KR20190079187A - 다중 모달 융합 내시경 시스템 - Google Patents

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KR20190079187A
KR20190079187A KR1020170181218A KR20170181218A KR20190079187A KR 20190079187 A KR20190079187 A KR 20190079187A KR 1020170181218 A KR1020170181218 A KR 1020170181218A KR 20170181218 A KR20170181218 A KR 20170181218A KR 20190079187 A KR20190079187 A KR 20190079187A
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Abstract

본 발명은 다중 모달 융합 내시경 시스템에 관한 것으로, 생체 내에 삽입되어 생체 세포 수준의 단층촬영이 가능한 광학내시경부와, 상기 광학내시경부의 광섬유다발을 통해 레이저광을 생체 조직에 조사하는 레이저광원부, 상기 레이저광의 조사에 따라 생체 조직에서 탈착되는 분석물질을 이온화하는 이온화처리부, 이온화된 상기 분석 물질의 질량을 분석하는 질량분석기로 이루어지는 질량분석부와, 상기 광학내시경부의 이미지 및 상기 질량분석부의 질량분석결과를 수신하고, 처리하여 표시하는 모니터링부를 포함한다.

Description

다중 모달 융합 내시경 시스템{Multi-modal fusion endoscope system}
본 발명은 다중 모달 융합 내시경 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 영상의 획득 및 질량분석을 통해 정확한 질병의 진단이 가능한 다중 모달 융합 내시경 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 암 등의 질병 진단을 위해 활용되고 있는 광학 내시경은 조직의 표면 형상을 관찰하여 진단 의사의 병리학적 개인 경험에 의존하여 진단을 하고 있다.
따라서 의사에 따라 병변의 해석이 다르고 암 조직을 발견하지 못하는 경우도 발생할 수 있다. 내시경을 통해 얻어진 영상에서 의심되는 병변을 병리학적 조직 검사를 통해 진단하기 위해서는 별도의 조직 검사를 통해 진행해야 하기 때문에 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
이러한 조직 검사 또한 염색에 의한 병변의 형상 변화를 병리학적 개인 경험과 소견으로 판정하여 객관성이 충분하지 않아 신뢰도의 한계가 있다. 친표면 형상이 유사한 경우 암 조직의 음성 혹은 양성 여부를 가리기 불분명한 경우가 흔히 있으며, 염증 조직과 암 조직을 표면 형상을 기반으로 진단한다는 것도 한계가 있다. 또한 암 조직이 돌출하지 않는 경우의 암 진단은 매우 힘들게 된다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여 확대 내시경(magnifying endoscopy)과 가상 색소 내시경(vitual chromoendoscopy)이 개발되었다.
확대 내시경은 광학기술을 이용해 병변을 확대하여 병변의 미세구조를 관찰하는 것으로 최대 50~80배의 확대가 가능한 특징이 있다. 실시간으로 내시경을 통해 점막의 미세구조를 관찰하기 때문에, 기존의 조직검사와 염색, 그리고 판독에 이르는 진단시간을 단축 시킬 수가 있을 것으로 기대하고 있다.
하지만, 확대된 영상을 얻기 때문에 병변을 관찰하는 시야 범위가 매우 좁고 한정적이어서, 좁은 시야로 여러 광범위한 병변을 관찰해 내기가 쉽지 않다는 문제점이 있다. 따라서 조기병변을 발견해 내는 일차검색의 목적보다는, 기존 내시경으로 관찰 도중에 발견된 병변 의심 부위에서만 확대 내시경을 사용하여 자세히 관찰하는 방법을 사용하고 있다.
가상 색소 내시경은 기존의 백색광에서 광학 필터를 이용하여 특정 주파수의 가시광선만을 분리하여 병변을 관찰하는 NBI(Narrow Band Imaging, 협대역 내시경)와 광학필터를 사용하지 않고 분광 추정 기술 (computer spectral estimation technology)을 이용하여 영상을 재구성하는 I-scan 이나 FICE (Fujinon Intelligence Chromoendoscopy) 등이 임상에서 사용되고 있지만 단지 혈관의 미세구조를 극대화시키는 영상을 구현하여 보여줌으로써 암과 정상을 구분하는데 참고치로 사용되며, 판독소견이 주관적이라 객관화시키기가 어렵다는 문제점이 있었다.
공개특허 10-2012-0072757(광섬유 다발 기반의 내시경 타입 스펙트럼 영역 광학단층영상 시스템, 2012년 7월 4일 공개)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 질량 분석을 통해 즉시 병변을 객관적으로 진단할 수 있는 다중 모달 융합 내시경 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 하나의 플랫폼을 이용하여 단층 촬영, 분광 이미징 및 질량분석법을 동시에 이용하여 질병의 조기 진단 및 병변 지역의 정확한 확인이 가능한 다중 모달 융합 내시경 시스템을 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 다중 모달 융합 내시경 시스템은, 생체 내에 삽입되어 생체 세포 수준의 단층촬영이 가능한 광학내시경부와, 상기 광학내시경부의 광섬유다발을 통해 레이저광을 생체 조직에 조사하는 레이저광원부, 상기 레이저광의 조사에 따라 생체 조직에서 탈착되는 분석물질을 이온화하는 이온화처리부, 이온화된 상기 분석 물질의 질량을 분석하는 질량분석기로 이루어지는 질량분석부와, 상기 광학내시경부의 이미지 및 상기 질량분석부의 질량분석결과를 수신하고, 처리하여 표시하는 모니터링부를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 광학내시경부는, 광 간섭 단층 촬영을 위한 광을 출사하는 광원부와, 상기 광원부의 광을 제1광 및 제2광으로 분리함과 아울러 신호광과 기준광이 입사되면 결합하여 출력하는 광커플러와, 상기 제1광을 기준미러에 반사시켜 상기 기준광을 생성하여 상기 광커플러로 제공하는 기준부와, 대물렌즈를 통해 제공되는 상기 제2광을 생체 조직 내에 조사함과 아울러 상기 제2광의 반사광인 신호광을 수광하여 상기 광커플러에 제공하는 프로브와, 상기 기준광과 신호광의 간섭을 검출하는 검출부를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 레이저광원부의 레이저광은 상기 대물렌즈와 상기 프로브를 통해 생체 조직에 조사될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 프로브는, 상기 제2광 또는 상기 레이저광을 생체 조직에 조사하는 광섬유 다발과, 상기 레이저광의 조사에 의해 생체 조직에서 탈착된 분석 물질을 상기 이온화처리부로 제공하는 튜브를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 레이저광은, 파장이 1300nm 대역의 파장이며, 50 내지 80W의 출력일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 분광 이미지를 처리하는 분광이미징처리부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 분광이미징처리부는, 시간에 따라 투과될 수 있는 광의 파장을 연속적으로 변환시킬 수 있는 필터부와, 상기 필터부에서 필터링된 광을 집속하는 튜브렌즈와, 상기 튜브렌즈를 통해 집속된 광을 이미지화하는 촬상부를 포함할 수 있다.
본 발명 다중 모달 융합 내시경 시스템은, 멀티 스케일로 영상 및 분자정보의 획득이 가능하여 객관적으로 병변을 확인 및 진단할 수 있는 효과가 있다.
아울러 본 발명은 하나의 플랫폼을 이용하여 단층 촬영, 분광 이미징 및 질량분석이 가능하여 질병의 조기 진단 및 병변 지역의 확인이 가능한 효과와 아울러 장치를 간소화하고, 질병의 진단 시간을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 모달 융합 내시경 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 프로브의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 광섬유다발의 사양이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 대물렌즈의 사양이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 모달 융합 내시경 시스템 구성도이다.
이하, 본 발명 다중 모달 융합 내시경 시스템에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이며, 아래에 설명되는 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 본 발명을 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시 예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.　
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되지 않음은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 실시 예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 모달 융합 내시경 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 다중 모달 융합 내시경 시스템은, 광학적으로 생체 내부 조직의 확인이 가능한 광학내시경부(100)와, 상기 광학내시경부(100)의 광섬유를 통해 생체 조직에 레이저를 조사하고, 탈착된 분석 물질을 이온화 및 질량분석하는 질량분석부(200)와, 상기 광학내시경부(100)의 이미지와 질량분석부(200)의 분석결과를 확인할 수 있는 모니터링부(300)를 포함한다.
상기 광학내시경부(100)는 광 간섭 단층 촬영을 위한 광을 출사하는 광원부(110)와, 상기 광원부(110)의 광을 제1광 및 제2광으로 분리함과 아울러 신호광과 기준광이 입사되면 결합하여 출력하는 광커플러(130)와, 상기 제1광을 기준미러에 반사시켜 상기 기준광을 생성하여 상기 광커플러(130)로 제공하는 기준부(140)와, 상기 제2광을 생체 조직 내에 조사함과 아울러 상기 제2광의 반사광인 신호광을 수광하여 신호광으로 상기 광커플러(130)에 제공하는 프로브(160)와, 상기 기준광과 신호광의 간섭을 검출하는 검출부(120)를 포함하여 구성된다.
이때 제2광은 대물렌즈(150)를 통해 프로브(160)에 제공되며, 신호광 또한 상기 대물렌즈(150)를 통해 광커플러(130)로 제공된다.
상기 질량분석부(200)는 생체 조직에서 분석 물질을 탈착하기 위한 레이저광을 상기 대물렌즈(150)를 통해 상기 프로브(160)로 제공하는 레이저 광원부(210)와, 상기 레이저 광원부(210)의 레이저광에 의해 생체 조직에서 탈착된 분석 물질을 이온화 처리하는 이온화 처리부(220)와, 상기 이온화된 분석 물질을 질량분석하는 질량분석기(230)를 포함한다.
도 2는 프로브(160)의 일실시 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이 탈착된 분석 물질은 상기 프로브(160)에서 제공되는 튜브(162)를 통해 상기 이온화 처리부로 유입될 수 있으며, 이때 분석 물질의 용이한 이동을 위하여 튜브(162)에는 약한 진공 압력을 형성하는 진공펌프 또는 블로워 등의 흡입수단을 더 포함할 수 있다.
미설명 부호 161은 광섬유 다발이다.
이하 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 모달 융합 내시경 시스템의 구성과 작용에 대하여 더 상세히 설명한다.
먼저, 광학내시경부(100)는 생체 내에 삽입되어 생체 기관의 내부나 조직을 시각적으로 확인할 수 있도록 하기 위한 것으로, 광 간섭에 의한 단층 촬영을 위한 것이다.
광 간섭 단층 촬영을 위하여 광원부(110)는 광을 출력하고, 광원부(110)에서 출력된 광은 광커플러(130)에서 제1광과 제2광으로 분할된다. 제1광은 상기 기준부(140)로 입사되며, 기준부(140)에서는 기준미러에 제1광을 조사하고, 반사되는 반사광인 기준광을 수광하여 다시 광커플러(130)로 제공한다.
상기 제2광은 대물렌즈(150)를 통해 프로브(160)의 광섬유다발(161)을 통해 외부로 조사된다. 이때 프로브(160)는 생체 내에 삽입된 것이며, 상기 광섬유다발(161)을 통해 조사된 광은 생체에서 반사되어 다시 광섬유다발(161)과 대물렌즈(150)를 통해 신호광으로서 광커플러(130)에 제공된다.
상기 광커플러(130)는 상기 기준광과 신호광을 검출부(120)로 제공하며, 상기 검출부(120)는 기준광에 대한 신호광의 간섭광을 검출하여, 그 간섭광 정보를 모니터링부(300)로 제공한다.
상기 모니터링부(300)는 상기 광학내시경부(100)의 검출부(120)로부터 제공되는 간섭광을 이용하여 단층 영상을 구성하는 소프트웨어가 설치된 PC일 수 있으며, 이에 준하는 표시장치, 메모리 및 프로세서를 포함하는 의료 기기일 수 있다.
또한, 상기 모니터링부(300)는 질량분석부(230)를 질량분석 결과를 해석하여 표시할 수 있는 것으로 한다.
이와 같이 광학내시경부(100)를 이용하여 생체 내의 조직을 촬영하면서 병변이 의심되는 조직을 발견하면, 질량분석부(200)를 이용하여 생체 조직에서 분석 물질을 탈착하고, 이를 질량분석하여 해당조직의 화학적인 특징을 실시간으로 확인할 수 있다.
이를 위하여 레이저 광원부(210)의 레이저광을 상기 광학내시경부(100)의 대물렌즈(150)를 통해 프로브(160)로 제공한다. 상기 레이저 광원부(210)의 레이저 광은 상기 프로브(160)의 광섬유 다발(161)에서 적어도 하나 이상의 광섬유 다발(161)을 통해 생체 조직으로 조사된다.
이때 레이저 광원부(210)의 레이저광은 1300nm 대역의 50 내지 100W의 고출력 레이저를 생성하여 조사하여 광학내시경부(100)에서 사용하는 광섬유 다발(161)을 이용하여 레이저를 조사할 수 있고, 생체 조직에 레이저를 조사하여 분석 물질을 탈착시킬 수 있다.
본 발명에 적용하여, 상기 1300nm 대역의 파장을 가지는 고출력 레이저를 사용할 수 있는 광섬유 다발(161)의 사양을 도 3에 도시하였다.
또한, 본 발명에 적당한 대물렌즈(150)의 사양을 도 4에 도시하였다.
상기 탈착된 분석 물질은 튜브(162)를 따라 이온화처리부(220)로 유입되고, 이온화처리부(220)에서 이온화된 후 질량분석기(230)에서 분석된다.
질량분석기(230)의 분석결과는 모니터링부(300)로 제공되고, 모니터링부(300)에 설치된 소프트웨어에서 해당 분석 물질들을 분석하여 질병을 진단할 수 있다.
특히 질량분석기(230)를 이용하면 분석 영역에서 많은 양의 생체 분자 정보를 얻을 수 있으며, 암의 유무와 같은 단순한 진단뿐만 아니라 병변으로부터의 암의 징후를 알 수 있는 생체 분자 정보의 변화까지도 정밀하게 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 모달 융합 내시경 시스템의 구성도이다.
도 5를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 모달 융합 내시경 시스템은, 상기 도 1을 참조하여 설명한 구조에 분광이미징처리부(400)를 더 포함하여 구성된다.
분광이미징처리부(400)는 상기 대물렌즈(150)의 후단에서 상기 프로브(160)를 통해 수광된 광을 필터링하는 필터부(430), 필터부(430)에서 필터링된 광을 집속하는 튜브렌즈(420) 및 튜브렌즈(420)를 통해 입사되는 광을 촬상하여 영상을 획득하는 촬상부(410)를 포함할 수 있다.
상기 필터부(430)는 시간에 따라 투과될 수 있는 빛의 파장을 연속적으로 변환시킬 수 있는 가변형 필터(예를 들어 LCTF)를 사용할 수 있다. 필터부(430)를 통해 필터링된 광을 튜브렌즈(420)를 통해 수광한 촬상부(410)는 수광된 정보를 이미징 처리하여, 상기 모니터링부(300)로 제공한다.
모니터링부(300)는 분광이미징처리부(400)의 이미지를 이용하여 분광이미지를 제공할 수 있다.
상기 분광이미징처리부(400)는 경미하게 초점을 흐린 이미지(unfocussed image)를 얻고 배경 보정을 한 후, 이미지에 포함된 모든 세포에 대한 역치 매개변수들을 걸어 부위 선별을 하면, 전체 이미지에서 역치 매개변수를 만족시키는 모든 세포를 자동적으로 선택할 수 있다.
이는 이미지속의 모든 세포들을 정량적으로 계수할 수 있어 정량적인 세포 생전능력의 분석, 약물스크리닝 또는 유세포 분석에 유용하게 이용될 수 있다.
이처럼 본 발명은 하나의 플랫폼을 이용하여 광 결맞음 단층촬영과 질량분석을 수행하거나, 광결맞음 단층촬영, 분광 이미징 및 질량분석을 수행할 수 있으며, 중대 질병의 조기 진단 및 병변 지역의 정확한 확인이 가능하게 된다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100:광학내시경부 110:광원부
120:검출부 130:광커플러
140:기준부 150:대물렌즈
160:프로브 200:질량분석부
210:레이저 광원부 220:이온화처리부
230:질량분석기 300:모니터링부
400:분광이미징처리부 410:필터부
420:튜브렌즈 430:촬상부

Claims (7)

  1. 생체 내에 삽입되어 생체 세포 수준의 단층촬영이 가능한 광학내시경부;
    상기 광학내시경부의 광섬유다발을 통해 레이저광을 생체 조직에 조사하는 레이저광원부와, 상기 레이저광의 조사에 따라 생체 조직에서 탈착되는 분석물질을 이온화하는 이온화처리부와, 이온화된 상기 분석 물질의 질량을 분석하는 질량분석기로 이루어지는 질량분석부; 및
    상기 광학내시경부의 이미지 및 상기 질량분석부의 질량분석결과를 수신하고, 처리하여 표시하는 모니터링부를 포함하는 다중 모달 융합 내시경 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학내시경부는,
    광 간섭 단층 촬영을 위한 광을 출사하는 광원부;
    상기 광원부의 광을 제1광 및 제2광으로 분리함과 아울러 신호광과 기준광이 입사되면 결합하여 출력하는 광커플러;
    상기 제1광을 기준미러에 반사시켜 상기 기준광을 생성하여 상기 광커플러로 제공하는 기준부;
    대물렌즈를 통해 제공되는 상기 제2광을 생체 조직 내에 조사함과 아울러 상기 제2광의 반사광인 신호광을 수광하여 상기 광커플러에 제공하는 프로브; 및
    상기 기준광과 신호광의 간섭을 검출하는 검출부를 포함하는 다중 모달 융합 내시경 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레이저광원부의 레이저광은 상기 대물렌즈와 상기 프로브를 통해 생체 조직에 조사되는 것을 특징으로 하는 다중 모달 융합 내시경 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로브는,
    상기 제2광 또는 상기 레이저광을 생체 조직에 조사하는 광섬유 다발; 및
    상기 레이저광의 조사에 의해 생체 조직에서 탈착된 분석 물질을 상기 이온화처리부로 제공하는 튜브를 포함하는 다중 모달 융합 내시경 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 레이저광은,
    파장이 1300nm 대역의 파장이며, 50 내지 80W의 출력인 것을 특징으로 하는 다중 모달 융합 내시경 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    분광 이미지를 처리하는 분광이미징처리부를 더 포함하는 다중 모달 융합 내시경 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분광이미징처리부는,
    시간에 따라 투과될 수 있는 광의 파장을 연속적으로 변환시킬 수 있는 필터부;
    상기 필터부에서 필터링된 광을 집속하는 튜브렌즈; 및
    상기 튜브렌즈를 통해 집속된 광을 이미지화하는 촬상부를 포함하는 다중 모달 융합 내시경 시스템.




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