KR102326307B1 - Photoacoustic image based laparoscopy apparatus and apparatus for searching catheter in blood vessel based on photoacoustic images - Google Patents

Photoacoustic image based laparoscopy apparatus and apparatus for searching catheter in blood vessel based on photoacoustic images Download PDF

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Abstract

본 발명은 광음향 영상을 기반으로 한 혈관 내 카테터 위치 확인 장치에 관한 것이다. 상기 카테터 위치 확인 장치는, 혈관의 외부에서 혈관의 내부에 대한 광음향 영상을 촬상하여 제공하는 광음향 영상 촬상 장치; 및 단부에 풍선이 탑재되어 혈관의 내부로 주입되는 풍선형 카테터;를 구비하고, 상기 광음향 영상을 통해 상기 풍선형 카테터의 위치를 확인할 수 있도록 구성된다. 상기 풍선형 카테터의 풍선은 광음향 신호를 증폭시키거나 감쇄시킬 수 있는 물질이 충진되는 것이 바람직하고, 충진 물질로는 물, 공기, 조영제 중 하나가 사용될 수 있다. The present invention relates to a device for positioning a catheter in a blood vessel based on a photoacoustic image. The catheter positioning device may include: an optoacoustic image capturing device for capturing and providing a photoacoustic image of the inside of the blood vessel from the outside of the blood vessel; and a balloon-type catheter having a balloon mounted at the end and injected into the blood vessel; and configured to confirm the position of the balloon-type catheter through the photoacoustic image. The balloon of the balloon-type catheter is preferably filled with a material capable of amplifying or attenuating the photoacoustic signal, and as the filling material, one of water, air, and a contrast agent may be used.

Description

광음향 영상 기반의 복강경 장치 및 광음향 영상 기반의 혈관 내 카테터 위치 확인 장치{Photoacoustic image based laparoscopy apparatus and apparatus for searching catheter in blood vessel based on photoacoustic images}Photoacoustic image based laparoscopy apparatus and apparatus for searching catheter in blood vessel based on photoacoustic images

본 발명은 광음향 영상을 기반으로 한 복강경 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 혈관 외부에서 촬상한 광음향 영상을 이용하여 혈관 내부의 물체 또는 병소의 존재 유무와 위치를 파악할 수 있도록 하는 복강경 장치 및 혈관 내 카테터 위치 확인 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a laparoscopic apparatus based on a photoacoustic image, and more particularly, to a laparoscopic apparatus for determining the presence or absence and location of an object or lesion inside a blood vessel using a photoacoustic image taken from outside the blood vessel, and It relates to an intravascular catheter positioning device.

시술이나 수술, 또는 치료 등의 목적으로 혈관내에 카테터를 삽입하게 되는데, 이 경우 정확한 시술이나 수술 또는 치료를 위하여, 혈관 내 삽입된 카테터의 위치를 정밀하게 확인하여야 된다. A catheter is inserted into a blood vessel for the purpose of a procedure, surgery, or treatment.

정상 혈관에는 붉은 색을 띄는 적혈구로 구성된 혈액이 가득 차 있거나 일정한 방향으로 흐르고 있다. 또한, 혈관 자체도 근육으로 이루어져 있는데, 이 근육 역시 불투명인데다 혈류를 공급하는 크기가 작은 수많은 미세 혈관들이 혈관 표면에 분포하고 있어, 정상 혈관이더라도 육안으로 혈관 내부를 볼 수 없다. 혈관이 불투명하기 때문에, 혈관 내부에 어떤 물체 또는 병소가 존재하는 경우, 혈관 외부에서 물체 또는 병소의 존재 유무 및 이들의 위치를 육안으로 확인하고 실시간으로 그 존재위치를 파악하기는 매우 어렵다. Normal blood vessels are filled with red blood composed of red blood cells or flow in a certain direction. In addition, the blood vessel itself is composed of muscles, which are also opaque and numerous microvessels of small size supplying blood are distributed on the surface of the blood vessels, so even normal blood vessels cannot be seen with the naked eye. Since the blood vessel is opaque, when an object or lesion exists inside the blood vessel, it is very difficult to visually check the presence or absence of the object or lesion outside the blood vessel and their location, and to determine the location of the object in real time.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 혈관의 직경보다 크기가 작은 초소형 카메라 등을 개발하고, 상기 초소형 카메라를 혈관 내부로 주입한 후 혈관 내부를 직접 촬영하는 방법이 널리 사용되고 있다. 그러나, 인체 내부의 크기가 작은 혈관 내부까지 파악할 수 있는 모든 크기의 초소형 카메라를 제작하는 것은 쉽지 않을 뿐만 아니라, 영상 장비의 해상도를 고려하여 초소형 카메라를 제작하는 데는 비용이 많이 들고 혈관 내부의 혈류 및 압력 때문에 혈관 내부의 물체 또는 병소를 확인하는 것이 매우 어려운 실정이다. In order to solve this problem, a method of developing a micro-camera having a size smaller than the diameter of a blood vessel, and injecting the micro-camera into the inside of the blood vessel, and then directly photographing the inside of the blood vessel is widely used. However, it is not easy to manufacture a miniature camera of any size that can detect even the inside of a small blood vessel in the human body, and it is expensive to manufacture a miniature camera considering the resolution of imaging equipment, and Because of the pressure, it is very difficult to identify an object or a lesion inside a blood vessel.

한국등록특허공보 제 10-1736113호Korean Patent Publication No. 10-1736113 한국등록특허공보 제 10-1397272호Korean Patent Publication No. 10-1397272

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 광음향 영상을 이용하여 혈관 외부에서 혈관 내부의 물체 또는 병소의 존재 유무 및 그 위치를 실시간으로 확인할 수 있도록 하는 광음향 영상 기반의 복강경 장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention to solve the above problems is to provide a photoacoustic image-based laparoscopic apparatus that enables to check the presence or absence of an object or lesion inside a blood vessel and its location in real time from the outside of the blood vessel using a photoacoustic image. will be.

본 발명의 다른 목적은 광음향 영상을 이용하여 혈관 외부에서 혈관 내부의 카테터의 위치를 실시간으로 확인할 수 있도록 하는 광음향 영상 기반의 혈관 내 카테터 위치 확인 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an apparatus for determining the location of a catheter in a blood vessel based on an optoacoustic image that allows the location of a catheter inside a blood vessel to be checked in real time from the outside of the blood vessel using the photoacoustic image.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따른 광음향 영상 기반의 복강경 장치는, 혈관의 외부에서 혈관의 내부에 대한 광음향 영상을 촬상하기 위하여 필요한 빛을 제공하는 광원과 상기 광원으로부터 조사된 광에 의해 생성된 광음향 신호를 실시간 획득하여 제공하는 초음파 트랜스듀서를 구비하는 광음향 영상 촬상 장치; 및 상기 초음파 트랜스듀서로부터 제공된 광음향 신호를 이용하여 광음향 영상을 생성하여 디스플레이 모듈을 통해 출력하는 제어 장치;를 구비하여, 상기 광음향 영상을 통해 혈관내부의 물체 또는 병소에 대한 정보를 확인할 수 있도록 구성된다. A photoacoustic image-based laparoscopic apparatus according to a first aspect of the present invention for achieving the above object includes a light source providing light necessary to image a photoacoustic image of the inside of a blood vessel from the outside of the blood vessel and the light source an optoacoustic image pickup device having an ultrasonic transducer that obtains and provides a photoacoustic signal generated by the irradiated light in real time; and a control device for generating a photoacoustic image using the photoacoustic signal provided from the ultrasonic transducer and outputting it through a display module; is configured to

전술한 제1 특징에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 복강경 장치에 있어서, 상기 광원은 혈관 내부로 투과할 수 있는 LASER 광원인 것이 바람직하다. In the laparoscopic apparatus based on the photoacoustic image according to the first feature described above, the light source is preferably a LASER light source capable of penetrating into a blood vessel.

전술한 제1 특징에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 복강경 장치에 있어서, 상기 혈관 내부의 물체는 혈관 내부로 삽입될 수 있는 장치이며, 상기 복강경 장치는 광음향 영상을 통해 상기 혈관 내부에 삽입된 장치의 위치를 확인하도록 구성된 것이 바람직하다. In the laparoscopic device based on the photoacoustic image according to the first aspect, the object inside the blood vessel is a device that can be inserted into the blood vessel, and the laparoscope device is inserted into the blood vessel through the photoacoustic image. Preferably, it is configured to ascertain the location of the device.

전술한 제1 특징에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 복강경 장치에 있어서, 상기 혈관 내부로 삽입될 수 있는 장치는 풍선형 카테터이며, 광음향 영상 촬상 장치는 혈관 내부에 위치한 상기 풍선형 카테터를 추적하여 풍선형 카테터를 포함하는 광음향 영상을 촬상하여 제공하는 것이 바람직하다. In the laparoscopic device based on the photoacoustic image according to the first aspect, the device that can be inserted into the blood vessel is a balloon-type catheter, and the photoacoustic imaging device tracks the balloon-type catheter located inside the blood vessel. It is preferable to provide by capturing a photoacoustic image including a balloon-type catheter.

전술한 제1 특징에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 복강경 장치에 있어서, 상기 풍선형 카테터에 장착된 풍선은, 혈관으로부터 방출되는 광음향 신호를 증폭 또는 감쇄시키는 물질이 풍선의 내부에 충진되거나, 상기 광음향 신호를 증폭 또는 감쇄시키는 물질로 제작되거나, 상기 광음향 신호를 증폭 또는 감쇄시키는 물질이 풍선의 표면에 도포된 것이 바람직하다. In the laparoscopic device based on the photoacoustic image according to the first feature described above, the balloon mounted on the balloon-type catheter is filled with a material that amplifies or attenuates the photoacoustic signal emitted from the blood vessel, or It is preferable that a material for amplifying or attenuating the photoacoustic signal is made, or a material for amplifying or attenuating the photoacoustic signal is applied to the surface of the balloon.

전술한 제1 특징에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 복강경 장치에 있어서, 상기 풍선에 충진된 물질은 광음향 신호를 증폭 또는 감쇄시키는 조영제, 물 및 공기 중 하나인 것이 바람직하다. In the laparoscopic apparatus based on the photoacoustic image according to the first feature described above, the material filled in the balloon is preferably one of a contrast agent for amplifying or attenuating the photoacoustic signal, water, and air.

전술한 제1 특징에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 복강경 장치에 있어서, 상기 풍선의 표면에 도포되거나 풍선으로 제작되는 물질은 광음향 신호를 증폭시킬 수 있는 물질로서, 풍선을 불투명하게 만드는 유색 물질 또는 조영제 중 하나인 것이 바람직하다. In the laparoscopic device based on the photoacoustic image according to the first feature described above, the material applied to the surface of the balloon or made into a balloon is a material capable of amplifying a photoacoustic signal, and a colored material that makes the balloon opaque or a contrast agent.

본 발명의 제2 특징에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 카테터 위치 확인 장치는, 측정 대상물의 외부에서 측정 대상물의 내부에 대한 광음향 영상을 촬상하여 제공하는 광음향 영상 촬상 장치; 및 단부에 풍선이 탑재되어 측정 대상물의 내부로 주입되는 풍선형 카테터;를 구비하고, 상기 광음향 영상을 통해 상기 풍선형 카테터의 위치를 확인할 수 있도록 구성된다. A catheter positioning device based on a photoacoustic image according to a second aspect of the present invention includes: an optoacoustic image capturing device that provides a photoacoustic image from the outside of the measurement object to the inside of the measurement object; and a balloon-type catheter having a balloon mounted at the end and injected into the object to be measured; and configured to confirm the position of the balloon-type catheter through the photoacoustic image.

전술한 제2 특징에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 카테터 위치 확인 장치에 있어서, 상기 측정 대상물은 혈관인 것이 바람직하며, 상기 광음향 영상 촬상 장치는 혈관 내부로 투과할 수 있는 광원을 구비한 것이 바람직하다. In the catheter positioning device based on the photoacoustic image according to the second feature described above, it is preferable that the measurement object is a blood vessel, and the photoacoustic image pickup device is provided with a light source that can penetrate into the blood vessel. desirable.

전술한 제2 특징에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 카테터 위치 확인 장치에 있어서, 상기 풍선은 측정 대상물로부터 방출되는 광음향 신호를 증폭 또는 감쇄시키는 물질이 풍선의 내부에 충진된 것이 바람직하다. In the catheter positioning device based on the photoacoustic image according to the second feature described above, the balloon is preferably filled with a material for amplifying or attenuating the photoacoustic signal emitted from the measurement target inside the balloon.

전술한 제2 특징에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 카테터 위치 확인 장치는 제어 장치를 더 구비하고, 상기 제어 장치는 측정하고자 하는 병소의 특징에 따라 결정된 물질을 상기 카테터의 풍선에 충진시키도록 구성된 것이 바람직하다. The catheter positioning device based on the photoacoustic image according to the second feature described above further includes a control device, wherein the control device is configured to fill the balloon of the catheter with a material determined according to the characteristics of the lesion to be measured. it is preferable

전술한 제2 특징에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 카테터 위치 확인 장치에 있어서, 상기 풍선은 내부에 조영제, 물, 공기 중 하나가 충진될 수 있다. In the catheter positioning device based on the photoacoustic image according to the second feature described above, the balloon may be filled with one of a contrast agent, water, and air therein.

본 발명에 따른 장치들에서 광음향 영상 촬상 장치는 혈관 내부로 투과할 수 있는 광원을 사용함으로써, 혈관 외부에서 혈관 내부의 구조를 확인할 수 있게 된다. 따라서, 이러한 장점을 이용하여 복강경 시술에 활용함으로써 육안으로 감별해 내기 어려운 혈관 내부의 병소의 위치를 혈관 외부에서 육안으로 정확하게 그리고 실시간으로 찾아낼 수 있게 된다. In the devices according to the present invention, the photoacoustic imaging device uses a light source that can pass through the inside of the blood vessel, so that the structure inside the blood vessel can be checked from the outside of the blood vessel. Therefore, by utilizing these advantages for laparoscopic surgery, the location of the lesion inside the blood vessel, which is difficult to identify with the naked eye, can be accurately and in real time found from the outside of the blood vessel with the naked eye.

또한, 본 발명에 따른 광음향 영상을 이용한 복강경 장치는, 혈관 내부에서 광음향 영상 신호를 증폭 또는 감소시킬 수 있는 물질을 주입한 물체의 위치를 검출할 수 있게 되며, 또한, 풍선형 카테터를 활용하여 풍선형 카테터의 상태에 따라 광음향 신호를 증폭 및 감쇄시킴으로써 환부의 정확한 위치를 감별할 수 있게 된다. In addition, the laparoscopic apparatus using a photoacoustic image according to the present invention can detect the position of an object injected with a substance capable of amplifying or reducing the photoacoustic image signal inside the blood vessel, and also utilizes a balloon-type catheter. Thus, it is possible to discriminate the exact location of the affected part by amplifying and attenuating the photoacoustic signal according to the state of the balloon-type catheter.

본 발명에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 복강경 장치는 혈관 내부의 물체 또는 병소의 위치를 평가하고 다음과 같은 장점을 가진다. 먼저, 혈관 내부의 병소를 혈관 외부에서 관찰하여 병소의 구성 성분 및 병소의 분포를 학인할 수 있도록 하여 혈관 내부의 병소를 특성화(Characterization)시킬 수 있게 된다. 또한, 사용하는 광음향 영상의 신호 증폭제의 종류에 따라 관찰하고자 하는 물체를 선택적으로 보여줄 수 있기 때문에, 병소에 대한 높은 특이성을 갖는다. 또한, 물체에서 방출되는 광음향 신호를 받아들여 영상화할 수 있으며 물체가 이동하더라도 카메라를 이동시켜 혈관 내부의 물체의 위치를 실시간으로 추적할 수 있게 됨으로써 실시간 영상화가 가능해진다. The laparoscopic apparatus based on the photoacoustic image according to the present invention evaluates the location of an object or lesion inside a blood vessel and has the following advantages. First, it is possible to characterize the lesion inside the blood vessel by observing the lesion inside the blood vessel from the outside so that the components of the lesion and the distribution of the lesion can be recognized. In addition, since the object to be observed can be selectively shown according to the type of the signal amplifier of the photoacoustic image used, it has high specificity for the lesion. In addition, the photoacoustic signal emitted from the object can be received and imaged, and even if the object moves, the camera can be moved to track the position of the object inside the blood vessel in real time, thereby enabling real-time imaging.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 복강경 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 복강경 장치에 있어서, 광음향 영상 촬상 장치(100)의 구조를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 복강경 장치에 있어서, 풍선형 카테터에 대한 사진이다.
도 4는 풍선의 내부에 공기가 없는 상태에서의 혈관 내 카테터에 대한 광음향 영상들로서, (ⅰ)은 혈관에 대한 실제 영상이며, (ⅱ)는 광음향 3차원 영상이며 (ⅲ)은 2차원 광음향 단층 영상이다.
도 5는 풍선의 내부에 공기가 있는 상태에서의 혈관 내 카테터에 대한 광음향 영상들로서, (ⅰ)은 혈관에 대한 실제 영상이며, (ⅱ)는 광음향 3차원 영상이며 (ⅲ)은 2차원 광음향 단층 영상이다.
도 6은 풍선의 내부에 물이 주입된 상태에서의 혈관 내 카테터에 대한 광음향 영상들로서, (ⅰ)은 혈관에 대한 실제 영상이며, (ⅱ)는 광음향 3차원 영상이며 (ⅲ)은 2차원 광음향 단층 영상이다. 1 is a block diagram schematically illustrating the configuration of a laparoscopic apparatus based on a photoacoustic image according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram schematically illustrating a structure of an optoacoustic image capturing apparatus 100 in a laparoscopic apparatus based on a photoacoustic image according to a first embodiment of the present invention.
3 is a photograph of a balloon-type catheter in the laparoscopic apparatus based on the photoacoustic image according to the first embodiment of the present invention.
4 is an optoacoustic image of an intravascular catheter in a state where there is no air inside the balloon, (i) is an actual image of the blood vessel, (ii) is an optoacoustic three-dimensional image, and (iii) is a two-dimensional This is an optoacoustic tomography image.
5 is an optoacoustic image of a catheter in a blood vessel in a state where there is air inside the balloon, (i) is an actual image of the blood vessel, (ii) is an optoacoustic three-dimensional image, and (iii) is a two-dimensional This is an optoacoustic tomography image.
6 is an optoacoustic image of an intravascular catheter in a state in which water is injected into the balloon, (i) is an actual image of the blood vessel, (ii) is an optoacoustic three-dimensional image, and (iii) is 2 It is a dimensional optoacoustic tomography image.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 복강경 장치의 구조 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the structure and operation of the laparoscopic apparatus based on the photoacoustic image according to the first preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 복강경 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복강경 장치(10)는, 광원과 초음파 트랜스듀서를 구비하는 광음향 영상 촬상 장치(100) 및 상기 광음향 영상 촬상 장치로부터 제공된 광음향 신호를 이용하여 광음향 영상을 출력하는 제어 장치(110)를 구비한다. 전술한 구성을 갖는 복강경 장치는 상기 광음향 영상을 통해 혈관내부의 물체 또는 병소에 대한 정보를 확인할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다. 1 is a block diagram schematically illustrating the configuration of a laparoscopic apparatus based on a photoacoustic image according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 , a laparoscopic apparatus 10 according to a first embodiment of the present invention includes an optoacoustic imaging apparatus 100 including a light source and an ultrasonic transducer, and an optoacoustic signal provided from the optoacoustic imaging apparatus. A control device 110 for outputting a photoacoustic image using The laparoscopic apparatus having the above configuration is characterized in that it is configured to check information about an object or lesion inside a blood vessel through the photoacoustic image.

상기 광음향 영상 촬상 장치를 구성하는 광원은 혈관의 외부에서 혈관의 내부에 대한 광음향 영상을 촬상하기 위하여 구비되는 광원으로서, 혈관의 외부에서 혈관 내부를 촬상하기 위하여 혈관 내부로 투과할 수 있는 LASER 광원으로 구성된 것이 바람직하다. 상기 LASER 광원으로부터 조사되는 광은 광섬유와 복수 개의 렌즈를 통해 검사하고자 하는 위치로 제공된다. The light source constituting the photoacoustic imaging device is a light source provided to capture a photoacoustic image of the inside of the blood vessel from the outside of the blood vessel, and a LASER that can penetrate into the inside of the blood vessel to image the inside of the blood vessel from the outside of the blood vessel It is preferably composed of a light source. The light irradiated from the LASER light source is provided to a position to be inspected through an optical fiber and a plurality of lenses.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 복강경 장치에 있어서, 광원으로부터 제공된 레이저 빔을 환부에 제공하기 위한 광음향 영상 촬상 장치(100)의 구조를 개략적으로 도시한 구성도이다. 도 2를 참조하면, 광음향 영상 촬상 장치(100)는, 광원, 거울(M1,M2)와 시준기(C1, C2), 대물렌즈(OL), 수정렌즈(CL), 빔결합기(BC), 음향렌즈(AL), 3차원 스캐너(SC)를 구비하여, 레이저빔을 샘플에 조사하여 3차원 스캐닝을 진행하도록 구성된다. 상기 광원은 532nm 대역의 나노초 펄스 레이저를 조사하는 광원으로서, 광원에서 조사되는 LASER 빔은 거울(M1,M2)를 거쳐 시준기(C1)로 입사되며, 시준기는 정확히 정렬되어 광섬유와 연결된다. 광섬유를 통과함으로써 레이저 빔은 소형화되며, 광섬유를 통과하여 나온 레이저 빔은 다른 시준기(C2)를 거쳐서 일정한 크기의 빔을 만들게 된다. 일정화된 레이저 빔은 대물렌즈(OL)를 거쳐 초점화되고, 수정 렌즈, 빔 결합기 및 음향 렌즈를 거치게 되고, 최종적으로 3차원 스캐너를 거쳐서 샘플에 조사되어 3차원 스캐닝을 진행하게 된다. 스캐닝되어 샘플에 조사된 레이저 빔을 광음향 효과(Photoacoustic effect)에 의해서 음향 신호를 발생시키게 되고, 3차원 스캐너, 음향 렌즈, 빔 결합기를 거쳐서 트랜스듀서(TR)에 신호가 획득된다. 획득된 신호는 데이터 획득 장치에 저장되어, 후술되는 제어 장치에 의해 2차원 및 3차원 광음향 영상을 출력하게 된다. 2 is a laparoscopic apparatus based on an optoacoustic image according to a first embodiment of the present invention, schematically showing the structure of an optoacoustic imaging apparatus 100 for providing a laser beam provided from a light source to an affected area. It is a configuration diagram. 2, the photoacoustic imaging apparatus 100 includes a light source, mirrors M1 and M2 and collimators C1 and C2, an objective lens OL, a crystal lens CL, a beam combiner BC, It is configured to include an acoustic lens (AL) and a three-dimensional scanner (SC), and to irradiate a laser beam to the sample to perform three-dimensional scanning. The light source is a light source irradiating a nanosecond pulse laser of 532 nm band, and the LASER beam irradiated from the light source is incident on the collimator C1 through the mirrors M1 and M2, and the collimator is precisely aligned and connected to the optical fiber. By passing through the optical fiber, the laser beam is miniaturized, and the laser beam emitted through the optical fiber passes through another collimator (C2) to make a beam of a certain size. The standardized laser beam is focused through the objective lens (OL), passes through a crystal lens, a beam combiner, and an acoustic lens, and is finally irradiated to a sample through a three-dimensional scanner to perform three-dimensional scanning. The scanned laser beam irradiated onto the sample generates an acoustic signal by a photoacoustic effect, and the signal is acquired by the transducer TR through a 3D scanner, an acoustic lens, and a beam combiner. The acquired signal is stored in the data acquisition device, and 2D and 3D photoacoustic images are output by a control device to be described later.

상기 제어 장치(110)는 상기 광음향 영상 촬상 장치의 트랜스듀서에 의해 실시간 획득된 광음향 신호를 이용하여 2차원 및 3차원 광음향 영상을 생성하여 디스플레이 모듈에 출력한다. 따라서, 디스플레이 모듈에 실시간으로 출력되는 광음향 영상들을 이용하여 실시간으로 혈관의 내부의 물체 또는 병소의 존재 유무 및 위치 정보를 추출할 수 있게 된다. 측정가능한 상기 혈관 내부에 위치한 물체는 카테터 또는 풍선형 카테터를 포함할 수 있다. The control device 110 generates two-dimensional and three-dimensional photoacoustic images by using the photoacoustic signals acquired in real time by the transducer of the photoacoustic image capturing apparatus, and outputs them to the display module. Accordingly, it is possible to extract the presence or absence of an object or a lesion inside the blood vessel and location information in real time using the photoacoustic images output to the display module in real time. The measurable object located within the blood vessel may include a catheter or a balloon catheter.

상기 카테터는 단부에 풍선이 장착되어 혈관 내부로 주입될 수 있는 풍선형 카테터로 구성될 수 있으며, 상기 광음향 영상 촬상 장치는 혈관 내부에 위치한 상기 풍선형 카테터를 추적하여 풍선형 카테터를 포함하는 광음향 영상을 촬상하여 제공한다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 복강경 장치에 있어서, 풍선형 카테터에 대한 사진이다. The catheter may be configured as a balloon-type catheter that is equipped with a balloon at the end and can be injected into the blood vessel, and the optoacoustic imaging device tracks the balloon-type catheter located inside the blood vessel and includes a balloon-type catheter. It provides an audio image by capturing it. 3 is a photograph of a balloon-type catheter in the laparoscopic apparatus based on the photoacoustic image according to the first embodiment of the present invention.

상기 풍선형 카테터는 그 단부에 풍선이 장착된 카테터로서, 풍선의 내부에는 혈관으로부터 방출되는 광음향 신호를 증폭 또는 감쇄시키는 물질이 충진되거나 도포될 수 있으며, 혹은 풍선이 광음향 신호를 증폭 또는 감쇄시키는 물질로 제작될 수 있다. 상기 광음향 신호를 증폭시키는 물질로는 조영제 또는 물이 사용되거나 풍선을 불투명하게 만드는 유색 물질이 사용될 수 있다. 상기 조영제는 광음향 소영제, 메틸렌 블루, ICG 등과 같은 물질이 사용될 수 있으며, 선택적인 파장에 대해서 신호를 구분해 낼 수 있게 된다. 또한, 광음향 신호를 감쇄시키는 물질로는 공기 등이 있으며, 상기 풍선 내부를 공기로 충진시킬 수 있다. 상기 풍선에 충진된 물질은 조영제, 물 및 공기 중 하나로 구성될 수 있다. The balloon-type catheter is a catheter equipped with a balloon at its end, and a material for amplifying or attenuating the photoacoustic signal emitted from the blood vessel may be filled or applied inside the balloon, or the balloon amplifies or attenuates the photoacoustic signal. It can be made of a material that As a material for amplifying the photoacoustic signal, a contrast agent or water may be used, or a colored material that makes the balloon opaque may be used. The contrast agent may be a material such as a photoacoustic contrast agent, methylene blue, ICG, or the like, and it is possible to distinguish a signal with respect to a selective wavelength. In addition, the material for attenuating the photoacoustic signal includes air, and the inside of the balloon may be filled with air. The material filled in the balloon may be composed of one of a contrast agent, water and air.

한편, 본 발명에 따른 복강경 장치가 추적하고자 하는 풍선형 카테터는, 측정하고자 하는 병소의 특징에 따라 결정된 물질을 상기 카테터의 풍선에 주입시키도록 구성될 수 있다. On the other hand, the balloon-type catheter to be tracked by the laparoscopic apparatus according to the present invention may be configured to inject a material determined according to the characteristics of the lesion to be measured into the balloon of the catheter.

광음향 영상 촬상 장치는 측정 대상물에 레이저 빔을 조사하여 레이저 빔 조사에 따라 측정 대상물로부터 발생되는 광음향 신호를 측정하고, 측정된 광음향 신호를 이용하여 3차원 광음향 영상을 획득하게 된다. 초음파 영상과 마찬가지로, 공기중에서는 광음향 신호가 전달될 때 신호 감쇄가 매우 크고, 물이나 공기가 없는 경우에는 신호 감쇄가 감소하게 된다. 따라서, 풍선에 물을 주입하여 충진시킨 경우, 레이저 빔이 카테터 코어에 조사되고, 코어에서 광음향 신호가 발생되면 물을 통해서 측정 가능하게 된다. 상기 조영제는 광음향 소영제, 메틸렌 블루, ICG 등과 같은 물질이 사용될 수 있으며, 선택적인 파장에 대해서 신호를 구분해 낼 수 있게 된다. 따라서, 물과 공기는 특수 병소라고 생각되는 부위를 찾기 위하여 풍선의 충진 물질로 사용될 수 있을 것이다. The photoacoustic image pickup apparatus irradiates a laser beam to the measurement object, measures the photoacoustic signal generated from the measurement object according to the laser beam irradiation, and obtains a three-dimensional photoacoustic image by using the measured photoacoustic signal. As with the ultrasound image, when a photoacoustic signal is transmitted in the air, the signal attenuation is very large, and when there is no water or air, the signal attenuation is decreased. Therefore, when the balloon is filled by injecting water, a laser beam is irradiated to the catheter core, and when a photoacoustic signal is generated from the core, it can be measured through water. The contrast agent may be a material such as a photoacoustic contrast agent, methylene blue, ICG, or the like, and it is possible to distinguish a signal with respect to a selective wavelength. Thus, water and air could be used as filling materials for balloons to find areas thought to be special lesions.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 광음향 영상을 기반으로 한 카테터 위치 확인 장치의 구조 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the structure and operation of a catheter positioning device based on a photoacoustic image according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

상기 제2 실시예에 따른 카테터 위치 확인 장치는 광음향 영상 촬상 장치, 제어 장치 및 풍선형 카테터를 구비하고, 상기 광음향 영상을 통해 상기 풍선형 카테터의 위치를 확인할 수 있도록 구성된다. The catheter positioning device according to the second embodiment includes a photoacoustic image imaging device, a control device, and a balloon-type catheter, and is configured to confirm the position of the balloon-type catheter through the photoacoustic image.

상기 광음향 영상 촬상 장치 및 풍선형 카테터의 구조 및 동작은 제1 실시예의 그것들과 동일하다. 본 실시예에 따른 카테터 위치 학인 장치는 혈관 내부에 위치한 카테터의 위치를 확인하기 위하여 사용된다. The structures and operations of the photoacoustic imaging device and the balloon-type catheter are the same as those of the first embodiment. The catheter positioning device according to the present embodiment is used to confirm the position of the catheter located inside the blood vessel.

따라서, 상기 광음향 영상 촬상 장치는 혈관 내부로 투과할 수 있는 광원을 구비하는 것이 바람직하다. Therefore, it is preferable that the photoacoustic imaging apparatus includes a light source that can penetrate into the blood vessel.

또한 풍선형 카테터의 풍선은 측정 대상물로부터 방출되는 광음향 신호를 증폭 또는 감쇄시키는 물질이 풍선의 내부에 충진되거나 도포되는 것이 바람직하며, 충진 물질로는 물, 공기, 조영제 중 하나가 사용되거나 공기도 주입되지 않도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 풍선은 광음향 신호를 증폭 또는 감쇄시키는 물질로 제작될 수 있다. 광음향 신호를 증폭시키는 물질 및 감쇄시키는 물질은 제1 실시예에서 설명한 것들과 동일하다. In addition, the balloon of the balloon catheter is preferably filled or coated with a material that amplifies or attenuates the photoacoustic signal emitted from the measurement object, and as the filling material, one of water, air, contrast agent is used, or air It may be configured not to be injected. In addition, the balloon may be made of a material that amplifies or attenuates the photoacoustic signal. The materials for amplifying and attenuating the photoacoustic signal are the same as those described in the first embodiment.

한편, 상기 카테터 위치 확인 장치는 제어 장치를 더 구비할 수 있으며, 상기 제어 장치는 광음향 영상 촬상 장치로부터 제공되는 광음향 영상 신호를 이용하여 2차원 또는 3차원 광음향 영상을 생성하여 디스플레이 모듈에 출력시키게 된다. On the other hand, the catheter positioning device may further include a control device, wherein the control device generates a two-dimensional or three-dimensional photoacoustic image using the photoacoustic image signal provided from the photoacoustic image pickup device to the display module will output

본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 광음향 영상을 이용한 장치에 있어서, 풍선형 카테터에 충진된 물질들에 따라 광음향 신호의 증폭 및 감쇄 정도를 확인하기 위한 실험을 하였고 이에 대한 결과들이 도 4 내지 도 6이다. 실험의 내용은, 렛트의 대동맥에 NaCl3를 접촉시켜 혈전을 인위적으로 만든 후 서로 다른 물질들이 풍선 내부에 주입된 풍선형 카테터를 삽입하여 획득된 광음향 영상들이다. 풍선의 상태는 공기가 없는 경우, 공기가 있는 경우, 물이 주입된 경우로 나누어 실험하였다. In the apparatus using the photoacoustic image according to the first and second embodiments of the present invention, an experiment was conducted to confirm the degree of amplification and attenuation of the photoacoustic signal according to the materials filled in the balloon-type catheter, and the results are 4 to 6 are. The contents of the experiment are photoacoustic images obtained by artificially forming a thrombus by contacting NaCl3 with the aorta of a rat and inserting a balloon-type catheter in which different materials are injected into the balloon. The state of the balloon was divided into the case of no air, the presence of air, and the case of injection of water.

도 4는 풍선의 내부에 공기가 없는 상태에서의 혈관 내 카테터에 대한 광음향 영상들로서, (ⅰ)은 혈관에 대한 실제 영상이며, (ⅱ)는 광음향 3차원 영상이며 (ⅲ)은 2차원 광음향 단층 영상이다. (ⅱ)를 통해, 공기가 없는 상태에서, 혈전의 위치와 일부 카테터가 같이 영상화되는 것을 볼 수 있으며, (ⅲ)을 통해 2차원 광음향 단층 영상에서도 신호가 보임을 확인할 수 있다. 4 is an optoacoustic image of an intravascular catheter in a state where there is no air inside the balloon, (i) is an actual image of the blood vessel, (ii) is an optoacoustic three-dimensional image, and (iii) is a two-dimensional This is an optoacoustic tomography image. Through (ii), it can be seen that the position of the thrombus and some catheters are imaged together in the absence of air, and through (iii), it can be confirmed that the signal is also visible in the 2D photoacoustic tomography image.

도 5는 풍선의 내부에 공기가 있는 상태에서의 혈관 내 카테터에 대한 광음향 영상들로서, (ⅰ)은 혈관에 대한 실제 영상이며, (ⅱ)는 광음향 3차원 영상이며 (ⅲ)은 2차원 광음향 단층 영상이다. (ⅱ) 와 (ⅲ)를 통해, 2차원 광음향 영상 및 3차원 광음향 영상에서, 카테터의 풍선에 공기가 주입됨에 따라 초음파 신호의 전달이 급속히 줄어들어 광음향 신호가 발생되지 않고, 그 외 지역에서 신호가 발생되는 혈전의 위치를 정학하게 감지할 수 있음을 확인할 수 있다. 5 is an optoacoustic image of an intravascular catheter in a state in which air is present inside the balloon, wherein (i) is an actual image of the vessel, (ii) is an optoacoustic three-dimensional image, and (iii) is a two-dimensional This is an optoacoustic tomography image. Through (ii) and (iii), in the 2D photoacoustic image and the 3D optoacoustic image, as air is injected into the balloon of the catheter, the transmission of the ultrasound signal is rapidly reduced, so that the photoacoustic signal is not generated, and the photoacoustic signal is not generated in other areas It can be seen that the position of the thrombus where the signal is generated can be accurately detected.

도 6은 풍선의 내부에 물이 주입된 상태에서의 혈관 내 카테터에 대한 광음향 영상들로서, (ⅰ)은 혈관에 대한 실제 영상이며, (ⅱ)는 광음향 3차원 영상이며 (ⅲ)은 2차원 광음향 단층 영상이다. (ⅱ)와 (ⅲ)을 통해 3차원 광음향 영상 및 2차원 광음향 단층 영상에서 전체적인 카테터에 대한 영상을 확인할 수 있다. 6 is an optoacoustic image of an intravascular catheter in a state in which water is injected into the balloon, (i) is an actual image of the blood vessel, (ii) is an optoacoustic three-dimensional image, and (iii) is 2 It is a dimensional optoacoustic tomography image. Through (ii) and (iii), images of the entire catheter can be confirmed in the 3D optoacoustic image and the 2D optoacoustic tomography image.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. In the above, the present invention has been described with respect to the preferred embodiment thereof, but this is merely an example and does not limit the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the essential characteristics of the present invention. It will be appreciated that various modifications and applications not exemplified above in the scope are possible. In addition, differences related to such modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention defined in the appended claims.

10 : 광음향 영상 기반 복강경 장치
100 : 광음향 영상 촬상 장치
110 : 제어 장치
120 : 풍선형 카테터10: Optoacoustic image-based laparoscopic device
100: photoacoustic image capturing device
110: control device
120: balloon catheter

Claims (16)

광원 및 트랜스듀서를 구비하여, 혈관의 외부에서 혈관의 내부에 대한 광음향 신호를 획득하여 제공하는 광음향 영상 촬상 장치; 및
상기 광음향 영상 촬상 장치로부터 제공된 광음향 신호들을 이용하여 2차원 또는 3차원 광음향 영상을 생성하여 디스플레이 모듈을 통해 출력하는 제어 장치;
를 구비하여, 상기 광음향 영상을 통해 혈관내부의 물체 또는 병소에 대한 정보를 확인할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하며,
상기 광음향 영상을 통해 확인할 수 있는 상기 혈관 내부의 물체는 혈관 내부로 삽입된 풍선형 카테터이며, 상기 풍선형 카테터는 광음향 신호를 증폭 또는 감쇄시키는 물질이 풍선의 표면에 도포되거나 풍선의 내부에 충진된 것을 특징으로 하며,
상기 광음향 영상 촬상 장치는 혈관 내부에 위치한 상기 풍선형 카테터를 추적하여 풍선형 카테터를 포함하는 광음향 영상을 촬상하여 제공함으로써, 광음향 영상을 통해 상기 혈관 내부에 삽입된 풍선형 카테터의 위치를 확인하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광음향 영상을 기반으로 한 복강경 장치.an optoacoustic image imaging device provided with a light source and a transducer to obtain and provide a photoacoustic signal from the outside of the blood vessel to the inside of the blood vessel; and
a control device for generating a two-dimensional or three-dimensional photoacoustic image using the photoacoustic signals provided from the photoacoustic image capturing device and outputting it through a display module;
It is characterized in that it is configured to check information about an object or lesion inside a blood vessel through the photoacoustic image,
The object inside the blood vessel, which can be confirmed through the photoacoustic image, is a balloon-type catheter inserted into the blood vessel, and the balloon-type catheter is a balloon-type catheter in which a material amplifying or attenuating a photoacoustic signal is applied to the surface of the balloon or inside the balloon. It is characterized in that it is filled,
The photoacoustic imaging device tracks the balloon-type catheter located inside the blood vessel and provides a photoacoustic image including the balloon-type catheter, thereby determining the position of the balloon-type catheter inserted into the blood vessel through the photoacoustic image. Laparoscopic device based on the photoacoustic image, characterized in that configured to confirm. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 풍선형 카테터에 장착된 풍선은
혈관으로부터 방출되는 광음향 신호를 증폭 또는 감쇄시키는 물질이 풍선의 내부에 충진되거나,
상기 광음향 신호를 증폭 또는 감쇄시키는 물질로 제작되거나,
상기 광음향 신호를 증폭 또는 감쇄시키는 물질이 풍선의 표면에 도포된 것을 특징으로 하는 광음향 영상을 기반으로 한 복강경 장치.According to claim 1, wherein the balloon mounted on the balloon catheter
A material that amplifies or attenuates the photoacoustic signal emitted from the blood vessel is filled in the inside of the balloon, or
It is made of a material that amplifies or attenuates the photoacoustic signal, or
A laparoscopic device based on a photoacoustic image, characterized in that a material for amplifying or attenuating the photoacoustic signal is applied to the surface of the balloon. 제5항에 있어서, 상기 풍선에 충진된 물질은
조영제, 물 및 공기 중 하나인 것을 특징으로 하는 광음향 영상을 기반으로 한 복강경 장치.According to claim 5, wherein the material filled in the balloon
A laparoscopic device based on a photoacoustic image, characterized in that it is one of a contrast agent, water, and air. 제5항에 있어서, 상기 풍선의 표면에 도포되거나 풍선으로 제작되는 물질은
풍선을 불투명하게 만드는 유색 물질 또는 조영제 중 하나인 것을 특징으로 하는 광음향 영상을 기반으로 한 복강경 장치.According to claim 5, wherein the material applied to the surface of the balloon or made into a balloon
A laparoscopic device based on photoacoustic imaging, characterized in that it is one of a colored material or a contrast agent that makes the balloon opaque. 측정 대상물의 외부에서 측정 대상물의 내부에 대한 광음향 영상을 촬상하여 제공하는 광음향 영상 촬상 장치;
상기 광음향 영상 촬상 장치로부터 제공된 광음향 신호들을 이용하여 2차원 또는 3차원 광음향 영상을 생성하여 디스플레이 모듈을 통해 출력하는 제어 장치; 및
단부에 풍선이 탑재되어 측정 대상물의 내부로 주입되는 풍선형 카테터;
를 구비하고, 상기 풍선형 카테터는 측정 대상물로부터 방출되는 광음향 신호를 증폭 또는 감쇄시키는 물질이 풍선의 내부에 충진되거나 풍선의 표면에 도포된 것을 특징으로 하며,
상기 광음향 영상 촬상 장치는 측정 대상물의 내부에 주입된 상기 풍선형 카테터를 추적하여 풍선형 카테터를 포함하는 광음향 영상을 촬상하여 제공함으로써, 광음향 영상을 통해 상기 측정 대상물의 내부에 주입된 풍선형 카테터의 위치를 확인하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광음향 영상을 기반으로 한 카테터 위치 확인 장치.a photoacoustic image pickup device for capturing and providing a photoacoustic image of the inside of the measurement object from the outside of the measurement object;
a control device for generating a two-dimensional or three-dimensional photoacoustic image using the photoacoustic signals provided from the photoacoustic image capturing device and outputting it through a display module; and
The balloon-type catheter is mounted on the end of the balloon is injected into the object to be measured;
Having, the balloon-type catheter is characterized in that a material for amplifying or attenuating the photoacoustic signal emitted from the measurement object is filled in the inside of the balloon or applied to the surface of the balloon,
The photoacoustic image imaging device tracks the balloon-type catheter injected into the measurement object and provides a photoacoustic image including the balloon-type catheter by capturing and providing a balloon injected into the measurement object through the photoacoustic image. Catheter positioning device based on an optoacoustic image, characterized in that configured to confirm the position of the catheter type. 제8항에 있어서, 상기 측정 대상물은 혈관인 것을 특징으로 하는 광음향 영상을 기반으로 한 카테터 위치 확인 장치.The apparatus of claim 8, wherein the measurement target is a blood vessel. 제8항에 있어서, 상기 광음향 영상 촬상 장치는
혈관 내부로 투과할 수 있는 광원을 구비한 것을 특징으로 하는 광음향 영상을 기반으로 한 카테터 위치 확인 장치.The method of claim 8, wherein the photoacoustic imaging device is
A catheter positioning device based on a photoacoustic image, characterized in that it has a light source that can penetrate into the blood vessel. 삭제delete 삭제delete 제8항에 있어서, 상기 풍선은 내부에 조영제가 충진된 것을 특징으로 하는 광음향 영상을 기반으로 한 카테터 위치 확인 장치.According to claim 8, wherein the balloon is a catheter positioning device based on a photoacoustic image, characterized in that the contrast agent is filled therein. 제8항에 있어서, 상기 풍선은 내부에 물이 충진되어 측정 대상물로부터 발생되는 음향 신호를 증폭시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 광음향 영상을 기반으로 한 카테터 위치 확인 장치.According to claim 8, wherein the balloon is filled with water inside the catheter positioning device based on the photoacoustic image, characterized in that configured to amplify the acoustic signal generated from the measurement object. 제8항에 있어서, 상기 풍선은 내부에 공기가 충진된 것을 특징으로 하는 광음향 영상을 기반으로 한 카테터 위치 확인 장치.According to claim 8, wherein the balloon catheter positioning device based on the photoacoustic image, characterized in that the air is filled inside. 제8항에 있어서, 상기 풍선은
광음향 신호를 증폭 또는 감쇄시키는 물질로 제작된 것을 특징으로 하는 광음향 영상을 기반으로 한 카테터 위치 확인 장치.The method of claim 8, wherein the balloon
A catheter positioning device based on a photoacoustic image, characterized in that it is made of a material that amplifies or attenuates the photoacoustic signal.
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