KR102097445B1 - 캡슐 내시경 장치 및 상기 장치의 동작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 양태는 캡슐 내시경 장치를 개시하고 있다. 상기 장치는 기준값보다 넓은 시야각(FOV: Field Of Vision)을 가지고 대상부위를 관찰하기 위한 제 1 광학계, 나노미터(nm)부터 밀리미터(mm) 크기의 대상부위를 확대관찰하기 위한 제 2 광학계, 및 상기 제 1 광학계 및 상기 제 2 광학계 중 적어도 하나로부터 획득된 영상 데이터를 수신기로 전송하는 전송부를 포함하되, 상기 제 1 광학계는 상기 기준값보다 넓은 시야각을 갖는 제 1 렌즈, 상기 제 1 렌즈를 통해 상기 대상부위에 대한 영상을 촬영하는 제 1 이미지 센서 및 상기 제 1 렌즈 및 상기 제 1 이미지 센서와 대응하여 동작하는 제 1 광원을 포함하고, 상기 제 2 광학계는 나노미터 내지 밀리미터 단위의 대상부위를 관찰하기 위한 제 2 렌즈, 상기 제 2 렌즈를 통해 상기 대상부위에 대한 영상을 촬영하는 제 2 이미지 센서 및 상기 제 2 렌즈 및 상기 제 2 이미지 센서와 대응하여 동작하는 제 2 광원을 포함한다.

Description

캡슐 내시경 장치 및 상기 장치의 동작 방법{CAPSULE ENDOSCOPE APPARATUS AND OPERATION METHOD OF SAID APPARATUS}

본 발명은 캡슐 내시경에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다양한 영상을 효율적으로 촬영하는 캡슐 내시경 장치 및 그의 동작방법에 관한 것이다.

인체 내부의 정보, 특히 의학적 정보를 획득하기 위해 피검사자의 입 또는 항문을 통해 케이블에 부착된 내시경을 삽입하는 방법이 이용되고 있다. 이 방법에 의하며, 도선 또는 광섬유로 이루어진 케이블을 통해 내시경을 직접 제어할 수 있으므로, 인체 내부의 데이터를 확보하기 용이하지만 피검사자에게는 큰 고통이 따른다. 또한, 소장과 같은 장기는 피검사자의 입 또는 항문으로부터 멀리 떨어져 있을뿐더러, 장기의 체강 직경이 작아서 상술한 내시경 방법으로 검사하기 곤란하다는 문제가 있다.

이를 고려하여, 캡슐형 내시경이 이용되고 있다. 피검사자가 캡슐형 내시경을 구강을 통해 삼키면, 캡슐형 내시경은 인체 내에서 카메라 등으로 필요한 데이터를 획득하고, 획득한 데이터를 인체 외부의 수신기(receiver)로 전송하여 출력할 수 있도록 한다.

하지만, 캡슐 내시경은 100도 이상의 광각을 활용하는 광학계를 사용하는 것이 일반적이고, 이를 이용하여 병변의 전반적인 형태를 알 수 있었으나, 정밀한 병변을 확인하기 어렵다는 문제점이 있다. 특히, 정밀 병변의 확증을 위해서는, 조직 채취를 위한 시술 등을 추가로 요구되는 등 번거로움이 뒤따랐다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 목적은 광각의 광학계를 사용하여 영상을 촬영하다가 이상병변이 발견되었을 때, 위치 및 자세를 제어하여 세포단위로 영상을 촬영가능한 캡슐 내시경 장치 및 그의 동작방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 캡슐 내시경 장치는 기준값보다 넓은 시야각(FOV: Field Of Vision)을 가지고 대상부위를 관찰하기 위한 제 1 광학계, 나노미터(nm)부터 밀리미터(mm) 크기의 대상부위를 확대관찰하기 위한 제 2 광학계, 및 상기 제 1 광학계 및 상기 제 2 광학계 중 적어도 하나로부터 획득된 영상 데이터를 수신기로 전송하는 전송부를 포함하되, 상기 제 1 광학계는 상기 기준값보다 넓은 시야각을 갖는 제 1 렌즈, 상기 제 1 렌즈를 통해 상기 대상부위에 대한 영상을 촬영하는 제 1 이미지 센서 및 상기 제 1 렌즈 및 상기 제 1 이미지 센서와 대응하여 동작하는 제 1 광원을 포함하고, 상기 제 2 광학계는 나노미터 내지 밀리미터 단위의 대상부위를 관찰하기 위한 제 2 렌즈, 상기 제 2 렌즈를 통해 상기 대상부위에 대한 영상을 촬영하는 제 2 이미지 센서 및 상기 제 2 렌즈 및 상기 제 2 이미지 센서와 대응하여 동작하는 제 2 광원을 포함할 수 있다.

상기 제 1 렌즈는 100도 이상의 시야각을 가지며, 상기 제 1 렌즈의 초점거리는 상기 제 1 렌즈 및 상기 제 2 렌즈를 둘러싸고 있는 돔(Optical Dome)의 표면으로부터 30mm 이하의 초점심도를 가질 수 있다.

상기 제 2 렌즈는 3mm 미만의 초점 영역을 가지며, 상기 제 2 렌즈의 초점거리는 상기 제 1 렌즈 및 상기 제 2 렌즈를 둘러싸고 있는 돔의 표면으로부터 2mm 이하의 초점심도를 가질 수 있다.

상기 제 2 광원은 상기 제 2 렌즈의 초점거리 및 초점영역과 정렬되어 있는 LED 또는 레이저 다이오드일 수 있다.

상기 제 2 광원은 상기 렌즈의 초점거리 및 초점영역과 정렬되어 형광 파장대의 광을 제공하는 레이저 다이오드(Laser Diode)일 수 있다.

상기 제2 광원의 발광 주기는 상기 제 1 광원의 발광 주기와 상이할 수 있다.

상기 제 1 광원 및 제 2 광원 중 적어도 하나는 화이트 LED(white LED)를 포함할 수 있다.

상기 제 1 이미지 센서 및 상기 제 2 이미지 센서 중 적어도 하나는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서일 수 있다.

상기 캡슐 내시경 장치는 상기 제 2 이미지 센서와 상기 제 2 렌즈 사이에 컬러필터(color filter) 및 특정 파장대의 광만 통과시키는 대역 통과 필터(bandpass filter) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

상기 캡슐 내시경 장치는 상기 캡슐 내시경 장치의 위치 및 자세 제어를 위한 마그네틱 요소(magnetic element)를 더 포함할 수 있다.

상기 제 1 렌즈 및 상기 제 2 렌즈는 동일 평면 상에 배치될 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양태에 따른 캡슐 내시경 장치의 동작 방법은 제 1 광학계가 기준값보다 넓은 시야각(FOV: Field Of Vision)을 가지고 대상부위를 관찰하는 단계, 제 2 광학계가 나노미터(nm)부터 밀리미터(mm) 크기의 대상부위를 확대관찰하는 단계 및 상기 제 1 광학계 및 상기 제 2 광학계 중 적어도 하나로부터 획득된 영상 데이터를 수신기로 전송하는 단계를 포함하되, 제 1 광학계가 기준값보다 넓은 시야각(FOV: Field Of Vision)을 가지고 대상부위를 관찰하는 단계는 상기 기준값보다 넓은 시야각을 갖는 제 1 렌즈와 제 1 이미지 센서와 연동하는 제 1 광원으로부터 조사되는 광을 통해, 상기 제 1 렌즈를 기반으로 상기 대상부위에 대한 영상을 촬영하는 단계를 포함하고, 제 2 광학계가 나노미터(nm)부터 밀리미터(mm) 크기의 대상부위를 확대관찰하는 단계는 나노미터 내지 밀리미터 단위의 대상부위를 관찰하기 위한 제 2 렌즈와 제 2 이미지 센서와 연동하는 제 2 광원으로부터 조사되는 광을 통해, 상기 제 2 렌즈를 기반으로 나노미터 내지 밀리미터 단위의 대상부위를 관찰하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 캡슐 내시경 장치 및 그의 동작방법에 따르면, 장기의 전체적인 형태나 위치 등을 광각 광학계를 활용하여 파악하고, 현미경 광학계를 활용하여 정밀 영상을 확보하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 시스템을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 장치을 전체적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 장치의 광학계의 구성을 구체적으로 나타낸 상세블록도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 장치를 전방에서 바라봤을 때의 구성을 나타낸 평면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 장치의 주광원과 부광원의 발광주기를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 장치의 자세 및 위치 제어를 수행하는 과정을 나타낸 예시도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 장치의 구성을 구체적으로 나타낸 블록도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 장치와 연동하는 영상 처리 장치에서 출력되는 화면을 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 시스템을 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 시스템은 캡슐 내시경 장치(120), 수신전극(130a, 130b) 및 수신기(150)를 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 피검사자의 인체 내부(100)의 장기(110), 예컨대 식도, 위장, 소장 또는 대장 등을 캡슐형 내시경(120)이 지나가면서 해당 장기의 정보를 획득한다. 캡슐형 내시경(120)이 획득할 수 있는 정보는 소정의 영상 정보, 음향 정보, 온도, 압력, pH 등 바이오 센서에서 획득된 바이오 정보 및/또는 인체 내 매질의 분석 정보 등을 포함한다. 이때, 캡슐 내시경(120)은 두 개 이상의 이미지 센서와 두 개 이상의 광학 렌즈를 가지고 인체 내부(110)의 장기(110)를 촬영하여 제 1 영상과 제 2 영상을 생성할 수 있다. 제 1 영상과 제 2 영상은 시간적으로 교차 촬영된 영상일 수 있다.

획득한 정보는 캡슐 내시경(120)에서 전기적 신호로 변환되고, 피검사자의 인체에 부착된 수신 전극(130a, 130b)에서 감지된다. 수신 전극(130a, 130b)은 수신한 전기적 신호를 도선(140a, 140b)을 통해서 수신기(150)에 전달한다.

또는, 획득한 정보는 캡슐형 내시경(120)에서 전기적 신호로 변환되어 무선 주파수(Radio Frequency; RF) 또는 인체 통신(Human Body Communication; HBC) 등을 이용하여 직접 수신기(150)에 전달될 수도 있다. 무선 주파수를 이용하는 방법은 인체에 무해한 주파수 영역을 이용하여 상기 변환된 전기적 신호를 수신기(150)로 전달한다. 인체 통신을 이용하는 방법은 인체 내부(100)의 장기(110)의 연동 운동에 따라 캡슐형 내시경(120)의 외면에 구비된 전극이 인체와 접촉하면 전류가 발생하고, 이러한 전류를 이용하여 상기 변환된 전기적 신호를 수신기(150)로 전달한다.

또는, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 캡슐형 내시경(120)은 캡슐형 내시경(120) 내의 로컬 메모리(미도시)에 영상 데이터 및 그 밖의 취득된 정보를 저장하여 촬영이 종료되고 난 뒤에, 캡슐에 저장된 정보를 수신 장치 또는 PC로 전달할 수 있다.

캡슐 내시경(120)으로부터 제 1 영상 및 제 2 영상 신호를 수신하는 수신기(150)는 사용자 인터페이스(GUI)를 통해 상기 두 개의 영상 중 적어도 하나를 재생할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 수신기(150)는 단순히 제 1 영상과 제 2 영상을 수신하고, 수신된 영상을 다른 영상 처리 장치(160)(예컨대, 수신기(150)와 유선 또는 무선으로 연결된 다른 PC, 노트북, 스마트 폰 등의 장치)로 전송하여 별도의 영상 처리 장치(160)에서 영상처리를 수행함으로써 적어도 하나의 영상을 재생할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 장치을 전체적으로 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 장치는 제 1 렌즈(210), 제 2 렌즈(212), 제 1 광원(220), 제 2 광원(222), 컬러필터(230) 및 돔(240)을 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 캡슐 내시경은 이미지 센서 및 렌즈, 광원이 두 개 이상씩, 또는 두 종류 이상씩 적용될 수 있다. 하나의 광학계는 이미지 센서, 렌즈 및 광원을 포함할 수 있고, 렌즈의 성능에 따라 광각 광학계와 현미경 광학계로 구분될 수 있다.

먼저, 제 1 렌즈(210), 제 1 광원(220), 제 1 이미지 센서(미도시: 장치 내부에 있어 도면에 표현되지 않음)는 제 1 광학계를 형성할 수 있다. 제 1 광학계는 100도 이상의 초 광각 광학계일 수 있다. 다만, 반드시 100도 이상일 필요는 없고, 110도, 120도 이상의 광각 광학계여도 무방하다. 이를 통해 넓은 범위의 장기 점막을 관찰하는데 유용하고, 병변을 확인할 수 있다. 넓은 범위를 관찰하기 위해, 제 1 광원(220)은 제 2 광원(222)에 비해 광각조명인 것이 바람직하다. 제 2 광원(222)은 제 1 광원(220)에 비해 협각조명인 것이 바람직하다.

또한, 제 2 렌즈(212), 제 2 광원(222), 제 2 이미지 센서(미도시: 장치 내부에 존재)는 제 2 광학계를 형성할 수 있다. 제 2 광학계는 나노미터(nm) 내지 밀리미터(mm) 단위의 크기를 촬영할 수 있는 현미경(microscope) 기능을 갖는 광학계이다. 이를 제 1 광학계와 함께 배치한다. 이때, 제 2 렌즈(212)는 제 1 렌즈(210)와 동일 평면에 배치될 수 있고, 제 2 광원(222) 역시 제 1 광원(220)과 동일 평면에 배치될 수 있다. 제 1 이미지 센서와 제 2 이미지 센서의 위치관계도 마찬가지이다.

위와 같이 제 1 광학계와 제 2 광학계를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 장치는 일반 캡슐내시경과 같이 제 1 광학계를 이용하여 광각으로 영상을 촬영하다가, 이상변변이 생겼을 때, 마그네틱 요소를 이용하여 캡슐내시경의 위치 및 자세를 제어함으로써 제 2 광학계를 통해 세포단위로 영상을 촬영할 수 있다. 즉, 동시에 촬영을 진행하여 캡슐내시경이 이상병변을 발견하였을 때, 캡슐내시경의 자세 및 위치를 제어하여 현미경이 볼 수 있는 범위로 캡슐내시경을 이동시킨다.

돔은 캡슐내시경이 대상부위를 바라보는 방향으로 돔 형태로 렌즈들(210, 212)을 둘러싸고 있다. 돔은 광학 돔(optical dome)으로 불릴 수 있다. 이때, 광각으로 촬영하기 위한 제 1 광학계는 광학 돔으로부터 상당한 거리까지 촬영이 가능하다. 다만, 제 2 광학계는 현미경의 초점거리(focal length)와 유사하고, 이는 광학 돔 표면으로부터 2mm 이하의 초점거리를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 광학 돔의 일부에서만 현미경의 영상을 촬영할 수 있다. 그렇기 때문에, 병변의 정확한 현미경 영상을 촬영하기 위해, 광학 돔의 특정 영역에서 초점거리가 맞춰질 수 있도록 캡슐내시경의 위치 및 자세를 제어하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 장치의 광학계의 구성을 구체적으로 나타낸 상세블록도이다.

도 3을 참조하면, 제 1 광학계는 제 1 렌즈(310) 및 제 1 이미지 센서(302)를 포함하고(광원은 생략함), 제 2 광학계는 제 2 렌즈(312) 및 제 2 이미지 센서(304) 및 필터(330)를 포함할 수 있다.

제 1 광학계는 100° 이상의 시야각(FOV: Field Of View)를 갖는 광학계로, 광원(302)은 백색(white) 광원을 포함할 수 있다. 제 1 광학계의 초점거리는 광학 돔의 표면부터 30mm를 포함한다. 이러한 제 1 광학계를 통해 장기의 전체적인 형태나 위치 등을 가능할 수 있고, 위치 제어 시스템(도 6 참조)을 이용하여 캡슐의 위치 및 자세를 제어할 수 있다.

제 2 광학계는 0.1~100μm 크기의 영상을 촬영할 수 있는 광학계로, 초점거리는 광학 돔 표면 0~2mm 사이의 거리에 있는 병증을 촬영한다. FOV(초점영역)는 3mm 미만으로, 초점거리 부분(예컨대, 돔 표면 부근)에서 매우 작은 면적의 초첨 영역을 갖는다. 세포 단위로 현미경을 활용하는데 특화시키는 것이 바람직하다. 이때, 0.1~100㎛의 영상을 촬영하기 위해, 광원은 화각을 최소화할 수 있도록 광원의 전단부에 렌즈를 달 수 있다. 또한, 레이저 다이오드(laser diode)를 사용하는 것도 바람직할 수 있다. 제 2 광원으로 사용되는 LED 및/또는 레이저 다이오드는 상기 초점 거리와 초점 영역에 빛을 조사할 수 있도록 정렬되어 있는 것이 바람직하다.

제 1 광학계의 이미지 센서(302)는 100° 이상의 시야각을 갖는 영상을 촬영하기 위해 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서를 사용할 수 있다.

제 2 광학계의 이미지 센서(304)로, 다른 종류의 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서를 사용할 수 있다. 또한 컬러 필터(330: color filter)(예컨대, RGB 컬러필터)가 있는 CMOS 이미지 센서를 사용할 수도 있다. 다만, 필터(330)는 반드시 구비되어야 하는 것은 아니고, 필터를 제거하고 감도를 높인 이미지 센서를 사용할 수도 있다. 또한, 전방에 필터(330)에 대역통과필터(bandpass filter)를 사용하여 특수 파장대만 수광할 수 있도록 할 수 있다. 이에 따라 협대역의 영상을 촬영할 수 있다. 협대역 영상을 촬영하게 되면, 변증이 도드라지는 영상을 촬영할 수 있다. 또한, 광원의 파장대를 조정하여 특수 파장대의 광원(레드(Red), 그린(Green) LED, 또는 그린(Green) 또는 블루(Blue) 또는 적외선(Infra Red))을 조사하게 되면, 점막 내에서 자가형광 파장이 여기될 수 있다. 이때, 자가형광 파장만 수광할 수 있도록 컬러필터(330)를 이미지 센서(304) 전방에 부착하면 형광 영상을 획득할 수 있다. Anm 파장대의 광원 조사하면, 세포에 상기 Anm 파장대의 광이 조사되어, Bnm 파장대의 영상이 생성될 수 있다. 이때, 제 2 광학계(즉, 현미경 광학계)에서는 반사되는 빛만 잘 수광되도록 하는 밴드패스필터를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, Anm 파장은 걸러내는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 장치를 전방에서 바라봤을 때의 구성을 나타낸 평면도이다.

도 4를 참조하면, 제 1 렌즈(410)와 제 2 렌즈(412) 주변에 4개의 광원(420-1, 420-2, 420-3, 420-4)가 배치될 수 있다. 이때, 하나의 광원(예컨대, 광원(420-1))만 특수 파장대로써 제 2 광학계를 위한 것일 수 있다. 여기서, 반드시 하나의 광원만 제 2 광학계와 연관되어야 하는 것은 아니고, 2개 또는 3개여도 무방하다.

광원(420-2, 420-3, 420-4)은 주광원으로 white LED일 수 있다. 이때, 주광원이 반드시 white LED여야만 하는 것은 아니고, 다른 파장대의 광원일 수도 있다. 광원(420-1)은 특수 파장대의 영상을 생성하기 위한 현미경용 조명일 수 있다. 현미경용 조명은 그린(green) LED, 또는 특수 파장대(레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue) 또는 적외선(Infra Red) 등)의 레이저 다이오드를 활용하는 것이 바람직할 수 있다. 이때, 광원(420-1)은 제 2 광학계의 렌즈(412)의 현미경 영상 촬영을 위한 것이므로, 제 2 렌즈(412)의 초점 영역을 고려하여, 돔 표면 부분에서 실제 영상이 촬영되는 부분을 비춰줄 수 있어야 한다. 즉, 초점 영역과 연관된 위치관계를 고려하여 광원(420-1)이 적절하게 특수 파장대의 광을 초점영역을 향해 포커싱해주는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 광원은 두 개 이상일 수 있고, 서로 다른 파장대의 광원을 포함할 수 있다. 또한, 제 2 이미지 센서가 복수 개일 수 있고, 복수 개의 제 2 이미지 센서와 복수 개의 제 2 광원은 각각 매칭이 되어, 서로 다른 파장대의 영상을 주기적으로 생성할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 장치의 주광원과 부광원의 발광주기를 나타낸 도면이다.

제 1 렌즈의 넓은 시야각에 따른 초점 영역이 제 2 렌즈의 초점 영역을 포함하므로, 제 1 렌즈를 통해 획득되는 제 1 영상을 위한 광원은 제 2 렌즈와 연관된 영역에도 광을 조사하는 것이 요구될 수 있다. 즉, 제 2 렌즈에는 제 1 광원과 제 2 광원이 모두 조사되어야 할 수 있다(도 3 참조). 이에 따라 제 1 광원은 복수 개 배치될 수 있고, 제 2 렌즈의 주변에도 배치될 수 있다(도 4 참조).

다만, 이러한 상황에서, 제 2 광학계에 따른 현미경 영상을 획득하기 위해서는, 제 1 영상을 위한 제 1 광원, 즉, 일반적인 white LED 광원은 오프(off)된 상태에서 제 2 영상을 위한 제 2 광원만이 제 2 렌즈의 초점 영역에 광을 조사하고 있어야 한다. 이를 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 광원과 제 2 광원 각각의 주기를 설정하여 1, 2, 3 프레임에는 제 1 광원이 동작하도록 하고, 4 프레임에는 제 2 광원이 동작하도록 할 수 있다. 즉, 제 1 영상 획득을 위해 제 1 광원이 활성화되는 시간과 제 2 영상 획득을 위해 제 2 광원이 활성화되는 시간을 독립적으로 부여하는 것이 바람직하다. 이러한 주기 설정은 1:1의 비율이 되도록 할 수도 있고, 일반적으로 제 1 영상이 계속 활용되다가 이상병변이 발견될 경우, 제 2 영상이 활용되므로, 제 1 광원의 주기가 3:1, 또는 4:1로 보다 많은 비중을 차지하도록 할 수도 있다. 이러한 주기의 설정은 사용자 설정을 통해 조정할 수 있다. 또는 캡슐내시경을 외부 신호를 수신가능하도록 구성하여, 외부로부터의 신호에 반응하여 제 1 광원에서 제 2 광원으로, 또는 제 2 광원에서 제 1 광원으로 스위칭하도록 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 장치의 자세 및 위치 제어를 수행하는 과정을 나타낸 예시도이다.

일반 영상에서 이상병변이 발견되면, 해당 부분을 보다 자세히 현미경 광학계를 통해 살펴보기 위해, 캡슐 내시경의 위치 및 자세변경이 요구될 수 있다. 이때, 자력을 활용하는 것이 바람직하다.

도 6에 도시된 바와 같이, 캡슐 내시경 장치(600)는 인체 내부로 투입되어 장기 내벽(610)의 안쪽에 위치하게 된다. 마그네틱 제어기(650)와 모니터링 단말기(미도시)는 인체의 외부에 위치하게 되며, 일 측면에 따르면 마그네틱 제어기(650)는 피부(630)에 밀착하여 위치할 수 있다. 마그네틱 제어기(650)의 제어에 따라 캡슐 내시경 장치(600)가 동작하는 것에 의해 캡슐 내시경 장치(600)가 위치한 장기 이외의 주변 장기(620)에 대한 영상을 획득할 수 있다.

마그네틱 제어기(650)는 캡슐 내시경 장치(600)의 움직임을 제어하기 위한 자력을 방출할 수 있다. 영구 자석을 구비하는 것에 의해 자력을 발생할 수 있으며, 구동 모터를 구비하여 영구 자석과 같은 마그네틱 송신부의 움직임을 제어하는 것에 의해 캡슐 내시경 장치(600)로 전달되는 자력을 조절할 수 있다. 또한 마그네틱 제어기(600)는 캡슐 내시경 장치(600)로 전달되는 자력의 세기를 조절할 수 있으며, 현미경 영상을 획득하기 위한 움직임(예를 들어, 회전 또는 이동)의 속도를 조절할 수도 있다.

예를 들어, 마그네틱 제어기(650)가 직선 반복 운동을 수행하면, 마그네틱 제어기(650)가 방출하는 자력에 응답하여 캡슐 내시경 장치(600) 역시 직선 반복 운동을 수행할 수 있으며, 캡슐 내시경 장치(600)는 광원을 통해 방출되는 빛 및 주변 장기(620)로부터 반사되어 돌아오는 빛를 기반으로 일반 영상 및 현미경 영상을 획득할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 장치의 구성을 구체적으로 나타낸 블록도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 장치(700)는 제 1 렌즈(710), 제 2 렌즈(712), 제 1 광원(720), 제 2 광원(722), 마그네틱 요소(730), 제 1 이미지 센서(740), 제 2 이미지 센서(742), 제어부(750), 전원부(760), 전송부(770), 관성 센서(780)를 포함할 수 있다.

도 7을 참조하면, 제 1 렌즈(710)는 제 1 광학계의 렌즈로써, 앞서 설명한 바와 같이, 100° 이상의 시야각을 가지며, 초점거리는 돔 표면으로부터 30mm 이하를 갖는 렌즈이다.

제 1 광원(720)은 제 1 렌즈(710)와 제 1 이미지 센서(740)와 대응하여 동작하며, 일반 캡슐 내시경 영상을 촬영하기 위해 광을 제공한다. 일반적으로 white LED가 사용될 수 있다. 복수 개 활용될 수 있다.

제 1 이미지 센서(740)는 제 1 렌즈(710)를 통해 보여지는 대상부위에 대한 영상을 촬영하는 구성요소이다. 제 1 이미지 센서(740)는 CMOS 이미지 센서를 포함한다.

제 2 렌즈(712)는 제 2 광학계의 렌즈로써, 앞서 설명한 바와 같이, 30mm 이하의 초점영역을 가지며, 초점거리(초점심도라고 부를 수 있음)는 돔 표면으로부터 2mm 이하를 갖는 렌즈이다.

제 2 광원(722)은 제 2 렌즈(712)와 제 2 이미지 센서(742)와 대응하여 동작하며, 현미경 영상을 촬영하기 위해 광을 제공한다. white LED, 특수 파장대 LED, 렌즈와 함께 사용되는 LED, 및 레이저 다이오드 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.

제 2 이미지 센서(742)는 제 2 렌즈(712)를 통해 보여지는 대상부위에 대한 영상을 촬영하는 구성요소이다. 제 2 이미지 센서(742)는 CMOS 이미지 센서, 컬러필터를 포함하는 이미지 센서, 밴드패스필터를 포함하는 이미지 센서 중 적어도 하나를 포함한다.

제어부(750)는 제 1 광원(720) 및 제 2 광원(722)의 설정된 동작주기에 따라 제 1 광원(720) 및 제 2 광원(722)을 제어한다. 또한, 제 1 이미지 센서(740) 및 제 2 이미지 센서(742)로부터 제 1 영상과 제 2 영상을 획득하여 전송부(770)로 전달한다.

제어부(750)는 외부로부터 수신되는 제어신호를 기반으로 제 1 광원(720) 및 제 2 광원(722), 제 1 이미지 센서(740) 및 제 2 이미지 센서(742) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.

제어부(750)는 ASIC 칩으로 제작될 수 있으며, 제 1 이미지 센서(740) 및 제 2 이미지 센서(742)에서 생성된 데이터를 프레임으로 구성하여 전송부(770)로 전달하도록 구성될 수 있다.

제어부(750)는 제 1 이미지 센서(740)와 제 2 이미지 센서(742) 중 적어도 하나에 대한 FPS(Frame Per Second) 제어도 가능하며, 관성 센서(780)로부터 획득되는 현재 캡슐내시경의 위치 및 자세에 따라 FPS를 적응적으로 변경시키는 것도 가능하다.

마그네틱 요소(730)는 캡슐 내시경 장치(700) 외부의 마그네틱 제어기(750) 로부터의 자력에 응답하여 현미경 영상을 획득하기 위한 움직임을 수행하도록 제어할 수 있다. 여기서, 마그네틱 요소(730)는 예를 들어 하나 이상의 영구 자석으로 구성될 수 있다. 영구 자석 사이에는 전원부(760) 등이 배치될 수 있으며, 영구 자석의 N 극과 S 극은 가능한 사이가 넓게 배치될 수 있다.

전원부(760)는 캡슐 내시경 장치(700)에 전원을 공급할 수 있으며, 하나 이상의 배터리로 구성될 수 있다. 또한, 상기 하나 이상의 배터리는 충전 가능한 배터리를 포함할 수 있다.

전송부(770)는 이미지 센서(740, 742)에 의해 획득된 제 1 및 제 2 영상을 캡슐 내시경 장치 외부의 수신기(715)로 송신한다. 또한, 외부 장치로부터의 제어신호를 수신할 수도 있다. 여기서, 캡슐 내시경 장치(700) 외부는, 예를 들어 모니터링 장치(미도시)일 수 있으며, 캡슐 내시경 시스템의 구성에 따라 별개의 외부 제어 장치, 외부 디스플레이 장치 중 어느 하나일 수도 있다. 즉, 전송부(770)는 캡슐 내시경 장치(700) 외부 유닛과의 통신 기능을 지원하며, 통신 방식은 전술한 바와 같이 무선 주파수 (Radio Frequancy, RF) 방식 또는 인체 통신(Human Body Communication, HBC) 방식 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 전송부(770)는 통신 기능을 구현하는 하나 이상의 ASIC로 구성될 수 있으며, 하나 이상의 안테나를 포함할 수 있다. 캡슐 내시경 시스템의 구성에 따라 단방향 통신 또는 양방향 통신을 지원할 수 있다.

관성 센서(780)는 캡슐 내시경 장치(700)의 방향 또는 자세 및 위치를 측정하기 위해 사용할 수 있다. 즉, 관성 센서(780)는 캡슐 내시경 장치(700)의 자세 및 위치에 대한 정보를 획득할 수 있으며, 이러한 캡슐 내시경 장치(700)의 자세 및 위치에 대한 정보는 획득되는 영상 촬영의 적응적 제어에 사용될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐 내시경 장치와 연동하는 영상 처리 장치에서 출력되는 화면을 나타낸 도면이다.

도 8의 (a) 도면을 참조하면, 영상 처리 장치는 캡슐 내시경 장치로부터 일반 영상(제 1 영상)과 현미경 영상(제 2 영상)을 수신할 수 있다. 이때, 영상 처리 장치는 일반 영상과 현미경 영상을 실시간으로 수신하면서 듀얼(dual)로 하나의 화면에 함께 디스플레이할 수 있다.

도 8의 (b) 도면을 참조하면, 영상 처리 장치는 기본적으로 일반 영상을 메인으로 화면에 띄우고 있다가, 이상 병변이 발견되어 현미경 영상 획득을 위한 일련의 과정(예컨대, 캡슐 내시경의 위치 및 자세가 현미경 영상을 촬영하도록 제어, 현미경 영상 촬영, 촬영된 현미경 영상 수신)을 거치고 나면, 영상을 스위칭하여, 현미경 영상이 표시되도록 할 수 있다. 이는 이상 병변 트랙킹(tracking)을 위한 알고리즘을 사용하여 이상병변이 검출되면, 검출된 이상병변에 대한 응답으로, 현미경 영상 생성과 연관된 제어신호를 캡슐 내시경 장치로 전송하고, 이를 수신한 캡슐 내시경 장치가 자세 및 위치 제어를 통해 현미경 영상을 생성하면, 이를 영상처리장치가 수신하는 과정을 거려 적응적으로 처리될 수 있다. 즉, 미리 사용자가 이상병변 트랙킹 알고리즘을 적용하여 현미경 영상의 표시까지 자동으로 처리될 수 있는 부분이다.

이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

1. 캡슐 내시경 장치에 있어서,
   기준값보다 넓은 시야각(FOV: Field Of Vision)을 가지고 대상부위를 관찰하기 위한 제 1 광학계;
   나노미터(nm)부터 밀리미터(mm) 크기의 대상부위를 확대관찰하기 위한 제 2 광학계; 및
   상기 제 1 광학계 및 상기 제 2 광학계 중 적어도 하나로부터 획득된 영상 데이터를 수신기로 전송하는 전송부를 포함하되,
   상기 제 1 광학계는 상기 기준값보다 넓은 시야각을 갖는 제 1 렌즈, 상기 제 1 렌즈를 통해 상기 대상부위에 대한 영상을 촬영하는 제 1 이미지 센서 및 상기 제 1 렌즈 및 상기 제 1 이미지 센서와 대응하여 동작하는 제 1 광원을 포함하고,
   상기 제 2 광학계는 나노미터 내지 밀리미터 단위의 대상부위를 관찰하기 위한 제 2 렌즈, 상기 제 2 렌즈를 통해 상기 대상부위에 대한 영상을 촬영하는 제 2 이미지 센서 및 상기 제 2 렌즈 및 상기 제 2 이미지 센서와 대응하여 동작하는 제 2 광원을 포함하되,
   상기 제 2 광원은 상기 렌즈의 초점거리 및 초점영역과 정렬되어 형광 파장대의 광을 제공하는 레이저 다이오드(Laser Diode)이고,
   상기 제 2 광원의 발광 주기는 상기 제 1 광원의 발광 주기와 상이한 캡슐 내시경 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 렌즈는 100도 이상의 시야각을 가지며,
   상기 제 1 렌즈의 초점거리는 상기 제 1 렌즈 및 상기 제 2 렌즈를 둘러싸고 있는 돔(Optical Dome)의 표면으로부터 30mm 이하의 초점심도를 갖는 캡슐 내시경 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 렌즈는 3mm 미만의 초점 영역을 가지며,
   상기 제 2 렌즈의 초점거리는 상기 제 1 렌즈 및 상기 제 2 렌즈를 둘러싸고 있는 돔의 표면으로부터 2mm 이하의 초점심도를 갖는 캡슐 내시경 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 광원 및 상기 제 2 광원 중 적어도 하나는 화이트 LED(white LED)를 포함하는 캡슐 내시경 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 이미지 센서 및 상기 제 2 이미지 센서 중 적어도 하나는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서인 캡슐 내시경 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 이미지 센서와 상기 제 2 렌즈 사이에, 컬러필터(color filter) 및 특정 파장대의 광만 통과시키는 대역 통과 필터(bandpass filter) 중 적어도 하나를 더 포함하는 캡슐 내시경 장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡슐 내시경 장치의 위치 및 자세 제어를 위한 마그네틱 요소(magnetic element)를 더 포함하는 캡슐 내시경 장치.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈 및 상기 제 2 렌즈는 동일 평면 상에 배치되는 캡슐 내시경 장치.
12. 캡슐 내시경 장치의 동작 방법에 있어서,
    제 1 광학계가 기준값보다 넓은 시야각(FOV: Field Of Vision)을 가지고 대상부위를 관찰하는 단계;
    제 2 광학계가 나노미터(nm)부터 밀리미터(mm) 크기의 대상부위를 확대관찰하는 단계; 및
    상기 제 1 광학계 및 상기 제 2 광학계 중 적어도 하나로부터 획득된 영상 데이터를 수신기로 전송하는 단계를 포함하되,
    제 1 광학계가 기준값보다 넓은 시야각(FOV: Field Of Vision)을 가지고 대상부위를 관찰하는 단계는 상기 기준값보다 넓은 시야각을 갖는 제 1 렌즈와 제 1 이미지 센서와 연동하는 제 1 광원으로부터 조사되는 광을 통해, 상기 제 1 렌즈를 기반으로 상기 대상부위에 대한 영상을 촬영하는 단계를 포함하고,
    제 2 광학계가 나노미터(nm)부터 밀리미터(mm) 크기의 대상부위를 확대관찰하는 단계는 나노미터 내지 밀리미터 단위의 대상부위를 관찰하기 위한 제 2 렌즈와 제 2 이미지 센서와 연동하는 제 2 광원으로부터 조사되는 광을 통해, 상기 제 2 렌즈를 기반으로 나노미터 내지 밀리미터 단위의 대상부위를 관찰하는 단계를 포함하되,
    상기 제 2 광원은 상기 렌즈의 초점거리 및 초점영역과 정렬되어 형광 파장대의 광을 제공하는 레이저 다이오드(Laser Diode)이고,
    상기 제 2 광원의 발광 주기는 상기 제 1 광원의 발광 주기와 상이한 캡슐 내시경 장치의 동작방법.

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