KR101715075B1 - 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법 - Google Patents

광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101715075B1
KR101715075B1 KR1020150176195A KR20150176195A KR101715075B1 KR 101715075 B1 KR101715075 B1 KR 101715075B1 KR 1020150176195 A KR1020150176195 A KR 1020150176195A KR 20150176195 A KR20150176195 A KR 20150176195A KR 101715075 B1 KR101715075 B1 KR 101715075B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
signal value
time
absorption coefficient
light absorption
Prior art date
Application number
KR1020150176195A
Other languages
English (en)
Inventor
강동열
Original Assignee
한밭대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한밭대학교 산학협력단 filed Critical 한밭대학교 산학협력단
Priority to KR1020150176195A priority Critical patent/KR101715075B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101715075B1 publication Critical patent/KR101715075B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0093—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy
    • A61B5/0095—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy by applying light and detecting acoustic waves, i.e. photoacoustic measurements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0033—Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7271—Specific aspects of physiological measurement analysis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
    • A61B8/0858—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings involving measuring tissue layers, e.g. skin, interfaces

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법은, 광원을 통해 방출되는 입사빔을 광확산매체에 조사하여 상기 광확산매체의 내부에 위치하는 광흡수체에 흡수시키는 단계; 상기 광확산매체 상에 위치하여, 상기 광확산매체의 내부에 포커싱된 광음향 측정기로 상기 광흡수체에서 발생하는 초음파 신호값을 측정하는 단계; 상기 광원 및 상기 광음향 측정기와 연결되는 처리장치가 상기 초음파 신호값을 입력받아 상기 초음파 신호값의 최대값으로 정규화하는 단계; 상기 처리장치가 상기 정규화된 초음파 신호값을, 상기 광원에서 입사빔이 방출된 시점부터 상기 초음파 신호값이 0인 시점까지 적분함으로써, 상기 정규화된 초음파 신호값의 면적을 산출하는 단계; 및 상기 처리장치가 상기 정규화된 초음파 신호값의 면적에 기초하여 상기 광흡수체의 광흡수계수를 산출하는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 본 발명에 의하면, 비록 광확산매체의 유효산란계수를 알지 못하더라도 광확산매체 내부에 위치하는 광흡수체의 광흡수계수를 정량적으로 산출해낼 수 있게 된다.

Description

광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법{METHOD FOR ESTIMATING OPTICAL ABSORPTION COEFFICIENT AT TIME DOMAIN BY USING PHOTOACOUSTIC DETECTOR}
본 발명은 광확산매체 내부에 위치하는 광흡수체의 광흡수계수를 산출하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광확산매체의 내부에 포커싱된 광음향 측정기로 상기 광흡수체에서 발생하는 초음파 신호값을 측정한 뒤, 처리장치가 상기 광음향 측정기에 의해 측정되는 초음파 신호값이 0인 시점을 이용하여 상기 광흡수체의 광흡수계수를 정량적으로 산출하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 X선, 초음파 또는 MRI를 이용한 광음향 이미징(photoacoustic imaging) 장치가 의료분야에서 널리 사용되고 있으며, 특히 광원으로부터 방출된 입사빔을 광확산매체(예를 들어, 생체조직)에 조사시켜, 상기 광확산매체 내의 정보를 얻는 광음향 이미징 기술에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 광음향 이미징 기술에 의하면, 광원으로부터 방출되는 입사빔을 광확산매체에 조사할 경우 그 입사빔은 광확산매체 내에서 전파되고, 그 전파된 입사빔은 광확산매체의 내부에 위치하는 광흡수체(예를 들어, 혈관, 암세포, 뼈 등)에 흡수되게 된다. 그리고 이에 따라 광흡수체에서는 열팽창 현상으로 인해 초음파가 발생하게 되며, 이 초음파는 광확산매체 내에서 산란이 거의 일어나지 않기 때문에 광확산매체의 내부에 포커싱된 광음향 측정기를 이용하여 높은 해상도로 상기 초음파의 신호값을 측정하게 된다.
이 때, 광확산매체 내부에 위치하는 광흡수체의 광흡수계수를 정량적으로 산출해냄으로써 광흡수체의 성질과 관련된 다양한 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 생체조직(광확산매체) 내부에 위치하는 종양(광흡수체)의 광흡수계수를 산출함으로써 종양의 특성을 파악할 수 있으며, 생체조직 내부에 위치하는 뼈(광흡수체)의 광흡수계수를 산출함으로써 골다공증의 진행 상황과 같은 의학적 정보를 비침습적으로 파악할 수 있는 것이다.
하지만 광음향 이미징 기술에 있어서 광확산매체 내부에 위치하는 광흡수체의 광흡수계수를 정량적으로 산출하는 것은, 광확산매체의 광 특성이 광확산매체의 유형마다 랜덤하고, 동일한 유형이라 하더라도 개체마다 다르기 때문에(예를 들어, 사람의 피부조직마다 광확산매체의 광 특성이 상이함) 결코 쉬운 일이 아니다.
한편, 종래부터 광음향 이미징 기술 중 하나인 광음향 토모그래피(PAT: Photoacoustic Tomography) 기술을 이용하여 광흡수계수를 정량적으로 측정하려는 시도가 행해지고 있었다. 하지만 광음향 토모그래피 기술을 이용하더라도 광확산매체 내의 광 에너지 밀도분포(광량분포)를 정확하게 측정해내기 어려워 광흡수체의 광흡수계수 역시 정확하게 측정할 수 없었으며, 이에 따라 광량분포를 정확하게 측정하기 위하여 확산 광학 토모그래피(DOT: Diffuse Optical Tomography)와의 결합을 시도하기도 하였다.
한편, 다음의 수학식 1은 기존 문헌들에 개시되어 있는, 광흡수로 인해 광확산매체의 내부에 위치하는 광흡수체에서 발생하는 초음파 신호값(gPA(t))을 나타낸 것이다.
[수학식 1]
Figure 112015121191117-pat00001
여기서, Io는 광원에서 방출되는 입사빔의 세기, μeff는 광확산매체의 유효산란계수, L은 광확산매체의 두께, Γ는 그뤼나이젠(Gruneisen)계수, vs는 광흡수체에서 발생하는 초음파의 속도, t는 시간이며, μa는 산출하고자 하는 광흡수체의 광흡수계수이다.
입사빔이 광확산매체의 표면에 균일하게 조사될 경우 그 입사빔의 조도는 수학식 1의 exp(-μeffL) 및 exp(-μavst)에서 알 수 있는 바와 같이, 광확산매체와 광흡수체 내에서 지수적으로(exponentially) 감쇄된다.
상기 수학식 1에서 Ioexp(-μeffL)는 광흡수체 표면에서의 입사빔의 조도를 나타내며, 이와 같은 광흡수체 표면에서의 입사빔의 조도는 광확산매체의 알려지지 않은 광 특성(즉,μeff)으로 인해 랜덤 변수에 해당하게 된다. 이에 따라, 어떤 광확산매체로 입사되는 입사빔의 세기를 알고 있고, 광음향 측정기로 광흡수체에서 발생하는 초음파의 신호값을 측정한다 하더라도 광흡수체의 광흡수계수(μa)를 정량적으로 산출해내기 어렵다는 문제점이 있다.
한편, 다음의 수학식 2는 상기 수학식 1을 푸리에 변환한 결과로서, 광흡수체가 입사빔을 흡수함에 따라 그 광흡수체로부터 발생되는 초음파의 스펙트럼(
Figure 112015121191117-pat00002
)을 나타낸 것이다.
[수학식 2]
Figure 112015121191117-pat00003
여기서, I(ω)는 입사빔의 주파수 성분으로서, 수학식 2도 상기 수학식 1과 마찬가지로 광확산매체의 유효산란계수(μeff)는 광확산매체마다 서로 다른 값을 나타내기 때문에 광흡수체의 광흡수계수(μa)를 정량적으로 산출해내기 어렵다는 문제점이 있다.
미국 등록특허 제5713356호(1998.02.03)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 비록 광확산매체의 유효산란계수(μeff)를 알지 못하더라도, 광확산매체 내부에 위치하는 광흡수체의 광흡수계수(μa)를 정량적으로 산출해낼 수 있는 방안을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법은, 광원을 통해 방출되는 입사빔을 광확산매체에 조사하여 상기 광확산매체의 내부에 위치하는 광흡수체에 흡수시키는 단계; 상기 광확산매체 상에 위치하여, 상기 광확산매체의 내부에 포커싱된 광음향 측정기로 상기 광흡수체에서 발생하는 초음파 신호값을 측정하는 단계; 상기 광원 및 상기 광음향 측정기와 연결되는 처리장치가 상기 초음파 신호값을 입력받아 상기 초음파 신호값의 최대값으로 정규화하는 단계; 상기 처리장치가 상기 정규화된 초음파 신호값을, 상기 광원에서 입사빔이 방출된 시점부터 상기 초음파 신호값이 0인 시점까지 적분함으로써, 상기 정규화된 초음파 신호값의 면적을 산출하는 단계; 및 상기 처리장치가 상기 정규화된 초음파 신호값의 면적에 기초하여 상기 광흡수체의 광흡수계수를 산출하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 광흡수체의 광흡수계수를 산출하는 단계는, 상기 처리장치가 상기 정규화된 초음파 신호값의 면적과, 상기 처리장치 내에 미리 저장해놓은 상기 광흡수체에서 발생하는 초음파의 속도 및 상기 광음향 측정기의 개구수를 이용하여 상기 광흡수계수를 산출하는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 광흡수체의 광흡수계수를 산출하는 단계는, 상기 처리장치가 상기 정규화된 초음파 신호값의 면적 및 상기 광흡수계수가 서로 대응하여 기록된 룩업 테이블을 포함하고, 상기 룩업 테이블을 통해 상기 정규화된 초음파 신호값의 면적에 대응하는 상기 광흡수계수를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법은, 광원을 통해 방출되는 입사빔을 광확산매체에 조사하여 상기 광확산매체의 내부에 위치하는 광흡수체에 흡수시키는 단계; 상기 광확산매체 상에 위치하여, 상기 광확산매체의 내부에 포커싱된 광음향 측정기로 상기 광흡수체에서 발생하는 초음파 신호값을 측정하는 단계; 상기 광원 및 상기 광음향 측정기와 연결되는 처리장치가 상기 초음파 신호값을 입력받아, 상기 광원에서 입사빔이 방출된 시점부터 상기 광음향 측정기에 의해 측정된 상기 초음파 신호값이 0인 시점까지의 시간인 제1시간 및, 상기 광원에서 입사빔이 방출된 시점부터 상기 광음향 측정기에 의해 측정된 상기 초음파 신호값이 최대인 시점까지의 시간인 제2시간을 측정하는 단계; 상기 처리장치가 상기 제1시간과 제2시간 사이의 차이를 산출하는 단계; 및 상기 처리장치가 상기 제1시간과 제2시간 사이의 차이에 기초하여 상기 광흡수체의 광흡수계수를 산출하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 광흡수체의 광흡수계수를 산출하는 단계는, 상기 처리장치가 상기 제1시간과 제2시간 사이의 차이와, 상기 처리장치 내에 미리 저장해놓은 상기 광흡수체에서 발생하는 초음파의 속도 및 상기 광음향 측정기의 개구수를 이용하여 상기 광흡수계수를 산출하는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 광흡수체의 광흡수계수를 산출하는 단계는, 상기 처리장치가 상기 제1시간과 제2시간 사이의 차이, 및 상기 광흡수계수가 서로 대응하여 기록된 룩업 테이블을 포함하고, 상기 룩업 테이블을 통해 상기 제1시간과 제2시간 사이의 차이에 대응하는 상기 광흡수계수를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 광확산매체의 내부에 포커싱된 광음향 측정기로 광흡수체에서 발생하는 초음파 신호값을 측정하고, 광원 및 광음향 측정기와 연결되는 처리장치가 상기 초음파 신호값을 입력받아 광음향 측정기에 의해 측정되는 상기 초음파 신호값이 0인 시점을 이용하여, 비록 광확산매체의 유효산란계수(μeff)를 알지 못하더라도 광확산매체 내부에 위치하는 광흡수체의 광흡수계수(μa)를 정량적으로 산출해낼 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법을 구현하는 장치의 개략도이다.
도 2는 광음향 측정기에 의해 측정되는 초음파 신호값을 정규화하여 시간에 따라 나타낸 시뮬레이션 결과이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법에 대해 상세하게 설명한다. 첨부한 도면들은 통상의 기술자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것으로서, 본 발명은 첨부한 도면들만으로 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 기술적 사상을 변경시키지 않는 범위 내에서 얼마든지 다른 형태로 구체화될 수 있다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법을 구현하는 장치의 개략도로서, 상기 장치는 광원(100), 광음향 측정기(200) 및 처리장치(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
광원(100)에서는 입사빔을 방출시키며, 광원(100)을 통해 방출되는 입사빔은 광확산매체(10)에 조사된다. 광확산매체(10)에 조사되는 입사빔은 광확산매체(10) 내에서 전파 및 확산되며, 광확산매체(10)의 유효산란계수(μeff)에 의해 그 세기가 지수적으로 감쇄되면서 광흡수체(20)의 표면에 도달하게 된다. 여기서, 광원(100)에서 방출되는 입사빔은 광흡수체(20)에 흡수됨에 따라 열팽창 현상에 의해 초음파를 발생시키도록 하는 빔으로서, 예를 들어 특정 파장의 광변조 빔 또는 펄스 레이저 빔일 수 있다.
광흡수체(20)는 그 표면에 도달한 입사빔을 흡수하게 되며 그에 따른 열팽창 현상으로 인해 초음파를 발생시키게 된다. 이 때, 광흡수체(20)에서 발생하는 초음파의 속도는 광확산매체(10)에 따라 일정한 값으로 정해져 있기 때문에(예를 들어, 생체조직 내에서 초음파의 속도는 일반적으로 1500m/s임), 초음파의 속도는 후술하는 수학식들에서 상수로서 취급할 수 있는 값이다.
광음향 측정기(200)는 광확산매체(10) 상에 위치하며, 광확산매체(10)의 내부에 포커스를 맞춘 뒤 광흡수체(20)에서 발생하는 초음파 신호값을 측정하는 역할을 한다. 이 때, 광음향 측정기(200)로는, 예를 들어 초음파 트랜스듀서를 사용할 수 있다. 비록 도 1에는 광음향 측정기(200)의 포커스가 광흡수체(20)의 표면에 정확하게 맞춰진 것으로 나타냈지만, 광음향 측정기(200)의 포커스는 광흡수체(20)의 표면으로부터 위쪽이나 아래쪽으로 소정 거리 이격된 위치에 맞춰질 수도 있다.
광음향 측정기(200)는 기기마다 초점거리와 측정기의 반지름으로 특징지어지는 개구수(NA: Numerical Aperture)가 미리 설정되어 있으며, 광음향 측정기(200)를 광확산매체(10) 상에 위치시킴에 따라, 광음향 측정기(200)의 일측과 중심축 사이에는 θNA(개구수의 각도)가 존재하게 된다. 만일 θNA가 90°일 경우에는 광음향 측정기(200)가 광흡수체(20)의 전 영역에서 발생하는 초음파 신호값을 측정하는 것이 되지만, 실제 광확산매체(10)의 내부에 포커싱된 광음향 측정기(200)로 측정되는 초음파 신호값은 도 1에 나타낸 바와 같이 광음향 측정기(200)의 일측과 타측에 의해 설정되는 가상의 검출지점(virtual detector point)을 통과하는 광흡수체(20)의 영역(이하, '측정영역'이라 함)에 대해서만 초음파의 측정이 이루어진다. 만일 이 측정영역에서 발생하는 초음파가 가상의 검출지점을 통과하지 않고 광음향 측정기(200)에 도달하게 되면, 이 초음파는 광음향 측정기(200)의 포커싱에 대해 위상이 맞지 않으므로 유의미한 신호값으로 측정되지 않게 된다. 그리고 상기 측정영역 이외에서 발생한 초음파는 가상의 검출지점을 통과하는지 여부에 관계없이 광음향 측정기(200)의 포커싱에 대해 위상이 맞지 않으므로 이 또한 유의미한 신호값으로 측정되지 않게 된다.
상기 수학식 1 및 수학식 2는 광음향 측정기(200)가 광흡수체(20)의 전 영역에서 발생하는 초음파 신호값을 측정하는 경우를 가정하여 세워진 식으로서, 실제 광음향 측정기(200)의 사용 태양을 고려하는 경우(즉, 광음향 측정기(200)의 포커싱이 광확산매체(10)의 내부에 맞춰짐에 따라, 측정영역에 대해서만 초음파 신호값이 측정되는 실정을 고려하는 경우) 상기 수학식 1 및 수학식 2는 수정될 필요가 있다.
우선, 수학식 2의 수정은 광확산매체(10)의 내부에 포커싱된 광음향 측정기(200)에 의한 측정영역을, 가상의 검출지점을 원점(r=0)으로 하는 구면좌표계 상에서의 적분을 수행함으로써 이루어질 수 있다.
상기 측정영역에서 발생하는 초음파 신호값은 광확산매체(10) 내에서 광음향 측정기(200)의 초점거리인
Figure 112015121191117-pat00004
만큼 전파되므로, 수학식 2의 결과에 상수 위상 인자(constant phase factor)인 exp(-ikfL)이 추가되어야 한다.
이에 따라, 광음향의 Helmholts 방정식에 대한 솔루션(Green function)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
(ⅰ)
Figure 112015121191117-pat00005
도 1에 나타낸 구면좌표계의 r=0, 즉 가상의 검출지점에서 초음파의 스펙트럼은 다음과 같다.
(ⅱ)
Figure 112015121191117-pat00006
식(ⅱ)에서 광음향 소스(photoacoustic source)
Figure 112015121191117-pat00007
는 입사빔이 광흡수체(20) 내에 입사될 때의 열분포를 나타내며, 상기
Figure 112015121191117-pat00008
는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
(ⅲ)
Figure 112015121191117-pat00009
여기서,
Figure 112015121191117-pat00010
는 r=0 및 θ=π/2 평면에서 입사빔 세기의 스펙트럼을 나타내며, 광흡수체(20) 상에 있는 광확산매체(10)의 광 특성(즉, 유효산란계수인 μeff)은 입사빔의 세기를
Figure 112015121191117-pat00011
로 만든다.
식(ⅲ)을 고려하면, 식(ⅱ)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015121191117-pat00012
다음으로 위의 식을 θ로 적분하면, 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015121191117-pat00013
다음으로 위의 식을 변수 r로 적분하면, 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015121191117-pat00014
따라서, 광원(100)을 통해 방출되는 입사빔이 광확산매체(10)에 조사된 후, 상기 입사빔의 전파 및 확산을 통해 광흡수체(20)에 흡수될 때, 상기 광흡수체(20)에서 발생하는 초음파의 스펙트럼은 다음의 수학식 3과 같음을 알 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112015121191117-pat00015
여기서,
Figure 112015121191117-pat00016
이다. 만일 cosθNA=0(즉, θNA=π/2 또는 NA=1)일 경우에는 수학식 3은 상기 수학식 2와 동일해진다는 것을 알 수 있다. 상술한 바와 같이, θNA=π/2(즉, NA=1)는 광음향 측정기(200)가 광흡수체(20)의 전 영역에서 발생하는 초음파 신호값을 측정하는 경우를 가리키는 것이지만, 광음향 측정기(200)의 실제 사용 태양에서 θNA는 0<θNA<π/2(즉, 0<NA<1)의 범위를 가지므로, 상기 수학식 2는 상기 수학식 3과 같이 수정될 것이 요구된다.
그리고 광음향 측정기(200)에 측정되는 초음파는 광확산매체(10)의 두께 L만큼 진행하므로, 상기 수학식 3에 이 여분의 진행에 따른 위상값인 exp(-iωL/vs)를 곱한 뒤 인버스 푸리에 변환(Inverse Fourier Transform)하면, 광확산매체(10)의 내부에 포커싱된 광음향 측정기(200)로 측정되는 초음파 신호값은 다음의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112015121191117-pat00017
여기서, 만일 cosθNA=0(즉, θNA=π/2 또는 NA=1)일 경우에는 수학식 4는 상기 수학식 1과 동일해진다는 것을 알 수 있다. 상술한 바와 같이, θNA=π/2(즉, NA=1)는 광음향 측정기(200)가 광흡수체(20)의 전 영역에서 발생하는 초음파 신호값을 측정하는 경우를 가리키는 것이지만, 광음향 측정기(200)의 실제 사용 태양에서 θNA는 0<θNA<π/2(즉, 0<NA<1)의 범위를 가지므로, 상기 수학식 1은 상기 수학식 4와 같이 수정될 것이 요구된다. 수학식 1과 수학식 4 사이의 중요한 차이점은, 수학식 4는 수학식 1과는 달리 다음의 수학식 5에서 나타나는 같이 초음파 신호값의 전체 획득 시간 동안 그 초음파 신호값이 0(gPA(t)=0)이 되는 시간(t=to)이 반드시 한 번 존재한다는 점이다.
[수학식 5]
Figure 112015121191117-pat00018
수학식 5에서 to는 광원(100)에서 입사빔이 방출되는 시점(t=0)부터 광음향 측정기(200)에 의해 측정되는 초음파 신호값이 0인 시점까지의 시간(이하, '제1시간'이라고도 함)을 의미한다. 그리고 수학식 4에 나타나 있는 L/vs(t=tL)은 광원(100)에서 입사빔이 방출되는 시점(t=0)부터 광음향 측정기(200)에 의해 측정되는 초음파 신호값이 최대인 시점까지의 시간(이하, '제2시간'이라고도 함)을 의미한다.
수학식 5에서 알 수 있듯이, 광확산매체(10)의 내부에 포커싱된 광음향 측정기(200)로 광흡수체(20)에서 발생하는 초음파 신호값을 측정할 때, 상기 초음파 신호값이 0이 되는 시간은 광흡수체(20)의 광흡수계수에 영향을 받기 때문에, 본 발명에서는 이와 같은 특성을 이용하여 광흡수체(20)의 광흡수계수를 정량적으로 산출하는 방안을 제공한다.
한편, 처리장치(300)는 광원(100)과 연결되어 있어 광원(100)에서 입사빔이 방출되는 시점을 알 수 있다. 또한 처리장치(300)는 광음향 측정기(200)와도 연결되어 있어 광음향 측정기(200)에 의해 측정되는 초음파 신호값을 입력받을 수 있으며, 이에 따라 상기 초음파 신호값이 최대가 되는 시점 또는 상기 초음파 신호값이 0이 되는 시점 등을 알 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 광흡수계수의 산출 방법에서는, 처리장치(300)가 광음향 측정기(200)에 의해 측정되는 초음파 신호값을 입력받아 이를 정규화한 뒤, 그 정규화된 초음파 신호값을 광원(100)에서 입사빔이 방출되는 시점부터 광음향 측정기(200)에 의해 측정되는 초음파 신호값이 0인 시점까지 적분하여 상기 정규화된 초음파 신호값의 면적(보다 구체적으로는, 정규화된 초음파 신호값의 양의(positive) 면적)을 산출함으로써, 광흡수체(20)의 광흡수계수를 정량적으로 산출할 수 있는 방안을 제공한다.
예를 들어, 광원(100)에서 입사빔이 방출되는 시점을 0초라고 하면, 광음향 측정기(200)에 의해 측정되는 초음파 신호값이 0이 되는 시점은 제1시간인 to가 된다.
APA를 구간 [0, to]에서 정규화된 초음파 신호값의 면적이라 할 때 상기 수학식 4를 구간 [0, to]에서 적분하면, 광흡수체(20)의 광흡수계수(μa)와 정규화된 초음파 신호값의 면적(APA) 사이에는 다음의 수학식 6과 같은 관계가 성립한다.
[수학식 6]
Figure 112015121191117-pat00019
처리장치(300) 내에는, 광음향 측정기(200)로부터 입력받은 초음파 신호값을 그 초음파 신호값의 최대값으로 정규화하는 프로그램, 그 정규화된 초음파 신호값의 면적 산출을 위해 광원(100)에서 입사빔이 방출된 시점부터 광음향 측정기(200)에 의해 측정된 초음파 신호값이 0인 시점까지의 시간(즉, 제1시간)을 측정하고 그 시간에서 상기 정규화된 초음파 신호값의 적분을 수행하는 프로그램 및, 상기 정규화된 초음파 신호값의 면적에 기초하여 광흡수체(20)의 광흡수계수를 산출하는 프로그램이 구비되어 있다. 이에 따라, 처리장치(300)는 광흡수체(20)에서 발생하는 초음파의 신호값을 시간 영역에서 처리하여 광흡수체(20)의 광흡수계수를 정량적으로 산출할 수 있게 된다.
도 2는 광음향 측정기에 의해 측정되는 초음파 신호값을 정규화하여 시간에 따라 나타낸 시뮬레이션 결과이다.
구체적으로, 도 2(a) 및 도 2(b)는, 광원(100)에서 입사빔(펄스 레이저 빔)이 방출된 시점을 0초, 광확산매체(10)의 두께(L)이자 광음향 측정기(200)의 초점거리를 0.02m, 광흡수체(20)에서 발생하여 광확산매체(10) 내에서 전파되는 초음파의 속도(vs)를 1500m/s라고 했을 때, 광음향 측정기(200)에 의해 측정되는 초음파 신호값을 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 2(a) 및 도 2(b)에서, 0초부터 13.38μs 사이의 구간에서 초음파 신호값이 0인 시점이 나타나는 것은 시뮬레이션 혹은 처리장치(300)에서의 신호 처리에 따른 노이즈로 인한 것이다.
그리고 상기 수학식 4의 L/vs에 의하면 광흡수체(20)에서 발생하는 초음파가 광음향 측정기(200)에 도달하는 시점은 이론상으로는 13.33μs(=
Figure 112015121191117-pat00020
)이어야 하지만, 도 2(a) 및 도 2(b)에 의하면 13.38μs에서 광음향 측정기(200)에 의해 측정된 초음파 신호값이 최대인 것으로 나타났는데, 이는 시뮬레이션의 계산상 오차로 인한 것이다.
초음파 신호값은 광음향 측정기(200)에 도달하기 시작한 시점에 최대가 되고 그 이후에는 서서히 감쇄되기 시작한다. 특히 광음향 측정기(200)의 개구수(NA)가 0<NA<1의 범위에 있을 때에는 초음파 신호값이 0이 되는 시점이 나타나고, 그 이후에는 음의 값을 가지게 된다. 여기서, 초음파 신호값이 0이라는 것은 광음향 측정기(200)로 측정되는 초음파 신호값이 존재하지 않는다는 것을 의미하며, 초음파 신호값이 음의 값을 갖는다는 것은 초음파 신호값이 양의 값을 갖는 경우와 비교해 위상 반전이 일어났다는 것을 의미한다.
도 2에 대해 구체적으로 살펴보면, 우선 도 2(a)는 광흡수체(20)의 광흡수계수가 각각 200m-1, 600m-1, 1000m-1이고, 광음향 측정기(200)의 개구수(NA)가 0.8일 때, 광음향 측정기(200)에 의해 측정되는 초음파 신호값(y축)을 시간(x축)에 따라 정규화하여 나타낸 그래프로서, 광흡수체(20)의 광흡수계수(μa)에 따라 초음파 신호값이 0이 되는 시점이 달리 나타난다는 것을 알 수 있다. 즉, 도 2(a)에 의하면 광원(100)에서 입사빔이 방출되는 시점이 0초이면, 제1시간은 광흡수체(20)의 광흡수계수가 200m-1일 때에는 17.59μs, 600m-1일 때에는 14.73μs, 1000m-1일 때에는 14.19μs로 나타난다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 2(a)에 의하면 정규화된 초음파 신호값의 양의 면적, 즉 광원(100)에서 입사빔이 방출된 시점부터 초음파 신호값이 0인 시점까지 정규화된 초음파 신호값의 적분을 수행함에 따른 면적(APA)이 광흡수체(20)의 광흡수계수(μa)에 따라 달리 나타난다는 것을 알 수 있다. 즉, 광음향 측정기(200)의 개구수(NA)가 0.8로 동일한 경우에 정규화된 초음파 신호값의 양의 면적은, 광흡수체(20)의 광흡수계수가 200m-1일 때에는 0.1436×10-5, 600m-1일 때에는 0.0501×10-5, 1000m-1일 때에는 0.0313×10-5인 것으로 나타났다. 그리고 상기 정규화된 초음파 신호값의 양의 면적을 상기 수학식 6에 대입(이 때, vs는 1500m/s, θNA는 0.8 대입)한 결과, 광흡수계수는 APA가 0.1436×10-5일 때에는 216m-1(이론값 200m-1), APA가 0.0501×10-5일 때에는 619m-1(이론값 600m-1), APA가 0.0313×10-5일 때에는 989m- 1(이론값 1000m-1)으로 나타났으며, 각각의 경우에 이론값과 대략적으로 일치한다는 것을 확인하였다.
그리고 도 2(b)는 광흡수체(20)의 광흡수계수가 600m-1이고, 광음향 측정기(200)의 개구수(NA)가 각각 0.6, 0.8, 1.0일 때, 광음향 측정기(200)에 의해 측정되는 초음파 신호값(y축)을 시간(x축)에 따라 정규화하여 나타낸 그래프로서, 광음향 측정기(200)의 개구수에 따라 초음파 신호값이 0이 되는 시점이 달리 나타난다는 것을 알 수 있다. 즉, 도 2(b)에 나타낸 시뮬레이션에 의하면 광원(100)에서 입사빔이 방출되는 시점이 0초이면, 제1시간은 광음향 측정기(200)의 개구수가 0.6일 때에는 14.58μs, 개구수가 0.8일 때에는 14.73μs인 것으로 나타났지만, 광음향 측정기(200)의 개구수가 1.0일 때에는 초음파 신호값의 전체 획득시간 동안 제1시간이 나타나지 않는다는 것을 알 수 있다. 이에 따라 광음향 측정기(200)의 실제 사용 태양(즉, 광음향 측정기(200)의 개구수가 1이 아닌 경우)에 있어서는 광음향 측정기(200)에 의해 측정되는 초음파 신호값이 0인 시점이 존재한다는 점을 확인할 수 있으며, 본 발명의 제1 실시예에서는 이와 같이 초음파 신호값이 0인 시점이 존재한다는 특성을 이용하여 광흡수체(20)의 광흡수계수를 산출하는 방안을 제공한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법을 나타낸 흐름도로서, 본 발명의 제1 실시예에서는 상기 수학식 6 및 도 2(a)의 시뮬레이션 결과를 토대로 광흡수체(20)의 광흡수계수를 시간 영역에서 산출하는 방법을 제공한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 광흡수계수를 산출하는 방법은, 우선 광원(100)을 통해 방출되는 입사빔을 광확산매체(10)에 조사하여 상기 광확산매체(10)의 내부에 위치하는 광흡수체(20)에 흡수시킨다(S110). 광원(100)을 통해 방출되는 입사빔은 광확산매체(10) 내에서 전파 및 확산되면서 광흡수체(20)에 도달하게 되며, 광흡수체(20)는 입사빔을 흡수하여 초음파를 발생시키게 된다.
다음으로, 광확산매체(10) 상에 위치하여, 상기 광확산매체(10)의 내부에 포커싱된 광음향 측정기(200)로, 광흡수체(20)에서 발생하는 초음파 신호값(보다 구체적으로는, 도 1에 나타낸 바와 같이 광흡수체(20)의 측정영역에서 발생하는 초음파 신호값)을 측정한다(S120).
다음으로, 광원(100) 및 광음향 측정기(200)와 연결되는 처리장치(300)가 상기 초음파 신호값을 입력받아 상기 초음파 신호값의 최대값으로 정규화한다(S130). 즉, 처리장치(300)는 예를 들어 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 상기 광음향 측정기(200)에 의해 측정된 초음파 신호값을 그 초음파 신호값의 최대값으로 나누어 정규화한다.
다음으로, 처리장치(300)가 상기 정규화된 초음파 신호값을, 상기 광원(100)에서 입사빔이 방출된 시점부터 상기 초음파 신호값이 0인 시점까지 적분함으로써, 상기 정규화된 초음파 신호값의 면적을 산출한다(S140). 즉, 처리장치(300)는 광원(100) 및 광음향 측정기(200)와 연결되어 있어, 광원(100)에서 입사빔이 방출된 시점부터 상기 초음파 신호값이 0인 시점까지의 제1시간을 측정할 수 있으며, 이에 따라 정규화된 초음파 신호값을 상기 제1시간 구간에서 적분함으로써 정규화된 초음파 신호값의 양의 면적을 산출할 수 있다.
마지막으로, 처리장치(300)가 상기 정규화된 초음파 신호값의 면적에 기초하여 상기 광흡수체(20)의 광흡수계수를 산출한다(S150).
보다 구체적으로, 처리장치(300)는 광흡수체(20)의 광흡수계수를 산출하기 위해, 처리장치(300) 내에 상기 수학식 6에 대응하는 프로그램을 구비할 수 있다. 즉, 처리장치(300)는 광흡수체(20)에서 발생하는 초음파의 속도 및 광음향 측정기(200)의 개구수(NA)를 미리 저장해 놓은 뒤, 산출되는 상기 정규화된 초음파 신호값의 면적을 수학식 6에 대입하는 연산처리를 수행함으로써 광흡수체(20)의 광흡수계수를 산출할 수 있다.
또는, 처리장치(300)는 도 2(a)에 나타낸 결과를 통해 알 수 있는 바와 같이, 정규화된 초음파 신호값의 면적 및 광흡수계수가 서로 대응하여 기록된 룩업 테이블(LUT)을 미리 구비해 놓을 수 있으며, 이와 같은 룩업 테이블을 통해 상기 정규화된 초음파 신호값의 면적에 대응하는 광흡수체(20)의 광흡수계수를 산출할 수도 있다.
한편, 상기 수학식 5는 다음의 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112015121191117-pat00021
여기서, L/vs은 상술한 바와 같이, 광원(100)에서 입사빔이 방출된 시점부터 광음향 측정기(200)에 의해 측정되는 초음파 신호값이 최대인 시점까지의 시간인 제2시간(=tL)에 해당한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 광흡수계수의 산출 방법에서는, 처리장치(300)가 광원(100)에서 입사빔이 방출된 시점부터 광음향 측정기(200)에 의해 측정된 초음파 신호값이 0인 시점까지의 시간인 제1시간(t=to), 및 광원(100)에서 입사빔이 방출된 시점부터 광음향 측정기(200)에 의해 측정되는 초음파 신호값이 최대인 시점까지의 시간인 제2시간(t=tL)을 측정한 뒤, 상기 제1시간 및 제2시간 사이의 차이(to-tL)를 산출함으로써, 광흡수체(20)의 광흡수계수를 정량적으로 산출할 수 있는 방안을 제공한다. 여기서, 상기 제1시간 및 제2시간 사이의 차이를 달리 표현하면, 초음파 신호값이 최대인 시점부터 초음파 신호값이 0이 되는 시점까지의 시간을 의미한다.
처리장치(300) 내에는, 광원(100)에서 입사빔이 방출된 시점부터 광음향 측정기(200)에 의해 측정되는 초음파 신호값이 0인 시점까지의 시간인 제1시간(t=to) 및, 광원(100)에서 입사빔이 방출된 시점부터 광음향 측정기(200)에 의해 측정되는 초음파 신호값이 최대인 시점까지의 시간인 제2시간(t=tL)을 측정하고, 상기 제1시간과 상기 제2시간 사이의 차이(to-tL)를 산출할 수 있는 프로그램 및, 산출된 상기 제1시간과 제2시간 사이의 차이(to-tL)에 기초하여 광흡수체(20)의 광흡수계수를 산출할 수 있는 프로그램이 구비되어 있다. 이에 따라, 처리장치(300)는 광흡수체(20)에서 발생하는 초음파의 신호값을 시간 영역에서 처리하여 광흡수체(20)의 광흡수계수를 정량적으로 산출할 수 있으며, 이에 대한 보다 구체적인 설명은 이하에서 설명하기로 한다.
도 2(a)를 참조하면, 광원(100)에서 입사빔이 방출되는 시점이 0초이면, 제1시간은 광흡수체(20)의 광흡수계수가 200m-1일 때에는 17.59μs, 600m-1일 때에는 14.73μs, 1000m-1일 때에는 14.19μs로 나타났으며, 제2시간은 광흡수체(20)의 광흡수계수가 200m-1,600m-1, 1000m-1인 경우에 모두 13.38μs로 동일하게 나타났다.
그리고 이와 같이 측정된 제1시간 및 제2시간을 상기 수학식 7에 대입(이 때, vs는 1500m/s, θNA는 0.8 대입)한 결과, 광흡수계수는 제1시간이 17.59μs일 때에는 202m-1(이론값 200m-1), 제1시간이 14.73μs일 때에는 630m-1(이론값 600m-1), 제1시간이 14.19μs일 때에는 1051m- 1(이론값 1000m-1)으로 나타났으며, 각각의 경우에 이론값과 대략적으로 일치한다는 것을 확인하였다.
또한, 도 2(b)를 참조하면, 광흡수체(20)의 광흡수계수가 600m-1로 동일한 경우에, 제1시간은 광음향 측정기(200)의 개구수가 0.6일 때에는 14.58μs, 0.8일 때에는 제1시간이 14.73μs인 것으로 나타났다. 이에 반해, 광음향 측정기(200)의 개구수가 1.0일 때에는 초음파 신호값의 전체 획득시간 동안 제1시간이 나타나지 않아 상기 수학식 7에 따라 광흡수체(20)의 광흡수계수를 산출할 수 없다는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법을 나타낸 흐름도로서, 본 발명의 제2 실시예에서는 상기 수학식 7 및 도 2(a)의 시뮬레이션 결과를 토대로 광흡수체(20)의 광흡수계수를 시간 영역에서 산출하는 방법을 제공한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 광흡수계수를 산출하는 방법은, 우선 광원(100)을 통해 방출되는 입사빔을 광확산매체(10)에 조사하여 상기 광확산매체(10)의 내부에 위치하는 광흡수체(20)에 흡수시킨다(S210). 광원(100)을 통해 방출되는 입사빔은 광확산매체(10) 내에서 전파 및 확산되면서 광흡수체(20)에 도달하게 되며, 광흡수체(20)는 입사빔을 흡수하여 초음파를 발생시키게 된다.
다음으로, 광확산매체(10) 상에 위치하여, 상기 광확산매체(10)의 내부에 포커싱된 광음향 측정기(200)로, 광흡수체(20)에서 발생하는 초음파 신호값(보다 구체적으로는, 도 1에 나타낸 바와 같이 광흡수체(20)의 측정영역에서 발생하는 초음파 신호값)을 측정한다(S220).
다음으로, 광원(100) 및 광음향 측정기(200)와 연결되는 처리장치(300)가 측정된 상기 초음파 신호값을 입력받아, 상기 광원(100)에서 입사빔이 방출된 시점부터 상기 광음향 측정기(200)에 의해 측정된 상기 초음파 신호값이 0인 시점까지의 시간인 제1시간 및, 상기 광원(100)에서 입사빔이 방출된 시점부터 상기 광음향 측정기(200)에 의해 측정된 상기 초음파 신호값이 최대인 시점까지의 시간인 제2시간을 측정한다(S230).
다음으로, 처리장치(300)가 상기 제1시간과 제2시간 사이의 차이를 산출한다(S240). 즉, 처리장치(300)는 광음향 측정기(200)에 의해 측정된 초음파 신호값이 최대인 시점부터 광음향 측정기(200)에 의해 측정된 초음파 신호값이 0인 시점까지의 시간을 측정한다.
마지막으로, 처리장치(300)가 상기 제1시간과 제2시간 사이의 차이에 기초하여 상기 광흡수체(20)의 광흡수계수를 산출한다(S250).
보다 구체적으로, 처리장치(300)는 광흡수체(20)의 광흡수계수를 산출하기 위해, 처리장치(300) 내에 상기 수학식 7에 대응하는 프로그램을 구비할 수 있다. 즉, 처리장치(300)는 광흡수체(20)에서 발생하는 초음파의 속도 및 광음향 측정기(200)의 개구수(NA)를 미리 저장해 놓은 뒤, 산출되는 상기 제1시간과 제2시간 사이의 차이를 수학식 7에 대입하는 연산처리를 수행함으로써 광흡수체(20)의 광흡수계수를 산출할 수 있다.
또는, 처리장치(300)는 도 2(a)에 나타낸 결과를 통해 알 수 있는 바와 같이, 제1시간과 제2시간 사이의 차이 및 광흡수계수가 서로 대응하여 기록된 룩업 테이블(LUT)을 미리 구비해 놓을 수 있으며, 이와 같은 룩업 테이블을 통해 상기 제1시간과 제2시간 사이의 차이에 대응하는 광흡수체(20)의 광흡수계수를 산출할 수도 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 광확산매체(10)의 내부에 포커싱된 광음향 측정기(200)로 광흡수체(20)에서 발생하는 초음파 신호값을 측정하고, 처리장치(300)에서 상기 초음파 신호값을 입력받아 광음향 측정기에 의해 측정되는 상기 초음파 신호값이 0인 시점까지의 시간을 측정하는 방법을 통해, 비록 광확산매체(10)의 유효산란계수(μeff)를 알지 못하더라도 광확산매체(10) 내부에 위치하는 광흡수체(20)의 광흡수계수(μa)를 정량적으로 산출해낼 수 있게 된다.
10: 광확산매체
20: 광흡수체
100: 광원
200: 광음향 측정기
300: 처리장치

Claims (6)

  1. 광원을 통해 방출되는 입사빔을 광확산매체에 조사하여 상기 광확산매체의 내부에 위치하는 광흡수체에 흡수시키는 단계;
    상기 광확산매체 상에 위치하여, 상기 광확산매체의 내부에 포커싱된 광음향 측정기로 상기 광흡수체에서 발생하는 초음파 신호값을 측정하는 단계;
    상기 광원 및 상기 광음향 측정기와 연결되는 처리장치가 상기 초음파 신호값을 입력받아 상기 초음파 신호값의 최대값으로 정규화하는 단계;
    상기 처리장치가 상기 정규화된 초음파 신호값을, 상기 광원에서 입사빔이 방출된 시점부터 상기 초음파 신호값이 0인 시점까지 적분함으로써, 상기 정규화된 초음파 신호값의 면적을 산출하는 단계; 및
    상기 처리장치가 상기 정규화된 초음파 신호값의 면적에 기초하여 상기 광흡수체의 광흡수계수를 산출하는 단계;를 포함하는, 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수체의 광흡수계수를 산출하는 단계는,
    상기 처리장치가 상기 정규화된 초음파 신호값의 면적과, 상기 처리장치 내에 미리 저장해놓은 상기 광흡수체에서 발생하는 초음파의 속도 및 상기 광음향 측정기의 개구수를 이용하여 상기 광흡수계수를 산출하는 것을 특징으로 하는, 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수체의 광흡수계수를 산출하는 단계는,
    상기 처리장치가 상기 정규화된 초음파 신호값의 면적 및 상기 광흡수계수가 서로 대응하여 기록된 룩업 테이블을 포함하고, 상기 룩업 테이블을 통해 상기 정규화된 초음파 신호값의 면적에 대응하는 상기 광흡수계수를 산출하는 것을 특징으로 하는, 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법.
  4. 광원을 통해 방출되는 입사빔을 광확산매체에 조사하여 상기 광확산매체의 내부에 위치하는 광흡수체에 흡수시키는 단계;
    상기 광확산매체 상에 위치하여, 상기 광확산매체의 내부에 포커싱된 광음향 측정기로 상기 광흡수체에서 발생하는 초음파 신호값을 측정하는 단계;
    상기 광원 및 상기 광음향 측정기와 연결되는 처리장치가 상기 초음파 신호값을 입력받아, 상기 광원에서 입사빔이 방출된 시점부터 상기 광음향 측정기에 의해 측정된 상기 초음파 신호값이 0인 시점까지의 시간인 제1시간 및, 상기 광원에서 입사빔이 방출된 시점부터 상기 광음향 측정기에 의해 측정된 상기 초음파 신호값이 최대인 시점까지의 시간인 제2시간을 측정하는 단계;
    상기 처리장치가 상기 제1시간과 제2시간 사이의 차이를 산출하는 단계; 및
    상기 처리장치가 상기 제1시간과 제2시간 사이의 차이에 기초하여 상기 광흡수체의 광흡수계수를 산출하는 단계;를 포함하는, 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광흡수체의 광흡수계수를 산출하는 단계는,
    상기 처리장치가 상기 제1시간과 제2시간 사이의 차이와, 상기 처리장치 내에 미리 저장해놓은 상기 광흡수체에서 발생하는 초음파의 속도 및 상기 광음향 측정기의 개구수를 이용하여 상기 광흡수계수를 산출하는 것을 특징으로 하는, 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 광흡수체의 광흡수계수를 산출하는 단계는,
    상기 처리장치가 상기 제1시간과 제2시간 사이의 차이, 및 상기 광흡수계수가 서로 대응하여 기록된 룩업 테이블을 포함하고, 상기 룩업 테이블을 통해 상기 제1시간과 제2시간 사이의 차이에 대응하는 상기 광흡수계수를 산출하는 것을 특징으로 하는, 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법.
KR1020150176195A 2015-12-10 2015-12-10 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법 KR101715075B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150176195A KR101715075B1 (ko) 2015-12-10 2015-12-10 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150176195A KR101715075B1 (ko) 2015-12-10 2015-12-10 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101715075B1 true KR101715075B1 (ko) 2017-03-13

Family

ID=58411917

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150176195A KR101715075B1 (ko) 2015-12-10 2015-12-10 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101715075B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111316087A (zh) * 2017-10-27 2020-06-19 柏林洪堡大学 借助具有预定的波长范围的测量光的、用于确定不均匀样品的特征的光声方法
KR20210087860A (ko) * 2020-01-03 2021-07-13 한밭대학교 산학협력단 주파수 영역 광음향 측정에서 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150272446A1 (en) * 2010-04-09 2015-10-01 Washington University Quantification of optical absorption coefficients using acoustic spectra in photoacoustic tomography

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150272446A1 (en) * 2010-04-09 2015-10-01 Washington University Quantification of optical absorption coefficients using acoustic spectra in photoacoustic tomography

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111316087A (zh) * 2017-10-27 2020-06-19 柏林洪堡大学 借助具有预定的波长范围的测量光的、用于确定不均匀样品的特征的光声方法
CN111316087B (zh) * 2017-10-27 2021-09-28 柏林洪堡大学 借助具有预定的波长范围的测量光的、用于确定不均匀样品的特征的光声方法
KR20210087860A (ko) * 2020-01-03 2021-07-13 한밭대학교 산학협력단 주파수 영역 광음향 측정에서 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법
KR102303205B1 (ko) 2020-01-03 2021-09-23 한밭대학교 산학협력단 주파수 영역 광음향 측정에서 광음향 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2552299B1 (en) Photoacoustic imaging apparatus, photoacoustic imaging method, and program for executing photoacoustic imaging method
JP5850633B2 (ja) 被検体情報取得装置
JP5709368B2 (ja) 生体情報取得装置
JP5773578B2 (ja) 被検体情報取得装置、被検体情報取得装置の制御方法およびプログラム
JP2009018153A (ja) 生体情報イメージング装置
JP6012386B2 (ja) 被検体情報取得装置およびその制御方法
US9211068B2 (en) Object information acquiring apparatus and object information acquiring method
JP6000778B2 (ja) 被検体情報取得装置および被検体情報取得装置の制御方法
KR101715075B1 (ko) 광음향 측정기를 이용하여 시간 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법
JP2017086172A (ja) 被検体情報取得装置およびその制御方法
KR101730816B1 (ko) 주파수 영역 광음향 측정에서 처프신호를 이용하여 광흡수계수를 산출하는 방법
US10034611B2 (en) Subject information obtaining apparatus and subject information obtaining method
EP3797687A1 (en) Blood vessel detection device and method therefor
KR101734984B1 (ko) 광음향 측정기를 이용하여 주파수 영역에서 광흡수계수를 산출하는 방법
EP2732756B1 (en) Object information acquisition apparatus
JP2015126900A (ja) 光音響装置
JP6016881B2 (ja) 光音響イメージング装置、光音響イメージング方法および光音響イメージング方法を実行するためのプログラム
JP6272427B2 (ja) 光音響イメージング装置、光音響イメージング方法および光音響イメージング方法を実行するためのプログラム
JP6223073B2 (ja) 被検体情報取得装置
Nakao et al. Fundamental study for identification and elimination of reflection artifacts with photoacoustic spectrum
JP2017086173A (ja) 被検体情報取得装置およびその制御方法
Sheu et al. Effects of absorption properties on photoacoustic spectral characteristics: numerical analysis
Su et al. Photoacoustic tomography imaging of biological tissues

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant