KR102178998B1

KR102178998B1 - 망막의 넓은 범위 혈류속도 측정을 위한 광경로 길이 차이 인코딩 방식의 이중빔 스캐닝 광가간섭 단층촬영 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102178998B1
Application number: KR1020180144873A
Authority: KR
Inventors: 오왕열; 박장렬; 김민태; 김경환
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2018-11-21
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2020-11-16
Also published as: KR20200059757A

Abstract

본 발명은 안구 내의 망막의 고속 3차원 미세혈관 구조 및 혈류속도 영상 촬영을 위해 광경로 길이 차이가 있는 이중 빔이 망막을 스캔하여 얻은 간섭신호를 이미지화하여 인코딩하는 방식을 통해 망막의 혈류 속도를 넓은 속도 영역에 걸쳐 빠르게 측정할 수 있고 망막의 스캐닝 과정에서 필연적으로 발생하는 광학적 차이를 보정하는 구성을 포함한다. 본 발명의 망막의 넓은 범위 혈류속도 측정을 위한 광경로 길이 차이 인코딩 방식의 이중 빔 스캐닝 광가간섭 단층촬영 장치 및 방법은 광경로 차이를 가지는 이중 빔을 이용하여 안구 내를 반복적으로 스캐닝하고 망막의 스캐닝시 필연적으로 발생하는 광학적 차이를 보정하여 안구 내의 망막의 넓은 속도 범위를 가지는 혈류 속도를 정량적으로 빠르게 측정할 수 있다.

Description

망막의 넓은 범위 혈류속도 측정을 위한 광경로 길이 차이 인코딩 방식의 이중빔 스캐닝 광가간섭 단층촬영 장치 및 방법{Apparatus of optical coherence tomography of optical path length encoding dual-beam scanning for wide range of the retinal blood velocity measurements and method thereof}

본 발명은 망막의 넓은 범위 혈류속도 측정을 위한 광경로 길이 차이 인코딩 방식의 이중빔 스캐닝 광가간섭 단층촬영 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 안구 내 망막의 고속 3차원 미세혈관 구조 및 혈류속도 영상촬영을 위해 광경로 차이가 있는 이중 빔이 망막을 스캔하여 얻은 간섭신호를 이미지화하여 인코딩하는 방식의 광가간섭 단층촬영 장치 및 방법에 관한 것이다.

망막(retina)이란 안구의 내부에 위치하고 있는 생체 조직으로 시력 형성에 중추적 역할을 한다. 망막에 질환이 발생할 경우 시력이 감퇴하고 심하면 실명까지 이를 수 있는데, 이러한 망막의 질환의 대부분은 기전이 혈관과 관련되어 있기 때문에 진단 혹은 병리생리학적 연구에 있어서 혈관 구조의 변화를 관찰하는 것이 매우 중요하다. 특히 최근에 단순히 혈관 생성 및 사멸을 관찰하는 것뿐만 아니라 그 혈관의 기능성 혹은 비기능성 여부 및 정도를 판단하는 것도 중요해지면서, 혈류의 속도를 측정하는 것에 대한 중요성이 대두되고 있다.

망막의 구조를 3차원 이미지화하는 진단 도구 중 하나로서 광가간섭 단층촬영(Optical Coherence Tomography:OCT) 장치가 사용된다. OCT는 광을 검사 대상체에 입사시킨 후 반사된 광과 기준 미러에 반사된 광 사이에서 발생하는 간섭 정보를 시용하여 이미지를 얻는 기술로, 간섭 신호를 주파수 영역에서 분석하여 깊이, 방향 정보를, 빔 스캐닝을 통해 수평 방향 정보를 얻어 3차원 영상을 제공할 수 있는 기술이다. 또한 OCT는 간섭 신호의 위상 정보 분석을 통해 조영제 없이 측정 대상 내 유체 유동을 특이적으로 측정할 수 있기 때문에 생체 내의 미세혈관 구조 및 혈류 속도를 측정하는데 적합하다.

한국 공개 특허 제2012-0039408호(“고속 도플러 OCT 스캔 장치 및 이를 이용하는 측정방법”, 2012.04.25. 이하 선행기술 1)에는 고속 도플러 OCT 스캔 장치 및 이를 이용한 측정방법에 대해 개시되어 있다. 선행기술 1에 따른 OCT 장치는 고속 스캐닝이 가능한 장점이 있지만, 혈류속도 측정 가능 범위가 위상 변화량 범위인 [-π, π]에 한정되어 넓은 범위의 혈류속도 측정이 어렵고, 혈관의 공간적 각도 계산을 통한 후처리 후 이미지화 되므로 측정값의 신뢰도가 떨어지고, 미세혈관의 경우 각도를 쉽게 확인할 수 없어서 측정이 제한적이라는 문제가 있다.

한국 공개 특허 제2017-0003162호(“혼합 빔 스캐닝 광 가간섭 단층촬영 방법 및 장치”, 2017.01.09. 이하 선행기술 2)는 종래에 비하여 넓은 영역의 혈류 속도를 혈관의 각도 정보없이 정량적으로 빠르게 측정할 수 있는 혼합 빔 스캐닝 광 가간섭 단층촬영 방법 및 장치를 개시한다. 하지만 선행기술 2에 따른 OCT의 경우 주파수 변환기(frequency shifter)를 통해 주파수 엔코딩 방식으로 혼합 빔을 구성하여 검사 대상체를 이미징하는데 검사 대상체가 안구 내의 망막인 경우 망막에 대한 이미지에 적합한 광원에 맞는 주파수 변환기가 없어 주파수 엔코딩 방식으로 혼합 빔을 구현하기 어려운데다가, 개개의 안구의 수정체를 대물렌즈로 사용하는 망막에 대한 OCT의 특성상 선행기술 2의 혼합 빔 구조를 그대로 적용하기 어려운 문제가 있다.

한국 특허공개공보 제2012-0039408호 한국 특허공개공보 제2017-0003162호

본 발명은 안구 내의 망막의 고속 3차원 미세혈관 구조 및 혈류속도 영상 촬영을 위해 광경로 길이 차이가 있는 이중 빔이 망막을 스캔하여 얻은 간섭신호를 이미지화하여 인코딩하는 방식을 통해 망막의 혈류 속도를 넓은 속도 영역에 걸쳐 빠르게 측정할 수 있고 망막의 이미지화 과정에서 필연적으로 발생하는 광학적 차이를 보정하는 작업을 포함하는 망막의 넓은 범위 혈류속도 측정을 위한 광경로 길이 차이 인코딩 방식의 이중빔 스캐닝 광가간섭 단층촬영 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 망막의 혈류속도 측정을 위한 광가간섭 단층촬영 장치는 안구 내 망막의 고속 3차원 미세혈관구조 영상을 촬영하고 혈류속도를 측정하기 위해 광경로 길이 차이가 있는 이중 빔이 망막을 스캐닝하는 광 가간섭 단층촬영 장치로서, 일정한 파장변화주기로 파장이 변화되는 레이저 광을 출력하는 레이저; 상기 레이저 광을 이용하여 트리거 신호로 전환하는 동기화부; 상기 레이저 광의 일부가 전달되어 기준 거울에서 반사되는 기준광을 생성하는 기준부; 상기 레이저 광의 다른 일부가 전달되어 제1 측정광 및 제2 측정광으로 나뉘어지고 상기 제1 측정광과 제2 측정광 사이의 일정한 공간적 간격을 갖고 상기 망막의 일정 부위를 조사한 후 반사되는 상기 제1 측정광 및 제2 측정광을 합쳐 되돌리는 측정부; 상기 기준광과 상기 제1 및 제2 측정광이 커플링되어 형성된 간섭 신호를 전기적 신호로 변환시키는 광검출부; 상기 동기화부의 트리거 신호 및 상기 광검출부의 전기적 신호를 획득하여 영상으로 변환하는 영상변환부; 및 상기 측정부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 측정부는 플레이트를 포함하고, 제1 측정광 및 제2 측정광 중 어느 하나의 광경로 상에 상기 플레이트가 삽입되어 제1 측정광과 제2 측정광의 광경로 길이차이가 발생되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 레이저 광을 상기 기준부 및 상기 측정부로 전달하는 제1 커플러; 및 상기 기준광과 상기 측정광을 커플링하여 상기 광검출부로 전달하는 제2 커플러를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 커플러와 상기 기준부 사이에 구비되어 상기 기준 미러에서 반사된 기준광을 제2 커플러로 굴절시키는 제1 서큘레이터; 및 상기 제1 커플러와 상기 측정부 사이에 구비되어 상기 망막에서 반사된 측정광을 제2 커플러로 굴절시키는 제2 서큘레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 트리거 신호의 주기는 상기 레이저의 파장변화주기와 동일하고, 상기 동기화부는 상기 트리거 신호를 상기 영상변환부에 전달하여 상기 영상변환부의 상기 광검출부로 부터의 신호 획득 주기와 상기 레이저의 파장변화주기를 동기화하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 측정부는 상기 제1 및 제2 측정광이 상기 망막의 일정 부위를 스캐닝하도록 갈바노미터 미러 스캐너를 포함하고, 상기 제1 측정광 및 제2 측정광은 상기 갈바노미터 미러 스캐너의 미러 면의 한 지점에 일치되도록 조사되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 측정광과 제2 측정광 사이의 공간적 간격은 상기 갈바노미터 미러 스캐너의 스캔 주기에 기초하여 미리 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 상기 제1 측정광 및 제2 측정광이 상기 망막의 일정 부위를 조사하도록 스캔 횟수, 스캔 주기 및 스캔 진폭을 결정하고 제어 신호를 생성하여 상기 측정부에 전달하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 측정광 및 제2 측정광이 상기 망막의 일정 부위를 스캐닝하여 상기 제1 측정광을 통해 간섭 신호를 얻었던 망막의 일 위치에서 제2 측정광을 통해 간섭 신호를 얻도록 상기 제어부가 스캔 진폭을 보정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 영상변환부에서 변환된 영상을 인코딩하여 산출된 상기 제1 측정광과 제2 측정광 사이의 공간적 간격을 N, 상기 N의 소수점 이하의 값을 N’, 보정 전의 스캔 진폭을 A라고 하는 경우, 보정되는 스캔 진폭 A’는,

인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 망막의 혈류속도 측정을 위한 광가간섭 단층촬영 방법은 안구 내 망막의 고속 3차원 미세혈관구조 영상을 촬영하고 혈류속도를 측정하기 위해 광경로 길이 차이가 있는 이중 빔이 공간적 간격을 갖고 망막의 일정 부위를 스캐닝하는 광가간섭 단층촬영 방법으로서, 상기 망막의 일정 부위를 제1항의 광가간섭 단층촬영 장치를 이용하여 스캔 주기를 변화시켜 복수 회 스캐닝하는 제1 스캐닝 단계; 상기 제1 스캐닝 단계에서 얻어진 간섭신호를 영상화하는 제1 영상화 단계; 상기 제1 영상화 단계에서 얻어진 상기 망막의 이미지를 통하여 상기 이중 빔 사이의 간격를 측정하고 스캔 진폭을 보정하는 스캔 진폭 보정 단계; 보정된 스캔 진폭을 적용하여 상기 망막의 일정 부위를 제1항의 광가간섭 단층촬영 장치를 이용하여 스캔 주기를 변화시켜 복수 회 스캐닝하는 제2 스캐닝 단계; 및 상기 제2 스캐닝 단계에서 얻어진 간섭 신호를 영상화하는 제2 영상화 단계를 포함한다.

또한, 상기 스캔 진폭 보정 단계는, 상기 제1 영상화 단계에서 얻은 영상을 인코딩하는 인코딩 단계; 상기 인코딩 단계에서 얻은 정보를 기초하여 상기 이중 빔 사이의 공간적 간격을 측정하는 단계; 및 상기 이중 빔 사이의 공간적 간격의 측정값을 기초하여 보정되는 스캔 진폭을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1 영상화 단계에서 얻은 영상을 인코딩하여 획득한 상기 이중 빔 사이의 공간적 간격을 N, 상기 N의 소수점 이하의 값을 N’, 보정 전의 스캔 진폭을 A라고 하는 경우, 보정되는 스캔 진폭 A’은,

인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 스캐닝 단계가 진행되는 시간이 상기 제2 스캐닝 단계가 진행되는 시간에 비하여 짧은 것을 특징으로 한다.

본 발명의 망막의 넓은 범위 혈류속도 측정을 위한 광경로 길이 차이 인코딩 방식의 이중빔 스캐닝 광가간섭 단층촬영 장치 및 방법은 광경로 길이 차이를 가지는 이중 빔을 이용하여 안구 내를 반복적으로 스캐닝하고 망막 스캐닝 시 필연적으로 발생하는 광학적 차이를 보정한다. 즉, 이중 빔의 공간적 간격이 이중 빔 중의 어느 하나의 빔이 레이저의 파장변화주기 동안에 스캐닝하는 간격의 정수배가 되도록 스캔 진폭을 보정하여 안구 내의 망막의 넓은 속도 범위를 가지는 혈류 속도를 정량적으로 빠르게 측정할 수 있다.

또한, 망막의 혈류 속도 정보를 이용하여 질병의 진단, 약물 전달, 혈류역학 영상화, 혈관의 기능성에 대한 병리생리학적 분석 등 의학, 생물학적 연구에서 유의미한 정보를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 망막의 고속 3차원 영상촬영을 위한 광가간섭 단층촬영 장치의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 망막의 고속 3차원 영상촬영을 위한 광가간섭 단층촬영 장치의 측정부의 개략적인 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 망막의 고속 3차원 영상촬영을 위한 광가간섭 단층촬영 방법의 순서도이다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 망막의 고속 3차원 영상촬영을 위한 광가간섭 단층촬영 장치의 개략적인 구조도를 나타내고 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 망막의 고속 3차원 영상촬영을 위한 광가간섭 단층촬영 장치의 측정부의 개략적인 구조도를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 망막의 고속 3차원 영상촬영을 위한 광가간섭 단층촬영 장치는 레이저(100), 동기화부(200), 기준부(300), 측정부(400), 광검출부(500), 영상변환부(600), 제어부(700)를 포함한다.

레이저(100)는 일정한 파장변화주기를 가지고 파장이 변화하는 레이저 광을 출력한다. 레이저 광의 파장 대역은 망막에 조사되는 것이 적합하도록 선택되어질 수 있다.

동기화부(200)는 상기 레이저 광을 이용하여 트리거 신호로 전환하는 역할을 수행한다. 동기화부(200)는 트리거 신호를 발생시키고 트리거 신호를 영상변환부(600)와 제어부(700)로 전송하여 레이저 광의 파장변화주기와 영상변환부의 데이터 획득 주기를 동기화한다.

동기화부(200)의 구성은 FBG(Fiber Bragg Grating) 및 트리거 회로를 포함하고 FBG는 레이저에서 출력된 광을 반사하고 트리거 회로는 반사된 레이저 광을 트리거 신호로 변환한다.

기준부(300)는 레이저에서 출력된 레이저 광의 일부를 전달받아 기준 거울(310)에서 반사시켜 되돌리는 기준광(R)을 생성한다. 기준광(R)은 측정부에서 되돌려지는 측정광과 커플링되어 간섭신호를 형성하게 된다. 기준부는 콜리메이터(collimator)(320)를 더 포함할 수 있다. 콜리메이터(320)는 기준광을 고정된 단면의 크기로 공기 중으로 전달하는 시준기이다.

도 2를 참조하면, 측정부(400)는 검사 대상체인 안구(10) 내의 망막(11)에 레이저 광을 조사하여 스캐닝을 수행하고 망막에서 반사되는 광을 되돌려서 측정광을 생성하며 콜리메이터(410), 빔 스플리터(420), 플레이트(430), 갈바노미터 미러 스캐너(440), 미러들(451 내지 455), 제1 렌즈(461), 제2 렌즈(462) 및 고정점(470)을 포함한다.

레이저에서 출력된 레이저 광의 일부가 콜리메이터(410)를 통과하여 위치가 고정되고 광의 단면이 원형을 이루게 되고 빔 스플리터를 통과하여 제1 측정광(P1) 및 제2 측정광(P2)으로 나누어지게 된다. 나누어진 제1 측정광(P1) 또는 제2 측정광(P2)의 경로 상에 플레이트(430)가 위치함으로써 제1 측정광과 제2 측정광은 광경로 차이를 발생시킨다. 상기 플레이트(430)는 공기와는 굴절률이 다른 재료로서 상기 레이저 광이 투과 가능하여야 한다.

본 발명에 의한 망막의 고속 3차원 영상촬영을 위한 광가간섭 단층촬영 장치는 망막을 검사 대상체로 하기 때문에 종래의 주파수 변환기를 이용하여 측정대상의 깊이에 따른 신호를 푸리에 변환함으로서 깊이 정보를 획득하는 광가간섭 단층촬영 장치의 방식을 바로 적용하기에는 적합한 망막 이미징을 위한 레이저 광의 주파수 변환기가 없다. 따라서 본 발명에서는 상기 문제점을 해결하기 위하여 두 개의 측정광 중에서 어느 하나의 광경로 상에 플레이트를 위치시킴으로서 두 개의 측정광의 광경로 길이 차이를 발생시켜 망막의 깊이에 따른 신호를 푸리에 변환함으로써 깊이 정보를 획득하는 광경로 길이 차이 인코딩 방식으로 망막의 3차원 영상을 획득한다.

광경로 길이 차이가 있는 제1 측정광 및 제2 측정광은 갈바노미터 미러 스캐너(Galvanometer mirror scanner)(440)의 미러면에 한 지점에 일치하여 도달하도록 복수의 미러(451 내지 454)에 의해 반사되어 정렬된다.

상기 갈바노미터 미러 스캐너(440)의 미러면에서 반사된 제1 측정광 및 제2 측정광은 제1 렌즈(461) 및 제2 렌즈(462)에 의해 서로 일정한 공간적 간격이 갖고 평행하게 안구 내 망막에 조사된다. 또한 갈바노미터 미러 스캐너의 움직임에 의해 두 개의 측정광이 망막을 스캐닝할 때 선행하여 망막을 스캐닝하는 제1 측정광이 스캐닝한 경로를 따라 후행하는 제2 측정광이 동일 경로를 스캐닝하도록 구성된다. 이를 실현하기 위해서 제1 측정광 및 제2 측정광의 스캐닝 궤적을 3차원 모델링 및 시뮬레이션하여 제1 렌즈(461) 및 제2 렌즈(462) 등으로 두 개의 측정광의 광학적 정렬을 최대한 일치시킨다. 이를 통해 망막 내의 혈관의 혈류 속도 정보의 오차를 줄일 수 있다.

또한, 갈바노미터 미러 스캐너(440)의 움직임은 제어부(700)에서 발생하는 제어 신호를 입력 전압으로 하여 조절되며 혈류 속도 정보를 얻기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이 제어 신호는 스캔 주기가 다양하게 구성되는 톱니 파형의 스캔 함수이다. 따라서, 망막의 일 방향을 X방향, X방향에 수직한 방향을 Y방향이라고 할 때 제1 측정광과 제2 측정광은 상기 스캐너의 움직임에 의해 망막의 동일 Y위치상 X방향 한쪽 끝에서 다른 한쪽 끝까지 동일한 경로로 상기 공간적 간격을 유지하면서 평행하게 다양한 스캔 주기로 복수 회 조사되고 반사되는 스캐닝을 수행하게 된다.

상기 제어 신호의 스캔 주기는 일정한 주기 T의 (T는 레이저 광의 파장변화주기이다.)의 8배, 4배, 2배, 1배, 2분의 1배로 구성될 수 있다. 두 개의 측정광은 매 주기마다 동일한 경로를 스캐닝하므로 스캔 주기에 반비례하는 다양한 스캔 속도로 스캐닝하게 된다.

또한, 제1 측정광 및 제2 측정광 사이의 공간적 간격은, 제1 측정광이 망막의 스캔 경로 상의 일 지점에 조사된 뒤 제2 측정광이 상기 일 지점에 조사되는 시간 간격이 최소의 스캔 주기의 16분의 1이 되도록 미리 설정된다. 상기 시간 간격은 스캔 주기가 최소의 스캔 주기의 2배, 4배, 8배, 16배로 증가되면 동시에 증가하게 되고 이를 통해 망막의 혈류 속도 대부분이 측정 가능하다,

공간적 간격을 갖고 망막의 일정 부위를 스캐닝한 광경로 길이 차이가 있는 제1 측정광(P1) 및 제2 측정광(P2)은 망막까지 도달한 광경로를 되돌아나가 기준광(R)과 커플링하여 간섭 신호를 형성한다. 상기 간섭 신호는 광검출부(500)에 의해 전기적 신호로 변환된다.

영상변환부(600)는 동기화부(200) 및 광검출부(500)의 신호를 받아 영상으로 변환한다. 동기화부로부터 트리거 신호를 받는 것은 레이저(100)에서 출력되는 레이저 광의 파장이 시간에 따라 변하기 때문이다. 영상변환부(600)는 동기화부로부터 받은 레이저 광의 파장변화주기와 광검출부로부터 전기적 신호를 얻는 신호획득주기를 동기화시켜 영상으로 변환시킨다.

제어부(700)는 측정부(400)를 제어한다. 즉, 제어부는 톱니 파형의 제어 신호를 생성하여 갈바노미터 미러 스캐너의 움직임 및 Y위치를 조절한다. 톱니 파형의 제어 신호는 스캔 횟수, 스캔 주기 및 스캔 진폭을 포함하며, 스캔 주기를 통해 두 개의 측정광의 스캔 속도를 조절하고 스캔 진폭을 통해 X방향의 스캔 경로 범위를 조절한다. 또한 제어부는 제1 측정광 및 제2 측정광이 망막을 스캐닝할 때 제1 측정광을 통해 간섭 신호를 얻었던 망막의 일 위치에서 제2 측정광을 통해 간섭 신호를 얻도록 스캔 진폭을 보정한다.

본 발명의 장치 및 방법은 안구 내의 망막을 검사 대상체로 하기 때문에 안구의 렌즈(즉, 수정체)의 개인적인 차이(근시, 원시, 난시 또는 각막의 질병 등) 또는 얼굴의 형태와 길이, 안구의 위치 등의 개인적 차이들이 혈류 속도 측정의 오차 요인이 되기 때문에 상기 보정 작업이 필수적으로 요구된다.

도 1에 도시된 바와 같이 안구로 들어가는 제1 측정광 및 제2 측정광은 미리 설정된 공간적 간격으로 이격된 평행광이지만 안구의 렌즈(즉, 수정체)를 대물 렌즈로하여 망막에 초점이 맺히게 되면 여러 가지 개인적 요인으로 인하여 두 측정광의 광학적 정렬이 초기와 달라지게 된다.

본 발명은 일정한 공간적 간격을 가지고 광경로 길이 차이가 있는 제1 측정광 및 제2 측정광을 이용하여 망막 상의 동일한 경로를 다양한 주기로 반복적으로 스캐닝하는 방식에 의해 얻어진 간섭 신호 사이의 비상관성(De-correlation)을 측정하여 넓은 범위의 혈류 속도를 측정하고자 하는 것을 목적으로 하기 때문에 제1 측정광을 통해 간섭 신호를 얻었던 망막의 일 위치에서 제2 측정광을 통해 간섭 신호를 얻어야 정확한 혈류 정보를 산출할 수 있다.

따라서, 제1 측정광을 통해 간섭 신호를 얻었던 망막의 일 위치에서 제2 측정광을 통해 간섭 신호를 얻기 위하여 망막에서의 제1 측정광 및 제2 측정광 사이의 공간적 간격이 제1 및 제2 측정광 중의 어느 하나의 광이 레이저의 파장변화주기 동안에 X방향으로 스캐닝하는 간격의 정수배가 되도록 제어부는 스캔 진폭을 보정한다. 여기서, 망막에서의 제1 측정광 및 제2 측정광 사이의 공간적 간격은 본 발명의 장치를 이용하여 스캐닝 단계와 영상화 단계를 거쳐 영상변환부에서 얻은 영상을 인코딩하여 획득한다.

보정되는 스캔 진폭 A’은

이며, 여기서, 영상변환부에서 얻은 영상을 인코딩하여 획득한 제1 측정광과 제2 측정광 사이의 공간적 간격을 N, 상기 N의 소수점 이하의 값을 N’, 보정 전의 스캔 진폭을 A라고 한다.

본 발명의 망막의 고속 3차원 영상촬영을 위한 광가간섭 단층촬영 장치는 서귤레이터와 커플러를 더 포함한다. 제1 커플러(810)는 레이저(100)와 제1 서큘레이터(910) 사이에 구비되어 레이저에서 출력되는 레이저 광을 기준부 및 측정부로 전달하고 제2 커플러(820)는 광검출부(500)와 제2 서큘레이터(920) 사이에 구비되어 기준부(300)와 측정부(400)에서 반사되어 온 광을 커플링하여 광검출부로 전달한다. 제1 서큘레이터(910)는 제1 커플러(810)와 기준부(300) 사이에 구비되어 기준 미러(310)에서 반사된 기준광을 제2 커플러(820)로 굴절시키고 제2 서큘레이터(920)는 제1 커플러와 측정부 사이에 구비되어 망막에서 반사된 측정광을 제2 커플러로 굴절시킨다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 망막의 고속 3차원 영상촬영을 위한 광가간섭 단층촬영 방법의 순서도를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 망막의 고속 3차원 영상촬영을 위한 광가간섭 단층촬영 방법은 제1 스캐닝 단계(S10), 제1 영상화 단계(S20), 스캔 진폭 보정 단계(S30), 제2 스캐닝 단계(S40) 및 제2 영상화 단계(S50)를 포함한다.

제1 스캐닝 단계(S10)는 망막의 일정 부위를 본 발명의 광가간섭 단층촬영 장치를 이용하여 스캔 주기를 일정하게 변화시켜 다수 회 스캐닝한다. 제1 영상화 단계(S20)는 제1 스캐닝 단계에서 얻어진 간섭신호를 영상화한다.

스캔 진폭 보정 단계(S30)는 제1 영상화 단계에서 얻어진 망막의 영상을 통하여 제1 측정광과 제2 측정광 사이의 공간적 간격를 측정하고 이를 바탕으로 스캔 진폭을 보정한다.

제2 스캐닝 단계(S40)는 보정된 스캔 진폭을 적용하여 망막의 일정 부위를 본 발명의 광가간섭 단층촬영 장치를 이용하여 스캔 주기를 일정하게 변화시켜 다수 회 스캐닝한다. 제2 영상화 단계(S50)는 제2 스캐닝 단계에서 얻어진 간섭 신호를 영상화한다.

상기 스캔 진폭 보정 단계(S30)는 제1 영상화 단계에서 얻은 영상을 인코딩하는 인코딩 단계(S31), 인코딩 단계에서 얻은 정보를 기초하여 제1 측정광과 제2 측정광 사이의 공간적 간격을 측정하는 단계(S32) 및 제1 측정광과 제2 측정광 사이의 공간적 간격의 측정값을 기초하여 스캔 진폭 보정값 계산 단계(S33)를 포함한다.

스캔 진폭 보정값 A’은

이며, 여기서 제1 영상화 단계에서 얻은 영상을 인코딩하여 획득한 이중 빔, 즉, 제1 측정광과 제2 측정광 사이의 공간적 간격을 N, 상기 N의 소수점 이하의 값을 N’, 보정 전의 스캔 진폭을 A라고 한다.

또한, 빠른 측정을 위하여 제1 스캐닝 단계가 진행되는 시간이 제2 스캐닝 단계가 진행되는 시간에 비하여 짧게 구성된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구 범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 레이저
200 : 동기화부
300 : 기준부
400 : 측정부
410 : 콜리메이터 420 : 빔 스플리터
430 : 플레이트 440 : 갈바노미터 미러 스캐너
500 : 광검출부
600 : 영상변환부
700 : 제어부
10 : 안구 11 : 망막
R : 기준광
P1 : 제1 측정광 P2 : 제2 측정광

Claims

안구 내 망막의 고속 3차원 미세혈관구조 영상을 촬영하고 혈류속도를 측정하기 위해 광경로 길이 차이가 있는 이중 빔이 망막을 스캐닝하는 광 가간섭 단층촬영 장치로서,
일정한 파장변화주기로 파장이 변화되는 레이저 광을 출력하는 레이저;
상기 레이저 광을 이용하여 트리거 신호로 전환하는 동기화부;
상기 레이저 광의 일부가 전달되어 기준 거울에서 반사되는 기준광을 생성하는 기준부;
상기 레이저 광의 다른 일부가 전달되어 제1 측정광 및 제2 측정광으로 나뉘어지고 상기 제1 측정광과 제2 측정광 사이의 일정한 공간적 간격을 갖고 상기 망막의 일정 부위를 조사한 후 반사되는 상기 제1 측정광 및 제2 측정광을 합쳐 되돌리는 측정부;
상기 기준광과 상기 제1 및 제2 측정광이 커플링되어 형성된 간섭 신호를 전기적 신호로 변환시키는 광검출부;
상기 동기화부의 트리거 신호 및 상기 광검출부의 전기적 신호를 획득하여 영상으로 변환하는 영상변환부; 및
상기 측정부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제1 측정광의 광경로 상에 플레이트가 위치하며,
상기 플레이트는 공기와 굴절률이 다른 재료로 형성되어, 상기 플레이트를 통과한 제1 측정광의 광경로와 상기 플레이트를 통과하지 않은 제2 측정광의 광경로의 길이 차이를 발생시키는 것을 특징으로 하는 망막의 혈류속도 측정을 위한 광가간섭 단층촬영 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 광을 상기 기준부 및 상기 측정부로 전달하는 제1 커플러; 및
상기 기준광과 상기 측정광을 커플링하여 상기 광검출부로 전달하는 제2 커플러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 망막의 혈류속도 측정을 위한 광가간섭 단층촬영 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 커플러와 상기 기준부 사이에 구비되어 상기 기준 거울에서 반사된 기준광을 제2 커플러로 굴절시키는 제1 서큘레이터; 및
상기 제1 커플러와 상기 측정부 사이에 구비되어 상기 망막에서 반사된 측정광을 제2 커플러로 굴절시키는 제2 서큘레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 망막의 혈류속도 측정을 위한 광가간섭 단층촬영 장치.
제1항에 있어서,
상기 트리거 신호의 주기는 상기 레이저의 파장변화주기와 동일하고,
상기 동기화부는 상기 트리거 신호를 상기 영상변환부에 전달하여 상기 영상변환부의 상기 광검출부로 부터의 신호 획득 주기와 상기 레이저의 파장변화주기를 동기화하는 것을 특징으로 하는 망막의 혈류속도 측정을 위한 광가간섭 단층촬영 장치.
제1항에 있어서,
상기 측정부는 상기 제1 및 제2 측정광이 상기 망막의 일정 부위를 스캐닝하도록 갈바노미터 미러 스캐너를 포함하고,
상기 제1 측정광 및 제2 측정광은 상기 갈바노미터 미러 스캐너의 미러 면의 한 지점에 일치되도록 조사되는 것을 특징으로 하는 망막의 혈류속도 측정을 위한 광가간섭 단층촬영 장치.
제5항에 있어서,
상기 제1 측정광과 제2 측정광 사이의 공간적 간격은 상기 갈바노미터 미러 스캐너의 스캔 주기에 기초하여 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 망막의 혈류속도 측정을 위한 광가간섭 단층촬영 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 측정광 및 제2 측정광이 상기 망막의 일정 부위를 조사하도록 스캔 횟수, 스캔 주기 및 스캔 진폭을 결정하고 제어 신호를 생성하여 상기 측정부에 전달하는 것을 특징으로 하는 망막의 혈류속도 측정을 위한 광가간섭 단층촬영 장치.
제7항에 있어서,
상기 제1 측정광 및 제2 측정광이 상기 망막의 일정 부위를 스캐닝하여 상기 제1 측정광을 통해 간섭 신호를 얻었던 망막의 일 위치에서 제2 측정광을 통해 간섭 신호를 얻도록 상기 제어부가 스캔 진폭을 보정하는 것을 특징으로 하는 망막의 혈류속도 측정을 위한 광가간섭 단층촬영 장치.
제8항에 있어서,
상기 영상변환부에서 변환된 영상을 인코딩하여 산출된 상기 제1 측정광과 제2 측정광 사이의 공간적 간격을 N, 상기 N의 소수점 이하의 값을 N’, 보정 전의 스캔 진폭을 A라고 하는 경우, 보정되는 스캔 진폭 A’는,

인 것을 특징으로 하는 망막의 혈류속도 측정을 위한 광가간섭 단층촬영 장치.
안구 내 망막의 고속 3차원 미세혈관구조 영상을 촬영하고 혈류속도를 측정하기 위해 광경로 길이 차이가 있는 이중 빔이 공간적 간격을 갖고 망막의 일정 부위를 스캐닝하는 광 가간섭 단층촬영 방법으로서,
상기 망막의 일정 부위를 제1항의 광가간섭 단층촬영 장치를 이용하여 스캔 주기를 변화시켜 복수 회 스캐닝하는 제1 스캐닝 단계;
상기 제1 스캐닝 단계에서 얻어진 간섭신호를 영상화하는 제1 영상화 단계;
상기 제1 영상화 단계에서 얻어진 상기 망막의 이미지를 통하여 상기 이중 빔 사이의 간격를 측정하고 스캔 진폭을 보정하는 스캔 진폭 보정 단계;
보정된 스캔 진폭을 적용하여 상기 망막의 일정 부위를 제1항의 광가간섭 단층촬영 장치를 이용하여 스캔 주기를 변화시켜 복수 회 스캐닝하는 제2 스캐닝 단계; 및
상기 제2 스캐닝 단계에서 얻어진 간섭 신호를 영상화하는 제2 영상화 단계를 포함하는 망막의 혈류속도 측정을 위한 광가간섭 단층촬영 방법.
제10항에 있어서,
상기 스캔 진폭 보정 단계는,
상기 제1 영상화 단계에서 얻은 영상을 인코딩하는 인코딩 단계;
상기 인코딩 단계에서 얻은 정보를 기초하여 상기 이중 빔 사이의 공간적 간격을 측정하는 단계; 및
상기 이중 빔 사이의 공간적 간격의 측정값을 기초하여 보정되는 스캔 진폭을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 망막의 혈류속도 측정을 위한 광가간섭 단층촬영 방법.
제11항에 있어서,
상기 제1 영상화 단계에서 얻은 영상을 인코딩하여 획득한 상기 이중 빔 사이의 공간적 간격을 N, 상기 N의 소수점 이하의 값을 N’, 보정 전의 스캔 진폭을 A라고 하는 경우, 보정되는 스캔 진폭 A’은,

인 것을 특징으로 하는 망막의 혈류속도 측정을 위한 광가간섭 단층촬영 방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 스캐닝 단계가 진행되는 시간이 상기 제2 스캐닝 단계가 진행되는 시간에 비하여 짧은 것을 특징으로 하는 망막의 혈류속도 측정을 위한 광가간섭 단층촬영 방법.