KR102082299B1

KR102082299B1 - 단층 영상 생성 장치 및 단층 영상 생성 방법

Info

Publication number: KR102082299B1
Application number: KR1020120134861A
Authority: KR
Inventors: 임재균; 박용근; 장재덕; 유현승; 이성덕; 장우영; 최현
Original assignee: 삼성전자주식회사; 한국과학기술원
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2020-02-27
Also published as: EP2735841A1; JP2014104362A; US20140146324A1; CN103829924B; KR20140067522A; US9618324B2; CN103829924A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 생성 장치는 입사빔(incident beam)을 각각, 적어도 둘 이상의 기본 변조 파라미터에 근거한 적어도 둘 이상의 기본 변조 입사광 및 타겟 변조 파라미터에 근거한 타겟 변조 입사광으로 변조하여, 피사체에 대한 적어도 둘 이상의 기본 간섭 신호 및 타겟 간섭 신호를 검출하는 검출부; 및 상기 적어도 둘 이상의 기본 간섭 신호를 분석하여 설정된 타겟 변조 파라미터를 출력하고, 상기 타겟 간섭 신호를 상기 피사체에 대한 타겟 영상으로 처리하여 출력하는 영상부를 포함한다.

Description

단층 영상 생성 장치 및 단층 영상 생성 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING TOMOGRAPHY IMAGE}

본 발명은 단층 영상 생성 장치 및 단층 영상 생성 방법에 관한 것으로, 특히 관측할 수 있는 투과 깊이를 향상시켜 보다 정밀한 단층 영상을 생성할 수 있는 단층 영상 생성 장치 및 단층 영상 생성 방법에 관한 것이다.

단층 촬영(Tomography)은 침투성 파동(penetrating wave)을 이용하여 피사체의 단층 영상(tomography image)을 획득하는 기술이다. 이러한 단층 촬영은 다양한 분야에서 활용되고 있다. 이에 따라 보다 정밀한 단층 영상에 대한 요구도 함께 증가되고 있다. 특히, 인간의 생명과 직접 관련된 의료 분야에서는, 보다 정밀한 단층 영상을 생성하는 기술이 중요한 이슈로 되고 있다.

본 발명은 관측할 수 있는 투과 깊이를 향상시켜 보다 정밀한 단층 영상을 생성할 수 있는 단층 영상 생성 장치 및 단층 영상 생성 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 단층 영상 생성 장치 및 단층 영상 생성 방법에 의하면, 생체 조직의 특성을 반영하여 변조를 수행함으로써, 관측할 수 있는 투과 깊이를 향상시켜 보다 정밀한 단층 영상을 생성할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단층 영상 생성 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 간섭계를 좀더 명확하게 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 변조기의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 변조기의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 변조기의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 변조기의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1의 영상 처리부의 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1의 피사체의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 1의 변조기의 동작 예를 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11은 각각, 도 1의 변조기의 다른 동작 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단층 영상 생성 장치를 나타내는 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단층 영상 생성 장치를 나타내는 블록도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 생성 장치(100)는 검출부(DTEC) 및 영상부(IMU)를 구비하는 광 간섭 단층 촬영(Optical Coherent Tomography, 이하 'OCT'라 칭함) 장치일 수 있다.

검출부(DTEC)는 입사빔(incident beam, IBM)을 각각, 적어도 둘 이상의 기본 변조 파라미터에 근거한 적어도 둘 이상의 기본 변조 입사광(BMOD) 및 타겟 변조 파라미터(TMP)에 근거한 타겟 변조 입사광(TMOD)으로 변조하여, 피사체(OBJ)에 대한 적어도 둘 이상의 기본 간섭 신호(CSb) 및 타겟 간섭 신호(CSt)를 검출한다.

입사빔(IBM)은 광 발생기(미도시)로부터 입사될 수 있다. 광 발생기는 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 생성 장치(100)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다. 입사빔(IBM)은 SLD(Super Luminescent Diode) 신호 또는 ELED(Edge-emitting Light Emitting Diodes) 신호가 포함될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 다른 종류의 광 신호가 본 발명의 실시예에 따른 광 신호로 이용될 수도 있다.

검출부(DTEC)는 입사빔(IBM)을 각각, 적어도 둘 이상의 기본 변조 입사광(BMOD) 및 타겟 변조 입사광(TMOD)으로 변조하는 변조기(MDT) 및 적어도 둘 이상의 기본 변조 입사광(BMOD) 및 타겟 변조 입사광(TMOD)으로부터 각각, 적어도 둘 이상의 기본 간섭 신호(CSb) 및 타겟 간섭 신호(CSt)를 추출하는 간섭계(IFM)를 포함할 수 있다. 검출부(DTEC)는 먼저 기본 간섭 신호(CSb)를 검출한 후, 후술되는 영상부(IMU)에 의해 설정된 타겟 변조 파라미터(TMP)에 근거하여 타겟 간섭 신호(CSt)를 검출할 수 있다.

계속해서 도 1을 참조하면, 입사빔(IBM)은 자유공간상에서 간섭계(IFM)로 전송될 수도 있고, 또는 전송 매체를 통해 간섭계(IFM)로 전송될 수도 있다. 이러한 전송 매체의 일 예에는 광 섬유(optical fiber)가 포함될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 생성 장치(100)는 기본 간섭 신호(CSb)를 생성하는 동작 및 타겟 간섭 신호(CSt)를 생성하는 동작이, 변조기(MDT)가 설정되는 파라미터를 제외하고는 동일할 수 있다. 다만, 기본 간섭 신호(CSb) 및 타겟 간섭 신호(CSt)가 시간을 달리하여 생성됨을 명확히 나타내기 위해, 도 1은 기본 간섭 신호(CSb)를 생성하는 동작 및 타겟 간섭 신호(CSt)를 생성하는 동작은 별도의 신호선(화살표)로 측정 신호(MSb, MSt), 변조 입사광(BMOD, TMOD), 응답 신호(ASb, ASt) 및 간섭 신호(CS#, CSt)를 도시하여 구분하였음을 알려둔다. 다만, 기본 변조 입사광(BMOD)으로 변조하기 위한 측정 신호(MSb) 및 타겟 변조 입사광(MSb)으로 변조하기 위한 측정 신호(MSt)는, 타겟 변조 입사광(MSb)으로의 변조 및 타겟 간섭 신호(CSt)의 생성이 기본 변조 입사광(BMOD) 및 기본 간섭 신호(CSb)와 별도의 과정으로 생성됨을 나타내기 위해 별도의 신호선으로 표시하였을 뿐, 동일한 신호일 수 있다. 다시 말해, 기본 변조 입사광(BMOD) 및 타겟 변조 입사광(TMOD)은 동일한 측정 신호에 대한 변조 결과일 수 있다.

도 2는 도 1의 간섭계를 좀더 명확하게 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 간섭계(IFM)는 입사빔(IBM)을 수신하여 측정 신호(MS)와 참조 신호(RS)로 분리한다. 이를 위해, 간섭계(IFM)에는 적어도 두 개 이상의 구분된 신호 경로들(P1, P2)이 형성될 수 있다. 입사빔(IBM)으로부터 분리된 측정 신호(MS)는 구분된 신호 경로들 중 어느 하나의 신호 경로(P2)를 통해 전송되고, 참조 신호(RS)는 다른 하나의 신호 경로(P1)를 통해 전송될 수 있다.

간섭계(IFM)는 나눔 비율로, 입사빔(IBM)을 측정 신호(MS)와 참조 신호(RS)로 분리할 수 있다. 나눔 비율은 측정 신호(MS)의 출력 세기와 참조 신호(RS)의 출력 세기의 비율로 정의할 수 있다. 예를 들어, 간섭계(IFM)는 5:5의 나눔 비율을 갖도록 측정 신호(MS)와 참조 신호(RS)를 분리할 수 있다. 또한, 간섭계(IFM)는 9:1 또는 그 밖의 다양한 나눔 비율을 갖도록 측정 신호(MS)와 참조 신호(RS)를 분리할 수도 있다. 도 2의 빔분배기(121)를 이용하여 측정 신호(MS)와 참조 신호(RS)로 분리하는 경우, 나눔 비율은 빔분배기(121)의 투과 및 반사 특성에 따라 결정될 수 있다.

간섭계(IFM)는 측정 신호(MS)를 변조기(MDT)로 전송한다. 도 2의 측정 신호(MS)는 입사빔(IBM)을 도 1의 기본 변조 입사광(BMOD)으로 변조하기 위한 측정 신호(MSb)이거나, 타겟 변조 입사광(MSb)으로 변조하기 위한 측정 신호(MSt)일 수 있다. 다만, 전술된 바와 같이, 기본 변조 입사광(BMOD)으로 변조하기 위한 측정 신호(MSb) 및 타겟 변조 입사광(MSb)으로 변조하기 위한 측정 신호(MSt)는 동일한 측정 신호일 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 변조기(MDT)는 기본 변조 파라미터로 설정되어, 입력되는 측정 신호(MSb)를 변조하여 적어도 둘 이상의 기본 변조 입사광(BMOD)을 출력한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 변조기(MDT)는 타겟 변조 파라미터(TMP)로 설정되어, 입력되는 측정 신호(MSt)를 변조하여 타겟 변조 입사광(TMOD)을 출력한다. 예를 들어, 도 3의 (a)와 같이 평면파(X)가 피사체(OBJ)인 생체 조직에 조사되는 경우, 피사체(OBJ)에 의해 반사(reflection) 또는 산란(scattering) 등에 의해 형성되는 응답 신호는 구면파(Y)의 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 응답 신호의 에너지가 확산되어, 피사체(OBJ)의 한 점에 대한 단층 영상의 임의의 픽셀(PIX)에 번짐(blur) 현상이 발생할 수 있다.

반면, 본 발명의 실시예에 따른 변조기(MDT)는 도 3의 (b)와 같이, 측정 피사체(OBJ)에 의해 반사 또는 산란되어 형성된 응답 신호(ASb, ASt)가 평면파의 형태를 가질 수 있도록, 측정 신호(MSb, MSt)를 구면파의 변조 입사광(BMOD, TMOD)으로 변조할 수 있다. 그 결과, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 피사체(OBJ)에 단층 영상의 임의의 픽셀(PIX)에 대한 번짐 현상이 방지될 수 있다.

이렇듯, 응답 신호(ASb, ASt)의 에너지 확산을 줄일 경우, 변조 입사광(BMOD, TMOD)의 피사체(OBJ)로의 투과 깊이를 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 생성 장치 및 단층 영상 생성 방법에 의할 경우, 피사체(생체 조직)의 보다 깊은 영역을 관측할 수 있다. 생체 조직에 대한 단층 영상을 생성함에 있어, 관측할 수 있는 생체 조직의 깊이가 깊어지는 경우, 조기암의 정확한 진단 등과 같은 의료 기술의 향상을 통해, 인류의 건강이 향상될 수 있다.

도 4는 도 1의 변조기의 일 예를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 변조기(MDT)는 측정 신호(MSb, MSt)의 파면(wave front)을 변조하여 변조 입사광(BMOD, TMOD)으로 생성할 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 변조기(MDT)는 공간 광 변조기(spatial light modulator)를 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 변조기(MDT)는 공간 광 변조기의 하나인 DMD(Digital Micromirror Device)를 포함할 수 있다.

도 5는 도 1의 변조기의 다른 예를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 변조기(MDT)는 측정 신호(MSb, MSt)의 주파수를 변조하여 변조 입사광(BMOD, TMOD)으로 생성할 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 변조기(MDT)는 주파수 광 변조기(frequency light modulator)를 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 변조기(MDT)는 주파수 광 변조기의 하나인 AOM(Acoustic Optical Modulator)를 포함할 수 있다.

다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 다른 변조기(MDT)는 도 6에 도시되는 바와 같이, 변조기(MDT)는 공간 광 변조기(SLM) 및 주파수 광 변조기(FLM)를 모두 이용하여 측정 신호(MSb, MSt)를 변조할 수 있다. 도 6의 (a)는 측정 신호(MSb, MSt)를 먼저 공간 광 변조기(SLM)에 의해 변조한 후, 변조된 신호를 다시 주파수 광 변조기(FLM)에 의해 변조하여 변조 입사광(BMOD, TMOD)를 생성하는 예를 도시한다. 도 6의 (b)는 측정 신호(MSb, MSt)를 먼저 주파수 광 변조기(FLM)에 의해 변조한 후, 변조된 신호를 다시 공간 광 변조기(SLM)에 의해 변조하여 변조 입사광(BMOD, TMOD)를 생성하는 예를 도시한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 검출부(DTEC)는 먼저 기본 간섭 신호(CSb)를 검출한 후, 후술되는 영상부(IMU)에 의해 설정된 타겟 변조 파라미터(TMP)에 근거하여 타겟 간섭 신호(CSt)를 검출할 수 있다. 이하에서는, 먼저 기본 간섭 신호(CSb)를 생성하는 과정을 설명한다.

도 4 내지 도 6에서 변조기(MDT)가 하나의 기본 변조 입사광(BMOD)를 출력하는 것으로 도시하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 변조기(MDT)는 순차적인 변조 동작 또는 병렬적인 변조 동작을 통해, 전술한 바와 같이, 적어도 둘 이상의 기본 변조 입사광(BMOD)을 출력한다. 변조기에 대한 보다 구체적인 설명은 후술된다.

적어도 둘 이상의 기본 변조 입사광(BMOD)은 측정 신호(MSb)를 변조기(MDT)에 대한 파라미터를 달리 설정함으로써, 서로 다른 값으로 변조하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 후술되는 바와 같이, DMD의 어레이의 각 마이크로-미러의 위치(온-오프)를 달리 설정하여, 서로 다른 다수의 기본 변조 입사광(BMOD)을 생성할 수 있다. 이에 대한 좀더 자세한 설명은 후술된다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프로브(PRV)는 변조기(MDT)로부터 전송되는 기본 변조 입사광(BMOD)을 피사체(OBJ)로 조사한다. 프로브(PRV)는 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 생성 장치()의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다. 프로브(PRV)로부터 조사된 기본 변조 입사광(BMOD)은 피사체(OBJ) 내부에서 반사하거나 산란을 일으켜 전술된 응답 신호(ASb)로 간섭계(IFM)로 전송된다. 응답 신호(ASb)는 측정 신호(MSb)의 전송과 마찬가지로, 자유공간을 통해 간섭계(IFM)로 전송될 수도 있고, 또는 광섬유와 같은 전달 매체를 통하여 간섭계(IFM)로 전송될 수도 있다.

간섭계(IFM)는 응답 신호(ASb)와 참조 신호(RS)의 간섭에 의한 기본 간섭 신호(CSb)를 생성한다. 구체적으로, 참조 신호(RS)는 간섭계(IFM) 내부의 신호 경로(P1)를 통해 전송되고, 기준거울(122)에서 반사되어 빔분배기(121)로 전송된다. 빔분배기(121)로 전송된 참조 신호(RS)의 일부는 빔분배기(121)에서 반사되고 일부는 빔분배기(121)를 투과한다. 빔분배기(121)를 투과한 참조 신호(RS)는 빔분배기(121)에서 반사된 응답 신호(ASb)와 간섭(interference)을 일으킨다.

다시 도 1을 참조하면, 기본 간섭 신호(CSb)는 영상부(IMU)로 전송된다. 다망, 이에 한저오디는 것은 아니다. 일 실시예에 의하면, 기본 간섭 신호(CSb)에 대한 소정의 처리, 예를 들어 기본 간섭 신호의 각 단위(예를 들어, 픽셀)에 대한 광 세기를 전기 신호 또는 디지털 값으로 처리한 후, 영상부(IMU)로 전송될 수도 있다.

영상부(IMU)는 적어도 둘 이상의 기본 간섭 신호(CSb)를 분석하여 설정된 타겟 변조 파라미터(TMP)를 출력한다. 영상부(IMU)는 영상 처리기(IPRO) 및 타겟 변조 파라미터 설정기(TSET)를 포함할 수 있다. 영상 처리기(IPRO)는 적어도 둘 이상의 기본 간섭 신호(CSb)를 피사체(OBJ)에 대한 적어도 둘 이상의 단면 영상 신호(ISG)로 처리할 수 있다.

도 7은 도 1의 영상 처리부의 예를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 영상 처리부(IMGPU)는 복조부(DEMU) 및 영상 생성부(IGEU)를 포함할 수 있다. 복조부(DEMU)는 적어도 둘 이상의 기본 간섭 신호(CSb)를 복조하여 적어도 둘 이상의 복조 신호(XDMD)로 생성할 수 있다. 영상 생성부(IGEU)는 각 복조 신호(XDMD)를 신호 처리하여 적어도 둘 이상의 단층 영상 신호(ISG)으로 생성할 수 있다. 영상 생성부(IGEU)는 복조 신호(RDTAd)를 파장 영역에서 깊이 영역으로 변환함으로써 신호 처리할 수 있다. 이를 위해, 영상 생성부(IGEU)는 각 복조 신호(XDMD)를 배경차 연산(Background Substrate)하고, k-선형화(k-Linearization)한 후, 고속 퓨리에 변환(FFT)를 수행할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고 영상 생성부(IGEU)는 그 밖의 다양한 알고리즘을 이용하여 복조 신호(XDMD)를 파장 영역에서 깊이 영역으로 변환함으로써 신호 처리할 수 있다.

영상 처리부(IMGPU)는 적어도 둘 이상의 단층 영상 신호(ISG)를 순차적으로 또는 동시에 생성할 수 있다. 또는 영상 처리부(IMGPU)는 적어도 둘 이상의 단층 영상 신호(ISG)를 순차적으로 또는 동시에 출력할 수 있다. 영상 처리부(IMGPU)가 순차적으로 생성된 적어도 둘 이상의 단층 영상 신호(ISG)를 동시에 출력하거나, 동시에 생성된 적어도 둘 이상의 단층 영상 신호(ISG)를 순차적으로 출력하는 경우, 도 7에는 도시되지 아니하였으나, 영상 처리부(IMGPU)는 버퍼를 더 구비할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 상기의 과정으로 생성된 적어도 둘 이상의 단층 영상 신호(ISG)는 타겟 변조 파라미터 설정기(TSET)로 전송한다. 타겟 변조 파라미터 설정기(TSET)는 순차적으로 또는 동시에 입력되는 적어도 둘 이상의 단층 영상 신호(ISG)를 분석하여 타겟 변조 파라미터(TMP)를 출력한다. 예를 들어, 타겟 변조 파라미터 설정기(TSET)는 적어도 둘 이상의 단층 영상 신호(ISG)을 수신하여, 피사체(OBJ)의 각 임의의 단위에 대해 최적의 영상을 생성한 단층 영상 신호(ISG)에 대한 변조 파라미터를 조합하여 타겟 변조 파라미터(TMP)를 설정할 수 있다.

예를 들어, 도 8의 피사체(OBJ)의 제1 로우(RD1)의 제1 픽셀 및 제2 픽셀을 최적으로 생성한 단층 영상 신호가 각각, 적어도 둘 이상의 단층 영상 신호(ISG) 중 제2 단층 영상 신호 및 제n 단층 영상 신호인 경우, 타겟 변조 파라미터 설정기(TSET)는 제1 로우(RD1)의 제1 픽셀 및 제2 픽셀에 대한 타겟 변조 파라미터(TMP)에 제2 단층 영상 신호 및 제n 단층 영상 신호에 대응되는 변조 파라미터(제2 기본 변조 입사광 및 제n 기본 변조 입사광을 생성하는 경우에 변조기에 설정된 파라미터)를 포함시킬 수 있다. 제1 로우(RD1)의 다른 픽셀 및 다른 로우의 픽셀들에 대하여도 동일한 방법으로 각 픽셀에 대응되는 변조 파라미터를 타겟 변조 파라미터(TMP)에 조합시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 타겟 변조 입사광(TMOD) 및 타겟 간섭 신호(CSt)는 각각, 기본 변조 입사광(BMOD) 및 기본 간섭 신호(CSb)와 동일한 과정으로 생성될 수 있다. 다만, 전술한 바와 같이, 변조기(MDT)는 기본 변조 입사광(BMOD)과 달리, 상기의 과정으로 설정된 타겟 변조 파라미터(TMP)에 근거하여 타겟 변조 입사광(TMOD)을 생성할 수 있다. 이하에서는 타겟 변조 입사광(TMOD) 및 타겟 간섭 신호(CSt), 그리고 피사체(OBJ)의 단면에 대한 타겟 영상(TIMG)을 생성하는 방법에 대하여 자세히 알아본다.

기본 변조 입사광(BMOD)의 생성 방법과 마찬가지로, 변조기(MDT)는 측정 신호(MSt)를 변조하여 타겟 변조 입사광(TMOD)을 생성하고, 타겟 변조 입사광(TMOD)은 프로브()를 통해 피사체(OBJ)에 주사된다. 피사체(OBJ)에 주사된 타겟 변조 입사광(TMOD)은 분산 또는 산란되어 응답 신호(ASt)로 간섭계(IFM)에 전파된다. 간섭계(IFM)는 전술된 기본 간섭 신호(CSb)의 생성 방법과 동일한 방법으로 타겟 간섭 신호(CSt)를 생성하여 영상부(IMU)로 전송한다.

본 발명의 실시예에 따른 변조기의 구체적인 동작을 도 9의 예로 설명한다. 도 9는 도 1의 광 변조기의 동작 예를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 변조기(MDT)는 DMD일 수 있다. DMD는 도 9의 (a)에 도시되는 바와 같이, 다수의 마이크로-미러를 포함하는 어레이를 구비할 수 있다. 각 마이크로-미러는 설정 값(변조 파라미터)에 따라 위치가 조절되어 입사되는 빛을 투과 또는 차단할 수 있다. 그 결과, DMD로 입사되는 빛(측정 신호(MS))의 회절의 정도가 달라져, 변조 동작이 수행될 수 있다. 임의의 마이크로-미러가 빛을 투과하는 경우 해당 마이크로-미러가 온(on) 되었다 하고, 빛을 차단하는 경우 오프(off) 되었다 할 수 있다.

예를 들어, 도 9의 (a)에서 제1 설정 값(SET1)으로 변조기(MDT)가 설정되는 경우, 제a 픽셀의 마이크로-미러(PIXa)가 온 되고, 다른 픽셀들은 오프될 수 있다. 또는, 도 9의 (a)에서 제2 설정 값(SET2)으로 변조기(MDT)가 설정되는 경우, 제b 픽셀의 마이크로-미러(PIXb)가 온 되고, 다른 픽셀들은 오프될 수 있다. 마찬가지로, 도 9의 (a)에서 제n 설정 값(SETn)으로 변조기(MDT)가 설정되는 경우, 제n 픽셀의 마이크로-미러(PIXn)가 온 되고, 다른 픽셀들은 오프될 수 있다.

변조기(MDT)는 전술한 바와 같이, 각 설정 값에 따라 서로 다른 기본 변조 입사광(BMOD)를 생성한다. 예를 들어, 도 9의 (a)에서 변조기(MDT)가 제1 설정 값(SET1)으로 설정된 경우 제1 기본 변조 입사광이 생성되고, 제2 설정 값(SET2)으로 설정된 경우 제2 기본 변조 입사광이 생성된다. 마찬가지로, 도 9의 (a)에서 변조기(MDT)가 제n 설정 값(SETn)으로 설정된 경우 제n 기본 변조 입사광이 생성될 수 있다. 마찬가지로, 변조기(MDT)는 각 설정 값(기본 변조 파라미터)를 조합하여, 타겟 변조 파라미터(TMP)로 설정되어 피사체(OBJ)에 대한 최적의 투과 깊이로 조사될 수 있는 타겟 변조 입사광(TMOD)을 생성할 수 있다. 타겟 변조 파라미터(TMP)의 설정 방법은 전술된 바와 같다.

영상부(IMU)의 영상 처리기(IPRO)는 상기의 동작을 통해 생성된 타겟 간섭 신호(CSt)를 영상 처리하여 피사체(OBJ)의 단면에 대한 타겟 영상(TIMG)을 생성할 수 있다. 영상 처리기(IPRO)가 타겟 영상(TIMG)을 생성하는 방법은 전술된 단층 영상 신호(ISG)를 생성하는 방법과 동일할 수 있다.

이상에서 설명된, 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 장치 및 이의 단층 영상 생성 방법에 의하면, 최적의 변조 조건을 획득하여 측정 가능한 피사체의 깊이를 증가시킬 수 있다. 이하에서는 최적의 변조 조건을 획득하여 측정 가능한 피사체의 깊이를 증가시킬 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 단층 영상 장치 및 이의 단층 영상 생성 방법이 도 9와 다른 방법으로 변조기를 동작한 예를 설명한다.

도 10 및 도 11은 각각, 도 1의 변조기의 다른 동작 예를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 변조기(MDT)는 설정 값을 DMD 어레이의 서로 다른 개수의 마이크로-미러에 대한 단위로 설정하여 변조 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시되는 바와 같이, 변조 파라미터의 하나인 제1 설정 값(SET1)은 DMD 어레이의 각 마이크로-미러 단위로 설정될 수 있다. 각각 변조 파라미터의 서로 다른 하나인 제2 설정 값(SET2) 및 제n 설정 값(SETn)은 DMD 어레이의 다수의 마이크로-미러 단위로 설정될 수 있다. 예를 들어, 제2 설정 값(SET2)은 도 10에 도시되는 바와 같이, 4개의 마이크로-미러의 온 및 오프 상태에 대한 값일 수 있고, 제n 설정 값(SETn)은 제2 설정 값(SET2)의 임의의 배수에 해당하는 개수의 마이크로-미러의 온 및 오프 상태에 대한 값일 수 있다.

타겟 변조 파라미터 설정기(TSET)는, 각 설정 값을 조합하여 피사체(OBJ)에 대한 최적의 단층 영상(타겟 영상(TIMG))을 생성할 수 있는, 즉 피사체에 대해 조사되는 빛의 투과 깊이를 증가시킬 수 있는 조건을 분석하여 전술한 바와 같이, 타겟 변조 파라미터(TMP)를 설정한다.

도 1 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 변조기(MDT)는 설정 값을 DMD 어레이의 마이크로-미러(픽셀)에 대한 멀티-레벨 그룹핑(multi-level grouping)하여, 측정 신호(MS)에 대한 서로 다른 기본 변조 입사광(BMOD)를 생성할 수 있다. 각 그룹은 해상도 정보가 상이할 수 있다. 예를 들어, 왼쪽 이의 낮은 레벨의 정보부터 오른쪽 아래의 높은 레벨 정보까지 순차적으로 DMD를 설정하여 각 그룹에 대하여 기본 변조 입사광(BMOD)를 생성할 수 있다. 그리고, 기본 변조 입사광(BMOD)에 대응되는 적어도 둘 이상의 단층 영상 신호(ISG)로부터 가장 좋은 SNR(Signal-to-Noise Rate)이 나오는 패턴(그룹)을 조합하여 타겟 변조 파라미터(TMP)로 설정될 수 있다. 이에 따라, 타겟 변조 파라미터(TMP)로 설정된 변조기(MDT)에 의해 타겟 변조 입사광(TMOD)을 변조하고, 이에 대응되는 타겟 간섭 신호(CSt)로부터 타겟 영상(TIMG)이 생성될 수 있다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단층 영상 생성 장치를 나타내는 도면이다.

도 12를 참조하면, 도 1의 단층 영상 생성 장치(100)가 적어도 둘 이상의 기본 변조 입사광(BMOD)에 대해 하나의 타겟 변조 입사광(TMOD)을 생성한 것과 달리, 도 12의 단층 영상 생성 장치(100)는 적어도 둘 이상의 타겟 변조 파라미터(TMP)에 대응되는 적어도 둘 이상의 타겟 변조 입사광(TMOD)을 생성한다. 예를 들어, 도 12의 변조기(MDT)는 도 8의 피사체(OBJ)의 제1 로우(RD1)의 제1 픽셀에 대한 타겟 변조 파라미터(TMP)를, 제1 기본 변조 입사광의 생성 조건(변조기(MDT)의 설정 값(변조 파라미터)) 및 제n 기본 변조 입사광의 생성 조건 각각에 대해 별도로 설정할 수 있다. 예를 들어, 제1 기본 변조 입사광의 생성 조건을 포함하는 제1 타겟 변조 파라미터 및 제n 기본 변조 입사광의 생성 조건을 포함하는 제2 타겟 변조 파라미터가 설정될 수 있다.

이 경우, 적어도 둘 이상의 타겟 변조 파라미터(TMP)에 의해 적어도 둘 이상의 타겟 변조 입사광(TMOD) 및 적어도 둘 이상의 타겟 간섭 신호(CSt)가 생성되고, 이에 따라 적어도 둘 이상의 타겟 영상(TIMG#)이 생성될 수 있다. 도 12의 단층 영상 생성 장치(100)의 영상 처리부(IMGPU)는 적어도 둘 이상의 타겟 영상(TIMG#)을 합성하여 최종 단층 영상(TIMG)으로 생성할 수 있다. 예를 들어, 도 12의 영상 처리부(IMGPU)는 적어도 둘 이상의 타겟 영상(TIMG#)의 세기 및 위상을 평균화하여 최종적인 피사체에 대한 타겟 영상(TIMG)으로 생성할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 피사체(OBJ)의 단면에 대해 생성된 타겟 영상(TIMG)은 저장 장치(미도시)에 저장되거나, 디스플레이 장치(미도시)에 의해 디스플레이될 수 있다. 저장 장치 및 디스플레이 장치는 본 발명의 실시예에 따른 단면 영상 생성 장치(100)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 이상에서 설명된 단층 영상 생성 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매체에 프로그램될 수 있다. 그러므로 개시된 실시예들은 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.

100: 단층 영상 생성 장치 DETC: 검출부
IFM: 간섭계 PRV: 프로브
IMU: 영상부 OBJ: 피사체
MDT: 변조기 CS: 간섭 신호
MS: 측정 신호 AS: 응답 신호
IPRO: 영상 처리기 BMOD: 기본 변조 입사광
TMOD: 타겟 변조 입사광
TMP: 타겟 변조 파라미터
ISG: 단층 영상 신호 TIMG: 타겟 영상

Claims

입사빔(incident beam)을 각각, 적어도 둘 이상의 기본 변조 파라미터에 근거한 적어도 둘 이상의 기본 변조 입사광 및 타겟 변조 파라미터에 근거한 타겟 변조 입사광으로 변조하여, 피사체에 대한 적어도 둘 이상의 기본 간섭 신호 및 타겟 간섭 신호를 검출하는 검출부; 및
상기 적어도 둘 이상의 기본 간섭 신호를 분석하여 설정된 타겟 변조 파라미터를 출력하고, 상기 타겟 간섭 신호를 상기 피사체에 대한 타겟 영상으로 처리하여 출력하는 영상부를 포함하고,
상기 검출부는,
상기 입사빔을 각각, 상기 적어도 둘 이상의 기본 변조 입사광 및 상기 타겟 변조 입사광으로 변조하는 변조기; 및
상기 적어도 둘 이상의 기본 변조 입사광 및 상기 타겟 변조 입사광으로부터 각각, 상기 적어도 둘 이상의 기본 간섭 신호 및 상기 타겟 간섭 신호를 추출하는 간섭계를 포함하고,
상기 변조기는,
다수의 마이크로-미러를 포함하는 어레이를 구비하는 DMD(Digital Micromirror Device)를 포함하고,
각 마이크로-미러의 온-오프를 설정하여, 상기 입사빔을 상기 적어도 둘 이상의 기본 변조 입사광 및 상기 타겟 변조 입사광으로 변조하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 생성 장치.
삭제
제1 항에 있어서, 상기 변조기는,
상기 입사빔의 파면(wave front)을 변조하여 상기 적어도 둘 이상의 기본 변조 입사광 및 상기 타겟 변조 입사광으로 변조하는 공간 광 변조기(spatial light modulator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 생성 장치.
삭제
제1 항에 있어서, 상기 변조기는,
서로 다른 개수의 마이크로-미러에 대한 단위로 온-오프가 설정하여, 상기 입사빔을 상기 적어도 둘 이상의 기본 변조 입사광 및 상기 타겟 변조 입사광으로 변조하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 생성 장치.
제1 항에 있어서, 상기 변조기는,
상기 마이크로-미러에 대한 멀티-레벨 그룹핑(multi-level grouping)에 서로 다른 해상도 정보로 설정하여, 상기 입사빔을 상기 적어도 둘 이상의 기본 변조 입사광 및 상기 타겟 변조 입사광으로 변조하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 생성 장치.
제1 항에 있어서, 상기 변조기는,
상기 입사빔의 주파수를 변조하여 상기 적어도 둘 이상의 기본 변조 입사광 및 상기 타겟 변조 입사광으로 변조하는 주파수 광 변조기(frequency light modulator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 생성 장치.
제1 항에 있어서, 상기 변조기는,
각각, 상기 입사빔의 파면 및 주파수를 변조하여 상기 적어도 둘 이상의 기본 변조 입사광 및 상기 타겟 변조 입사광으로 변조하는 공간 광 변조기 및 주파수 광 변조기를 포함하고,
상기 공간 광 변조기는 상기 DMD를 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 생성 장치.
제1 항에 있어서, 상기 타겟 변조 파라미터는,
상기 피사체로부터 반사 또는 산란된 신호를 평면파로 형성시키는 상기 타겟 변조 입사광을 생성할 수 있는 상기 변조기의 설정 파라미터인 것을 특징으로 하는 단층 영상 생성 장치.
제1 항에 있어서, 상기 영상부는,
상기 적어도 둘 이상의 기본 간섭 신호 및 상기 타겟 간섭 신호 각각을 상기 피사체의 단면에 대한 영상 신호로 처리하는 영상 처리기; 및
상기 적어도 둘 이상의 기본 간섭 신호에 대응되는 상기 피사체의 단면에 대한 영상 신호를 분석하여, 상기 적어도 둘 이상의 기본 변조 파라미터를 조합하여 상기 타겟 변조 파라미터를 설정하는 타겟 설정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 생성 장치.
제9 항에 있어서, 상기 영상부는,
상기 타겟 간섭 신호에 대응되는 상기 피사체의 단면에 대한 영상 신호를 상기 타겟 영상으로 출력하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 생성 장치.
제1 항에 있어서,
상기 검출부는 적어도 둘 이상의 타겟 변조 파라미터에 근거하여 상기 입사빔을 적어도 둘 이상의 타겟 변조 입사광로 변조하고,
상기 영상부는 상기 적어도 둘 이상의 타겟 변조 파라미터 조합하여 상기 타겟 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 생성 장치.
제1 항에 있어서,
상기 단층 영상 생성 장치는 광 간섭 단층 촬영(Optical Coherent Tomography) 장치에 포함되는 것을 특징으로 하는 단층 영상 생성 장치.
타겟 변조 파라미터를 설정하는 단계;
입사빔(incident beam)을 상기 타겟 변조 파라미터로 변조하여 피사체를 스캐닝(scanning)하는 단계;
상기 피사체를 스캐닝한 결과를 간섭 신호(Interference signal)로 검출하는 단계; 및
상기 간섭 신호를 영상 처리하여 상기 피사체에 대한 단층 영상을 생성하는 단계를 포함하고,
상기 타겟 변조 파라미터를 설정하는 단계는,
상기 입사빔을 적어도 둘 이상으로 기본 변조하여 상기 피사체를 스캐닝하여 각각의 기본 변조에 대응되는 적어도 둘 이상의 간섭 신호에 대한 영상 신호를 분석하여 수행되고,
상기 입사빔을 상기 타겟 변조 파라미터로 변조하여 피사체를 스캐닝하는 단계는,
다수의 마이크로-미러를 포함하는 어레이를 구비하는 DMD(Digital Micromirror Device)를 이용하여 수행되고,
상기 타겟 변조 파라미터에 따라 상기 입사빔이 입사되는 각 마이크로-미러의 온-오프를 설정함으로써, 상기 입사빔을 변조하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 생성 방법.
제14 항에 있어서, 상기 타겟 변조 파라미터를 설정하는 단계는,
상기 적어도 둘 이상의 기본 변조 중, 적어도 둘 이상의 간섭 신호에 대한 영상 신호를 분석하여 상기 피사체의 단층의 각 부분에 대응되는 기본 변조의 설정 값을 결정하는 단계; 및
상기 피사체의 단층의 각 부분에 대응되는 기본 변조의 설정 값을 조합하여 상기 타겟 변조 파라미터를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 생성 방법.
제15 항에 있어서, 상기 피사체의 단층의 각 부분에 대응되는 기본 변조의 설정 값을 결정하는 단계는,
상기 피사체의 각 픽셀에 대해 최적화된 기본 변조를 판단하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 생성 방법.
삭제
제14 항에 있어서,
서로 다른 개수의 마이크로-미러에 대한 단위로 상기 타겟 변조 파라미터를 설정하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 생성 방법.
제14 항에 있어서,
상기 입사빔을 상기 타겟 변조 파라미터로 변조하여 피사체를 스캐닝하는 단계는,
상기 타겟 변조 파라미터에 따라 상기 입사빔의 주파수 또는 상기 입사빔의 파면을 변조함으로써, 상기 입사빔을 변조하는 것을 특징으로 하는 단층 영상 생성 방법.
제14 항의 단층 영상 생성 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.