KR102180436B1 - 3D Photoacoustic imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의하면, 초음파 수집부를 스캔하여 3차원 광음향 영상을 생성할 수 있고, 3차원 광음향 영상의 해상도를 다양하게 조절할 수 있는 3차원 광음향 영상 장치가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 광음향 영상 장치는 레이저 펄스를 대상체에 조사하는 레이저 조사부; 상기 레이저 펄스에 의해 상기 대상체가 열탄성 팽창되어 발생되는 광음향 신호를 수집하는 초음파 수집부; 상기 초음파 수집부를 이동시켜 상기 대상체의 검사 영역을 스캔하는 스캔부; 및 상기 초음파 수집부로부터 수집된 상기 광음향 신호를 이용하여 3차원 광음향 영상을 생성하는 광음향 생성부를 포함한다. 상기 광음향 생성부는, 상기 초음파 수집부를 이동시키면서 수집한 광음향 신호들을 이용하여 2차원 광음향 영상들을 생성하고, 상기 2차원 광음향 영상들을 상기 초음파 수집부의 스캔 위치들을 기반으로 결합하여 상기 3차원 광음향 영상을 생성한다.
According to the present invention, a 3D photoacoustic imaging apparatus capable of generating a 3D photoacoustic image by scanning an ultrasonic collector and capable of variously adjusting the resolution of a 3D photoacoustic image is disclosed.
A 3D photoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention includes a laser irradiation unit for irradiating a laser pulse onto an object; An ultrasonic collection unit for collecting a photoacoustic signal generated by thermoelastic expansion of the object by the laser pulse; A scanning unit that moves the ultrasound collection unit to scan an examination area of the object; And a photoacoustic generating unit generating a 3D photoacoustic image using the photoacoustic signal collected from the ultrasonic collecting unit. The photoacoustic generation unit generates 2D photoacoustic images using photoacoustic signals collected while moving the ultrasound collection unit, and combines the 2D photoacoustic images based on scan positions of the ultrasound collection unit to obtain the 3D Generate photoacoustic images.

Description

3차원 광음향 영상 장치{3D Photoacoustic imaging apparatus}3D photoacoustic imaging apparatus

본 발명은 3차원 광음향 영상 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대상체의 검사 영역을 스캔하여 순차적으로 수집된 광음향 신호들을 이용하여 3차원 광음향 영상을 생성하는 3차원 광음향 영상 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a 3D photoacoustic imaging apparatus, and more particularly, to a 3D photoacoustic imaging apparatus that generates a 3D photoacoustic image using photoacoustic signals sequentially collected by scanning an inspection area of an object. will be.

광음향 이미징(Photoacoustic imaging) 기술은 광음향 효과(Photoacoustic effect)를 이용하여 생체조직 등의 대상체를 영상화하는 기술이다. 비이온화(non-ionizing) 레이저 펄스를 대상체에 방사하면, 방출된 에너지는 대상체에서 열로 변환되고, 그 중 열탄성 팽창(Thermoelastic expansion)으로 인해 넓은 대역의 초음파가 생성이 된다. 이와 같이 레이저 펄스에 의해 대상체에서 발생된 초음파를 초음파 트랜스듀서를 사용하여 수집하고, 수집된 초음파 정보를 이용하여 이미지를 구성하는 것이 광음향 이미징 기술이다.Photoacoustic imaging technology is a technology for imaging an object, such as a living body tissue, using a photoacoustic effect. When a non-ionizing laser pulse is radiated to an object, the emitted energy is converted into heat in the object, and among them, a wide band of ultrasonic waves is generated due to thermoelastic expansion. In this way, the photoacoustic imaging technology collects ultrasonic waves generated from an object by a laser pulse using an ultrasonic transducer and constructs an image using the collected ultrasonic information.

특허문헌 1(대한민국 공개특허공보 10-2017-0093378, 2017.08.16. 공개)에는 광음향 이미징 기반의 혈전 탐지 시스템이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시된 광음향 이미징 기술은 대상체의 검사 영역이 광음향을 감지하는 초음파 센서의 위치로 제한된다. 또한, 초음파 센서에 의해 수집되는 광음향 정보로부터 생성하는 2차원 영상으로는 대상체의 혈전 등의 질환을 정확하게 판별하기 어려운 문제점이 있다.Patent Document 1 (Korean Patent Publication 10-2017-0093378, published on August 16, 2017) discloses a blood clot detection system based on photoacoustic imaging. The photoacoustic imaging technology disclosed in Patent Document 1 is limited to the position of an ultrasonic sensor in which an examination area of an object senses photoacoustics. In addition, there is a problem in that it is difficult to accurately identify diseases such as blood clots of an object with a 2D image generated from photoacoustic information collected by an ultrasonic sensor.

KRKR 10-2017-009337810-2017-0093378 AA

본 발명은 초음파 수집부를 스캔하여 3차원 광음향 영상을 생성할 수 있는 3차원 광음향 영상 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a 3D photoacoustic imaging device capable of generating a 3D photoacoustic image by scanning an ultrasonic collector.

또한, 본 발명은 3차원 광음향 영상의 해상도를 다양하게 조절할 수 있는 3차원 광음향 영상 장치를 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a 3D photoacoustic imaging apparatus capable of variously adjusting the resolution of a 3D photoacoustic image.

본 발명에 따른 3차원 광음향 영상 장치는 레이저 펄스를 대상체에 조사하는 레이저 조사부; 상기 레이저 펄스에 의해 상기 대상체가 열탄성 팽창되어 발생되는 광음향 신호를 수집하는 초음파 수집부; 상기 초음파 수집부를 이동시켜 상기 대상체의 검사 영역을 스캔하는 스캔부; 및 상기 초음파 수집부로부터 수집된 상기 광음향 신호를 이용하여 3차원 광음향 영상을 생성하는 광음향 생성부를 포함한다. 상기 광음향 생성부는, 상기 초음파 수집부를 이동시키면서 수집한 광음향 신호들을 이용하여 2차원 광음향 영상들을 생성하고, 상기 2차원 광음향 영상들을 상기 초음파 수집부의 스캔 위치들을 기반으로 결합하여 상기 3차원 광음향 영상을 생성한다.A 3D photoacoustic imaging apparatus according to the present invention includes a laser irradiation unit for irradiating a laser pulse onto an object; An ultrasonic collection unit for collecting a photoacoustic signal generated by thermoelastic expansion of the object by the laser pulse; A scanning unit that moves the ultrasound collection unit to scan an examination area of the object; And a photoacoustic generator configured to generate a 3D photoacoustic image by using the photoacoustic signal collected from the ultrasonic collector. The photoacoustic generation unit generates 2D photoacoustic images using photoacoustic signals collected while moving the ultrasound collection unit, and combines the 2D photoacoustic images based on scan positions of the ultrasound collection unit to obtain the 3D Create photoacoustic images.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 광음향 영상 장치는 상기 초음파 수집부로부터 상기 광음향 신호들을 수집하여 상기 스캔부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The 3D photoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a control unit for controlling the scanning unit by collecting the photoacoustic signals from the ultrasonic collecting unit.

상기 제어부는, 상기 초음파 수집부로부터 제1 위치에서 광음향 신호가 수집되면, 제2 위치에서 광음향 신호를 수집하기 위해 상기 초음파 수집부를 이동시키도록 상기 스캔부를 제어할 수 있다.When the photoacoustic signal is collected at a first position from the ultrasonic collecting unit, the controller may control the scanning unit to move the ultrasonic collecting unit to collect the photoacoustic signal at the second position.

상기 초음파 수집부는 상기 광음향 신호를 수집하는 프로브 유닛을 포함하고, 상기 프로브 유닛은, 상기 대상체의 반대 측으로 함몰된 반구 형상으로 형성되는 프로브 지지부와, 상기 프로브 지지부의 반구면 상에 2차원 배열되는 다수의 초음파 프로브를 포함할 수 있다.The ultrasonic collection unit includes a probe unit that collects the photoacoustic signal, and the probe unit includes a probe support formed in a hemispherical shape recessed toward the opposite side of the object, and a two-dimensional array on the hemispherical surface of the probe support. It may include a plurality of ultrasonic probes.

상기 레이저 조사부는 상기 레이저 펄스를 생성하는 레이저 발생부와, 상기 레이저 펄스를 상기 대상체로 출력하는 레이저 출력부를 포함하고, 상기 레이저 출력부는 상기 프로브 유닛의 중앙에 마련될 수 있다.The laser irradiation unit may include a laser generator that generates the laser pulse and a laser output unit that outputs the laser pulse to the object, and the laser output unit may be provided at the center of the probe unit.

상기 스캔부는 상기 프로브 유닛을 상기 대상체를 중심으로 회전시키도록 구성될 수 있다.The scan unit may be configured to rotate the probe unit around the object.

상기 스캔부는, 상기 초음파 수집부를 상하 방향으로 이동시켜 상기 대상체의 검사 영역을 상기 상하 방향으로 스캔하는 제1 스테이지; 및 상기 초음파 수집부를 상기 대상체를 중심으로 회전시켜 상기 대상체의 검사 영역을 둘레 방향으로 스캔하는 제2 스테이지를 포함할 수 있다.The scanning unit may include: a first stage configured to scan an inspection area of the object in the vertical direction by moving the ultrasound collection unit in a vertical direction; And a second stage for rotating the ultrasound collection unit around the object to scan the examination area of the object in a circumferential direction.

상기 제2 스테이지는, 상하 방향의 축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 원형의 회전판; 상기 회전판을 회전 구동시키는 구동부; 상기 회전판의 주연부 일측에 하방으로 설치되는 지지대; 및 상기 회전판의 상기 지지대 반대편의 주연부에 하방으로 설치되는 평형 유지대를 포함할 수 있다. 상기 초음파 수집부는 상기 지지대에 상기 대상체를 향하는 방향으로 결합될 수 있다.The second stage includes a circular rotating plate that is rotatably installed about an axis in an up-down direction; A driving unit that rotates the rotating plate; A support installed downward on one side of the periphery of the rotating plate; And an equilibrium holder installed downward on a periphery of the rotating plate opposite the support. The ultrasound collection unit may be coupled to the support in a direction toward the object.

상기 제2 스테이지는 상기 초음파 수집부를 상기 둘레 방향을 따라 설정 간격으로 이동시킨 후 정지시키는 스텝 모터를 포함할 수 있다.The second stage may include a step motor that moves the ultrasonic collector at a set interval along the circumferential direction and then stops it.

상기 레이저 조사부는 상기 제2 스테이지가 상기 설정 간격으로 이동 후 정지될 때마다 상기 레이저 펄스를 상기 대상체에 조사하고, 상기 초음파 수집부는 상기 설정 간격마다 상기 광음향 신호를 수집할 수 있다.The laser irradiation unit may irradiate the laser pulse to the object whenever the second stage is stopped after moving at the set interval, and the ultrasonic collector may collect the photoacoustic signal at the set interval.

상기 레이저 조사부는 상기 레이저 펄스와 동기화된 트리거 신호를 출력하고, 상기 광음향 생성부는 상기 트리거 신호에 동기화하여 상기 초음파 수집부로부터 상기 광음향 신호를 수집하여 상기 2차원 광음향 영상을 생성할 수 있다.The laser irradiator may output a trigger signal synchronized with the laser pulse, and the photoacoustic generator may generate the two-dimensional photoacoustic image by synchronizing with the trigger signal to collect the photoacoustic signal from the ultrasonic collector. .

상기 레이저 조사부는 상기 레이저 펄스의 파장을 가변할 수 있는 파장가변 레이저를 포함할 수 있다. 상기 레이저 조사부는 상기 대상체에 열팽창 탄성을 유발하여 상기 대상체의 대상 물질들로부터 초음파 신호를 발생시키는 파장 범위에서 상기 레이저 펄스의 파장을 가변시킬 수 있다. 상기 제어부는 상기 파장가변 레이저의 파장 및 반복률을 제어할 수 있다.The laser irradiation unit may include a tunable laser capable of varying the wavelength of the laser pulse. The laser irradiator may change the wavelength of the laser pulse in a wavelength range in which an ultrasonic signal is generated from target materials of the object by inducing thermal expansion elasticity in the object. The controller may control the wavelength and repetition rate of the tunable laser.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 광음향 영상 장치는 상기 광음향 생성부에 의해 생성된 3차원 광음향 영상을 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.The 3D photoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a display unit that displays a 3D photoacoustic image generated by the photoacoustic generating unit.

본 발명의 실시예에 의하면, 초음파 수집부를 스캔하여 3차원 광음향 영상을 생성할 수 있는 3차원 광음향 영상 장치가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a 3D photoacoustic imaging device capable of generating a 3D photoacoustic image by scanning an ultrasonic collector.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 3차원 광음향 영상의 해상도를 다양하게 조절할 수 있는 3차원 광음향 영상 장치가 제공된다.Further, according to an embodiment of the present invention, there is provided a 3D photoacoustic imaging apparatus capable of variously adjusting the resolution of a 3D photoacoustic image.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 광음향 영상 장치를 개략적으로 보여주는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광음향 영상 장치의 저면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광음향 영상 장치를 구성하는 초음파 수집부의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광음향 영상 장치의 구성도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광음향 영상 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광음향 영상 장치의 동작 흐름도이다.
1 is a side view schematically showing a 3D photoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a bottom view of a 3D photoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a front view of an ultrasonic collector constituting a 3D photoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a 3D photoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are diagrams for explaining the operation of the 3D photoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating an operation of a 3D photoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the scope of the invention to those who have, and the invention is only defined by the scope of the claims.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement. The present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein. In addition, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, so the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar.

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.In the present specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, and the like are used to describe various components, it goes without saying that these components are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. Therefore, it goes without saying that the first component mentioned below may be the second component within the technical idea of the present invention.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.The same reference numerals refer to the same components throughout the specification.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.Each of the features of the various embodiments of the present invention can be partially or entirely combined or combined with each other, and as a person skilled in the art can fully understand, technically various interlocking and driving are possible, and each of the embodiments may be independently implemented with respect to each other. It may be possible to do it together in a related relationship.

한편, 본 발명의 명세서에서 구체적으로 언급되지 않은 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대될 수 있는 잠정적인 효과는 본 명세서에 기재된 것과 같이 취급되며, 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공된 것인바, 도면에 도시된 내용은 실제 발명의 구현모습에 비해 과장되어 표현될 수 있으며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성의 상세한 설명은 생략하거나 간략하게 기재한다.On the other hand, the potential effects that can be expected by the technical features of the present invention that are not specifically mentioned in the specification of the present invention are treated as described in the present specification, and this embodiment is intended for those with average knowledge in the art. It is provided to more completely describe the present invention, and the contents shown in the drawings may be exaggerated compared to the actual implementation of the present invention, and a detailed description of the configuration determined to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. Omit or briefly describe.

이하에서는 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 광음향 영상 장치를 개략적으로 보여주는 측면도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광음향 영상 장치의 저면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광음향 영상 장치(100)는 레이저 조사부(110), 초음파 수집부(120), 스캔부(130), 광음향 생성부(140)를 포함한다.1 is a side view schematically showing a 3D photoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. 2 is a bottom view of a 3D photoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. 1 and 2, a 3D photoacoustic imaging apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a laser irradiation unit 110, an ultrasonic collection unit 120, a scanning unit 130, and a photoacoustic generation unit ( 140).

3차원 광음향 영상 장치(100)는 광음향 효과(Photoacoustic effect)에 의해 생체조직 등의 대상체(10)에 열탄성 팽창(thermoelastic expansion)을 유발하는 레이저 펄스를 조사하고, 레이저 펄스에 의해 대상체(10)의 열탄성 팽창에 의해 대상체로부터 발생되는 광음향 신호를 수집하여 광음향 단층촬영에 의해 3차원 광음향 분자영상(Photoacoustic image)을 생성한다.The 3D photoacoustic imaging apparatus 100 irradiates a laser pulse that causes thermoelastic expansion to an object 10 such as a living body due to a photoacoustic effect, and the object ( A 3D photoacoustic molecular image is generated by photoacoustic tomography by collecting photoacoustic signals generated from the object by the thermoelastic expansion of 10).

레이저 조사부(110)는 대상체(10)에 레이저 펄스를 조사한다. 신체조직 등의 대상체에 방출되는 레이저 펄스는 비이온화(non-ionizing) 레이저 펄스일 수 있다. 레이저 펄스는 대상체(10)에 열팽창 탄성을 유발하여 대상체(10)의 대상 물질로부터 초음파 신호를 발생시키는 파장을 가질 수 있다. 실시예에서, 대상 물질은 경동맥 혈전을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The laser irradiation unit 110 irradiates a laser pulse onto the object 10. The laser pulse emitted to an object such as a body tissue may be a non-ionizing laser pulse. The laser pulse may have a wavelength for generating an ultrasonic signal from a target material of the object 10 by inducing thermal expansion elasticity in the object 10. In an embodiment, the target material may include a carotid blood clot, but is not limited thereto.

실시예에서, 레이저 조사부(110)는 비이온화(non-ionizing) 레이저 펄스를 생성하는 펄스 레이저 장치 등의 레이저 발생부(112)와, 레이저 발생부(120)에 의해 생성된 레이저 펄스를 레이저 출력부(116)로 전달하는 레이저 전달부(광파이버)(114)와, 레이저 전달부(114)를 통해 전달된 레이저 펄스를 대상체에 출력하는 레이저 출력부(116)를 포함할 수 있다.In an embodiment, the laser irradiation unit 110 outputs a laser pulse generated by the laser generating unit 112 and the laser generating unit 120 such as a pulsed laser device that generates a non-ionizing laser pulse. A laser transmission unit (optical fiber) 114 that is transmitted to the unit 116 and a laser output unit 116 that outputs a laser pulse transmitted through the laser transmission unit 114 to the object.

레이저 발생부(112)는 파장 가변 레이저로 제공될 수 있다. 레이저 발생부(112)는 다양한 파장의 레이저 펄스를 생성하여 대상체에 조사할 수 있다. 레이저 발생부(112)에 의해 발생되는 레이저 펄스의 펄스 주기는 미리 설정되거나 스캔부(130)에 의해 이동하는 초음파 수집부(120)의 위치에 따라 제어될 수 있다. 경동맥 혈전 탐지를 위한 광음향 영상을 생성하는 경우, 레이저 펄스의 파장은 1210 nm를 포함하도록 설정될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.The laser generator 112 may be provided as a tunable laser. The laser generator 112 may generate laser pulses of various wavelengths and irradiate the object. The pulse period of the laser pulse generated by the laser generator 112 may be set in advance or may be controlled according to the position of the ultrasonic collecting unit 120 moved by the scanning unit 130. When generating a photoacoustic image for detecting a carotid blood clot, the wavelength of the laser pulse may be set to include 1210 nm, but is not limited thereto.

초음파 수집부(120)는 레이저 조사부(110)에 의해 방출된 레이저 펄스에 의해 대상체(10)가 반응(열탄성 팽창)하여 발산하는 초음파 대역의 광음향 신호를 수집한다. 초음파 수집부(120)는 초음파 대역의 광음향 신호를 수집하기 위한 프로브유닛을 포함할 수 있다.The ultrasound collection unit 120 collects photoacoustic signals in an ultrasound band emitted by the object 10 reacting (thermoelastic expansion) by the laser pulse emitted by the laser irradiation unit 110. The ultrasonic collection unit 120 may include a probe unit for collecting photoacoustic signals in an ultrasonic band.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광음향 영상 장치를 구성하는 초음파 수집부의 정면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 초음파 수집부(120)는 레이저 출력부(116)의 주변 영역에 다수의 초음파 프로브가 배열된 어레이 초음파 프로브 유닛으로 제공될 수 있다. 레이저 출력부(116)는 프로브 유닛의 중앙에 배치될 수 있다.3 is a front view of an ultrasonic collector constituting a 3D photoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. 1 to 3, the ultrasonic collection unit 120 may be provided as an array ultrasonic probe unit in which a plurality of ultrasonic probes are arranged in a peripheral region of the laser output unit 116. The laser output unit 116 may be disposed in the center of the probe unit.

초음파 수집부(120)는 프로브 지지부(122)와, 다수의 초음파 프로브(120a)를 포함할 수 있다. 초음파 수집부(120)는 128 채널 등의 다채널 초음파 프로브(120a)로 제공될 수 있다. 프로브 지지부(122)는 스캔부(130)의 회전판(136)의 하면에 설치되어 하방으로 연장되는 지지대(138a)의 하단부에 고정될 수 있다. 초음파 수집부(120)는 지지대(138a)에 대상체(10)를 향하는 방향으로 결합될 수 있다.The ultrasonic collector 120 may include a probe support 122 and a plurality of ultrasonic probes 120a. The ultrasonic collector 120 may be provided with a multi-channel ultrasonic probe 120a such as 128 channels. The probe support 122 may be installed on the lower surface of the rotating plate 136 of the scanning unit 130 and fixed to the lower end of the support 138a extending downward. The ultrasound collection unit 120 may be coupled to the support 138a in a direction toward the object 10.

프로브 지지부(122)는 대상체(10)를 향하는 전면부가 대상체(10)의 반대 측으로 함몰된 반구면(124)으로 형성될 수 있다. 프로브 지지부(124)는 다수의 초음파 프로브(120a)는 프로브 지지부(122)의 반구면(124) 상에 2차원 배열될 수 있다. 다수의 초음파 프로브(120a)는 매트릭스 구조, 동심 구조 등의 다양한 형태로 배열될 수 있다.The probe support part 122 may be formed as a hemispherical surface 124 in which a front portion facing the object 10 is recessed toward the opposite side of the object 10. In the probe support 124, a plurality of ultrasonic probes 120a may be two-dimensionally arranged on the hemispherical surface 124 of the probe support 122. The plurality of ultrasonic probes 120a may be arranged in various forms such as a matrix structure or a concentric structure.

스캔부(130)는 초음파 수집부(130)를 이동시켜 대상체(10)의 검사 영역을 스캔할 수 있다. 실시예에서, 스캔부(130)는 초음파 수집부(120)의 프로브 지지부(122)와 초음파 프로브(120a)들을 대상체(10)를 중심으로 회전시키도록 구성될 수 있다. 스캔부(130)는 초음파 수집부(130)를 360° 또는 대상체의 검사 영역에 해당하는 각도 범위로 회전시킬 수 있다.The scan unit 130 may move the ultrasound collection unit 130 to scan an examination area of the object 10. In an embodiment, the scan unit 130 may be configured to rotate the probe support unit 122 and the ultrasound probes 120a of the ultrasound collection unit 120 around the object 10. The scan unit 130 may rotate the ultrasound collection unit 130 by 360° or an angular range corresponding to the inspection area of the object.

실시예에서, 스캔부(130)는 제1 스테이지(132)와 제2 스테이지(134)를 포함할 수 있다. 제1 스테이지(132)는 제2 스테이지(134) 및 이에 설치된 초음파 수집부(120)를 상하 방향으로 이동시켜, 대상체(10)의 검사 영역을 상하 방향으로 스캔할 수 있다. 제1 스테이지(132)는 초음파 수집부(120)를 상하 방향을 따라 일정 간격으로 이동시킨 후 정지시키는 스텝 모터를 포함할 수 있다.In an embodiment, the scan unit 130 may include a first stage 132 and a second stage 134. The first stage 132 may vertically move the second stage 134 and the ultrasonic collector 120 installed therein to scan the inspection area of the object 10 in the vertical direction. The first stage 132 may include a step motor that moves the ultrasonic collector 120 at a predetermined interval along the vertical direction and then stops it.

제2 스테이지(134)는 초음파 수집부(120)를 대상체(10)를 중심으로 회전시켜 대상체(10)의 검사 영역을 둘레 방향으로 스캔할 수 있다. 실시예에서, 제2 스테이지(134)는 상하 방향의 축(134a)을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 원형의 회전판(136)과, 회전판(136)을 회전 구동시키는 구동부(도시 생략)와, 회전판(136)의 주연부 일측에 하방으로 설치되는 지지대(138a) 및 회전판(136)의 지지대(138a) 반대편의 주연부에 하방으로 설치되는 평형 유지대(counter weight)(138b)를 포함할 수 있다. 제2 스테이지(134)의 구동부는 초음파 수집부(120)를 둘레 방향을 따라 설정 간격으로 이동시킨 후 정지시키는 스텝 모터를 포함할 수 있다.The second stage 134 may rotate the ultrasound collection unit 120 around the object 10 to scan the inspection area of the object 10 in the circumferential direction. In an embodiment, the second stage 134 includes a circular rotating plate 136 that is rotatably installed around an axis 134a in an up-down direction, a driving unit (not shown) that rotates the rotating plate 136, and a rotating plate It may include a support (138a) installed downward on one side of the periphery of (136) and a counter weight (138b) that is installed downward on the circumference of the opposite side of the support (138a) of the rotating plate 136. The driving unit of the second stage 134 may include a step motor that moves the ultrasonic collector 120 along the circumferential direction at a set interval and then stops it.

지지대(138a)와 초음파 수집부(120)의 하중에 의해 회전판(136)이 기울어질 경우, 스캔 방향이 틀어져 정확한 3차원 광음향 영상을 생성하지 못하게 된다. 따라서, 회전판(136)의 평형을 유지하기 위하여 평형 유지대(138b)는 지지대(138a)와 초음파 수집부(120)의 하중을 고려하여 스캔부(130)의 평형을 유지할 수 있는 중량으로 설계될 수 있다.When the rotating plate 136 is inclined by the load of the support 138a and the ultrasonic collecting unit 120, the scanning direction is distorted, so that an accurate 3D photoacoustic image cannot be generated. Therefore, in order to maintain the balance of the rotating plate 136, the balance holder 138b is designed to have a weight capable of maintaining the balance of the scan unit 130 in consideration of the load of the support bar 138a and the ultrasonic collector 120. I can.

광음향 생성부(140)는 초음파 수집부(120)로부터 수집된 광음향 신호를 이용하여 3차원 광음향 영상을 생성할 수 있다. 광음향 생성부(140)는 스캔부(130)에 의해 초음파 수집부(120)를 이동시키면서 수집한 광음향 신호들을 이용하여 2차원 광음향 영상들을 생성하고, 2차원 광음향 영상들을 초음파 수집부(120)의 스캔 위치들을 기반으로 결합하여 3차원 광음향 영상을 생성할 수 있다.The photoacoustic generation unit 140 may generate a 3D photoacoustic image by using the photoacoustic signal collected from the ultrasonic collecting unit 120. The photoacoustic generation unit 140 generates 2D photoacoustic images by using the photoacoustic signals collected while moving the ultrasound collection unit 120 by the scanning unit 130, and the 2D photoacoustic images are ultrasonically collected. A 3D photoacoustic image may be generated by combining based on the scan positions of 120.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광음향 영상 장치의 구성도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 3차원 광음향 영상 장치(100)는 제어부(150)를 포함할 수 있다. 제어부(150)는 초음파 수집부(120)로부터 광음향 신호들을 수집하여 레이저 조사부(110)의 레이저 발생부(112) 및 스캔부(130)를 제어한다.4 is a block diagram of a 3D photoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. 1 to 4, the 3D photoacoustic imaging apparatus 100 may include a control unit 150. The control unit 150 controls the laser generator 112 and the scan unit 130 of the laser irradiation unit 110 by collecting photoacoustic signals from the ultrasonic collection unit 120.

제어부(150)는 초음파 수집부(120)로부터 제1 위치에서 광음향 신호가 수집되면, 제2 위치에서 광음향 신호를 수집하기 위해 초음파 수집부(120)를 이동시키도록 스캔부(130)를 제어할 수 있다. 실시예에서, 제어부(150)는 파장가변 레이저의 파장 및 반복률(펄스 주기)을 제어할 수 있다. 레이저 조사부(110)는 제어부(150)로부터의 제어 신호에 따라, 제2 스테이지(134)가 설정 간격으로 이동 후 정지될 때마다 레이저 펄스를 대상체(10)에 조사할 수 있다. 제어부(150)는 초음파 수집부(120)의 현재 위치와 목표 위치를 비교하여 스캔부(130)의 동작을 결정하여 스캔부(130)를 제어한다. 초음파 수집부(120)는 제어부(150)로부터의 제어 신호에 따라, 설정 간격마다 광음향 신호를 수집할 수 있다.When the photoacoustic signal is collected at the first position from the ultrasonic collecting unit 120, the control unit 150 moves the scanning unit 130 to move the ultrasonic collecting unit 120 to collect the photoacoustic signal at the second position. Can be controlled. In an embodiment, the controller 150 may control the wavelength and repetition rate (pulse period) of the tunable laser. The laser irradiation unit 110 may irradiate a laser pulse to the object 10 whenever the second stage 134 is moved at a set interval and then stopped according to a control signal from the controller 150. The controller 150 controls the scan unit 130 by comparing the current position and the target position of the ultrasound collection unit 120 to determine an operation of the scan unit 130. The ultrasonic collection unit 120 may collect photoacoustic signals at set intervals according to a control signal from the control unit 150.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광음향 영상 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광음향 영상 장치의 동작 흐름도이다. 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명하면, 먼저 도 5에 도시된 바와 같이 레이저 출력부(116)에 의해 방출된 레이저 펄스(LS)가 대상체로 조사되면(S10), 레이저 펄스(LS)에 의해 대상체로부터 발생되는 초음파 대역의 광음향 신호(PS)가 도 6에 도시된 바와 같이 초음파 수집부(120)로 수집될 수 있다(S20).5 and 6 are views for explaining the operation of the 3D photoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. 7 is a flowchart illustrating an operation of a 3D photoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. 5 to 7, first, as shown in FIG. 5, when the laser pulse LS emitted by the laser output unit 116 is irradiated to the object (S10), the laser pulse LS The photoacoustic signal PS of the ultrasonic band generated from the object may be collected by the ultrasonic collector 120 as illustrated in FIG. 6 (S20 ).

초음파 수집부(120)는 상하 방향으로 제1 간격 마다 광음향 신호를 수집하고, 둘레 방향으로 제2 간격 마다 광음향 신호를 수집할 수 있다. 초음파 수집부(120)는 스캔부(130)에 의해 대상체(10)의 검사 영역을 따라 상하 방향 및 둘레(회전) 방향으로 이동하면서 제1 간격 및 제2 간격으로 설정 위치들 마다 광음향 신호들을 순차적으로 수집한다.The ultrasonic collector 120 may collect the photoacoustic signal at every first interval in the vertical direction and may collect the photoacoustic signal at every second interval in the circumferential direction. The ultrasound collection unit 120 is moved by the scanning unit 130 in the vertical direction and the circumferential (rotation) direction along the inspection area of the object 10, and collects photoacoustic signals at each set position at a first interval and a second interval. Collect sequentially.

본 발명의 실시예에 의하면, 대상체로부터 발생되는 광음향 신호(PS)가 초음파 수집부(120)의 반구면(124)에 의해 효율적으로 수집될 수 있다. 초음파 수집부(120)에 의해 수집된 광음향 신호(PS)는 광전달부(광파이버)를 통해 광음향 생성부(140)로 전달될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the photoacoustic signal PS generated from the object may be efficiently collected by the hemispherical surface 124 of the ultrasound collecting unit 120. The photoacoustic signal PS collected by the ultrasonic collecting unit 120 may be transmitted to the photoacoustic generating unit 140 through an optical transmission unit (optical fiber).

대상체(10)의 검사 영역을 스캔하면서 정확한 위치에서 광음향 신호를 수집하기 위하여, 레이저 조사부(110)는 레이저 펄스와 동기화된 트리거 신호(triger signal)를 출력할 수 있다. 레이저 조사부(110)로부터 출력되는 트리거 신호는 제어부(150)를 통해 스캔부(130) 및 광음향 생성부(150)로 전달될 수 있다.In order to collect the photoacoustic signal at an accurate position while scanning the inspection area of the object 10, the laser irradiation unit 110 may output a trigger signal synchronized with the laser pulse. The trigger signal output from the laser irradiation unit 110 may be transmitted to the scanning unit 130 and the photoacoustic generation unit 150 through the control unit 150.

광음향 생성부(150)는 트리거 신호에 동기화하여 초음파 수집부(120)로부터 광음향 신호(PS)를 수집한 후, 수집된 광음향 신호(PS)를 이용하여 2차원 광음향 영상을 생성할 수 있다. 제어부(150)는 초음파 수집부(120)로부터 제1 위치에서 광음향 신호가 수집되면, 대상체(10)의 검사 영역을 스캔하기 위하여 초음파 수집부(120)를 제2 위치로 이동시키도록 스캔부(130)를 제어할 수 있다(S30, S40).The photoacoustic generator 150 collects the photoacoustic signal PS from the ultrasonic collector 120 in synchronization with the trigger signal, and then generates a 2D photoacoustic image using the collected photoacoustic signal PS. I can. When the photoacoustic signal is collected from the ultrasound collection unit 120 at the first position, the controller 150 moves the ultrasound collection unit 120 to the second position in order to scan the inspection area of the object 10. It is possible to control (130) (S30, S40).

스캔부(130)에 의해 초음파 수집부(120)가 미리 결정된 스캔 위치로 이동되면, 다시 레이저 조사부(110)에 의해 레이저 펄스가 출사되고, 초음파 수집부(120)에 의해 광음향 신호가 수집된다. 광음향 생성부(140)는 대상체(10)의 검사 영역을 스캔하면서 초음파 수집부(120)에 의해 순차적으로 수집된 광음향 신호들을 이용하여 스캔 위치로 이동될 때마다 2차원 광음향 영상을 생성할 수 있다.When the ultrasound collection unit 120 is moved to a predetermined scan position by the scanning unit 130, a laser pulse is emitted again by the laser irradiation unit 110, and a photoacoustic signal is collected by the ultrasound collection unit 120. . The photoacoustic generation unit 140 generates a 2D photoacoustic image each time it is moved to the scan position by using the photoacoustic signals sequentially collected by the ultrasound collection unit 120 while scanning the inspection area of the object 10 can do.

광음향 생성부(140)는 설정된 스캔 범위에 대하여 모든 광음향 신호들이 수집되면, 2차원 광음향 영상들을 스캔 위치(스캔 각도)들을 기반으로 결합하여 3차원 광음향 영상을 생성할 수 있다(S50, S60). 실시예에서, 광음향 생성부(140)는 광음향 신호를 수집한 초음파 수집부(120)의 수집 방향에 따라 2차원 광음향 영상들의 방향을 회전시켜 공통 좌표계로 정합하여 2차원 광음향 영상들을 결합함으로써 3차원 광음향 영상을 생성할 수 있다. 광음향 생성부(140)에 의해 생성된 3차원 광음향 영상은 디스플레이부(160)를 통해 표시될 수 있다(S70).When all the photoacoustic signals are collected for a set scan range, the photoacoustic generation unit 140 may generate a 3D photoacoustic image by combining the 2D photoacoustic images based on the scan positions (scan angles) (S50). , S60). In an embodiment, the photoacoustic generation unit 140 rotates the direction of the 2D photoacoustic images according to the collection direction of the ultrasound collecting unit 120 that collects the photoacoustic signals and matches them to a common coordinate system to generate 2D photoacoustic images. By combining, a three-dimensional photoacoustic image can be created. The 3D photoacoustic image generated by the photoacoustic generation unit 140 may be displayed through the display unit 160 (S70).

본 발명의 실시예에 따른 3차원 광음향 영상 장치는 초음파 수집부(120)를 상하 방향 및 회전 방향으로 이동(스캔) 가능하고, 초음파 센서부(120)의 이동(스캔) 간격을 조절 가능하여 원하는 해상도로 신체 조직을 촬영하여 3차원 광음향 영상을 생성할 수 있다.In the 3D photoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention, the ultrasonic collection unit 120 can be moved (scanned) in the vertical and rotational directions, and the movement (scan) interval of the ultrasonic sensor unit 120 can be adjusted. It is possible to generate a 3D photoacoustic image by photographing a body tissue at a desired resolution.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 초음파 수집부(120)의 이동(스캔) 간격을 미세하게 조절하면서 광음향 신호들을 수집하여, 수집된 광음향 신호들을 기반으로 고해상도 3차원 광음향 영상을 생성할 수 있으며, 초음파 수집부(120)의 이동(스캔) 간격을 사용자가 원하는 간격으로 조절하여 광음향 영상의 해상도를 다양하게 조절할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, photoacoustic signals are collected while finely adjusting the movement (scan) interval of the ultrasonic collector 120 to generate a high-resolution 3D photoacoustic image based on the collected photoacoustic signals. In addition, the resolution of the photoacoustic image may be variously adjusted by adjusting the movement (scan) interval of the ultrasound collection unit 120 to a desired interval by the user.

또한, 레이저 조사부(110)에서 발생하는 레이저 펄스와 동기화된 트리거 신호에 맞춰 스캔 위치에 동기화하여 광음향 데이터를 수집하여 광음항 영상을 생성함으로써, 광음향 신호의 정확성을 높여 3차원 광음향 영상의 정확성을 높이고, 선명한 3차원 광음향 영상을 얻을 수 있다.In addition, by generating a photoacoustic image by collecting photoacoustic data by synchronizing to the scan position in accordance with the trigger signal synchronized with the laser pulse generated by the laser irradiation unit 110, the accuracy of the photoacoustic signal is improved and the 3D photoacoustic image is The accuracy is improved and a clear 3D photoacoustic image can be obtained.

또한, 레이저 조사부(110)의 트리거 신호에 의해 광음향 신호 수집 및 광음향 영상 생성 시점을 동기화하여 제어할 수 있어, 3차원 광음향 영상을 생성하기 위한 광음향 데이터를 고속으로 수집하여, 3차원 광음향 영상을 생성하는데 소요되는 시간을 단축할 수 있다.In addition, the trigger signal of the laser irradiation unit 110 can synchronize and control the photoacoustic signal collection and photoacoustic image generation time, thereby collecting photoacoustic data for generating a 3D photoacoustic image at high speed, It is possible to shorten the time required to generate a photoacoustic image.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 광음향 영상 장치는 예를 들어, 염증성 혈관 의 내부 구조를 파악하고, 속성을 판별하는데 활용될 수 있다.The 3D photoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention may be used, for example, to identify the internal structure of an inflammatory blood vessel and to determine properties.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited thereto, and it is possible to implement various modifications within the scope of the claims, the detailed description of the invention, and the accompanying drawings. It is natural to fall within the scope of

10: 대상체
100: 3차원 광음향 영상 장치
110: 레이저 조사부
112: 레이저 발생부
114: 레이저 전달부
116: 레이저 출력부
120: 초음파 수집부
120a: 초음파 프로브
122: 프로브 지지부
124: 반구면
130: 스캔부
132: 제1 스테이지
134: 제2 스테이지
134a: 축
136: 회전판
138a: 지지대
138b: 평형 유지대
140: 광음향 생성부
150: 제어부
160: 디스플레이부
10: object
100: 3D photoacoustic imaging device
110: laser irradiation unit
112: laser generator
114: laser transmission unit
116: laser output unit
120: ultrasonic collector
120a: ultrasonic probe
122: probe support
124: hemisphere
130: scan unit
132: first stage
134: second stage
134a: axis
136: rotating plate
138a: support
138b: counterweight
140: photoacoustic generation unit
150: control unit
160: display unit

Claims (15)

레이저 펄스를 생성하는 레이저 발생부 및 상기 레이저 펄스를 대상체에 조사하는 레이저 출력부를 포함하는 레이저 조사부;
상기 레이저 펄스에 의해 상기 대상체가 열탄성 팽창되어 발생되는 광음향 신호를 수집하는 프로브 유닛을 포함하는 초음파 수집부;
상기 초음파 수집부를 이동시켜 상기 대상체의 검사 영역을 스캔하는 스캔부; 및
상기 초음파 수집부로부터 수집된 상기 광음향 신호를 이용하여 3차원 광음향 영상을 생성하는 광음향 생성부를 포함하고,
상기 프로브 유닛은,
상기 대상체의 반대 측으로 함몰된 반구 형상으로 형성되는 프로브 지지부와, 상기 프로브 지지부의 반구면 상에 2차원 배열되는 다수의 초음파 프로브를 포함하며, 상기 레이저 출력부는 상기 프로브 지지부의 반구면 중앙에 마련되어 상기 다수의 초음파 프로브와 함께 움직이고,
상기 스캔부는,
상기 초음파 수집부를 상하 방향으로 이동시켜 상기 대상체의 검사 영역을 상기 상하 방향으로 스캔하는 제1 스테이지, 및
상하 방향의 축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 원형의 회전판과, 상기 회전판을 회전 구동시키는 구동부, 상기 회전판의 주연부 일측에 하방으로 설치되는 지지대, 및 상기 회전판의 상기 지지대 반대편의 주연부에 하방으로 설치되며, 상기 지지대와 상기 초음파 수집부의 하중을 고려하여 상기 스캔부의 평형을 유지할 수 있는 중량으로 형성되는 평형 유지대를 포함하면서, 상기 초음파 수집부를 상기 대상체를 중심으로 회전시켜 상기 대상체의 검사 영역을 둘레 방향으로 스캔하는 제2 스테이지를 포함하여, 상기 초음파 수집부를 상기 대상체를 중심으로 3차원 이동시키고,
상기 광음향 생성부는,
상기 초음파 수집부를 이동시키면서 수집한 광음향 신호들을 이용하여 2차원 광음향 영상들을 생성하고, 상기 2차원 광음향 영상들을 상기 초음파 수집부의 스캔 위치들을 기반으로 결합하여 상기 3차원 광음향 영상을 생성하는 3차원 광음향 영상 장치.
A laser irradiation unit including a laser generator for generating a laser pulse and a laser output unit for irradiating the laser pulse to an object;
An ultrasonic collection unit including a probe unit for collecting a photoacoustic signal generated by thermal elastic expansion of the object by the laser pulse;
A scanning unit that moves the ultrasound collection unit to scan an examination area of the object; And
A photoacoustic generator configured to generate a three-dimensional photoacoustic image using the photoacoustic signal collected from the ultrasonic collector,
The probe unit,
A probe support formed in a hemispherical shape recessed toward the opposite side of the object, and a plurality of ultrasonic probes arranged two-dimensionally on a hemispherical surface of the probe support, and the laser output unit is provided in the center of the hemispherical surface of the Move with multiple ultrasonic probes,
The scanning unit,
A first stage for moving the ultrasound collection unit in a vertical direction to scan an examination area of the object in the vertical direction, and
A circular rotating plate that is rotatably installed about an axis in an up-down direction, a driving part that drives the rotation of the rotating plate, a support installed downward on one side of the peripheral edge of the rotating plate, and a peripheral part of the rotating plate opposite the support, And a balance holder formed with a weight capable of maintaining an equilibrium of the scanning unit in consideration of the load of the support and the ultrasound collection unit, and rotating the ultrasound collection unit around the object to rotate the inspection area of the object in a circumferential direction Including a second stage to scan with, and moving the ultrasound collection unit three-dimensionally around the object,
The photoacoustic generation unit,
Generating 2D photoacoustic images using the photoacoustic signals collected while moving the ultrasonic collection unit, and combining the 2D photoacoustic images based on the scan positions of the ultrasound collecting unit to generate the 3D photoacoustic image 3D photoacoustic imaging device.
제1항에 있어서,
상기 초음파 수집부로부터 상기 광음향 신호들을 수집하여 상기 스캔부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 3차원 광음향 영상 장치.
The method of claim 1,
3D photoacoustic imaging apparatus further comprising a control unit for controlling the scanning unit by collecting the photoacoustic signals from the ultrasonic collecting unit.
제2항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 초음파 수집부로부터 제1 위치에서 광음향 신호가 수집되면, 제2 위치에서 광음향 신호를 수집하기 위해 상기 초음파 수집부를 이동시키도록 상기 스캔부를 제어하는 3차원 광음향 영상 장치.
The method of claim 2,
The control unit, when the photoacoustic signal is collected at a first position from the ultrasonic collecting unit, controls the scanning unit to move the ultrasonic collecting unit to collect the photoacoustic signal at a second position.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2 스테이지는 상기 초음파 수집부를 상기 둘레 방향을 따라 설정 간격으로 이동시킨 후 정지시키는 스텝 모터를 포함하는 3차원 광음향 영상 장치.
The method of claim 1,
The second stage 3D photoacoustic imaging apparatus comprising a step motor for moving the ultrasonic collector at a set interval along the circumferential direction and stopping.
제9항에 있어서,
상기 레이저 조사부는 상기 제2 스테이지가 상기 설정 간격으로 이동 후 정지될 때마다 상기 레이저 펄스를 상기 대상체에 조사하고,
상기 초음파 수집부는 상기 설정 간격마다 상기 광음향 신호를 수집하는 3차원 광음향 영상 장치.
The method of claim 9,
The laser irradiation unit irradiates the laser pulse to the object whenever the second stage is stopped after moving at the set interval,
The ultrasonic collecting unit 3D photoacoustic imaging apparatus for collecting the photoacoustic signal at every set interval.
제1항에 있어서,
상기 레이저 조사부는 상기 레이저 펄스와 동기화된 트리거 신호를 출력하고,
상기 광음향 생성부는 상기 트리거 신호에 동기화하여 상기 초음파 수집부로부터 상기 광음향 신호를 수집하여 상기 2차원 광음향 영상을 생성하는 3차원 광음향 영상 장치.
The method of claim 1,
The laser irradiation unit outputs a trigger signal synchronized with the laser pulse,
The 3D photoacoustic imaging apparatus generates the 2D photoacoustic image by synchronizing the photoacoustic generator with the trigger signal to collect the photoacoustic signal from the ultrasonic collector.
제2항에 있어서,
상기 레이저 조사부는 상기 레이저 펄스의 파장을 가변할 수 있는 파장가변 레이저를 포함하는 3차원 광음향 영상 장치.
The method of claim 2,
The laser irradiation unit 3D photoacoustic imaging apparatus including a variable-wavelength laser capable of varying the wavelength of the laser pulse.
제12항에 있어서,
상기 레이저 조사부는 상기 대상체에 열팽창 탄성을 유발하여 상기 대상체의 대상 물질들로부터 초음파 신호를 발생시키는 파장 범위에서 상기 레이저 펄스의 파장을 가변시키는 3차원 광음향 영상 장치.
The method of claim 12,
The laser irradiation unit induces thermal expansion elasticity in the object to change the wavelength of the laser pulse in a wavelength range for generating an ultrasonic signal from target materials of the object.
제12항에 있어서,
상기 제어부는 상기 파장가변 레이저의 파장 및 반복률을 제어하는 3차원 광음향 영상 장치.
The method of claim 12,
The control unit is a 3D photoacoustic imaging apparatus that controls the wavelength and repetition rate of the tunable laser.
제1항에 있어서,
상기 광음향 생성부에 의해 생성된 3차원 광음향 영상을 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 3차원 광음향 영상 장치.
The method of claim 1,
A 3D photoacoustic imaging apparatus further comprising a display unit for displaying a 3D photoacoustic image generated by the photoacoustic generating unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230166390A (en) 2022-05-30 2023-12-07 부산대학교 산학협력단 System and Method for Realizing 3D Photoacoustic Macroscopy using Ultrasound Guided Breath-Compensation
KR20240069978A (en) * 2022-11-14 2024-05-21 국립부경대학교 산학협력단 Device for Acquiring Photoacoustic Image and Ultrasonic Image and method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101852560B1 (en) * 2016-12-01 2018-04-26 포항공과대학교 산학협력단 Photoacoustic intraoperative histology device and photoacoustic image acquisition method using waterproof pdms scanner
CN108606777A (en) * 2018-03-28 2018-10-02 暨南大学 Optoacoustic computed tomography system based on adjustable focus type fibre optical sensor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101427760B1 (en) * 2011-09-27 2014-08-07 전북대학교산학협력단 Device and method of biomedical photoacoustic imaging device using induced laser
KR102576682B1 (en) 2016-02-05 2023-09-07 전북대학교산학협력단 Plaque Detection System and Method
KR101749602B1 (en) * 2016-04-05 2017-06-21 포항공과대학교 산학협력단 Optical resolution photoacoustic microscopy using non-conductive fluid, and photoacoustic image acquisition system and method using the same
KR101832219B1 (en) * 2016-06-07 2018-02-28 포항공과대학교 산학협력단 Fat lipolysis monitoring system and method using photoacoustic

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101852560B1 (en) * 2016-12-01 2018-04-26 포항공과대학교 산학협력단 Photoacoustic intraoperative histology device and photoacoustic image acquisition method using waterproof pdms scanner
CN108606777A (en) * 2018-03-28 2018-10-02 暨南大学 Optoacoustic computed tomography system based on adjustable focus type fibre optical sensor

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