KR101609365B1 - 착탈식 oct 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 현미경이나 내시경의 구조 변화없이 간단히 장착하여 OCT 시스템을 구현할 수 있는 OCT 장치에 관한 것으로서, 광학장비의 광출력측에 장착되고, 파장 750 ~ 1300㎚ 구간을 사용하며 가변되어 상기 광출력측에 광을 조사하는 튜너블 레이저를 포함하는 광원; 상기 튜너블 레이저에서 조사된 광의 경로 상에 설치되는 제1 빔스플리터; 상기 제1 빔스플리터를 통과한 광의 경로 상에 설치되는 참조 거울; 상기 광출력측에서 출사된 광이 상기 제1 빔스플리터를 통과한 광경로 상에 설치되어, 상기 광출력측에서 출사된 광 및 상기 참조 거울에서 출사된 광의 일부는 통과시키고 일부는 반사시켜 광경로를 둘로 분리하는 제2 빔스플리터; 상기 제2 빔스플리터에서 분리된 광 중 어느 하나의 경로 상에 설치되는 적외선 대역 밴드패스필터를 포함하여 구성되는 밴드패스필터 유닛 및 상기 적외선 대역 밴드패스필터 후방에 설치되는 적외선 이미지 디텍터와 상기 제2 빔스플리터에서 분리된 광 중 다른 하나의 경로 상에 설치되는 가시선 이미지 디텍터로 구성된다.

Description

착탈식 OCT 장치 {REMOVABLE OPTICAL COHERENCE TOMOGRAPHY APPARATUS}
본 발명은 착탈식 OCT 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 현미경이나 내시경의 구조 변화없이 간단히 장착하여 OCT 시스템을 구현할 수 있는 OCT 장치에 관한 것이다.
OCT 장치는 적외선 대역의 광의 간섭을 이용하여, 인체의 단층 화상을 촬영할 수 있는 장치로서, 기술개발 초기에는 광경로를 기계적으로 변화시키면서 초당 수 프레임(frame) 수준의 화상을 얻을 수 있었고, 현재는 파장 가변레이저 및 고속디지타이저를 활용한 3차원 OCT 기술의 적용으로 초당 수백 프레임의 단층 영상을 촬영할 수 있는 수준에 이르게 되었다.
도 1에 종래의 OCT 장치 및 OCT 장치가 장착된 현미경이 도시되어 있다. 종래의 OCT 장치는 현미경에 입사되는 촬영대상물의 광을 우회시켜 신호광과 비교광의 간섭신호로 단층 화상을 촬영한다.
그러나 도 1에 도시된 유형의 OCT는 신호광을 우회시키기 위하여 현미경 등의 본체와 대물렌즈(B) 사이에 OCT 장치의 일부(A, 빔스플리터 등)를 개재시켜야 하므로, 장치의 설치가 어렵고 현미경과 같은 정밀장비의 정렬(align)이 흐트러지는 문제점이 있다.
도 2에 OCT 장치가 일체로 형성된 내시경이 도시되어 있다. OCT 장치가 일체로 형성된 내시경은 OCT용 광섬유, 트랜스듀서 및 광원용 광섬유가 내시경 내부에 형성되어 내시경과 OCT 장치의 기능을 동시에 수행할 수 있다.
그러나 도 2에 도시된 유형의 일체형 OCT 장치는 기존의 일반 내시경을 모두 폐기하고 대체해야 하므로 자원의 낭비가 심하다는 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 설치 및 분리가 용이하고 현미경 등 기존 광학장비의 변경을 최소화한 착탈식 OCT 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치는 광학장비의 광출력측에 장착되는 착탈식 OCT 장치로서, 파장 750 ~ 1300㎚ 구간을 사용하며 가변되어 상기 광출력측에 광을 조사하는 튜너블 레이저를 포함하는 광원; 상기 튜너블 레이저에서 조사된 광의 경로 상에 설치되는 제1 빔스플리터; 상기 제1 빔스플리터를 통과한 광의 경로 상에 설치되는 참조 거울; 상기 광출력측에서 출사된 광이 상기 제1 빔스플리터를 통과한 광경로 상에 설치되어, 상기 광출력측에서 출사된 광 및 상기 참조 거울에서 출사된 광의 일부는 통과시키고 일부는 반사시켜 광경로를 둘로 분리하는 제2 빔스플리터; 상기 제2 빔스플리터에서 분리된 광 중 어느 하나의 경로 상에 설치되는 적외선 대역 밴드패스필터를 포함하여 구성되는 밴드패스필터 유닛 및 상기 적외선 대역 밴드패스필터 후방에 설치되는 적외선 이미지 디텍터와 상기 제2 빔스플리터에서 분리된 광 중 다른 하나의 경로 상에 설치되는 가시선 이미지 디텍터로 구성되는 이미지 디텍터 유닛을 포함하여 구성되고, 상기 제1 빔스플리터는 상기 튜너블 레이저에서 조사된 광의 일부는 통과시켜 상기 참조 거울로 향하도록 하고 일부는 반사시켜 상기 광출력측으로 향하도록 하며, 상기 참조 거울에서 반사된 광은 반사시키고 상기 광출력측에서 출사된 광은 통과시켜 상기 제2 빔스플리터로 향하도록 하는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치는 기존 광학장비의 광출력측에 착용하여 사용하므로 기존 광학장비의 오정렬 또는 파손의 위험이 현저히 감소된다.
또한 기존 광학장비를 유지한 채로 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치를 착용하므로 기존 광학장비의 폐기 없이 사용이 가능하다.
또한 착탈이 용이하므로 하나 이상의 광학장비에 이동 설치하여 사용할 수 있다.
도 1에 종래의 OCT 장치 및 OCT 장치가 장착된 현미경
도 2는 OCT 장치가 일체로 형성된 내시경
도 3은 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치의 제1 실시형태의 구조도
도 4는 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치의 제2 실시형태의 구조도
도 5는 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치의 제1 실시형태가 내시경에 장착된 사용상태도
도 6은 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치의 제2 실시형태가 현미경에 장착된 사용상태도
아래에서는 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치를 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치의 제1 실시형태의 구조도이다. 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치는 내시경 또는 현미경 등 광학장비의 광출력측(대안렌즈와 같은)에 장착되어 가시선 이미지 및 OCT 이미지를 동시에 획득하는 장치로서, 튜너블 레이저(10), 제1 빔스플리터(20), 참조 거울(30), 제2 빔스플리터(40); 밴드패스필터 유닛(50) 및 이미지 디텍터 유닛(60)을 포함하여 구성되고, 진동 보상기(70) 및 이미지 프로세서(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
튜너블 레이저(10)는 인체 조직을 깊이별로 단층 촬영할 수 있도록 파장을 가변(tunable)하면서 광출력측에 광을 조사하여 광학장비가 측정하고자 하는 측정대상물(인체 등)에서 적외선이 반사(광출력측에 입사된 광이 광학장비를 통해 측정대상물에 도달된다)될 수 있도록 하는 구성요소로서, 파장은 적외선 영역인 750 ~ 1300㎚ 구간에서 가변되는 것이 바람직하다. 파장이 길수록 인체 조직을 침투할 수 있는 깊이가 깊어지므로, 짧은 파장에서 긴 파장으로 파장을 변환시키면서 광을 조사함으로써 조직의 표면에서 소정 깊이까지 입체적인 간섭신호를 획득할 수 있고, 이러한 간섭신호를 영상 처리하여 OCT를 구현할 수 있다. 측정대상물에서 출사되는 가시선의 광량이 부족한 경우 튜너블 레이저(10)는 가시광을 제공할 수 있도록 하기 위하여 가시선 영역의 LED, 램프 등을 더 포함하여 구성될 수 있다.
제1 빔스플리터(20)는 튜너블 레이저(10)에서 조사된 광의 일부는 통과시켜 참조 거울(30)로 향하도록 하여 참조광(위상 기준면을 설정해주는 광)을 생성하고 일부는 반사시켜 광출력측으로 향하도록 하여 신호광(광학장치의 측정대상물에서 반사 또는 출사되어 측정대상물의 정보가 포함된 광)을 생성하며, 참조 거울(30)에서 반사된 참조광은 반사시키고 광출력측에서 출사된 신호광은 통과시켜 제2 빔스플리터(40)로 향하도록 하는 구성요소이다. 이렇게 제1 빔스플리터(20)에 의해 생성된 참조광과 신호광을 간섭시켜 측정대상물의 정보를 얻을 수 있다.
참조 거울(30)은 제1 빔스플리터(20)를 통과한 광을 반사시켜 참조광, 즉 위상이 변화된 신호광의 비교대상이 될 광을 생성하는 구성요소이다.
제2 빔스플리터(40)는 광출력측에서 출사된 광 및 참조 거울(30)에서 출사된 광의 일부는 통과시키고 일부는 반사시켜 광경로를 둘로 분리하는 구성요소이다. 제2 빔스플리터(40)는 광출력측에서 출사된 광이 제1 빔스플리터(20)를 통과한 광경로 상에 설치되므로 참조광과 신호광이 함께 입사된다. 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치는 일반 광학장비의 가시선과 튜너블 레이저(10)에 의한 적외선을 동시에 통과시키기 때문에, 가시선과 적외선을 별도로 촬영하기 위하여 적외선 이미지 디텍터(62) 및 가시선 이미지 디텍터(64)를 각각 구비하는데, 제2 빔스플리터(40)가 적외선 이미지 디텍터(62)및 가시선 이미지 디텍터(64)에 입사될 광을 분리하는 역할을 한다.
밴드패스필터 유닛(50)은 위에서 언급된 적외선 이미지 디텍터(62) 및 가시선 이미지 디텍터(64)에 입사될 광을 필터링하는 구성요소로서, 제2 빔스플리터(40)에서 분리된 광 중 어느 하나의 경로 상에 설치되는 적외선 대역 밴드패스필터(52)를 포함하고, 제2 빔스플리터(40)에서 분리된 광 중 다른 하나의 경로 상에 설치되는 가시선 대역 밴드패스필터(54)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치에서 적외선 이미지 디텍터(62)는 적외선 대역의 전자기파만 신호로 받아들여야 하므로 적외선 대역을 투과시키는 적외선 대역 밴드패스필터(52)가 구비되어야 한다. 가시선 대역 밴드패스필터(54)는 선택적 구성요소로서 일반적으로 CCD 또는 CMOS 이미지 디텍터가 가시선 이미지를 촬영하는데 충분하므로 적외선 대역의 광을 제외함으로써 가시선 이미지의 순도를 높이고자 할 때 구비될 수 있다.
이미지 디텍터 유닛(60)는 적외선 이미지 디텍터(62) 및 가시선 이미지 디텍터(64)를 포함하여 구성되고, 광의 진행방향을 기준으로 적외선 이미지 디텍터(62)는 적외선 대역 밴드패스필터(52) 후방에 설치되고, 가시선 이미지 디텍터(64)는 제2 빔스플리터(40) 또는 가시선 대역 밴드패스필터(54) 후방에 설치된다. 여기서 제2 빔스플리터(40) 후방은 제1 빔스플리터(20)에서 분리된 광 중 적외선 이미지 디텍터(62)에 입사되는 광이 아닌 다른 광의 진행 경로 상을 의미한다.
적외선 이미지 디텍터(62)는 750 ~ 1300㎚ 파장 구간에서 적외선 이미지를 촬영해야 하므로, 파장 구간에 따라 다른 타입의 이미지 디텍터가 사용된다. 구체적으로는, 750 ~ 1100㎚ 파장 구간에서는 가시선 이미지 디텍터(64)와 동일하게 일반 CCD 또는 CMOS 이미지 디텍터가 사용될 수 있다. 단, 1100㎚ 이상의 파장 구간의 적외선은 일반 CCD 또는 CMOS 이미지 디텍터가 검출할 수 없으므로, InGaAs 이미지 디텍터가 사용된다. 가시선 이미지 디텍터(64)는 일반적인 디지털 카메라 등에 사용되는 이미지 디텍터로서, CCD 또는 CMOS 이미지 디텍터가 사용된다.
적외선 이미지 디텍터(62)는 복수 개가 구비되어 OCT 이미지의 품질을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 2 개의 적외선 이미지 디텍터(62)를 설치하고 촬영 시간의 동기를 맞추어 촬영하는 경우 단위 시간당 2 배의 이미지를 얻을 수 있으므로 고품질의 OCT 영상을 얻을 수 있다. 또는 동일한 품질의 이미지를 얻고자 하는 경우 촬영 시간을 절반으로 단축할 수 있어 진동에 의한 영향을 덜 받기 때문에, 진동 보상기(70)의 성능에 대한 제약으로부터 다소 자유로울 수 있다.
가시선 이미지 디텍터(64)는 대안렌즈일 수 있다. 사람의 눈도 일종의 가시선 이미지 디텍터(64)라 할 수 있으므로, 대안렌즈를 통해 가시선 이미지를 보면서 적외선 이미지 디텍터(62)로 적외선 이미지를 촬영할 수 있는 OCT 장치의 구현이 가능하다. 이러한 경우 사람의 눈이 가시선 대역 밴드패스필터(54) 역할을 하므로, 가시선 대역 밴드패스필터(54)를 제거함으로써 OCT 장치의 구성을 단순하게 할 수 있다.
진동 보상기(70)는 렌즈 또는 이미지 디텍터 유닛(60)의 진동을 보상하는 구성요로로서, 진동을 측정하여 렌즈 또는 이미지 디텍터 유닛(60)의 진동을 기계적으로 보상하는 액추에이터(하드웨어 타입) 또는 측정된 이미지를 매칭시켜 영상 보정을 통해 진동을 보상하는 프로세서(소프트웨어 타입)일 수 있다. 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치에서 진동 보상이 필요한 이유는 OCT 장치의 특성상 파장을 가변시켜 가면서(즉, 촬영의 깊이를 가변시켜 가면서) 복수 개의 이미지를 짧은 시간에 촬영하게 되는데, 이때 진동이나 위치의 변동이 발생되면 입체 영상에 오차가 발생되기 때문이다. 하드웨어 타입 진동 보상기(70)는 실제 진동 자체를 물리적으로 상쇄시키는 것이고, 소프트웨어 타입 진동 보상기(70)는 진동에 의해 이미지에 발생된 오차를 이미지 프로세싱에 의해 보상하는 것이라 보면 된다.
이미지 프로세서(미도시)는 이미지 디텍터 유닛(60)에 연결되어 이미지 디텍터 유닛(60)에서 획득된 가시선 이미지 및 적외선 이미지의 영상 처리를 수행하는 구성요소이다. 이미지 프로세서의 구체적인 형태로는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 디지털 신호처리기(DSP), ARM 등이 있다.
도 4는 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치의 제2 실시형태의 구조도이다. 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치는 양안용 광학장비의 광출력측에 장착되는 착탈식 OCT 장치로서, 튜너블 레이저(10), 한 쌍의 제1 빔스플리터(20), 참조 거울(30), 한 쌍의 제2 빔스플리터(40), 한 쌍의 밴드패스필터 유닛(50) 및 한 쌍의 이미지 디텍터 유닛(60)을 포함하여 구성되고, 진동 보상기(70) 및 이미지 프로세서를 더 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치의 제2 실시형태는 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치의 제1 실시형태 2개를 병렬 결합하여 양안용, 즉 스테레오 시스템(stereo system)으로 구성한 것이라 할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치의 제2 실시형태는 현미경과 같은 장치에 유용하다.
적외선과 가시선을 분리해서 촬영해야 하므로, 제1 빔스플리터(20), 제2 빔스플리터(40), 밴드패스필터 유닛(50) 및 이미지 디텍터 유닛(60)은 각각 한 쌍이 구비된다. 튜너블 레이저(10)는 한 쌍이 구비될 수도 있으나 동일 광선을 촬영대상물에 조사하는 것이 바람직하므로 하나만 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 참조 거울(30)은 한 쌍으로 구성되어 각각 제1 빔스플리터(20) 후방에 설치될 수도 있고, 하나의 양면 거울이 설치될 수도 있다. 진동 보상기(70) 및 이미지 프로세서는 이미지 디텍터 유닛(60) 각각에 하나씩 한 쌍이 구비되거나, 한 쌍의 이미지 디텍터 유닛(60) 전체에 하나가 구비될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치의 제1 실시형태가 내시경에 장착된 사용상태도이고, 도 6은 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치의 제2 실시형태가 현미경에 장착된 사용상태도이다. 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치(100)가 내시경, 현미경 등의 기존 광학장비에 쉽게 착탈될 수 있음을 알 수 있다.
10 튜너블 레이저 20 제1 빔스플리터
30 참조 거울 40 제2 빔스플리터
50 밴드패스필터 유닛 52 가시선 밴드패스필터
54 적외선 밴드패스필터 60 이미지 디텍터 유닛
62 가시선 이미지 디텍터 64 적외선 이미지 디텍터
50 진동 보상기 60 이미지 프로세서
100 본 발명에 따른 착탈식 OCT 장치

Claims (15)

  1. 파장을 가변하여 광을 조사하는 튜너블 레이저;
    상기 튜너블 레이저에서 조사된 광의 경로 상에 설치되는 제1 빔스플리터; 및
    상기 제1 빔스플리터를 통과한 광의 경로 상에 설치되는 참조 거울
    을 포함하는 착탈식 OCT 장치이고,
    상기 튜너블 레이저는 광학장치의 광출력측에 광을 조사하고,
    상기 착탈식 OCT 장치는 상기 광학장치의 광출력측에 장착되는 착탈식 장치인 것을 특징으로 하는,
    착탈식 OCT 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 튜너블 레이저는, 파장이 750 ~ 1300㎚ 구간인 레이저를 사용하는 것을 특징으로 하는,
    착탈식 OCT 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 광출력측에서 출사된 광이 상기 제1 빔스플리터를 통과한 광의 경로 상에 설치되는 제2 빔스플리터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    착탈식 OCT 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    밴드패스 필터 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    착탈식 OCT 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 밴드패스 필터 유닛은, 상기 제2 빔스플리터에서 분리된 광 중 제1 경로 상에 설치되는 가시선 대역 밴드패스 필터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는,
    착탈식 OCT 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 가시선 밴드패스 필터의 후방에 배치되는 가시선 이미지 디텍터를 포함하는 이미지 디텍터 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    착탈식 OCT 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 가시선 이미지 디텍터가 대안렌즈인 것을 특징으로 하는,
    착탈식 OCT 장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 밴드패스 필터 유닛은, 상기 제2 빔스플리터에서 분리된 광 중 제2 경로 상에 설치되는 적외선 대역 밴드패스 필터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는,
    착탈식 OCT 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 적외선 밴드패스 필터의 후방에 배치되는 적외선 이미지 디텍터를 포함하는 이미지 디텍터 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    착탈식 OCT 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 이미지 디텍터는 복수의 적외선 이미지 디텍터를 구비하는 것을 특징으로 하는,
    착탈식 OCT 장치.
  11. 청구항 6 또는 청구항 9 에 있어서,
    상기 이미지 디텍터 유닛의 진동을 보상하는 진동 보상기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는,
    착탈식 OCT 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 진동 보상기는 진동을 측정하여 상기 이미지 디텍터 유닛의 진동을 기계적으로 보상하는 액추에이터인 것을 특징으로 하는,
    착탈식 OCT 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 진동 보상기는 측정된 이미지를 매칭시켜 영상 보정을 통해 진동을 보상하는 프로세서인 것을 특징으로 하는,
    착탈식 OCT 장치.
  14. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 따른 착탈식 OCT 장치 2개가 병렬 결합된, 양안용 광학장비의 광출력측에 장착되는 착탈식 OCT 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 착탈식 OCT 장치 2개 각각의 참조 거울 대신 단일한 양면 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    착탈식 OCT 장치.
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