KR20150053315A

KR20150053315A - 광 프로브 및 이를 포함한 의료 기기

Info

Publication number: KR20150053315A
Application number: KR1020130134988A
Authority: KR
Inventors: 최민석; 김운배; 이승완; 이은성; 장종현; 최현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2015-05-18
Also published as: US20150126857A1

Abstract

광 프로브 및 이를 포함하는 의료 기기를 제공한다. 본 광 프로브는, 굴절률이 서로 다르면서 서로 혼합되지 않는 제1 및 제2 유체를 포함하는 광 스캔부 및 체강내로 삽입가능하며, 내부에 광 스캔부가 마련되어 광 스캔부에서 출사된 광이 광 출력부를 통해 대상체에 조사되는 프로브 바디를 포함하고, 광 스캔부에서 출사되는 광의 출사각은 제1 및 제2 유체간의 계면 변화에 대응하여 변한다.

Description

광 프로브 및 이를 포함한 의료 기기{Optical probe and Medical imaging apparatus comprising the same}

본 개시는 광 프로브 및 이를 포함한 의료 기기에 관한 것이다.

의료 영상 분야에서는 조직(tissue)(예를 들어, 인체 또는 피부) 표면에 대한 정보와 함께 하부의 단층을 촬영하는 기술에 대한 요구가 증가하고 있다. 특히 대부분의 암(cancer)은 상피 세포 하부에서 발생하여 혈관이 존재하는 진피세포 내부로 전파되기 때문에 조기 발견이 가능할 경우 암에 의한 피해를 획기적으로 감소시킬 수 있다. 기존의 MRI, CT, 초음파 등의 이미징 기술은 피부를 관통하여 내부 단층을 촬영할 수 있지만 해상도가 낮아 사이즈가 작은 조기 암의 검출은 불가능하다. 반면 최근에 소개된 OCT (optical coherence tomography), OCM (optical coherence microscopy), PAT (photoacoustic tomography) 기술은 기존 방법과 달리 광을 이용하기 때문에 피부속 침투 깊이는 1~2 mm (OCT 경우), 30~50 mm (PAT 경우)로 낮지만 해상도가 초음파의 10배 정도로 높아 초기암의 진단에 유용할 것으로 기대된다.

이와 같이 광을 이용한 의료 영상 기법을 내시경, 복강경, 수술로봇 등 인체 내부 진단에 적용하기 위해서는 광 소스로부터 광을 전달받아 인체 내부로 보내야 하는데 소형의 광 프로브가 필요하다. 광 프로브는 광을 특정한 거리에 집속 (focusing)시키기 위한 일련의 광학 렌즈군과 일정한 영역에 광을 조사하는 광 스캐닝 요소를 포함하고 있다.

스캐닝 방식에는 미러의 틸트 각을 변화시킴으로써 광 경로를 제어하는 방식과 광 파이버를 직접 변형시켜 광 경로를 제어하는 방식 등이 있다. 미러의 스캐닝 방식은 광의 진행방향을 1회 이상 꺾어야 하기 때문에 프로브의 직경을 축소하는데 한계가 있다. 반면, 광 파이버의 스캐닝 방식은 프로브의 직경을 최소화 할 수 있으나 파이버를 구동시키는 액츄에이터의 존재로 인해 길이를 단축시키는데 한계가 있다.

굴절률이 서로 다른 유체들의 계면을 조절하여 광 경로를 제어하는 광 프로브 및 이를 포함한 의료 기기를 제공한다.

본 발명의 일 유형에 따르는 광 프로브는, 굴절률이 서로 다르면서 서로 혼합되지 않는 제1 및 제2 유체를 포함하는 광 스캔부; 및 내부에 상기 광 스캔부가 마련되고, 광 출력부를 통해 상기 광 스캔부에서 출사된 광이 대상체에 조사되는 프로브 바디;를 포함하고, 상기 광 스캔부에서 출사되는 광의 출사각은 상기 제1 및 제2 유체간의 계면 변화에 대응하여 변한다.

그리고, 상기 제1 및 제2 유체간의 계면은 평면일 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 유체 중 어느 하나는 극성이고, 나머지는 비극성일 수 있다.

그리고, 상기 광 스캔부는 상기 광을 1차원으로 스캔할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 유체 중 적어도 하나는 투광성일 수 있다.

그리고, 상기 광 스캔부는, 상기 제1 및 제2 유체를 사이에 두고 서로 이격 배치되는 제1 및 제2 전극;을 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 전극에 인가되는 전압 차에 의해 상기 제1 및 제2 유체간의 계면이 변할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 유체 중 극성 유체와 제1 전극간의 제1 접촉각과 상기 극성 유체와 상기 제2 전극간의 제2 접촉각의 합은 180℃일 수 있다.

그리고, 상기 제1 및 제2 전극 중 상기 제1 및 제2 유체와 접하는 면에는 소수성 절연막이 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나는 소수성 전극일 수 있다.

그리고, 상기 제1 및 제2 전극은 상기 프로브 바디의 길이 방향과 나란하게 배치될 수 있다.

또한, 상기 광 스캔부는, 상기 제1 및 제2 유체를 사이에 두고 서로 이격 배치되는 제3 및 제4 전극;을 더 포함하고, 상기 제3 및 제4 전극에 인가되는 전압 차에 의해서도 상기 제1 및 제2 유체간의 계면이 변할 수 있다.

그리고, 상기 광 스캔부는, 상기 광을 2차원으로 스캔할 수 있다.

또한, 상기 광 스캔부에 광을 전달하는 광 파이버;를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 광 파이버 및 상기 광 스캔부 사이에 배치되며, 상기 광 파이버에서 방출된 광을 상기 광 스캔부에 수직하게 입사시키는 콜리메이터;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 광 스캔부와 상기 광 출력부 사이에 배치되며, 상기 광 스캔부에서 방출되는 광을 상기 대상체에 포커싱시키는 광 포커싱부;를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 광 포커싱부는, GRIN 렌즈를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명읠 일 실시예에 따른 의료 기기는 광을 발생시키는 광원; 및 앞서 기술한 광 프로브로서, 상기 광원에서 발생된 광을 대상체에 조사하는 광 프로브;를 포함한다.

그리고, 상기 광 프로브는 상기 대상체를 조명하고, 상기 의료 기기는 내시경일 수 있다.

또한, 상기 광원에서 발생된 광을 측정광과 참조광으로 분리하여 상기 측정광을 상기 광 프로브에 전달하고, 상기 측정광에 대응하는 응답광을 상기 광 프로브로부터 수신하는 광 스플리터;를 더 포함하고,상기 의료 기기는 OCT 기술이 적용될 수 있다.

그리고, 상기 대상체에서 발생된 초음파를 전기적 신호로 변환시키는 초음파 트랜스듀서;를 더 포함하고, 상기 의료 기기는 PAT(Photoacoustic tomography) 기술이 적용될 수 있다.

본 개시는 굴절률이 서로 다른 유체들의 계면을 이용하여 광을 스캔하기 때문에 광 프로브의 소형화가 가능하다. 예를 들어, 광 프로브의 직경 뿐만 아니라, 광 프로브의 길이도 단축시킬 수 있다.

상술한 광 프로브는 의료 기기에 적용될 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 광 프로브의 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 2a는 도 1의 광 스캔부를 구체적으로 도시한 도면이다.
도 2b는 도 1의 광 스캔부에 인가되는 전압 및 출사각간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 3a 내지 도 3c는 광 스캔부의 광 스캔 방식을 설명하는 참조도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 2차원 스캔 형태를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 프로브를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 기기의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 의료 기기의 블록도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 의료 기기의 개략적인 구성을 보인 블록도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 광 프로브(100)의 개략적인 구조를 나타내는 도면이고, 도 2a는 도 1의 광 스캔부(110)를 구체적으로 도시한 도면이며, 도 2b는 도 1의 광 스캔부(110)에 인가되는 전압 및 출사각(Φ2)간의 관계를 도시한 그래프이다.

도 1 및 도 2a에 도시된 바와 같이, 광 프로브(100)는 굴절률이 서로 다르면서 서로 혼합되지 않는 제1 및 제2 유체(111, 112)를 포함하는 광 스캔부(110) 및 내부에 광 스캔부(110)가 마련되고, 광 출력부(122)를 통해 광 스캔부(110)에서 출사된 광이 대상체(10)에 조사되는 프로브 바디(120)를 포함하고, 광 스캔부(110)에서 출사되는 광의 출사각(Φ2)은 제1 및 제2 유체(111, 112)간의 계면(110I) 변화에 대응하여 변할 수 있다. 그리고, 광 프로브(100)는 광 스캔부(110)에 광을 전달하는 광 파이버(130)를 더 포함할 수 있다.

프로브 바디(120) 중 적어도 일부는 체강 내로 삽입될 수 있다. 프로브 바디(120)의 내부는 빈 공간이 형성되어 있어, 광 파이버(130), 광 스캔부(110) 등이 배치될 수 있다. 그리고, 프로브 바디(120)의 전단 또는 측단 중 적어도 일부 영역에는 오픈된 광 출력부(122)가 배치될 수 있다. 상기한 광 출력부(122)를 통해 광이 광 대상체(10)에 조사되거나 대상체(10)로부터 반사된 신호(예를 들어, 광, 초음파 등)이 광 프로브(100) 내에 전송된다.

광 파이버(130)는 광원(미도시)에서 발생된 광을 광 스캔부(110)에 전달한다. 광 파이버(130)는 광 프로브(100)의 길이 방향(이하 'z축 방향'이라고도 한다.)과 나란하게 배치될 수 있다. 광 파이버(130)에서 전달되는 광은 레이저 광일 수 있다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 광 스캔부(110)는 굴절률이 서로 다른 제1 및 제2 유체(111, 112)가 배치될 수 있다. 전기 습윤 방식에 의해 제1 및 제2 유체(111, 112) 중 적어도 하나가 유동하여 제1 및 제2 유체(111, 112)간의 계면(110I)의 틸트각(Φ1) 이 변하게 된다. 그리고, 광 스캔부(110)로 입사된 광은 제1 및 제2 유체(111, 112)간의 계면(110I)의 틸트각(Φ1)에 따라 다른 굴절각으로 굴절하게 된다. 계면(110I)에서의 굴절각은 스넬의 법칙에 따라 결정될 수 있다. 굴절된 광은 제1 유체(111)와 외부와의 계면(110I)에서 한번 더 굴절됨으로써 광 스캔부(110)에서 출사된다. 그리하여, 광 스캔부(110)에서 출사되는 출사각(Φ2)은 제1 및 제2 유체(111, 112)간의 계면(110I)에서의 틸트각(Φ1)에 의존한다. 제1 및 제2 유체(111, 112)간 틸트각(Φ1)이 클수록 출사각(Φ2)의 변동 폭도 클 수 있다.

그리고, 상기한 제1 및 제2 유체(111, 112)간의 계면(110I)은 평면일 수 있다. 그리하여, 광 스캔부(110)로 입사된 광이 동일한 각도로 굴절되어 동일한 출사각(Φ2)으로 방출될 수 있다.

제1 및 제2 유체(111, 112)는 서로 혼합되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제1 유체(111)는 극성 액체로 형성될 수 있으며, 제2 유체(112)는 기체 또는 비극성 액체로 형성될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 유체(111, 112)는 투광성일 수도 있다.

광 스캔부(110)는 제1 및 제2 유체(111, 112)를 사이에 두고 서로 이격 배치되는 제1 및 제2 전극(113, 114)을 더 포함할 수 있다. 그리하여, 상기한 제1 및 제2 전극(113, 114)에 인가되는 전압 차에 의해 제1 및 제2 유체(111, 112)간의 계면(110I)이 변할 수 있다. 제1 및 제2 전극(113, 114)은 프로브 바디(120)의 길이 방향과 나란한 방향으로 배치될 수 있다. 제1 및 제2 전극(113, 114)은 투명할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

그리고, 제1 및 제2 전극(113, 114) 중 제1 및 제2 유체(111, 112)와 접하는 면에는 소수성 절연막(115, 116)이 형성될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않으며, 제1 및 제2 전극(113, 114)이 소수성 전극일 수 있다. 그리하여, 제1 및 제2 전극(113, 114)에 전압이 인가되면, 제1 및 제2 유체(111, 112) 중 극성 유체는 표면 장력에 의해 제1 및 제2 전극(113, 114)과 접하는 면적 및 비극성 유체와 접하는 면적이 최소가 되도록 유동할 수 있다. 예를 들어, 제1 유체(111)가 극성 유체인 경우, 제1 유체(111)와 제1 전극(113)간의 제1 접촉각(θ1) 과 제1 유체(111)와 제2 전극(114)간의 제2 접촉각(θ2)의 합은 180℃일 수 있다.

제1 접촉각(θ1)과 제2 접촉각(θ2)의 합이 180℃가 되도록 하는 제1 및 제2 전극(113, 114)에 인가되는 전압(Vi, i는 1 또는 2로서 V1은 제1 전극(113)에 인가된 제1 전압, V2는 제2 전극(114)에 인가된 제2 전압)은 하기 수학식 1과 같을 수 있다.

[수학식

여기서,

[N/m]는 제1 및 제2 유체(111, 112) 중 극성 유체의 표면 장력이고, c는 제1 및 제2 전극(113, 114)간 유전체층의 커패시턴스 즉, 제1 및 제2 유체(111, 112)의 평균 커패시턴스, f[Hz]는 제1 및 제2 전극(113, 114)에 인가되는 전압의 구동 주파수, θi[deg]는 전극(제1 전극(113) 또는 제2 전극(114))과 제1 및 제2 유체(111, 112) 중 극성 유체의 접촉각이고, θ0[deg]는 제1 및 제2 전극(113, 114)이 인가되지 않았을 때의 극성 유체의 전극(제1 전 또는 제2 전극(114))에 대한 접촉각이다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 접촉각(θ1)과 제2 접촉각(θ2)의 합이 180℃도 유지되도록 하면서 제1 및 제2 전극(113, 114)에 인가되는 전압을 변화시킬 수 있다. 그러면, 제1 및 제2 전극(113, 114)의 전압 변화에 따라 제1 및 제2 유체(111, 112)간의 틸트각(Φ1)에 변하게 되고, 제1 및 제2 유체(111, 112)간의 틸트각(Φ1)의 변화로 광 스캔부(110)에서 출사되는 광의 출사각(Φ2)이 변하게 된다. 상기한 광 스캔부(110)는 광을 1차원으로 스캔할 수도 있고, 2차원으로 스캔할 수도 있다. 광 스캔부(110)의 스캔 방식은 후술하기로 한다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, 광 스캔부(110)는 제1 및 제2 유체(111, 112)와 제1 및 제2 유체(111, 112)를 수용하는 멤브레인을 더 포함할 수 있으며, 멤브레인의 기판 중 광이 통과하는 기판은 투광성일 수 있다.

한편, 광 파이버(130)와 광 스캔부(110) 사이에는 광 파이버(130)에서 방출된 광을 수평광으로 변경시키는 콜리메이터(140)가 더 배치될 수 있다. 상기한 콜리메이터(140)는 하나 이상의 렌즈로 구성될 수 있다. 콜리메이터(140)에 의해 변경된 수평광은 광 스캔부(110)에 수직하게 입사될 수 있다.

그리고, 광 스캔부(110)와 광 출력부(122)에는 광 스캔부(110)에서 방출되는 광을 대상체(10)에 포커싱시키는 광 포커싱부(150)가 더 배치될 수 있다. 상기한 광 포커싱부(150)도 하나 이상의 렌즈로 구성될 수 있다. 예를 들어, 광 포커싱부(150)는 광을 집속하기 위한 굴절률 분포를 가지는 GRIN(graded index) 렌즈를 포함할 수 있다. 광 포커싱부(150)는 광 분산부에 의해 형성된 수평광을 대상체(10)의 한 지점으로 포커싱시킨다. 광을 대상체(10)의 한 지점으로 포커싱시킬 필요가 없는 경우, 예를 들어, 광 프로브(100)가 단순히 대상체(10)를 조명하는 기능을 수행하는 경우, 광 포커싱부(150)는 필수 구성요소가 아닐 수 있다.

도면에는 도시되어 있지 않지만, 광 프로브(100)는 광 프로브(100)내 각 구성요소들을 정확하게 배열시키기 위해 벤치(bench) 형태의 틀을 더 포함할 수 있다. 또한, 광 프로브(100)에 포함된 구성요소들을 보호하기 위한 하우징 또는 쉬스(sheath)를 더 포함할 수도 있다.

이와 같이, 광 스캔부(110)는 서로 굴절률이 서로 다른 유체들간의 계면의 변화로 출사각을 변경시킬 수 있어 광 스캔부의 길이를 축소시킬 수 있다. 예를 들어, 광 스캔부의 길이를 약 10mm이하로 축소시킬 수 있다. 그리하여, 상기한 소형의 광 프로브는 인체 내부를 진단하는 의료 기기에 적용될 수 있다. 또한, 광 스캔부는 광 파이버에서 방출되는 광의 광축을 변경시키지 않기 때문에 광축 틀어짐이 적고, 광축 오차에 대한 민감도도 낮출 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 광 스캔부의 광 스캔 방식을 설명하는 참조도면이다. 앞서 기술한 바와 같이, 광 스캔부(110)는 광을 1차원 또는 2차원으로 스캔할 수 있다. 설명의 편의를 도모하기 위해, 프로브 바디의 길이 방향을 z축 방향이라고 한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전극(이하 '제1 쌍의 전극'이라고 한다)(213, 214)은 z축과 나란하면서도 yz평면과도 나란하게 배치될 수 있다. 그리고, 제1 쌍의 전극(213, 214)에 인가되는 전압의 변화에 따라 제1 및 제2 유체간의 계면(210I)은 z축을 가로지르면서 xy평면을 기준으로 스윙할 수 있다. 그러면, 광 스캔부(210)에서 출사된 광은 y축 방향으로 1차원적으로 스캔한다.

그리고, 도 3b에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전극(이하 '제2 쌍의 전극'이라고 한다)(217, 218)은 z축과 나란하면서도 xz평면과도 나란하게 배치될 수 있다. 그리고, 제2 쌍의 전극)(217, 218)에 인가되는 전압의 변화에 따라 제1 및 제2 유체간의 계면(220i)은 z축을 가로지르면서 yz평면을 기준으로 스윙할 수 있다. 그러면, 광 스캔부(220)에서 출사된 광은 x축 방향으로 1차원적으로 스캔할 수 있다.

뿐만 아니라, 광 스캔부(230)는 광을 2차원으로 스캔할 수도 있다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 제1 쌍의 전극(213, 214)은 z축과 나란하면서도 yz평면과도 나란하게 배치될 수 있고, 제2 쌍의 전극(217, 218)은 z축과 나란하면서도 xz평면과도 나란하게 배치될 수 있다. 그리고, 제 1및 제2 쌍의 전극(213, 214, 217, 218)에 인가되는 전압의 변화에 따라 제1 및 제2 유체간의 계면(230i)은 3차원으로 스윙할 수도 있다. 그리하여 광 스캔부(2300)은 광을 2차원적으로 스캔할 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 2차원 스캔 형태를 예시적으로 도시한 도면이다. 위상 및 주파수가 동일한 전압을 제1 및 제2 쌍의 전극(213, 214, 217, 218)에 인가되면, 광 스캔부(230)는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 원 패턴 방식으로 광을 스캔할 수 있다. 그리고, 구동 주파수가 서로 다른 전압을 제1 및 제2 쌍의 전극(213, 214, 217, 218)에 인가되면, 광 스캔부(230)는, 도 4b에 도시된 바와 같이, 리사주(Lissajous) 패턴 방식으로 광을 스캔할 수 있다. 또 다른 예로서, 위상차가 90℃인 전압을 제1 및 제2 쌍의 전극(213, 214, 217, 218)에 인가되면, 광 스캔부(230)는, 도 4c에 도시된 바와 같이, (Spiral) 패턴 방식으로 광을 스캔할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 프로브를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 광 프로브(100)와 비교하면 도 5a 및 도 5b에 도시된 광 프로브(500a, 500b)를 프로브 바디(520) 내의 광 스캔부(110)와 광 출력부(122) 사이에 광 경로 전환부(560, 570)가 더 배치될 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 광 경로 전환부(560)는 프리즘일 수 있다. 그리하여 프리즘 면에서의 전반사에 의해 광 경로가 바뀔 수 있다. 또한, 도 5b에 도시된 바와 같이, 광 경로 전환부(570)는 미러일 수 있다. 미러는 전반사 미러 또는 반투과 미러일 수 있다.

앞서 기술한 광 프로브(100, 500a, 500b)는 의료 기기의 일 구성요소로 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기한 광 프로브(100, 500a, 500b)는 체강 내에 삽입되어 대상체를 조명할 수 있다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 기기의 블록도이다. 도 6에 도시된 의료 기기는 내시경일 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 의료 기기(600)는, 광을 발생시키는 광원(610), 대상체(10)에 광을 조명하는 조명부(620) 및 대상체(10)에서 반사된 광을 수신하는 수신부(630)를 포함할 수 있다. 상기한 조명부(620)는 앞서 기술한 광 프로브(100, 500a, 500b)가 적용될 수 있으며, 수신부(630)는 대상체(10)에서 반사된 광을 확대시키는 렌즈 및 반사된 광을 촬영하는 촬영 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 수신부(620)와 조명부(630)는 별도의 프로브 바디의 구현될 수도 있고, 하나의 프로브 바디내 조합되어 구현될 수도 있다. 한편, 수신부(630)가 촬영 모듈을 포함하는 경우, 의료 기기(600)는 촬영 모듈에서 수신된 결과를 신호 처리하여 영상을 생성하는 신호 처리부 및 영상을 표시하는 표시부 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 의료 기기의 블록도이다. 의료 기기(700)는 광을 발생시키는 광원(710), 광을 대상체(10)(object)에 조사하고, 대상체(10)(objecy)로부터 광을 수신하는 프로브(720), 광원(710)에서 전달된 광을 분리하여 일부를 프로브(720)로 인가하거나 프로브(720)에서 수신된 광과 참조광을 간섭시키는 광 간섭계(730), 광 간섭계(730)에서 인가된 간섭 신호를 검출하는 검출부(740) 및 검출부(740)에서 검출된 신호를 처리하여 영상을 생성하는 신호 처리부(750)를 포함한다. 여기서, 광 간섭계(730)는 광 스플리터(732) 및 레퍼런스 미러(734)를 포함할 수 있다. 도 7에 예시된 의료 기기(700)는 OCT(optical coherence tomography) 기술이 적용되는 의료 기기일 수 있다.

도 7에 도시된 의료 기기(700)의 동작은 다음과 같다. 광원(710)은 광을 발생시켜 광 간섭계(730)로 전달한다. 광원(710)으로부터 전달된 광은 빔 스플리터(732)에서 측정광 및 참조광으로 분리된다. 빔 스플리터(732)에서 분리된 광 중에서 측정광은 프로브(720)에 전달되고, 참조광은 기준 미러(734)로 전달되어 반사된 후 다시 빔 스플리터(732)로 돌아온다.

한편, 프로브(720)는 대상체(10)(object)에 대한 일정 영역을 스캔하며 광을 조사할 수 있다. 예를 들어, 전술한 광 프로브(100, 500a, 500b) 중 어느 하나, 또는 이들이 조합된 형태일 수 있다. 프로브(720)로 전달된 측정광은 프로브(720)를 통해 내부의 단층 영상을 촬영하고자 하는 대상체(10)에 조사되고, 대상체(10)에서 반사된 측정광에 대응하는 응답광은 프로브(720)를 통해 광 간섭계(730)의 빔 스플리터(732)로 전달된다. 전달된 응답광과 기준 미러(734)에서 반사된 참조광은 빔 스플리터(732)에서 간섭을 일으키며, 검출부(740)는 간섭 신호를 검출한다. 그리고 검출부(740)가 검출한 간섭 신호가 신호 처리부(750)에 전달되면, 신호 처리부(750)는 이를 대상체(10)의 단층 영상을 나타내는 영상을 획득한다. 전술한 광 프로브(100, 500a, 500b)가 도 7에 도시된 프로브(720)이 될 수 있다고 하였으나, 이는 설명의 편의를 도모하기 위할 뿐 이에 한정되지 않는다. 도 7에 도시된 프로브(720)는 대상체(10)에 광을 조사하는 제1 프로브와 대상체로부터 광을 수신하는 제2 프로브로 구분될 수도 있다.

도 8은 또 다른 실시예에 따른 의료 기기(800)의 개략적인 구성을 보인 블록도이다. 의료 기기(800)는 광을 발생시키는 광원(810), 광원(810)에서의 광을 대상체(10)(object)에 조사하는 프로브(820), 대상체(10)(object)로부터 초음파를 수신하는 수신부(830), 수신부(830) 에 수신된 신호를 처리하여 영상을 생성하는 신호 처리부(840)를 포함한다. 도 8에 예시된 의료 기기(600)는 PAT(Photoacoustic tomography) 기술이 적용될 수 있다. PAT는 레이저 펄스 조사에 의해 대상체(10)(object)인 세포 조직에서 발생하는 압력파(pressure wave)를 감지하여 영상을 구현하는 기술이다. 레이저가 액체나 고체와 같은 물질에 조사되면, 레이저가 조사된 물질이 광에너지를 흡수하여 순간적인 열에너지가 발생하고, 이 에너지는 열탄성(thermoelastic) 현상에 의해 음파(acoustic wave)를 발생시킨다. 대상체(10)를 이루는 물질에 따라 빛의 파장에 따른 흡수율과 열탄성 계수가 다르기 때문에 같은 빛 에너지에 대해 서로 다른 크기의 초음파를 발생시킨다. 이러한 초음파를 검출하여, 비침습(non-invasive) 방법으로 인체 내부의 혈관 분포 및 미세한 조직의 특성 변화에 대한 이미지를 구현할 수 있다.

광원(810)은 대상체(10)로부터 초음파를 유도하는 펄스 레이저일 수 있으며, 펄스 폭은 대략 수 피코 초(pico-sec)에서 수 나노초(nano-sec)일 수 있다.

프로브(820)로는 대상체(10)(object)에 대한 일정 영역을 스캔하며 광을 조사할 수 있는 구성을 가지며, 예를 들어, 전술한 광 프로브(100, 500a, 500b) 중 어느 하나, 또는 이들이 조합된 형태가 사용될 수 있다.

프로브(820)를 통해 대상체(10)(object)에 광이 조사되면, 대상체(10)(object)에서 초음파가 발생된다. 레이저의 펄스 폭, 레이저의 펄스 플루엔스(fluence), 대상체(10)(object)의 레이저 흡수 계수, 반사 계수, 비열, 열팽창 계수 등에 따라 주파수 대역이나 크기가 다른 초음파가 발생한다. 즉, 대상체(10)(object)에 펄스 레이저가 조사되면, 대상체(10)(object)의 종류에 따라 다른 초음파가 발생하고, 이를 검출하여 대상체(10)(object)의 종류를 구분할 수 있는 영상의 획득이 가능하다.

수신부(830)는 대상체(10)에서 발생한 초음파를 전기적 신호로 변환하는 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 트랜스듀서는 초음파에 의한 진동을 전기적 신호로 변환시키는 압전형 초음파 트랜스듀서(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer, pMUT)일 수 있다. 압전형 초음파 트랜스듀서는 압전 형상을 나타내는 압전 세라믹, 단결정, 상기 재료와 고분자를 복합한 복합 압전 물질 등을 포함하여 이루어질 수 있다. 이외에도 트랜스듀서는 정전 용량형 초음파 트랜스듀서(capacitive micromachined ultrasonic transducer, cMUT), 자기형 초음파 트랜스듀서(magnetic micromachined ultrasonic transducer, mMUT), 광학형 초음파 검출기(Optical ultrasonic detection) 등으로 구현될 수 있다. 신호 처리부(660)는 수신부(650)에서 수신된 신호를 처리하여 초음파 영상을 생성할 수 있다.

이상, 의료 기기의 설명에서는 내시경(endoscope), OCT(optical coherence tomography)와 PAT(Photoacoustic tomography) 등을 이용하는 구성을 예시하였지만, OCM (optical coherence microscopy)을 이용하는 구조 등 다양한 의료 기기에 전술한 광 프로브가 채용될 수도 있다. 이 경우, 대상체에서 발생하는 신호의 종류에 따라 알맞은 검출 센서를 수신부에 구비하게 되며, 적절한 영상 신호 처리 방법이 사용될 수 있다.

본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100, 500a, 500b: 광 프로브
110, 210, 220, 230: 광 스캔부
110I, 210I, 220I, 230I: 계면
111: 제1 유체 112: 제2 유체
113: 제1 전극 114: 제2 전극
600, 700, 800: 의료 기기
610, 710, 810: 광원 620: 조명부
630, 830: 수신부 720, 820: 프로브
730: 광 간섭계 740: 검출기
750, 840: 신호 처리부

Claims

굴절률이 서로 다르면서 서로 혼합되지 않는 제1 및 제2 유체를 포함하는 광 스캔부; 및
체강내로 삽입가능하며, 내부에 상기 광 스캔부가 마련되어 상기 광 스캔부에서 출사된 광이 광 출력부를 통해 대상체에 조사되는 프로브 바디;를 포함하고,
상기 광 스캔부에서 출사되는 광의 출사각은 상기 제1 및 제2 유체간의 계면 변화에 대응하여 변하는 광 프로브.
제 1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 유체간의 계면은 평면인 광 프로브.
제 1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 유체 중 어느 하나는 극성이고, 나머지는 비극성인 광 프로브.
제 1항에 있어서,
상기 광 스캔부는
상기 광을 1차원으로 스캔하는 광 프로브.
제 1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 유체 중 적어도 하나는 투광성인 광 프로브.
제 1항에 있어서,
상기 광 스캔부는,
상기 제1 및 제2 유체를 사이에 두고 서로 이격 배치되는 제1 및 제2 전극;을 더 포함하고,
상기 제1 및 제2 전극에 인가되는 전압 차에 의해 상기 제1 및 제2 유체간의 계면이 변하는 광 프로브.
제 6항에 있어서,
상기 제1 및 제2 유체 중 극성 유체와 제1 전극간의 제1 접촉각과 상기 극성 유체와 상기 제2 전극간의 제2 접촉각의 합은 180℃인 광 프로브.
제 6항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극 중 상기 제1 및 제2 유체와 접하는 면에는 소수성 절연막이 형성되어 있는 광 프로브.
제 6항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나는 소수성 전극인 광 프로브.
제 6항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극은 상기 프로브 바디의 길이 방향과 나란하게 배치되는 광 프로브.
제 6항에 있어서,
상기 광 스캔부는,
상기 제1 및 제2 유체를 사이에 두고 서로 이격 배치되는 제3 및 제4 전극;을 더 포함하고,
상기 제3 및 제4 전극에 인가되는 전압 차에 의해서도 상기 제1 및 제2 유체간의 계면이 변하는 광 프로브.
제 11항에 있어서,
상기 광 스캔부는,
상기 광을 2차원으로 스캔하는 광 프로브.
제 1항에 있어서,
상기 광 스캔부에 광을 전달하는 광 파이버;를 더 포함하는 광 프로브.
제 13항에 있어서,
상기 광 파이버 및 상기 광 스캔부 사이에 배치되며, 상기 광 파이버에서 방출된 광을 상기 광 스캔부에 수직하게 입사시키는 콜리메이터;를 더 포함하는 광 프로브.
제 1항에 있어서,
상기 광 스캔부와 상기 광 출력부 사이에 배치되며, 상기 광 스캔부에서 방출되는 광을 상기 대상체에 포커싱시키는 광 포커싱부;를 더 포함하는 광 프로브.
제 15항에 있어서,
상기 광 포커싱부는,
GRIN 렌즈를 포함하는 광 프로브.
광을 발생시키는 광원; 및
제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 따른 광 프로브로서, 상기 광원에서 발생된 광을 대상체에 조사하는 광 프로브;를 포함하는 의료 기기.
제 17항에 있어서,
상기 광 프로브는 상기 대상체를 조명하고, 상기 의료 기기는 내시경인 의료 기기.
제 17항에 있어서,
상기 광원에서 발생된 광을 측정광과 참조광으로 분리하여 상기 측정광을 상기 광 프로브에 전달하고, 상기 측정광에 대응하는 응답광을 상기 광 프로브로부터 수신하는 광 스플리터;를 더 포함하고,
상기 의료 기기는 OCT(optical coherence tomography) 기술이 적용되는 의료기기.
제 17항에 있어서,
상기 대상체에서 발생된 초음파를 전기적 신호로 변환시키는 초음파 트랜스듀서;를 더 포함하고,
상기 의료 기기는 PAT(Photoacoustic tomography) 기술이 적용되는 의료기기.