KR101654675B1 - 광음향 물질을 이용하여 진단 영상을 생성하는 방법, 장치 및 시스템. - Google Patents

광음향 물질을 이용하여 진단 영상을 생성하는 방법, 장치 및 시스템. Download PDF

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Abstract

광음향 물질을 이용하여 진단 영상을 생성하는 방법은, 피검체에 주입된 적어도 하나 이상의 광음향 물질에 기초하여 상기 광음향 물질이 최대로 흡수하는 광의 파장 대역을 결정하는 단계; 상기 결정된 파장 대역에 대응하는 광을 상기 피검체 내의 관심 영역을 향하여 조사하고, 상기 조사된 광에 대응하는 광음향 신호를 획득하는 단계; 상기 광음향 신호를 이용하여 상기 관심 영역을 나타내는 광음향 영상을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 광음향 영상 및 상기 관심 영역에 상기 광이 조사되는 것을 표현하는 영상을 조합하여 디스플레이하는 단계;를 포함한다.

Description

광음향 물질을 이용하여 진단 영상을 생성하는 방법, 장치 및 시스템. {Method, apparatus and system for generating diagnostic image using photoacoustic material}
광음향 물질을 이용하여 진단 영상을 생성하는 방법, 장치 및 시스템에 관한다.
광음향 이미징(photoacoustic imaging)은 광흡수에 의한 선명한 대조 효과 및 초음파에 의한 높은 해상도를 심층 조직에 대해서도 제공할 수 있다. 광음향 이미징의 원리는 다음과 같다: 순간적인 레이저 펄스의 조사에 의한 국소적인 열 축적은 음파를 발생시키고, 발생된 음파는 전파되어 전통적인 초음파 이미징 스캐너에 의하여 검출된다.
광음향 이미징은 소형 동물의 암, 뇌, 심장 및 안구를 대상으로 하여 이미 상당한 수준으로 연구되어 왔다. 게다가, 여기광 검출 및 초음파 검출의 자연스러운 융합 추세에 따라, 광음향 이미징 시스템은 기존의 초음파 이미징 시스템과, 사소한 개조(예를 들어, 초음파 전송기능 제거 및 무선주파수 데이타 수집기능 추가) 만을 거친 후에, 용이하게 통합될 수 있다. 이러한 통합 시스템은 음향 검출기를 공유하기 때문에, 휴대성 및 실시간 이미징 능력과 같은, 전통적인 초음파 이미징 시스템의 이점을 제공할 수 있다.
이와 더불어, 두 방식의 이미징 모달리티(modality)의 발현을 위한 조영제가, 검출 감도 및 특이성을 향상시키기 위하여, 상당한 수준으로 탐색되고 있다. 예를 들어, 광흡수성 유기 염료, 플라즈모닉성 금 나노구조체, 및 유기 나노입자가, 다양한 생물학적 응용 분야에서의 광음향 이미징을 위하여 개발되었다.
현재로서는, 임상적으로 사용이 허가된 염료(예를 들어, 메틸렌 블루, 인도시아닌 그린, 등)를, 임상적으로 사용가능한 광음향 조영제의 유망한 후보로서, 고려해볼 수 있다. 메틸렌 블루는, 현재, 유방암 진단을 위한 광음향 림프절 트레이서로서의 사용 가능성이 조사되고 있다.
광음향 물질을 이용하여 진단 영상을 생성하는 방법, 장치 및 시스템을 제공하는 데 있다. 또한, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다. 해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
일 측면에 따른 광음향 물질을 이용하여 진단 영상을 생성하는 방법은, 피검체에 주입된 적어도 하나 이상의 광음향 물질에 기초하여 상기 광음향 물질이 최대로 흡수하는 광의 파장 대역을 결정하는 단계; 상기 결정된 파장 대역에 대응하는 광을 상기 피검체 내의 관심 영역을 향하여 조사하고, 상기 조사된 광에 대응하는 광음향 신호를 획득하는 단계; 상기 광음향 신호를 이용하여 상기 관심 영역을 나타내는 광음향 영상을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 광음향 영상 및 상기 관심 영역에 상기 광이 조사되는 것을 표현하는 영상을 조합하여 디스플레이하는 단계;를 포함한다.
다른 측면에 따른 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 상술한 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체를 포함한다.
또 다른 측면에 따른 진단 영상 생성 장치는 피검체에 주입된 적어도 하나 이상의 광음향 물질에 기초하여 상기 광음향 물질이 최대로 흡수하는 광의 파장 대역을 결정하는 결정부; 상기 결정된 파장 대역에 대응하는 광을 생성하는 광 생성부; 상기 광에 대응하는 광음향 신호를 이용하여 상기 관심 영역을 나타내는 광음향 영상 및 상기 관심 영역에 상기 광이 조사되는 것을 표현하는 영상을 생성하는 영상 생성부; 및 상기 광음향 영상 및 상기 광이 조사되는 것을 표현하는 영상을 조합하여 디스플레이하는 디스플레이부;를 포함한다.
또 다른 측면에 따른 시스템은 피검체 내의 관심 영역을 향하여 광을 조사하고, 상기 조사된 광에 대응하는 광음향 신호를 획득하는 프로브; 및 상기 피검체에 주입된 적어도 하나 이상의 광음향 물질에 기초하여 상기 관심 영역을 향하여 조사될 광을 생성하고, 상기 광음향 신호를 이용하여 상기 관심 영역을 나타내는 광음향 영상 및 상기 관심 영역에 상기 광이 조사되는 것을 표현하는 영상을 생성하고, 상기 생성된 영상들을 조합하여 디스플레이하는 진단 영상 생성 장치;를 포함한다.
상술한 바에 따르면, 복수의 서로 다른 광음향 물질들에 기초하여 복수의 광음향 영상들을 얻은 후, 각각의 영상들을 동시에 디스플레이할 수 있다.
또한, 서로 다른 컬러를 갖는 광음향 물질들을 피검체에 함께 주입하더라도 광음향 영상 상에서 각각의 광음향 물질들을 구별할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 진단 영상 생성 시스템의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 프로브의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 프로브가 획득한 광음향 신호 및 에코 신호를 이용하여 생성된 영상의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 영상 생성 장치의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 결정부가 광의 파장 대역을 결정하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 영상 생성부가 동작하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 디스플레이부가 영상을 디스플레이하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 디스플레이부가 영상을 디스플레이하는 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 영상 생성 장치의 다른 예를 도시한 구성도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 진단 영상을 생성하는 방법의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하지 않는다. 또한, 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
도 1은 일 실시예에 따른 진단 영상 생성 시스템의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 진단 영상 시스템(1)은 프로브(10) 및 영상 생성 장치(20)를 포함한다.
프로브(10)는 피검체(30) 내의 관심 영역(40)을 향하여 광을 조사하고, 상기 조사된 광에 대응하는 광음향 신호를 획득한다. 여기에서, 피검체(30)는 진단 영상을 생성하는 대상체를 의미하고, 일 예로서 환자가 해당될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광이 조사되기 전에 피검체(30)에는 광음향 물질이 주입된다. 광음향 물질은 관심 영역(40)을 향하여 조사된 광에 의하여 광음향 효과를 발생시킨다.
이하에서, 광음향 물질은 착색된 마이크로 버블을 의미하는 것으로 기재하겠으나, 이에 한정되지 않는다. 다시 말해, 조사된 광에 기초하여 광음향 효과를 나타내는 물질이라면, 제한 없이 광음향 물질에 해당될 수 있다. 이하에서 광음향 물질로 기재될 착색된 마이크로 버블은 이중 모달리티 조영제로서 초음파 및 광음향 이미징에 효과적으로 사용될 수 있다.
착색된 마이크로 버블은 염료로 착색된 지질 쉘 및 지질 쉘의 내부를 채우는 충전 가스를 포함한다. 여기에서, 염료는 프로브(10)로부터 조사된 광을 흡수한다. 광을 흡수한 염료는 염료 및 쉘의 열 퇴적(heat doposit) 현상을 야기한다. 열 퇴적에 의하여, 염료 또는 쉘은 음파를 발생한다. 예를 들어, 염료는 약 500 nm 내지 약 1,300 nm 범위의 파장을 갖는 입사광을 흡수할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
염료, 염료로 착색된 쉘, 또는 염료로 착색된 쉘의 박편으로부터 발생하는 광음향 신호는, 예를 들면, 약 1 MHz 내지 약 50 MHz의 주파수를 갖는 신호일 수 있다. 여기에서, 광음향 신호는 프로브(10)에 포함된 초음파 신호 송수신부(120)에 의하여 검출된다.
예를 들어, 염료는 아주레 블루(Azure blue), 에반스 블루(Evans blue), 인도시아닌 그린(idocyanine green), 브릴리안트 블루(brilliant blue), 나일 블루(nile blue), 메틸렌 블루(methylene blue), 또는 이들의 조합일 수 있다. 상술한 염료의 일 예들은 무독성 및 생분해성을 가질 수 있다.
염료로 착색된 쉘은 그 내부 공간에 충전 가스 및/또는 약물과 같은 충진물을 담는 용기의 역할을 한다. 충전 가스로 채워진 쉘을 갖는 마이크로 버블은 초음파를 반사하는 역할을 할 수 있다. 약물을 담고 있는 쉘을 갖는 마이크로 버블은 약물 운반자의 역할을 할 수 있다.
쉘은 그 형태가 특별히 제한되지 않으나, 통상적으로는 구형이다. 예를 들어, 쉘의 입자 크기는 약 0.5 ㎛ 내지 약 10 ㎛일 수 있다.
관심 영역(40)은 진단 영상이 생성되는 피검체(30) 내의 일정한 영역을 의미하고, 일 예로서 병변(lesion) 조직을 포함하는 영역이 해당될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다.
프로브(10)는 관심 영역(40)을 향하여 광을 조사하고, 광에 의하여 피검체에 주입된 광음향 물질에서 열팽창이 일어난다. 이러한 열팽창으로 인하여 광음향 신호가 생성되고, 프로브(10)는 광음향 신호를 수신한다. 프로브(10)가 관심 영역을 향하여 광을 조사하고, 광음향 신호를 수신하는 구체적인 내용은 도 2를 참조하여 후술한다.
도 2는 일 실시예에 따른 프로브의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 프로브(10)는 광 송신부(110), 초음파 신호 송수신부(120) 및 신호 전송부(130)를 포함한다. 도 2에 도시된 프로브(10)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 프로브(10)의 광 송신부(110), 초음파 신호 송수신부(120) 및 신호 전송부(130)는 각각 독립적인 장치로 존재할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로브(10)는 관심 영역(40)을 향하여 광을 조사하고, 조사된 광에 대응하는 광음향 신호를 획득한다. 뿐만 아니라, 만약 광음향 물질이 상술한 마이크로 버블이라고 가정하면, 프로브(10)는 관심 영역(40)을 향하여 마이크로 버블을 터뜨리기 위한 초음파 신호(이하, 제 1 초음파 신호)를 조사할 수도 있다. 또한, 프로브(10)는 관심 영역(40)을 향하여 초음파 영상을 생성하기 위한 초음파 신호(이하, 제 2 초음파 신호)를 조사하고, 조사된 제 2 초음파 신호에 대응하는 에코 신호를 획득할 수도 있다.
다시 말해, 프로브(10)는 광음향 물질이 위치한 관심 영역(40)을 나타내는 광음향 영상을 생성하기 위한 광을 조사할 수도 있고, 관심 영역(40)을 나타내는 초음파 영상을 생성하기 위한 초음파 신호를 조사할 수도 있다. 여기에서, 초음파 영상은 B 모드(brightness mode) 영상, M 모드(motion mode) 영상, 도플러 모드(doppler mode) 영상, C 모드(color mode) 영상, 탄성 모드 영상 등을 포함한다.
이하에서, 프로브(10)에 포함된 광 송신부(110), 초음파 신호 송수신부(120) 및 신호 전송부(130)의 동작 내용을 구체적으로 설명한다.
초음파 신호 송수신부(120)는 관심 영역(40)을 향하여 낮은 MI를 갖는 제 2 초음파 신호를 조사할 수 있다. 조사된 제 2 초음파 신호는 관심 영역(40) 내의 마이크로 버블로부터 반사되어 에코 신호를 생성한다.
여기에서, 제 2 초음파 신호는 낮은 MI(Mechanical Index)를 갖는다. MI는 초음파의 최저 압력과 중심 주파수를 이용하여 결정되는 수치를 의미한다. MI는 초음파로 인해 발생되는 생체 효과(bio-effect)의 정도를 나타내는 수치로서, 높은 MI일수록 생체에 미치는 효과가 더 크다. 예를 들어, 제 2 초음파 신호는 약 0.2 이상 약 0.5 미만의 범위의 낮은 MI를 가질 수 있다. 이러한 낮은 MI 조건하에서는, 광음향 물질로서 사용되는 마이크로 버블이 깨지지 않는다. 따라서, 제 2 초음파 신호가 조사된 관심 영역(40) 내의 마이크로 버블은 깨지지 않은 채 에코 신호가 생성될 수 있다.
또한, 초음파 신호 송수신부(120)는 관심 영역(40)을 향하여 높은 MI를 갖는 제 1 초음파 신호를 조사할 수 있다. 조사된 제 1 초음파 신호는 관심 영역(40) 내의 마이크로 버블을 터뜨린다. 마이크로 버블이 터지면, 마이크로 버블 내부의 충전재료(예를 들어, 충전 가스 또는 약물)가 방출되어 관심 영역(40)에 공급될 뿐만 아니라, 마이크로 버블 파편(즉, 터진 마이크로 버블)이 생성된다.
제 1 초음파 신호는 높은 MI(Mechanical Index)를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 초음파 신호는 약 0.5 내지 약 1.9 범위의 높은 MI를 가질 수 있다. 이러한 높은 MI 조건하에서는, 광음향 물질로서 사용되는 마이크로 버블이 터질 수 있다. 따라서, 마이크로 버블이 터지면서 내부 충진물을 방출되고, 동시에 마이크로 버블 파편이 생성된다.
광 송신부(110)는 관심 영역(40)을 향하여 광을 조사한다. 광 송신부(110)가 조사하는 광은 어떠한 종류의 광학적 자극 신호라도 해당될 수 있다. 후술할 영상 생성 장치(20)에 포함된 광 생성부(220)는 광 송신부(110)로부터 조사되는 광의 세기 및 광의 파장 대역을 설정할 수 있다. 광 송신부(110)가 일정한 세기 이상의 광을 관심 영역(40)을 향하여 조사하면, 관심 영역(40) 내의 마이크로 버블 파편은 광을 흡수한다. 광에 대응하는 에너지를 흡수한 마이크로 버블 파편에서 열팽창이 발생하고, 이러한 열팽창으로 인해 광음향 신호가 생성된다. 이를 광음향 효과(photoacoustic effect)라고 한다.
한편, 광 송신부(110)는 프로브(10)로부터 물리적으로 분리될 수 있고, 또는 프로브(10)의 외부에 배치될 수도 있다.
초음파 신호 송수신부(120)는 광음향 신호 및 에코 신호를 획득한다. 신호 전송부(130)는 초음파 신호 송수신부(120)가 획득한 광음향 신호 및 에코 신호를 영상 생성 장치(20)로 전송한다.
도 3은 일 실시예에 따른 프로브가 획득한 광음향 신호 및 에코 신호를 이용하여 생성된 영상의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 영상 생성 장치(20)가 프로브(10)로부터 전송받은 에코 신호를 이용하여 생성한 초음파 영상의 일 예가 도시되어 있다. 도 3의 (a)에서 초음파 영상은 B 모드 영상인 것으로 도시하였으나, M 모드 영상, 도플러 모드 영상, C 모드 영상 또는 탄성 모드 영상이 될 수도 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, 영상 생성 장치(20)가 프로브(10)로부터 전송받은 광음향 신호를 이용하여 생성한 광음향 영상의 일 예가 도시되어 있다.
도 3의 (c)를 참조하면, 영상 생성 장치(20)가 초음파 영상과 광음향 영상을 합성한 영상의 일 예가 도시되어 있다. 영상 생성 장치(20)에 포함된 영상 생성부(230)는 광음향 영상과 초음파 영상을 각각 별도로 생성하고, 상기 두 영상들을 합성한 영상을 생성할 수 있다. 따라서, 사용자는 상기 합성된 영상을 통하여 관심 영역 내의 어느 지점(310)에 광음향 물질이 위치하고 있는지를 알 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 영상 생성 장치(20)는 광음향 물질에 기초하여 관심 영역을 향하여 조사될 광을 생성한다. 또한, 영상 생성 장치(20)는 조사된 광에 대응하는 광음향 신호를 이용하여 관심 영역을 나타내는 광음향 영상 및 관심 영역에 광이 조사되는 영상을 생성한다. 또한, 영상 생성 장치(20)는 생성된 영상들을 조합하여 디스플레이한다. 영상 생성 장치(20)가 동작하는 구체적인 내용은 도 4 내지 도 10을 참조하여 후술한다.
도 4는 일 실시예에 따른 영상 생성 장치의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 4를 참조하면, 영상 생성 장치(20)는 결정부(210), 광 생성부(220), 영상 생성부(230) 및 디스플레이부(240)를 포함한다. 도 4에 도시된 영상 생성 장치(20)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 4에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 영상 생성 장치(20)의 결정부(210), 광 생성부(220) 및 영상 생성부(230)는 하나 또는 복수 개의 프로세서에 해당할 수 있다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
결정부(210)는 피검체에 주입된 적어도 하나 이상의 광음향 물질에 기초하여 광음향 물질이 최대로 흡수하는 광의 파장 대역을 결정한다. 여기에서, 파장 대역은 가시광선에 대응하는 파장 대역 중 일부 대역을 의미할 수도 있고, 가시광선을 제외한 광에 대응하는 파장 대역 중 일부 대역을 의미할 수도 있다. 일반적으로, 가시광선에 대응하는 파장 대역은 400~800nm의 파장 대역을 의미하며, 가시광선에 대응하는 파장 대역의 광에서는 특정한 컬러가 나타난다. 반대로, 가시광선을 제외한 광에 대응하는 파장 대역의 광에서는 컬러가 나타나지 않는다.
일 예로서, 결정부(210)는 광음향 물질에 기초하여 가시광선에 대응하는 파장 대역 중 일부 대역을 광의 파장 대역으로 결정할 수 있다. 결정부(210)가 광의 파장 대역을 결정하는 일 예는 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 일 실시예에 따른 결정부가 광의 파장 대역을 결정하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 광의 파장 대역에 따른 메틸렌 블루의 광 흡수율을 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 구체적으로, 메틸렌 블루는 다른 파장 대역을 갖는 광에 비하여, 650 nm 내외의 파장 대역(510)을 갖는 광을 더 많이 흡수한다. 따라서, 프로브(10)에서 조사되는 광이 650 nm 내외의 파장 대역(510)을 갖는 경우이어야 고품질의 광음향 영상이 생성될 수 있다.
예를 들어, 피검체에 주입된 광음향 물질(구체적으로, 마이크로 버블에 포함된 염료)이 메틸렌 블루라고 가정하면, 결정부(210)는 메틸렌 블루가 최대로 흡수하는 광의 파장 대역인 650nm 내외의 파장 대역(510)을 프로브(10)에서 조사될 광의 파장 대역으로 결정한다.
영상 생성 장치(20)에 구비된 저장부(미도시)에는 광음향 물질로 사용될 수 있는 염료들에 대한 정보와 각각의 염료가 최대로 흡수하는 광의 파장 대역에 대한 정보가 저장될 수 있다. 따라서, 결정부(210)는 저장부(미도시)에 저장된 정보를 이용하여 피검체(30)에 주입된 광음향 물질이 최대로 흡수하는 광의 파장 대역을 결정할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 다른 예로서, 결정부(210)는 광음향 물질에 기초하여 가시광선을 제외한 광에 대응하는 파장 대역 중 일부 대역을 광의 파장 대역으로 결정할 수 있다. 다시 말해, 결정부(210)는 저장부(미도시)에 저장된 정보를 이용하여 광음향 물질이 최대로 흡수하는 광의 파장 대역을 가시광선을 제외한 광에 대응하는 파장 대역 중 일부 대역으로 결정할 수 있다. 이 경우에, 후술할 영상 생성부(230)는 광음향 영상에서 광음향 물질의 위치에 대응하는 영역을 소정의 컬러로 표시하고, 관심 영역에 광이 조사되는 영상에서 광의 형상을 소정의 컬러로 표시한다.
광 생성부(220)는 결정된 파장 대역에 대응하는 광을 생성한다. 다시 말해, 광 생성부(220)는 결정부(210)가 결정한 파장 대역을 갖는 광 신호를 생성한다. 그리고, 광 생성부(220)는 생성된 광 신호를 프로브(10)의 광 송신부(110)로 전송한다.
영상 생성부(230)는 광에 대응하는 광음향 신호를 이용하여 관심 영역(40)을 나타내는 광음향 영상(이하, 제 1 영상)을 생성한다. 또한, 영상 생성부(230)는 관심 영역(40)에 광이 조사되는 것을 표현하는 영상(이하, 제 2 영상)을 생성한다.
구체적으로, 영상 생성부(230)는 제 1 영상을 생성할 때, 제 1 영상에서 광음향 물질의 위치에 대응하는 영역을 결정부(210)가 결정한 파장 대역에 대응하는 컬러로 표시한다. 또한, 영상 생성부(230)는 제 2 영상을 생성할 때, 제 2 영상에서 광의 형상을 결정부(210)가 결정한 파장 대역에 대응하는 컬러로 표시한다. 이하, 영상 생성부(230)가 동작하는 일 예를 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 일 실시예에 따른 영상 생성부가 동작하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에는 관심 영역(610)을 나타내는 제 1 영상, 제 2 영상 및 초음파 영상이 조합된 영상이 도시되어 있다. 도 6에서는 설명의 편의를 위하여 조합 영상을 도시한 것에 불과하고, 영상 생성부(230)는 제 1 영상, 제 2 영상 및 초음파 영상을 개별적으로 생성할 수 있다.
영상 생성부(230)는 프로브(10)로부터 전송된 광음향 신호를 이용하여 제 1 영상을 생성한다. 이때, 영상 생성부(230)는 제 1 영상에서 광음향 물질의 위치에 대응하는 영역(620)을 결정부(210)가 결정한 파장 대역에 대응하는 컬러로 표시한다. 예를 들어, 광음향 물질에 포함된 염료가 메틸렌 블루라고 가정하면, 결정부(210)가 결정한 파장 대역인 650 nm 내외의 파장 대역에 대응되는 컬러는 파란색을 의미한다. 따라서, 영상 생성부(230)는 제 1 영상에서 광음향 물질의 위치에 대응되는 영역(620)을 파란색으로 표시한다.
또한, 영상 생성부(230)는 제 2 영상을 생성한다. 예를 들어, 영상 생성부(230)는 관심 영역(610)을 향하여 광이 퍼지는 형상(630)을 제 2 영상으로 생성할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다시 말해, 관심 영역(610)에 광이 조사되는 것을 나타낸다면, 제 2 영상은 삼각형 형태로 광이 퍼지는 형상(630)을 표현한 영상에 한정되지 않는다. 이때, 영상 생성부(230)는 제 2 영상에서 광의 형상(630)을 결정부(210)가 결정한 파장 대역에 대응하는 컬러로 표시한다. 예를 들어, 광음향 물질에 포함된 염료가 메틸렌 블루라고 가정하면, 영상 생성부(230)는 제 2 영상에서 광의 형상(630)을 파란색으로 표시한다.
다시 도 5를 참조하면, 결정부(210)가 결정한 파장 대역이 가시광선을 제외한 광에 대응하는 파장 대역 중 일부 대역이 될 수도 있다. 이 경우에, 영상 생성부(230)는 제 1 영상에서 광음향 물질의 위치에 대응하는 영역을 소정의 컬러(예를 들어, 녹색)로 표시한다. 또한, 영상 생성부(230)는 제 2 영상에서 광의 형상을 소정의 컬러(예를 들어, 녹색)으로 표시한다.
상술한 바에 따르면, 영상 생성부(230)는 제 1 영상에서 광음향 물질의 위치에 대응하는 영역과 제 2 영상에서 광의 형상을 동일한 컬러로 표시한다. 따라서, 사용자는 디스플레이된 영상만으로 광음향 물질의 종류 및 프로브(10)에서 조사된 광의 파장 대역을 쉽게 인식할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 피검체(30)에 주입된 광음향 물질은 복수의 서로 다른 광음향 물질들을 포함할 수 있다. 다시 말해, 피검체(30)에는 복수의 서로 다른 광음향 물질들이 주입될 수 있다. 이 경우, 결정부(210)는 피검체에 주입된 각각의 광음향 물질들에 대하여 최대로 흡수하는 광의 파장 대역들을 결정한다. 그리고, 광 생성부(220)는 결정된 파장 대역들 각각에 대응하는 광 신호들을 생성한다. 그리고, 프로브(10)는 광 생성부(220)로부터 전송된 광 신호들을 이용하여, 순차적으로 광을 조사한다.
예를 들어, 피검체(30)에 주입된 광음향 물질이 a, b, c라고 가정하면, 결정부(210)는 a, b, c에 해당하는 3종류의 파장 대역들을 결정하고, 광 생성부(220) 각각의 파장 대역에 대응하는 3종류의 광 신호들을 생성한다. 그리고, 프로브(10)는 3종류의 광 신호들에 대응하는 3종류의 광을 순차적으로 관심 영역(40)에 조사하고, 광음향 신호를 획득한다.
따라서, 영상 생성부(230)는 피검체(30)에 주입된 광음향 물질인 a, b, c 각각에 대응하는 제 1 영상과 제 2 영상을 생성할 수 있다. 이때, 영상 생성부(230)가 제 1 영상에서 광음향 물질의 위치에 대응하는 영역과 제 2 영상에서 광의 형상을 동일한 컬러로 표시하는 것은 도 6을 참조하여 상술한 바와 같다. 이때, 각각의 광음향 물질에 대하여 생성된 제 1 영상들과 제 2 영상들이 디스플레이되는 일 예는 도 7 및 도 8을 참조하여 후술한다.
디스플레이부(240)는 광음향 영상 및 광이 조사되는 것을 표현하는 영상을 조합하여 디스플레이한다. 다시 말해, 디스플레이부(240)는 영상 생성부(230)가 생성한 제 1 영상과 제 2 영상을 조합하여 디스플레이한다. 디스플레이부(240)에는 영상 생성 장치(20)에 포함된 디스플레이 패널, LCD 화면, 모니터 등의 출력 장치가 모두 해당된다. 한편, 도 4에는 디스플레이부(240)가 영상 생성 장치(20)에 포함된 것으로 도시하였으나, 영상 생성 장치(20)와 독립된 영상 표시 장치로 구현될 수도 있다.
예를 들어, 디스플레이부(240)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 영상, 제 2 영상 및 관심 영역(40)에 대한 초음파 영상을 조합하여 디스플레이할 수 있다. 또한, 디스플레이부(240)는 제 1 영상 및 제 2 영상만을 조합하여 디스플레이할 수도 있고, 제 1 영상 및 초음파 영상만을 조합하여 디스플레이할 수도 있다. 또한, 디스플레이부(240)는 제 1 영상, 제 2 영상 및 초음파 영상을 독립적으로 디스플레이할 수도 있다.
한편, 피검체(30)에 서로 다른 복수의 광음향 물질들이 주입된 경우, 디스플레이부(240)가 영상을 디스플레이하는 일 예는 도 7 내지 도 8을 참조하여 후술한다. 도 7 내지 도 8에서는 설명의 편의를 위하여, 피검체(30)에 서로 다른 3종류의 광음향 물질들(a, b, c)이 주입된 것으로 가정한다.
도 7은 일 실시예에 따른 디스플레이부가 영상을 디스플레이하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 디스플레이부(240)에 디스플레이된 서로 다른 4개의 영상들이 도시되어 있다. 구체적으로, 좌측 상단의 영상은 관심 영역(710)을 나타내는 초음파 영상을 의미하고, 우측 상단의 영상은 초음파 영상, 광음향 물질 a에 대응하는 제 1 영상 및 광음향 물질 a에 대응하는 제 2 영상이 조합된 영상을 의미한다. 또한, 좌측 하단의 영상은 초음파 영상, 광음향 물질 b에 대응하는 제 1 영상 및 광음향 물질 b에 대응하는 제 2 영상이 조합된 영상을 의미하고, 우측 하단의 영상은 초음파 영상, 광음향 물질 c에 대응하는 제 1 영상 및 광음향 물질 c에 대응하는 제 2 영상이 조합된 영상을 의미한다.
다시 말해, 디스플레이부(240)는 각각의 광음향 물질별로 광음향 영상(즉, 제 1 영상) 및 관심 영역에 광이 조사되는 것을 표현하는 영상(즉, 제 2 영상)을 분리하여 디스플레이할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 디스플레이부가 영상을 디스플레이하는 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 디스플레이부(240)에 디스플레이된 하나의 영상이 도시되어 있다. 구체적으로, 도 8에 도시된 영상은 초음파 영상, 광음향 물질 a에 대응하는 제 1 영상, 광음향 물질 b에 대응하는 제 1 영상 및 광음향 물질 c에 대응하는 제 1 영상이 조합된 영상을 의미한다.
다시 말해, 디스플레이부(240)는 복수의 광음향 물질들 각각에 대응하는 광음향 영상들(즉, 제 1 영상들)이 조합된 영상을 디스플레이할 수 있다.
또한, 도 8에는 도시되지 않았으나, 디스플레이부(240)는 광음향 물질들 각각에 대응하는 광음향 영상들(즉, 제 1 영상들)이 조합된 영상 및 광음향 물질들 각각에 대응하는 관심 영역에 광이 조사되는 것을 표현하는 영상들(즉, 제 2 영상들)이 조합된 영상을 함께 디스플레이할 수도 있다. 이때, 디스플레이부(240)는 프로브(10)가 조사한 광의 순서에 대응하여 제 2 영상들을 순차적으로 디스플레이함으로써 제 2 영상들이 조합된 영상을 디스플레이할 수 있다.
상술한 바에 따르면, 디스플레이부(240)는 피검체(30) 내에 복수의 서로 다른 광음향 물질들이 주입된 경우에도 영상 생성부(230)에서 생성한 영상들을 조합하여 또는 독립적으로 디스플레이할 수 있다. 따라서, 사용자는 현재 각각의 광음향 물질이 위치하는 영역을 쉽게 인지할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 영상 생성 장치의 다른 예를 도시한 구성도이다.
도 9를 참조하면, 영상 생성 장치(20)는 결정부(210), 광 생성부(220), 영상 생성부(230) 및 디스플레이부(240) 뿐만 아니라 경고 신호 출력부(250)를 포함한다. 도 9에 도시된 영상 생성 장치(20)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 9에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 영상 생성 장치(20)의 결정부(210), 광 생성부(220), 영상 생성부(230) 및 경고 신호 출력부(250)는 하나 또는 복수 개의 프로세서에 해당할 수 있다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 영상 생성 장치(20)의 결정부(210), 광 생성부(220), 영상 생성부(230) 및 디스플레이부(240)에 대한 구체적인 설명은 도 4를 참조하여 상술한 바와 동일하다. 따라서, 이하에서는 자세한 설명을 생략한다.
경고 신호 출력부(250)는 광이 피검체(30) 내의 관심 영역(40)을 향하여 조사되는 시점에서 경고 신호를 출력한다. 여기에서, 경고 신호는 소정의 소리에 대응하는 신호, 소정의 문자에 대응하는 신호, 소정의 진동에 대응하는 신호, 소정의 영상에 대응하는 신호 중 어느 하나가 해당될 수 있다. 이때, 경고 신호가 소정의 문자에 대응하는 신호 또는 소정의 영상에 대응하는 신호인 경우, 경고 신호 출력부(250)는 디스플레이부(240)에 경고 신호를 전송하고, 디스플레이부(240)가 소정의 문자 또는 소정의 영상을 디스플레이할 수도 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 진단 영상을 생성하는 방법의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 진단 영상을 생성하는 방법은 도 1, 도 4 및 도 9에 도시된 시스템(1) 또는 영상 생성 장치(20)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1, 도 4 및 도 9를 참조하여 이상에서 기술된 내용은 도 10의 진단 영상을 생성하는 방법에도 적용됨을 알 수 있다.
1010 단계에서, 영상 생성 장치(20)는 피검체(30)에 주입된 적어도 하나 이상의 광음향 물질에 기초하여 광음향 물질이 최대로 흡수하는 광의 파장 대역을 결정한다.
1020 단계에서, 영상 생성 장치(20)는 결정된 파장 대역에 대응하는 광을 피검체(30) 내의 관심 영역(40)을 향하여 조사하고, 조사된 광에 대응하는 광음향 신호를 획득한다.
1030 단계에서, 영상 생성 장치(20)는 광음향 신호를 이용하여 관심 영역(40)을 나타내는 광음향 영상을 생성한다.
1040 단계에서, 영상 생성 장치(20)는 광음향 영상 및 관심 영역(40)에 광이 조사되는 것을 표현하는 영상을 조합하여 디스플레이한다.
한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 램, USB, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 프로브
20: 영상 생성 장치
210: 결정부
220: 광 생성부
230: 영상 생성부
240: 디스플레이부

Claims (24)

  1. 피검체에 주입된 복수의 서로 다른 광음향 물질들에 기초하여 상기 광음향 물질들 각각이 최대로 흡수하는 광의 파장 대역을 결정하는 단계;
    상기 결정된 파장 대역들 각각에 대응하는 광을 상기 피검체 내의 관심 영역을 향하여 조사하고, 상기 조사된 광들 각각에 대응하는 서로 다른 광음향 신호들을 획득하는 단계;
    상기 획득된 광음향 신호들을 이용하여 상기 관심 영역을 나타내는 서로 다른 광음향 영상들을 생성하는 단계; 및
    상기 각각의 광음향 물질들 별로, 상기 생성된 광음향 영상 및 상기 관심 영역에 상기 광이 조사되는 것을 표현하는 영상을 조합하여 디스플레이하는 단계;를 포함하는 복수의 광음향 물질들을 이용하여 진단 영상을 생성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정된 광의 파장 대역은 가시광선에 대응하는 파장 대역 중 일부 대역을 포함하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 디스플레이하는 단계는
    상기 광음향 영상에서 상기 광음향 물질의 위치에 대응하는 영역을 상기 결정된 파장 대역에 대응하는 컬러로 디스플레이하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 디스플레이하는 단계는
    상기 관심 영역에 상기 광이 조사되는 것을 표현하는 영상에서 상기 광의 형상을 상기 결정된 파장 대역에 대응하는 컬러로 디스플레이하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정된 광의 파장 대역은 가시광선을 제외한 광에 대응하는 파장 대역 중 일부 대역을 포함하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 디스플레이하는 단계는
    상기 광음향 영상에서 상기 광음향 물질의 위치에 대응하는 영역을 소정의 컬러로 디스플레이하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 디스플레이하는 단계는
    상기 관심 영역에 상기 광이 조사되는 것을 표현하는 영상에서 상기 광의 형상을 소정의 컬러로 디스플레이하는 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이하는 단계는
    상기 복수의 광음향 물질들 각각에 대응하는 상기 광음향 영상들이 조합된 영상 및 상기 복수의 광음향 물질들 각각에 대응하는 상기 관심 영역에 상기 광이 조사되는 것을 표현하는 영상들이 조합된 영상을 디스플레이하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광이 상기 피검체 내의 관심 영역을 향하여 조사되는 시점에서 경고 신호를 출력하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 경고 신호는 소정의 소리에 대응하는 신호, 소정의 문자에 대응하는 신호, 소정의 진동에 대응하는 신호, 소정의 영상에 대응하는 신호 중 어느 하나를 포함하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 7 항 및 제 10 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  13. 피검체에 주입된 복수의 광음향 물질들에 기초하여 상기 광음향 물질들 각각이 최대로 흡수하는 광의 파장 대역을 결정하는 결정부;
    상기 결정된 파장 대역들 각각에 대응하는 광을 생성하는 광 생성부;
    상기 생성된 광들 각각에 대응하는 광음향 신호를 이용하여 상기 피검체 내의 관심 영역을 나타내는 광음향 영상들 및 상기 관심 영역에 상기 광들 각각이 조사되는 것을 표현하는 영상들을 생성하는 영상 생성부; 및
    상기 각각의 광음향 물질들 별로, 상기 광음향 영상들 및 상기 광이 조사되는 것을 표현하는 영상들을 조합하여 디스플레이하는 디스플레이부;를 포함하는 진단 영상 생성 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 결정된 광의 파장 대역은 가시광선에 대응하는 파장 대역 중 일부 대역을 포함하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 영상 생성부는
    상기 광음향 영상에서 상기 광음향 물질의 위치에 대응하는 영역을 상기 결정된 파장 대역에 대응하는 컬러로 표시하는 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 영상 생성부는
    상기 관심 영역에 상기 광이 조사되는 것을 표현하는 영상에서 상기 광의 형상을 상기 결정된 파장 대역에 대응하는 컬러로 표시하는 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 결정된 광의 파장 대역은 가시광선을 제외한 광에 대응하는 파장 대역 중 일부 대역을 포함하는 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 영상 생성부는
    상기 광음향 영상에서 상기 광음향 물질의 위치에 대응하는 영역을 소정의 컬러로 표시하는 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 영상 생성부는
    상기 관심 영역에 상기 광이 조사되는 것을 표현하는 영상에서 상기 광의 형상을 소정의 컬러로 표시하는 장치.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 제 13 항에 있어서,
    상기 디스플레이부는
    상기 복수의 광음향 물질들 각각에 대응하는 상기 광음향 영상들이 조합된 영상 및 상기 복수의 광음향 물질들 각각에 대응하는 상기 관심 영역에 상기 광이 조사되는 것을 표현하는 영상들이 조합된 영상을 디스플레이하는 장치.
  23. 제 13 항에 있어서,
    상기 광이 상기 피검체 내의 관심 영역을 향하여 조사되는 시점에서 경고 신호를 출력하는 경고 신호 출력부;를 더 포함하고,
    상기 경고 신호는 소정의 소리에 대응하는 신호, 소정의 문자에 대응하는 신호, 소정의 진동에 대응하는 신호, 소정의 영상에 대응하는 신호 중 어느 하나를 포함하는 장치.
  24. 피검체 내의 관심 영역을 향하여 광을 조사하고, 상기 조사된 광에 대응하는 광음향 신호를 획득하는 프로브; 및
    상기 피검체에 주입된 적어도 하나 이상의 광음향 물질에 기초하여 상기 관심 영역을 향하여 조사될 광을 생성하고, 상기 광음향 신호를 이용하여 상기 관심 영역을 나타내는 광음향 영상 및 상기 관심 영역에 상기 광이 조사되는 것을 표현하는 영상을 생성하고, 상기 생성된 영상들을 조합하여 디스플레이하는 진단 영상 생성 장치;를 포함하는 시스템.
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