KR20190075795A - 다중 영상 내시경 시스템 - Google Patents
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Abstract
다중 영상 내시경 시스템이 개시된다. 다중 영상 내시경 시스템은 시분할 광원부, 영상 검출부, 영상 처리부, 및 제어부를 포함한다. 시분할 광원부는 미리 설정된 서로 다른 파장 영역의 광을 미리 설정된 시간동안 시료에 각각 조사하고, 영상 검출부는 시료로부터 방출된 영상을 검출하고, 영상 처리부는 검출된 영상을 처리하며, 제어부는 시분할 광원부를 영상 처리부 및 영상 검출부 중 하나 이상과 동기화한다.
Description
본 발명은 내시경 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 백색광 영상과 형광 영상, 분광 영상 등의 다중 영상을 획득할 수 있는 내시경 시스템에 관한 것이다.
내시경 등의 의료용 광학 영상 장치는 영상의 해상도를 향상시키기 위한 기술과 더불어 병변에 대한 대조도(constrast)를 향상시키기 위한 영상 기술이 개발되고 있다.
구체적으로, 기존의 조직의 표면 구조를 보여주는 백색광 영상(white light imaging) 기술 이외에도, 조직의 분광 특성을 대조도로 보여주는 분광 영상(Spectral imaging) 기술, 조직의 형광 특성을 대조도로 보여주는 형광 영상(fluorescence imaging) 기술 등이 내시경 영상 기술로 도입되고 있다.
특히, 형광 영상 기술로는 인체 조직의 자가 형광(autofluorescence)이나 혈관을 통해 주입되는 형광 분자의 조직에 대한 결합에 기인하는 유도 형광(induced fluorescence) 등의 영상 대조도로 영상화하는 기술들이 개발되고 있다.
도 1은 백색광 영상 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1은 일반적인 백색광 광학 영상 장치의 구성을 도시하고 있다. 백색광 영상을 얻기 위해서는 시료에 광대역 스펙트럼을 가지는 백색광을 시료에 조사하며, 시료로부터 반사된 빛을 검출하여 영상화한다.
시료로부터의 반사는 표면에서의 거울 반사와, 확산, 그리고, 내부로부터 나오는 산란 등을 포함한다. 일반적으로, 백색광을 조사하면 반사된 빛도 백색광이며, 컬러 카메라를 이용하면 컬러 영상을 얻을 수 있다.
이에 반해, 분광 영상 장치는 협대역 광에 대한 시료의 반사 특성을 보기 위한 장치이다. 도 2 및 도 3은 분광 영상 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 백색광 영상 장치와 유사하게 광원, 영상화를 위한 카메라 등으로 구성된다.
도 2 및 도 3에는, 협대역 광을 시료에 조사하여 반사된 반사광을 검출하여 영상화하는 방법(도 2)과, 광대역 광을 조사한 후 카메라에 도달하기 전에 시료로부터의 반사광 중 협대역 광만을 투과시켜서 카메라에 전달함으로써 영상화(도 3)하는 방법이 각각 도시되어 있다. 특히, 검사하고자는 협대역 광을 복수개 파장 대역을 이용하여 시료의 영상 정보를 얻기도 한다.
형광 영상 장치는 시료 내에 존재하는 형광 현상에 기인하여 형광 분자로부터 방출되는 빛(emission light)을 검출하여 영상화하는 장치이다. 도 4는 형광 영상 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 4는 대표적인 형광 영상 장치의 구조를 도시하고 있다.
형광 영상을 얻기 위해서는 형광 분자를 여기시키기 위한 여기광(excitation light)과 형광 분자로부터 방출되는 방출광(emission light)을 검출하기 위한 검출기가 필요하며, 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
먼저, 형광 분자를 가지고 있는 시료에 형광 분자를 여기시킬 수 있는 파장 대역의 빛(여기광)을 조사한다. 이를 위해서, 대역 필터나 모노크로미터(monochrometer) 등의 협대역광만을 조사할 수 있는 광학계를 이용할 수 있다.
여기광을 조사(illumination)하였을 때, 시료에 포함되어 있는 형광 분자의 형광 현상에 기인하는 여기광보다 긴 파장 대역의 방출광이 형광 분자로부터 방출되며, 시료의 반사광에 섞여 있다.
형광 영상을 얻기 위해서는 검출기에서 방출광을 검출하여 영상화하여야 하며, 이를 위해서, 방출광 이외의 다른 파장 대역의 빛을 차단하기 위해 방출광 필터나 모노크로미터 등이 검출기에 삽입된다.
이와 같이, 백색광 영상, 분광 영상, 형광 영상을 인체에 삽입하여 인체 내부 조직을 검사하기 위한 내시경 시스템에 적용하기 위한 다양한 발명들이 도출되고 있다.
이와 같은 광학 영상 장치의 구조를 내시경에 적용하기 위해서는 시료에 빛을 조사하기 위한 조사 광학계와 반사된 빛을 검출하여 영상화하는 영상 광학계를 내시경에 집적화하여야 하며, 이를 위한 다양한 구조가 제안되고 있다.
그런데, 이러한 구조들은 각각의 영상을 획득하는 데는 성공적이나, 그 광학계의 구조가 복잡하며 다중 영상을 신속하게 제공하는 데에는 한계를 가지고 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 광학계의 구조가 단순하면서도, 다중 영상을 신속하게 제공할 수 있는 내시경 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 다중 영상 내시경 시스템은 시분할 광원부, 영상 검출부, 영상 처리부, 및 제어부를 포함한다. 시분할 광원부는 미리 설정된 서로 다른 파장 영역의 광을 미리 설정된 시간동안 시료에 각각 조사하고, 영상 검출부는 시료로부터 방출된 영상을 검출하고, 영상 처리부는 검출된 영상을 처리하며, 제어부는 시분할 광원부를 영상 검출부 및 영상 처리부 중 하나 이상과 동기화한다.
이와 같은 구성에 의하면, 광원부를 영상 처리부 및 영상 검출부 중 하나 이상과 동기화하여 시분할로 사용하기 때문에, 다중 영상을 얻기 위해 서로 다른 파장 영역에 대응하는 영상 처리 장치를 내시경 시스템에 모두 구비하지 않아도 되어, 광학계의 구조를 단순화하면서도 다중 영상을 신속하게 제공할 수 있게 된다.
이때, 시분할 광원부는, 미리 설정된 광대역의 파장 영역을 가지는 광대역 광원, 및 광대역 파장 영역 중 미리 설정된 파장 영역을 각각 투과시키는 복수의 파장 선택부를 포함하며, 제어부는 미리 설정된 시간동안 복수의 파장 선택부 중 하나 이상을 선택할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 광대역 광원을 이용하여 시분할 광원을 제공할 수 있게 된다.
또한, 시분할 광원부는, 미리 설정된 협대역의 파장 영역을 가지는 복수의 협대역 광원을 포함하며, 제어부는 미리 설정된 시간동안 복수의 협대역 광원 중 하나 이상을 선택할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 협대역 광원을 이용하여 시분할 광원을 제공할 수 있게 된다.
또한, 시분할 광원부는, 미리 설정된 협대역의 파장 영역을 가지는 협대역 광원, 및 협대역 파장 영역을 미리 설정된 다른 협대역 파장 영역으로 변환하는 복수의 파장 변환부를 포함하며, 제어부는 미리 설정된 시간동안 복수의 파장 변환부 중 하나 이상을 선택할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 다양한 파장의 광을 소수의 협대역 광원만을 사용하여 생성할 수 있기 때문에, 광출력 효율을 높이면서도 광학계의 구조를 단순화할 수 있게 된다.
이때, 복수의 파장 변환부는 서로 다른 크기의 미리 설정된 물질의 나노 입자를 각각 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 나노 물질 입자의 크기를 변화시킴으로써 다양한 파장에 대응하는 높은 광출력 효율의 파장 변환부를 용이하게 구현할 수 있게 된다.
또한, 영상 검출부는, 미리 설정된 형광의 파장 영역을 통과시키기 위한 광 투과 필터를 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 백색광 영상이나 분광 영상은 물론 형광 영상을 포함하는 다중 영상을 획득할 수 있게 된다.
이때, 광 투과 필터는, 미리 설정된 여기광의 파장 영역을 제외시키도록 설정될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 백생광 영상이나 분광 영상의 성능을 저해하지 않으면서도 형광 영상을 포함하는 다중 영상을 획득할 수 있게 된다.
또한, 광원부와 영상 처리부 및 영상 검출부 중 하나 이상이 동기화되는 미리 설정된 시간의 시간 간격을 변경할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 파장 영역에 따라 시간 간격을 조정함으로써, 각 파장 영역에 대해 최적의 영상을 얻을 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 광원과 영상 처리부나 영상 검출부를 동기화하여 시분할로 사용하기 때문에, 다중 영상을 얻기 위해 서로 다른 파장 영역에 대응하는 영상 처리 장치를 내시경 시스템에 모두 구비하지 않아도 되어, 광학계의 구조를 단순화하면서도 다중 영상을 신속하게 제공할 수 있게 된다.
또한, 광대역 광원을 이용하여 시분할 광원을 제공할 수 있게 된다.
또한, 협대역 광원을 이용하여 시분할 광원을 제공할 수 있게 된다.
또한, 다양한 파장의 광을 소수의 협대역 광원만을 사용하여 생성할 수 있기 때문에, 광출력 효율을 높이면서도 광학계의 구조를 단순화할 수 있게 된다.
또한, 나노 물질 입자의 크기를 변화시킴으로써 다양한 파장에 대응하는 높은 광출력 효율의 파장 변환부를 용이하게 구현할 수 있게 된다.
또한, 백생광 영상이나 분광 영상은 물론 형광 영상을 포함하는 다중 영상을 획득할 수 있게 된다.
또한, 백생광 영상이나 분광 영상의 성능을 저해하지 않으면서도 형광 영상을 포함하는 다중 영상을 획득할 수 있게 된다.
또한, 파장 영역에 따라 시간 간격을 조정함으로써, 각 파장 영역에 대해 최적의 영상을 얻을 수 있게 된다.
도 1은 백색광 영상 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2 및 도 3은 분광 영상 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 형광 영상 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 영상 내시경 시스템의 개략적인 블록도.
도 6 및 도 7은 광대역 광원을 이용한 시분할 광원의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 복수의 협대역 광원을 이용한 시분할 광원의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 9는 협대역 광원의 파장 변환을 이용한 시분할 광원의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 10은 컬러 카메라 모듈 또는 모노 카메라 모듈을 이용하여 시분할 광원으로부터 조사된 광에 의해 방출된 영상을 검출하는 예가 개략적으로 도시된 도면.
도 11은 여기광 파장 대역만을 제외하는 투과도 특성을 가지는 광 투과 필터의 특성을 도시한 도면.
도 12는 일반적인 형광 영상용 방출광 필터의 투과도 특성을 도시한 도면.
도 13은 시분할 광원을 이용하여 조사된 광을 이용해 백색광 영상, 분광 영상, 형광 영상의 획득을 위한 실시예를 도시한 도면.
도 14 및 도 15는 광 투과 필터의 위치의 예를 도시한 도면.
도 16은 제어부의 시간 동기화 신호의 예를 도시한 도면.
도 17은 시분할 광원부가 영상 검출부와 동기화되는 예가 도시된 도면.
도 2 및 도 3은 분광 영상 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 형광 영상 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 영상 내시경 시스템의 개략적인 블록도.
도 6 및 도 7은 광대역 광원을 이용한 시분할 광원의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 복수의 협대역 광원을 이용한 시분할 광원의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 9는 협대역 광원의 파장 변환을 이용한 시분할 광원의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 10은 컬러 카메라 모듈 또는 모노 카메라 모듈을 이용하여 시분할 광원으로부터 조사된 광에 의해 방출된 영상을 검출하는 예가 개략적으로 도시된 도면.
도 11은 여기광 파장 대역만을 제외하는 투과도 특성을 가지는 광 투과 필터의 특성을 도시한 도면.
도 12는 일반적인 형광 영상용 방출광 필터의 투과도 특성을 도시한 도면.
도 13은 시분할 광원을 이용하여 조사된 광을 이용해 백색광 영상, 분광 영상, 형광 영상의 획득을 위한 실시예를 도시한 도면.
도 14 및 도 15는 광 투과 필터의 위치의 예를 도시한 도면.
도 16은 제어부의 시간 동기화 신호의 예를 도시한 도면.
도 17은 시분할 광원부가 영상 검출부와 동기화되는 예가 도시된 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 영상 내시경 시스템(100)의 개략적인 블록도이다. 도 5에서, 다중 영상 내시경 시스템(100)은 시분할 광원부(110), 영상 검출부(120), 영상 처리부(130), 및 제어부(140)를 포함한다. 도 5에서, 시분할 광원부(110), 영상 검출부(120), 영상 처리부(130), 및 제어부(140)는 각각 시분할 광원, 카메라 모듈, 비디오 프로세서, 및 시분할 제어기로 각각 구현되어 있으며, 영상 검출부(120)는 광투과 필터(122)를 포함하고 있다.
시분할 광원부(110)는 미리 설정된 서로 다른 파장 영역의 광을 미리 설정된 시간동안 시료에 각각 조사한다. 백색광 영상, 분광 영상, 형광 영상을 얻기 위해서는 이에 해당하는 분광 특성을 가지는 빛이 시료에 조사되어야 한다. 한 예로, 백색광 영상은 가시광 파장 전대역에서 빛이 나와야 하며, 분광 영상은 관찰하고자 하는 분광 파장 대역의 빛이 나와야 하며, 형광 영상에서는 시료의 형광 분자를 여기시키기 위한 여기광 파장 대역의 빛을 발생시킬 수 있어야 한다. 시분할 광원부(110)는 이러한 다양한 분광 특성의 빛을 발생시키는 것이다.
이때, 시분할 광원부(110)는, 미리 설정된 광대역의 파장 영역을 가지는 광대역 광원(112), 및 광대역 파장 영역 중 미리 설정된 파장 영역을 각각 투과시키는 복수의 파장 선택부(114)를 포함하며, 제어부(140)는 미리 설정된 시간동안 복수의 파장 선택부(114) 중 하나 이상을 선택할 수 있다.
도 6 및 도 7은 광대역 광원을 이용한 시분할 광원의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 6과 도 7은 광대역 광원(112)으로부터 원하는 파장 대역의 빛을 발생시키기 위해서, 파장 선택부(114)로 광학 필터(협대역 투과 필터) 또는 모노크로미터를 이용하는 구조가 각각 도시되어 있다. 이때, 파장 선택부(114)는 다파장을 발생시키기 위해서 여러 개의 필터가 장착된 필터 휠 구조를 가질 수 있으며, 제어기(140)를 통해서 적절한 필터가 선정될 수 있다.
또한, 시분할 광원부(110)는, 미리 설정된 협대역의 파장 영역을 가지는 복수의 협대역 광원(116)을 포함하며, 제어부(140)는 미리 설정된 시간동안 복수의 협대역 광원(116) 중 하나 이상을 선택할 수 있다. 도 8은 복수의 협대역 광원을 이용한 시분할 광원의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 8에는 여러 개의 협대역 광원(116)을 거울 및 렌즈 등의 광학계를 이용하여 결합시키는 구조가 도시되어 있다. 이때, 각각의 광원(116) 제어를 통해 다양한 파장 대역을 만들 수 있다.
또한, 시분할 광원부(110)는, 미리 설정된 협대역의 파장 영역을 가지는 협대역 광원(116), 및 협대역 파장 영역을 미리 설정된 다른 협대역 파장 영역으로 변환하는 복수의 파장 변환부(118)를 포함하며, 제어부(140)는 미리 설정된 시간동안 복수의 파장 변환부(118) 중 하나 이상을 선택할 수 있다.
도 9는 협대역 광원의 파장 변환을 이용한 시분할 광원의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 9에서 협대역 광원(116)과 파장 변환부(118)를 이용하는 경우 협대역 광원(116)의 파장 대역을 원하는 파장 대역으로 이동시킬 수 있으며, 이때, 파장 변환부(118)를 제어하기 위한 제어기(140)가 필요하다. 또한, 각각의 조합에 의해서 광원이 구성될 수 있다.
파장 변환부(118)는 파장 변환부(118)에 입사되는 빛을 흡수하여 다른 파장 대역의 빛을 방출하는 특징을 가진다. 파장 변환부(118)는 조사된 빛을 흡수하여 다른 파장 대역의 빛을 방출하는 나노 입자 물질인 양자점(quantum dot)을 이용하여 구성할 수 있다.
파장 변환부(118)로부터 방출되는 빛의 파장 대역은 양자점의 크기를 통해 조절이 가능하다. 또한, 복수의 파장 변환부(118)는 서로 다른 크기의 미리 설정된 물질의 나노 입자를 각각 포함할 수 있다.
영상 검출부(120)는 시료로부터 방출된 영상을 검출한다. 영상 검출부(120)는 카메라 모듈로 구현되며, 컬러 카메라 모듈은 물론 모노 카메라 모듈로도 구현될 수 있으며, 검출기와 결상 렌즈로 구성될 수 있다.
도 10은 컬러 카메라 모듈 또는 모노 카메라 모듈을 이용하여 시분할 광원으로부터 조사된 광에 의해 방출된 영상을 검출하는 일 예가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 10은 백색광 영상과 분광 영상을 획득하기에 적합한 구성으로서, 시분할 광원(110)에서는 시분할 제어기의 동기화 신호에 따라 백색광 및 분광 영상을 위한 협대역 광이 미리 설정된 시간에 따라 순차적으로 발생하며, 영상 검출부(120)에서는 시분할 제어기 동기화 신호에 따라 조사되는 광에 따른 영상, 즉, 백색광 영상과 분광 영상을 순차적으로 검출하게 된다.
이에 비해, 도 5는 도 10의 구조에서 시료의 형광을 유도하는 여기광만을 투과시키지 않는 특징을 가진 광투과 필터(122)가 더해진 형태를 가지며, 백색광 영상과 형광 영상을 획득하는데 적합할 수 있다. 광투과 필터(122)는 도 11에 나와 있는 바와 같이, 여기광 파장 대역의 빛을 투과시키지 않는 특성을 가진다. 도 11은 여기광 파장 대역만을 제외하는 투과도 특성을 가지는 방출광 필터의 특성을 도시한 도면이다.
도 5에서 시분할 광원(110)에서는 시분할 제어기의 동기화 신호에 따라 백색광 및 시료를 형광 유도를 위한 여기광 특성의 협대역 광이 미리 설정된 시간에 따라 순차적으로 발생하여, 시료에 조사된다.
시료에서는 여기광에 의한 반사광뿐만 아니라, 여기광을 흡수하여 형광에 의한 파장 특성이 변화된 방출광이 동시에 발생하며, 광 투과 필터를 통해서 여기광은 배제된 만이 영상 검출부(120)에 검출되어 영상화된다.
또한, 백색광 영상을 위해 조사되는 백색광의 시료에 의한 반사광은 영상 검출부(120)에 도달할 때, 광투과 필터(122)를 통과하기 때문에 반사광의 일부가 손실될 수 있지만, 전체 반사 파장 대역에 비해 적은 부분만 손실되기 때문에, 광투과 필터(122)에 의한 백색광 영상의 왜곡은 무시할 수 있다. 결과적으로 이와 같은 구성에 의하여, 백색광 영상과 형광 영상을 포함하는 다중 영상을 획득할 수 있게 된다.
일반적으로 형광 영상용 필터는 시료의 방출광 파장 대역만을 투과시키는 특성(도 12)을 가지는 광 투과필터를 이용한다. 도 12는 일반적인 형광 영상용 방출광 필터의 투과도 특성을 도시한 도면이다.
이 경우, 백색광 영상, 분광 영상을 같이 얻기 위한 구조에서는 대부분의 파장 대역의 빛이 제거되기 때문에, 이러한 광 특성을 가지는 광 투과필터가 제거되어야 한다. 그러나 내시경의 내부가 매우 협소하기 때문에, 광 투과필터 제거 기능의 구현이 어려운 문제를 가지고 있다.
본 발명에서 도 11에 도시된 투과도 특성의 광 투과 필터를 이용하여 형광 영상을 얻는다. 내시경의 영상을 얻기 위한 인체 내부 공간은 내시경에 의해서 전달되는 여기광만 존재하며, 카메라 모듈에 전달되는 반사광 중 여기광을 제거하면, 시료의 방출광 만이 카메라 모듈에 전달되어 형광 영상을 얻을 수 있다.
또한, 백색광 영상이나 분광 영상 획득 시에 반사광의 분광 특성 왜곡을 최소화한다. 즉, 여기광 파장 대역만을 투과하지 않기 때문에, 대부분의 반사광은 카메라 모듈로 전달된다.
또한, 도 13은 본 발명을 통해 얻을 수 있는 백색광 영상, 분광 영상, 형광 영상의 획득을 위한 또 다른 실시예를 보여 준다. 시분할 광원(110)에서는 시분할제어기(140)의 동기화 신호에 따라, 백색광, 분광 영상을 위한 협대역 광, 형광 영상을 위한 여기광에 해당하는 협대역 광 등의 발생하여 시료에 조사되며, 광투과 필터(122)와 영상 검출부(120)를 통해서, 각각의 조사 광에 해당하는 영상들을 얻을 수 있다.
광투과 필터의 위치는 도 14 및 도 15에 나와 있는 바와 같이 장착될 수 있다. 도 14 및 도 15는 방출광 필터의 위치를 도시한 도면이다. 도 14 및 도 15에서 광 투과 필터(122)는 각각 결상 렌즈의 앞 또는 뒤에 배치되어 있다. 이와 같이, 카메라 모듈은 검출기(120)와 결상 렌즈로 구성되며, 광투과 필터(122)는 반사광이 검출기(120)에 전달되기 전 위치에 구성되어야 한다.
영상 처리부(130)는 검출된 영상을 처리하며, 제어부(140)는 시분할 광원부(110)와 영상 처리부(130)를 동기화한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 영상 처리부(130)는 일반적인 광학 영상 장치의 구성과 유사하게, 광원과 시료로부터 반사된 빛을 영상화하기 위한 비디오 프로세서로 구성될 수 있다.
일반적으로 내시경의 삽입관 끝단에서 시료에 빛을 입사시키기 때문에, 외부의 광원으로부터 광전달부를 통해 입사광이 삽입관 끝단으로 전달된다. 또한, 삽입관 끝단에는 카메라 모듈이 있으며, 카메라 모듈에서 시료로부터 반사된 빛을 검출하여 영상화하기 위한 영상신호로 변경한 후에, 비디오 프로세서로 전달된다.
이때, 카메라 모듈은 빛을 검출하기 위한 검출기와 검출기로 빛을 전달하기 위한 광학렌즈들로 구성되며, 다중 모드 영상을 출력하기 위한 디스플레이 장치가 카메라 모듈의 영상 처리 등을 담당하는 비디오 프로세서와 연결된다.
또한, 제어부(140)는 시분할 광원부(110)를 영상 처리부(130)가 아니라, 영상 검출부(120)와 동기화할 수 있으며, 영상 검출부(120) 및 영상 처리부(130) 모두와 동기화할 수도 있다. 도 17은 시분할 광원부가 영상 검출부와 동기화되는 예가 도시된 도면이다. 도 5에서와는 달리 도 17에서는 시분할 광원부(110)가 영상 검출부(120)와 동기화되는 예가 도시되어 있다.
다시 말해, 본 발명은 1) 다양한 분광 특성의 빛을 발생시키고 시간 동기화 신호를 받아 빛을 조사하는 광원과 2) 시간 동기화 신호에 맞추어서 영상화할 수 있는 카메라 모듈과 비디오 프로세서, 3) 광원 및 비디오프로세서를 제어하기 위한 시간 동기화 신호를 출력하는 시분할 제어기, 그리고 4) 카메라 모듈에 들어가는 빛의 파장을 선택할 수 있는 광 투과 필터로 구성된다.
본 발명의 구성을 작동 측면에서 살펴보면, 시분할 제어기에서 T1의 신호를 보내면 광원에서 T1에 해당하는 파장 대역의 빛을 발생시켜서 시료로 입사시키며, 카메라 모듈은 T1의 신호와 동기화되어 시료로부터 반사되는 빛을 영상화하여 해당 디스플레이에 출력한다.
이어서 T2… Tn 등의 동기화 신호를 연속적으로 보내면 광원과 비디오 프로세서는 동기화 신호에 따라 빛을 입사시키고 이에 해당하는 영상을 얻을 수 있다. 동기화 신호를 빠르게 보내는 경우 거의 실시간에 다중 영상을 출력할 수 있게 된다.
백색광 영상과 분광 영상은 광원에서 발생하는 파장 대역을 조절함으로써 영상을 얻을 수 있다. 그러나 시료의 형광 현상에 기인하는 방출광으로 대조도로 하는 형광 영상을 얻기 위해서는, 반사광에 섞여 있는 방출광만이 검출기에서 검출될 수 있도록, 적절한 광투과 필터가 반사광이 검출기에 들어가는 경로상에 위치하여야 한다.
이때, 제어부(140)는 시분할 광원부(110)와 영상 처리부(130)나 영상 검출부(120)가 동기화되는 미리 설정된 시간의 시간 간격을 변경할 수 있다. 도 16은 제어부의 시간 동기화 신호의 예를 도시한 도면이다.
구체적으로, 시분할 제어기를 통해 발생되는 시간 동기화 신호는 각각의 동기화 신호가 일정할 수도 있으며, 영상을 얻기 위한 노출 시간 조절을 위한 서로 다를 수도 있다. 예를 들면, 형광 영상을 얻기 위해서는 일반적으로 긴 노출 시간이 요구되며, 이를 적합한 노출 시간에 적절한 시간 동기화 신호를 발생시켜야 한다.
정리하자면, 본 발명은 백색광 영상과 형광 영상이나 분광 영상 등 다중 영상을 획득할 수 있는 내시경에 관한 것이다. 본 발명은 1) 여러 가지 분광 패턴을 가지는 빛을 발생시키는 광원과 2) 카메라 모듈이나 카메라 모듈에서 나오는 영상 데이터를 처리하는 비디오프로세서를 시간적으로 분할하여 다중 영상을 교차적이고 연속적으로 출력할 수 있게 하는 시분할 제어기, 그리고, 3) 카메라 모듈에 입력되는 반사광의 파장을 선택할 수 있는 광 투과 필터로 구성된다.
구체적으로, 광원에 장착된 제어기에 의해서 여러 가지 분광 특성을 가지는 빛을 시간에 따라 순차적으로 발생시킬 수 있어야 한다. 또한, 비디오 프로세서는 입력되는 시간에서 카메라로부터 영상 데이터를 받아서 일정한 영상 처리 후에 디스플레이할 수 있어야 한다.
또한, 다중 영상 기술 중, 형광 영상을 얻기 위해서 카메라 모듈 앞단이나 카메라 모듈의 센서와 대물렌즈 중간에 시료를 여기시키는데 필요한 여기광을 배제시킬 수 있는 광 투과 필터가 장착될 수 있다. 이러한 구성을 이용하여 시간적 분할의 속도를 높임으로써, 2개 이상의 다중 영상을 거의 실시간으로 제공하는 것을 가능하게 한다.
본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야 할 것이다.
100: 다중 영상 내시경 시스템
110: 시분할 광원부
112: 광대역 광원
114: 파장 선택부
116: 협대역 광원
118: 파장 변환부
120: 영상 검출부
122: 광 투과 필터
130: 영상 처리부
140: 제어부
110: 시분할 광원부
112: 광대역 광원
114: 파장 선택부
116: 협대역 광원
118: 파장 변환부
120: 영상 검출부
122: 광 투과 필터
130: 영상 처리부
140: 제어부
Claims (17)
- 미리 설정된 서로 다른 파장 영역의 광을 미리 설정된 시간동안 시료에 각각 조사하는 시분할 광원부;
상기 시료로부터 방출된 영상을 검출하는 영상 검출부;
상기 검출된 영상을 처리하는 영상 처리부; 및
상기 시분할 광원부를 상기 영상 처리부와 상기 영상 검출부 중 하나 이상과 동기화하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 영상 내시경 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 시분할 광원부는,
미리 설정된 광대역 파장 영역을 가지는 광대역 광원; 및
상기 광대역 파장 영역 중 미리 설정된 협대역 파장 영역을 각각 투과시키는 복수의 파장 선택부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 미리 설정된 시간동안 상기 복수의 파장 선택부 중 하나 이상을 선택하는 것을 특징으로 하는 다중 영상 내시경 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 시분할 광원부는,
미리 설정된 협대역 파장 영역을 가지는 복수의 협대역 광원을 포함하며,
상기 제어부는 상기 미리 설정된 시간동안 상기 복수의 협대역 광원 중 하나 이상을 선택하는 것을 특징으로 하는 다중 영상 내시경 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 시분할 광원부는,
미리 설정된 협대역 파장 영역을 가지는 협대역 광원; 및
상기 협대역 파장 영역을 미리 설정된 다른 협대역 파장 영역으로 변환하는 파장 변환부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 미리 설정된 시간동안 하나 이상의 상기 다른 협대역 파장 영역 중 하나 이상을 선택하는 것을 특징으로 하는 다중 영상 내시경 시스템.
- 청구항 4에 있어서,
상기 파장 변환부는 기판상에 형성된 파장 모듈레이션 물질의 층을 포함하며,
상기 파장 모듈레이션 물질은 입사된 미리 설정된 파장 대역의 광을 흡수하여 상기 입사된 파장 대역과 다른 파장 대역의 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 다중 영상 내시경 시스템.
- 청구항 5에 있어서,
상기 파장 모듈레이션 물질은 미리 설정된 나노 물질 입자인 양자점을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 영상 내시경 시스템.
- 청구항 6에 있어서,
상기 나노 물질 입자의 크기는 변경될 파장 영역에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 다중 영상 내시경 시스템.
- 청구항 7에 있어서,
복수의 상기 파장 변환부는 서로 다른 크기의 상기 나노 물질 입자를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 영상 내시경 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 영상 검출부는,
미리 설정된 파장 영역의 형광을 통과시키기 위한 광 투과 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 영상 내시경 시스템.
- 청구항 9에 있어서, 상기 광 투과 필터는,
상기 형광을 발생시키기 위해 미리 설정된 파장 영역의 여기광만을 제외시키도록 설정되는 것을 특징으로 하는 다중 영상 내시경 시스템.
- 청구항 10에 있어서,
상기 광 투과 필터는,
상기 시료로부터 방출된 반사광의 진행 방향에 대해 결상 렌즈의 전방에 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 영상 내시경 시스템.
- 청구항 10에 있어서,
상기 광 투과 필터는,
상기 시료로부터 방출된 반사광의 진행 방향에 대해 결상 렌즈의 후방에 배치되는 것을 특징을 하는 다중 영상 내시경 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 시분할 광원부는 백생광과 상기 백색광의 파장 영역 중 일부 파장 영역의 분광을 미리 설정된 시간동안 각각 조사하는 것을 특징으로 하는 다중 영상 내시경 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 시분할 광원부는 백색광의 파장 영역 중 일부인 분광과 미리 설정된 파장 영역의 여기광을 미리 설정된 시간동안 각각 조사하는 것을 특징으로 하는 다중 영상 내시경 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 시분할 광원부는 백색광과 미리 설정된 파장 영역의 여기광을 미리 설정된 시간동안 각각 조사하는 것을 특징으로 하는 다중 영상 내시경 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 시분할 광원부는 백색광, 상기 백색광의 파장 영역 중 일부인 분광, 및 미리 설정된 파장 영역의 여기광을 미리 설정된 시간동안 각각 조사하는 것을 특징으로 하는 다중 영상 내시경 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 상기 미리 설정된 시간의 시간 간격을 변경하는 것을 특징으로 하는 다중 영상 내시경 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/KR2018/013708 WO2019124739A1 (ko) | 2017-12-21 | 2018-11-12 | 다중 영상 내시경 시스템 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20170177258 | 2017-12-21 | ||
| KR1020170177258 | 2017-12-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190075795A true KR20190075795A (ko) | 2019-07-01 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180133721A KR20190075795A (ko) | 2017-12-21 | 2018-11-02 | 다중 영상 내시경 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20190075795A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021091060A1 (ko) * | 2019-11-08 | 2021-05-14 | 한국전기연구원 | 멀티 대역 광학 필터링 방법 및 장치 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9532719B2 (en) | 2011-07-22 | 2017-01-03 | Olympus Corporation | Fluorescence endoscope apparatus |
-
2018
- 2018-11-02 KR KR1020180133721A patent/KR20190075795A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9532719B2 (en) | 2011-07-22 | 2017-01-03 | Olympus Corporation | Fluorescence endoscope apparatus |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021091060A1 (ko) * | 2019-11-08 | 2021-05-14 | 한국전기연구원 | 멀티 대역 광학 필터링 방법 및 장치 |
| US11902675B2 (en) | 2019-11-08 | 2024-02-13 | Korea Electrotechnology Research Institute | Multi-band optical filtering method and apparatus |
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