KR101710902B1 - 근적외선 형광 진단용 무영 조명등 및 무영 조명 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대상체의 그림자가 생기지 않도록 각 방향에서 빛을 투사하는 무영 조명등에 있어서, 등기구 본체; 등기구 본체에 마련되어 근적외선 파장의 광을 대상체로 조사하는 광원부; 광원부에서 출사된 광의 800nm 이상의 파장을 차단하는 필터부; 및 대상체로부터 방출된 비가시광 형광 신호를 획득하는 검출부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 무영 조명등 상에 백색광 외에 근적외선 광을 출사하는 제2 광원이 형광물질을 여기하여 근적외선 형광 진단이 가능한 이점이 있다.

Description

근적외선 형광 진단용 무영 조명등 및 무영 조명 시스템{AN ASTRAL LAMP AND ASTRAL LAMP SYSTEM ABOUT PROJECTION FOR NEAR INFRARED FLUORESENCE DIAGNOSIS}

본 발명은 대상체에 그림자가 생기지 않도록 각 방향에서 빛을 투사하는 무영 조명등 및 무영 조명 시스템에 관한 것으로서, 특히 근적외선을 이용한 형광 진단 수술에 이용이 가능한 무영 조명등 및 무영 조명 시스템에 관한 것이다.

최근 임상 의료 분야에서 의료목적에 적합한 광원의 활용이 증가하고 있으며, 그 중 근적외선은 투과력이 가시광보다 우수하여 피부 내부를 비침습적인 방법으로 관찰하는데 다양하게 사용되고 있다. 700-900㎚ 범위의 근적외선은 물, 지질(lipid) 등에서 흡수 및 산란이 상대적으로 낮으며, 생체 투과율이 우수하여 형광 모니터링에 적합한 파장대역으로 많은 주목을 받고 있다.

형광 물질 중 ICG (Indocyanine green)는 유일하게 FDA의 승인을 받은 근적외선 형광물질로서 전임상 및 임상 연구를 포함하여 현재 전 세계적으로 의료현장에 사용되고 있는 소재이다.

근적외선 형광 영상을 관찰하기 위한 시스템으로 최근 미국, 일본 등에서 FLARETM (fluorescence-assisted resection and exploration) system, PDE (photodynamic eye) 등이 개발되었으며, 이를 이용하여 감시림프절(sentinel lymph node, SLN)의 추적을 통한 암 진단 및 악성 종양의 정밀 제거 등에 활용되고 있다.

하지만, 수술장에서 형광 모니터링이 이루어질 때, 근적외선 형광 물질의 방출파장은 800 ㎚ 이상으로 육안으로 감지하지 못하여 모니터 등과 같은 매개체를 통해 확인을 하면서 시술을 시행하는 번거로움이 발생되며, 수술장의 실내등, 수술용으로 사용되는 무영등, 형광 여기 광원 등에서 발생될 수 있는 광잡음으로 인해 최적의 형광신호를 확보하지 못하는 문제점이 있다.

또한, 현재 개발되는 대부분의 진단 의료기의 경우 서로 간 연계가 이루어지지 않는 하나의 독립된 장비로서 영상을 확인 하는 형태로 개발되고 있으며, 실시간으로 의료 데이터를 직접적으로 표시 할 수 있는 기기의 개발이 이루어지 않고 있다.

기존의 무영등의 경우 국내 등록특허 제10-1420151에 게시된 바와 같이 광원이 발광다이오드로 대체되는 정도에서 개량이 진행되고 있을 뿐 형광 모니터링시의 광잡음을 전혀 고려하고 있지 않으며, 국내 등록특허 제10-1255146에 게시된 바와 같이 형광 신호만을 투사하는 정도로 개발되어 진행되고 있는 실정이다.

따라서, 수술장에 이용되는 무영등에 대해 근적외선 형상영상의 획득 및 획득 품질의 개선과 다양한 의료기에서 획득되는 진단 의료 데이터간의 연계로 병변에 실시간 투사되어 모니터링 할 수 있는 미래형 기술적 방법이 요구되고 있다.

한국등록특허 제10-1420151호 한국등록특허 제10-1255146호

본 발명은 암실이 아닌 상황에서 근적외선 형광 진단을 가능하게 하는 무영 조명등 및 무영 조명 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 수술 장에서 수술 조명의 역할과 동시에 형광 영상 모니터링이 가능하도록 광잡음을 최소화하는 무영 조명등 및 무영 조명 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 획득된 근적외선 형광 영상을 환자의 인체에 실시간으로 투사하여 의료 종사자가 수술 중 병변의 위치를 인체에서 육안으로 확인할 수 있는 무영 조명등 및 무영 조명 시스템을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 대상체의 그림자가 생기지 않도록 각 방향에서 빛을 투사하는 무영 조명등에 있어서, 등기구 본체; 등기구 본체에 마련되어 근적외선 파장의 광을 대상체로 조사하는 광원부; 광원부에서 출사된 광의 800nm 이상의 파장을 차단하는 필터부; 및 대상체로부터 방출된 비가시광 형광 신호를 획득하는 검출부를 포함한 것을 일 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명에 따른 광원부는, 가시광 파장의 백색광을 대상체로 조사하는 제1 광원; 및 비가시광 형광 신호의 획득을 위한 근적외선 파장의 광을 대상체로 조사하는 제2 광원을 구비할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 필터부는 제1 광원 및 제2 광원의 조사면에 각각 마련될 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 필터부는 광원부의 조사면에 씌워지는 투명 반구체를 구비하고, 투명 반구체는 외주면에 800nm 이상의 광 파장을 차단하는 코팅막이 마련될 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 검출부는 입사면에 대상체로부터 방출된 비가시광 형광 신호의 800nm 내지 850nm 대역의 광 파장을 통과시키는 대역통과필터를 구비할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 무영 조명등은 등기구 본체에 마련되어 검출부에서 획득된 형광 신호를 이용하여 생성된 가시의 형광 영상을 대상체로 투사하는 프로젝터부를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 무영 조명등은 프로젝터부가 투사하는 형광 영상이 대상체의 병변 위치와 일치되도록 대상체의 인체 곡면 영상을 획득하여 보정하는 촬영 모듈을 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 등기구 본체는 하방향으로 수직하게 광을 조사할 수 있도록 마련된 중앙판; 및 중앙판의 둘레에 하방향으로 경사지게 결합된 하나 이상의 측면판을 구비할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 촬영 모듈과 프로젝터부와 상기 검출부는, 중앙판 및 측면판에 각각 설치될 수 있다.

또한, 본 발명은 무영 조명 시스템에 있어서, 등기구 본체, 등기구 본체에 마련되어 근적외선 파장의 광을 대상체로 조사하는 광원부, 광원부에서 출사된 광의 800nm 이상의 파장을 차단하는 필터부, 대상체로부터 방출된 비가시광 형광 신호를 획득하는 검출부를 구비한 무영 조명등; 및 검출부에서 획득된 비가시광 형광 신호를 전달받아 가시광의 형광 영상을 생성하는 영상처리부를 포함한 것을 다른 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명에 따른 무영 조명등은 등기구 본체에 마련되어 상기 영상처리부에서 생성된 가시의 형광 영상을 상기 대상체로 투사하는 프로젝터부; 및 프로젝터부가 투사하는 형광 영상이 대상체의 병변 위치와 일치되도록 대상체의 인체 곡면 영상을 획득하여 보정하는 촬영 모듈을 더 구비할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 영상처리부는 검출부로부터 전송되는 비가시광 형광 신호로부터 대상체에 대한 형광 영상을 추출하는 변환 모듈; 촬영 모듈의 인체 곡면 영상을 전달받아 기본 3D 모델을 대상체에 대응되도록 변형하는 보정 모듈; 및 보정 모듈에서 변형된 영상 정보와 변환 모듈에서 추출한 형광 영상을 투사 영상으로 신호 처리하여, 가시화된 형광 영상을 프로젝터부로 전송하는 투사 모듈을 구비할 수 있다.

본 발명에 따르면, 무영 조명등 상에 백색광 외에 근적외선 광을 출사하는 제2 광원이 형광물질을 여기하여 근적외선 형광 진단이 가능한 이점이 있다.

또한 본 발명은, 형광 영상 발현시 제1 광원 및 제2 광원으로 발생되는 광잡음을 필터부가 차단하여 가시광 하에서 형광 영상 획득의 품질을 높일 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 병변의 크기 및 위치를 프로젝터부가 대상체에 직접 투사하여 수술 효율성을 높일 수 있는 이점이 있다. 이 경우, 검출기 및 프로젝터부가 등기구 본체의 중앙판, 측면판에 각각 배치되어 다방면의 신호를 고르게 검출하고, 대상체의 정면, 측면에 적합하게 곡면 투사가 가능하다.

또한, 본 발명은 영상처리부가 대상체의 정면, 측면을 촬영하는 촬영 모듈과 연계되어 투사의 정확도를 높이도록 보정하여 형광 발현의 위치와 형태를 보다 정확하게 인지 및 확인할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 영상처리부가 다른 진단기기에서 획득한 정보를 연계하여 형광 진단용 영상 외의 진단 영상 또한 대상체에 투사할 수 있어 진단의 활용범위를 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무영 조명등을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광원과 필터부의 모습을 나타낸다.
도 3은 도 2의 광원과 필터부의 단면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터부를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무영 조명 시스템을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무영 조명시스템의 블록 구성도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 영상처리부의 수행 알고리즘을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무영 조명등의 투사 모습을 나타낸다.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.

본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무영 조명등(10)을 나타낸다. 도 1a는 본 실시예에 따른 무영 조명등(10)의 사시도를 나타내고, 도 1b는 본 실시예에 따른 무영 조명등(10)의 저면도를 나타낸다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 무영 조명등(10)은 등기구 본체(11), 광원부(13), 필터부(14, 도2), 검출부(15), 촬영 모듈(17), 및 프로젝터부(19)를 포함할 수 있다.

무영 조명등(10)은 대상체의 그림자가 생기지 않도록 각 방향에서 빛을 투사하는 수술용 등기구를 의미한다. 일반적으로 무영 조명등은 정면 및 측면 조사가 가능하도록 마련된 프레임에 강한 백색 광원이 구비된다. 이러한 백색광은 일반적으로 380nm 내지 780nm 대역의 가시광 파장을 갖지만 800nm 이상의 파장이 소량 포함될 수 있다. 무영 조명등을 이용하여 근적외선 형광 진단을 하기 위해선 형광 물질을 여기시키기 위한 또 다른 광원이 필요하며, 여기광에 따라 방출되는 형광 신호에 800nm 대역의 파장 이상은 광잡음으로 작용되기 때문에 제거될 수 있어야 한다.

등기구 본체(11)는 중앙판(110) 및 측면판(111a, 111b, 111c, 111d)으로 제공될 수 있다. 중앙판(110)은 하방향으로 수직하게 광을 조사할 수 있도록 등기구 본체(11)에 마련된다. 측면판(111a, 111b, 111c, 111d)은 중앙판(110)의 둘레에 하방향으로 경사지게 결합될 수 있다. 등기구 본체(11)는 광원의 정면 및 측면 조사가 가능한 구조이면 족하다. 측면판은 중앙판(110)의 상하좌우 4방향으로 결합된 제1 측면판(111a), 제2 측면판(111b), 제3 측면판(111c), 제4 측면판(111d)으로 제공될 수 있다. 다른 실시예로 측면판은 중앙판(110)과 일체로 연장형성되어 중앙판(110)의 둘레에 하방향으로 비스듬히 구배지게 마련될 수 있다.

중앙판(110) 및 측면판(111a, 111b, 111c, 111d)에는 광원부(13), 촬영 모듈(17), 프로젝터부(19), 검출부(15)가 각각 설치될 수 있다. 본 실시예에 따른 무영 조명등(10)은 무영등의 특성상 정면 및 측면 조사가 가능한 구조를 갖기 때문에, 중앙판(110) 및 측면판(111)에 광원부(13), 촬영 모듈(17), 프로젝터부(19), 검출부(15)가 각각 배치되어야 대상체(3)의 전면에 여기광의 조사 및 형광 물질로부터 발현되는 형광 신호를 고르게 취득할 수 있고, 대상체(3)의 곡면에 적합하도록 형광 영상을 투사할 수 있다. 이하, 상기와 같이 배치된 광원부(13), 촬영 모듈(17), 프로젝터부(19), 검출부(15)를 설명한다.

광원부(13)는 등기구 본체(11)에 마련되어 근적외선 파장의 광을 대상체로 조사할 수 있다. 광원부(13)는 제1 광원(131) 및 제2 광원(133)을 구비할 수 있다.

제1 광원(131)은 가시광 파장의 백색광을 대상체로 조사할 수 있다. 제1 광원(131)은 일반적인 무영등에 사용되는 광원을 의미한다. 제1 광원(131)은 수술시 대상체를 환하게 조명시키는 역할을 한다.

형광 영상 진단시 FDA 승인 물질인 근적외선 형광물질 ICG(Indocyanine green)이나 산화철 나노입자를 대상체에 주입한다. 이러한 형광물질은 생체 투과력이 좋고 생체 조직에 의한 빛을 흡수 및 산란이 비교적 적기 때문에 생체 내 세포 추적에 매우 효과적이다. 상기 형광물질로부터 생체 내 세포의 형광 영상을 얻기 위해서는 형광 발현을 위한 여기광을 조사해야 한다. 여기광은 일반적으로 파장 대역이 무영등에 사용되는 제1 광원(131)과 상이 하기 때문에 본 실시예에 따른 무영 조명등(10)은 추가적인 광원이 배치되어야 한다.

제2 광원(133)은 비가시광 형광 신호의 획득을 위한 근적외선 파장의 광을 대상체로 조사할 수 있다. 제2 광원(133)이 조사하는 광은 대상체(3) 내에 주입된 형광 물질의 발현을 위한 여기광을 의미한다. 제2 광원(133)은 제1 광원(131)의 둘레로 배치될 수 있다. 제2 광원(133)은 눈에 보이지 않는 파장 대역인 근적외선 광원이다. 제2 광원(133)은 780nm 내지 810nm의 광 파장을 갖는 근적외선을 대상체(3) 조사하여 형광 물질을 여기한다.

제2 광원(133)의 광 파장은 780nm임이 가장 바람직하지만, 설계의 기술상 800nm 이상의 광도 함께 조사된다. 본원인의 실험적 고찰에 따르면 800nm 이상의 광 파장은 근적외선 형광을 검출하는데 노이즈로 작용한다. 따라서, 근적외선 형광에 대한 대조도를 향상시키기 위해선 800nm 이상의 광을 차단해야 한다.

종래에는 이러한 광 노이즈로 인하여 근적외선 형광 진단을 암실에서 수행하였다. 제1 광원(131) 및 제2 광원(133)으로부터 발생되는 노이즈를 차단하기 위하여 본 실시예에 따른 무영 조명등(10)은 필터부(14, 도 2)가 마련된다.

필터부(14, 도 2)는 광원부(13)에서 출사된 광의 800nm 이상의 파장을 차단할 수 있다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광원(13)과 필터부(14)의 모습을 나타낸다. 도 3은 도 2의 광원(13)과 필터부(14)의 단면도를 나타낸다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 필터부(14)는 제1 광원(131)과 제2 광원(133)의 조사면에 각각 마련될 수 있다. 제1 광원(131) 및 제2 광원(133)은 일면에 LED 발광칩(130)이 노출되며, 필터부(14)는 LED 발광칩(130)에 의해 광이 조사되는 방향의 일면에 마련된다.

본 실시예로, 필터부(14)는 광원부(13)의 조사면에 씌워지는 투명 반구체(141)를 구비할 수 있다. 이 경우, 투명 반구제는 외주면에 800nm 이상의 광 파장을 차단하는 코팅막(143)이 마련될 수 있다. 투명 반구체(141)는 LED 발광칩(130)을 에워싸도록 씌워질 수 있다. 투명 반구체(141)는 곡면이 광원(131 또는 133)의 중심을 기준으로 방사 방향으로 출사되는 광에 대해 수직이 되는 곡면인 구형 형상으로 제공됨이 바람직하다. 투명 반구체(141)는 유리소재 또는 투명 플라스틱 소재로 제공될 수 있다.

코팅막(143)은 투명 반구체(141)의 외부면에 형성되어 출사되는 광과 수직하게 마련되어, 광의 반사를 최소화 한다. 코팅막(143)은 가시광 영역의 광은 투과하고, 800nm 이상의 파장의 광은 차단한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터부(14)를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 필터부(14)는 광원(131, 133)에 2층 구조로 마련될 수 있다. 필터부(14)는 제1 필터부와 소정의 간격으로 이격되어 제1 필터부와 같은 곡면을 갖는 제2 필터부가 배치된다. 이에 따라 차단 대상 파장의 광 차단 효율을 더욱 높일 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 광원부(13) 및 필터부(14)는 780nm 내지 800nm 대역의 광은 대상체(3)로 조사하여 형광 물질을 발현시키면서, 형광 영상 획득시의 광잡음을 최대한으로 차단시킬 수 있다.

본 실시예로, 무영 조명등(10)은 제1 광원(131) 및 제2 광원(133)은 각각 필터부(14)가 마련되고, 복수개의 제1 광원(131) 및 제2 광원(133)을 에워싸는 렌즈(미도시)를 더 포함할 수 있다. 렌즈는 광원부(13)에서 출사되는 광을 원하는 발산각으로 확산시키도록 형성되거나 광의 조사방향을 조절할 수 있도록 마련될 수 있다. 이 경우, 필터부(14)는 렌즈의 내외부 면에 마련될 수 있다.

검출부(15)는 대상체(3)로부터 방출된 비가시광 형광 신호를 획득할 수 있다. 비가시광 형광 신호란 대상체(3) 내에 주입된 형광 물질의 여기로 발생되는 광 신호를 의미한다. 이 경우, 여기된 비가시광 형광 신호의 파장 대역은 800nm ~ 850nm가 될 수 있다. 검출부(15)는 하나 이상의 광 검출기를 포함할 수 있으며, 복수개의 광 검출기는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 중앙판(110)과 측면판(111)에 각각 마련될 수 있다.

검출기는 어레이 형태의 포토다이오드, 디지털 카메라의 소자 등으로 제공될 수 있으며, 다이오드형 광검출소자, 광전도체형 광검출소자 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

검출부(15)는 2차적인 광 노이즈의 제거를 위해서, 광이 입사되는 입사면에 대상체(3)로부터 방출된 비가시광 형광 신호의 800nm 내지 850nm 대역의 광 파장을 통과시키는 대역통과필터가 구비될 수 있다.

프로젝터부(19)는 등기구 본체(11)에 마련되어 검출부(15)에서 획득된 형광 신호를 이용하여 생성된 가시의 형광 영상을 대상체로 투사할 수 있다. 프로젝터부(19)는 후술하게 될 영상처리부(30, 도 5)와 연계되어 가시의 형광 영상을 전달 받는다. 프로젝터부(19)는 하나 이상의 투사기를 구비할 수 있으며, 복수의 투사기는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 중앙판(110) 및 측면판(111)에 각각 마련되어 인체 곡면에 대응되는 영상을 투사할 수 있다.

[그림 1]

[그림 1]을 참조하면, 상기의 프로젝터부(19) 배치에 따라 환자(3)를 중심으로 상하좌우 각각에 투사 경로(520a, b, c, d, e)가 형성된다. 이는 중앙판(110)에 배치된 투사기의 메인 투사 영역(520a)에 오버랩되면서 상호 중첩되는 영역을 갖도록 한다. 이에 따라, 환자(3)의 병변을 관찰하는 검사자 또는 의사가 어느 한 부분의 검출부(15)와 프로젝터부(19)를 가리더라도 나머지 요소에 의해 관찰이 가능하다.

본 실시예에 따른 무영 조명등(10)은 대상체(3)로부터 발생하는 비가시광 형광신호를 검출부(15) 및 투사기를 유기적으로 연계하여 실시간으로 시각화하고, 이를 대상체(3)의 형광발현 부위에 직접 투사함으로써 형광발현 위치를 육안으로 인지할 수 있도록 한다.

프로젝터부(19)의 투사기는 대상체(3)에 형광 영상을 투사하되, 줌작동, 자동초점조절작동, 투사위치조절작동 등을 수행할 수 있도록 마련될 수 있다. 이를 위해 투사기는 줌기능부, 초점조절부, 위치조절부 등이 함께 구비될 수 있다.

촬영 모듈(17)은 프로젝터부(19)가 투사하는 형광 영상이 대상체의 병변 위치와 일치되도록 대상체(3)의 인체 곡면 영상을 획득하여 보정할 수 있다. 촬영 모듈(17) 하나 이상의 카메라로 제공될 수 있다. 복수의 카메라는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 중앙판(110) 및 측면판(111)에 배치될 수 있다.

촬영 모듈(17)의 카메라는 중앙판(110)에 배치된 메인 카메라가 환자(3)를 촬상하여 영상을 획득 한 후, 측면판(111)에 배치된 서브 카메라에서 각각 획득 된 영상의 위치 정보를 이용하여 환자(3)와 일치되는 영상 정보를 획득할 수 있다. 촬영 모듈(17)은 후술하게 될 영상처리부(30)와 연계되어 보정된 정보를 투사 영상과 정합시킬 수 있도록 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무영 조명 시스템(1)을 나타낸다. 도 5를 참조하면, 무영 조명 시스템(1)은 무영 조명등(10) 및 영상처리부(30)를 포함할 수 있다.

무영 조명등(10)은 등기구 본체(11), 등기구 본체(11)에 마련되어 근적외선 파장의 광을 대상체로 조사하는 광원부(13), 광원부(13)에서 출사된 광의 800nm 이상의 파장을 차단하는 필터부(14), 대상체(3)로부터 방출된 비가시광 형광 신호를 획득하는 검출부(15), 등기구 본체(11)에 마련되어 영상처리부(30)에서 생성된 가시의 형광 영상을 대상체(3)로 투사하는 프로젝터부(19), 및 프로젝터부(19)가 투사하는 형광 영상이 대상체(3)의 병변 위치와 일치되도록 대상체(3)의 인체 곡면 영상을 획득하는 촬영모듈(17)을 구비할 수 있다.

무영 조명등(10)의 각 구성은 도 1 내지 도 4의 실시예에서 설명한 바와 같은 바 그 원용을 생략한다. 영상처리부(30)는 디스플레이(305), 입력기판(303), 핸드형 프로브(307)가 탑재된 본체 유닛(301)으로 제공될 수 있다.

영상처리부(30)는 변환모듈(3011, 도 6), 보정모듈(3013, 도 6), 투사모듈(3015, 도 6)을 구비한 본체 유닛(301)으로 제공될 수 있다. 본체 유닛(301)에는 디스플레이부(305), 입력기판(303), 핸드형 프로브(307)가 마련될 수 있다.

디스플레이부(305)는 검출부(15)의 신호를 전달받아 생성된 비가시광의 형광 영상을 시각적으로 표시할 수 있다. 프로젝터부(19)에 의해서 근적외선 형광 영상은 대상체(3)를 통해 실시간으로 표시될 수도 있으나, 디스플레이부(305)는 다른 의료영상기기와 연계되어 PACS 등 환자 본인의 외부데이터를 포함한 다양한 의료 영상을 표시하기 위해 마련된다.

입력기판(303)은 등기구 본체(11)의 기울임 각도 설정, 광원부(13)의 광출력 조정 등 시술자가 무영 조명등(10)의 설정을 조절하기 위해 마련된다. 핸드형 프로브(307)는 종단에 광을 조사하는 광원과 광을 검출하여 변환 모듈(3011)로 전송하는 광검출기가 마련될 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무영 조명 시스템(1)의 블록 구성도를 나타낸다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 영상처리부(30)의 수행 알고리즘을 나타낸다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 영상처리부(30)는 검출부(15)에서 획득된 비가시광 형광 신호를 전달받아 가시광의 형광 영상을 생성할 수 있다. 영상처리부(30)의 본체 유닛(301)에는 변환 모듈(3011), 보정 모듈(3013), 및 투사 모듈(3015)이 구비될 수 있다.

변환 모듈(3011)은 검출부(15)로부터 전송된 비가시광 형광 신호로부터 대상체(3)에 대한 형광 영상을 추출할 수 있다. 검출부(15)는 각각의 검출기로부터 획득된 비가시광 형광 신호를 영상처리하여 보정 모듈(3013)로 전송한다.

보정 모듈(3013)은 촬영 모듈(17)의 인체 곡면 영상을 전달받아 기본 3D 모델을 대상체(3)에 대응되도록 변형시킬 수 있다. 보정 모듈(3013)은 내부적으로 기 저장된 기본 3D 모델을 촬영 모듈(17)로부터 전달받은 환자(3)의 인체 영상을 토대로 3차원 모델링 및 내부적인 곡면 가시화를 수행한다. 도 8과 같이 기본 3D 모델을 촬영 모듈(17)의 입력 영상을 반영하여 변형(Deformation)한다. 입력 영상에 최적화된 3D 모델이 생성되면, 해당 정보는 투사 모듈(3015)로 전송된다.

투사 모듈(3015)은 보정 모듈(3013)에서 변형된 영상 정보와 변환 모듈(3011)에서 추출한 형광 영상을 투사 영상으로 신호 처리하여, 가시화된 형광 영상을 프로젝터부(19)로 전송할 수 있다. 투사 모듈(3015)은 보정된 3D 모델 상에 와핑 등의 프로세싱 기술을 적용하여 실제 뿌려지는 가시화 영상을 조절한다. 투사 모듈(3015)에서 영상 처리된 정보는 프로젝터부(19)로 전달되며, 프로젝터부(19)는 가시광 영역의 광신호로 대상체에 형광 신호를 투사한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무영 조명등(10)의 투사 모습을 나타낸다. 이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, ICG 등의 형광제가 주입된 대상체(3)에 광원부(13)의 제2 광원(133)으로부터 출사된 빛이 흡수되고, 흡수된 빛은 대상체(3)로부터 장파장 전이된 형광의 형태로 방출된다. 이렇게 방출되는 형광은 검출부(15)에서 검출되며, 획득된 형광 영상은 영상처리부(30)의 데이터 프로세싱을 통해 시각화 기능을 강조할 수 있는 이미지로 변환되며, 변환된 이미지는 프로젝터부(19)로 전달되어 다시 대상체(3)의 형광 발현 부위와 동일한 위치로 투사된다.

이러한 무영 조명 시스템(1)은 형광의 민감도가 떨어져서 암실에서 수행되는 근적외선 형광 진단을 수술 중 수행할 수 있도록 광원(13) 및 검출부(15)가 무영등(10)에 구비된 것을 특징으로 한다. 이에 따라 본 발명에 따른 실시예는, 잡음 대 신호비를 개선하고 민감도를 증가시키기 위해서 필터부(14)가 마련되고, 실시간 투사를 위한 촬영 모듈(17)과 영상처리부(30)가 연계되어 근적외선 대역의 영상구현 장비로 사용 가능한 무영 조명등(10)을 제공한다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.

1: 무영 조명 시스템 3: 환자(대상체)
10: 무영 조명등 11: 등기구 본체
110: 중앙판 111a, 111b, 111c, 111d: 측면판
13: 광원부 130: LED 발광칩
131: 제1 광원 133: 제2 광원
14: 필터부 141: 투명 반구체
143: 코팅막 15: 검출부
17: 촬영 모듈 19: 프로젝터부
30: 영상처리부 301: 본체 유닛
3011: 변환 모듈 3013: 보정 모듈
3015: 투사 모듈 303: 입력 기판
305: 디스플레이 307: 핸드형 프로브

Claims (12)

1. 대상체의 그림자가 생기지 않도록 각 방향에서 빛을 투사하는 무영 조명등에 있어서,
   등기구 본체;
   상기 등기구 본체에 마련되어 근적외선 파장의 광을 대상체로 조사하는 광원부;
   상기 광원부에서 출사된 광의 800nm 이상의 파장을 차단하는 필터부; 및
   상기 대상체로부터 방출된 비가시광 형광 신호를 획득하는 검출부를 포함하고,
   상기 필터부는,
   상기 광원부의 조사면에 씌워지는 투명 반구체를 구비하고,
   상기 투명 반구체는 외주면에 800nm 이상의 광 파장을 차단하는 코팅막이 마련된 것을 특징으로 하는 무영 조명등.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 광원부는,
   가시광 파장의 백색광을 상기 대상체로 조사하는 제1 광원; 및
   상기 비가시광 형광 신호의 획득을 위한 근적외선 파장의 광을 상기 대상체로 조사하는 제2 광원을 구비한 것을 특징으로 하는 무영 조명등.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 필터부는,
   상기 제1 광원 및 상기 제2 광원의 조사면에 각각 마련된 것을 특징으로 하는 무영 조명등.
   
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 검출부는,
   입사면에 상기 대상체로부터 방출된 비가시광 형광 신호의 800nm 내지 850nm 대역의 광 파장을 통과시키는 대역통과필터를 구비한 것을 특징으로 하는 무영 조명등.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 등기구 본체에 마련되어 상기 검출부에서 획득된 형광 신호를 이용하여 생성된 가시의 형광 영상을 상기 대상체로 투사하는 프로젝터부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 무영 조명등.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 프로젝터부가 투사하는 형광 영상이 상기 대상체의 병변 위치와 일치되도록 상기 대상체의 인체 곡면 영상을 획득하여 보정하는 촬영 모듈을 더 포함한 것을 특징으로 하는 무영 조명등.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 등기구 본체는,
   하방향으로 수직하게 광을 조사할 수 있도록 마련된 중앙판; 및
   상기 중앙판의 둘레에 하방향으로 경사지게 결합된 하나 이상의 측면판을 구비한 것을 특징으로 하는 무영 조명등.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 촬영 모듈과 상기 프로젝터부와 상기 검출부는,
   상기 중앙판 및 상기 측면판에 각각 설치된 것을 특징으로 하는 무영 조명등.
   
10. 무영 조명 시스템에 있어서,
    등기구 본체, 상기 등기구 본체에 마련되어 근적외선 파장의 광을 대상체로 조사하는 광원부, 상기 광원부에서 출사된 광의 800nm 이상의 파장을 차단하는 필터부, 상기 대상체로부터 방출된 비가시광 형광 신호를 획득하는 검출부를 구비한 무영 조명등; 및
    상기 검출부에서 획득된 비가시광 형광 신호를 전달받아 가시광의 형광 영상을 생성하는 영상처리부를 포함하고,
    상기 무영 조명등은,
    상기 등기구 본체에 마련되어 상기 영상처리부에서 생성된 가시의 형광 영상을 상기 대상체로 투사하는 프로젝터부; 및
    상기 프로젝터부가 투사하는 형광 영상이 상기 대상체의 병변 위치와 일치되도록 상기 대상체의 인체 곡면 영상을 획득하는 촬영 모듈을 더 구비한 것을 특징으로 하는 무영 조명 시스템.
    
11. 삭제
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 영상처리부는,
    상기 검출부로부터 전송되는 비가시광 형광 신호로부터 상기 대상체에 대한 형광 영상을 추출하는 변환 모듈;
    상기 촬영 모듈의 인체 곡면 영상을 전달받아 기본 3D 모델을 상기 대상체에 대응되도록 변형하는 보정 모듈; 및
    상기 보정 모듈에서 변형된 영상 정보와 상기 변환 모듈에서 추출한 형광 영상을 투사 영상으로 신호 처리하여, 가시화된 형광 영상을 상기 프로젝터부로 전송하는 투사 모듈을 구비한 것을 특징으로 하는 무영 조명 시스템.

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