KR102550809B1 - 광학확산단층영상의 다중획득과 합성을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학확산단층영상의 다중획득과 합성을 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 광학확산단층영상을 획득하기 위한 장치는, 검사 대상물을 내부 공간에 위치시키기 위한 원통형 내벽, 상기 원통형 내벽의 외부 둘레를 따라, 한 개 이상의 평면에 하나 이상의 광원과 광검출기 어레이를 배치한 검출 기구, 및 상기 검출 기구의 상기 광원과 상기 광검출기 어레이의 회전 각도별로 상기 광검출기 어레이로부터 전기적 신호를 수신하여 합성 영상을 생성하되, 상기 원통형 내벽의 길이 방향을 따라 소정의 간격마다 수신한 상기 회전 각도별 상기 전기적 신호를 수신하여 상기 검사 대상물에 대한 방향별 합성 영상을 생성하는 제어장치를 포함한다.

Description

광학확산단층영상의 다중획득과 합성을 위한 방법 및 장치{Method and Apparatus for Multiple Acquisition and Synthesis of DOT(Diffuse Optical Tomography)}

본 발명은 광학확산단층영상 획득 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히, 다중 방향에서 광학확산단층영상을 획득하고 합성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

DBT/DOT (Digital Breast Tomosynthesis/Diffuse Optical Tomography) 융합영상 진단장비는 3차원 X-ray 유방 단층영상에 3차원 확산 광학 단층영상을 융합한 영상을 도출함으로써, 유방의 해부학적 영상뿐만 아니라 병변의 활성 상태와 관련된 기능적 영상을 동시에 제공 가능한 유방암 진단용 의료영상 시스템이다. 특히, 유방 등 검사 대상물의 광학확산단층영상(DOT)을 획득하기 위하여, 시스템에는 특정 파장을 가진 전자기파(광)의 송신 및 수신용 광섬유와 연결된 구조물이 설치되어 있으며, 이는 검사 대상물인 유방과 접촉하도록 위치한다.

예를 들어, 광학확산단층영상(DOT) 획득을 위한 종래의 시스템 중 하나(예, 특허출원번호 1020150097929 참조)는, 평행한 구조의 판 두 개가 검사 대상물 위치의 상부와 하부에 위치하고, 상판에는 콜리메이터(collimator)를 포함하는 송신용 광섬유 다수가 2차원 배열 형태로 연결되고, 하판에는 수신용 광섬유 다수가 2차원 배열 형태로 연결되어있다. 이 때, 검사를 위해 환자는 서 있는 자세를 취하며 검사 대상물은 압착된다.

다른 종래의 시스템에서는, 평행한 구조의 판 두 개가 검사 대상물 위치의 상부에 위치하고 그 판에는 송신용 광섬유 및 수신용 광섬유 다수가 2차원 배열 형태로 연결되어있다. 이 때, 검사를 위해 환자는 엎드려있는 자세를 취한다. 유방은 압착된다.

또 다른 종래의 시스템에서는, 검사 대상물이 위치하는 원통형 구조 내부의 면에 송신용 광섬유 및 수신용 광섬유 다수가 연결되어있는 경우도 있다. 이 때, 검사를 위해 환자는 엎드려 있는 자세를 취하고 유방을 압착하지 않는다.

DOT 취득과 관련하여 위와 같은 종래의 방식들은 모두 송신용 광섬유 및 수신용 광섬유의 위치가 고정되어 있기 때문에 검사 대상물의 한 방향에 대한 광학 데이터 취득이 가능하다. 그러나, 한 방향에 대한 광학 데이터를 취득하면 환자의 움직이나 호흡 등에 의한 흔들림 음영(Motion Artifact)이 발생할 수 있고 이론상 한계 수치 이상으로의 영상 해상도 개선이 불가하며, 유방을 압착하는 경우에는 환자에게 고통이 유발되므로 촬영 시간에 제약이 발생한다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 유방 등 검사 대상물의 압착없이 회전 구조물을 사용하여 다중 방향에서 광학확산단층영상을 획득하고 합성하는 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의일면에 따른 광학확산단층영상을 획득하기 위한 장치는, 검사 대상물을 내부 공간에 위치시키기 위한 원통형 내벽; 상기 원통형 내벽의 외부 둘레를 따라, 한 개 이상의 평면에 하나 이상의 광원과 광검출기 어레이를 배치한 검출 기구; 및 상기 검출 기구의 상기 광원과 상기 광검출기 어레이의 회전 각도별로 상기 광검출기 어레이로부터 전기적 신호를 수신하여 합성 영상을 생성하되, 상기 원통형 내벽의 길이 방향을 따라 소정의 간격마다 수신한 상기 회전 각도별 상기 전기적 신호를 수신하여 상기 검사 대상물에 대한 방향별 합성 영상을 생성하는 제어장치를 포함한다.

상기 제어장치는, 상기 회전 각도별 상기 전기적 신호로부터 생성한, 검출된광의 크기와 위상 데이터를 정합하고 보정하여 상기 합성 영상을 생성할 수 있다.

또한, 상기 제어장치는, 상기 회전 각도별 상기 전기적 신호를 수신하여 상기 회전 각도별로 각각 생성한 영상을 정합하고 보정하여 상기 합성 영상을 생성할 수 있다.

상기 광학확산단층영상을 획득하기 위한 장치는, 상기 제어장치의 제어를 받아, 상기 원통형 내벽의 외부 둘레를 따라 상기 검출 기구의 상기 광원과 상기 광검출기 어레이를 상기 회전 각도별로 회전시키기 위한 전동기구를 더 포함할 수 있다.

상기 광학확산단층영상을 획득하기 위한 장치는, 상기 제어장치의 제어를 받아, 상기 검출 기구를 상기 원통형 내벽의 길이 방향을 따라 상기 소정의 간격마다 위치 이동시키기 위한 이동제어기구를 더 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 광학확산단층영상 획득 장치의 작동 방법은, 원통형 내벽의 외부 둘레를 따라, 한 개 이상의 평면에 하나 이상의 광원과 광검출기 어레이를 배치한 검출 기구를 회전시키면서 회전 각도별로 상기 광검출기 어레이로부터 전기적 신호를 수신하는 단계; 및 상기 검출 기구의 상기 광원과 상기 광검출기 어레이의 회전 각도별로 상기 광검출기 어레이로부터 전기적 신호를 수신하여 합성 영상을 생성하되, 상기 원통형 내벽의 길이 방향을 따라 소정의 간격마다 수신한 상기 전기적 신호를 수신하여 상기 검사 대상물에 대한 방향별 합성 영상을 생성하는 단계를 포함한다.

상기 광학확산단층영상 획득 장치의 작동 방법은, 상기 원통형 내벽 안의 내부 공간에 검사 대상물을 위치시키고, 상기 검사 대상물에 대한 방향별 합성 영상을 생성하기 위한 것을 특징으로 한다.

상기 합성 영상을 생성하는 단계에서, 상기 회전 각도별 상기 전기적 신호로부터 생성한, 검출된 광의 크기와 위상 데이터를 정합하고 보정하여 상기 합성 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 합성 영상을 생성하는 단계는, 상기 회전 각도별 상기 전기적 신호를 수신하여 상기 회전 각도별로 각각 생성한 영상을 정합하고 보정하여 상기 합성 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 광학확산단층영상 획득 방법 및 장치에 따르면, 회전 구조물을 사용하여 여러 각도에서 전자기파(광)를 송신 및 수신하여 합성함으로써, 해상도를 향상시키고 흔들림 음영(Motion Artifact)이 제거된 깨끗한 광학확산단층영상을 획득할 수 있다.

또한, 유방 등 검사 대상물의 압착없이 검사기 진행되므로 환자의 고통을 감소하여 촬영시간의 제약을 덜 받을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DOT 영상을 얻기 위한 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 검출 기구의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DOT 영상을 얻기 위한 장치의 동작 설명을 위한 흐름도이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DOT 영상을 얻기 위한 장치(100)의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DOT 영상을 얻기 위한 장치(100)는, 유방이나 다른 신체일부, 샘플 조직 등 검사 대상물을 내부 공간에 위치시키기 위한 원통형 내벽(105), 원통형 내벽(105)의 외부 둘레를 따라 장착되는 검출 기구(110), 검출 기구(110)의 X-ray 등의 광원(111)과 광검출기 어레이(112)를 회전시키기 위한 전동기구(130), 및 장치(100)의 전반적인 제어를 위한 제어장치(140)를 포함한다. 이외에도 도면에는 도시하지 않았지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 DOT 영상을 얻기 위한 장치(100)는, 도 2와 같이, 검출 기구(110)를 원통형 내벽의 길이 방향을 따라 소정의 간격마다 위치 이동시키기 위한 이동제어기구를 더 포함할 수 있다.

검출 기구(110)는 하나 이상의 광원(111)과 광검출기 어레이(112)를 가진다. 광검출기 어레이(112)는 CCD(Charge Coupled Device) 어레이 등을 이용해 광에 대한 전기적 신호를 생성한다. 검출 기구(110)는 하나의 동일 평면에 하나 이상의 광원(111)과 광검출기 어레이(112)를 포함할 수 있으며, 경우에 따라서는 복수의 평면에 각각 광원(111)과 광검출기 어레이(112)를 가질 수도 있다. 여기서, 광검출기 어레이(112)의 광검출기로서, CCD(Charge Coupled Device) 이외에도 APD(Avalanche Photodiode), SSPM(Solid State Photo-multiplier), Si(Silicon) Photodiode/Photodetector 등 다양한 소자가 이용될 수 있다.

검출 기구(110) 또는 광원(111)과 광검출기 어레이(112)는, 소정의 각도씩 수동으로 360도 회전할 수도 있고, 또는 제어장치(140)에 설정된 값에 따라 소정의 각도씩 자동으로 360도 회전할 수도 있다.

제어장치(140)는 검출 기구(110) 또는 광원(111)과 광검출기 어레이(112)의 회전 각도별로 360도 전체에 대한 광검출기 어레이(112)로부터 전기적 신호를 수신하여 해당 DOT 합성 영상(데이터)을 생성하여 디스플레이 장치에 표시할 수 있다. 또한, 수동으로 또는 이동제어기구를 이용하여, 도 2와 같이, 검출 기구(110)를 원통형 내벽(105)의 길이 방향을 따라 소정의 간격마다 위치 이동시킬 수 있다.

이에 따라 제어장치(140)는 원통형 내벽(105)의 길이 방향을 따라 소정의 간격마다 생성한 회전 각도별 광검출기 어레이(112)의 전기적 신호로부터 검출된 광의 크기(amplitude)와 위상(phase)(예, 입사광 과의 위상차) 데이터를 생성하여 이를 공간좌표에 따라 정합하고 보정하여 해당 검사 대상물에 대한 방향별 합성 영상을 생성할 수 있다. 또는 제어장치(140)는 원통형 내벽(105)의 길이 방향을 따라 소정의 간격마다 생성한 회전 각도별 광검출기 어레이(112)의 전기적 신호로부터 회전 각도별 각각의 영상(데이터)을 생성하고 이들을 공간좌표에 따라 정합하고 보정하여 해당 검사 대상물에 대한 방향별 합성 영상을 생성할 수도 있다.

이하 도 3의 흐름도를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 DOT 영상을 얻기 위한 장치(100)의 동작을 좀 더 자세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DOT 영상을 얻기 위한 장치(100)의 동작 설명을 위한 흐름도이다.

먼저, 유방, 샘플 조직 등 검사 대상물에 대한 방향별 합성 영상(DOT 영상)을 생성하기 위하여, 원통형 내벽(105) 안의 내부 공간에 검사 대상물을 위치시킨다(S110). 사람인 경우에 엎드리거나 선채로, 또는 앉아서 검사 대상물(부분)을 원통형 내벽(105) 안의 내부 공간에 위치시킬 수 있다.

다음에, 제어장치(140)는 광원(111)이 광(또는 전자기파)을 조사하도록 제어하며, 광검출기 어레이(112)로부터 전기적 신호를 수신하여, 해당 각도에서 검출된 광의 크기(amplitude)와 위상(phase)(예, 입사광 과의 위상차) 데이터를 생성하거나 전기적 신호로부터 해당 각도에 대한 DOT 영상(데이터)을 생성하고 메모리 등 저장수단에 저장할 수 있다(S111).

최초 위치로부터 360도 회전이 아닌 경우에(S312), 수동으로 또는 제어장치(140)의 제어에 따라, 소정의 각도씩 검출 기구(110) 또는 광원(111)과 광검출기 어레이(112)를 회전시킬 수 있다(S120).

최초 위치로부터 360도 회전이 될 때까지 위와 같은 과정을 반복하며, 360도 회전에 대한 영상이 획득되면, 수동으로 또는 이동제어기구를 이용하여, 설정한 이동 횟수(MAX)에 도달 전이라면(S130), 도 2와 같이, 검출 기구(110)를 원통형 내벽(105)의 길이 방향을 따라 이전 위치로부터 소정의 간격만큼 위치 이동시킬 수 있다(S140).

설정한 이동 횟수(MAX)에 도달할 때까지, 위와 같이 검출 기구(110)의 위치 이동(S140)과 해당 위치에서 소정의 각도씩 검출 기구(110) 또는 광원(111)과 광검출기 어레이(112)를 회전시키면서 검출된 광의 크기와 위상 데이터 또는 DOT 영상(데이터)을 생성할 수 있다.

설정한 이동 횟수(MAX)에 대하여 각 이동 위치별 각각의 회전 각도에 대한 영상을 생성하면, 제어장치(140)는 각 이동 간격마다 생성한 회전 각도별 검출된 광의 크기와 위상 데이터 또는 영상을 정합(S150)하고 보정(S160)하여 해당 검사 대상물에 대한 방향별 합성 영상을 생성할 수 있다.

예를 들어, 각 이동 위치에서 15도의 각도로 회전하면서 24회의 DOT 신호 취득과 영상 생성이 가능하고, 전체 이동 횟수(MAX)에 대하여 저장된 데이터에 대하여 일련의 연산과정을 통하여 동일한 3차원 좌표상의 24가지 각도별 검출된 광의 크기와 위상 데이터 또는 영상 정합을 수행하고, 각도별 데이터의 평균, 표준편차, 보간법 등의 연산법을 이용하여 보정하여 최종 영상을 도출할 수 있다.

위에서도 기술한 바와 같이, 검출 기구(110)는 하나의 동일 평면에 하나 이상의 광원(111)과 광검출기 어레이(112)를 포함할 수 있으며, 경우에 따라서는 복수의 평면에 각각 광원(111)과 광검출기 어레이(112)를 가질 수도 있다. 이외에도 하나의 동일 평면에 하나 이상의 광원(111)과 광검출기 어레이(112)를 갖는 검출 기구(110)를 개별적으로 제작하고, 이와 같은 구조물 복수개를 내벽(105)을 따라 소정의 간격마다 배치한 구조가 되도록 할 수도 있다. 이와 같은 경우 검사 시간을 단축하여 효율적으로 검사할 수 있고, 각각의 광원을 통하여 동시에 여러 가지 파장을 가진 전자기파(광)의 송신이 가능하게 되어 병변의 활성도와 관련되는 기능적 영상의 다양성을 확보할 수도 있다. 또한, 원통형 내벽(105)의 직경을 달리하여 검사 대상물에 맞는 다양한 형태와 크기에 적합한 검사 환경을 구축할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 DOT 영상을 얻기 위한 장치(100)는, 회전 구조물을 사용하여 여러 각도에서 전자기파(광)를 송신 및 수신하여 합성함으로써, 해상도를 향상시키고 흔들림 음영(Motion Artifact)이 제거된 깨끗한 광학확산단층영상을 획득할 수 있다. 또한, 유방 등 검사 대상물의 압착없이 검사기 진행되므로 환자의 고통을 감소하여 촬영시간의 제약을 덜 받을 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

원통형 내벽(105)
검출 기구(110)
광원(111)
광검출기 어레이(112)
전동기구(130)
제어장치(140)

Claims (9)

1. 검사 대상물을 내부 공간에 위치시키기 위한 원통형 내벽;
   상기 원통형 내벽의 외부 둘레를 따라, 한 개 이상의 평면에 하나 이상의 광원과 광검출기 어레이를 배치한 검출 기구; 및
   상기 검출 기구의 상기 광원과 상기 광검출기 어레이의 회전 각도별로 상기 광검출기 어레이로부터 전기적 신호를 수신하여 광학확산단층영상을 생성하되, 상기 원통형 내벽의 길이 방향을 따라 소정의 간격마다 상기 검출 기구를 이동시켜서 수신한 상기 회전 각도별 상기 전기적 신호를 수신하여 상기 검사 대상물에 대한 각 간격에서의 방향별광학확산단층영상을 생성하는 제어장치를 포함하고,
   상기 제어장치는, 상기 소정의 간격마다 상기 회전 각도별 상기 전기적 신호로부터 생성한, 검출된 광의 크기와 위상 데이터를 정합하고 보정하여 해당 전체 각도와 간격들에 대해 합성된 광학확산단층영상을 생성하며,
   상기 검사 대상물의 압착없이 상기 검사 대상물에 대한 상기 합성된 광학확산단층영상을 획득하되, 상기 검사 대상물의 흔들림에 의한 음영이 제거된 상기 합성된 광학확산단층영상을 획득하기 위한 것을 특징으로 하는 광학확산단층영상을 획득하기 위한 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어장치는, 상기 회전 각도별 상기 전기적 신호를 수신하여 상기 회전 각도별로 각각 생성한 영상을 정합하고 보정하여 상기 합성된 광학확산단층영상을 더 생성하는 것을 특징으로 하는 광학확산단층영상을 획득하기 위한 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어장치의 제어를 받아, 상기 원통형 내벽의 외부 둘레를 따라 상기 검출 기구의 상기 광원과 상기 광검출기 어레이를 상기 회전 각도별로 회전시키기 위한 전동기구
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학확산단층영상을 획득하기 위한 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어장치의 제어를 받아, 상기 검출 기구를 상기 원통형 내벽의 길이 방향을 따라 상기 소정의 간격마다 위치 이동시키기 위한 이동제어기구
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학확산단층영상을 획득하기 위한 장치.
6. 원통형 내벽의 외부 둘레를 따라, 한 개 이상의 평면에 하나 이상의 광원과 광검출기 어레이를 배치한 검출 기구를 회전시키면서 회전 각도별로 상기 광검출기 어레이로부터 전기적 신호를 수신하는 단계;
   상기 검출 기구의 상기 광원과 상기 광검출기 어레이의 회전 각도별로 상기 광검출기 어레이로부터 전기적 신호를 수신하여 광학확산단층영상을 생성하되, 상기 원통형 내벽의 길이 방향을 따라 소정의 간격마다 상기 검출 기구를 이동시켜서 수신한 상기 전기적 신호를 수신하여 검사 대상물에 대한 각 간격에서의 방향별 광학확산단층영상을 생성하는 단계; 및
   상기 소정의 간격마다 상기 회전 각도별 상기 전기적 신호로부터 생성한, 검출된 광의 크기와 위상 데이터를 정합하고 보정하여 해당 전체 각도와 간격들에 대해 합성된 광학확산단층영상을 생성하는 단계를 포함하고,
   상기 검사 대상물의 압착없이 상기 검사 대상물에 대한 상기 합성된 광학확산단층영상을 획득하되, 상기 검사 대상물의 흔들림에 의한 음영이 제거된 상기 합성된 광학확산단층영상을 획득하기 위한 것을 특징으로 하는 광학확산단층영상 획득 장치의 작동 방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제6항에 있어서,
   상기 광학확산단층영상을 생성하는 단계는, 상기 회전 각도별 상기 전기적 신호를 수신하여 상기 회전 각도별로 각각 생성한 영상을 정합하고 보정하여 상기 합성된 광학확산단층영상을 생성하는 단계
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학확산단층영상을 획득하기 위한 장치의 작동 방법.

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