KR101808173B1 - 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법, 및 이를 이용하는 프로세싱 장치 및 광음향 현미경 시스템 - Google Patents

광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법, 및 이를 이용하는 프로세싱 장치 및 광음향 현미경 시스템 Download PDF

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KR101808173B1
KR101808173B1 KR1020160092841A KR20160092841A KR101808173B1 KR 101808173 B1 KR101808173 B1 KR 101808173B1 KR 1020160092841 A KR1020160092841 A KR 1020160092841A KR 20160092841 A KR20160092841 A KR 20160092841A KR 101808173 B1 KR101808173 B1 KR 101808173B1
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김철홍
박종인
전승완
이진수
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포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법에 관한 것으로서, (1) 가상 검출기의 위치를 기반으로 광음향 데이터 검출 영역을 계산하는 단계; (2) 상기 단계 (1)에서 계산된 영역에 주사되는 각 주사선 별로 시간지연을 계산하고, 상기 계산된 시간지연을 반영하여 각 주사선 별로 얻어지는 신호 데이터를 추출하는 단계; (3) 상기 단계 (2)에서 추출된 각 주사선의 신호 데이터를 결합하는 단계; (4) 상기 단계 (3)에서 결합된 각 주사선의 신호 데이터를 통해 깊이별 데이터를 계산하는 단계; (5) 상기 단계 (4)에서 계산된 데이터에 대하여 대역 여과기를 통과시키는 단계; 및 (6) 상기 단계 (5)에서 대역 여과기를 통과한 데이터에 간섭 인자를 반영하는 단계를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법, 및 이를 이용하는 프로세싱 장치 및 광음향 현미경 시스템에 따르면, 단순히 시간지연을 반영한 각 주사선별 신호를 합해주는 것이 아니라, 주사선간 신호를 먼저 서로 결합한 후 곱해준 뒤 합해주는 과정을 수행하되, 부호화, 절대화, 제곱근화 과정을 각 주사선 신호에 먼저 적용한 후, 곱하는 과정을 통해 주사선간 신호를 결합하고, 결합된 신호를 합하는 과정을 거침으로써, 연산 속도가 향상되고, 측면 해상도가 향상되며, 비간섭성(noncoherent)이 큰 잡음 및 불필요한 성분들을 효율적으로 감쇄시킬 수 있어, 보다 높은 신호 대 잡음비(SNR)를 가질 수 있다.

Description

광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법, 및 이를 이용하는 프로세싱 장치 및 광음향 현미경 시스템{DELAY-MULTIPLY-AND-SUM BASED SYNTHETIC APERTURE FOCUSING METHOD FOR PHOTO-ACOUSTIC MICROSCOPY, AND PROCESSING APPARATUS AND PHOTO-ACOUSTIC MICROSCOPY SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 합성개구집속 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법, 및 이를 이용하는 프로세싱 장치 및 광음향 현미경 시스템에 관한 것이다.
광음향 영상(Photo-acoustic imaging, PAI)은 광음향 효과(photo-acoustic effect)를 이용하여 신체 조직의 광학적 특성을 비침습적으로 영상화하는 기술이다. 광음향 효과란, 어떤 물질이 레이저 빛을 흡수하여 음향파(acoustic)를 발생시키는 현상을 지칭하는 말인데, 일반적으로 헤모글로빈이나 멜라닌 같은 생리적으로 중요한 분자들의 경우 상대적으로 좋은 고유의 광학적 발색단(chromophore) 역할을 하여, 주변에 비해 강한 광음향 효과를 보여준다. 이러한 성질을 이용하여, 광음향 영상은 맥관구조영상(vasculature structure imaging), 암 예측(tumor prediction), 표피 멜라닌 측정(epidermal melanin measurements), 혈관 내 산화 관찰(monitoring oxygenation in blood vessels)에 유용하게 사용될 수 있다. 게다가, 여러 조영제를 활용하게 되면 좀 더 향상된 광음향 영상을 얻을 수도 있다.
광음향 현미경(photo-acoustic microscopy, PAM)은 광음향 영상을 구현하는 방법 중 하나로써, 한 번의 레이저 발사를 통해 깊이 방향으로의 1차원 광음향 영상(A-line)을 얻을 수 있다. 따라서 수평과 수직방향으로의 래스터 주사 방식(raster-scanning)을 통하여 3차원의 광음향 영상을 얻을 수 있다. 이중 널리 사용되는 음향 해상도 광음향 현미경(acoustic-resolution photo-acoustic microscopy, AR-PAM)은 보다 깊은 영역의 생체조직의 광학적 특성을 영상화할 수 있는 장치로서, 사용되는 초음파 트랜스듀서의 개구수(numerical aperture, N.A.)와 대역폭의 특성에 따라, 얻어지는 영상의 측면 해상도(lateral resolution) 및 축 해상도(axial resolution)가 결정된다. 일반적으로, 음향 해상도 광음향 현미경의 경우 높은 개구수와 주파수대역을 갖는 구면 집중(spherically focused)된 단일 소자 초음파 트랜스듀서를 사용함으로써, 높은 수준의 광음향 영상을 얻을 수 있다.
그러나 이러한 높은 수준의 광음향 영상의 획득은 초음파 트랜스듀서가 초점화된 영역에서만 한정된 것으로, 초점화된 영역 밖에서는 심각한 영상의 질 저하를 발생시킨다. 따라서 넓은 깊이 영역에 걸쳐 높은 수준의 광음향 영상을 얻기가 어렵고, 초점화를 시키는 위치에 따라 다른 영상을 얻게 되는 한계가 있다. 특히, 넓은 깊이 영역에 걸쳐서 존재하는 생체조직을 영상화하는 경우, 이러한 문제점은 더욱 부각된다. 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0036280호 및 대한민국 등록특허공보 제10-1435979호는 각각 합성구경을 이용하는 초음파 영상 장치 및 합성구경 빔집속 방법에 관한 선행기술 문헌을 개시하고 있다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 단순히 시간지연을 반영한 각 주사선별 신호를 합해주는 것이 아니라, 주사선간 신호를 먼저 서로 결합한 후 곱해준 뒤 합해주는 과정을 수행하되, 부호화, 절대화, 제곱근화 과정을 각 주사선 신호에 먼저 적용한 후, 곱하는 과정을 통해 주사선간 신호를 결합하고, 결합된 신호를 합하는 과정을 거침으로써, 연산 속도가 향상되고, 측면 해상도가 향상되며, 비간섭성(noncoherent)이 큰 잡음 및 불필요한 성분들을 효율적으로 감쇄시킬 수 있어, 보다 높은 신호 대 잡음비(SNR)를 가질 수 있는, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법, 및 이를 이용하는 프로세싱 장치 및 광음향 현미경 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법은,
(1) 가상 검출기의 위치를 기반으로 광음향 데이터 검출 영역을 계산하는 단계;
(2) 상기 단계 (1)에서 계산된 영역에 주사되는 각 주사선 별로 시간지연을 계산하고, 상기 계산된 시간지연을 반영하여 각 주사선 별로 얻어지는 신호 데이터를 추출하는 단계;
(3) 상기 단계 (2)에서 추출된 각 주사선의 신호 데이터를 결합하는 단계;
(4) 상기 단계 (3)에서 결합된 각 주사선의 신호 데이터를 통해 깊이별 데이터를 계산하는 단계;
(5) 상기 단계 (4)에서 계산된 데이터에 대하여 대역 여과기를 통과시키는 단계; 및
(6) 상기 단계 (5)에서 대역 여과기를 통과한 데이터에 간섭 인자를 반영하는 단계를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 단계 (1)의 가상 검출기의 위치는,
초음파 트랜스듀서의 초점이 형성되는 위치일 수 있다.
바람직하게는, 상기 단계 (2)는,
하기의 수학식 1에 따라 상기 시간지연을 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016071132948-pat00001
(여기서, △ti는 시간지연을 의미하고, z는 합성되는 위치까지의 깊이, zf는 가상 검출기가 위치하는 깊이, r은 가상 검출기와 합성 위치의 깊이 차이, r'는 가상 검출기로부터 합성 위치까지의 거리를 의미하며, c는 음속을 의미한다.)
더욱 바람직하게는, 상기 단계 (3)은,
하기 수학식 2에 따라, 상기 각 주사선의 신호 데이터에 부호화(sign), 절대화(absolute), 제곱근화(square root) 과정을 순서대로 적용한 후에, 하기 수학식 3에 따라, 상기 과정이 적용된 각 주사선의 신호 데이터를 곱하는 과정을 통해 두 주사선의 신호 데이터를 결합할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112016071132948-pat00002
[수학식 3]
Figure 112016071132948-pat00003
(여기서,
Figure 112016071132948-pat00004
,
Figure 112016071132948-pat00005
는, 각각 i번째, j번째 주사선의 얻어진 광음향 신호의 부호화된 기하 평균을 의미하고, si(t)는, i번째 주사선의 얻어진 광음향 신호를 의미하며,
Figure 112016071132948-pat00006
는, i번째 주사선과 j번째 주사선간 결합된 신호의 부호화된 기하 평균을 의미하고, N은 해당위치에서 중첩 가능한 가상 검출기 개수를 의미한다.)
더욱 더 바람직하게는, 상기 단계 (4)는,
하기의 수학식 4에 따라, 상기 단계 (3)에서 결합된 각 주사선의 신호 데이터를 합하여 깊이별 데이터를 계산할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112016071132948-pat00007
(여기서, yDMAS(t)는, 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 의미하며, 해당위치에서 중첩 가능한 가상 검출기 개수를 의미한다.)
더더욱 더 바람직하게는, 상기 단계 (6)은,
하기의 수학식 5에 따라 결정된 간섭 인자를 반영하여, 하기의 수학식 6에 따라 상기 간섭 인자가 반영된 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 결정할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112016071132948-pat00008
(여기서, CF(t)는, 간섭 인자를 의미한다.)
[수학식 6]
Figure 112016071132948-pat00009
(여기서, yDMAS-CF(t)는, 간섭 인자가 반영된 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 의미한다.)
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 프로세싱 장치는,
상기 광음향 현미경에 구비되며,
상기 광음향 현미경의 합성개구집속 연산을 수행하는 프로세서;
상기 프로세서의 연산을 돕도록 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)으로 구성되는 메모리;
상기 프로세서의 연산 데이터를 저장하는 저장수단;
상기 프로세서의 연산을 위한 데이터를 입출력하는 입출력수단; 및
상기 프로세서의 연산 데이터의 통신을 위한 네트워크인터페이스를 포함하되,
상기 프로세서에서의 합성개구집속 연산은,
가상 검출기의 위치를 기반으로 광음향 데이터 검출 영역을 계산하고, 상기 계산된 영역에 주사되는 각 주사선 별로 시간지연을 계산하여, 계산된 시간지연을 반영해서 각 주사선 별로 얻어지는 신호 데이터를 추출한 후, 상기 추출된 각 주사선의 신호 데이터를 결합하고, 상기 결합된 각 주사선의 신호 데이터를 통해 깊이별 데이터를 계산한 후, 대역 여과기를 통과한 상기 계산된 데이터에 간섭 인자를 반영하여 최종적인 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 연산하는 과정을 거치는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 가상 검출기의 위치는,
초음파 트랜스듀서의 초점이 형성되는 위치일 수 있다.
바람직하게는, 상기 프로세서는,
하기의 수학식 1에 따라 상기 시간지연을 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016071132948-pat00010
(여기서, △ti는 시간지연을 의미하고, z는 합성되는 위치까지의 깊이, zf는 가상 검출기가 위치하는 깊이, r은 가상 검출기와 합성 위치의 깊이 차이, r'는 가상 검출기로부터 합성 위치까지의 거리를 의미하며, c는 음속을 의미한다.)
더욱 바람직하게는, 상기 프로세서는,
하기 수학식 2에 따라, 상기 각 주사선의 신호 데이터에 부호화(sign), 절대화(absolute), 제곱근화(square root) 과정을 순서대로 적용한 후에, 하기 수학식 3에 따라, 상기 과정이 적용된 각 주사선의 신호 데이터를 곱하는 과정을 통해 두 주사선의 신호 데이터를 결합할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112016071132948-pat00011
[수학식 3]
Figure 112016071132948-pat00012
(여기서,
Figure 112016071132948-pat00013
,
Figure 112016071132948-pat00014
는, 각각 i번째, j번째 주사선의 얻어진 광음향 신호의 부호화된 기하 평균을 의미하고, si(t)는, i번째 주사선의 얻어진 광음향 신호를 의미하며,
Figure 112016071132948-pat00015
는, i번째 주사선과 j번째 주사선간 결합된 신호의 부호화된 기하 평균을 의미하고, N은 해당위치에서 중첩 가능한 가상 검출기 개수를 의미한다.)
더욱 더 바람직하게는, 상기 프로세서는,
하기의 수학식 4에 따라, 상기 결합된 각 주사선의 신호 데이터를 합하여 깊이별 데이터를 계산할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112016071132948-pat00016
(여기서, yDMAS(t)는, 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 의미하며, 해당위치에서 중첩 가능한 가상 검출기 개수를 의미한다.)
더더욱 더 바람직하게는, 상기 프로세서는,
하기의 수학식 5에 따라 결정된 간섭 인자를 반영하여, 하기의 수학식 6에 따라 상기 간섭 인자가 반영된 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 연산할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112016071132948-pat00017
(여기서, CF(t)는, 간섭 인자를 의미한다.)
[수학식 6]
Figure 112016071132948-pat00018
(여기서, yDMAS-CF(t)는, 간섭 인자가 반영된 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 의미한다.)
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 광음향 현미경 시스템은,
대상체로 광 에너지가 전달되도록 레이저를 공급하는 광원모듈;
상기 광원모듈로부터 공급된 레이저를 전달받아 대상체로 방출하고, 상기 대상체가 발생시키는 광음향 신호를 검출하는 광음향 신호 획득모듈;
상기 광음향 신호 획득모듈로부터 검출된 광음향 신호를 전달받아 증폭하는 증폭모듈;
상기 증폭모듈에서 증폭된 신호를 이용하여 영상처리를 통해 이미지데이터를 획득하는 데이터획득모듈; 및
상기 광음향 신호 획득모듈 및 상기 데이터획득모듈과 연결되어, 상기 광음향 신호 획득모듈을 구동시키는 제어모듈을 포함하되,
상기 광음향 신호 획득모듈은 상기 광음향 현미경으로 구현되며,
상기 광음향 현미경은 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 프로세싱 장치를 포함하고,
상기 프로세싱 장치는,
가상 검출기의 위치를 기반으로 광음향 데이터 검출 영역을 계산하고, 상기 계산된 영역에 주사되는 각 주사선 별로 시간지연을 계산하여, 계산된 시간지연을 반영해서 각 주사선 별로 얻어지는 신호 데이터를 추출한 후, 상기 추출된 각 주사선의 신호 데이터를 결합하고, 상기 결합된 각 주사선의 신호 데이터를 통해 깊이별 데이터를 계산한 후, 대역 여과기를 통과한 상기 계산된 데이터에 간섭 인자를 반영하여 최종적인 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 연산하는 프로세서를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 광원모듈에서 공급된 레이저는 광섬유를 통해 상기 광음향 신호 획득모듈로 전달될 수 있다.
바람직하게는, 상기 광음향 현미경은,
상기 광원모듈로부터 레이저를 전달받아 대상체로 방출하는 빔결합부를 더 포함하고, 상기 빔결합부는 실리콘 오일이 적용된 두 개의 프리즘으로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 가상 검출기의 위치는,
상기 광음향 현미경에 구비되는 초음파 트랜스듀서의 초점이 형성되는 위치일 수 있다.
바람직하게는, 상기 프로세서는,
하기의 수학식 1에 따라 상기 시간지연을 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016071132948-pat00019
(여기서, △ti는 시간지연을 의미하고, z는 합성되는 위치까지의 깊이, zf는 가상 검출기가 위치하는 깊이, r은 가상 검출기와 합성 위치의 깊이 차이, r'는 가상 검출기로부터 합성 위치까지의 거리를 의미하며, c는 음속을 의미한다.)
더욱 바람직하게는, 상기 프로세서는,
하기 수학식 2에 따라, 상기 각 주사선의 신호 데이터에 부호화(sign), 절대화(absolute), 제곱근화(square root) 과정을 순서대로 적용한 후에, 하기 수학식 3에 따라, 상기 과정이 적용된 각 주사선의 신호 데이터를 곱하는 과정을 통해 두 주사선의 신호 데이터를 결합할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112016071132948-pat00020
[수학식 3]
Figure 112016071132948-pat00021
(여기서,
Figure 112016071132948-pat00022
,
Figure 112016071132948-pat00023
는, 각각 i번째, j번째 주사선의 얻어진 광음향 신호의 부호화된 기하 평균을 의미하고, si(t)는, i번째 주사선의 얻어진 광음향 신호를 의미하며,
Figure 112016071132948-pat00024
는, i번째 주사선과 j번째 주사선간 결합된 신호의 부호화된 기하 평균을 의미하고, N은 해당위치에서 중첩 가능한 가상 검출기 개수를 의미한다.)
더욱 더 바람직하게는, 상기 프로세서는,
하기의 수학식 4에 따라, 상기 결합된 각 주사선의 신호 데이터를 합하여 깊이별 데이터를 계산할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112016071132948-pat00025
(여기서, yDMAS(t)는, 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 의미하며, 해당위치에서 중첩 가능한 가상 검출기 개수를 의미한다.)
더더욱 더 바람직하게는, 상기 프로세서는,
하기의 수학식 5에 따라 결정된 간섭 인자를 반영하여, 하기의 수학식 6에 따라 상기 간섭 인자가 반영된 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 연산할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112016071132948-pat00026
(여기서, CF(t)는, 간섭 인자를 의미한다.)
[수학식 6]
Figure 112016071132948-pat00027
(여기서, yDMAS-CF(t)는, 간섭 인자가 반영된 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 의미한다.)
본 발명에서 제안하고 있는 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법, 및 이를 이용하는 프로세싱 장치 및 광음향 현미경 시스템에 따르면, 단순히 시간지연을 반영한 각 주사선별 신호를 합해주는 것이 아니라, 주사선간 신호를 먼저 서로 결합한 후 곱해준 뒤 합해주는 과정을 수행하되, 부호화, 절대화, 제곱근화 과정을 각 주사선 신호에 먼저 적용한 후, 곱하는 과정을 통해 주사선간 신호를 결합하고, 결합된 신호를 합하는 과정을 거침으로써, 연산 속도가 향상되고, 측면 해상도가 향상되며, 비간섭성(noncoherent)이 큰 잡음 및 불필요한 성분들을 효율적으로 감쇄시킬 수 있어, 보다 높은 신호 대 잡음비(SNR)를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법의 흐름을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법에서 가상 검출기를 이용하는 방식을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법의 계산 방식을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 통해 획득한 탄소 섬유의 깊이별 광음향 이미지를 기존 방법에 따른 이미지들과 비교하기 위해 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 통해 획득한 측면 프로파일 이미지를 기존 방법에 따른 이미지들과 비교하기 위해 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 통해 획득한 실험용 쥐의 혈관 이미지를 기존 방법에 따른 이미지들과 비교하기 위해 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 프로세싱 장치의 구성을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 광음향 현미경 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 광음향 현미경 시스템의 기계적 도식을 개략적으로 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, 수학식 기술의 편의성을 위해 수학식 2 내지 수학식 6에 관해서는, 주사선 신호들이 이미 시간지연 과정을 통해 추출된 것이라 가정하여, △ti를 생략한다.
기존의 음향 해상도 광학 현미경에서 사용되는 합성개구집속 방식은, 초음파 트랜스듀서의 초점을 가상 검출기로 가정하고, 래스터 스캐닝(raster scanning) 과정 동안, 가상 검출기의 검출 가능 영역이 서로 중첩되며, 인접한 가상 검출기에서 반복적으로 해당 위치의 광음향 신호를 검출하는 원리를 이용하여, 하기의 수학식 0와 같이, 각 주사선별 신호를 단순히 시간지연 후 합해주는 방법을 통해 광음향 영상을 얻는 방식이다.
Figure 112016071132948-pat00028
(여기서 ySAFT(t)는, 기존의 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 의미하며, si(t)는 i번째 주사선의 얻어진 광음향 신호를 의미하고, N은 해당위치에서 중첩 가능한 가상 검출기 개수를 의미하며, △ti는 I번째 주사선에 적용하는 시간지연 수치를 의미한다.)
이와 같이, 기존의 합성개구집속 방식은 각 주사선별 신호를 단순히 시간지연 후 합해주는 방식(delay-and-sum, DAS)을 이용하고 있는데, 이는 구현이 간단한 장점은 있지만, 상대적으로 제한된 해상도를 도출하게 되고, 더불어 간섭신호의 영향을 많이 받게 되는 단점이 있다.
이하부터는 위와 같은 기존의 합성개구집속 방식의 한계를 개선하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 이때, 본 발명에서 제안하는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법은, 이를 이용하는 프로세싱 장치에 의하여 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경(100)의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법의 흐름을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경(100)의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법은, 가상 검출기의 위치를 기반으로 광음향 데이터 검출 영역을 계산하는 단계(S100), 단계 S100에서 계산된 영역에 주사되는 각 주사선 별로 시간지연을 계산하고, 계산된 시간지연을 반영하여 각 주사선 별로 얻어지는 신호 데이터를 추출하는 단계(S200), 단계 S200에서 추출된 각 주사선의 신호 데이터를 결합하는 단계(S300), 단계 S300에서 결합된 각 주사선의 신호 데이터를 통해 깊이별 데이터를 계산하는 단계(S400), 단계 S400에서 계산된 데이터에 대하여 대역 여과기를 통과시키는 단계(S500), 및 단계 S500에서 대역 여과기를 통과한 데이터에 간섭 인자를 반영하는 단계(S600)를 포함하여 구현될 수 있다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 단계 S100 및 S200의 내용을 상세히 설명하고, 도 3을 참조하여 단계 S300 내지 S600의 내용을 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경(100)의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법에서 가상 검출기를 이용하는 방식을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경(100)의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법은, 가상 검출기(Virtual detector)를 이용하여 광음향 데이터 검출 영역을 계산할 수 있다.
단계 S100은, 가상 검출기의 위치를 기반으로 광음향 데이터 검출 영역을 계산하는 단계이며, 이때, 가상 검출기의 위치는, 초음파 트랜스듀서(150)의 초점이 형성되는 위치일 수 있다. 또한, 가상 검출기는, 특정한 각의 범위 내에서 광음향 신호를 얻을 수 있다.
단계 S200은, 각 주사선 별로 시간지연을 계산하고, 계산된 시간지연을 반영하여 각 주사선 별로 얻어지는 광음향 신호 데이터를 추출하는 단계이다.
이때, 단계 S200은, 하기의 수학식 1에 따라 시간지연을 계산할 수 있다.
Figure 112016071132948-pat00029
(여기서, △ti는 시간지연을 의미하고, z는 합성되는 위치까지의 깊이, zf는 가상 검출기가 위치하는 깊이, r은 가상 검출기와 합성 위치의 깊이 차이, r'는 가상 검출기로부터 합성 위치까지의 거리를 의미하며, c는 음속을 의미한다.)
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경(100)의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법의 계산 방식을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경(100)의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법은, 각 주사선의 신호 데이터에 부호화(sign), 절대화(absolute), 제곱근화(square root) 과정을 순서대로 적용하여 각 주사선의 신호 데이터를 곱해서 결합시키고, 합하여, 대역 여과기를 통과시킨 후 간섭 인자를 반영하는 계산 방식을 이용할 수 있다.
단계 S300은, 각 주사선의 광음향 신호 데이터를 결합하는 단계이며, 보다 구체적으로는, 하기 수학식 2에 따라, 각 주사선의 신호 데이터에 부호화(sign), 절대화(absolute), 제곱근화(square root) 과정을 순서대로 적용한 후에, 하기 수학식 3에 따라, 상기 과정이 적용된 각 주사선의 신호 데이터를 곱하는 과정을 통해 두 주사선의 신호 데이터를 결합할 수 있다.
Figure 112016071132948-pat00030
Figure 112016071132948-pat00031
(여기서,
Figure 112016071132948-pat00032
,
Figure 112016071132948-pat00033
는, 각각 i번째, j번째 주사선의 얻어진 광음향 신호의 부호화된 기하 평균을 의미하고, si(t)는, i번째 주사선의 얻어진 광음향 신호를 의미하며,
Figure 112016071132948-pat00034
는, i번째 주사선과 j번째 주사선간 결합된 신호의 부호화된 기하 평균을 의미하고, N은 해당위치에서 중첩 가능한 가상 검출기 개수를 의미한다.)
즉, 주사선의 신호 데이터를 시간지연한 후, 곱해주게 되면, 기존의 주사선 신호 대비 절대적 크기가 제곱이 된(dimensionally squared) 신호를 얻게 되어, 형성되는 광음향 신호의 왜곡을 가지고 올 수 있다. 따라서 본 발명에서 제안하는 바와 같이, 부호화, 절대화, 제곱근화 과정을 거쳐 부호화된 기하 평균(signed geometry mean)을 구하게 되면, 기존 주사선신호와 같은 수준의 신호를 얻을 수 있다.
또한, 광음향 영상의 화소당 시간지연곱합 출력을 계산하는데 있어서, 각 주사선의 신호를 결합한 후, 부호화, 절대화, 제곱근화 과정을 거치려면 (N2-N)/2번 연산을 수행해야 하는 반면, 부호화, 절대화, 제곱근화 과정을 각 주사선 신호에 먼저 적용한 후, 곱하는 과정을 채택함으로써, 함수 연산 횟수가 N으로 줄게 되어, 연산량을 효율적으로 줄일 수 있고, 따라서 높은 수준의 연산량으로 인한 속도의 저하를 방지할 수 있다. 즉, 상대적으로 적은 연산량으로 동일한 결과를 도출할 수 있다.
단계 S400은, 깊이별 데이터를 계산하는 단계이며, 이때, 하기의 수학식 4에 따라, 단계 S300에서 결합된 각 주사선의 신호 데이터를 합하여 깊이별 데이터를 계산할 수 있다.
Figure 112016071132948-pat00035
(여기서, yDMAS(t)는, 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 의미하며, 해당위치에서 중첩 가능한 가상 검출기 개수를 의미한다.)
단계 S500은, 단계 S400에서 계산된 데이터에 대하여 대역 여과기를 통과시키는 단계이다. 보다 구체적으로는, 단계 S300 및 S400을 통하여 주사선간 곱한 신호를 출력하는 경우, 처음 획득한 광음향 신호 대비 DC(direct current) 성분과 배음(harmonic) 성분을 가지게 되는데, 일반적으로 인접한 두 주사선 간의 신호는 비슷한 스펙트럼을 가진 신호이므로, 합성곱 과정을 통해 DC 성분과 기존 신호 대비 두 배의 주파수 위치를 중심으로 하는 배음 성분이 나타나게 된다. 이때, 이러한 배음 성분을 유지함과 동시에, DC 성분의 효율적인 제거를 위해 단계 S500에서 대역 여과기(band-pass filter)를 적용할 수 있다.
단계 S600은, 간섭 인자(coherence factor, CF)를 반영하여 최종적으로 합성개구초점을 결정하는 단계이다. 보다 구체적으로는, 단계 S600은, 하기의 수학식 5에 따라 결정된 간섭 인자를 반영하여, 하기의 수학식 6에 따라 간섭 인자가 반영된 합성개구초점을 결정할 수 있다.
Figure 112016071132948-pat00036
(여기서, CF(t)는, 간섭 인자를 의미한다.)
Figure 112016071132948-pat00037
(여기서, yDMAS-CF(t)는, 간섭 인자가 반영된 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 의미한다.)
즉, 단계 S600에서는 상기 수학식 5에 따라 결정된 간섭 인자를 반영함으로써, 초점성능이 보다 향상될 수 있다. 이때, CF(간섭 인자)가 1에 가까운 값을 나타내면, 주사선 상의 신호들이 대부분 강한 간섭성(strong coherent)을 가진 상태이며, 이는 합성 방향에 대해 초점 성능이 우수한 것을 의미해 신호 출력 상태를 유지해야 됨을 나타낸다. 반면, CF(간섭 인자)가 0에 가까운 값을 나타내면, 초점 성능이 현저하게 떨어진 것으로서, 원치 않은 출력값이 도출될 수 있으므로, 감쇄시킬 필요성이 존재한다. 이와 같이 간섭 인자를 적용한 최종적인 간섭 인자가 반영된 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 수학식 6에 따라 얻을 수 있다.
이하에서는, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명에서 제안하는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 통해 획득한 광음향 이미지와 기존의 합성개구집속 방법을 통해 획득한 광음향 이미지를 비교 설명하도록 한다.
또한, 도 4 내지 도 6에서, original 및 DAS-SAFT는, 기존의 방식 및 시간지연 후 합하는 방식을 의미하며, DMAS-SAFT는, 본 발명에서 제안하는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식을 의미한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경(100)의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 통해 획득한 탄소 섬유의 깊이별 광음향 이미지를 기존 방법에 따른 이미지들과 비교하기 위해 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경(100)의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 통해 획득한 측면 프로파일 이미지를 기존 방법에 따른 이미지들과 비교하기 위해 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경(100)의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 통해 획득한 혈관 이미지를 기존 방법에 따른 이미지들과 비교하기 위해 도시한 도면이다.
먼저, 도 4의 (a), (b), (d), (e)에 도시된 바와 같이, 기존의 방식(original)에 따르면, 초점화된 영역(focal point)의 이미지(도 4(c))에 비하여, 초점화된 영역 밖의 나머지의 영역에서는 영상의 질이 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있고, 초점화된 영역으로부터 멀어질수록 영상의 질이 더욱 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 시간지연 후 합하는 방식(DAS-SAFT)에 따르면, 도 4의 (f), (g), (i), (j)에 도시된 바와 같이, 초점화된 영역 밖의 나머지 영역에서의 영상의 질이 약간 향상된 것을 확인할 수는 있으나, 본 발명에서 제안하는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식(DMAS-SAFT)에 따를 경우, 도 4의 (k), (l), (n), (o)에 도시된 바와 같이, 초점화된 영역 밖에서의 영상의 질이 가장 크게 향상된 것을 확인할 수 있다.
도 5의 (a), (c), (e), (g), (i)는 B-스캔 영상에서 추출된 탄소 섬유의 측면 광음향 프로파일을 나타내며, 나머지 도 5의 (b), (d), (f), (h), (j)는 각각 좌측 영상의 확대 이미지를 나타낸다. 도 5의 (e), (f)에 도시된 바와 같이, 초점화된 영역에서는 세 가지 방식에 의한 측면 반응이 모두 유사하나, 초점화된 영역 밖에서의 측면 반응은 본 발명에서 제안하는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식(DMAS-SAFT)에 따를 경우에 가장 크게 향상되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식(DMAS-SAFT)에 따를 경우에, 주빔 이외의 방향으로 방사되는 사이드 로브(side lobes)의 광음향 신호가 다른 기존의 방식들에 비하여 가장 크게 억제되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에서 제안하는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식을 따를 경우, 노이즈가 더욱 잘 감쇄될 수 있고, 결과적으로 영상의 질이 크게 향상될 수 있다.
도 6의 (b), (c), (d)에 도시된 바와 같이, 세 가지의 방식에 의해 얻어진 광음향 영상에서 미세혈관들은 모두 명확히 관찰되나, 도 6의 (e) 내지 (j)에 도시된 바와 같이, 보다 구체적인 영역(Line 1, 2)에 있어서, 본 발명에서 제안하는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식(DMAS-SAFT)에 따를 경우에, 해상도가 가장 향상되었고, 따라서 혈관 이미지가 다른 기존의 두 가지 방식에 의할 때보다 더 좁고, 명확하게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 또한, B-스캔 영상에서의 깊이별 광음향 신호를 나타내는 하단의 그래프에 의해서도, 본 발명에서 제안하는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식(DMAS-SAFT)을 이용하면, 기존의 두 방식에 의할 때보다, 광음향 영상의 해상도가 높아지고, 명확해지는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경(100)의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 프로세싱 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경(100)의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 프로세싱 장치는, 광음향 현미경(100)에 구비될 수 있고, 프로세서(111), 메모리(113), 저장수단(115), 입출력수단(117) 및 네트워크인터페이스(119)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 프로세서(111)는, 광음향 현미경(100)의 합성개구집속 연산을 수행할 수 있고, 메모리(113)는, 프로세서(111)의 연산을 돕도록 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)으로 구성될 수 있으며, 저장수단(115)은, 프로세서(111)의 연산 데이터를 저장할 수 있고, 입출력수단(117)은, 프로세서(111)의 연산을 위한 데이터를 입출력할 수 있다. 이때, 입출력수단(117)은, 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스로 구성될 수 있다. 또한, 네트워크인터페이스(119)는, 프로세서(111)의 연산 데이터의 통신을 담당할 수 있다.
여기서, 프로세서(111)는, 합성개구집속 연산을 수행할 수 있는데, 여기서 합성개구집속 연산은, 가상 검출기의 위치를 기반으로 광음향 데이터 검출 영역을 계산하고, 계산된 영역에 주사되는 각 주사선 별로 시간지연을 계산하여, 계산된 시간지연을 반영해서 각 주사선 별로 얻어지는 신호 데이터를 추출한 후, 상기 추출된 각 주사선의 신호 데이터를 결합하고, 상기 결합된 각 주사선의 신호 데이터를 통해 깊이별 데이터를 계산한 후, 대역 여과기를 통과한 상기 계산된 데이터에 간섭 인자를 반영하여 최종적인 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 연산하는 과정을 거칠 수 있다.
한편, 프로세서(111)에서의 합성개구집속 연산과정은, 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용한 것으로서, 세부적인 내용은 앞에서 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한 바와 같으므로, 이하 생략한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경(100)의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 광음향 현미경(100) 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경(100)의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 광음향 현미경(100) 시스템의 기계적 도식을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광음향 현미경(100)의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 광음향 현미경(100) 시스템은, 광원모듈(10), 광음향 신호 획득모듈(20), 증폭모듈(30), 데이터획득모듈(40) 및 제어모듈(50)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 광원모듈(10)은 대상체로 광 에너지가 전달되도록 레이저를 공급할 수 있다. 이때, 광원모듈(10)에서 공급된 레이저는 광섬유(1)를 통해 광음향 신호 획득모듈(20)로 전달될 수 있으며, 광음향 신호 획득모듈(20)은 광원모듈(10)로부터 공급된 레이저를 전달받아 대상체로 방출하고, 대상체가 발생시키는 광음향 신호를 검출할 수 있고, 증폭모듈(30)은 광음향 신호 획득모듈(20)로부터 검출된 광음향 신호를 전달받아 증폭할 수 있으며, 데이터획득모듈(40)은 증폭모듈(30)에서 증폭된 신호를 이용하여 영상처리를 통해 이미지데이터를 획득할 수 있고, 제어모듈(50)은 광음향 신호 획득모듈(20) 및 데이터획득모듈(40)과 연결되어, 광음향 신호 획득모듈(20)을 구동시킬 수 있다.
또한, 이때, 광음향 신호 획득모듈(20)은, 광음향 현미경(100)으로 구현될 수 있고, 광음향 현미경(100)은 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 프로세싱 장치(110)를 포함할 수 있으며, 프로세싱 장치(110)는, 가상 검출기의 위치를 기반으로 광음향 데이터 검출 영역을 계산하고, 계산된 영역에 주사되는 각 주사선 별로 시간지연을 계산하여, 계산된 시간지연을 반영해서 각 주사선 별로 얻어지는 신호 데이터를 추출한 후, 상기 추출된 각 주사선의 신호 데이터를 결합하고, 상기 결합된 각 주사선의 신호 데이터를 통해 깊이별 데이터를 계산한 후, 대역 여과기를 통과한 상기 계산된 데이터에 간섭 인자를 반영하여 최종적인 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 연산하는 프로세서(111)를 포함할 수 있다.
뿐만 아니라, 광음향 현미경(100)은, 광원모듈(10)에서 레이저를 전달받아 대상체로 방출하는 빔결합부(130)를 더 포함할 수 있고, 빔결합부(130)는, 실리콘 오일이 적용된 두 개의 프리즘(131, 133)으로 구성될 수 있으며, 실시예에 따라서, 두 개의 프리즘(131, 133)은, 각각 마름모프리즘(Rhomboid prism)(131) 및 직각프리즘(Right-angle prism)일 수 있다.
한편, 프로세서(111)에서의 합성개구집속 연산과정은, 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용한 것으로서, 세부적인 내용은 앞에서 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한 바와 같으므로, 이하 생략한다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 광음향 현미경 110: 프로세싱 장치
111: 프로세서 113: 메모리
115: 저장수단 117: 입출력수단
119: 네트워크인터페이스 130: 빔결합부
131: 마름모프리즘(Rhomboid prism) 133: 직각프리즘(Right-angle prism)
150: 초음파 트랜스듀서 10: 광원모듈
20: 광음향 신호 획득모듈 30: 증폭모듈
40: 데이터획득모듈 50: 제어모듈
1: 광섬유
S100: 가상 검출기의 위치를 기반으로 광음향 데이터 검출 영역을 계산하는 단계
S200: 단계 S100에서 계산된 영역에 주사되는 각 주사선 별로 시간지연을 계산하고, 계산된 시간지연을 반영하여 각 주사선 별로 얻어지는 신호 데이터를 추출하는 단계
S300: 단계 S200에서 추출된 각 주사선의 신호 데이터를 결합하는 단계
S400: 단계 S300에서 결합된 각 주사선의 신호 데이터를 통해 깊이별 데이터를 계산하는 단계
S500: 단계 S400에서 계산된 데이터가 대역 여과기를 통과하는 단계
S600: 단계 S500에서 대역 여과기를 통과한 데이터에 간섭 인자를 반영하는 단계

Claims (20)

  1. 광음향 현미경(100)의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법으로서,
    (1) 가상 검출기의 위치를 기반으로 광음향 데이터 검출 영역을 계산하는 단계;
    (2) 상기 단계 (1)에서 계산된 영역에 주사되는 각 주사선 별로 시간지연을 계산하고, 상기 계산된 시간지연을 반영하여 각 주사선 별로 얻어지는 신호 데이터를 추출하는 단계;
    (3) 상기 단계 (2)에서 추출된 각 주사선의 신호 데이터를 결합하는 단계;
    (4) 상기 단계 (3)에서 결합된 각 주사선의 신호 데이터를 통해 깊이별 데이터를 계산하는 단계;
    (5) 상기 단계 (4)에서 계산된 데이터에 대하여 대역 여과기를 통과시키는 단계; 및
    (6) 상기 단계 (5)에서 대역 여과기를 통과한 데이터에 간섭 인자를 반영하는 단계를 포함하되,
    상기 단계 (2)는,
    하기의 수학식 1에 따라 상기 시간지연을 계산하는 것을 특징으로 하는, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112017067503003-pat00074

    (여기서, △ti는 시간지연을 의미하고, z는 합성되는 위치까지의 깊이, zf는 가상 검출기가 위치하는 깊이, r은 가상 검출기와 합성 위치의 깊이 차이, r'는 가상 검출기로부터 합성 위치까지의 거리를 의미하며, c는 음속을 의미한다.)
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계 (1)의 가상 검출기의 위치는,
    초음파 트랜스듀서(150)의 초점이 형성되는 위치인 것을 특징으로 하는, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 단계 (3)은,
    하기 수학식 2에 따라, 상기 각 주사선의 신호 데이터에 부호화(sign), 절대화(absolute), 제곱근화(square root) 과정을 순서대로 적용한 후에, 하기 수학식 3에 따라, 상기 과정이 적용된 각 주사선의 신호 데이터를 곱하는 과정을 통해 두 주사선의 신호 데이터를 결합하는 것을 특징으로 하는, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법.
    [수학식 2]
    Figure 112017067503003-pat00039

    [수학식 3]
    Figure 112017067503003-pat00040

    (여기서,
    Figure 112017067503003-pat00041
    ,
    Figure 112017067503003-pat00042
    는, 각각 i번째, j번째 주사선의 얻어진 광음향 신호의 부호화된 기하 평균을 의미하고, si(t)는, i번째 주사선의 얻어진 광음향 신호를 의미하며,
    Figure 112017067503003-pat00043
    는, i번째 주사선과 j번째 주사선간 결합된 신호의 부호화된 기하 평균을 의미하고, N은 해당위치에서 중첩 가능한 가상 검출기 개수를 의미한다.)
  5. 제4항에 있어서, 상기 단계 (4)는,
    하기의 수학식 4에 따라, 상기 단계 (3)에서 결합된 각 주사선의 신호 데이터를 합하여 깊이별 데이터를 계산하는 것을 특징으로 하는, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법.
    [수학식 4]
    Figure 112016071132948-pat00044

    (여기서, yDMAS(t)는, 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 의미하며, 해당위치에서 중첩 가능한 가상 검출기 개수를 의미한다.)
  6. 제5항에 있어서, 상기 단계 (6)은,
    하기의 수학식 5에 따라 결정된 간섭 인자를 반영하여, 하기의 수학식 6에 따라 상기 간섭 인자가 반영된 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 결정하는 것을 특징으로 하는, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법.
    [수학식 5]
    Figure 112016071132948-pat00045

    (여기서, CF(t)는, 간섭 인자를 의미한다.)
    [수학식 6]
    Figure 112016071132948-pat00046

    (여기서, yDMAS-CF(t)는, 간섭 인자가 반영된 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 의미한다.)
  7. 광음향 현미경(100)의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 프로세싱 장치(110)로서,
    상기 광음향 현미경(100)에 구비되며,
    상기 광음향 현미경(100)의 합성개구집속 연산을 수행하는 프로세서(111);
    상기 프로세서(111)의 연산을 돕도록 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)으로 구성되는 메모리(113);
    상기 프로세서(111)의 연산 데이터를 저장하는 저장수단(115);
    상기 프로세서(111)의 연산을 위한 데이터를 입출력하는 입출력수단(117); 및
    상기 프로세서(111)의 연산 데이터의 통신을 위한 네트워크인터페이스(119)를 포함하되,
    상기 프로세서(111)에서의 합성개구집속 연산은,
    가상 검출기의 위치를 기반으로 광음향 데이터 검출 영역을 계산하고, 상기 계산된 영역에 주사되는 각 주사선 별로 시간지연을 계산하여, 계산된 시간지연을 반영해서 각 주사선 별로 얻어지는 신호 데이터를 추출한 후, 상기 추출된 각 주사선의 신호 데이터를 결합하고, 상기 결합된 각 주사선의 신호 데이터를 통해 깊이별 데이터를 계산한 후, 대역 여과기를 통과한 상기 계산된 데이터에 간섭 인자를 반영하여 최종적인 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 연산하는 과정을 거치며,
    상기 프로세서(111)는,
    하기의 수학식 1에 따라 상기 시간지연을 계산하는 것을 특징으로 하는, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 프로세싱 장치.
    [수학식 1]
    Figure 112017067503003-pat00075

    (여기서, △ti는 시간지연을 의미하고, z는 합성되는 위치까지의 깊이, zf는 가상 검출기가 위치하는 깊이, r은 가상 검출기와 합성 위치의 깊이 차이, r'는 가상 검출기로부터 합성 위치까지의 거리를 의미하며, c는 음속을 의미한다.)
  8. 제7항에 있어서, 상기 가상 검출기의 위치는,
    상기 광음향 현미경(100)에 구비되는 초음파 트랜스듀서(150)의 초점이 형성되는 위치인 것을 특징으로 하는, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 프로세싱 장치.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서, 상기 프로세서(111)는,
    하기 수학식 2에 따라, 상기 각 주사선의 신호 데이터에 부호화(sign), 절대화(absolute), 제곱근화(square root) 과정을 순서대로 적용한 후에, 하기 수학식 3에 따라, 상기 과정이 적용된 각 주사선의 신호 데이터를 곱하는 과정을 통해 두 주사선의 신호 데이터를 결합하는 것을 특징으로 하는, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 프로세싱 장치.
    [수학식 2]
    Figure 112017067503003-pat00048

    [수학식 3]
    Figure 112017067503003-pat00049

    (여기서,
    Figure 112017067503003-pat00050
    ,
    Figure 112017067503003-pat00051
    는, 각각 i번째, j번째 주사선의 얻어진 광음향 신호의 부호화된 기하 평균을 의미하고, si(t)는, i번째 주사선의 얻어진 광음향 신호를 의미하며,
    Figure 112017067503003-pat00052
    는, i번째 주사선과 j번째 주사선간 결합된 신호의 부호화된 기하 평균을 의미하고, N은 해당위치에서 중첩 가능한 가상 검출기 개수를 의미한다.)
  11. 제10항에 있어서, 상기 프로세서(111)는,
    하기의 수학식 4에 따라, 상기 결합된 각 주사선의 신호 데이터를 합하여 깊이별 데이터를 계산하는 것을 특징으로 하는, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 프로세싱 장치.
    [수학식 4]
    Figure 112016071132948-pat00053

    (여기서, yDMAS(t)는, 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 의미하며, 해당위치에서 중첩 가능한 가상 검출기 개수를 의미한다.)
  12. 제11항에 있어서, 상기 프로세서(111)는,
    하기의 수학식 5에 따라 결정된 간섭 인자를 반영하여, 하기의 수학식 6에 따라 상기 간섭 인자가 반영된 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 연산하는 것을 특징으로 하는, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 프로세싱 장치.
    [수학식 5]
    Figure 112016071132948-pat00054

    (여기서, CF(t)는, 간섭 인자를 의미한다.)
    [수학식 6]
    Figure 112016071132948-pat00055

    (여기서, yDMAS-CF(t)는, 간섭 인자가 반영된 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 의미한다.)
  13. 광음향 현미경(100)의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 광음향 현미경(100) 시스템으로서,
    대상체로 광 에너지가 전달되도록 레이저를 공급하는 광원모듈(10);
    상기 광원모듈(10)로부터 공급된 레이저를 전달받아 대상체로 방출하고, 상기 대상체가 발생시키는 광음향 신호를 검출하는 광음향 신호 획득모듈(20);
    상기 광음향 신호 획득모듈(20)로부터 검출된 광음향 신호를 전달받아 증폭하는 증폭모듈(30);
    상기 증폭모듈(30)에서 증폭된 신호를 이용하여 영상처리를 통해 이미지데이터를 획득하는 데이터획득모듈(40); 및
    상기 광음향 신호 획득모듈(20) 및 상기 데이터획득모듈(40)과 연결되어, 상기 광음향 신호 획득모듈(20)을 구동시키는 제어모듈(50)을 포함하되,
    상기 광음향 신호 획득모듈(20)은 상기 광음향 현미경(100)으로 구현되며,
    상기 광음향 현미경(100)은 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 프로세싱 장치(110)를 포함하고,
    상기 프로세싱 장치(110)는,
    가상 검출기의 위치를 기반으로 광음향 데이터 검출 영역을 계산하고, 상기 계산된 영역에 주사되는 각 주사선 별로 시간지연을 계산하여, 계산된 시간지연을 반영해서 각 주사선 별로 얻어지는 신호 데이터를 추출한 후, 상기 추출된 각 주사선의 신호 데이터를 결합하고, 상기 결합된 각 주사선의 신호 데이터를 통해 깊이별 데이터를 계산한 후, 대역 여과기를 통과한 상기 계산된 데이터에 간섭 인자를 반영하여 최종적인 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 연산하는 프로세서(111)를 포함하며,
    상기 프로세서(111)는,
    하기의 수학식 1에 따라 상기 시간지연을 계산하는 것을 특징으로 하는, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 광음향 현미경 시스템.
    [수학식 1]
    Figure 112017067503003-pat00076

    (여기서, △ti는 시간지연을 의미하고, z는 합성되는 위치까지의 깊이, zf는 가상 검출기가 위치하는 깊이, r은 가상 검출기와 합성 위치의 깊이 차이, r'는 가상 검출기로부터 합성 위치까지의 거리를 의미하며, c는 음속을 의미한다.)
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광원모듈(10)에서 공급된 레이저는 광섬유(1)를 통해 상기 광음향 신호 획득모듈(20)로 전달되는 것을 특징으로 하는, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 광음향 현미경 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 상기 광음향 현미경(100)은,
    상기 광원모듈(10)로부터 레이저를 전달받아 대상체로 방출하는 빔결합부(130)를 더 포함하고, 상기 빔결합부(130)는 실리콘 오일이 적용된 두 개의 프리즘(131, 133)으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 광음향 현미경 시스템.
  16. 제13항에 있어서, 상기 가상 검출기의 위치는,
    상기 광음향 현미경(100)에 구비되는 초음파 트랜스듀서(150)의 초점이 형성되는 위치인 것을 특징으로 하는, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 광음향 현미경 시스템.
  17. 삭제
  18. 제13항에 있어서, 상기 프로세서(111)는,
    하기 수학식 2에 따라, 상기 각 주사선의 신호 데이터에 부호화(sign), 절대화(absolute), 제곱근화(square root) 과정을 순서대로 적용한 후에, 하기 수학식 3에 따라, 상기 과정이 적용된 각 주사선의 신호 데이터를 곱하는 과정을 통해 두 주사선의 신호 데이터를 결합하는 것을 특징으로 하는, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 광음향 현미경 시스템.
    [수학식 2]
    Figure 112017067503003-pat00057

    [수학식 3]
    Figure 112017067503003-pat00058

    (여기서,
    Figure 112017067503003-pat00059
    ,
    Figure 112017067503003-pat00060
    는, 각각 i번째, j번째 주사선의 얻어진 광음향 신호의 부호화된 기하 평균을 의미하고, si(t)는, i번째 주사선의 얻어진 광음향 신호를 의미하며,
    Figure 112017067503003-pat00061
    는, i번째 주사선과 j번째 주사선간 결합된 신호의 부호화된 기하 평균을 의미하고, N은 해당위치에서 중첩 가능한 가상 검출기 개수를 의미한다.)
  19. 제18항에 있어서, 상기 프로세서(111)는,
    하기의 수학식 4에 따라, 상기 결합된 각 주사선의 신호 데이터를 합하여 깊이별 데이터를 계산하는 것을 특징으로 하는, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 광음향 현미경 시스템.
    [수학식 4]
    Figure 112016071132948-pat00062

    (여기서, yDMAS(t)는, 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 의미하며, 해당위치에서 중첩 가능한 가상 검출기 개수를 의미한다.)
  20. 제19항에 있어서, 상기 프로세서(111)는,
    하기의 수학식 5에 따라 결정된 간섭 인자를 반영하여, 하기의 수학식 6에 따라 상기 간섭 인자가 반영된 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 연산하는 것을 특징으로 하는, 광음향 현미경의 성능을 향상시키는 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방법을 이용하는 광음향 현미경 시스템.
    [수학식 5]
    Figure 112016071132948-pat00063

    (여기서, CF(t)는, 간섭 인자를 의미한다.)
    [수학식 6]
    Figure 112016071132948-pat00064

    (여기서, yDMAS-CF(t)는, 간섭 인자가 반영된 시간지연곱합 기반 합성개구집속 방식에 의한 광음향 신호 출력을 의미한다.)
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