KR101931751B1 - 비침습적 방법에 의하여 복수의 동시 영상화가 가능한 검이경 - Google Patents

비침습적 방법에 의하여 복수의 동시 영상화가 가능한 검이경 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비침습적 방법에 의하여 복수의 동시 영상화가 가능한 검이경에 관한 것으로서, 낮은 해상도를 갖는 중이 심층의 단층 촬영 영상 및/또는 중이 근위단층의 공초점 고해상도 영상을 동시에 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 백색광 및/또는 고막 표면의 협대역 이미지를 얻을 수 있으며, 따라서 중이의 병리학적 관점에서, 비침습형, 비생체검사형 진단 평가가 가능하다.

Description

비침습적 방법에 의하여 복수의 동시 영상화가 가능한 검이경{MULTIPLE IMAGING MODALITY OTOSCOPE BYR NON-INVASIVE METHOD}
본 발명은 비침습적 방법에 의하여 복수의 동시 영상화가 가능한 검이경에 관한 것으로서, 낮은 해상도를 갖는 중이 심층의 단층 촬영 영상 및/또는 중이 근위단층의 공초점 고해상도 영상을 동시에 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 백색광 및/또는 고막 표면의 협대역 이미지를 얻을 수 있으며, 따라서 중이의 병리학적 관점에서, 비침습형, 비생체검사형 진단 평가가 가능하다.
중이염(Otitis media, OM)은 고막(tympanic membrane, TM)과 내이(inner ear) 사이에서 박테리아가 성장함으로써 종종 발생되는 중이 감염증(middle ear infection)이다. 유아는 종종 폐결핵 감염(upper respiratory tract infection) 또는 음식이나 환경적 알러지 유발 항원에 대한 알러지 반응에 따라서 중이 감염증에 걸리기도 한다.
중이염은 증상, 기간, 검이경 검사(otoscopic observations) 및 물리적 진단 등에 의하여 특정된다. 가장 흔한 형태는 급성 중이염(acute otitis media, AOM)으로서 하나 또는 그 이상의 증상들을 갖는 빠른 침입성(rapid-onset) 감염증이다. 이 경우, 의사는 공압 검이경(pneumatic otoscopy)을 이용하며, 이를 수단으로 대체로 고막 팽윤(bulging), 백화(opacity), 삼출 및 이동성 감소 등 고막의 비정상적 양태를 발견할 수 있다.
대부분의 비화농성 중이염은 1주 또는 2주 내에 치료되며, 항생제를 사용할 때도 있다. 재발되는 급성 중이염과 삼출성 중이염(OM with effusion, OME)은 만성 중이염(chronic OM)으로 간주된다. 이들 질병들은 종종 귀에 대한 장기간 또는 영구적인 손상을 야기하며, 소아들에 대하여 잘 관리되지 않으면 청력 손실 및 언어 지연(speech delay)으로 이어질 수 있다.
삼출성 중이염은 통상 공압 검이경을 통하여 확인될 수 있으나, 보충적으로 고실계측법(tympanometry) 및/또는 음향(청각) 반사 측정법(acoustic reflectometry) 등에 의하기도 한다. 또한, 삼출성 중이염은 고막천자(tympanocentesis) 또는 고막천공(tympanic membrane perforation)에 따른 외이도(external auditory canal) 내의 유동체의 존재여부로 직접 확인될 수도 있다.
중요한 것은 삼출성 중이염과 급성 중이염을 구별하는 것이다. 삼출성 중이염이 급성 중이염에 비하여 흔히 발생된다. 삼출성 중이염은 세균성 폐결핵 감염을 수반할 수 있으며, 급성 중이염의 전초증상이 되거나, 급성 중이염으로 진행된다.
급성 중이염의 진단은 특히 유아와 소아에 있어서, 종종 불확실성에 기인하는 경우가 있다. 즉, 실제로 삼출성 중이염인 경우, 이러한 삼출성 중이염이 불확실한 것으로 여겨질 때, 실수로 급성 중이염으로 진단되기도 한다. 이 경우, 항생제를 불필요하게 처방하게 되는 문제점이 있다.
임상의는 소아의 경우 유스타키오관(Eustachian tube) 기능장애와 고막의 수축에 의해 중이의 불편함이 발생하거나, 또는 급성 폐결핵이 만성 선재성 중이강 저류액(middle ear effusion, MEE)을 동반하는 경우, 이에 대한 허위 양성 진단(false-positive diagnosis)을 방지하기 위하여 노력하여야 한다.
이러한 허위 진단 방지의 필요성은 최적의 처치계획을 결정하는데 도움을 주고, 보다 효과적으로 이들 공통된 세트 질환을 관리하도록 할 수 있는 부가적인 정량데이터에 대한 높은 요구에서 비롯된다.
최근의 임상연구를 보면, 만성 중이염과 고막 배면의 박테리아성 생물막(a bacterial biofilm)의 존재간 일치성이 있다는 강한 증거가 도출되었다. 생물막은 다수 종의 미세 유기체(예를 들어 박테리아, 균류, 바이러스 등)의 복잡한 자가 형성 서식지(self-assembled habitat)로서 점착성의 바이오폴리머 기지내에서 공동으로 증식한다.
생물막의 미세구조는 세포 분포, 세포 응집, 구조적 공동(structural voids) 및 유동체관(fluid channels)을 포함하여 조성과 구성면에서 매우 불균질한 것으로 확인되었다. 생물막 내에서, 미생물이 항생제에 대한 노출 또는 살균제 처리 등과 같은 가혹한 환경으로부터 보호받아서 주기적으로 내성을 증가시킬 수 있으며, 감염증의 재발 또는 영속화를 위한 자생을 가능하게 할 수 있다.
중이염을 일으키는 주요 박테리아는 Streptococcus pneumoniae , Moraxella catarrhalis, 비피막형 Haemophilus influenza 등이 있다.
검이경과 조합된 광간섭성 단층촬영(Optical Coherence Tomography, OCT)으로서 종래의 시스템은 중이염을 진단하고, 정량화하기 위한 부가장비로 사용되었다(Kim et al. US2014/0012141 A1).
표준 검이경이 고막 표면의 조명 및 확대에 치중하는 반면, 중이내의 구조를 표시하는데에는 상대적으로 효과적이지 않았고, 특히 고막이 질병에 의하여 더 이상 투명성을 갖지 않는 경우에는 중이내 구조를 파악하는 것이 더욱 어려웠다. 따라서 침습과정을 수행하여야 하는데, 이 경우 고막에 악영향을 미치는 문제점도 있다.
OCT는 심도거리(depth range)에 대하여 고해상도의 영상을 얻을 수 있고, 영상화 성능을 가지고 있어 중이에 대한 진단시 다양한 응용의 가능성이 있으며, 중이 생물막의 감지와 정량화를 가능하게 할 수 있다. 또한, 마이크로 단위의 해상도를 가지고 있어 OCT는 생물막 형성의 역학관계를 포함하여 생물막의 미세구조를 영상화할 수 있다.
그러나, 진단학적 평가는 검이경의 시각적 분석(otoscopic visual analysis) 뿐만 아니라 총체적 형태학적 특징의 단층 촬영 검사에 의하여 이루어지고 있으며, 따라서, 이에 대한 임상적 의구심이 높다고 할 수 있다. 형태학만을 사용하는 이와 같은 계층화는 일정하지 않고 다양한 진단결과를 생성하여 혼동이 발생되는 문제점이 있고, 따라서 질병을 정의하는 생화학적 이해도를 제한하게 된다. 결과적으로, 환자는 최악의 경우 과도한 수준의 처치를 받게 되며, 신체에 악영향을 미치게 된다.
한편, 라만 스펙트럼 진찰 플랫폼(Raman spectroscopic (RS) detection platform)과 같은 분자 생물학적 방법을 이용하여 중이 환경을 비침습적으로 검출하면, 몸의 상태 뿐만 아니라 미래의 거동을 예측하는 것이 가능하도록 하는 근본적인 생리를 알게된다.
중이의 병적측면을 형태학적으로 분석하는 것 뿐만 아니라 화학적으로 분석하는 것도 가능한데, 이는 US2016/0007840A1에 개시되어 있다. 이러한 검출 시스템은 병리 생리학적 조건의 "지문"과 같은 문양을 제공하는 진동 모드를 분석하기 위한 분자생물학적 자료수집에 기반하는 것이다. 이러한 기술의 분자생물학적 특수성 때문에 스펙트럼 데이터는 지금보다 더 우수한 객관적 검출 및 그레이딩이 가능할 뿐 아니라 조직 내의 세포 유형을 확인할 수 있는 새로운 방식을 제공한다. 그러나, 이러한 장치는 낮은 위치확정성을 가지며 중이 내부의 구조적 정보의 부족으로 진단범위의 적절한 지정이 불가능하기 때문에 진단에 있어서 높은 불확정성 및 다양성이 존재하는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 RS(Raman Spectroscopy) 및 OCT를 이용하기 위한 검이경 내에 조합구조에 관한 것으로, RS와 OCT의 상호 보완관계를 구축하여, 구조의 영상을 제공하고 이를 중이의 생화학적 자료와 상호 연결시킴으로써 최적의 처치 전략을 결정하는데 도움이 될 수 있으며, 따라서 진찰의 정확성을 크게 개선시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 이러한 진찰의 정확성으로부터 보다 효과적으로 공통의 질병 세트를 관리할 수 있도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 시료의 넓은 영역에 대하여 OCT 용량 측정 데이터와 생화학적 라만 스펙트럼 맵을 동시에 집약하도록 하고, 집약된 데이터를 이용하여 양 장치간 시너지를 향상시키도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 RS와 OCT 각 기술이 각각 응용 가능하였던 영역에 비하여 이를 조합함으로써 생물 의학적 응용 범위를 크게 넓힐 수 있도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 조합된 RS-OCT 시스템을 구축함으로써, OCT를 이용하여 불규칙한 조직의 작은(<100㎛) 영역에서 라만 스펙트럼을 획득할 수 있도록 안내하고, RS를 이용함으로써 OCT 이미지 내의 모호한 구조의 생화학적 조성을 특정하도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 검이경으로부터 획득되는 신호를 CCD를 이용하여 이미지화할 수 있을 뿐만 아니라, RS와 OCT에 적절히 분배하여 필요한 생체적 정보를 다각적으로 획득할 수 있도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 이도에 삽입되며, 광 신호 전달용 광학 채널이 배치되는 삽입관; 상기 삽입관의 후방에 위치하며, 상기 광학 채널을 지지하고, 조명수단이 결합되는 노브; 상기 노브의 후방에 위치하며, 상기 백색광 영상 채널로부터 수신되는 광신호를 반사하는 반사 거울을 내장하는 하우징; 및
상기 하우징의 하방에 위치하며, 상기 반사 거울로부터 반사되는 광신호를 수신하는 카메라 모듈; 을 포함하여 구성되고, 상기 광 신호는 광 섬유에 의해서 라만 스펙트로스코피(RS)와 광간섭성 단층촬영장치(OCT)로 전달되는 것을 특징으로 하는 비침습적 방법에 의하여 복수의 동시 영상화가 가능한 검이경을 제공한다.
상기 광 신호 전달용 광학 채널은 서로 나란하면서 독립적으로 배치되는 라만스펙트로스코프-광간섭단층촬영장치(RS-OCT) 스캐닝 프로브와 백색광 영상 채널이며, 상기 노브에는 조정 가능한 렌즈가 내장되며, 상기 RS-OCT 스캐닝 프로브의 내이 방향 반대단에는 제1광섬유가 연결되어, RS와 OCT로 광 신호를 전달하거나 RS와 OCT로부터 RS-OCT 스캐닝 프로브로 광신호를 전달하는 것이 바람직하다.
상기 제1광섬유로부터 전달되는 신호는 이색성 거울에 의하여 반사 및 투과되며, 반사되는 신호와 투과되는 신호는 각각 RS와 OCT 또는 OCT와 RS로 전달되는 것이 바람직하다.
상기 백색광 영상 채널과 반사 거울 사이에는 시준렌즈가 더 마련되는 것이 바람직하다.
상기 RS-OCT 스캐닝 프로브는, 튜브와, 상기 튜브에 내장되며, 두 쌍의 전극이 대체로 원통의 형상을 이룸과 동시에 상기 전극들을 축방향으로 관통하는 프로브 광 섬유를 포함하는 납-지르코늄 티타네이트(PZT) 스캐닝 프로브와, 상기 튜브의 내이 방향 단부에 설치되며, 상기 프로브 광 섬유가 형성하는 패턴을 내이 내부로 전달하는 구배지수 대물렌즈를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 조명 수단은, 임베디드 LED와, 일단이 상기 LED에 연결되며, 타단이 상기 삽입관에 연결되는 제2광섬유를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 광학 채널은 채널 양단부에 렌즈가 마련되는 광학 릴레이인 것이 바람직하다.
광 신호 라만 스펙트로스코피(RS)와 광간섭성 단층촬영장치(OCT)로 전달하는 제1광섬유와, 상기 조명수단과 삽입관을 연결하는 제2광섬유를 포함하며, 상기 하우징에는, 상기 광학 릴레이를 경유하여 전달되는 광신호를 카메라 모듈로 보내기 위한 제1반사거울; 상기 광학 릴레이를 경유하여 전달되는 광신호를 제1반사거울로 투과시키거나, 반사하는 제2반사거울; 및 상기 제2반사거울로부터 반사되는 광신호를 받아서 제1광섬유로 전달하기 위한 제3반사거울;을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 백색광 영상 장치와 RS(Raman Spectroscopy) 및 OCT를 하나의 기기로 조합함으로써, 상호 보완관계를 구축하여, 구조의 영상을 제공하고 이를 중이의 생화학적 자료와 상호 연결시킴으로써 최적의 처치 전략을 결정하는데 도움이 될 수 있으며, 따라서 진찰의 정확성을 크게 개선시킬 수 있도록 하는 작용효과가 기대된다.
또한, 본 발명은 이러한 진찰의 정확성으로부터 보다 효과적으로 공통의 질병 세트를 관리할 수 있도록 하는 작용효과가 기대된다.
또한, 본 발명은 시료의 넓은 영역에 대하여 OCT 용량 측정 데이터와 생화학적 라만 스펙트럼 맵을 동시에 집약하도록 하고, 집약된 데이터를 이용하여 양 장치간 시너지를 향상시키도록 하는 작용효과가 기대된다.
또한, 본 발명은 RS와 OCT 각 기술이 각각 응용 가능하였던 영역에 비하여 이를 조합함으로써 생물 의학적 응용 범위를 크게 넓힐 수 있도록 하는 작용효과가 기대된다.
또한, 본 발명은 조합된 RS-OCT 시스템을 구축함으로써, OCT를 이용하여 불규칙한 조직의 작은(<100㎛) 영역에서 라만 스펙트럼을 획득할 수 있도록 안내하고, RS를 이용함으로써 OCT 이미지 내의 모호한 구조의 생화학적 조성을 특정하도록 하는 작용효과가 기대된다.
또한, 본 발명은 검이경으로부터 획득되는 신호를 CCD를 이용하여 이미지화할 수 있을 뿐만 아니라, RS와 OCT에 적절히 분배하여 필요한 생체적 정보를 다각적으로 획득할 수 있도록 하는 작용효과가 기대된다.
또한, 본 발명은 검이경의 삽입되는 요소의 굵기를 더욱 작게 할 수 있으므로, 영유아까지 검이경을 적용할 수 있는 연령대를 확대할 수 있는 작용효과가 기대된다.
또한, 본 발명은 비침습적으로도 육안으로 관찰되지 아니하는 고막의 안쪽 중이 영역까지 질환 또는 상태를 정확히 검진할 수 있도록 하는 작용효과가 기대된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 조합된 백색광 영상 채널과 RS-OCT 채널 및 모형화된 스캐닝 광학장치를 구비하는 백색광-RS-OCT 시스템의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 분리된 백색광 영상 채널과 RS-OCT 채널 및 모형화된 스캐닝 광학장치를 구비하는 백색광-RS-OCT 시스템의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 모형화된 RS-OCT 스캐닝 프로브를 나타내는 사시도 및 작동상태를 나타내는 단면도이다.
이하에서는 본 발명을 첨부되는 도면과 바람직한 실시예에 의하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 복수의 모드를 갖는 광대역 영상화 검이경에 관한 것으로서, 낮은 해상도를 갖는 중이 심층의 단층 촬영 영상 및/또는 중이 근위단층의 공초점 고해상도 영상을 동시에 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 백색광 및/또는 고막 표면의 협대역 이미지를 얻을 수 있으며, 따라서 중이의 병리학적 관점에서, 비침습형, 비생체검사형 진단 평가가 가능하다. 또한, 라만 분광학적 탐지 모드를 통하여 중이의 생화학적 분석이 가능하며, 염색하지 않고도 조직내 세포 유형을 인지할 수 있다.
본 발명에 의한 검이경은 두개의 광학 채널로 구성되는데, 비유동적 광역 영상 채널과 초점 조정 가능한 스캐닝 공초점 영상 채널이 그것이다. 광역 영상 채널은 내장형 백색 및/또는 narrow color LED 어레이와, 광대역 백색광 영상과 협대역 여과 영상에 사용되는 한쌍의 CMOS 카메라 센서를 포함한다. 조정 가능한 스캐닝 공초점 채널은 내장형 멤스(MEMS) 스캐너 및 다른 파장에 대한 초점의 위치를 조정하기 위한 초점 조정가능한 렌즈 시스템을 포함한다.
백색 영상, RS 및 OCT를 조합하여 하나의 기구로 제작하는 대부분의 접근방법은 독립적인 검출기기로서의 기능을 유지하면서 샘플링과 광스캐닝을 결합하는 것이다. 이러한 백색광-RS-OCT 시스템의 장점은 독립적인 검출 암을 사용하여 각 기술이 독립적으로 최적화되어 작동되도록 하드웨어를 배치한다는 점이다.
통상의 RS-OCT 스캐닝 및 샘플링 광학기구의 장점은 OCT를 사용하여 불규칙한 조직의 작은 영역(100㎛ 미만)에 대한 라만 스펙트럼 획득을 유도할 수 있고, RS를 사용하여 OCT 영상 내의 모호한 구조에 대한 생화학적 조성을 특정할 수 있다는 점이다.
백색광-RS-OCT 조합시스템의 디자인에 있어서 주된 목표는 적절한 광원 및 광 스캐너의 선택, 그리고 적합한 검출기 아키텍쳐(architecture)의 선택이다.
통상의 스캐닝 및 샘플링 광학기구와 조합된 백색광-RS-OCT 시스템을 이해하기 위하여, 가장 먼저 고려해야 하는 사항은 라만 산란 스펙트럼과 OCT 밴드폭이 스펙트럼상에서 겹치지 않도록 광원을 선택하는 것이다. 조직의 RS에 대해서는 자외선부터 적외선의 1064nm의 파장영역에 이르기까지의 결과가 보고된 바 있다.
통상, 근적외선 영역의 광원이 선호되는데, 이는 조직 자발 형광(autofluorescence)이 감소되기 때문이다. 그러나, 라만 산란 강도와 검출기 반응도 또한 대개 파장이 길어짐에 따라서 감소한다. 파장 안정화 785 nm 다이오드 레이저를 라만 소스로 채택하였으며, 이는 815 내지 930nm, 즉 500 내지 2000cm-1의 상대적 파수(wavenumbers)의 유기 분자에 대한 "fingerprint" 영역을 제공한다. OCT 용 SLD(Superluminescent Diode) 소스는 중심부에서 80nm의 광학 3dB 밴드폭과 약 1250 내지 1370nm의 최대 스펙트럼 폭을 갖는 것으로 선택하였으며, 따라서 RS 시스템과의 조합에도 불구하고 겹침현상이 발생되지 아니하였다.
RS-OCT 두 형태를 하나의 채널로 조합하기 위하여 1250 ~ 1600nm의 단일모드와 400 ~ 2200nm의 멀티모드 작동을 위한 이중 클래드 광섬유(Double-clad optical fiber, 제1광섬유)를 사용하였다.
본 발명의 일 실시예에 의한 백색광-RS-OCT 시스템(100)을 도식화하여 도 1에 나타내었다. 라만스펙트로스코프(RS, 150) 및 광간섭단층촬영장치(OCT, 170) 모듈들로부터 출력되는 레이저 빔들은 이색성 거울(dichroic mirror, 161)을 매개로 이중 클래드인 제1광섬유(140)에 의하여 하나의 빔(광신호)으로 조합된다. 이후, 상기 조합된 빔은 750 ~ 1350nm의 파장밴드로 코팅된 시준렌즈(127)에 의하여 평행하게 조사되며, 스캐닝 거울인 제3반사거울(125) 및 제1반사거울(129)을 경유하여 검이경 삽입 경로로 진입하는데, 본 발명에 있어서는 상기 제3반사거울(125)은 높이가 낮은 구조의 검류계 거울쌍 또는 MEMS 거울이 될 수 있으며, 빔이 두개의 평면상에서 흔들리게 된다. 즉, 하나의 빔은 하나의 평면상에서 특정 경로로 흔들리며, 또 하나의 빔은 또 하나의 평면상에서 특정 경로로 흔들리고, 두 빔은 서로 다른 경로로 흔들리게 되는 것이다.
이후 출력빔은 광학 릴레이(111)에 의하여 고막(11)상에 집중된다. 고막(11)의 전 영역을 조망하기 위하여, 스캐닝 영역(Field-of-Scanning)은 7mm×7mm로 조정된다. 한편, 외이도를 통하여 고막(11)의 기단부로 보다 용이하게 접근하기 위하여 검이경(100)의 삽입부(110)의 굵기는 3.6mm의 직경과 50mm의 길이가 되도록 제작된다. 이로써, 성인이 아닌 경우가 아니라면 이도 내로 검이경(100)의 삽입이 가능하다.
RS-OCT 시스템의 초점의 위치는 광학 릴레이(111) 내부에서 조정가능하며, 이 때, 노브(120)내에 마련된 변환가능한 렌즈에 의하여 조정된다. 고막내 조직으로부터 산란된 광 신호는 동일한 광 초점에 의해 집광되어 제1광섬유(140)로 재입사된다. 이후, 신호는 개별적인 RS(150)와 OCT 모듈(170)에 의해 처리된다.
풀컬러 영상을 구현하기 위하여 400 내지 700nm의 밴드폭을 갖는 백색 광 영상 채널이 검이경의 삽입부(110) 내에서 광학 릴레이(111)를 경유하여 RS-OCT 스캐닝 채널과 조합된다. 즉, 두 채널은 중첩된다. 이후, 조명 수단인 임베디드형 LED 어레이(113)에 의하여 제2광섬유(115)를 통하여 고막(11) 방향으로 광을 조사하고, 반사된 광 신호는 이색성 거울(121)에 의하여 백색광 영상 신호가 RS-OCT 스캐닝 채널로부터 분리되며, 분리된 광 신호는 CMOS 카메라 센서(135)로 전달된다. 고막 이미지의 축상에서의 위치는 초점렌즈(131)에 의해 조정될 수 있다.
RS-OCT 시스템의 스캐닝 범위(Filed-of Scanning)와 백색광 영상에 대한 시야각 범위(Field-of-View)의 조건을 만족시키기 위하여, 삽입부(110)내의 광학 릴레이(111)는 복수의 렌즈로 구성된다. 광학 릴레이(111)의 광학적 요소들은 800 내지 1550nm의 파장에 대한 반사 방지 코팅이 되어 있으며, 밴드폭 전체에 대하여 1% 미만의 평균 손실율을 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 백색광-RS-OCT 시스템을 도식화하여 도 2 및 3에 나타내었다.
본 실시예에서는 백색광 영상 채널과 RS-OCT 조합 채널을 분리하고, RS-OCT 스캐닝 시스템을 삽입경로의 말단부에 위치시킨 것이다. 이로써 광학적 요소들의 과잉과 복잡성을 해소할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하여, 분리된 채널과 단순화된 스캐닝 프로브를 구비하는 백색광-RS-OCT 시스템을 도 2에 도식화하여 나타내었다.
삽입부(110)의 단면적을 가급적 3.6mm 미만의 직경으로 작게 유지한다. 또한 삽입부내의 백색광 영상 채널은 30,000 픽셀을 갖는 백색광 영상 섬유(119)와 구배지수 대물렌즈(121)로 구성된다.
이후, 조사된 이미지(패턴)는 시준렌즈(초점렌즈, 131)에 의하여 시준되고, 카메라 센서(135)로 조사된다. RS-OCT 스캐닝 프로브(117)가 검이경 축에 대하여 좌우로 위치 변동을 할 수 있는데, 초점의 조절이 가능한 노브(120)에 의하여 RS-OCT 스캐닝 프로브(117)가 검이경 단부의 앞부분으로 이동가능하게 구성되도록 함으로써 초점이 조정될 수 있다. 이 때, RS-OCT 스캐닝 프로브(117)의 이동은 회전운동을 직선운동으로 바꾸어주는 통상의 기구(mechanism)에 의한다. 즉, 노브(120)를 시계방향으로 회전하거나 반시계방향으로 회전하면 RS-OCT 스캐닝 프로브(117)가 고막의 방향에 대하여 좌로 또는 우로 이동함으로써 원근이 조절되도록 할 수 있다.
이와 같은 검이경 시스템에 의하여, 도 1의 실시예보다 더 좁은 이도에서 RS-OCT 스캐닝 프로브(117)의 작업거리의 조정이 가능하며, 특히, 높은 개구수의 구배지수 대물렌즈(도 3의 180)를 이용함으로써 높은 해상도를 갖도록 제작할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 RS-OCT 스캐닝 프로브를 나타내는 사시도 및 작동을 설명하기 위한 단면도이다.
도시된 바와 같이, 단순화된 RS-OCT 스캐닝 프로브(117)는 단순화된 작동 시스템 내에서 제1광섬유(140)의 말단부를 지지함으로써 스캐닝을 수행한다. 여기서 상기 시스템은 소구경의 납-지르코늄 티타네이트(PZT) 스캐닝 프로브이거나 또는 동일한 크기의 형태를 갖는 멤스 스캐닝 프로브일 수 있고, 위 두 가지의 프로브는 제1광섬유(140) 말단부를 고정된 구배지수 대물렌즈(180) 전방의 서로 다른 두개의 축상에서 작동시키는 기능을 가지고 있다.
상기 프로브(117)는 전체 직경이 약 2.6mm인 얇은 벽의 피하주사 튜브(147)에 내장된다. 상기 프로브(117)는 두 쌍의 압전소자(141)가 전체적으로 원통의 형상을 이루도록 구성되고, 상기 압전소자의 일측단에는 전극(143)이 마련되어 전선(145)이 연결되며, 상기 두 쌍의 압전소자(141)는 그 중앙에 홀이 형성되도록 형상화되고, 상기 중앙의 홀을 제1광섬유(140)가 관통한다.
상기 두 쌍의 압전소자(141)에 대하여 90°의 위상차를 갖는 진폭변조 사인파를 인가하면, 상기 두 쌍의 압전소자(141)는 위 진폭변조 사인파에 따라서 나선형 패턴으로 작동하게 되며, 제1광섬유(140)도 이에 연동되어 동일 패턴으로 작동하며, 이러한 패턴을 OCT와 RS가 전달받아 각각 3D 및 2D 데이터를 얻는다.
만일 미세하게 다른 진동수들로 파동을 인가하면, 두 개의 구동 주파수의 차의 프레임 속도(frame rate, 연속된 이미지들을 촬영하거나 재현하는 속도의 비율)에 따라서 스캐닝 패턴은 리사주(Lissajou) 패턴을 형성한다.
이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 안정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 백색광-RS-OCT 시스템 110 : 삽입부
111 : 광학 릴레이 113 : LED 모듈
115 : 제2광섬유 117 : RS-OCT 스캐닝 프로브
119 : 백색광 영상 섬유 121, 180 : 구배지수 대물렌즈
123 : 제2반사거울 125 : 제3반사거울
127, 131 : 시준렌즈(초점렌즈) 129 : 제1반사거울
133 : 카메라 135 : CMOS 카메라 센서
140 : 제1광섬유 150 : 라만스펙트로스코프
161 : 이색성 거울 170 : 광간섭단층촬영장치

Claims (8)

  1. 이도에 삽입되며, 광 신호 전달용 광학 채널이 배치되는 삽입관;
    상기 삽입관의 후방에 위치하며, 상기 광학 채널을 지지하고, 조명수단이 결합되는 노브;
    상기 노브의 후방에 위치하며, 삽입관내에 삽입된 백색광 영상 섬유로부터 수신되는 광신호를 반사하는 반사 거울을 내장하는 하우징; 및
    상기 하우징의 하방에 위치하며, 상기 반사 거울로부터 반사되는 광신호를 수신하는 카메라 모듈;
    을 포함하여 구성되고,
    상기 광 신호는 광 섬유에 의해서 라만 스펙트로스코피(RS)와 광간섭성 단층촬영장치(OCT)로 전달되며,
    상기 라만 스펙트로스코피(RS)와 광간섭성 단층촬영장치(OCT)로 전달하는 제1광섬유는 상기 라만 스펙트로스코피(RS)와 광간섭성 단층촬영장치(OCT)를 하나의 채널로 조합하기 위하여 1250 ~ 1600nm의 단일모드와 400 ~ 2200nm의 멀티모드 작동을 위한 이중 클래드 광섬유이고,
    파장 안정화 785 nm 다이오드 레이저를 라만 소스로, 중심부에서 80nm의 광학 3dB 밴드폭과 1250 내지 1370nm의 최대 스펙트럼 폭을 갖는 것을 OCT 용 SLD(Superluminescent Diode) 소스로 각각 채택한 것을 특징으로 하는 비침습적 방법에 의하여 복수의 동시 영상화가 가능한 검이경.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 신호 전달용 광학 채널은 서로 나란하면서 독립적으로 배치되는 라만스펙트로스코프-광간섭단층촬영장치(RS-OCT) 스캐닝 프로브와 백색광 영상 채널이며,
    상기 노브에는 조정 가능한 렌즈가 내장되며,
    상기 RS-OCT 스캐닝 프로브의 내이 방향 반대단에는 제1광섬유가 연결되어, RS와 OCT로 광 신호를 전달하거나 RS와 OCT로부터 RS-OCT 스캐닝 프로브로 광신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 비침습적 방법에 의하여 복수의 동시 영상화가 가능한 검이경.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1광섬유로부터 전달되는 신호는 이색성 거울에 의하여 반사 및 투과되며, 반사되는 신호와 투과되는 신호는 각각 RS와 OCT 또는 OCT와 RS로 전달되는 것을 특징으로 하는 비침습적 방법에 의하여 복수의 동시 영상화가 가능한 검이경.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 백색광 영상 채널과 반사 거울 사이에는 시준렌즈가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 비침습적 방법에 의하여 복수의 동시 영상화가 가능한 검이경.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 RS-OCT 스캐닝 프로브는,
    튜브와,
    상기 튜브에 내장되며, 두 쌍의 전극이 원통의 형상을 이룸과 동시에 상기 전극들을 축방향으로 관통하는 프로브 광 섬유를 포함하는 납-지르코늄 티타네이트(PZT) 스캐닝 프로브와,
    상기 튜브의 내이 방향 단부에 설치되며, 상기 프로브 광 섬유가 형성하는 패턴을 내이 내부로 전달하는 구배지수 대물렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비침습적 방법에 의하여 복수의 동시 영상화가 가능한 검이경.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조명 수단은,
    임베디드 LED와, 일단이 상기 LED에 연결되며, 타단이 상기 삽입관에 연결되는 제2광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습적 방법에 의하여 복수의 동시 영상화가 가능한 검이경.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광학 채널은 채널 양단부에 렌즈가 마련되는 광학 릴레이인 것을 특징으로 하는 비침습적 방법에 의하여 복수의 동시 영상화가 가능한 검이경.
  8. 제7항에 있어서,
    광 신호 라만 스펙트로스코피(RS)와 광간섭성 단층촬영장치(OCT)로 전달하는 제1광섬유와, 상기 조명수단과 삽입관을 연결하는 제2광섬유를 포함하며,
    상기 하우징에는,
    상기 광학 릴레이를 경유하여 전달되는 광신호를 카메라 모듈로 보내기 위한 제1반사거울;
    상기 광학 릴레이를 경유하여 전달되는 광신호를 제1반사거울로 투과시키거나, 반사하는 제2반사거울; 및
    상기 제2반사거울로부터 반사되는 광신호를 받아서 제1광섬유로 전달하기 위한 제3반사거울;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비침습적 방법에 의하여 복수의 동시 영상화가 가능한 검이경.

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