KR102394398B1 - 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치 - Google Patents

프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 출원은 조직에서 발생하는 브릴루앙 광산란을 분석하는 방법을 통해 조직의 물리적 특성을 측정할 수 있는 프로브형 장치를 제공하는 것으로, 본 출원에 따른 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치는, 광신호를 공급하는 광원; 신체 조직의 특성을 측정하기 위한 프로브; 및 상기 광원과 연결되어 상기 광신호에 의한 브릴루앙 산란 신호를 검출하는 광분광 측정기를 포함하고, 상기 광원 및 상기 프로브는 한가닥의 광섬유를 통해 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치{PROBE TYPE BRILLOUIN LIGHT SCATTERING MEASUREMENT DEVICE}
본 출원은 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 신체 조직 내의 브릴루앙 광산란 현상을 이용하여 조직의 물성을 측정하는 프로브형의 장치에 관한 것이다.
인구 고령화 및 라이프스타일의 변화로 안과 의료시장은 지속적인 성장세에 있고, 진단 및 수술의 정확도를 높이는 고성능 의료장비에 대한 수요도 지속적으로 증가하고 있다. 종래에 안구 조직을 간접적으로 측정하는 장비들은 환자 인터페이스를 사용한다. 환자 인터페이스는 환자가 턱과 이마를 대고 움직임을 최소화 한 상태에서 측정을 하는 방식으로 편리성이 떨어지고, 생체 조직의 외형을 이미지화하는 데 그치므로 물성 정보를 측정하기 어려워 정확성이 떨어져 오진 및 의료사고로 이어질 위험성이 존재한다.
최근에는 다양한 의료 환경에 활용될 의료 장비에 대한 연구가 지속되고 있고, 브릴루앙 광산란 현상을 이용하여 신체 조직의 물리적 특성을 측정할 수 있다는 가능성이 제기되고 있다. 브릴루앙 광산란 현상은 조직 내의 분자들의 열적인 운동으로 인해 발생하는 음파에 의해 발생하는 현상이다. 브릴루앙 광산란 현상에 의하면 빛이 산란하면서 도플러 효과에 의해 빛의 주파수가 해당하는 음파의 주파수만큼 변하므로, 음파의 주파수는 조직이 물리적으로 단단할수록 크고 조직이 물리적으로 약할수록 작게 나타난다.
본 출원은 조직에서 발생하는 브릴루앙 광산란을 분석하는 방법을 통해 조직의 물리적 특성을 측정할 수 있는 프로브형 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 출원은 조직의 강성(Stiffness) 및 점탄성(Viscoelastic)을 비접촉식으로 신속하고 정확하게 측정할 수 있는 프로브형 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 출원의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 출원에 따른 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치는, 브릴루앙 신호광을 분석하는 분석기기 및 상기 분석기기로부터 광신호를 수신하여 신체 조직에 조사하는 프로브를 포함하는 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치로서, 상기 분석기기는, 광신호를 공급하는 광원; 상기 프로브로부터 브릴루앙 신호를 수신하여 투과시키는 필터; 및 상기 필터와 연결되어 상기 브릴루앙 신호를 분석하는 광분광 측정기를 포함하고, 상기 분석기기 및 상기 프로브는 한가닥의 광섬유를 통해 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 광원은, 루비듐 증기 셀을 이용하여 레이저 광에 따른 주파수 로킹(frequency locking) 모듈 및 노이즈를 감쇄시키는 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 필터는 레이저의 탄성 산란광을 제거하여 레이저에서 발생하는 주파수 드리프트(drift)를 줄이는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 필터는 에탈론 및 거울을 포함하고, 상기 거울은 상기 에탈론의 반사 각도를 조절하여 에탈론의 공진 주파수와 레이저의 공진 주파수를 일치시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 광원은, 사용자가 상기 프로브의 초점 위치를 볼 수 있도록 식별력이 강한 조준빔 광원을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 광섬유는, 중심부분에 굴절률이 높은 유리가 배치되고 바깥부분에 굴절률이 낮은 유리가 배치된 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 프로브는, 사용자가 펜을 움직이면서 신체 조직의 특성을 측정하는 수동형 프로브; 및 전기 신호를 통해 깊이에 따른 신체 조직의 특성을 측정하는 전동형 프로브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 수동형 프로브는 초점거리 조절나사를 포함하고, 상기 초점거리 조절나사를 움직여 렌즈의 위치를 바꾸어 탐지 깊이를 조절하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 전동형 프로브는 전기선 및 음성코일 선형모터를 포함하고, 상기 전기선을 통해 음성코일 선형모터로 가는 전기 신호를 일정한 전압으로 바꾸어 초점을 고정할 수 있는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 광분광 측정기는 상기 필터에서 출력되는 광에 대응되는 전기적 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 광분광 측정기는, 브릴루앙 산란광에 해당하는 광 신호를 수신하고 수신된 신호들을 브릴루앙 이득 스펙트럼의 형태로 변환하는 컴퓨팅 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 필터는 루비듐 증기 셀을 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 출원에 따르면, 안 조직의 강성 및 점탄성을 비접촉식으로 신속하고 정확하게 측정함에 따라 굴절 수술, 백내장, 고도근시 등의 진단 및 수술에 혁신을 가져다줄 수 있다.
본 출원에 따르면, 의사가 원하는 각막이나 렌즈 조직의 특성을 손쉽게 측정할 수 있고, 안과 외의, 심혈관벽 조직 특성을 분석하여 심혈관 질병을 분석하는 용도로 활용할 수 있다.
본 출원의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 안정되고 순도 높은 레이저 광원을 공급하기 위해 주파수 로킹 모듈이 추가된 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 고압 루비듐 vapor cell을 사용할 때의 감쇄(attenuation) 스펙트럼 및 광원에 의한 브릴루앙 신호 스펙트럼을 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 4는 일 실시예에 따른 필터의 개략적인 구성도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 필터에 따른 투과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 필터에 따라 빛의 세기를 줄일 수 있는 정도를 측정한 그래프이다.
도 7은 제 1 실시예에 따른 프로브를 나타내기 위한 개략적인 구성도이다.
도 8은 제 2 실시예에 따른 프로브를 나타내기 위한 개략적인 구성도이다.
도 9는 렌즈의 깊이에 따른 브릴루앙 주파수 측정치를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 출원의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 출원은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 출원의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용은 제한되지 않는다.
도 1은 일 실시예에 따른 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치는 분석기기(100) 및 프로브(200)를 포함한다. 도시된 바와 같이 프로브(200)는 광섬유(210)를 통해 분석기기(100)에 연결된다. 분석기기(100)는 레이저 광원(110), 에탈론(120), 편광분할기(130), 파장변환판(140), 조준빔 광원(150), 광검출기(160), 피드백회로(170), 필터(180), 광분광 측정기(190)를 포함한다.
레이저 광원(110)은 브릴루앙 산란을 발생시키기 위해 사용될 광신호를 공급하기 위한 장치이다. 일 실시예에서, 레이저 광원(110)은 780nm의 가변 다이오드 레이저를 포함하여 구성될 수 있다. 구체적으로, 레이저 광원(110)은 분포형 궤환 레이저 다이오드(Distributed Feed-Back laser diode, DFB-LD)를 포함할 수 있다.
에탈론(120)은 안정되고 순도가 높은 레이저 광원을 생성하기 위해 배치된다. 에탈론(120)은 분석기기(100) 내부에 배치되어, 일정한 온도를 갖도록 조절될 수 있고, 이에 따라 분석기기(100)는 안정된 광 주파수를 얻을 수 있다.
편광분할기(130)는 레이저 광원(110)에 의해 제공된 편광(polarized light)에 대해 편광 결합(polarization coupling)을 수행하고, 반사광에 대해 편광 분할(polarization splitting)을 수행하도록 구성된다.
파장변환판(140)은 평면 편광을 원형 편광으로 변환하거나 원형 편광을 평면 편광으로 변환할 수 있다. 파장변환판(140)은 구체적으로 1/4 파장 편광변환판일 수 있다. 파장변환판(140)은 고속 또는 저속 광파를 생성하기 위해 편광된 광이 입사하는 방향을 결정하여 입사광이 빠르거나 느린 광축을 갖는 45도 축에 있도록 배치된다. 광이 1/4 파장 편광변환판을 통과하면 광의 광선은 일정한 각도에서 편광면을 회전시킨다.
조준빔 광원(150)은 붉은색의 조준용 레이저 광원일 수 있다. 조준빔 광원(150)은 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치의 사용자가 프로브(200)의 초점 위치를 눈으로 볼 수 있도록 식별력이 강한 붉은색의 레이저 광원일 수 있다. 다만 사용자가 프로브(200)의 초점 위치를 눈으로 볼 수 있도록 식별력이 강하다면 다른 색의 광원이여도 무방하다.
광검출기(160)는 브릴루앙 산란광을 검출하기 위한 장치이다. 광검출기(160)는 브릴루앙 산란광에 해당하는 광 신호를 수신하고, 수신된 신호들을 브릴루앙 이득 스펙트럼의 형태로 변환하여 데이터로 저장할 수 있다.
피드백회로(170)는 광검출기(160)에서 검출된 광의 데이터를 분석하여 레이저 광원(110)에 전송한다. 피드백회로(170)는 레이저 광원(110)에서 정확한 주파수의 광 신호를 발생시킬 수 있도록, 광의 데이터를 미리 설정된 값과 비교하여 분석할 수 있다.
필터(180)는 프로브(200)에서 돌아온 광 신호를 광분광 측정기(190)로 처리하기 전에 브릴루앙 신호가 아닌 주파수 성분을 없애기 위해 형성된다. 예를 들어, 필터(180)는 루비듐(Rb) 증기 셀 또는 에탈론을 포함할 수 있다. 루비듐 증기 셀은 고압의 물질일 수 있다. 루비듐 증기 셀을 통과하는 광은 레이저 광원(110)과 같은 주파수에서 프레넬 반사광 또는 탄성 산란광들을 제거할 수 있고, 80db 이상의 노이즈 신호 감쇄 효율을 얻을 수 있다. 이와 같이, 분석기기(100)는 필터(180)를 통해 주파수 드리프트 및 노이즈에 대한 민감도를 증가시키지 않고, 주파수 안정도를 높일 수 있으며, 노이즈를 획기적으로 줄어들일 수 있어 순도 높은 광을 얻을 수 있다. 필터(180)에 대한 구체적인 구성에 대하여 후술하기로 한다.
프로브(200)는 광섬유(210)를 통해 분석기기(100)에 연결된다. 프로브(200)는 대표적으로 수동형 프로브 및 전동형 프로브로 나뉠 수 있고, 프로브(200)는 한가닥의 광섬유(210)를 통해 분석기기(100)에 연결된다.
광섬유(210)는 중심부에 굴절률이 높은 유리, 바깥 부분에 굴절률이 낮은 유리를 사용하여 중심부 유리를 통과하는 빛이 전반사가 일어나도록 한 광학적 섬유이다. 광섬유(210)는 에너지 손실이 매우 적어 송수신하는 데이터의 손실률도 낮고 외부의 영향을 거의 받지 않는다는 장점이 있다. 프로브(200)에 대하여는 후술하기로 한다.
광분광 측정기(190)는 브릴루앙 산란광을 검출하고 변환하기 위한 장치이다. 광분광 측정기(190)는 필터(180)에서 출력되는 광에 대응되는 전기적 신호를 출력한다. 광분광 측정기(190)는 신호의 크기 조절 및 변환을 위한 가변 광세기 조절기를 포함할 수 있다. 프로브(200) 광신호가 광섬유(210)를 통과하는 동안 발생된 유도 브릴루앙 이득에 대응되는 브릴루앙 산란광이 광세기 조절기에 입사되고, 광세기 조절기는 브릴루앙 산란광의 크기를 감쇄시킨다. 감쇄된 광은 이후에 변환기에서 전기신호로 변환된다.
광분광 측정기(190)는 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다. 광분광 측정기(190)는 브릴루앙 산란광에 해당하는 광 신호를 수신하고, 수신된 신호들을 브릴루앙 이득 스펙트럼의 형태로 변환함으로써 시험 광섬유의 물리적인 변화를 측정할 수 있다. 그리고 다른 하나 이상의 데이터 처리 수단을 더 이용하여 신호 처리 및 분석을 할 수도 있다.
종래의 레이저 광원은 항온, 항습 시스템에서도 10분당 약 100MHz 정도의 주파수 드리프트가 발생한다. 이것은 CCD 센서의 스펙트럼 패턴을 변화시키고, 작동자가 수시로 보정을 해야 하는 불편함을 야기한다. 또한, 물체 및 광학 부품들에서 반사된 빛들이 브릴루앙분광기에 들어가게 되면 매우 약한 브릴루앙 신호를 분리하기가 어려워지기 때문에, 백그라운드 노이즈(background noise)는 브릴루앙 측정에서 중요한 문제가 된다. 뿐만 아니라, 주파수 드리프트 및 백그라운드 노이즈에 대한 민감도가 증가하여 브릴루앙 시프트 측정에 의한 물질의 강성 계산이 부정확해 지는 문제가 있다. 이에 따라, 좀더 주파수가 안정되고 노이즈를 줄여 순도 높은 레이저 광원이 필요하다.
도 2는 일 실시예에 따른 안정되고 순도 높은 레이저 광원을 공급하기 위해 주파수 로킹 모듈이 추가된 구성도이다. 도 2를 참조하면, 레이저 광원(110)은 튜너블(tunable) 레이저(111), 레이저 로킹 모듈(112) 및 클린업(clean-up) 필터(113)를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 튜너블 레이저(111)는 DFB 레이저(114)가 사용될 수 있고, TEC(thermoelectric controller)가 연결되어 항온을 조절할 수 있다. 레이저 로킹 모듈(112)은 루비듐 증기 셀(115)을 이용하여 구성될 수 있다. 클린업(clean-up) 필터(113)는 한 쌍의 오목 거울로 구성된 FP(Fabry-Perot)을 포함한다. 레이저 로킹 모듈(112)과 클린업(clean-up) 필터(113)는 도 1에 도시된 에탈론(120)에 대응될 수 있다. 루비듐 증기 셀(115)을 이용한 레이저 로킹 모듈(112)과 클린업 필터(113)를 포함하여 구성된 광원은 기존의 1GHz 이상의 주파수 드리프트가 10MHz 이하로 줄어들 수 있고, 레이저-대-ASE 비율(laser-to-ASE ratio)이 기존의 50-55db에서 80db 이상으로 개선될 수 있다. 이를 통해, 안정되고 순도 높은 레이저 광원의 공급이 가능할 수 있다.
프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치에서 노이즈 신호를 감쇄하기 위해서 안정되고 순도 높은 레이저 광원과 함께 또는 별개로 노이즈 레벨을 획기적으로 줄일 수 있는 소거 필터가 필요하다. 상술한 바와 같이, 필터(180)는 증기 셀을 사용하는 것이 선호되나 에탈론 필터도 이용될 수 있다. 루비듐 증기 셀을 이용한 필터(180)는 80db 이상의 노이즈 감쇄 효율을 얻을 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 고압 루비듐 증기 셀을 사용할 때의 감쇄(attenuation) 스펙트럼 및 광원에 의한 브릴루앙 신호 스펙트럼을 비교하여 나타내는 그래프이다. 도 3은 압력 9uPa, 온도 65°에서 10cm의 루비듐 증기 셀을 사용할 때의 필터 투과 감쇄 스펙트럼, 레이저 스펙트럼, 각막 및 방수(aqueous humor)의 브릴루앙 신호 스펙트럼을 비교 도시한 것이다. 여기서 필터 투과 감쇄 스펙트럼은 블랙으로, 레이저 스펙트럼은 마젠타로, 각막의 브릴루앙 신호 스펙트럼은 그린으로, 방수의 브릴루앙 신호 스펙트럼은 시안으로 도시되어 있다.
일 실시예에 따른 분석기기(100)는 루비듐 증기 셀을 포함하는 필터(180)를 사용하므로, 안구 공막 측정 및 추가적인 광섬유 세팅을 위해 충분한 수준의 감쇄 효율을 얻을 수 있다. 분석기기(100)는 65°에서 80db 이상의 노이즈 감쇄 효율을 얻을 수 있고, 도시된 바와 같이 레이저 라인에 있는 탄성 산란광들을 제거할 수 있다. 또한, 본 출원에 따른 분석기기(100)는 루비듐 증기 셀을 이용하여 레이저 로킹 모듈을 포함하는 레이저 광원을 구성할 수 있으므로 기존의 레이저 광원에서 발생하는 주파수 드리프트를 줄일 수 있고, CCD 장치의 스펙트럼 패턴을 변화시키지 않아 사용자로 하여금 수시로 보정을 해야 하는 불편함을 야기하지 않을 수 있다. 또한, 물체 및 광학 부품들에서 반사된 광들이 브릴루앙 분광기에 들어가지 않으므로 매우 약한 브릴루앙 신호를 분리하기에 용이하여, 물질의 강성 계산을 정확하게 할 수 있는 이점이 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 에탈론 필터의 개략적인 구성도이고, 도 5는 일 실시예에 따른 에탈론 필터에 따른 투과 특성을 나타내는 그래프이다. 여기서 필터는 에탈론 및 거울로 구성된다.
에탈론은 일정한 두께의 투명한 유리 양표면에 거울면을 코팅해서 만들어 진다. 외부의 광이 에탈론에서 반사될 때, 공진 주파수에 맞는 광은 투과하고, 그렇지 않은 나머지 광은 99% 이상 반사하게 된다. 거울의 각도를 조절하면 에탈론의 반사 각도를 조절할 수 있고, 에탈론의 공진 주파수가 레이저 주파수와 일치하도록 필터를 제작할 수 있다. 이러한 필터는 레이저 광의 세기를 줄이고, 주파수가 다른 브릴루앙 신호는 대부분 통과시킬 수 있는 투과 특성을 가질 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 필터는 레이저의 주파수 대역의 투과율은 0으로 조절하면서 브릴루앙 신호의 주파수 대역의 투과율을 1로 조절할 수 있으므로, 광분광 측정기(190)로 들어가는 광의 레이저 주파수 대역의 노이즈 성분을 없애고 측정하고자 하는 브릴루앙 신호 대역의 성분만을 남길 수 있다.
본 출원에 따른 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치는 한가닥의 광섬유(210)로 분석기기(100)와 프로브(200)를 연결한다. 이는 프로브(200)의 디자인을 더 간단하고 더 소형으로 할 수 있도록 해주고, 회전형 내시경을 구현하는 데 이점이 있다. 한가닥의 광섬유(210)로 분석기기(100)와 프로브(200)를 연결하면 입출력이 한가닥의 광섬유(210)를 통해 이루어지므로, 입력광의 일부가 광섬유(210) 끝단이나 렌즈 표면에서 반사되어 광섬유(210)로 따라 되돌아오는 노이즈가 있을 수 있고, 노이즈가 측정하고자 하는 브릴루앙 신호보다 세기가 크게 되면 브릴루앙 주파수 측정을 방해하게 되는 문제가 있다. 다만, 본 출원에 따른 프로브형 광산란 측정 장치는 필터(180)를 통해 광분광 측정기(190)로 광이 들어가기 전에 노이즈를 80db 이상(특히, 루비듐 증기 셀 필터인 경우) 감쇄시켜 제거할 수 있다. 따라서 본 출원에 따른 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치는 단일 광섬유(210)로 구성되어 안구 공막 측정에 용이하도록 장치를 소형으로 구현시킬 수 있으면서, 노이즈를 제거한 순수한 광 성분을 통해 장치의 정확도를 높일 수 있다는 장점이 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 필터에 따라 빛의 세기를 줄일 수 있는 정도를 측정한 그래프이다. 이는 필터 소자의 실용성을 측정하기 위해 에탈론과 거울을 이용해 실험을 수행한 결과이다.
도 6에 따르면, 거울의 위치를 바꾸어 에탈론에서 광이 반사하는 횟수를 바꾸어 가면 레이저 광의 세기를 얼마나 줄일 수 있는지 측정한 결과를 볼 수 있다. 에탈론에서 광이 매번 반사할 때마다 레이저 광의 세기는 약 10배씩 감소하였고, 동시에 브릴루앙 신호대역에서 광 손실은 약 10%씩 증가하였다. 최종적으로 반사횟수가 4번인 경우 브릴루앙 신호대역의 광 손실을 2dB로 줄이고, 노이즈를 40dB 제거할 수 있다.
본 출원에 따른 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치는 전술한 필터(180)를 바탕으로 하여 브릴루앙 시스템을 개발한다. 필터(180)는 기존의 실리카 대신 열팽창 계수가 10배이상 더 작은 특수 유리로 제작된다. 또한 필터(180)는 추가적으로 금속코일 히터를 장착할 수 있고, 이에 따라 항온 유지가 가능해질 수 있다. 바람직하게 필터는 가로 10cm, 세로 20cm, 높이 5cm의 크기를 갖도록 제작될 수 있고, 외부온도 15-30도 영역 안에서 브릴루앙 신호대역의 광 손실은 2dB 이하로 하면서 노이즈는 40dB 이상 제거할 수 있다.
도 7은 제 1 실시예에 따른 프로브를 나타내기 위한 개략적인 구성도이다. 프로브(200a)는 손으로 잡기 수월하도록 펜 모양으로 형성되고, 약 10cm의 직경과 약 1cm의 두께를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 도 7은 수동형 프로브를 도시하고 있다. 수동형 프로브(200a)는 홀더(201), 가이드레일(202), 초점거리 조절나사(203), 렌즈(204)를 포함한다.
홀더(201)는 수동형 프로브(200a)를 지지하고, 가이드레일(202), 초점거리 조절나사(203), 렌즈(204)를 통해 탐지 깊이를 조절할 수 있다.
수동형 프로브(200a)는 초점이 일정한 거리에 고정되어 있고, 사용자가 펜을 움직여 가면서 조직의 다른 부위를 탐지할 수 있도록 형성된다. 조직 표면에서 탐지 깊이를 바꾸기 위해 펜을 조직에 대고 누를 수도 있지만, 수동형 프로브(200a)는 초점거리 조절나사(203)를 움직이고 렌즈(204)의 위치를 바꾸어 초점거리를 프로브 끝 표면(조직과 접촉하는 부위)에서 10mm 떨어진 범위 안에서 바꿀 수 있도록 설계되어 있다. 따라서 수동형 프로브는 조직에 대고 누르지 않아도 탐지 깊이를 바꿀 수 있어 사용자의 편의성을 증대시킬 수 있다.
여기서 프로브는 렌즈(204)에 따라 초점의 크기, 즉 샘플링 부피를 선택할 수 있다. 고해상도를 측정하기 위해서는 샘플링 크기가 가로방향으로 약 1um, 길이방향으로 약 5um이면 되고, 저해상도를 측정하기 위해서는 샘플링 크기가 가로방향으로 약 3um, 길이방향으로 약 40um이면 된다.
도 8은 제 2 실시예에 따른 프로브를 나타내기 위한 개략적인 구성도이다. 도 7과 마찬가지로 프로브(200b)는 손으로 잡기 수월하도록 펜 모양으로 형성되고, 약 10cm의 직경과 약 1cm의 두께를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 도 8은 전동형 프로브를 도시하고 있다. 전동형 프로브(200b)는 가이드레일(202), 전기선(205), 음성코일 선형모터(206)를 포함한다.
전기선(205)을 통해 신호가 주입되면 음성코일 선형모터(206)가 동작하여 가이드레일(202)이 움직인다.
전동형 프로브(200b)는 음성코일 선형모터(206)를 장착하여 최종단 렌즈를 전후로 움직여 초점거리를 바꿀 수 있다. 이는 초점거리를 자동 스캔하며 샘플 조직을 깊이 방향으로 탐지하고 싶은 경우에 유용하다. 전동형 프로브(200b)는 약 3-6mm의 최대 스캔 거리를 가질 수 있다. 전동형 프로브(200b)는 초점거리를 바꾸면서 실시간으로 산란된 광 신호를 분석해 모니터에 깊이에 따른 브릴루앙 변환 주파수를 그래프로 보여줄 수 있고, 특정 깊이에서의 신호를 얻고 싶다면 전기선(205)을 통해 음성코일 선형모터(206)에 가는 전기 신호를 일정한 전압으로 바꾸어 초점을 고정할 수 있다.
도 9는 렌즈의 깊이에 따른 브릴루앙 주파수 측정치를 나타내는 그래프이다. 예를 들어, 도 9는 돼지 안구에서 적출한 렌즈의 깊이에 따른 강성의 변화를 측정한 것으로, 렌즈의 전방 표면 부근에서의 측정을 실시하고, 순차적으로 1mm 단위 깊이로 브릴루앙 측정을 실시하여 측정값을 비교한 결과이다.
도시된 바와 같이, 렌즈 중심부위의 브릴루앙 주파수가 가장 크게 나오고, 중심에서 멀어질수록 브릴루앙 주파수가 작아지는 것을 볼 수 있다. 이는 렌즈의 중심에 위치에 있는 세포핵 부위가 강성이 크고, 세포핵 주변을 감싸고 있는 피질 부위가 상대적으로 강성이 약하기 때문에 나타나는 결과이다.
이와 같이 본 출원에 따른 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치는 한가닥의 광섬유(210)를 이용하므로 소형으로 제작될 수 있고, 루비듐 증기 셀을 이용하여 안정되고 순도 높은 레이저 광원을 공급할 뿐만 아니라 필터(180)를 통해 노이즈 감쇄율을 높일 수 있으므로, 다양한 깊이에서 정확한 강성을 측정할 수 있다는 장점이 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
100: 분석기기 110: 레이저 광원
111: 튜너블 레이저 112: 레이저 로킹 모듈
113: 클린업 필터 114: DFB 레이저
120: 에탈론 130: 편광분할기
140: 파장변환판 150: 조준빔 광원
160: 광검출기 170: 피드백회로
180: 필터 190: 광분광 측정기
200: 프로브 201: 홀더
202: 가이드레일 203: 초점거리 조절나사
204: 렌즈 205: 전기선
206: 음성코일 선형모터 210: 광섬유

Claims (12)

  1. 브릴루앙 신호광을 분석하는 분석기기; 및
    상기 분석기기로부터 광신호를 수신하여 신체 조직에 조사하는 프로브를 포함하는 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치로서,
    상기 분석기기는,
    상기 프로브에 광신호를 공급하는 레이저 광원;
    상기 프로브로부터 브릴루앙 신호를 수신하여 투과시키는 필터; 및
    상기 필터와 연결되어 상기 브릴루앙 신호를 분석하는 광분광 측정기를 포함하고,
    상기 분석기기 및 상기 프로브는 한가닥의 광섬유를 통해 연결되고,
    상기 필터는 에탈론 및 거울을 포함하고,
    상기 거울은 상기 에탈론의 반사 각도를 조절하여 에탈론의 공진 주파수와 레이저의 공진 주파수를 일치시키는 것을 특징으로 하는, 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치.
  2. 브릴루앙 신호광을 분석하는 분석기기; 및
    상기 분석기기로부터 광신호를 수신하여 신체 조직에 조사하는 프로브를 포함하는 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치로서,
    상기 분석기기는,
    상기 프로브에 광신호를 공급하는 레이저 광원;
    상기 프로브로부터 브릴루앙 신호를 수신하여 투과시키는 필터; 및
    상기 필터와 연결되어 상기 브릴루앙 신호를 분석하는 광분광 측정기를 포함하고,
    상기 분석기기 및 상기 프로브는 한가닥의 광섬유를 통해 연결되고,
    상기 필터는 루비듐 증기 셀을 이용하여 상기 프로브로부터 브릴루앙 신호를 필터링해 상기 광분광 측정기로 출력하는 것을 특징으로 하는, 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광원은 루비듐 증기 셀을 이용하여 구성된 주파수 로킹 모듈을 포함하고,
    상기 필터는 노이즈를 감쇄시키는 것을 특징으로 하는, 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치.
  4. 브릴루앙 신호광을 분석하는 분석기기; 및
    상기 분석기기로부터 광신호를 수신하여 신체 조직에 조사하는 프로브를 포함하는 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치로서,
    상기 분석기기는,
    상기 프로브에 광신호를 공급하는 레이저 광원;
    상기 프로브로부터 브릴루앙 신호를 수신하여 투과시키는 필터; 및
    상기 필터와 연결되어 상기 브릴루앙 신호를 분석하는 광분광 측정기를 포함하고,
    상기 분석기기 및 상기 프로브는 한가닥의 광섬유를 통해 연결되며,
    상기 필터는 레이저의 탄성 산란광을 제거하여 레이저에서 발생하는 주파수 드리프트를 줄이는 것을 특징으로 하는, 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치.
  5. 브릴루앙 신호광을 분석하는 분석기기; 및
    상기 분석기기로부터 광신호를 수신하여 신체 조직에 조사하는 프로브를 포함하는 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치로서,
    상기 분석기기는,
    상기 프로브에 광신호를 공급하는 레이저 광원;
    상기 프로브로부터 브릴루앙 신호를 수신하여 투과시키는 필터; 및
    상기 필터와 연결되어 상기 브릴루앙 신호를 분석하는 광분광 측정기를 포함하고,
    상기 분석기기 및 상기 프로브는 한가닥의 광섬유를 통해 연결되며,
    상기 분석기기는, 사용자가 상기 프로브의 초점 위치를 볼 수 있도록 식별력이 강한 조준빔 광원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광섬유는, 중심부분에는 바깥 부분의 유리의 굴절률 보다 높은 굴절률을 갖는 유리가 배치되고 바깥부분에는 중심 부분의 유리의 굴절률 보다 낮은 굴절률을 갖는 유리가 배치된 것을 특징으로 하는, 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치.
  7. 브릴루앙 신호광을 분석하는 분석기기; 및
    상기 분석기기로부터 광신호를 수신하여 신체 조직에 조사하는 프로브를 포함하는 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치로서,
    상기 분석기기는,
    상기 프로브에 광신호를 공급하는 레이저 광원;
    상기 프로브로부터 브릴루앙 신호를 수신하여 투과시키는 필터; 및
    상기 필터와 연결되어 상기 브릴루앙 신호를 분석하는 광분광 측정기를 포함하고,
    상기 분석기기 및 상기 프로브는 한가닥의 광섬유를 통해 연결되며,
    상기 프로브는,
    사용자가 펜을 움직이면서 신체 조직의 특성을 측정하는 수동형 프로브; 및
    전기 신호를 통해 깊이에 따른 신체 조직의 특성을 측정하는 전동형 프로브를 포함하는 것을 특징으로 하는, 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수동형 프로브는 초점거리 조절나사를 포함하고,
    상기 초점거리 조절나사를 움직여 렌즈의 위치를 바꾸어 탐지 깊이를 조절하는 것을 특징으로 하는, 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전동형 프로브는 전기선 및 음성코일 선형모터를 포함하고,
    상기 전기선을 통해 음성코일 선형모터로 가는 전기 신호를 일정한 전압으로 바꾸어 초점을 고정하는 것을 특징으로 하는, 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광분광 측정기는, 상기 필터에서 출력되는 광에 대응되는 전기적 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는, 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광분광 측정기는, 브릴루앙 산란광에 해당하는 광 신호를 수신하고 수신된 신호들을 브릴루앙 이득 스펙트럼의 형태로 변환하는 컴퓨팅 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 프로브형 브릴루앙 광산란 측정 장치.
  12. 삭제
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019508710A (ja) * 2015-12-22 2019-03-28 キヤノン ユー．エス． ライフ サイエンシズ， インコーポレイテッドＣａｎｏｎ Ｕ．Ｓ． Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ． ブリルアン光散乱に基づくラベルフリーサイトメトリーのシステム及び方法
JP2019510212A (ja) * 2016-02-12 2019-04-11 ザ ジェネラル ホスピタル コーポレイション 分光法を実施するためのシステム

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101889351B1 (ko) * 2016-07-20 2018-09-20 한국과학기술연구원 유효 측정점 개수가 확대된 공간선택적 브릴루앙 분포형 광섬유 센서 및 브릴루앙 산란을 이용한 센싱 방법
KR20190006659A (ko) * 2017-07-11 2019-01-21 한국과학기술연구원 브릴루앙 산란을 이용한 형상 센싱 장치, 방법 및 시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019508710A (ja) * 2015-12-22 2019-03-28 キヤノン ユー．エス． ライフ サイエンシズ， インコーポレイテッドＣａｎｏｎ Ｕ．Ｓ． Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｉｎｃ． ブリルアン光散乱に基づくラベルフリーサイトメトリーのシステム及び方法
JP2019510212A (ja) * 2016-02-12 2019-04-11 ザ ジェネラル ホスピタル コーポレイション 分光法を実施するためのシステム

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