여 사용자에게 안내한다. 또한 상기 제2사용자 단말기(500)는 사용자의 요청에 따라 제2대물대(428)의 스캐닝 영역을 설정하고, 설정된 스캐닝 영역에 대한 스캐닝을 위해 스캐닝 스테이지 이동명령을 상기 제2소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치(400)에 제공한다.
100 : 제1소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치
102 : 제1레이저
104 : 제1이동단
110 : 제1튜너블 OPO 레이저(tunable optical parametric oscillator)
111 : 제2이동단
118 : 제6프리즘
117 : 제5프리즘
120 : 구 원뿔형 렌즈(spherical conical lens)
122,1221~122n : 다수의 광 조사 및 광 음향 신호 수신부
126 : 제1워터 탱크
128 : 제1스캐닝 스테이지
128X : X축 이동부
128Y : Y축 이동부
130 : 제1기구구동부
132 : 제1대물대
102 : 제1레이저
104 : 제1이동단
110 : 제1튜너블 OPO 레이저(tunable optical parametric oscillator)
111 : 제2이동단
118 : 제6프리즘
117 : 제5프리즘
120 : 구 원뿔형 렌즈(spherical conical lens)
122,1221~122n : 다수의 광 조사 및 광 음향 신호 수신부
126 : 제1워터 탱크
128 : 제1스캐닝 스테이지
128X : X축 이동부
128Y : Y축 이동부
130 : 제1기구구동부
132 : 제1대물대
Claims (12)
- 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치에 있어서,
레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 생성부;
레이저 빔을 제공받아 링 형태로 가변하여 출사하는 구 원뿔형 렌즈;
상기 구 원뿔형 렌즈가 출사하는 링 형태의 레이저 빔을 제공받아 미리 정해둔 위치로 집중시켜 제공함과 아울러, 상기 링 형태의 레이저 빔의 중앙부분에 위치하여 상기 레이저 빔이 집중되어 제공되는 위치로부터 발생되는 광 음향 신호를 검출하는 광 조사 및 광 음향 신호 수신부들;
광 음향 신호의 전달매체를 수용하며, 상기 전달매체 내에 상기 광 조사 및 광 음향 신호 수신부들 중 선택된 어느 하나가 위치되는 워터 탱크;
상기 워터 탱크내의 광 조사 및 광 음향 신호 수신부 및 상기 구 원뿔형 렌즈를 XY방향으로 이동시켜 상기 레이저 빔이 집중되어 제공되는 위치를 이동시키는 스캐닝 스테이지;
상기 광 조사 및 광 음향 신호 수신부가 검출한 광 음향 신호를 증폭하는 증폭기; 및
상기 증폭기에 의해 증폭된 광 음향 신호로부터 광 음향 정보를 획득하는 DAQ부;를 구비하며,
상기 미리 정해둔 위치에는 소동물이 거치됨을 특징으로 하는 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치. - 제1항에 있어서,
상기 레이저 빔 생성부는,
제1레이저 빔을 생성하는 제1레이저;
상기 제1레이저 빔을 제공받아 파장을 변경하여 제2레이저 빔을 생성하는 튜너블 OPO 레이저;
상기 제1레이저 빔 또는 상기 제2레이저 빔을 제공받아 상기 구 원뿔형 렌즈로 전달하는 하나 이상의 프리즘;
상기 제1레이저 빔이 상기 튜너블 OPO 레이저로 전달되는 경로에 삽입되거나 제거되며, 삽입되는 경우에 상기 제1레이저 빔을 상기 하나 이상의 프리즘으로 전달하는 제1이동단; 및
상기 제1이동단과 상기 하나 이상의 프리즘 사이에 삽입되거나 제거되며, 삽입되는 경우에 상기 튜너블 OPO 레이저로부터 생성되는 제2레이저를 상기 하나 이상의 프리즘으로 전달하는 제2이동단;으로 제공함을 특징으로 하는 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치. - 제1항에 있어서,
상기 광 조사 및 광 음향 신호 수신부들 각각은,
구 원뿔형 렌즈가 출사하는 링 형태의 레이저 빔을 미리 정해둔 위치로 집중시켜 출사하는 링 형태의 광학 콘덴서; 및
상기 링 형태의 광학 콘덴서의 중앙에 위치하여 상기 미리 정해둔 위치로부터 발생되는 광 음향 신호를 검출하는 초음파 트랜스듀서;로 구성됨을 특징으로 하는 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치. - 제1항에 있어서,
상기 광 조사 및 광 음향 신호 수신부들 각각에 구비되는 초음파 트랜스듀서의 중심 주파수는 서로 상이함을 특징으로 하는 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치. - 제1항에 있어서,
상기 워터 탱크의 하면은 멤브레인으로 형성되며,
상기 멤브레인은 상기 소동물과 밀착되며, 상기 멤브레인과 상기 소동물 사이에는 초음파 젤이 도포됨을 특징으로 하는 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치. - 제5항에 있어서,
상기 소동물이 거치되는 대물대가 더 구비되며,
상기 대물대 및 상기 워터 탱크에 각각 설치되며, 수조작을 통해 상기 대물대 및 상기 워터 탱크 사이가 밀착되도록 상기 대물대 및 상기 워터 탱크가 Z방향으로 이송시키는 이송부들을 더 구비함을 특징으로 하는 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치. - 제6항에 있어서,
상기 구 원뿔형 렌즈 및 상기 광 조사 및 광 음향 신호 수신부들을 수조작을 통해 Z방향으로 이송시키는 이송부를 더 구비함을 특징으로 하는 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치. - 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치에 있어서,
레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 생성부;
레이저 빔을 제공받아 선 형태로 가변하여 미리 정해둔 위치로 출사하는 원통형 렌즈;
상기 선 형태로 가변된 레이저 빔이 제공된 위치에 대향되는 위치에 나열되어, 상기 원통형 렌즈가 출사하는 선 형태의 레이저 빔을 제공되는 미리 정해둔 위치로부터 발생되는 광 음향 신호를 검출하는 다수의 초음파 트랜스듀서;
광 음향 신호의 전달 매체를 수용하며, 그 전달 매체 내에 상기 다수의 초음파 트랜스듀서가 위치되는 워터 탱크;
상기 워터 탱크내의 다수의 초음파 트랜스듀서와 상기 원통형 렌즈를 XY 방향으로 이동시켜 상기 레이저 빔이 집중되어 제공되는 위치를 이동시키는 스캐닝 스테이지;
상기 다수의 초음파 트랜스듀서 각각이 검출한 광 음향 신호를 제공받아 증폭하는 다수의 증폭기; 및
상기 다수의 증폭기 각각이 증폭한 광 음향 신호를 제공받아 그 광 음향 신호로부터 광 음향 정보를 획득하는 다수의 DAQ부;를 구비하며,
상기 미리 정해둔 위치에는 소동물이 거치됨을 특징으로 하는 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치. - 제8항에 있어서,
상기 레이저 빔 생성부는,
제1레이저 빔을 생성하는 제1레이저;
상기 제1레이저 빔을 제공받아 파장을 변경하여 제2레이저 빔을 생성하는 튜너블 OPO 레이저;
상기 제1레이저 빔 또는 상기 제2레이저 빔을 제공받아 상기 원통형 렌즈로 전달하는 하나 이상의 프리즘;
상기 제1레이저 빔이 상기 튜너블 OPO 레이저로 전달되는 경로에 삽입되거나 제거되며, 삽입되는 경우에 상기 제1레이저 빔을 상기 하나 이상의 프리즘으로 전달하는 제1이동단; 및
상기 제1이동단과 상기 하나 이상의 프리즘 사이에 삽입되거나 제거되며, 삽입되는 경우에 상기 튜너블 OPO 레이저로부터 생성되는 제2레이저를 상기 하나 이상의 프리즘으로 전달하는 제2이동단;으로 구성됨을 특징으로 하는 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치. - 제8항에 있어서,
상기 워터 탱크의 하면은 멤브레인으로 형성되며,
상기 멤브레인은 상기 소동물과 밀착되며, 상기 멤브레인과 상기 소동물 사이에는 초음파 젤이 도포됨을 특징으로 하는 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치. - 제8항에 있어서,
상기 소동물이 거치되는 대물대가 더 구비되며,
상기 대물대 및 상기 워터 탱크에 각각 설치되며, 수조작을 통해 상기 대물대 및 상기 워터 탱크 사이가 밀착되도록 상기 대물대 및 상기 워터 탱크가 Z방향으로 이송시키는 이송부들을 더 구비함을 특징으로 하는 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치. - 제8항에 있어서,
상기 원통형 렌즈 및 상기 다수의 초음파 트랜스듀서를 수조작을 통해 Z방향으로 이송시키는 이송부를 더 구비함을 특징으로 하는 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치.
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| KR1020150031646A KR101599973B1 (ko) | 2015-03-06 | 2015-03-06 | 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150031646A KR101599973B1 (ko) | 2015-03-06 | 2015-03-06 | 소동물을 위한 광 음향 단층 촬영 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101599973B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100106965A (ko) | 2007-11-13 | 2010-10-04 | 더 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 미시건 | 눈과 관련된 질환을 검출하기 위한 방법 및 장치 |
| KR20110125918A (ko) | 2010-05-14 | 2011-11-22 | 가톨릭대학교 산학협력단 | 부위별 시신경 두께 패턴을 이용한 시신경질환 자동진단 프로그램장치 및 그 프로그램방법 |
| JP2015202365A (ja) * | 2014-04-16 | 2015-11-16 | 京都府公立大学法人 | 光音響画像撮影装置及び光音響画像撮影方法 |
-
2015
- 2015-03-06 KR KR1020150031646A patent/KR101599973B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100106965A (ko) | 2007-11-13 | 2010-10-04 | 더 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 미시건 | 눈과 관련된 질환을 검출하기 위한 방법 및 장치 |
| KR20110125918A (ko) | 2010-05-14 | 2011-11-22 | 가톨릭대학교 산학협력단 | 부위별 시신경 두께 패턴을 이용한 시신경질환 자동진단 프로그램장치 및 그 프로그램방법 |
| JP2015202365A (ja) * | 2014-04-16 | 2015-11-16 | 京都府公立大学法人 | 光音響画像撮影装置及び光音響画像撮影方法 |
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