KR102113203B1 - 광 멀티플렉서 및 이를 포함하는 분광 이미징 장치 - Google Patents

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황재윤
티아고 카발카르티 쿠틴요
이경수
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재단법인대구경북과학기술원
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Abstract

일 실시예에 따른 카메라를 구비하는 사용자 단말기와 결합하여 표적의 분광 이미지를 획득하기 위한 분광 이미징 장치는 표적으로 광 신호를 송신하고 표적으로부터 반사된 광 신호를 수신하기 위한 송수신부; 상기 송수신부에 의해 수신된 광 신호를 사용자 단말기의 카메라에 전달하기 위한 광학 어셈블리; 및 하우징과, 상기 하우징에 설치되고 서로 다른 설정 대역의 광 신호를 각각 방출하는 복수 개의 광원들과, 상기 하우징에 설치되고 상기 복수 개의 광원들의 각각의 광 신호를 상기 송수신부로 전달하는 광 확산기를 포함하고, 상기 복수 개의 광원들이 각각 방출하는 광 신호가 상기 광 확산기를 향하도록 상기 복수 개의 광원들 및 상기 광 확산기가 상기 하우징에 배치되는 광 멀티플렉서를 포함한다.

Description

광 멀티플렉서 및 이를 포함하는 분광 이미징 장치{LIGHT MULTIPLEXER AND SPECTRAL IMAGING APPARATUS}
이하, 실시예들은 광 멀티플렉서 및 이를 포함하는 분광 이미징 장치에 관한 것이다.
인체, 동물 등 생물체의 귀의 내강을 검사하는 검이경을 단말기에 적용하는 모바일 분광 이미징 장치가 개발되고 있다. 이러한 모바일 분광 이미징 장치는 범용적으로 사용되는 단말기에 적용 가능한 구조를 가짐으로써 휴대성이라는 이점이 있다. 최근의 모바일 분광 이미징 장치는 표적에 대한 양질의 분광 이미징을 획득하는 것이 요구되고 있다.
한국공개특허공보 제10-2013-0049704호 (2013.05.14. 공개)
일 실시예에 따른 목적은 균일한 강도의 광 신호를 표적에 집중적으로 전달하는 광 멀티플렉서 및 이를 포함하는 분광 이미징 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 카메라를 구비하는 사용자 단말기와 결합하여 표적의 분광 이미지를 획득하기 위한 분광 이미징 장치는 표적으로 광 신호를 송신하고 표적으로부터 반사된 광 신호를 수신하기 위한 송수신부; 상기 송수신부에 의해 수신된 광 신호를 사용자 단말기의 카메라에 전달하기 위한 광학 어셈블리; 및 하우징과, 상기 하우징에 설치되고 서로 다른 설정 대역의 광 신호를 각각 방출하는 복수 개의 광원들과, 상기 하우징에 설치되고 상기 복수 개의 광원들의 각각의 광 신호를 상기 송수신부로 전달하는 광 확산기를 포함하고, 상기 복수 개의 광원들이 각각 방출하는 광 신호가 상기 광 확산기를 향하도록 상기 복수 개의 광원들 및 상기 광 확산기가 상기 하우징에 배치되는 광 멀티플렉서를 포함한다.
상기 하우징은 광 신호를 난반사하도록 구성된 물질로 코팅될 수 있다.
상기 광 멀티플렉서는 상기 복수 개의 광원들의 각각 및 상기 광 확산기 사이에 상기 복수 개의 광원들로부터 각각 방출되는 광 신호의 설정 대역을 조절하기 위한 복수 개의 대역 통과 필터들을 더 포함할 수 있다.
상기 송수신부는 광 신호를 송신하기 위한 복수 개의 송신 개구들; 및 광 신호를 수신하기 위한 수신 개구를 포함하고, 상기 복수 개의 송신 개구들은 상기 수신 개구를 중심으로 원주 방향으로 배열될 수 있다.
상기 분광 이미징 장치는 상기 광 확산기로부터 상기 광학 어셈블리를 따라 연장하며 상기 복수 개의 송신 개구들로 이어지는 복수 개의 광섬유들을 더 포함할 수 있다.
상기 송수신부는 근위부와 말단부를 갖는 바디를 더 포함하고, 상기 바디는 상기 근위부로부터 상기 말단부를 향해 갈수록 폭이 좁아지고, 상기 바디의 외부면은 곡면으로 형성될 수 있다.
상기 분광 이미징 장치는 사용자 단말기로부터의 입력에 기초하여 상기 복수 개의 광원들 중 광 신호를 방출할 광원을 구동하는 회로부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 광 멀티플렉서는 복수 개의 면들을 구비하는 하우징; 상기 복수 개의 면들 중 적어도 2개 이상의 면들에 설치되고 서로 다른 설정 대역의 광 신호를 각각 방출하는 복수 개의 광원들; 및 상기 복수 개의 면들 중 상기 복수 개의 광원들이 설치되지 않은 어느 하나의 면에 설치되고 상기 복수 개의 광원들의 각각의 광 신호를 확산시키는 광 확산기를 포함한다.
상기 복수 개의 광원들이 설치된 면들의 각각의 법선 벡터는 상기 광 확산기를 가리킬 수 있다.
상기 하우징은 베이스와, 상기 베이스의 둘레를 따라 상기 베이스에 형성되고 상기 베이스에 대해 경사진 복수 개의 경사 측면들과, 상기 복수 개의 경사 측면들에 연결된 커버를 포함하고, 상기 광 확산기는 상기 커버에 설치되고, 상기 복수 개의 광원들은 상기 복수 개의 경사 측면들에 설치되거나 상기 복수 개의 측면들과 상기 베이스에 모두 설치될 수 있다.
상기 복수 개의 경사 측면들은 상기 베이스를 향하는 방향으로 갈수록 폭이 좁아질 수 있다.
상기 하우징은 상기 베이스에 수직한 방향으로 연장하고 상기 복수 개의 광원들이 설치되지 않는 복수 개의 수직 측면들을 더 포함하고, 상기 복수 개의 수직 측면들은 상기 복수 개의 경사 측면들 및 상기 커버를 연결할 수 있다.
일 실시예에 따른 광 멀티플렉서 및 이를 포함하는 분광 이미징 장치는 균일한 강도의 광 신호를 표적에 집중적으로 전달할 수 있다.
일 실시예에 따른 광 멀티플렉서 및 이를 포함하는 분광 이미징 장치는 표적에 대한 정량적 분석 정보를 획득할 수 있다.
일 실시예에 따른 광 멀티플렉서 및 이를 포함하는 분광 이미징 장치의 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 분광 이미징 시스템의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 분광 이미징 시스템을 다른 방향에서 바라본 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 분광 이미징 시스템의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 송수신부의 사시도이다.
도 5는 도 4의 송수신부의 횡단면도이다.
도 6은 도 3의 광 멀티플렉서의 분해 사시도이다.
도 7은 도 6의 광 멀티플렉서를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 도 6의 광 멀티플렉서의 일부의 평면도이다.
도 9는 도 6의 광 멀티플렉서에 따른 분광 분포 그래프이다.
도 10은 도 3의 회로부의 블록도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 분광 이미징 장치를 이용하여 획득한 표적의 분광 이미지이다.
도 12는 도 11의 분광 이미지의 수평라인을 따른 광 신호의 강도를 나타낸 그래프이다.
도 13은 도 11의 분광 이미지의 수직라인을 따른 광 신호의 강도를 나타낸 그래프이다.
도 14는 표적의 사진 이미지의 일 예이다.
도 15는 일 실시예에 따른 분광 이미징 장치를 이용하여 획득한 도 14의 표적의 분광 이미지를 나타내는 도면이다.
도 16은 표적의 사진 이미지의 다른 예이다.
도 17은 일 실시예에 따른 분광 이미징 장치를 이용하여 획득한 도 16의 표적의 분광 이미지를 나타내는 도면이다.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 분광 이미징 시스템의 사시도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 분광 이미징 시스템을 다른 방향에서 바라본 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 분광 이미징 시스템(1)은 표적으로 광 신호를 송신하고 이로부터 반사되는 광 신호를 수신하여 표적에 대한 분광 이미지를 획득할 수 있다. 일 예로, 분광 이미징 시스템(1)은 특정 장소에 구속되지 않고 임의의 장소에서 사용 가능하도록 휴대성이 있는 구조를 가질 수 있다. 분광 이미징 시스템(1)은 분광 이미징 장치(10) 및 사용자 단말기(20)를 포함할 수 있다. 분광 이미징 장치(10)는 사용자 단말기(20)와 결합하여 분광 이미징 장치(10)가 표적으로 광 신호를 송신하고 이로부터 반사되는 광 신호를 수신한 후, 수신한 광 신호를 사용자 단말기(20)에 전달할 수 있다. 사용자 단말기(20)는 전달받은 광 신호에 기초한 분광 이미지를 획득하고, 획득한 분광 이미지를 표시할 수 있다.
분광 이미징 시스템(1)은 분광 이미지에 기초한 분석의 신뢰성을 개선하기 위해 분광 이미지를 전처리하는 이미지 처리 시스템(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이미지 처리 시스템(미도시)은 사용자 단말기(20)로부터 분광 이미지를 수신하고, 수신한 분광 이미지를 그레이 스케일 이미지(grayscale image)로 변환하고, 변환된 이미지에 대해 광학 왜곡 보정(optical distortion correction)을 수행하고, 상기 보정이 수행된 이미지에 대해 평탄 필드 보정(flat field correction)을 수행하고, 상기 보정이 수행된 이미지에 대해 표준 정규 변이 변환(standard normal variation conversion)을 수행할 수 있다.
먼저, 이미지 처리 시스템은 사용자 단말기(20)로부터 수신한 분광 이미지를 그레이 스케일 이미지로 변환할 수 있다. 이는 이미지 상의 각각의 픽셀로부터 강도값(intensity value)들을 획득하기 위한 것으로, 다음과 같은 수학식에 의해 변환이 수행될 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112018120407300-pat00001
여기서, I(x, y, λ)는 파장 λ에 대한 픽셀(x, y)에서의 강도를 나타내고, R(x, y, λ), G(x, y, λ) 및 B(x, y, λ)는 각각 파장 λ에서 모든 이미지들에 대한 픽셀(x, y)에서의 적색, 녹색 및 청색의 각각의 강도값을 나타낸다.
이후, 이미지 처리 시스템은 변환된 그레이 스케일 이미지에 대해 광학 왜곡 보정을 수행할 수 있다. 이는 후술할 분광 이미징 장치(10)의 광학 어셈블리(120)에 의해 유발될 수 있는 핀 쿠션 타입(pincushion type)의 광학 왜곡을 디지털 방식으로 보정하기 위한 것이다. 이러한 방식은 픽셀 좌표를 쉬프트(shift)하고, 쉬프트 된 좌표를 보정된 위치에 두는 것이다. 광학 왜곡에 대한 근사는 다음과 같이 표현될 수 있다.
<수학식 2>
Figure 112018120407300-pat00002
여기서, r은 이미지의 중심으로부터 측정된 왜곡되지 않은 이미지 픽셀의 거리를 나타내고,
Figure 112018120407300-pat00003
은 관측 거리(observed distance)를 나타내고, k는 방사상 왜곡 계수(radial distortion coefficient)를 나타낸다. r값은 극좌표계에서 이미지의 중심으로부터의 거리이기 때문에 아래 수학식과 같이 정규화 될 필요가 있다.
<수학식 3>
Figure 112018120407300-pat00004
여기서,
Figure 112018120407300-pat00005
은 정규화 된 픽셀 거리를 나타내고,
Figure 112018120407300-pat00006
는 이미지의 너비를 나타내고,
Figure 112018120407300-pat00007
는 이미지의 높이를 나타낸다.
상기와 같은 방식으로 광학 어셈블리에 의한 왜곡이 제거될 수 있다. 선택적으로는, 보정된 픽셀 위치가 발견되면, 상기 수학식 3의 역함수를 통해 데카르트 좌표계에서 반경 거리의 역 정규화가 필요할 수 있다.
이후, 이미지 처리 시스템은 광학 왜곡 보정이 수행된 이미지에 대해 평탄 필드 보정을 수행할 수 있다. 이는 분광 이미징 장치(10)가 사용되는 환경적인 특성, 예를 들어 불균일한 조명, 센서 상의 픽셀 대 픽셀 변화 등에 의한 아티팩트(artifact)를 감소시킬 수 있다. 이를 위해 이미지 처리 시스템은 먼저 표준 백색 반사 표적(standard white reflectance target)의 이미지를 획득하고, 아래와 같은 수학식에 의해 평탄 필드 보정을 수행할 수 있다.
<수학식 4>
Figure 112018120407300-pat00008
여기서,
Figure 112018120407300-pat00009
은 보정된 이미지를 나타내고,
Figure 112018120407300-pat00010
은 입력 이미지를 나타내고,
Figure 112018120407300-pat00011
는 카메라 조리개가 닫힌 상태에서 획득된 이미지를 나타내고,
Figure 112018120407300-pat00012
는 백색 표적 이미지를 나타내고,
Figure 112018120407300-pat00013
는 백색 표적의 기 설정 파장의 분광 강도를 나타내고, i 및 j는 이미지의 라인 및 열을 각각 나타내고, λ는 파장을 나타낸다.
이후, 이미지 처리 시스템은 평탄 필드 보정이 수행된 이미지에 대해 표준 정규 변이 변환을 수행할 수 있다. 이는 후술하는 송수신부(110)의 위치 변화에 의해 인접하는 또는 오버랩되는 대역을 가지는 광 신호들에 의한 이미지 획득의 요인 또는 표적 자체의 물리적인 구조의 요인 등에 의해 변화할 수 있는 이미지의 특성을 통일하기 위한 것이다. 표준 정규 변이 변환은 다음과 같은 수학식에 의해 수행될 수 있다.
<수학식 5>
Figure 112018120407300-pat00014
여기서,
Figure 112018120407300-pat00015
는 보정된 분광 시그니처를 나타내고,
Figure 112018120407300-pat00016
는 입력 분광 시그니처를 나타내고,
Figure 112018120407300-pat00017
는 입력 분광 시그니처의 평균값을 나타내고,
Figure 112018120407300-pat00018
는 입력 분광 시그니처의 표준 편차를 나타내고, i 및 j는 이미지의 공간 좌표를 나타낸다.
상기와 같이 이미지에 대한 처리가 수행되면, 분광 이미징 시스템(1)은 분광 분류(spectral classification)를 수행할 수 있다. 분광 분류에서, 특정 클래스에 속하는 기준 분광 시그니처와 표적의 분광 시그니처 사이에 유사성을 측정하는 유사성 맵핑 알고리즘이 이용될 수 있다. 여기서, 클래스는 대상체의 상태를 나타내는 영역일 수 있다. 예를 들어, 클래스는 정상 고막 영역, 삼출물 영역, 망막증 영역, 섬유증 영역, 정반사 된 광 신호와 관련된 영역 등을 포함할 수 있다. 일 예로, 유사성 맵핑 알고리즘은 분광각도법(spectral angle mapper)을 포함할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 분광 이미징 시스템의 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 분광 이미징 장치(10) 및 사용자 단말기(20)를 포함하는 분광 이미징 시스템(1)에 있어서, 분광 이미징 장치(10)는 송수신부(110), 광학 어셈블리(120), 전원(130), 광 멀티플렉서(140), 회로부(150) 및 광섬유(160)(도 7 참조)를 포함할 수 있다.
송수신부(110)는 표적으로 광 신호를 송신하고 표적으로 반사된 광 신호를 수신할 수 있다. 일 예로, 표적은 사람, 동물 등의 대상체의 내강 내 내부 표면 또는 내강 외 외부 표면을 포함할 수 있다. 바람직한 예로, 표적은 대상체의 귀의 내강 내 내부 표면을 포함할 수 있다. 더욱 바람직한 예로, 표적은 대상체의 귀의 내강 내 내부 표면에 있는 병변을 포함할 수 있다.
광학 어셈블리(120)는 송수신부(110)에 의해 수신한 광 신호를 사용자 단말기(20)의 카메라로 전달할 수 있다. 광학 어셈블리(120)는 일렬로 나란하게 배열되는 복수 개의 렌즈(122)들 및 복수 개의 렌즈(122)들을 송수신부(110)에 결합시키는 결합부(124)를 포함할 수 있다. 복수 개의 렌즈(122)들은 일 세트의 무색 더블릿(achromatic doublet)들을 포함할 수 있다. 복수 개의 렌즈(122)들은 수신한 광 신호에 설정 배율로 적용한 후 이를 사용자 단말기(20)의 카메라로 전달할 수 있다.
전원(130)은 분광 이미징 장치(10)에 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 전원(130)은 배터리를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니고 기타 통상의 기술자에게 자명한 전력 공급 수단을 포함할 수 있다. 여기서, 전력 공급 수단은 무선 전력을 수신하기 위한 코일, 트랜스듀서 등을 포함할 수 있다.
광 멀티플렉서(140)는 서로 다른 설정 대역을 각각 갖는 복수의 광 신호들을 발생시키고 이를 송수신부(110)로 전달할 수 있다. 광 멀티플렉서(140)는 설정 순서에 따라 복수의 광 신호들을 순차적으로 송수신부(110)로 전달할 수 있다.
회로부(150)는 광 멀티플렉서(140)를 사용자 단말기(20)의 애플리케이션과 인터페이스 할 수 있다. 회로부(150)는 사용자 단말기(20)로부터 입력을 수신하고, 수신한 입력에 기초하여 광 멀티플렉서(140)를 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 회로부(150)가 사용자 단말기(20)로부터 임의의 대역을 갖는 광 신호를 발생시키기 위한 입력을 수신하면, 회로부(150)는 광 멀티플렉서(140)가 상기 대역을 갖는 광 신호를 발생시키도록 광 멀티플렉서(140)에 명령 신호를 송신할 수 있다. 또한, 회로부(150)는 전원(130)으로부터 전력을 공급받아 구동될 수 있다. 또한, 회로부(150)에는 송수신부(110), 광학 어셈블리(120), 전원(130) 및 광 멀티플렉서(140)가 설치될 수 있다.
광섬유(160)(도 7 참조)는 일 단부가 광 멀티플렉서(140)에 연결되고 광학 어셈블리(120)를 따라 연장하며 타 단부가 송수신부(110)에 연결될 수 있다. 일 예로, 광섬유(160)는 복수 개의 광섬유들을 포함할 수 있다. 복수 개의 광섬유들은 광 멀티플렉서(140)에서 발생한 설정 대역의 광 신호의 강도를 균일하게 유지하며 이를 송수신부(110)로 전달할 수 있다.
도 4는 도 3의 송수신부의 사시도이고, 도 5는 도 4의 송수신부의 횡단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 송수신부(110)는 대상체의 내강에 삽입하기에 적합한 임의의 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 송수신부(110)는 귀의 내강에 삽입하기에 적합한 구조를 가질 수 있다. 송수신부(110)는 바디(111), 복수 개의 송신 개구(112)들, 수신 개구(113) 및 복수 개의 통로(114)들을 포함할 수 있다.
바디(111)는 (도 5를 기준으로 우측에 위치하는) 커플링 가능한 구조를 가지는 근위부(1111), 근위부(1111)를 기준으로 맞은편에 위치하는 (도 5를 기준으로 좌측에 위치하는) 말단부(1112) 및 근위부(1111)로부터 말단부(1112)로 연장하는 연장부(1113)를 구비할 수 있다. 바디(111)의 연장부(1113)는 근위부(1111)로부터 말단부(1112)를 향해 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼 형상을 구비할 수 있다. 또한, 바디(111)의 연장부(1113)의 외부면은 내측으로 만곡하는 곡면으로 형성될 수 있다. 또한, 바디(111)는 길이 방향을 따라 실질적으로 원형의 단면을 가질 수 있다. 또한, 바디(111)는 말단부(1112)가 대상체의 조직, 예를 들어 귀의 내강에 위치하는 고막을 손상시키지 않도록 적합한 임의의 길이를 가질 수 있다.
복수 개의 송신 개구(112)들로는 표적으로 전달될 광 신호가 빠져나올 수 있다. 복수 개의 송신 개구(112)들은 바디(111)의 말단부(1112)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 송신 개구(112)들은 바디(111)의 근위부(1111)와 말단부(1112)를 잇는 가상의 선을 중심으로 원주 방향으로 바디(111)의 말단부(1112)에 형성될 수 있다. 이러한 구조는 복수 개의 송신 개구(112)들로 빠져나오는 광 신호가 표적에 균일하게 도달하게 함으로써 양질의 분광 이미지가 획득되는 것을 돕는다.
수신 개구(113)로는 표적으로부터 반사된 광 신호가 진입할 수 있다. 수신 개구(113)는 바디(111)의 말단부(1112)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 수신 개구(113)는 바디(111)의 근위부(1111)와 말단부(1112)를 잇는 가상의 선을 중심으로 원주 방향으로 형성된 복수 개의 송신 개구(112)들이 이루는 원형의 중심에 형성될 수 있다. 다시 말하면, 복수 개의 송신 개구(112)들은 수신 개구(113)를 중심으로 원주 방향으로 배열될 수 있다. 여기서, 수신 개구(113)는 단일의 개구일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
복수 개의 통로(114)들로는 (도 7을 참조하여 설명할) 복수 개의 광섬유(160)(도 7 참조)들이 지나갈 수 있다. 복수 개의 통로(114)들은 바디(111)의 근위부(1111)로부터 연장부(1113)를 따라 말단부(1112)의 복수 개의 송신 개구(112)들로 이어지고, 바디(111)의 원주 방향으로 바디(111)의 외측에 인접한 부분에 형성될 수 있다. 이러한 구조는 광 신호가 균일한 강도를 유지하면서 바디(111)의 말단부(1112)에 형성된 복수 개의 송신 개구(112)들로 전송되는 것을 돕는다.
도 6은 도 3의 광 멀티플렉서의 분해 사시도이고, 도 7은 도 6의 광 멀티플렉서를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 8은 도 6의 광 멀티플렉서의 일부의 평면도이고, 도 9는 도 6의 광 멀티플렉서에 따른 분광 분포 그래프이다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 광 멀티플렉서(140)는 하우징(141), 복수 개의 광원(142)들, 광 확산기(143) 및 복수 개의 대역 통과 필터(144)들을 포함할 수 있다.
하우징(141)은 복수 개의 광원(142)들, 광 확산기(143) 및 복수 개의 대역 통과 필터(144)들을 수용할 수 있다. 하우징(141)은 제1커버(141-1), 제2커버(141-2) 및 제3커버(141-3)를 포함할 수 있다.
제1커버(141-1), 제2커버(141-2) 및 제3커버(141-3)는 각각 제1체결부(141-11), 제2체결부(141-21) 및 제3체결부(141-31)를 포함하고, 제1체결부(141-11), 제2체결부(141-21) 및 제3체결부(141-31)가 서로 체결됨에 따라 제1커버(141-1), 제2커버(141-2) 및 제3커버(141-3)가 결합될 수 있다.
제1커버(141-1), 제2커버(141-2) 및 제3커버(141-3)는 복수 개의 면들을 각각 가질 수 있다. 제1커버(141-1), 제2커버(141-2) 및 제3커버(141-3)의 인접하는 한 쌍의 면들은 서로 각을 이루어서 하우징(141)의 다면체 형상을 형성할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 제1커버(141-1), 제2커버(141-2) 및 제3커버(141-3)는 전체적으로 곡면을 가져서 하우징(141)의 구 형상을 형성할 수도 있다.
제1커버(141-1), 제2커버(141-2) 및 제3커버(141-3) 중 적어도 하나 이상은 광 신호를 난반사하기에 적합한 임의의 물질로 형성될 수 있다. 상기 물질은 제1커버(141-1), 제2커버(141-2) 및 제3커버(141-3) 중 적어도 하나 이상의 내부면에 코팅될 수 있다. 일 예로, 상기 물질은 수성 바륨 설페이트 용액(water-based barium sulfate solution)을 포함할 수 있다. 상기 물질은 광 멀티플렉서(140)의 광 신호 출력 성능을 향상시킬 수 있다.
제1커버(141-1)는 베이스(141-12), 복수 개의 경사 측면(141-13)들 및 복수 개의 수직 측면(141-14)들을 포함할 수 있다.
베이스(141-2)는 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 베이스(141-2)는 원형을 구비할 수 있다. 또한, 베이스(141-2)는 임의의 광원(142)이 장착되는 마운트를 포함할 수 있다. 베이스(141-2)의 마운트는 제2커버(141-2)의 중심을 향하도록 형성될 수 있다. 일 예로, 베이스(141-2)의 마운트는 개구를 포함할 수 있다.
복수 개의 경사 측면(141-13)들은 베이스(141-12)에 대해 경사지고 베이스(141-12)의 둘레를 따라 베이스(141-12)에 형성될 수 있다. 복수 개의 경사 측면(141-13)들은 복수 개의 경사 측면(141-13)들의 각각의 법선 벡터가 제2커버(141-2)의 중심을 향하도록 베이스(141-12)에 대해 각도를 이룰 수 있다. 일 예로, 복수 개의 경사 측면(141-13)들은 대응하는 임의의 복수 개의 광원(142)들이 각각 장착되는 복수 개의 마운트들을 포함할 수 있다. 일 예로, 복수 개의 경사 측면(141-13)들의 마운트들은 각각 개구를 포함할 수 있다.
복수 개의 경사 측면(141-13)들은 베이스(141-12)를 향해 갈수록 폭이 좁아질 수 있다. 다시 말하면, 복수 개의 경사 측면(141-13)들은 베이스(141-12)로부터 멀어지는 방향으로 확장하는 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 인접하는 한 쌍의 경사 측면(141-13)들이 서로 맞닿을 수 있다.
복수 개의 수직 측면(141-14)들은 복수 개의 경사 측면(141-13)들과 제2커버(141-2)를 연결할 수 있다. 복수 개의 수직 측면(141-14)들은 베이스(141-12)에 수직한 방향으로 연장할 수 있다.
제2커버(141-2)는 복수 개의 수직 측면(141-14)들 위에 설치될 수 있다. 제2커버(141-2)의 중심부에는 개구(141-22)가 형성될 수 있다. 일 예로, 제2커버(141-2)는 플레이트 형상을 가질 수 있다.
제3커버(141-3)는 제2커버(141-2) 위에 설치될 수 있다. 제3커버(141-3)는 제2커버(141-2)의 중심부에 형성된 개구(141-22)와 정렬되는 중심 통로(141-32)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수 개의 광섬유(160)들은 광 확산기(143)에 연결되고, 중심 통로(141-32)를 통해 송수신부(110)(도 3 참조)로 이어질 수 있다.
복수 개의 광원(142)들은 서로 다른 대역의 광 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 광원(142)들은 발광 다이오드(light emitting diode; LED)를 포함할 수 있다. 복수 개의 광원(142)들은 베이스(141-12) 및 복수 개의 경사 측면(141-13)들 중 적어도 2개 이상에 설치될 수 있다. 복수 개의 광원(142)들은 복수 개의 수직 측면(141-14)들에는 설치되지 않을 수 있다.
복수 개의 광원(142)들은 광 확산기(143)를 향해 광 신호를 방출시킬 수 있다.
광 확산기(143)는 복수 개의 광원(142)들의 각각의 광 신호를 광섬유(160)로 확산시킬 수 있다. 광 확산기(143)는 제2커버(141-2)의 중심부에 형성된 개구(141-22)에 설치될 수 있다.
복수 개의 대역 통과 필터(144)들은 복수 개의 광원(142)들이 각각 방출하는 광 신호의 대역폭(B1, B2)을 조절할 수 있다. 복수 개의 대역 통과 필터(144)들은 복수 개의 광원(142)들 및 광 확산기(143)를 잇는 복수 개의 가상의 선상에 위치될 수 있다. 도 9를 참조하면, 실선으로 표현되는 복수 개의 광원(142)들이 각각 방출하는 광 신호의 대역 및 점선으로 표현되는 백색 광원의 광 신호의 대역을 나타낸 분광 분포가 도시된다. 예시적인 분광 분포에 의하면, 복수 개의 광원(142)들이 각각 방출하는 광 신호의 대역은 대역폭이 약 22nm이고 피크가 405nm인 제1 광 신호의 대역(L1), 대역폭이 약 27nm이고 피크가 약 450nm인 제2 광 신호의 대역(L2), 대역폭이 약 35nm이고 피크가 약 470nm인 제3 광 신호의 대역(L3), 대역폭이 약 33nm이고 피크가 약 525nm인 제4 광 신호의 대역(L4), 대역폭이 약 17nm이고 피크가 약 570nm인 제5 광 신호의 대역(L5), 대역폭이 약 19nm이고 피크가 약 610nm인 제6 광 신호의 대역(L6), 대역폭이 약 21nm이고 피크가 640nm인 제7 광 신호의 대역(L7), 대역폭이 약 22nm이고 피크가 670nm인 제8 광 신호의 대역(L8) 및 대역폭이 약 23nm이고 피크가 700nm인 제9 광 신호의 대역(L9)일 수 있다. 여기서, 복수 개의 광원(142)들이 각각 방출하는 광 신호의 대역은 서로 오버랩될 수 있다. 복수 개의 대역 통과 필터(144)들은 복수 개의 광원(142)들이 각각 방출하는 광 신호의 대역이 오버랩되는 영역을 감소시키기 위하여 복수 개의 광원(142)들이 각각 방출하는 광 신호의 대역폭(B1, B2)을 감소시킬 수 있다.
도 10은 도 3의 회로부의 블록도이다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 회로부(150)는 스텝 다운 전압 조절부(151), 스텝 업 전압 조절부(152), 프로세서(153), 통신부(154) 및 구동부(155)를 포함할 수 있다.
스텝 다운 전압 조절부(151)는 전원(130)으로부터 전력을 공급받고 공급받은 전력에서 전압을 감소시킨 후 이를 통신부(154)에 공급할 수 있다.
스텝 업 전압 조절부(152)는 전원(130)으로부터 전력을 공급받고 공급받은 전력에서 전압을 증가시킨 후 이를 프로세서(153), 구동부(155) 및 광원(142)에 각각 공급할 수 있다.
프로세서(153)는 통신부(154)에 의해 수신된 사용자 단말기(20)의 입력에 기초하여 광원(142)이 설정 대역의 광 신호를 발생시키도록 구동부(155)에 명령 신호를 송신할 수 있다. 또한, 프로세서(153)는 통신부(154)로 명령 신호를 송신하여 사용자 단말기(20)로 제어 신호를 전달할 수도 있다. 예를 들어, 제어 신호는 사용자 단말기(20)로 전달된 광 신호의 분광 이미지에 대한 보정(correction)에 관한 정보를 포함할 수 있다.
통신부(154)는 사용자 단말기(20)와 통신할 수 있다. 통신부(154)는 사용자 단말기(20)로부터 설정 입력을 수신할 수 있고, 사용자 단말기(20)로 설정 제어 신호를 송신할 수도 있다. 예를 들어, 통신부(154)는 블루투스 방식으로 사용자 단말기(20)와 무선 통신할 수 있다.
구동부(155)는 프로세서(153)의 명령 신호에 기초하여 광원(142)을 제어할 수 있다. 광원(142)이 복수 개인 실시예에서, 구동부(155)는 프로세서(153)의 명령 신호에 기초하여 복수 개의 광원(142)들 중 어느 하나의 광원(142)을 선택하여 구동시킬 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 분광 이미징 장치를 이용하여 획득한 표적의 분광 이미지이고, 도 12는 도 11의 분광 이미지의 수평라인을 따른 광 신호의 강도를 나타낸 그래프이고, 도 13은 도 11의 분광 이미지의 수직라인을 따른 광 신호의 강도를 나타낸 그래프이다.
도 11을 참조하면, 일 실시예에 따른 분광 이미징 장치를 이용하여 획득한 표적의 분광 이미지는 균일한 강도 패턴을 가질 수 있다. 분광 이미지에서 수평라인(H)에 따른 강도 프로파일을 나타내는 도 12를 함께 참조하면, 분광 이미지의 수평라인(H)의 픽셀들을 따라 가우시안 강도 패턴을 형성하는 프로파일을 확인할 수 있다. 또한, 분광 이미지에서 수직라인(V)을 따른 강도 프로파일을 나타내는 도 13을 함께 참조하면, 분광 이미지의 수직라인(V)의 픽셀들을 따라 가우시안 강도 패턴을 형성하는 프로파일을 확인할 수 있다.
도 14는 표적의 사진 이미지의 일 예이고, 도 15는 일 실시예에 따른 분광 이미징 장치를 이용하여 획득한 도 14의 표적의 분광 이미지를 나타내는 도면이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 정상적인 고막을 나타낸 사진 이미지 및 분광 이미지가 각각 도시된다. 도 15의 분광 이미지에서, 제1영역(NA)은 정상 영역 (normal area)을 나타내고, 제2영역(MA)은 망치뼈 영역(malleus area)을 나타낸다. 상기 분광 이미지에 의하면, 대부분의 영역이 정상 영역으로 분류됨을 확인할 수 있다.
도 16은 표적의 사진 이미지의 다른 예이고, 도 17은 일 실시예에 따른 분광 이미징 장치를 이용하여 획득한 도 16의 표적의 분광 이미지를 나타내는 도면이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 삼출물이 있는 중이염이 발생한 고막을 나타낸 사진 이미지 및 분광 이미지가 각각 도시된다. 도 17의 분광 이미지에서, 제3영역(EA)은 삼출물이 있는 영역(exudation area)을 나타내고, 제4영역(FA)은 섬유화 영역(fibrosis area)을 나타낸다.
상기와 같이 일 실시예에 따른 분광 이미징 장치를 사용하면 대상체의 해부학적 구조의 경계를 잘 구분할 수 있으며, 더 나아가 병변이 있는 영역과 병변이 없는 영역을 잘 구분할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (12)

  1. 카메라를 구비하는 사용자 단말기와 결합하여 표적의 분광 이미지를 획득하기 위한 분광 이미징 장치에 있어서,
    표적으로 광 신호를 송신하고 표적으로부터 반사된 광 신호를 수신하기 위한 송수신부;
    상기 송수신부에 의해 수신된 광 신호를 사용자 단말기의 카메라에 전달하기 위한 광학 어셈블리; 및
    하우징과, 상기 하우징에 설치되고 서로 다른 설정 대역의 광 신호를 각각 방출하는 복수 개의 광원들과, 상기 하우징에 설치되고 상기 복수 개의 광원들의 각각의 광 신호를 상기 송수신부로 전달하는 광 확산기를 포함하고, 상기 복수 개의 광원들이 각각 방출하는 광 신호가 상기 광 확산기를 향하도록 상기 복수 개의 광원들 및 상기 광 확산기가 상기 하우징에 배치되는 광 멀티플렉서;
    를 포함하는 분광 이미징 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 광 신호를 난반사하도록 구성된 물질로 코팅된 분광 이미징 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광 멀티플렉서는 상기 복수 개의 광원들의 각각 및 상기 광 확산기 사이에 상기 복수 개의 광원들로부터 각각 방출되는 광 신호의 설정 대역을 조절하기 위한 복수 개의 대역 통과 필터들을 더 포함하는 분광 이미징 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송수신부는
    광 신호를 송신하기 위한 복수 개의 송신 개구들; 및
    광 신호를 수신하기 위한 수신 개구;
    를 포함하고,
    상기 복수 개의 송신 개구들은 상기 수신 개구를 중심으로 원주 방향으로 배열되는 분광 이미징 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 분광 이미징 장치는 상기 광 확산기로부터 상기 광학 어셈블리를 따라 연장하며 상기 복수 개의 송신 개구들로 이어지는 복수 개의 광섬유들을 더 포함하는 분광 이미징 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 송수신부는 근위부와 말단부를 갖는 바디를 더 포함하고, 상기 바디는 상기 근위부로부터 상기 말단부를 향해 갈수록 폭이 좁아지고, 상기 바디의 외부면은 곡면으로 형성된 분광 이미징 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    사용자 단말기로부터의 입력에 기초하여 상기 복수 개의 광원들 중 광 신호를 방출할 광원을 구동하는 회로부를 더 포함하는 분광 이미징 장치.
  8. 복수 개의 면들을 구비하는 하우징;
    상기 복수 개의 면들 중 적어도 2개 이상의 면들에 설치되고 서로 다른 설정 대역의 광 신호를 각각 방출하는 복수 개의 광원들; 및
    상기 복수 개의 면들 중 상기 복수 개의 광원들이 설치되지 않은 어느 하나의 면에 설치되고 상기 복수 개의 광원들의 각각의 광 신호를 확산시키는 광 확산기;
    를 포함하는 광 멀티플렉서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수 개의 광원들이 설치된 면들의 각각의 법선 벡터는 상기 광 확산기를 가리키는 광 멀티플렉서.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 하우징은 베이스와, 상기 베이스의 둘레를 따라 상기 베이스에 형성되고 상기 베이스에 대해 경사진 복수 개의 경사 측면들과, 상기 복수 개의 경사 측면들에 연결된 커버를 포함하고,
    상기 광 확산기는 상기 커버에 설치되고,
    상기 복수 개의 광원들은 상기 복수 개의 경사 측면들에 설치되거나 상기 복수 개의 측면들과 상기 베이스에 모두 설치되는 광 멀티플렉서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수 개의 경사 측면들은 상기 베이스를 향하는 방향으로 갈수록 폭이 좁아지는 광 멀티플렉서.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 베이스에 수직한 방향으로 연장하고 상기 복수 개의 광원들이 설치되지 않는 복수 개의 수직 측면들을 더 포함하고,
    상기 복수 개의 수직 측면들은 상기 복수 개의 경사 측면들 및 상기 커버를 연결하는 광 멀티플렉서.
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