KR20160050576A - 내시경 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내시경에 관한 것으로, 탐촉부의 외주에 이미지센서를 부착하여 탐촉부의 직경을 감소시킴으로서 내시경 검사시 이물감을 감소시키고 장기 손상이 발생되지 않도록 하며, 탐촉부의 선단에 광원을 부착하여 선명하고 목적에 맞는 영상을 얻을 수 있도록 하는 내시경에 관한 것이다.

Description

내시경{endoscope}

본 발명은 내시경에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탐촉부의 외주에 이미지센서를 부착하고 탐촉부의 선단에 하나 이상의 광원을 부착하여, 탐촉부의 직경을 감소시킴으로서 내시경 검사시 매우 좁은 공간에서 360°탐색이 가능하게 됨과 아울러선명하고 목적에 맞는 영상을 얻을 수 있도록 하는 내시경에 관한 것이다.

내시경은 초소형 잠망경과 같은 광학 기기로서, 파이프나 선박건조의 좁은 공간 검사와 같은 산업용 내시경과, 인체내부 장기 검사를 위한 의료용 내시경으로크게 구분된다.

이 중, 의료용 내시경은 인체 내부에 직접 투입하여 촬영함으로서 인체 내부를 가시적으로 확인하고 진단하는 장비로서, 크게 섬유광학 내시경과 전자 내시경으로 구분된다.

이 중 섬유광학 내시경은 환자의 장기 내부를 비춰 주는 라이트 가이드(light guide)와 병변을 선단부의 대물 렌즈로부터 눈으로 전달하는 이미지 가이드(image guide) 역할을 하는 두 가지의 광섬유를 갖고 있는 것으로, 라이트 가이드를 통하여 외부의 조명을 인체 내부로 전달하므로 전달과정에서 빛의 손실(loss)이 발생되어 선명한 이미지를 얻기 위한 충분한 조명을 확보하기 위해서는 라이트 가이드의 굵기가 굵어지게 되고, 또한 이미지 가이드를 통하여 이미지 신호가 전달되어 인체 외부에서 상이 맺히게 되므로 이 또한 전달 중 손실이 발생되거나 잡음이 발생되어 높은 해상도를 확보하기가 어려워서 정확하고 상세한 이미지 획득에 어려움이 발생된다.

반면 전자 내시경은 선단에 CCD 혹은 CMOS라는 일종의 전자카메라가 있어 이미지 가이드(image guide)로서의 광섬유는 필요 없고 조명을 비춰 주는 라이트 가이드(light guide) 기능의 광섬유만을 포함하고 있으나, 이 역시 충분한 조명 확보를 위하여 라이트 가이드가 굵어져야 하고, 내시경 선단에 CCD혹은 CMOS를 설치하여야 하므로 내시경 선단의 직경이 커지게 되어 인체 투입시 이물감이 커서 내시경 검사내내 피검사자가 고통을 호소하게 되는 문제점이 있었다.

한편, 종래 내시경에 대한 기술로서 대한민국 공개특허 10-2014-0065231, 공개특허 10-2012-0101450등 다수의 기술이 공개되어 있으나, 이들 내시경들은 모두 인체 내부로 투입되는 케이블의 내부 종단에 케이블의 축에 수직방향으로 이미지센서와 광원이 설치되어 있을 뿐 아니라 조사되는 빛이 이미지센서에 의하여 간섭을 받지 않도록 광원을 배치하여야 하므로, 내시경 선단부의 직경이 커지게 되고, 이로 인하여 인체 삽입시 심한 거부감을 느끼게 되며, 내시경 검사내내 피검사자가 고통을 호소하게 되는 문제점이 있었다.

아울러, 종래 내시경들은 이미지센서가 내시경의 진행방향 전방만을 촬영하므로 대장, 소장 등 장기 내부 전체를 확인하기 위해서는 내시경을 회전시키거나 이동시켜야 하고, 이러한 회전 혹은 이동에 의하여 얻어진 영상을 별도 이미지 처리 프로그램을 이용하여 결합하는 편집을 수행하거나, 검사자가 이전에 확인한 위치를 기억한 후 회전방향을 근거로 해당 영상의 위치를 추정하여야 하므로 정확한 진단이 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.

한편, 산업용 내시경의 경우 파이프의 용접부 불량확인, 선박이나 기계 등의 제조과정 중 사람이 진입할 수 없는 좁은 부위 관찰이 요구되는 경우 등, 각종 산업분야에 사용되는데, 구조적인 측면에서는 의료용 내시경과 큰 차이가 없어서, 의료용 내시경이 가지고 있는 문제점 중, 인체의 손상 및 감염과 관련한 문제점외에 기술적인 문제점 즉, 광손실 발생으로 인한 정확한 영상을 얻을 수 없고, 360°를 한눈에 볼 수 없으므로 조작이 번거롭고 이로 인하여 진단이 정확하지 않은 문제점 등이 동일하게 발생된다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래 탐촉부 선단 내측에 위치되던 이미지센서를 탐촉부의 외주에 부착함으로서 탐촉부의 직경을 대폭 감소시키고, 이미지센서가 탐촉부의 외주를 감싸는 형태로 부착되므로 360°동시 관찰이 가능게 되어, 의료용의 경우 내시경 검사시 이물감을 감소시키고 장기 손상을 감소시켜 내시경 검사에 대한 거부감을 대폭 감소시키고, 대장, 소장, 위 등의 장기 내부 이미지를 한번에 획득할 수 있고, 산업용의 경우에도 매우 좁은 공간까지 검사가 가능하고 360°동시 관찰이 가능하여, 이미지편집이 필요없고 위치를 추정할 필요가 없어 정확한 진단 및 검사가 이루어질 수 있도록 하는 데 목적이 있다.

또한, 상기와 같이 탐촉부 내부에 이미지 센서를 설치하지 않음으로서 생성된 공간에 하나 이상의 광원을 설치할 수 있게 되므로, 광손실이 발생하지 않아 선명한 영상을 얻을 수 있게되어 정확한 검사가 가능하도록 함과 아울러, 다수의 광원을 설치할 경우 내시경의 사용 목적에 따라 광원의 점등을 제어하여 원하는 영상을 얻을 수 있게되므로 내시경을 통한 정확한 진단 및 검사가 가능하게 되도록 하는 데 다른 목적이 있다.

아울러, 상기 내시경을 1회용으로 하여 의료용의 경우 오염 및 질병전염의 문제를 해소하는 데 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 탐촉부를 구성하는 하우징의 외주면에 이미지 센서를 밀착 설치한 내시경에 있다.

상기에서 하우징의 선단에는 빛을 확산시키기 위한 렌즈가 구비되고, 상기 하우징 내부의 렌즈 후방에는 렌즈로 빛을 조사하는 광원이 하나 이상 설치되며, 이때 광원은 적, 녹, 청, 적외선, 자외선 LED를 포함한다.

그리고, 상기 내시경은 캡슐형 혹은 케이블 연결형으로 형성되며, 1회용으로 제작될 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 의하면 이미지 센서가 내시경의 탐촉부를 구성하는 하우징의 외주면에 밀착 설치되므로 하우징의 내부공간에 여유가 발생되어 탐촉부 전체 직경이 작아지게 되므로 매우 좁은 공간에도 투입이 가능하여, 산업용의 경우 기존 확인불가한 좁은 공간까지 정확한 검사가 가능하게 되고, 의료용의 경우 투입시 이물감이 대폭 감소되고, 검사중 장기손상이 최소화되므로, 환자가 편안하게 내시경을 받을 수 있게 되는 효과가 있다.

그리고, 상기와 같이 이미지센서가 탐촉부의 외주를 감싸는 형태로 부착되므로 탐촉자의 전진만으로 360°동시 관찰이 가능하게 되어, 360°모두 확인을 위하여 내시경을 사방으로 회전시킬 필요가 없으므로 검사작업이 용이할 뿐 아니라 획득된 영상의 위치를 추정할 필요가 없어 정확한 진단이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기와 같이 하우징 내부공간에 여유가 발생되므로, 해당 공간에 하나 이상의 광원을 설치할 수 있게 되어, 종래 라이드 가이드를 사용하여 외부의 빛을 인체 내부로 전달해주는 방식에 비하여 직접 빛을 조사하게 되므로 빛손실이 적어서 선명한 영상을 얻을 수 있게 되고, 다수의 광원을 구비할 수 있게 되어 검사하고자 하는 위치 및 목적에 따라 원하는 빛을 조사하여 정확한 진단이 이루어질 수 있게 되는 효과가 있다.

아울러, 상기한 광원으로 적외선이나 자외선 등 특수목적의 광원을 사용할 경우 치료 등의 효과도 얻을 수 있게 된다.

그리고, 내시경의 하우징 내부에서 이미지가 형성되어 외부로 데이터가 전달되는 것으로 전달과정에서 손실이나 저항이 발생하지 않아 선명한 영상을 얻을 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 내시경 구조를 나타내는 부분 단면도
도 2는 COMS 이미지 센서의 동작원리를 나타내는 도면
도 3은 본 발명에 따른 내시경의 다른 실시예를 나타내는 도면

이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 내시경은 크게, 도 1에 나타내는 바와 같이 이미지센서(110), 광원(120)을 포함하여 인체 내부를 촬영하기 위한 탐촉부(100)와, 상기 탐촉부(100)와 연결되어 신호를 송수신하는 케이블(200)로 구성되며, 이하의 실시예에서는 의료용을 예로서 살펴본다.

상기에서 탐촉부(100)는 인체내부로 투입시 최대한 이물감을 적게 가질 수 있는 형태로 형성되는 하우징(130), 상기 하우징(130) 선단 외주면에 밀차되게 부착되는 이미지센서(110), 상기 하우징(130) 선단에 하우징(130)의 중심축에 수직방향으로 설치되는 렌즈(140), 상기 하우징(130)내부에 렌즈(140) 후방에 설치되는 광원(120)을 포함하여 구성된다.

상기에서 하우징(130)은 이물감을 적게 하기 위하여 플라스틱 재질의 원통형으로 형성되거나, 캡슐형으로 형성되고, 상기 이미지센서의 부착위치에 맞게 외주면에 도시하지는 않았지만 별도의 홈이 형성될 수도 있다.

그리고, 이미지센서(110)는 공지의 띠형 이미지센서로서, 이러한 띠형 이미지센서 뒷면을 글라인딩하여 얇게 하면 뒷면방향으로 말려 하우징(130)의 외주면에 원통형으로 일체로 접착할 수 있게 되며, 이 과정에서 접착은 에폭시수지 등의 접착제를 사용한다.

또한, 상기 이미지센서(110)는 다수의 이미지센서들을 원통형으로 배치하여 탐촉부 외주면에 설치할 수도 있다.

그리고, 상기 이미지센서는 CMOS 이미지 센서를 사용하고, 상기한 하드기판외에 최근 연성 기판상에 CMOS회로를 구현하는 기술이 개발되었으므로 이러한 연성기판을 이용한 CMOS 이미지 센서를 사용할 수 도 있으며, 이러한 연성기판을 사용할 경우 후면 글라인딩 과정을 생략할 수도 있다.

상기 CMOS(complementary Metal oxide semiconductor) 이미지 센서는 CCD 센서와는 달리 입력된 빛을 각 픽셀(Pixel)에서 전기신호로 변화시켜 이를 디지털데이터(digital data)로 출력하는 것으로, 각 픽셀마다 회로가 요구되어 빛을 받아들이는 면적이 줄어들게 되므로 CMOS 이미지센서는 각 픽셀위에 작은 마이크로 렌즈를 놓아 각 픽셀이 더 많은 양의 빛을 읽을 수 있도록 한 곳에 모으고 증폭시킨다.

이러한 CMOS 이미지센서의 동작을 도 2를 참조하여 살펴보면, 우선 마이크로렌즈(Micron Lens)를 거쳐 컬러 필터 어레이(Color Filter Array(CFA))를 통과한 빛이 픽셀위에서 상이 맺히게 되고, 이것이 전기적 신호로 변경되어 CDS(Correlated Double Sampling) -> 아나로그 처리를 거쳐 아나로그적 영상 신호로 완성되고, 이것이 ADC를 통해 디지털 신호로 출력되는 것까지가 일반적 CMOS Image Sensor의 동작이다.

한편, 최근 System On a Chip(SoC)로 CMOS Image Sensor의 ADC출력(Bayer Raw)을 받아 영상보정(Image Signal Processing)까지 집적한 이미지센서도 사용되고 있다.

상기 렌즈(140)는 광원(120)으로부터 조사되는 빛을 확산시키는 역할을 하는 것으로 본 발명의 실시예에서는 볼록렌즈를 사용한다.

상기 광원(120)은 LED를 하나 이상 사용하는데, 그 예로 RED, BLUE, GREEN, 적외선, 자외선 LED등이 사용되며, 필요한 경우 다른 종류의 LED도 사용가능하다.

이러한 광원(120)은 하우징(130)내부에 설치되는 기판(150) 상에 설치되는데, 상기 기판(150)에는 데이터 송수신을 위한 송수신모듈(미도시)이 구비되고, 전원이 연결되며, 상기 기판(150)과 이미지센서(110)는 와이어(160) 본딩을 통해서 연결된다.

또한, 도 1에서는 3개의 LED를 하우징 내부에 설치되는 기판에 구비한 것을 예로서 설명하였으나, 다수개의 LED를 사용하는 경우 도 3에 나타내는 바와 같이 이미지센서와 마찬가지로 상기 다수개 광원(120)을 하우징(130)의 외주면에 부착설치하면, 내시경의 직경을 줄이면서 정확한 검사가 가능하게 되며, 이 경우 렌즈는 광원의 선단에 각각 1개씩 설치하거나 사용하지 않을 수도 있다.

그리고, 상기 광원(120)을 하우징 외주면에 부착하기 위해서는 이미지센서를 부착하는 기술을 그대로 적용하여 다수개 LED가 구비된 기판의 후면을 글라인딩하거나, 연성회로기판을 사용하거나 다수개 LED 각각을 하우징에 본딩으로 설치할 수도 있다.

한편, 상기한 기판으로 전원을 공급하기위한 파워라인(170)과 이미지센서에서 획득된 데이터를 외부로 전송하고, 내부 광원등의 제어신호를 외부의 컨트롤러로부터 탐촉부로 전송하기 위한 광파이버(optical fiber) 등의 제어라인(180)을 케이블(200) 내부를 관통시켜 외부로부터 기판(150)으로 연결되는데, 이러한 케이블과 기판의 연결은 플러그 형태의 커넥터를 사용하며, 상기 광파이버는 유리 광파이버와 플라스틱광파이버 모두를 사용할 수 있으나, 플라스틱광파이버를 사용하는 것이 더 바람직하다.

이와 같이 구성된 내시경의 선단 하우징과 케이블 외부로 인체에 무해한 투명 수지(예를 들면 투명 실리콘)(190)을 피복하여 내시경 모듈을 완성하며, 완성된 내시경은 직경 약 1mm정도까지 구현이 가능한데, LED 1개 사이즈가 0.2mm×0.2mm정도이고 이미지센서가 하우징외부에 설치되므로 직경 약 1mm까지 구현이 가능하고, LED를 5개모두 사용한다고 하더라도 LED를 이미지센서와 마찬가지로 하우징 외주면에 밀착설치할 수 있으므로 직경 2mm이하의 내시경을 구현할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명의 내시경은 직경이 2mm이하이기때문에 인체 삽입시 이물감이 적게 발생되고, 인체 내부에서도 장기의 내벽을 손상하지 않게 된다.

그리고, 상기 이미지 센서는 외부에서 상이 맺히는 것이 아니라 탐촉부에서 상이 형성되고 그 이미지 데이터가 광섬유를 통해서 압축 또는 무압축으로 외부로 전송되므로 손실없이 선명한 영상을 얻을 수 있고, 이미지센서가 원통형으로 배치되어 장기 내부를 전진하면서 장기내부면의 영상을 링형으로 동시에 획득하게되므로, 탐촉부를 여러방향으로 회전시킬 필요가 없게 된다.

아울러, 광원이 탐촉부에 구비되므로 라이트 가이드가 필요없이 직접 인체 내부에서 광원으로부터 빛이 조사되므로 광손실이 발생하지 않아서 밝은 이미지를 얻을 수 있고, 병변의 위치 혹은 목적에 따라 외부 콘크롤러로부터 광원의 점등을 제어하여 이미지의 밝기 및 색 차이에 의한 영상 분석이 가능하게 되므로 정확한 진료가 가능하게 되고, 필요한 경우 적외선 또는 자외선을 이용하여 치료의 효과도 얻을 수 있게된다.

즉, 검사하고자 하는 병변의 색과 동일한 계열의 색을 조사하면 해당 빛이 병변에 흡수되지 않고 반사되어 정확한 영상을 얻을 수 있게 되고, 그 예로 암의 경우 통상 병변이 흑적색이므로 Red와 적외선 LED를 사용하면 효과적이고, 종양등은 흰색 혹은 노란색을 띄므로, 흰색에대한 검사가 필요한 경우 Red, Green, Blue LED를 모두 점등하여 백색광을 조사하고, 노란색의 병변의 검사가 필요한 경우 Green, Blue LED를 조사하며, 자외선(UV) LED를 사용하면 병변의 높낮이 등을 검출할 수있으므로 해당 종양의 크기를 검출하고자 하는 경우에사용한다.

이러한 본 발명에 의한 내시경의 영상은 8메가 이상급의 해상도를 얻을 수 있고, 가격도 종래 내시경에 비하여 1/10정도로 대폭 줄일 수 있게 된다.

그리고, 상기 내시경은 1회용으로 제작하여 오염 및 질병전염문제를 해결할 수도 있다.

한편, 상기에서는 의료용 내시경을 예로서 살펴보았으나 산업용 내시경의 경우에도 인체의 손상 및 감염을 위한 설계가 필요하지 않을 뿐 나머지 기구적인 부분은 구성이 동일하므로 설명을 생략한다.

또한, 상기 광원은 LED뿐 아니라 레이저를 사용할 수도 있다.

100 : 탐촉부 110: 이미지 센서
120 : 광원 130 : 하우징
140 : 렌즈 200 : 케이블

Claims (7)

1. 탐촉부(100)를 구성하는 하우징(130)의 외주면에 이미지 센서(110)를 설치하고, 상기 이미지센서 외측으로 인체에 무해한 투명 수지(190)를 피복한 것을 특징으로 하는 내시경.
2. 제 1항에 있어서, 상기 하우징(130)에는 적, 녹, 청, 적외선, 자외선 LED를 포함하는 LED광원중에서 택일된 하나 혹은 이들의 조합으로 구성되는 광원(120)이 더 구비되고, 상기 광원(120)은 하우징(130)내부에 구비되거나, 하우징(130)의 외주면에 원통형으로 일체로 설치되거나 다수의 광원들이 탐촉부 외주면에 원통형으로 배치되어 설치되는 것을 특징으로 하는 내시경.
3. 제 1항에 있어서, 상기 하우징(130)에는 레이저 광원(120)이 더 구비되고, 상기 광원(120)은 하우징(130)내부에 구비되거나, 하우징(130)의 외주면에 원통형으로 일체로 설치되거나 다수의 광원들이 탐촉부 외주면에 원통형으로 배치되어 설치되는 것을 특징으로 하는 내시경.
4. 제 1항에있어서, 상기 이미지센서(110)는 하드기판의 후면을 글라인딩하거나, 연성기판을 사용하여 하우징 외주면에 밀착 설치하는 것을 특징으로 하는 내시경.
5. 제 1항에 있어서, 상기 이미지센서(110)는 원통형으로 일체로 설치되거나 다수의 이미지센서들이 탐촉부 외주면에 원통형으로 배치되어 설치되는 것을 특징으로 하는 내시경.
6. 제 2항 또는 3항에 있어서, 상기 광원(120)은 원통형으로 일체로 설치되거나 다수의 이미지센서들이 탐촉부 외주면에 원통형으로 배치되어 설치되는 것을 특징으로 하는 내시경.
7. 제 1항에 있어서, 상기 내시경은 의료용 또는 산업용인 것을 특징으로하는 내시경.

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