KR102393807B1 - 의료 이미징에서의 표면 스캐닝 방법 및 관련 장치 - Google Patents

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Abstract

의료 이미징에서의 표면 스캐닝을 위한 방법 및 장치가 제공된다. 상기 표면 스캐닝 장치는, 이미지 소스; 근위 단부들 및 원위 단부들을 지니는 제1 광 섬유들을 포함하는 제1 광 섬유 다발; 및 상기 이미지 소스로부터 상기 제1 광 섬유들의 근위 단부들 내로 이미지를 커플링 하기 위한 제1 광 커플러; 를 포함하며, 상기 제1 광 커플러는 제1 렌즈 요소 및 제2 렌즈 요소를 포함하는 복수 개의 렌즈 요소들을 포함하고, 상기 복수 개의 렌즈 요소들 각각은 상기 제1 광 커플러의 원위 단부에 면하는 주 표면, 및 상기 제1 광 커플러의 근위 단부에 면하는 보조 표면을 포함한다.

Description

의료 이미징에서의 표면 스캐닝 방법 및 관련 장치{Method for surface scanning in medical imaging and related apparatus}
본 발명은 의료 이미징, 특히 자기 공명 이미징(magnetic resonance imaging; MRI), 양전자 방출 단층촬영(positron emission tomography; PET), 및/또는 결합형 MRI/PET에서의 표면 스캐닝 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 표면 스캐닝/움직임 추적 특히 (PET, MRI, CT, SPECT 또는 PET/CT 및 MRI/PET와 같은 결합형 스캐너들의 내부 보어) 내측의 작은 기하학적 구조들을 표면 스캐닝/움직임 추적하기 위해 사용될 수 있다.
지난 10년 동안, 뇌 이미징에서의 표면 스캐닝 및 움직임 추적 방법이 다수 개발되었지만, 스캐닝 동안 머리의 움직임은 아티팩트(artefact)들을 일으켜서 이미지 품질을 상당히 감소시키는 중요한 문제인 것에 속한다.
공지된 방법들은 이미지 기반 움직임 추적 및 보정뿐만 아니라 외부 추적 시스템들을 포함한다. 많은 외부 추적 시스템은 환자 머리에 부착된 마커들을 사용한다. 이는 잠재적으로 오류들을 도입시키고 스캔을 위한 환자 준비 프로세스를 복잡하게 함으로써 임상 진료의 유용성을 감소시킨다. 그에 따라, 의료 뇌 이미징 용으로 개발된 이미지 기반 움직임 추적 방법들은 충분히 높은 시간적 및 공간적 분해능을 동시에 획득할 수 있는 능력의 결여에 직면하고 있는 것이 일반적이다. 더욱이, (MRI에 대해 10분 1밀리미터에 이르기까지 그리고 PET에 대해 수 밀리미터에 이르기까지의) 최신 의료 스캐너들의 높은 분해능은 움직임 추적 시스템들에 대해 엄격한 요건들을 설정하고 있다.
미국특허출원공개공보 US2013/0093866
본 발명은 의료 이미징에서의 개선된 표면 스캐닝 방법 및 장치에 관한 것이다. 그러므로 본원 명세서에서는 환자 추적용으로 사용될 수 있는 의료 이미징에서의 표면 스캐닝 방법이 개시되어 있으며, 상기 방법은 a) 이미지 소스 및 근위 단부(proximal end)들 및 원위 단부(distal end)들을 지니는 제1 광 섬유들을 포함하는 제1 광 섬유 다발을 제공하는 단계; b) 의료 스캐너의 스캐너 보어 홀 내에 상기 제1 광 섬유들의 원위 단부들을 배치하는 단계; c) 상기 이미지 소스로부터 제1 광 커플러의 근위 단부 내로 이미지를 공급하는 단계로서, 상기 제1 광 커플러는 제1 렌즈 요소 및 제2 렌즈 요소를 포함하는 복수 개의 렌즈 요소들을 포함하는, 단계; 및 d) 상기 제1 광 커플러의 원위 단부로부터 상기 제1 광 섬유들의 근위 단부들 내로 이미지를 공급하는 단계; 를 포함한다.
또한, 본원 명세서에서는 의료 이미징에서의 표면 스캐닝을 위한 표면 스캐닝 장치가 개시되어 있으며, 상기 장치는 a) 이미지 소스, b) 근위 단부들 및 원위 단부들을 지니는 제1 광 섬유들을 포함하는 제1 광 섬유 다발, 및 c) 상기 이미지 소스로부터 상기 제1 광 섬유들의 근위 단부들 내로 이미지를 커플링 하기 위한 제1 광 커플러를 포함하며, 상기 제1 광 커플러는 제1 렌즈 요소 및 제2 렌즈 요소를 포함하는 복수 개의 렌즈 요소들을 포함하고, 상기 복수 개의 렌즈 요소들 각각은 상기 제1 광 커플러의 원위 단부에 면하는 주 표면, 및 상기 제1 광 커플러의 근위 단부에 면하는 보조 표면을 포함한다.
위에서 언급한 방법 및/또는 표면 스캐닝 장치에 의해 무선 방출 구성부품들 및/또는 강자성 구성부품들과 같은 잡음을 생성하는 구성부품들이 상기 보어로부터 분리되어 있으며 상기 보어에 내재해 있지 않게 되어 있는 개선된 표면 스캐닝 방법 및/또는 움직임 추적 방법이 획득된다. 더욱이, 완전히 회피되지 않는 경우에는 오클루젼 효과(occlusion effect)들이 대폭 감소한다. 더욱이, 상기 보어 홀 내에서 스캐닝 되는 대상에 대한 개선된 이미지 품질이 제공된다. 스캐너 및 광 소스 간의 긴 거리로 인한 이미지 품질의 감소에 대한 앞서 살펴본 문제들은 광 섬유들의 사용으로 인해 회피되는데, 이는 심지어 더 긴 거리에 걸쳐서도 높은 이미지 품질을 보장한다.
상기 방법은 의료 이미징에서의 움직임 추적 방법에 특히 유용하며 상기 표면 스캐닝 장치는 움직임 추적 장치일 수 있다.
상기 방법 및/또는 표면 스캐닝 장치에 의해 매우 콤팩트한 소자가 부가적으로 획득되는데, 이는 스캐너 내에 용이하게 합체될 수도 있고 기존의 스캐닝 시스템들에 대한 부속품으로서 사용될 수도 있다.
당업자에게는 본 발명의 위에서 언급한 특징들 및 이점들 그리고 다른 특징들 및 이점들이 첨부도면들을 참조한 본 발명의 전형적인 실시 예들에 대한 이하의 구체적인 설명에 의해 용이하게 자명해질 것이다.
도 1a는 의료 스캐너 및 컴퓨터 시스템과 연관되어 있는 표면 스캐닝 장치를 개략적으로 예시하는 도면이다.
도 1b는 전형적인 표면 스캐닝 장치를 개략적으로 예시하는 도면이다.
도 2는 전형적인 표면 스캐닝 장치의 부품들을 개략적으로 예시하는 도면이다.
도 3은 전형적인 표면 스캐닝 장치의 부품들을 개략적으로 예시하는 도면이다.
도 4는 전형적인 표면 스캐닝 장치의 부품들을 개략적으로 예시하는 도면이다.
도 5는 전형적인 표면 스캐닝 장치의 부품들을 개략적으로 예시하는 도면이다.
도 6a는 광 커플러에서 서로 다른 렌즈 요소들을 가지고 이미지 크기를 감소시키는 구성을 개략적으로 예시하는 도면이다.
도 6b는 광 커플러에서 서로 다른 렌즈 요소들을 가지고 이미지 크기를 증가시키는 구성을 개략적으로 예시하는 도면이다.
도 7a는 릴레이 렌즈 커플러를 개략적으로 예시하는 도면이다.
도 7b는 변형적인 릴레이 렌즈 커플러를 개략적으로 예시하는 도면이다.
첨부도면들은 명확성을 위해 개략적이고 간략화된 것으로, 상기 첨부도면들에는 단지 본 발명을 이해하는데 필수적인 세부들만이 도시되어 있고 다른 세부들은 배제되어 있을 수 있다. 첨부도면들 전반에 걸쳐, 동일한 참조부호들은 동일하거나 대응되는 부분들에 사용된다.
표면 스캐닝은 시간 경과에 따른 표면 및 표면 포인트들의 공간적 위치를 추적하는 것 및/또는 소정 시간에 표면 또는 표면 포인트들의 공간적 위치를 추적/결정하는 것을 통합한다.
의료 스캐너는 자기 공명(magnetic resonance; MR) 스캐너일 수 있다. 더욱이, 움직임 추적 방법 및 장치는 양전자 방출 단층촬영(positron emission tomography; PET) 스캐너, 단일 광자 방출 컴퓨터 단층촬영(single photon emission computed tomography; SPECT) 스캐너 또는 컴퓨터 단층촬영(computed tomography; CT) 스캐너와 같은 다른 의료 스캐너들에 의해 획득된 스캐닝 이미지들의 움직임 보정용으로 채용될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시 형태들에서는, 상기 방법 및 장치가 결합형 PET-MR 스캐너 또는 결합형 PET-CT 스캐너에서 환자의 움직임 보정용으로 채용될 수 있다.
상기 방법 또는 상기 장치에서 제공되는 이미지 소스는 광 소스 및/또는 디지털 마이크로미러 소자(digital micromirror device; DMD) 칩을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 DMD 칩은 상기 광 소스로부터 유입되는 광을 변조함으로써 사전에 결정된 이미지 소스를 생성하기 위한 것이다.
상기 이미지 소스는 수정된 '디지털 광원 처리(digital light processing)' 투영기일 수 있다.
이미지를, 예컨대 상기 이미지 소스로부터 제1 광 커플러의 근위 단부(proximal end) 내로 그리고/또는 상기 제1 광 커플러의 원위 단부(distal end)로부터 제1 광 섬유들의 근위 단부들 내로 공급하는 것은 하나의 패턴 또는 복수 개의 서로 다른 패턴들을 포함하는 패턴 시퀀스를 공급하는 것을 포함할 수 있다.
상기 이미지 소스는 패턴 시퀀스, 예컨대 복수 개의 서로 다른 패턴들, 예컨대 보어 홀 내의 환자의 표면 영역 또는 장면(scene) 상에 패턴들을 투영하기 위한 복수 개의 서로 다른 패턴들을 포함하는 패턴 시퀀스를 제공하도록 구성될 수 있다. 패턴 시퀀스(S), 예컨대 제1 패턴 시퀀스(S1) 및/또는 제2 패턴 시퀀스(S2)는 1차 패턴 및 2차 패턴을 포함하는 복수 개의 서로 다른 패턴들과 같은 하나 이상의 패턴들(P)을 포함한다. 패턴 시퀀스는 다수(N) 개의 패턴을 포함하거나 다수(N) 개의 패턴으로 이루어진다. 패턴 시퀀스는 패턴 시퀀스 매개변수들, 예를 들면 패턴들의 개수, 대응 패턴들의 구성/구조, 패턴들의 순서 및/또는 패턴 시퀀스의 패턴(들) 타이밍을 포함하는 패턴 시퀀스 매개변수들에 의해 정의될 수 있다. 패턴 시퀀스의 지속기간은 1밀리 초에서부터 약 1초에 이르기까지의 범위를 이루고 있을 수 있다. 상기 패턴 시퀀스의 지속기간은 약 10밀리 초, 약 20밀리 초, 약 50밀리 초, 약 100밀리 초 또는 약 200밀리 초일 수 있다.
한 패턴은 다수의 픽셀, 예컨대 제1 및 제2축을 따른 어레이로 배열된 다수의 픽셀을 포함할 수 있다. 한 패턴은 상기 패턴 내에 각각의 픽셀 및/또는 하나 또는 그 이상의 픽셀 그룹들의 픽셀 설정치들(컬러/파장 및/또는 강도)을 포함하는 패턴 매개변수들에 의해 정의될 수 있다. 한 패턴의 픽셀 그룹은 한 패턴의 R을 나타낸 서브영역(subregion)으로 지칭될 수 있다. 따라서, 한 패턴은 하나 이상의 서브영역들(R1, R2, R3,...)을 포함할 수 있으며, 한 서브영역은 하나 이상의 픽셀들을 포함한다. 패턴 시퀀스 매개변수들은 패턴 매개변수들, 예컨대, 1차 패턴, 2차 패턴 및/또는 3차 패턴의 패턴 매개변수들을 포함할 수 있다.
상기 이미지 소스는 광 변조기를 포함할 수 있다.
상기 광 변조기 또는 DMD 칩은 상기 보어 홀에 내재하는 환자의 표면 영역 또는 장면(scene) 상에 패턴들을 투영하도록 구성될 수 있다. 상기 광 변조기는 액정 디스플레이(liquid crystal display; LCD) 칩 또는 DMD 칩을 포함할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시 예들에서는, 상기 광 변조기가 실리콘 상층 액정(liquid crystal on silicon; LCOS) 칩을 포함할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시 예들에서는, 상기 광 변조기가 그리드들, 슬릿들 또는 필터들을 포함할 수 있다. 상기 광 변조기는 투과 또는 반사 광 변조기일 수 있다.
상기 DMD 칩/광 변조기는 대략 9.86㎜ x 6.16㎜인 어레이일 수 있으며 상기 DMD 칩/광 변조기로부터의 이미지는 상기 제1 광 커플러를 가지고 약 6.7㎜ x 5㎜인 근위 단부 크기를 갖는 제1 광 섬유 다발 내로 매핑 된다.
상기 이미지 소스는 제어 유닛으로부터의 제어 신호(들)를 수신하기 위해 상기 제어 유닛에 접속될 수 있다. 상기 제어 신호(들)는 상기 패턴 시퀀스의 패턴(들)의 개수, 구성, 순서 및/또는 타이밍과 같은 패턴 시퀀스 매개변수들을 포함할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시 예들에서는, 상기 제어 신호(들)가 패턴 시퀀스 선택기를 포함할 수 있으며, 상기 이미지 소스는 상기 패턴 시퀀스 선택기에 의존하여 서로 다른 패턴 시퀀스들을 투영하도록 구성될 수 있다.
상기 이미지 소스 및/또는 제1 광 섬유 다발의 분해능은 환자 상에 투영되는 패턴 분해능을 제한한다. 상기 이미지 소스는 환자 상에 유용한 이미지를 투영하도록 적어도 1,000개의 픽셀 또는 적어도 10,000개의 픽셀과 같은 적어도 500개의 픽셀의 분해능을 지닐 수 있다. 한 전형적인 방법 및/또는 장치에서는, 상기 이미지 소스가 HVGA(480x320 픽셀들) 또는 그 이상, 예컨대 (608x684 픽셀들), SVGA(800x600 픽셀들), XGA(1024x768 픽셀들), 720p(1280x720 픽셀들), 또는 1080p(1920x1080 픽셀들)의 분해능을 지닐 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시 예들에서는, 다수의 서로 다른 패턴 시퀀스는 상기 이미지 소스에 저장될 수 있으며, 상기 이미지 소스는 제어 유닛으로부터의 패턴 시퀀스 선택기에 기반을 두고 선택된 패턴 시퀀스를 투영하도록 구성될 수 있다.
한 실시 예에서는, 상기 광 소스가 제1 파장(
Figure 112016047886352-pct00001
)의 광을 방출하도록 구성된 제1 레이저/LED 및/또는 제2 파장(
Figure 112016047886352-pct00002
)의 광을 방출하도록 구성된 제2 레이저/LED를 포함하는 하나 이상의 레이저들 또는 (고출력) LED들을 포함할 수 있다. 상기 광 소스는 또한 제3 파장(
Figure 112016047886352-pct00003
)의 광을 방출하도록 구성된 제3 레이저/LED를 포함할 수 있다.
상기 광 소스는 메탈-핼라이드 램프(metal-halide lamp)와 같은 광역 스펙트럼 광 소스를 포함할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시 예들에서는, 상기 광 소스가 발광 다이오드(light emitting diode; LED)를 포함할 수 있다. 상기 광 소스는 원하는 주파수 스펙트럼/파장 분포를 지니는 광을 형성하기 위한 필터를 포함할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시 예들에서는, 상기 광 소스가 적외선(IR) 또는 근적외선(NIR) 범위, 예를 들면 700㎚에서부터 약 1,000㎚에 이르기까지의 범위, 예컨대 약 850㎚를 이루는 파장의 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시 예들에서는, 상기 광 소스가 UV 범위의 광을 방출하도록 구성될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시 예들에서는, 상기 이미지 소스가 780-900㎚ 범위를 이루고 있는 제1파장(
Figure 112016047886352-pct00004
)의 광을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 파장 범위는 800-860㎚일 수 있다. 상기 제1 레이저/LED는 적색 또는 오렌지색/적색 레이저일 수 있으며, 여기서 상기 제1파장(
Figure 112016047886352-pct00005
)은 약 590㎚에서부터 약 700㎚에 이르기까지의 범위를 이룬다. 하나 또는 그 이상의 실시 예들에서는 상기 제1 파장(
Figure 112016047886352-pct00006
)이 약 635㎚이다. 상기 제1 레이저/LED는 LED일 수 있으며, 여기서 상기 제1 파장(
Figure 112016047886352-pct00007
)은 약 830㎚에서부터 약 870㎚에 이르기까지의 범위, 예컨대 약 850㎚를 이루거나 약 810㎚에서부터 약 850㎚에 이르기까지의 범위를 이룬다. 상기 제1 레이저/LED는 LED일 수 있으며, 여기서 상기 제1 파장(
Figure 112016047886352-pct00008
)은 약 790㎚에서부터 약 830㎚에 이르기까지의 범위, 예컨대 약 810㎚를 이루거나 약 800㎚에서부터 약 820㎚에 이르기까지의 범위를 이룬다.
상기 제2 레이저/LED는 녹색 레이저일 수 있으며, 여기서 상기 제2 파장(
Figure 112016047886352-pct00009
)은 약 490㎚에서부터 약 560㎚에 이르기까지의 범위, 예컨대 약 532㎚를 이룬다. 상기 제2 레이저/LED는 LED일 수 있으며, 여기서 상기 제2 파장(
Figure 112016047886352-pct00010
)은 약 880nm에서부터 약 920nm에 이르기까지의 범위, 예컨대 약 900nm를 이룬다.
상기 제3 레이저/LED는 청색 또는 보라색 레이저일 수 있으며, 예컨대 여기서 상기 제3 파장(
Figure 112016047886352-pct00011
)은 430㎚에서부터 약 490㎚에 이르기까지의 범위, 예컨대 약 445㎚를 이루거나 약 473㎚를 이룬다. 상기 제3 레이저/LED는 LED일 수 있으며, 예컨대 여기서 상기 제3 파장(
Figure 112016047886352-pct00012
)은 930㎚에서부터 약 1,000㎚에 이르기까지의 범위, 예컨대 약 940㎚를 이룬다.
상기 광 소스는 UV 소스, 예컨대 약 230㎚에서부터 약 400㎚에 이르기까지의 범위, 예컨대 약 350㎚를 이루는 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성된 UV 소스를 포함할 수 있다.
하나 또는 그 이상의 미러들 또는 프리즘이 상기 광 소스 및/또는 이미지 소스로부터 상기 제1 광 커플러로 광 또는 이미지를 안내하는데 사용될 수 있다. 이에 대한 다른 예들이 도 2 - 도 5에 도시되어 있으며 도 2 - 도 5와 연관지어 설명될 것이다.
상기 제1 광 커플러는 우수 개의 렌즈 요소들, 예컨대, 2개, 4개, 6개, 8개, 10개, 12개 또는 그 이상의 렌즈 요소들을 포함하거나 2개, 4개, 6개, 8개, 10개, 12개 또는 그 이상의 렌즈 요소들로 이루어질 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시 예들에서는, 10개의 렌즈가 상기 제1 광 커플러에 포함된다. 다른 한 실시 예에서는, 6개의 렌즈가 상기 제1 광 커플러에 포함된다. 낮은 개수의 렌즈를 선택할 경우에, 광 손실이 최소로 유지되지만, 많은 렌즈를 선택할 경우에는 이미지 품질이 개선되고 왜곡 및 불명료함(blurriness)이 감소 된다. 상기 릴레이 렌즈 요소는 4개 내지 12개의 렌즈 요소들을 포함할 수 있다.
상기 제1 광 커플러는 상기 이미지가 상기 제1 광 커플러를 통과한 후에 상기 이미지의 크기를 증가시키거나 감소시키도록 구성될 수 있다. 한 전형적인 방법/장치에서는, 상기 제1 광 커플러에서의 렌즈 요소들은 1:1.2 비율로 유입되는 이미지 크기를 매핑함으로써, 상기 제1 광 커플러의 원위 단부로부터 유출되는 이미지의 이미지 크기는 상기 제1 광 커플러의 근위 단부에서 상기 제1 광 커플러로 유입되는 이미지의 크기에 비해 20% 크다. 일반적으로, 상기 이미지 크기는 1:0.5(다시 말하면 유출되는 이미지가 유입되는 이미지보다 50% 작음)에서부터 1:2에 이르기까지의 범위로 매핑될 수 있다.
유리한 점으로는, 상기 제1 광 커플러가 릴레이 렌즈 커플러일 수 있다.
상기 제1 광 커플러의 원위 단부는 클릭-해제-커플링(click-release-coupling)에 의해 상기 제1 광 섬유 다발의 근위 단부에 해제 가능하게 고정될 수 있다. 이는 상기 스캐너의 보어 홀 내의 상기 광 섬유들의 용이하고 유연한 배치 또는 상기 광 섬유들 또는 상기 제1 광 커플러 중 하나를 이동시키지 않는 상기 광 섬유들 또는 상기 제1 광 커플러의 용이한 대체 및/또는 교환을 허용한다.
변형적으로는, 상기 제1 광 커플러로부터 상기 광 섬유들 내로의 이미지의 일정한 최적의 커플링을 보장하기 위해, 상기 제1 광 커플러의 원위 단부가 상기 제1 광 섬유 다발의 근위 단부에 해제 불가능하게 고정될 수 있다.
제1 렌즈 요소 및 제2 렌즈 요소를 포함하는 복수 개의 렌즈 요소들을 포함하는 제2 광 커플러는 또한 표면 스캐닝 장치 및/또는 움직임 추적 방법에 포함될 수 있다. 또한, 근위 단부들 및 원위 단부들을 지니는 제2 광 섬유들을 포함하는 제2 광 섬유 다발이 제공될 수 있으며 상기 제2 광 섬유 다발의 원위 단부들은 상기 의료 스캐너의 스캐너 보어 홀 내에 배치되어 있다. 상기 제2 광 섬유들의 원위 단부들은 상기 보어 홀에 내재하는 환자로부터 투영된 이미지를 캡처하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 투영된 이미지는 통상적으로 상기 제2 광 섬유들의 근위 단부들로부터 상기 제2 광 커플러 내로 공급되게 된다.
상기 제2 광 커플러는 또한 상기 투영된 이미지가 상기 제2 광 커플러를 통과한 후에 상기 투영된 이미지의 크기를 증가 또는 감소시키도록 구성될 수 있다.
상기 제1 및/또는 제2 광 커플러에서의 상기 복수 개의 렌즈 요소들 중 적어도 하나는 아크로매틱(achromatic)으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 한 실시 예에서는, 상기 제1 및/또는 제2 광 커플러에서의 제1 렌즈가 상기 제1 및/또는 제2 광 커플러의 근위 단부에 각각 배치될 수 있으며, 상기 제2 렌즈는 상기 제1 및/또는 제2 광 커플러의 원위 단부에 각각 배치될 수 있다. 상기 제1 렌즈 요소 및 상기 제2 렌즈 요소는 볼록 면들이 서로를 향해 있으면서 부가적으로 아크로매틱으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 및/또는 제2 광 커플러에서의 복수 개의 렌즈 요소들 각각의 주 표면은 오목 면일 수도 있고 볼록 면일 수도 있으며 평면일 수도 있고 이들의 결합 면일 수도 있다. 마찬가지로, 상기 제1 및/또는 제2 광 커플러에서의 복수 개의 렌즈 요소들 각각의 보조 표면은 오목 면일 수도 있고 볼록 면일 수도 있으며 평면일 수도 있고 이들의 결합 면일 수도 있다. 하나 또는 그 이상의 렌즈 요소들의 주 표면은 오목 면일 수 있다. 하나 이상의 렌즈 요소들의 주 표면은 볼록 면일 수 있다. 하나 이상의 렌즈 요소들의 주 표면은 평면일 수 있다. 하나 또는 그 이상의 렌즈 요소들의 주 표면은 오목 면일 수 있다. 하나 또는 그 이상의 렌즈 요소들의 보조 표면은 볼록 면일 수 있다. 하나 이상의 렌즈 요소들의 보조 표면은 평면일 수 있다.
상기 장치 및 상기 방법은 미러 및/또는 프리즘을 부가적으로 포함할 수 있으며, 상기 광 소스로부터의 광은 상기 제1 광 커플러로 유입되기 전에 상기 미러/프리즘을 통과할 수 있다. 상기 제1 광 섬유들은 상기 이미지 소스로부터 상기 제1 광 섬유들을 통해 상기 의료 스캐너의 보어 홀 내에 위치 지정된 환자의 표면 영역 상에 적어도 하나의 패턴을 투영하도록 더 구성될 수 있다.
상기 제1 광 섬유들은 적어도 10,000개의 섬유와 같은 적어도 100개의 광 섬유를 포함할 수 있으며, 각각의 섬유는 상기 환자의 표면 영역 상에 투영된 패턴의 픽셀에 상응한다. 하나 또는 그 이상의 실시 예들에서는, 제1 광 섬유들의 개수는 상기 이미지 소스 분해능의 이점을 완전하게 얻을 수 있도록 상기 이미지 소스의 픽셀들의 개수와 같거나 그보다 많다. 제1 광 섬유들의 개수는 상기 이미지 소스의 분해능과 일치할 수도 있고 상기 이미지 소스의 분해능의 ±20% 범위를 이루고 있을 수도 있다. 하나 또는 그 이상의 실시 예들에서는, 제1 광 섬유들의 개수가 상기 광 섬유들의 이점을 완전하게 얻을 수 있도록 상기 이미지 소스의 픽셀들의 개수보다 적다.
상기 제2 광 섬유들은 상기 환자로부터 투영된 이미지 및/또는 적어도 하나의 투영된 패턴을 캡처하도록 구성될 수 있다. 상기 제2 광 섬유들은 적어도 100,000개의 섬유와 같은 적어도 100개의 광 섬유를 포함할 수 있다. 각각의 제2 광 섬유는 캡처된 이미지가 전송되게 하는 제1 카메라의 하나 또는 그 이상의 픽셀들에 상응할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시 예들에서는, 제2 광 섬유의 개수가 상기 제1 카메라의 처리 시간을 증가시키기 위해 상기 제1 카메라의 픽셀들의 개수와 같거나 그보다 많다. 하나 또는 그 이상의 실시 예들에서는, 제2 광 섬유들의 개수가 이미지 캡처 정확도를 증가시키기 위해 상기 제1 카메라의 픽셀들의 개수보다 적다. 제2 광 섬유들의 개수는 상기 제1 카메라의 분해능과 일치할 수도 있고 상기 제1 카메라의 분해능의 ±50% 범위를 이룰 수도 있다.
상기 제1 카메라는 CCD 카메라일 수도 있고 CMOS 카메라일 수도 있다. 상기 제1 카메라는 적어도 640x480, 예컨대 1280x960, 3264x2448 등등의 분해능을 지닐 수 있다.
상기 표면 영역은 적어도 0.1cm2 면적, 예컨대 1cm2 에서부터 500cm2 에 이르기까지의 범위를 이루는 면적을 지닐 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시 예들에서는, 상기 표면 영역 면적이 20cm2 에서부터 100cm2 에 이르기까지의 범위를 이룰 수 있다.
상기 표면 영역은 환자의 코 영역을 적어도 부분적으로 커버 할 수 있다. 이는 이러한 영역에서의 환자 표면의 상당한 곡률로 인한 개선된 움직임 추적으로 이끌 수 있다. 더욱이, 안면 움직임들은 뇌 및 두개골의 움직임을 추적할 때 바람직한 콧등 부근에 한정된다.
상기 장치는 또한 상기 제1 광 섬유들로부터의 이미지들 또는 패턴 시퀀스들을 환자의 표면 영역에 커플링 하기 위해 상기 제1 광 섬유들의 원위 단부에 배열되고 그리고/또는 상기 제1 광 섬유의 원위 단부에 부착된 제1 렌즈 조립체, 다시 말하면 투영기측 투영 광학기기를 포함할 수 있다. 상기 제2 광 섬유들의 원위 단부들에는 환자의 표면 영역으로부터의 이미지들 또는 패턴 시퀀스들을 상기 제2 광 섬유들에 커플링 하기 위한 제2 렌즈 조립체, 다시 말하면 이미지 캡처 광학기기가 제공될 수 있다.
상기 장치는 프레임을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 제1 및 제2 렌즈 조립체들은 상기 프레임 상에 장착된다. 상기 프레임은 상기 광 섬유 다발들의 2개의 원위 단부 사이의 위치 및/또는 상기 제1 및 제2 렌즈 조립체들 간의 위치를 고정하여 정확한 움직임 보정을 제공하도록 그리고/또는 상기 2개의 광 섬유 다발이 상기 보어 홀 내부에 함께 이동될 수 있도록 고정 위치 관계를 유지한다. 상기 제1 및 제2 광 섬유 다발들의 원위 단부들은 상기 프레임 상에 장착될 수 있다.
상기 제1 및 제2 렌즈 조립체들은 통상적으로 조리개 및 소정의 초점 거리를 갖는 대물렌즈를 포함하게 된다. 상기 초점 거리는 상기 대물렌즈를 교환함으로써 변경될 수 있다. 또한, 상기 제1 또는 제2 광 섬유 다발의 광 섬유들의 원위 단부들 및 상기 대물렌즈 간의 거리를 변경함으로써, 얼마나 많이 상기 이미지 소스가 환자를 조사하는지 그리고 어떤 부위로부터 광이 캡처 되는지에 대한 제어가 이루어질 수 있게 된다. 상기 제1 및/또는 제2 렌즈 조립체들의 조리개는 상기 제1 및/또는 제2 렌즈 조립체들을 열고 그리고/또는 닫음으로써 조절될 수 있으며, 이는 또한 상기 제1 광 섬유들로부터 환자 상으로의 출력, 그리고 상기 제1 렌즈 조립체 및 상기 제2 렌즈 조립체 각각에 대한 환자로부터 상기 제2 광 섬유들 내로 투영된 이미지를 제어하기 위한 도구를 제공한다.
상기 제2 렌즈 조립체는 또한 필터, 예컨대 NIR 필터를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 상기 제1 렌즈 조립체는 또한 필터를 포함할 수 있다.
상기 제1 렌즈 조립체는 제1 미러/프리즘을 포함할 수 있다. 상기 제2 렌즈 조립체는 각각 제2 미러/프리즘을 포함할 수 있다. 공통 미러/프리즘은 상기 제1 렌즈 조립체 및 상기 제2 렌즈 조립체 사이에 공유될 수 있다. 한 렌즈 조립체의 미러/프리즘은 상기 보어 내에 상기 원위 섬유 단부들/렌즈 조립체들을 배치함에 있어서 자유도를 더 높일 수 있게 하는 광의 방향 수정(redirection)을 제공할 수 있다.
상기 제1 및 제2 광 섬유들은 대응하는 제1 및 제2 섬유 어레이들로 배열될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시 예들에서는, 상기 제1 광 섬유들이 400x400 또는 600x600 섬유들 또는 680x480 섬유들 또는 1,200x1,200 섬유들 또는 그 이상과 같은 100x100 섬유들과 같은 적어도 10,000개의 섬유의 제1 어레이를 포함할 수 있다. 상기 제1 광 섬유들은 적어도 100,000개의 광 섬유, 예컨대 5,000x5,000 섬유들의 제1 어레이를 포함할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시 예들에서는, 상기 제2 광 섬유들은 적어도 400x400 또는 600x600 섬유들 또는 680x480 섬유들 또는 1,200 x1,200 섬유들 또는 그 이상과 같은 100x100 섬유들과 같은 적어도 10,000개의 섬유의 제2 어레이를 포함한다. 상기 제2 광 섬유들은 적어도 예컨대 100,000개의 섬유, 예컨대 5,000x5,000 섬유들의 제2 어레이를 포함할 수 있다. 상기 광 섬유들은 적합한 크기 및 형상, 예컨대 직사각형, 원형, 타원형, 다각형 등등의 어레이로 배열될 수 있다. 전형적으로는, 섬유 직경이 5에서부터 20마이크로미터에 이르기까지의 범위를 이룬다. 제1 광 섬유들의 개수는 1,000개보다 많은, 예컨대 10,000개보다 많을 수 있다. 제2 광 섬유들의 개수는 1,000개보다 많은, 예컨대 10,000개보다 많을 수 있다.
제1 및 제2 광 섬유들을 사용하는 것은 대상을 에워싸고 있는 영구 자기장을 갖는 의료 스캐너들, 예컨대 MR 스캐너에 대한 상기 방법 및 장치의 사용을 가능하게 하거나 용이하게 한다. 더욱이, 제1 및 제2 광 섬유들을 사용하는 것은 스캐닝 동안 환자가 스캐너 보어 홀 내에 위치 지정됨에 기인하여 환자에 대한 접근이 한정된 의료 스캐너들에 대한 상기 방법 및 장치의 사용을 가능하게 하거나 용이하게 한다.
상기 제1 및 제2 광 섬유 다발들은 각각 1미터보다 큰, 예컨대 2미터보다 큰, 예컨대 약 5미터 또는 약 10미터 길이를 지닐 수 있다. 한 전형적인 장치 및/또는 방법에서는, 상기 제1 및 제2 광 섬유 다발들이 각각 1과 5미터 사이의 길이, 예컨대 2.5와 3미터 사이의 길이, 예를 들면 약 2.7미터 길이를 지닐 수 있다. 이러한 길이 범위의 광 섬유 다발들의 길이를 지니는 것은 사용자가 상기 스캐너 내부에 상기 제1 및 제2 광 섬유 다발들의 원위 단부들을 배치하고 상기 스캐너로부터 원격에 있거나 심지어는 상기 스캐닝 룸으로부터 원격에 있는/상기 스캐닝 룸 외부에 있는 상이한 위치에 상기 제1 및/또는 제2 광 커플러들을 유지하는 것을 가능하게 할 수 있다.
상기 광 섬유 다발들의 길이는 상기 스캐너를 갖는 룸 외부에서 상기 이미지 소스에 관련된 시퀀스, 이미지 패턴 따위를 제어하기 위한 전력 관리부 및/또는 컴퓨터의 배치를 허용한다. 이는 원격 표면 스캐너의 생성을 허용한다. 상기 2개의 광 섬유 다발에 의해 광 단부로부터 전자기기를 분리시킴으로써, 콤팩트하고, 무선 주파수 잡음이 없으며 감쇠가 적은 표면 스캐너가 달성된다.
본 발명의 장치 및 방법에서는, 최소 구성부품들이 스캐너의 보어 홀 내부에 위치하며 방해 구성부품들이 상기 보어 홀 외부에 유지된다. 이는 최신 표면 스캐너들의 시계(field of view) 및 고분해능을 유지한다. 더욱이, 상기 스캐너의 보어 홀 내부에 위치한 구성부품들은 비-금속 재료들로 만들어질 수 있다.
상기 표면 스캐닝 장치는 또한 상기 하우징의 표면으로부터 연장된 광 섬유 다발들 외에도 움직임 추적 요소들 모두를 에워싸는 하우징을 포함할 수 있다. 상기 하우징은 박막 구리층 또는 시트, 예컨대 1㎜ 두께의 박막 구리층 또는 시트에 의해 커버되는 프레임으로부터 만들어지는 것이 통상적인 무선 주파수 차폐 박스 코스튬일 수 있다. 전기 구성부품들을 차폐하기에 적합한 임의의 금속이 사용될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 커패시터들의 필터는 상기 하우징 내부의 구성부품들에 전력을 공급함으로써 생기는 전자기 잡음이 전력 케이블을 따라 전파하지 않게 보장할 수 있다. 그에 따라, 전력 공급원이 상기 스캐너 룸 외부에 배치되며 내부의 관련 구성부품들에 전력을 공급하도록 상기 하우징 내부 및 상기 스캐너 룸 내로 상기 벽 내의 필터를 통해 전력이 공급된다.
상기 표면 스캐닝 장치는 상기 의료 스캐너의 일부이거나 기존의 스캐너들의 부속품으로서 사용되도록 구성될 수 있다.
도 1a에는 상기 방법 및 장치와 함께 사용하기 위한 의료 스캐너(30)가 개략적으로 예시되어 있다. 상기 스캐너(30)는 스캐너 보어 홀(36)을 형성하는 스캐너 하우징(34) 내에 영구 자석(32)을 포함하는 MR 스캐너이다. 상기 스캐너(30)는 지지 구조(스캐너 베드)(39) 상에 위치 지정된 환자를 스캐닝하기 위한 헤드 코일(38)을 포함한다.
제1 렌즈 조립체(42) 및 제2 렌즈 조립체(44)는 제1 광 섬유들(16) 및 제2 광 섬유들(20)의 대응하는 원위 단부들에 장착되어 있으며 상기 헤드 코일(38) 내의 표면 영역 상에/상기 헤드 코일(38) 내의 표면 영역으로부터 패턴 시퀀스들을 투영 및 검출하기 위해 상기 스캐너 보어 홀(36) 내에 배치되어 있다.
도 1a에 도시된 MR 스캐너에 대한 변형 예로서, 스캐너 보어 홀을 형성하는 스캐너 하우징 내에 적어도 하나의 검출기를 포함하는 PET 스캐너가 또한 추정될 수 있을 것이다. 이 경우에, 대응하는 광 섬유들(16, 20)의 원위 단부들은 상기 스캐너 보어 홀 내의 표면 영역 상에/상기 스캐너 보어 홀 내의 표면 영역으로부터 패턴 시퀀스들을 투영 및 검출하기 위해 검출기 링 외부에 그리고 스캐너 보어 홀 부근에 배치될 수 있을 것이다. 또 도 1a의 MR 스캐너에 대한 변형 예는 결합형 MR/PET 스캐너이다.
도 1a에는 표면 스캐닝 장치(2)가 도시되어 있으며 상기 표면 스캐닝 장치(2)는 상기 장치(2)의 좌측 편에 대한 하나의 벽/패러데이 케이지(Faraday cage)로 예시된 에워싼 벽들(52)에 의해 한정된 스캐너 룸 내부에 배치되어 있다. 전력 관리 및/또는 제어부(50), 예컨대 도 1a에 예시된 바와 같은 컴퓨터가 상기 스캐너 룸 외부에 배치되어 있다. 상기 표면 스캐닝 장치(2)는 상기 광 섬유들(16, 20)이 충분히 긴 경우에 에워싼 벽들(52)에 의해 한정된 스캐너 룸 외부에 배치될 수 있다.
도 1a에는 또한 상기 스캐너 룸 외부에 배치된 컴퓨터(50) 및 상기 표면 스캐닝 장치(2) 사이에 잡음없이 이미지 데이터를 전달하는 광학용 익스텐더(optical extender)(54)가 도시되어 있다. 상기 장치(2)는 무선 주파수 차폐 박스로서의 기능을 수행하는 하우징(4)에 의해 에워싸여져 있을 수 있다. 상기 하우징(4)은 1㎜ 구리층에 의해 커버 되는 프레임, 예컨대 목재 프레임(wooden frame)으로 만들어질 수 있다. (본 도면에는 도시되지 않은) 커패시터들의 필터는 상기 하우징 내부에 있는 구성부품들에 전력을 공급함으로써 생기는 전자기 잡음이 전력 케이블을 따라 전파하지 못하게 한다. 선택적으로는 개별 전력 공급원 또는 상기 전원 관리/제어부(50)의 일부인 전력 공급원이 상기 스캐너 룸 외부에 배치되어 있으며 상기 장치(2)의 하우징(4) 내부 요소들 및 상기 스캐너 룸 내로 상기 벽 내의 필터를 통해 전력이 공급된다.
섬유들의 원위 단부들에는 투영 광학기기 및 이미지 캡쳐 광학기기를 각각 구성하는 대응하는 제1 및 제2 렌즈 조립체(42, 44)가 제공되어 있다. 상기 제1 및 제2 렌즈 조립체(42, 44) 간의 위치 및/또는 상기 제1 및 제2 광 섬유(16, 18)의 원위 단부들 간의 위치를 각각 고정하기 위해 프레임(46)이 사용된다.
상기 제1 및 제2 렌즈 조립체는 각각 조리개 및 소정의 초점 거리를 갖는 대물렌즈를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 렌즈 조립체는 근적외선(near infra-red; NIR) 필터를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 렌즈 조립체 양자 모두는 제1 미러/프리즘 및/또는 제2 미러/프리즘을 각각 포함할 수 있다. 상기 미러/프리즘은 2개의 렌즈 조립체 사이에 공유될 수 있다.
도 1b에는 본 발명의 표면 스캐닝 장치(2)가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 장치(2)는 하우징(4)을 포함하며 상기 하우징(4)은 제어 유닛(6) 및 이미지 소스(8)를 수용하고 상기 이미지 소스(8)는 광 소스(10) 및 광 변조기(12)를 포함한다. 더욱이, 상기 장치(2)는 제1 카메라(14)를 선택적으로 포함하며, 상기 제1 카메라(14)는 상기 제어 유닛(6) 및 상기 제1 카메라(14) 간의 제어 신호들 및/또는 패턴 시퀀스 데이터의 교환을 위해 상기 제어 유닛(6)에 접속된다. 사용시, 제1 광 섬유들(16)은 상기 이미지 소스(8)로부터의 광이 상기 제1 광 섬유들(16) 내로 커플링 되도록 제1 광 커플러(18)를 통해 상기 제1 광 섬유들의 근위 단부들(17)에서 상기 장치에 결합 된다. 상기 제1 광 커플러(18)는 근위 단부(15) 및 원위 단부(19)를 지닌다.
상기 장치는 메모리 유닛(24) 및 사용자 인터페이스 유닛(26)을 선택적으로 포함한다.
상기 제1 광 섬유들(16)은 상기 하우징(4)에 확고하게 장착될 수 있는데, 다시 말하면 상기 제1 광 섬유들(16)은 상기 장치(2)의 일부를 형성할 수 있다. 변형적으로는, 상기 제1 광 커플러(18)의 원위 단부(19)가 클릭-해제-커플링에 의해 상기 제1 광 섬유 다발(16)의 근위 단부들에 해제 가능하게 고정될 수 있다.
사용시, 제2 광 섬유들(20)은 상기 표면 영역 상에 투영되는 패턴 시퀀스들 또는 이미지들이 상기 제1 카메라(14)에 의해 검출되도록 제2 광 커플러(22)를 통해 상기 제2 광 섬유들(20)의 근위 단부들(21)에서 상기 장치(2)에 결합 된다. 상기 제2 광 커플러(18)는 근위 단부(23) 및 원위 단부(25)를 포함한다.
상기 제1 및 제2 광 섬유들은 상기 하우징(4)에 확고하게 장착되어 있을 수 있는데, 다시 말하면 상기 제1 및 제2 광 섬유들은 상기 장치(2)의 일부를 형성함으로써 상기 장치의 조립을 간단하게 할 수 있다.
변형적으로는, 상기 제1 광 커플러(18)의 원위 단부(19) 및/또는 상기 제2 광 커플러(22)의 원위 단부(25)는 클릭-해제-커플링에 의해 상기 제1 광 섬유 다발(16)의 근위 단부들(17) 및 상기 제2 광 섬유 다발(20)의 근위 단부들(21)에 각각 해제 가능하게 고정될 수 있다.
상기 장치(2)는 상기 광 소스(10)를 가지고 환자의 표면 영역 상에 제1 패턴 시퀀스(S1)를 투영하도록 구성되며, 상기 환자는 의료 스캐너의 스캐너 보어 홀 내에 위치 지정되어 있고, 상기 제1 패턴 시퀀스는 선택적으로 제1 1차 패턴(P1,1) 및 제1 2차 패턴(P1,2)을 포함한다. 상기 장치(2)는 상기 제1 카메라(14)를 가지고 상기 투영된 제1 패턴 시퀀스(S1')를 검출하도록 구성될 수 있다. 상기 제어 유닛(6)은 선택적으로 상기 검출된 제1 패턴 시퀀스(S1')에 기반을 두고 제2 1차 패턴(P2,1)을 포함하는 제2 패턴 시퀀스(S2)를 결정하고 광 소스(10) 및 광 변조기(12)를 가지고 상기 이미지 소스(8)에 제어 신호들을 보내 상기 제1 광 커플러(18)를 통해 환자의 표면상에 상기 제2 패턴 시퀀스(S2)의 형태로 이미지들을 투영한다. 상기 투영된 제2 패턴 시퀀스(S2')는 상기 제1 카메라(14)를 가지고 검출될 수 있으며 상기 패턴 시퀀스 데이터는 상기 제어 유닛에서 그리고/또는 상기 제1 카메라(14)에서 그리고/또는 외부 컴퓨터(50)에서 처리된다. 패턴 시퀀스 데이터의 검출에 따라 또는 패턴 시퀀스 데이터의 검출 동안, 상기 장치(2) 또는 외부 컴퓨터(50)는 상기 검출된 제2 패턴 시퀀스(S2')에 기반을 두고 움직임 추적 매개변수들을 결정한다.
도 2 - 도 5에는 제1 렌즈 요소(
Figure 112016047886352-pct00013
) 및 제2 렌즈 요소(
Figure 112016047886352-pct00014
)를 갖는 복수 개의 렌즈 요소들(
Figure 112016047886352-pct00015
,...,
Figure 112016047886352-pct00016
)을 포함하는 제1 광 커플러(18)의 서로 다른 실시 예들이 도시되어 있다. 도 2에서는 2개의 렌즈 요소가 제공되어 있는 반면에, 도 3 및 도 4에는 그보다 많은 복수 개의 렌즈 요소들이 도시되어 있다. 도 5에서는, 상기 제1 광 커플러(18)가 릴레이 렌즈 커플러이며, 상기 릴레이 렌즈 커플러는 상기 릴레이 렌즈 커플러의 외부 하우징 내부에 배치된 다수(N) 개의 렌즈 요소를 포함하거나 상기 릴레이 렌즈 커플러의 외부 하우징 내부에 배치된 다수(N) 개의 렌즈 요소로 이루어져 있다. N은 6, 8, 또는 10일 수 있다.
도 2 - 도 5에는 단지 상기 제1 광 커플러(18)만이 도시되어 있지만, 상기 제2 광 커플러(22)는 상기 제1 광 커플러(18)에 대해 도 2 - 도 5에 도시된 실시 예들과 동일하거나 상기 제1 광 커플러(18)에 대해 도 2 - 도 5에 도시된 실시 예들과는 다른 구성을 지닐 수 있다. 그러므로 상기 제1 광 커플러(18)의 렌즈 요소들에 대한 이하의 설명은 또한, 상기 제2 광 커플러(22)의 렌즈 요소들에 적용 가능하다.
상기 복수 개의 렌즈 요소들(
Figure 112016047886352-pct00017
,...,
Figure 112016047886352-pct00018
) 중 각각의 렌즈 요소는 상기 제1 광 커플러(18)의 원위 단부(19)에 면하는 주 표면(28), 및 상기 제1 광 커플러(18)의 근위 단부(15)에 면하는 보조 표면(29)을 포함한다. 통상적으로는, 상기 제1 및/또는 제2 광 커플러(18, 22)에는 우수 개의 렌즈 요소들이 존재하게 된다. 2개, 4개, 6개, 8개, 10개, 12개 또는 그 이상의 렌즈 요소들(
Figure 112016047886352-pct00019
,...,
Figure 112016047886352-pct00020
)이 존재할 수 있다.
상기 렌즈 요소들 중 하나 또는 그 이상의 렌즈 요소들(
Figure 112016047886352-pct00021
)이 아크로매틱(achromatic)으로 이루어져 있을 수 있는데, 예컨대, 상기 복수 개의 렌즈 요소들 중 적어도 하나는 아크로매틱으로 이루어진다. 도 2 - 도 5에서는 단지 크로매틱 렌즈 요소(chromatic lens element)들만이 도시되어 있다.
하나 또는 그 이상의 실시 예들에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 렌즈 요소(
Figure 112016047886352-pct00022
)가 상기 제1 광 커플러(18)의 근위 단부(15)에 배치되어 있으며 상기 제2 렌즈 요소(
Figure 112016047886352-pct00023
)가 상기 광 커플러(18)의 원위 단부(19)에 배치되어 있다. 도 2에서는, 양자 모두의 렌즈 요소들이 크로매틱으로 이루어져 있다. 그러나 상기 제1 렌즈 요소(
Figure 112016047886352-pct00024
) 및 상기 제2 렌즈 요소(
Figure 112016047886352-pct00025
)는 또한 볼록 면들이 서로를 향해 있으면서 아크로매틱으로 이루어질 수 있다.
상기 장치에서는, 미러들 및/또는 프리즘들이 상기 이미지 소스(8)로부터 상기 제1 광 커플러(18)로 이미지를 안내하는데 사용될 수 있다. 도 2 및 도 3에서는, 미러(7)가 상기 이미지 소스로부터 상기 광 변조기(12)로 이미지를 안내하는데 사용되며 상기 광 변조기(12)로부터는 상기 이미지가 상기 제1 광 커플러(18)의 근위 단부(15)에 안내된다. 도 4 및 도 5에서는, 상기 이미지가 상기 이미지 소스(8)로부터 프리즘(9)을 통해 상기 광 변조기(12)로 지나가고 상기 광 변조기(12)로부터는, 상기 이미지가 상기 제1 광 커플러(18)의 근위 단부(15) 내로 직접 안내되는 방식으로 상기 이미지가 다시금 상기 프리즘(9)을 통해 지나간다.
상기 제1 및/또는 제2 광 커플러(18, 22)는 상기 이미지 및/또는 상기 투영된 이미지의 크기를 각각 증가 및/또는 감소시키도록 구성될 수 있고, 그럼으로써 상기 이미지/투영된 이미지의 크기는 상기 제1 및/또는 제2 광 커플러를 통해 지나간 후에 더 크게 되거나 더 작게 된다.
도 6a 및 도 6b에는 광 커플러를 사용하여 이미지 크기가 어떠한 방식으로 증가 또는 감소 될 수 있는지에 대한 간단하고 개략적인 예시가 나타나 있다. 도 6a에서는, 이미지 크기가 유입되는 이미지의 크기(din)로부터 유출되는 이미지의 크기(dout)로 감소 되는데, 이 경우에 din > dout 이고, 그 반면에 도 6b에서는, 이미지 크기가 유입되는 이미지의 크기(din)로부터 유출되는 이미지의 크기(dout)로 증가 되는데, 이 경우 din > dout 이다. 상기 도면들에는 상기 렌즈 요소들의 서로 다른 초점 거리(f1, f2)가 예시되어 있다.
2개보다 많은 렌즈 요소들을 이용함으로써, 개선된 보정 및 감소된 (기하학적) 왜곡이 획득될 수 있다. 더욱이, 수차 효과(aberration effects)가 감소된다. 이는 사용자가 상기 제1 광 섬유들(16) 내로 상기 이미지의 일부가 얼마나 크게 커플링되는지를 제어하고 상기 제2 광 섬유들(20)에 의해 수집된 후에 상기 제2 광 커플러(22)로부터 나오는 상기 투영된 이미지의 크기를 제어하는 것을 허용한다.
도 7a 및 도 7b에는 상기 제1 광 커플러(18) 및/또는 상기 제2 광 커플러(22)로서 본 발명에서 사용될 수 있는 릴레이 렌즈 커플러의 2가지 서로 다른 예가 도시되어 있다.
도 7a에서는, 상기 릴레이 커플러가 6개의 렌즈 요소들(
Figure 112016047886352-pct00026
,
Figure 112016047886352-pct00027
,
Figure 112016047886352-pct00028
,
Figure 112016047886352-pct00029
,
Figure 112016047886352-pct00030
,
Figure 112016047886352-pct00031
)을 포함하거나 6개의 렌즈 요소들(
Figure 112016047886352-pct00032
,
Figure 112016047886352-pct00033
,
Figure 112016047886352-pct00034
,
Figure 112016047886352-pct00035
,
Figure 112016047886352-pct00036
,
Figure 112016047886352-pct00037
)로 이루어져 있으며 상기 6개의 렌즈 요소들(
Figure 112016047886352-pct00038
,
Figure 112016047886352-pct00039
,
Figure 112016047886352-pct00040
,
Figure 112016047886352-pct00041
,
Figure 112016047886352-pct00042
,
Figure 112016047886352-pct00043
)은 서로 미러 상(mirror image) 이도록 배향된 최외곽 렌즈 요소들(
Figure 112016047886352-pct00044
,
Figure 112016047886352-pct00045
)이 크기 면에서 거의 동일하게끔 대칭으로 배열되어 있다. 마찬가지로, 상기 최외곽 렌즈 요소들(
Figure 112016047886352-pct00046
,
Figure 112016047886352-pct00047
)에 인접 배치된 렌즈 요소들(
Figure 112016047886352-pct00048
,
Figure 112016047886352-pct00049
)은 거울상 쌍을 형성하며 상기 릴레이 렌즈 커플러의 중간에 접근하는 다음 렌즈 요소들에 대해서도 마찬가지로 거울상 쌍을 형성한다. 상기 렌즈 요소들 중 4개의 렌즈 요소(
Figure 112016047886352-pct00050
,
Figure 112016047886352-pct00051
,
Figure 112016047886352-pct00052
,
Figure 112016047886352-pct00053
)는 평볼록 면(planoconvex)으로 이루어져 있는데, 다시 말하면 상기 렌즈 요소들 중 4개의 렌즈 요소(
Figure 112016047886352-pct00054
,
Figure 112016047886352-pct00055
,
Figure 112016047886352-pct00056
,
Figure 112016047886352-pct00057
)는 볼록 면 및 평면을 지니고, 그 반면에 나머지 2개의 렌즈 요소(
Figure 112016047886352-pct00058
,
Figure 112016047886352-pct00059
)는 양면이 오목하게 이루어져 있는데, 다시 말하면 상기 렌즈 요소들의 주 표면 및 보조 표면 양자 모두가 오목하게 이루어져 있다.
도 7b에는 또 대칭으로 배열되어 있고 2개의 최외곽 렌즈 요소로부터 서로 미러 상들인 릴레이 렌즈 커플러의 중심을 향해 쌍을 이루고 있는 10개의 렌즈 요소(
Figure 112016047886352-pct00060
,
Figure 112016047886352-pct00061
,
Figure 112016047886352-pct00062
,
Figure 112016047886352-pct00063
,
Figure 112016047886352-pct00064
,
Figure 112016047886352-pct00065
,
Figure 112016047886352-pct00066
,
Figure 112016047886352-pct00067
,
Figure 112016047886352-pct00068
,
Figure 112016047886352-pct00069
)를 포함하는 릴레이 렌즈 커플러가 도시되어 있다. 도 7a에서는, 상기 렌즈 요소들 중 4개의 렌즈 요소(
Figure 112016047886352-pct00070
,
Figure 112016047886352-pct00071
,
Figure 112016047886352-pct00072
,
Figure 112016047886352-pct00073
)가 평볼록 면(planoconvex)으로 이루어져 있으며, 상기 렌즈 요소들 중 2개의 렌즈 요소(
Figure 112016047886352-pct00074
,
Figure 112016047886352-pct00075
)가 양면이 오목 면으로 이루어져 있고, 상기 렌즈 요소들 중 2개의 렌즈 요소(
Figure 112016047886352-pct00076
,
Figure 112016047886352-pct00077
)는 양면이 볼록 면으로 이루어져 있는데, 다시 말하면 상기 렌즈 요소들의 주 표면 및 보조 표면 양자 모두가 볼록하게 이루어져 있고 마지막 2개의 렌즈 요소(
Figure 112016047886352-pct00078
,
Figure 112016047886352-pct00079
)는 평오목 면(planoconcave)으로 이루어져 있는데, 다시 말하면 마지막 2개의 렌즈 요소(
Figure 112016047886352-pct00080
,
Figure 112016047886352-pct00081
)는 오목 면 및 평면을 지닌다.
렌즈 요소 쌍들의 개수는 도 7a 및 도 7b에 도시된 예들에 국한되지 않는다. 더욱이, 상기 렌즈 요소들의 크기들 및 형상들의 조합은 또한 다양할 수 있는데, 예컨대, 상기 렌즈 요소들이 서로 미러 상을 형성하도록 배치된 평오목 면, 평볼록 면, 양면 오목 면, 및/또는 양면 볼록 면 렌즈 요소 쌍들의 서로 다른 조합들이 또한 추정될 수 있을 것이다.
여기서 유념해야 할 점은 첨부된 도면들에 도시된 본 발명의 전형적인 실시 예들 외에도, 본 발명이 서로 다른 형태들로 구체화될 수 있으므로 본원 명세서에 기재된 실시 예들에 국한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다는 점이다. 오히려, 이러한 실시 예들은 본 개시내용이 철저하고 완벽한 것이고, 당업자에게 본 발명의 개념을 완전히 전달하도록 제공된 것이다.
2: 장치
4: 하우징
6: 제어 유닛
7: 미러
8: 이미지 소스
9: 프리즘
10: 광 소스
12: 광 변조기
14: 제1 카메라
15: 제1 광 커플러의 근위 단부(proximal end)
16: 제1 광 섬유들
17: 제1 광 섬유들의 근위 단부들
18: 제1 광 커플러
19: 제1 광 커플러의 원위 단부(distal end)
20: 제2 광 섬유들
21: 제2 광 섬유들의 근위 단부들
22: 제2 광 커플러
23: 제2 광 커플러의 근위 단부
24: 메모리
25: 제2 광 커플러의 원위 단부
26: 사용자 인터페이스
28: 렌즈 요소들의 주 표면(primary surface)
29: 렌즈 요소들의 보조 표면(secondary surface)
30: 의료 스캐너
32: 자석
34: 스캐너 하우징
36: 스캐너 보어 홀
38: 헤드 코일
39: 스캐너 베드
40: 환자
42: 제1 렌즈 조립체
44: 제2 렌즈 조립체
46: 프레임
50: 전력 관리부
52: 스캐너 룸을 에워싼 벽
54: 광학용 익스텐더(optical extender)
Figure 112021129581812-pct00082
: 제N 렌즈 요소
Figure 112021129581812-pct00083
: 제1 렌즈 요소
Figure 112021129581812-pct00084
: 제2 렌즈 요소
Figure 112021129581812-pct00085
: 제3 렌즈 요소
Figure 112021129581812-pct00086
: 제4 렌즈 요소
Figure 112021129581812-pct00087
: 제5 렌즈 요소
Figure 112021129581812-pct00088
: 제6 렌즈 요소
Figure 112021129581812-pct00089
: 제7 렌즈 요소
Figure 112021129581812-pct00090
: 제8 렌즈 요소
Figure 112021129581812-pct00091
: 제9 렌즈 요소
Figure 112021129581812-pct00092
: 제10 렌즈 요소
Figure 112021129581812-pct00093
: 제1/제2 광 커플러로 유입되기 전의 이미지의 크기
Figure 112021129581812-pct00094
: 제1/제2 광 커플러로부터 유출된 후의 이미지의 크기
Figure 112021129581812-pct00095
: 제1 렌즈 요소의 초점 거리
Figure 112021129581812-pct00096
: 제2 렌즈 요소의 초점 거리

Claims (22)

  1. 의료 이미징 스캐닝 장치에서의 환자의 표면 스캐닝 방법에 있어서,
    상기 의료 이미징 스캐닝 장치에서의 환자의 표면 스캐닝 방법은,
    상기 의료 이미징 스캐닝 장치의 보어 홀(borehole) 내 환자의 표면 영역 상에 패턴을 투영하는 단계;
    디지털 마이크로미러 소자(digital micromirror device; DMD) 칩 또는 광 변조기를 포함하는 이미지 소스를 제공하는 단계;
    근위 단부(proximal end)들 및 원위 단부(distal end)들을 지니는 적어도 100개의 제1 광 섬유들을 포함하는 제1 광 섬유 다발을 제공하는 단계;
    상기 의료 이미징 스캐닝 장치의 보어 홀 내에 상기 제1 광 섬유들의 원위 단부들을 배치하는 단계;
    상기 이미지 소스로부터 제1 광 커플러의 근위 단부 내로 상기 패턴을 포함하는 이미지를 공급하여 상기 제1 광 커플러의 원위 단부에서 통과한 이미지를 형성하는 단계 - 상기 제1 광 커플러는 제1 렌즈 요소 및 제2 렌즈 요소를 포함하는 복수 개의 렌즈 요소들을 포함함 -;
    상기 제1 광 커플러의 원위 단부로부터 상기 제1 광 섬유들의 근위 단부들 내로 상기 통과한 이미지를 공급하여 상기 제1 광 섬유들의 원위 단부로부터 상기 패턴을 투영하는 단계;
    를 포함하는, 의료 이미징 스캐닝 장치에서의 환자의 표면 스캐닝 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이미지 소스는 480x320 픽셀들 또는 그 이상의 분해능을 지니는, 의료 이미징 스캐닝 장치에서의 환자의 표면 스캐닝 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 이미지 소스는 제어 유닛으로부터의 제어 신호(들)를 수신하기 위해 상기 제어 유닛에 접속되며, 상기 제어 신호(들)는 패턴 시퀀스 선택기를 포함하고, 상기 이미지 소스는 상기 패턴 시퀀스 선택기에 의존하여 서로 다른 패턴 시퀀스들을 투영하도록 구성되는, 의료 이미징 스캐닝 장치에서의 환자의 표면 스캐닝 방법.
  5. 제4항에 있어서, 다수의 서로 다른 패턴 시퀀스들은 상기 이미지 소스에 저장되며, 상기 이미지 소스는 상기 제어 유닛으로부터의 패턴 시퀀스 선택기에 기반을 두고 선택된 패턴 시퀀스를 투영하도록 구성되는, 의료 이미징 스캐닝 장치에서의 환자의 표면 스캐닝 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이미지 소스는 광 소스를 포함하며, 상기 광 소스로부터 상기 제1 광 커플러를 향해 광을 안내하는데 미러 또는 프리즘이 사용되는, 의료 이미징 스캐닝 장치에서의 환자의 표면 스캐닝 방법.
  7. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 광 커플러는 릴레이 렌즈 커플러인, 의료 이미징 스캐닝 장치에서의 환자의 표면 스캐닝 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 광 커플러의 원위 단부는 클릭-해제-커플링(click-release-coupling)에 의해 상기 제1 광 섬유 다발의 근위 단부에 해제 가능하게 고정되는, 의료 이미징 스캐닝 장치에서의 환자의 표면 스캐닝 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 광 커플러의 원위 단부는 상기 제1 광 섬유 다발의 근위 단부에 해제 불가능하게 고정되는, 의료 이미징 스캐닝 장치에서의 환자의 표면 스캐닝 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 의료 이미징 스캐닝 장치에서의 환자의 표면 스캐닝 방법은,
    제1 렌즈 요소 및 제2 렌즈 요소를 지니는 복수 개의 렌즈 요소들을 포함하는 제2 광 커플러를 제공하는 단계;
    근위 단부들 및 원위 단부들을 지니는 제2 광 섬유들을 포함하는 제2 광 섬유 다발을 제공하는 단계;
    상기 의료 이미징 스캐닝 장치의 보어 홀 내에 상기 제2 광 섬유들의 원위 단부들을 배치하는 단계;
    상기 제2 광 섬유들의 원위 단부들에 의해 상기 보어 홀 내 환자로부터 투영된 이미지를 캡처하는 단계; 및
    상기 제2 광 섬유들의 근위 단부로부터 상기 제2 광 커플러 내로 상기 투영된 이미지를 공급하는 단계;
    를 포함하는, 의료 이미징 스캐닝 장치에서의 환자의 표면 스캐닝 방법.
  11. 의료 이미징에서의 환자의 표면 영역의 스캐닝을 위한 표면 스캐닝 장치에 있어서,
    상기 표면 스캐닝 장치는,
    디지털 마이크로미러 소자(digital micromirror device; DMD) 칩 또는 광 변조기를 포함하는 이미지 소스;
    근위 단부들 및 원위 단부들을 지니는 적어도 100개의 제1 광 섬유들을 포함하는 제1 광 섬유 다발; 및
    상기 이미지 소스로부터 상기 제1 광 섬유들의 근위 단부들 내로 이미지를 커플링 하기 위한 제1 광 커플러;
    를 포함하며,
    상기 제1 광 커플러는 상기 이미지 소스로부터 이미지를 공급받는 근위 단부 및 상기 제1 광 섬유들의 원위 단부들 내로 통과한 이미지를 공급하는 원위 단부를 지니고, 상기 제1 광 커플러는 제1 렌즈 요소 및 제2 렌즈 요소를 포함하는 복수 개의 렌즈 요소들을 포함하고, 상기 복수 개의 렌즈 요소들 각각은 상기 제1 광 커플러의 원위 단부에 면하는 주 표면, 및 상기 제1 광 커플러의 근위 단부에 면하는 보조 표면을 포함하며,
    상기 이미지 소스, 상기 제1 광 커플러 및 상기 제1 광 섬유 다발은 상기 표면 스캐닝 장치의 보어 홀 내 환자의 표면 영역 상에 이미지의 패턴을 투영하도록 구성되는, 의료 이미징에서의 환자의 표면 영역의 스캐닝을 위한 표면 스캐닝 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 이미지 소스는 480x320 픽셀들 또는 그 이상의 분해능을 지니는, 의료 이미징에서의 표면 스캐닝을 위한 표면 스캐닝 장치.
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서, 상기 이미지 소스는 제어 유닛으로부터의 제어 신호(들)를 수신하기 위해 상기 제어 유닛에 접속되며, 상기 제어 신호(들)는 패턴 시퀀스 선택기를 포함하고, 상기 이미지 소스는 상기 패턴 시퀀스 선택기에 의존하여 서로 다른 패턴 시퀀스들을 투영하도록 구성되는, 의료 이미징에서의 표면 스캐닝을 위한 표면 스캐닝 장치.
  15. 제14항에 있어서, 다수의 서로 다른 패턴 시퀀스들은 상기 이미지 소스에 저장되며, 상기 이미지 소스는 상기 제어 유닛으로부터의 패턴 시퀀스 선택기에 기반을 두고 선택된 패턴 시퀀스를 투영하도록 구성되는, 의료 이미징에서의 표면 스캐닝을 위한 표면 스캐닝 장치.
  16. 제11항에 있어서, 상기 제1 광 커플러는 2개, 4개, 6개, 8개, 10개, 12개 또는 그 이상의 렌즈 요소들과 같은 우수 개의 렌즈 요소들을 포함하는, 의료 이미징에서의 표면 스캐닝을 위한 표면 스캐닝 장치.
  17. 제11항에 있어서, 상기 제1 광 커플러는 릴레이 렌즈 커플러인, 의료 이미징에서의 표면 스캐닝을 위한 표면 스캐닝 장치.
  18. 제11항에 있어서, 상기 제1 광 커플러의 원위 단부는 클릭-해제-커플링(click-release-coupling)에 의해 상기 제1 광 섬유 다발의 근위 단부에 해제 가능하게 고정되는, 의료 이미징에서의 표면 스캐닝을 위한 표면 스캐닝 장치.
  19. 제11항에 있어서, 상기 제1 광 커플러의 원위 단부는 상기 제1 광 섬유 다발의 근위 단부에 해제 불가능하게 고정되는, 의료 이미징에서의 표면 스캐닝을 위한 표면 스캐닝 장치.
  20. 제11항에 있어서, 상기 복수 개의 렌즈 요소들 중 적어도 하나는 아크로매틱(achromatic)으로 이루어지는, 의료 이미징에서의 표면 스캐닝을 위한 표면 스캐닝 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제1 렌즈 요소가 상기 제1 광 커플러의 근위 단부에 배치되어 있으며 상기 제2 렌즈 요소가 상기 제1 광 커플러의 원위 단부에 배치되어 있고, 상기 제1 렌즈 요소 및 상기 제2 렌즈 요소는 볼록 면들이 서로를 향해 있으면서 아크로매틱으로 이루어지는, 의료 이미징에서의 표면 스캐닝을 위한 표면 스캐닝 장치.
  22. 제11항에 있어서, 상기 복수 개의 렌즈 요소들 각각의 주 표면은 오목 면 또는 볼록 면이며, 상기 복수 개의 렌즈 요소들 각각의 보조 표면은 오목 면 또는 볼록 면인, 의료 이미징에서의 표면 스캐닝을 위한 표면 스캐닝 장치.
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