KR20140110498A - 측정 위치의 조절이 가능한 광 간섭 단층촬영 장치 - Google Patents

Abstract

측정 대상인 안구와 광 간섭 단층촬영 장치 사이의 동작 거리 조절 및 중심 정렬을 정확히 수행할 수 있는 광 간섭 단층촬영 장치에가 개시된다. 상기 광 간섭 단층촬영 장치는, 측정 대상으로 마이어링 측정광을 조사하는 마이어링 광학계; 상기 측정 대상에서 반사된 조명광의 이미지 및 상기 측정 대상에서 반사된 마이어링 광 이미지를 검출하는 이미지 촬영부; 상기 측정 대상으로 신호광을 조사하여, 측정 대상의 내부 단층 이미지를 촬영하는 단층 영상 촬영부; 상기 측정 대상으로부터 반사된 상기 이미지 촬영부의 조명광의 경로와 상기 단층 영상 촬영부의 신호광의 경로를 분리하여, 상기 조명광의 반사 이미지를 상기 이미지 촬영부로 전달하고, 상기 반사된 신호광을 상기 단층 영상 촬영부로 전달하는 색선별 미러; 측정 대상 입사되거나 측정 대상에서 반사되는 신호광 및 조명광을 집속하는 대물렌즈; 및 상기 마이어링 광 이미지의 위치와 광 간섭 단층촬영 장치의 광학축의 위치의 차이로부터, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 상하 및 좌우 이동량을 산출하고, 그에 따라 상기 광 간섭 단층촬영 장치를 상하 및 좌우 방향으로 이동시켜, 상기 마이어링 광 이미지의 위치와 광 간섭 단층촬영 장치의 광학축을 일치시키는 제어부를 포함한다.

Description

측정 위치의 조절이 가능한 광 간섭 단층촬영 장치{Optical coherence tomography device which is capable of controling measuring position}

본 발명은 측정 위치의 조절이 가능한 광 간섭 단층촬영 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 측정 대상인 안구와 광 간섭 단층촬영 장치 사이의 동작 거리 조절 및 중심 정렬을 정확히 수행할 수 있는 광 간섭 단층촬영 장치에 관한 것이다.

각막 수술, 백내장 수술 등의 안과 수술을 위해, 환자 안구의 2차원 단층 이미지를 비침습적으로 촬영할 필요가 있으며, 이를 위하여 광 간섭 단층촬영 장치(Optical coherence tomography device; OCT)가 사용되고 있다. 광 간섭 단층촬영 장치를 사용하면, 생체 조직의 내부 단층 이미지를 서브마이크론 단위의 고해상도로 촬영할 수 있다. 도 1은 통상적인 시간 영역(TD: Time Domain) 광 간섭 단층촬영 장치에 사용되는 단층 영상 촬영부의 구성 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 통상적인 시간 영역 광 간섭 단층촬영 장치의 단층 영상 촬영부는, 짧은 가간섭 거리를 가지도록 광대역 광(broadband low-coherence light, O)을 출사하는 광원(10), 상기 광대역 광(L)을 기준광(R) 및 신호광(S)으로 분할하는 빔 스플리터(12, Beam splitter), 상기 기준광(R)의 진행 방향을 따라 이동 가능하게 설치되어 있으며, 상기 기준광(R)을 반사하는 기준 거울(14, Reference mirror), 측정 대상(18, sample, 예를 들면, 안구)의 특정 깊이에서 반사된 신호광(S)과 상기 기준 거울(14)에서 반사된 기준광(R)이 중첩된(superimpose) 간섭광(interference light, C)을 검출하는 포토디텍터(16, Photo Detector) 등을 포함한다.

도 2는, 통상적인 광 간섭 단층촬영 장치의 다른 예로서, 분광 영역(SD: Spectral Domain) 광 간섭 단층촬영 장치(SD-OCT)에 사용되는 단층 영상 촬영부의 구성 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 통상적인 분광 영역 광 간섭 단층촬영 장치의 단층 영상 촬영부는, 짧은 가간섭 거리를 가지도록 광대역 광(L)을 출사하는 광원(20), 상기 광대역 광(L)을 기준광(R) 및 신호광(S)으로 분할하는 광섬유 커플러(22, Fiber coupler), 상기 기준광(R)의 진행 방향에 고정 설치되어(fixed) 있으며, 상기 기준광(R)을 반사하는 기준 거울(24), 측정 대상(28)의 특정 깊이에서 반사된 신호광(S)과 상기 기준 거울(14)에서 반사된 기준광(R)이 중첩된(superimpose) 간섭광(interference light, C)을 검출하는 포토디텍터(26, Photo Detector) 등을 포함한다. 상기 포토디텍터(26)는 간섭광(C)을 집속하는 집속 렌즈(26a, collimator lens), 간섭광(C)을 분광하는(divide into spectra) 회절 격자(26b, Diffraction grating), 분광된 간섭광(C)을 검출하는 라인 스캔 카메라(26c, Line scan camera) 등을 포함한다. 또한, 상기 신호광(S)의 경로 상에는, 필요에 따라, 신호광(S)의 조사 위치(target position)를 XY-평면상에서 X 및 Y 방향으로 각각 이동시키는 X-스캐너(32) 및 Y-스캐너(30), 신호광(S)을 집속하는 집속 렌즈(34), 신호광(S)의 경로를 변경하는 반사 미러(36) 등이 더욱 설치되어 있을 수 있다. 상기 X-스캐너(32) 및 Y-스캐너(30)는 측정 대상(28)의 2차원 또는 3차원 단층 이미지를 얻기 위한 것으로서, 신호광(S)을 각각 X-방향 및 Y-방향으로 스캔시키기 위한 갈바노 미러(Galvano Mirror)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 분광 영역 광 간섭 단층촬영 장치(SD-OCT)에 있어서는, 광대역 광원(20), 고정된 기준 거울(24), 회절 격자(26b) 및 라인 스캔 카메라(26c)를 사용하여, 생체 조직 내부의 고해상도 단층 이미지를 촬영한다.

상술한 광 간섭 단층촬영 장치(OCT)는 다양한 바이오 메디컬 분야, 예를 들면, 안구 단층 이미지의 획득, 피부 내피 단층 이미지의 획득, 혈류 단층 이미지의 획득, 치아 단층 이미지의 획득, 위장 관 단층 이미지의 획득 등에 사용된다. 상기 광 간섭 단층촬영 장치가 안구 단층 이미지의 획득에 사용되는 경우, 측정 이전에, 측정 대상인 안구와 광 간섭 단층촬영 장치 사이의 동작 거리(Working distance)를 조절하여 신호광의 초점을 맞추어야 하고(focusing), 또한, 안구 중심, 즉, 안구의 각막 중심과 광 간섭 단층촬영 장치의 중심을 정렬(centering)하여야 한다. 상기 광 간섭 단층촬영 장치를 이용하여, 망막을 스캔하는 경우, 스캔광의 정지(stop) 위치가 동공에 위치한다. 즉, 각 방향의 스캔광이 동공에서 한 점으로 모였다가, 망막의 여러 부위로 퍼지게 된다. 이때, 피검안과 기기의 동작 거리를 정확히 맞추지 않으면 스캔광의 정지 위치도 변화하여(즉, 동공 중심에 위치하지 않아), 신호 획득 시 신호 손실을 유발하는 비네팅(vignetting) 효과를 발생시킨다. 따라서, 이러한 신호 손실을 유발하는 비네팅 효과를 제거하기 위해서도, 동작 거리 및 중심 정렬을 정확히 맞추어야 한다. 종래에는, 측정자가 육안으로 안구 이미지를 관찰하면서, 안구와 광 간섭 단층촬영 장치 사이의 동작 거리를 조절하고, 중심을 정렬하였으나, 이 경우, 측정자의 숙련도에 따라, 측정의 정확도가 달라질 뿐만 아니라, 안구 단층 이미지의 획득에 장시간이 소요되는 단점이 있다.

본 발명의 목적은, 측정 대상인 안구와 광 간섭 단층촬영 장치 사이의 동작 거리 및 중심 정렬이 가능한 광 간섭 단층촬영 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 신호 획득 시 신호 손실을 유발하는 비네팅(vignetting) 효과를 감소시킬 수 있는 광 간섭 단층촬영 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 측정 대상인 안구와 광 간섭 단층촬영 장치 사이의 동작 거리 및 중심 정렬을 자동으로 수행함으로서, 측정자의 숙련도와 무관하게, 안구 단층 이미지를 단시간에 획득할 수 있는 광 간섭 단층촬영 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 측정 대상으로 마이어링 측정광을 조사하는 마이어링 광학계; 상기 측정 대상에서 반사된 조명광의 이미지 및 상기 측정 대상에서 반사된 마이어링 광 이미지를 검출하는 이미지 촬영부; 상기 측정 대상으로 신호광을 조사하여, 측정 대상의 내부 단층 이미지를 촬영하는 단층 영상 촬영부; 상기 측정 대상으로부터 반사된 상기 이미지 촬영부의 조명광의 경로와 상기 단층 영상 촬영부의 신호광의 경로를 분리하여, 상기 조명광의 반사 이미지를 상기 이미지 촬영부로 전달하고, 상기 반사된 신호광을 상기 단층 영상 촬영부로 전달하는 색선별 미러; 측정 대상 입사되거나 측정 대상에서 반사되는 신호광 및 조명광을 집속하는 대물렌즈; 및 상기 마이어링 광 이미지의 위치와 광 간섭 단층촬영 장치의 광학축의 위치의 차이로부터, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 상하 및 좌우 이동량을 산출하고, 그에 따라 상기 광 간섭 단층촬영 장치를 상하 및 좌우 방향으로 이동시켜, 상기 마이어링 광 이미지의 위치와 광 간섭 단층촬영 장치의 광학축을 일치시키는 제어부를 포함하는 광 간섭 단층촬영 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 광 간섭 단층촬영 장치는, 측정 대상인 안구와 광 간섭 단층촬영 장치 사이의 동작 거리 및 중심 정렬을 자동으로 수행함으로서, 측정자의 숙련도와 무관하게, 안구 단층 이미지를 단시간에 획득할 수 있다.

도 1은 통상적인 시간 영역 광 간섭 단층촬영 장치에 사용되는 단층 영상 촬영부의 구성 블록도.
도 2는 통상적인 분광 영역 광 간섭 단층촬영 장치에 사용되는 단층 영상 촬영부의 구성 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 간섭 단층촬영 장치의 구성을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 광 간섭 단층촬영 장치에 있어서, 마이어링 광학계에 의하여 각막에 형성된 마이어링 광 및 포커스 광의 이미지를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 간섭 단층촬영 장치에 있어서, 피검안의 각막 중심과 광 간섭 단층촬영 장치의 광학축을 정렬하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 간섭 단층촬영 장치에 있어서, 피검안의 위치에 따른, 마이어링 광 이미지 및 포커스 광 이미지의 관계를 보여주는 도면.
도 7은, 도 3에 도시된 광 간섭 단층촬영 장치에 있어서, 각막의 이미지 및 단면 영상을 얻는 경우의 구성을 보여주는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 광 간섭 단층촬영 장치에 사용될 수 있는 마이어링 광학계의 일 예를 보여주는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 간섭 단층촬영 장치의 구성을 보여주는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광 간섭 단층촬영 장치는 피검안 등의 측정 대상(1)으로 마이어링 측정광을 조사하는 마이어링 광학계(400), 상기 마이어링 측정광이 결상되고 검출되는 이미지 촬영부(100), 단층 영상 촬영부(200), 색선별 미러(300, dichroic mirror), 대물렌즈(310), 제어부(도시하지 않음) 및, 필요에 따라, 촬영 깊이 조절 렌즈(320)를 포함한다.

상기 마이어링 광학계(400)는 피검안(1)의 각막에 마이어링(mire ring) 측정광 및, 필요에 따라, 포커스 측정광을 조사하는 수단으로서, 마이어링 광을 발생시키는 마이어링 광원(410)을 포함하고, 피검안(1)의 각막에 둘 이상의 포커스 광을 형성시키는 포커스 광원(420a, 420b)을 더욱 포함할 수 있다. 상기 마이어링 광원(410)은 피검안(1)의 각막에 초점을 형성하는 도우넛(donut) 형상의 마이어링 측정광을 피검안(1)으로 조사하는 광원으로서, 예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 링(ring) 형상으로 배열된 다수의 발광 소자(412, LED), 및 상기 다수의 발광 소자(412)의 전면에 배치되어, 상기 발광 소자(412)에서 방출된 광을 마이어링 측정광으로 변환하는 마이어링(도시하지 않음)으로 구성될 수 있다. 상기 포커스 광원(420a, 420b)은 광 간섭 단층촬영 장치의 광학축에 평행한 둘 이상의 포커스 광을 조사하는 광원으로서, 예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 발산하는 형태의 포커스 광을 출사하는 포커스 광원(422) 및 확산판(424, diffuser), 상기 발산하는 형태의 포커스 광을 점 형태의 광으로 변환하는 핀홀(426, pin hole), 및 상기 점 형태의 포커스 광을 평행광으로 만드는 시준렌즈(428, collimation lens)로 구성될 수 있다. 즉, 도 8에 도시된 마이어링 광학계(400)에 있어서는, 대물렌즈(310) 주위에 다수의 발광 소자(412)를 링(ring) 형태로 배열하고, 2개의 발광 소자(422), 바람직하게는 서로 대칭되게 위치하는 2개의 발광 소자(422)의 전면에는 확산판(424), 핀홀(426) 및 시준렌즈(428)를 설치하여, 무한 광원인 포커스 광원(420a, 420b)이 되도록 구성하고, 나머지 발광 소자(412)에는 확산판만 설치하여, 유한 광원인 마이어링 광원(410)이 되도록 구성할 수 있다. 광학계의 동작 거리 변화에 따라, 상기 유한 광원은 크기가 달라지지만, 무한 광원은 광원들 사이의 거리는 변화가 없이 크기만 변화하므로, 상기 유한 광원 및 무한 광원의 특성을 이용하여 정확한 동작 거리를 맞출 수 있다. 상기 마이어링 광원(410)은 링(ring) 형태 뿐 만 아니라, 다수의 발광 소자를 직선형, 타원형, 사각형 등의 다양한 형태로 배열한 것일 수 있다. 또한, 상기 포커스 광원(420a, 420b)은 상기 마이어링 광원(410)의 내부, 외부 또는 상기 마이어링 광원(410)과 중첩되어 위치할 수 있다. 상기 포커스 광은, 이하에서 설명하는 도 4에 도시된 바와 같이, 점 형태의 한 쌍의 평행광(470a, 470b)이거나, T 형으로 위치한 3개의 평행광이거나, 120도의 각도로 원주상에 위치하는 3개의 평행광일 수 있다. 또한, 상기 포커스 광의 이미지는 피검안(1)이 중심부에 형성될 수도 있으나, 눈꺼플이 올라가지 않는 환자의 경우, 피검안(1)이 중심부보다 아래쪽에 형성될 수도 있다.

도 4는 본 발명에 따른 광 간섭 단층촬영 장치에 있어서, 마이어링 광학계(400)에 의하여 각막에 형성된 마이어링 광 및 포커스 광의 이미지를 보여주는 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 마이어링 광원(410)으로부터 조사된 마이어링 광은 피검안(1)의 각막에 링 형태의 마이어링 광 이미지(460)를 형성하고, 포커스 광원(420a, 420b)으로부터 조사된 포커스 광은 피검안(1)의 각막에 점 형태의 포커스 광 이미지(470a, 470b)를 형성한다. 상기 마이어링 광 이미지(460)의 위치는 그의 중심점(462)의 위치로 표현될 수 있고, 상기 마이어링 광 이미지(460)의 크기는 그의 직경(R)으로 표현될 수 있으며, 포커스 광 이미지(470a, 470b)의 크기는 그들 사이의 간격(F)으로 표현될 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 상기 마이어링 광 및 포커스 광은 이미지 촬영부(100)에서 결상 및 검출된다. 상기 이미지 촬영부(100)는, 측정 대상, 즉, 피검안(1)의 각막에서 반사된 마이어링 광 이미지(460) 및 포커스 광 이미지(470a, 470b)를 검출하는 수단으로서 영상 장치(50)를 포함하며, 필요에 따라, 상기 마이어링 광 이미지(460) 및 포커스 광 이미지(470a, 470b)를 집속 및 전달하는 집속 렌즈(52, 54) 등을 더욱 포함할 수 있다. 상기 마이어링 광원(410)으로부터 조사된 마이어링 광 및 포커스 광원(420a, 420b)으로부터 조사된 포커스 광은 피검안(1)의 각막에서 반사된 후, 대물렌즈(310) 및 촬영 깊이 조절 렌즈(320)에서 집속되고, 어퍼쳐 미러(48) 중앙부에 형성된 구멍을 통과하고, 필요에 따라, 집속 렌즈(52), ccd 렌즈(54) 등의 렌즈에서 집속된 후, 영상 장치(50)에 마이어링 광 이미지(460) 및 포커스 광 이미지(470a, 470b)를 형성한다. 뒤에서 설명하는 바와 같이, 상기 촬영 깊이 조절 렌즈(320)는 광학계의 초점이 피검안(1)의 각막에 위치하도록 하므로, 상기 촬영 깊이 조절 렌즈(320)에 의해 각막의 영상을 선명하게 볼 수 있고, 또한, 대물렌즈(310) 주위의 마이어링 광원(410) 및 포커스 광원(420a, 420b)을 선명하게 볼 수 있게 된다. 이 후, 망막을 스캔하는 경우에는, 상기 촬영 깊이 조절 렌즈(320)를 제거하여, 광학계의 초점 위치가 망막에 위치하도록 한다.

피검안(1)의 각막 중심이 광 간섭 단층촬영 장치의 광학축에 정렬되도록 하기 위하여(centering), 본 발명에 따른 광 간섭 단층촬영 장치에 내장된 제어부(도시하지 않음)는, 상기 마이어링 광 이미지(460)의 위치(중심점)와 광 간섭 단층촬영 장치의 광학축의 위치의 차이로부터, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 상하 및 좌우 이동량을 산출하고, 그에 따라 상기 광 간섭 단층촬영 장치를 상하 및 좌우 방향으로 이동시켜, 상기 마이어링 광 이미지(460)의 위치(중심점)가 광 간섭 단층촬영 장치의 광학축과 일치하도록 한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 간섭 단층촬영 장치에 있어서, 피검안(1)의 각막 중심과 광 간섭 단층촬영 장치의 광학축을 정렬하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 광 간섭 단층촬영 장치의 광학축은, 이미지 촬영부(100)에 형성되는 이미지(580)의 중심점(O)에 위치하고, 각막에 형성된 마이어링 광 이미지(460)의 중심점(462)은 피검안(1)의 각막의 정점 또는 중심점에 위치한다. 따라서, 상기 이미지(580)의 중심점(O)의 위치로부터 마이어링 광 이미지(460)의 중심점(462)으로 이동하기 위한 X축 방향(좌우 방향) 위치 오차(ΔX) 및 Y축 방향(상하 방향) 위치 오차(ΔY)를 산출하고, 광 간섭 단층촬영 장치를 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시켜, 피검안(1)의 각막 중심이 광 간섭 단층촬영 장치의 광학축에 정렬되도록 한다. 상기 마이어링 광 이미지(460)는 각막의 위치를 파악할 수 있는 선명한 신호광의 역할을 하므로, 안구의 이미지를 이용한 통상적인 정렬 방법보다 더욱 정확하게 광학계의 위치를 조정할 수 있다. 한편, 필요에 따라서는, 마이어링 광 이미지(460)의 중심점(462)과 피검안(1)의 동공 중심이 일치하지 않는 경우, 유한 광원인 마이어링 광 이미지(460)의 중심점(462)이, 상기 이미지 촬영부(100)에서 형성되는 이미지(580)의 중심점(O) 대신, 상기 피검안(1)의 동공 중심과 일치하도록, 광 간섭 단층촬영 장치와 피검안(1)사이의 중심 정렬(centering)을 수행할 수도 있다.

다음으로, 상기 마이어링 광 이미지(460)의 크기(R) 및 포커스 광 이미지(470a, 470b)의 크기(F)로부터, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 전후 이동량을 산출하고, 이에 따라 광 간섭 단층촬영 장치를 전후 방향으로 이동시킴으로서, 상기 피검안(1)의 각막을 측정광의 초점 거리에 위치시키는 방법을 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 간섭 단층촬영 장치에 있어서, 피검안(1)이 측정광의 초점 거리 안쪽에 위치하는 경우(A), 피검안(1)이 측정광의 초점 거리에 위치하는 경우(B) 및 피검안(1)이 측정광의 초점 거리 바깥쪽에 위치하는 경우(C)의 마이어링 광 이미지(460) 및 포커스 광 이미지(470a, 470b)의 관계를 보여주는 도면이다. 상기 마이어링광은 유한 광원으로서, 상기 마이어링 광 이미지(460)는 피검안(1)이 광 간섭 단층촬영 장치 광학계의 초점 거리에 위치할 때, 상기 피검안(1)의 각막 위에서 가장 선명한 마이어링 광 이미지(460)을 형성하며, 마이어링 광 주변으로 번짐 현상(Blurring)도 발생하지 않는다. 도 6의 B에 도시된 바와 같이, 피검안(1)이 광학계의 초점 거리에 위치할 때 마이어링 광 이미지의 직경(Rb)을 기준으로 하면, 상기 피검안(1)의 위치가 초점 거리보다 가까워질수록, 마이어링 광 이미지(460)의 직경(Ra)은 더 커지고(도 6의 A), 초점 거리보다 멀어질수록, 마이어링 광 이미지(460)의 직경(Rc)은 더 작아진다(도 6의 C). 반면, 포커스 광은 무한 광원으로서, 평행광이므로, 피검안(1)의 위치에 관계없이, 각막의 일정한 지점에 포커스 광 이미지(470a, 470b)가 형성되고, 각각의 포커스 광 사이의 거리(Fa, Fb, Fc)는 동일하다. 따라서, 광 간섭 단층촬영 장치의 제어부(도시하지 않음)는, 피검안(1)의 위치에 따라 달라지는 마이어링 광 이미지(460)의 직경(R)과 피검안(1)의 위치에 따라 변동이 없는 포커스 광 이미지(470a, 470b)의 크기(F)로부터, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리에 피검안(1)이 위치하는지를 판단하고, 광 간섭 단층촬영 장치를 전후 방향으로 이동시켜, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리에 피검안(1)이 위치하도록 할 수 있다.

상기 광 간섭 단층촬영 장치의 전후 이동량을 산출하는 다른 예는 다음과 같다. 마이어링 광 이미지(460)의 직경(R)과 포커스 광 이미지(470a, 470b)의 크기(F) 차이를 포커스 간격 D라 하면(즉, D = R - F), 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리에 피검안(1)이 위치할 때(도 6의 B), 포커스 간격 D는 소정값, 즉, Db = Rb - Fb를 가진다. 한편, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리 보다 피검안(1)이 가깝게 위치할 때(도 6의 A), 포커스 간격 Da는 Ra - Fa 이며, Da > Db 이다. 반면, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리 보다 피검안(1)이 멀리 위치할 때(도 6의 C), 포커스 간격 Dc는 Rc - Fc 이며, Dc < Db 이다. 따라서, 광 간섭 단층촬영 장치의 제어부(도시하지 않음)는 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리에 피검안(1)이 위치할 때의 기준 포커스 간격 Db를 미리 측정한 후, 측정되는 피검안(1)의 포커스 간격 D를 측정하고, 측정된 포커스 간격 D와 기준 포커스 간격 Db의 차이(즉, D - Db)가 소정 범위(예를 들면, 0.2 내지 0.4 mm)를 벗어하면, 그 차이가 소정 범위 이하로 감소할 때까지 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 전후 위치를 조정할 수 있다. 예를 들어, 상기 측정된 포커스 간격 D와 기준 포커스 간격 Db의 차이(D - Db)가 0.4 mm를 초과하면, 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리 보다 피검안(1)이 가깝게 위치하는 것으로 판단하여, 광 간섭 단층촬영 장치를 후진시키고, 상기 포커스 간격의 차이(D - Db)가 0.2 mm 미만이면, 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리 보다 피검안(1)이 멀리 위치하는 것으로 판단하여, 광 간섭 단층촬영 장치를 전진시켜, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리에 피검안(1)을 위치시킬 수 있다.

상기 광 간섭 단층촬영 장치의 전후 이동량을 산출하는 또 다른 예는, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리에 피검안(1)이 위치하는지를 파악하기 위하여, 상기 측정된 포커스 간격 D와 기준 포커스 간격 Db의 비율(D/Db)을 이용하는 것이다. 예를 들어, 광 간섭 단층촬영 장치의 제어부(도시하지 않음)는, 상기 측정된 포커스 간격 D와 기준 포커스 간격 Db의 비율(D/Db)이 2를 초과하면, 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리 보다 피검안(1)이 가깝게 위치하는 것으로 판단하여, 광 간섭 단층촬영 장치를 후진시키고, 상기 측정된 포커스 간격 D와 기준 포커스 간격 Db의 비율(D/Db)이 1.2 미만이면, 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리 보다 피검안(1)이 멀리 위치하는 것으로 판단하여, 광 간섭 단층촬영 장치를 전진시켜, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리에 피검안(1)을 위치시킬 수 있다. 이때, 필요에 따라, 피검안(1)의 각막 곡률에 따라, 상기 포커스 간격의 차이(D - Db) 및 상기 포커스 간격의 비율(D/Db) 범위를 보정(조정)할 수도 있다.

상기 광 간섭 단층촬영 장치의 전후 이동량을 산출하는 또 다른 예는, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리에 피검안(1)이 위치하는 경우, 유한 광원인 마이어링 광 이미지(460)와 무한 광원인 포커스 광 이미지(470a, 470b)가 서로 중첩되도록, 상기 마이어링 광학계(400)의 마이어링 광원(410) 및 포커스 광원(420a, 420b)을 배치하고, 상기 제어부는 상기 마이어링 광 이미지(460)와 포커스 광 이미지(470a, 470b)가 서로 중첩될 때 까지, 광 간섭 단층촬영 장치를 전후 방향으로 이동시켜, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리에 피검안(1)이 위치하도록 할 수 있다.

또한, 경우에 따라서는, 상기 포커스 광 이미지(470a, 470b)를 사용하지 않고, 상기 마이어링 광 이미지(460)의 링의 두께가 최소인 경우에(즉, 가장 선명한 경우에), 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리에 피검안(1)이 위치한 것으로 판단할 수도 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 광 간섭 단층촬영 장치에 내장된 제어부(도시하지 않음)는, 상기 마이어링 광 이미지(460)의 링의 두께가 최소가 되도록 광 간섭 단층촬영 장치를 전후 방향으로 이동시켜, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리에 피검안(1)이 위치하도록 한다.

다시, 도 3을 참조하면, 상기 이미지 촬영부(100)는 측정 대상(1, 예를 들면, 피검안)으로 조명광(illumination light)을 조사하는 조명 광원(40) 및 상기 측정 대상(1)에서 반사된 조명광(즉, 반사광)의 이미지를 검출하는 영상 장치(50, 예를 들면, 카메라)를 포함한다. 상기 조명 광원(40)에서 출사되는 조명광의 경로에는, 조명광을 집속하는 하나 이상의 집속 렌즈(42)가 설치될 수 있고, 또한, 중앙부에 작은 흑점이 찍혀있는 판(44)이 상기 조명광의 경로에 설치될 수 있다. 상기 흑점이 찍혀있는 판(44)은, 조명광이 대물렌즈(310)의 중앙에서 반사되면, 반사된 조명광이 영상 장치(50)로 입사되어 노이즈로 작용하므로, 이를 방지하기 위해 대물렌즈(310)의 중앙 점과 공액 관계에 있는 위치에 흑점을 찍어, 노이즈가 발생하는 것을 억제하는 역할을 한다. 상기 조명 광원(40)에서 조사된 조명광은, 집속 렌즈(42)에서 집속되고, 중앙부에 작은 흑점이 찍혀있는 판(44)을 통과하면서 도우넛 형태로 변형된 후, 중앙부에 구멍이 형성된 어퍼쳐 미러(48, aperture mirror)의 외곽에서 반사되어 측정 대상(1)를 조명한다. 상기 측정 대상(1)에서 반사된 조명광, 즉, 반사광의 이미지(피검안의 이미지)는, 대물렌즈(310)에서 집속되고, 상기 어퍼쳐 미러(48) 중앙부에 형성된 구멍을 통과하고, 필요에 따라, 집속 렌즈(52), ccd 렌즈(54) 등의 렌즈에서 집속되고, 영상 장치(50)로 전달된다.

상기 단층 영상 촬영부(200)는 측정 대상인 피검안(1)으로 신호광(S)을 조사하여, 피검안(1)의 내부 단층 이미지를 촬영하는 수단으로서, 도 1 및 2에 예시된 바와 같은 통상의 단층 영상 촬영부를 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 도 3에 도시된 광 간섭 단층촬영 장치에 있어서는, 도 2에 도시된 분광 영역 단층 영상 촬영부가 사용되고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 단층 영상 촬영부(200)는 단층 영상 촬영용 광(L)을 출사하는 광원(60), 상기 단층 영상 촬영용 광(L)을 기준광(R) 및 신호광(S)으로 분할하는 광섬유 커플러(62, Fiber coupler), 상기 기준광(R)의 진행 방향에 고정 설치되어(fixed) 있으며, 상기 기준광(R)을 반사하는 기준 거울(64, reference mirror), 대상(1)의 특정 깊이에서 반사된 신호광(S)과 상기 기준 거울(64)에서 반사된 기준광(R)이 중첩된(superimpose) 간섭광(interference light, C)을 검출하는 포토디텍터(66) 등을 포함한다. 상기 포토디텍터(66)는 간섭광(C)을 집속하는 집속 렌즈(66a), 간섭광(C)을 분광하는 회절 격자(66b, Diffraction grating), 분광된 간섭광(C)을 검출하는 라인 스캔 카메라(66c, Line scan camera) 등을 포함한다. 또한, 상기 신호광(S)의 경로 상에는, 필요에 따라, 신호광(S)의 조사 위치(target position)를 XY-평면상에서 X 및 Y 방향으로 각각 이동시키는 X-스캐너(72) 및 Y-스캐너(70), 신호광(S)을 집속 또는 전달하는 집속 렌즈(74, 76, 78, Collimator lens) 등이 더욱 설치되어 있을 수 있다.

상기 단층 영상 촬영부(200)에 있어서, 상기 광원(60)에서 출사된 단층 영상 촬영용 광(L)은 광섬유 커플러(62)에서 5:5, 8:2 등의 임의의 비율로 기준광(R) 및 신호광(S)으로 분할되며, 기준광(R)은 기준 거울(64)로 입사되고, 신호광(S)은 대상(1)로 입사된다. 대상(1), 예를 들면, 망막에서 반사된 신호광(S)과 기준 거울(64)에 반사된 기준광(R)은 중첩되어 간섭광(C)을 형성한다. 상기 간섭광(C)은, 집속 렌즈(66a)에서 집속되어 평행광으로 되고, 회절 격자(66b)를 통과하면서 파장별로 분리되며, 파장별로 분리된 광은 집속 렌즈(66a)에서 다시 집속된 후, 라인 스캔 카메라(66c)에서 초점을 맺으면서 간섭 신호를 발생시킨다. 이와 같이 발생한 간섭신호를 분석하여, 특정 위치에서의 망막의 단층 이미지를 생성할 수 있다. 이때, X-스캐너(72) 및 Y-스캐너(70)를 조정하여, 망막의 특정 위치 또는 영역을 스캔하면, 망막의 특정 위치 또는 영역에서의 망막 단층 영상을 얻을 수 있다. 이와 같은 망막 단층 영상 촬영에 있어서도, 안구(1)의 굴절력에 따라 신호광(S)의 초점 위치가 달라질 수 있으므로, 상기 집속 렌즈(74)의 위치를 앞뒤로 이동시켜, 신호광(S)의 초점 위치를 조절할 수 있다. 상기 단층 영상 촬영부(200)의 집속 렌즈(74)와 상기 이미지 촬영부(100)의 집속 렌즈(52)는 모두 안구(1)의 굴절력에 따라 초점 위치를 보정하는 것이므로, 각막을 촬영할 때에는 기준 위치에 고정되어 있고, 망막을 촬영할 때에만 안구의 굴절력에 따라 움직이게 되며, 이들은 기구적으로 동기화시켜 동시에 이동시키는 것이 바람직하다.

상기 색선별 미러(300)는, 상기 측정 대상(1)로부터 반사된 상기 이미지 촬영부(100)의 조명광의 경로와 상기 단층 영상 촬영부(200)의 신호광(S)의 경로를 분리하여, 상기 조명광의 반사 이미지(반사광)를 상기 이미지 촬영부(100)로 전달하는 반면, 상기 반사된 신호광(S)을 상기 단층 영상 촬영부(200)로 전달하는 역할을 한다. 즉, 상기 이미지 촬영부(100)와 단층 영상 촬영부(200)의 분기점에는 분광기의 역할을 하는 색선별 미러(300)가 설치된다. 또한 상기 대물렌즈(310)는 측정 대상(1)로 입사되거나 측정 대상(1)에서 반사되는 신호광(S) 및 조명광(반사광)을 집속하는 역할을 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광 간섭 단층촬영 장치는 촬영 깊이 조절 렌즈(320)를 더욱 포함할 수 있다. 상기 촬영 깊이 조절 렌즈(320)는 상기 이미지 촬영부(100)의 조명광 및 상기 단층 영상 촬영부(200)의 신호광(S)의 공통 경로에 삽입되거나 이탈되어, 삽입 또는 이탈 상태에 따라, 상기 조명광 및 신호광(S)의 초점 거리가 변화하여, 소정 거리 이격된 대상물의 단층 이미지를 선택적으로 촬영할 수 있도록 한다. 예를 들어, 본 발명의 광 간섭 단층촬영 장치가 안구의 각막 및 망막의 단층 이미지를 선택적으로 촬영하기 위한 것일 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 촬영 깊이 조절 렌즈(320)가 색선별 미러(300)와 대물렌즈(310)의 사이에서 조명광 및 신호광(S)의 경로에 삽입되면, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 초점 위치는 각막에 형성되어, 각막의 이미지 및 단면 영상을 얻게 되고, 상기 촬영 깊이 조절 렌즈(320)는 각막 촬영용 렌즈의 역할을 한다. 즉, 상기 촬영 깊이 조절 렌즈(320)가 단층촬영 장치의 광학계에 포함되면, 광 간섭 단층촬영 장치는 각막의 단층 이미지를 촬영한다. 이때에도, 상기 X-스캐너(72) 및 Y-스캐너(70)를 조정하여, 각막의 특정 위치 또는 영역을 스캔하면, 각막의 특정 위치 또는 영역에서의 단층 영상을 얻을 수 있다. 또한, 상기 촬영 깊이 조절 렌즈(320)는 상기 조명광 및 신호광(S)의 분기점인 색선별 미러(300)와 대물렌즈(310)의 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 촬영 깊이 조절 렌즈(320)가 이와 같이 위치할 경우, 상기 이미지 촬영부(100) 및 단층 영상 촬영부(200)의 광학계에 미치는 영향을 최소화하여, 광학계 구조를 단순하고 효율적으로 설계할 수 있다. 만일, 상기 촬영 깊이 조절 렌즈(320)를 대물렌즈(310)와 대상(1) 사이에 설치하거나, 색선별 미러(300)의 후단에 설치하면, 상기 촬영 깊이 조절 렌즈(320)에 의하여 대물렌즈(310) 또는 측정 대상(1)이 파손되거나, 상기 촬영 깊이 조절 렌즈(320)를 설치하기 위한 광학적 및 기구적 구조가 매우 복잡해지는 단점이 있다.

반면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 촬영 깊이 조절 렌즈(320)가 조명광 및 신호광(S)의 경로로부터 이탈하면, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 초점 위치는 망막에 형성되어, 망막의 이미지 및 단면 영상을 얻게 된다. 즉, 상기 촬영 깊이 조절 렌즈(320)가 단층촬영 장치의 광학계에 포함되지 않으면, 광 간섭 단층촬영 장치는 망막의 단층 이미지를 촬영한다. 한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 이미지 촬영부(100)를 이용하여 망막의 이미지를 촬영하는 경우, 안구의 굴절력에 따라, 망막 영상의 선명도가 달라 질 수 있는데, 망막 영상의 선명도가 낮은 경우에는, 상기 집속 렌즈(52)의 위치를 앞뒤로 이동시켜, 망막 영상의 선명도를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 광 간섭 단층촬영 장치를 사용한 망막 및 각막 단층 촬영 방법은, 측정 대상인 피검안과 광 간섭 단층촬영 장치 사이의 동작 거리 및 중심 정렬을 정확하고 편리하게 수행할 수 있다. 또한, 상기 결상광학계(500) 및/또는 이미지 촬영부(100)에 형성된 이미지를 소프트웨어적으로 처리하여, 동공의 위치를 찾고, 동공 중앙에 기기가 정렬되도록 하는 가이드 프로그램을 제공하면, 광학계의 동작 거리 및 중심 정렬을 자동으로 수행할 수도 있다. 본 발명에 따른 광 간섭 단층촬영 장치는, 예를 들어, 각막 수술, 백내장 수술 등의 안과 수술 시스템에 통합하여 적용되거나, 안과 수술 시스템과는 별도의 독립된 의료 장비로 제작될 수 있다.

Claims (6)

1. 측정 대상으로 마이어링 광을 조사하는 마이어링 광학계;
   상기 측정 대상에서 반사된 조명광의 이미지 및 상기 측정 대상에서 반사된 마이어링 광 이미지를 검출하는 이미지 촬영부;
   상기 측정 대상으로 신호광을 조사하여, 측정 대상의 내부 단층 이미지를 촬영하는 단층 영상 촬영부;
   상기 측정 대상으로부터 반사된 조명광의 경로와 상기 단층 영상 촬영부의 신호광의 경로를 분리하여, 상기 조명광의 반사 이미지를 상기 이미지 촬영부로 전달하고, 상기 반사된 신호광을 상기 단층 영상 촬영부로 전달하는 색선별 미러;
   측정 대상 입사되거나 측정 대상에서 반사되는 신호광 및 조명광을 집속하는 대물렌즈; 및
   상기 마이어링 광 이미지의 위치와 광 간섭 단층촬영 장치의 광학축의 위치의 차이로부터, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 상하 및 좌우 이동량을 산출하고, 그에 따라 상기 광 간섭 단층촬영 장치를 상하 및 좌우 방향으로 이동시켜, 상기 마이어링 광 이미지의 위치와 광 간섭 단층촬영 장치의 광학축을 일치시키는 제어부를 포함하는 광 간섭 단층촬영 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 마이어링 광학계는. 광 간섭 단층촬영 장치의 광학축에 평행한 둘 이상의 포커스 광을 측정 대상으로 조사하는 포커스 광원을 더욱 포함하며, 상기 제어부는, 피검안의 위치에 따라 달라지는 마이어링 광 이미지의 직경(R)과 피검안의 위치에 따라 변동이 없는 포커스 광 이미지의 크기(F)로부터, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리에 피검안이 위치하는지를 판단하고, 광 간섭 단층촬영 장치를 전후 방향으로 이동시켜, 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리에 피검안이 위치하도록 하는 것인, 광 간섭 단층촬영 장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 마이어링 광 이미지의 직경(R)과 포커스 광 이미지의 크기(F) 차이를 포커스 간격 D라 하면, 상기 제어부는 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리에 피검안이 위치할 때의 기준 포커스 간격 Db를 미리 측정한 후, 측정되는 피검안의 포커스 간격 D를 측정하고, 측정된 포커스 간격 D와 기준 포커스 간격 Db의 차이(즉, D - Db)가 소정 범위를 벗어하면, 그 차이가 소정 범위 이하로 감소할 때까지 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 전후 위치를 조정하는 것인, 광 간섭 단층촬영 장치.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리에 피검안이 위치하는 경우, 상기 마이어링 광 이미지와 포커스 광 이미지가 서로 중첩되도록, 상기 마이어링 광학계의 마이어링 광원 및 포커스 광원을 배치하고, 상기 제어부는 상기 마이어링 광 이미지와 포커스 광 이미지가 서로 중첩될 때 까지, 광 간섭 단층촬영 장치를 전후 방향으로 이동시켜, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리에 피검안이 위치하도록 하는 것인, 광 간섭 단층촬영 장치.
5. 청구항 2에 있어서, 상기 이미지 촬영부의 조명광 및 상기 단층 영상 촬영부의 신호광의 공통 경로에 삽입되거나 이탈되어, 삽입 또는 이탈 상태에 따라, 상기 조명광 및 신호광의 초점 거리가 변화하여, 소정 거리 이격된 대상물의 단층 이미지를 선택적으로 촬영할 수 있도록 하는 촬영 깊이 조절 렌즈를 더욱 포함하는 것인, 광 간섭 단층촬영 장치.
6. 측정 대상으로 마이어링 측정광을 조사하는 마이어링 광학계;
   상기 측정 대상에서 반사된 조명광의 이미지 및 상기 측정 대상에서 반사된 마이어링 광 이미지를 검출하는 이미지 촬영부;
   상기 측정 대상으로 신호광을 조사하여, 측정 대상의 내부 단층 이미지를 촬영하는 단층 영상 촬영부;
   상기 측정 대상으로부터 반사된 상기 이미지 촬영부의 조명광의 경로와 상기 단층 영상 촬영부의 신호광의 경로를 분리하여, 상기 조명광의 반사 이미지를 상기 이미지 촬영부로 전달하고, 상기 반사된 신호광을 상기 단층 영상 촬영부로 전달하는 색선별 미러;
   측정 대상 입사되거나 측정 대상에서 반사되는 신호광 및 조명광을 집속하는 대물렌즈; 및
   상기 마이어링 광 이미지의 링의 두께가 최소가 되도록 광 간섭 단층촬영 장치를 전후 방향으로 이동시켜, 상기 광 간섭 단층촬영 장치의 광학계의 초점 거리에 피검안이 위치하도록 하는 제어부를 포함하는 광 간섭 단층촬영 장치.

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