KR20210059279A - 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 암이 발생한 병변 부위에 이미지를 투사함으로써 암이 발병한 특정 병변 부위의 외과 수술시에 실시간으로 병변 부위의 위치를 시각적으로 확인할 수 있도록 하는 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템은 암이 발생한 병변 부위의 형광 이미지를 근적외선 이미지센서로 획득하고, 획득된 병변 부위의 형광 이미지를 가시광을 이용하여 암이 발생한 병변 부위에 투사함으로써 암이 발병한 특정 병변 부위의 외과 수술시에 실시간으로 병변 부위의 위치를 시각적으로 확인할 수 있어 치료 부위를 정확하게 파악할 수 있고, 이를 통해 암 수술을 보다 효과적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템은 암이 발생한 병변 부위의 형광 이미지를 근적외선 이미지센서로 획득하고, 획득된 병변 부위의 형광 이미지를 가시광을 이용하여 암이 발생한 병변 부위에 투사함으로써 암이 발병한 특정 병변 부위의 외과 수술시에 실시간으로 병변 부위의 위치를 시각적으로 확인할 수 있어 치료 부위를 정확하게 파악할 수 있고, 이를 통해 암 수술을 보다 효과적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 암이 발생한 병변 부위에 이미지를 투사함으로써 암이 발병한 특정 병변 부위의 외과 수술시에 실시간으로 병변 부위의 위치를 시각적으로 확인할 수 있도록 하는 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템에 관한 것이다.
영상 유도 수술 시스템(Image guided surgery system)은 수술 도중 외과 의사가 수술 도구(surgery instrument)의 위치를 정하는 것을 보조하기 위하여 이용되며, 더 나아가 수술 전 시뮬레이션 또는 수술 계획 수립에 이용될 수 있다.
영상 유도 수술 시스템은 수술 전에 촬영한 CT(computed tomography) 영상 또는 MRI(magnetic resonance) 영상을 모니터와 같은 디스플레이 장치에 디스플레이하고 이러한 영상에 대응되는 수술 도구의 위치를 구하여 함께 디스플레이한다.
따라서, 외과 의사는 영상 유도 수술 시스템의 디스플레이 장치를 통해서 수술 진행중인 부위와 수술 도구의 상대적인 위치를 파악할 수 있고, 이러한 영상 유도 시스템에 의해 환자의 체내에서 위험한 부위를 다치지 않으면서 수술 도구들을 이용해 수술을 진행할 수 있다.
그러나 이러한 영상 유도 수술 시스템에 의한 수술시에는 영상의 스케일과 방향이 외과 의사가 실제로 보는 것과 차이가 있어, 뇌 수술과 같이 정밀도를 요구하는 수술에서 의사가 정확하게 수술 부위의 위치를 파악하는데 어려움이 많으며, 이로 인해 메스 등의 수술 도구의 위치를 여러 차례 변환하는 경우가 많아 수술 시간도 지연되고 부작용 발생 확률도 높다.
이와 같은 영상 유도 수술 시스템의 단점을 보완하기 위하여 종래 기술의 대부분의 형광을 이용한 광학 영상 시스템 기법은 자외선 광의 및 형광체를 사용하여 형광의 흡수 손실, 체내조직에 의한 산란, 특정 조직의 자체 형광 특성으로 단위 세포 분석 및 바이오 재료의 특성 분석에 이용이 되고 있으며, 영상 유도 수술용으로는 부분적인 영상 확인에 사용되고 있다.
그럼에도 대부분의 영상진단 시스템의 정보가 진단에 초점이 되어 있으며, 수술시 실시간으로 미세 부위의 확인이 불분명하여 의사의 경험에만 의존하여 영상 유도 수술이 진행되고 있다. 특히, 이러한 대부분의 영상기법은 조직 특이적 형광분자의 부재 및 실시간 촬영의 제한 등의 한계가 있으며, 현재는 부분적인 영상유도수술(Image-guided surgery)이 일반 광학 영상기법을 통해 시행되고 있다.
따라서, 진단이 불분명하여 의사의 경험에만 의존하던 특정 질병(예, 췌장암) 수술의 경우 조직 특이적 조영제를 통해서만 진단 및 치료 가능한 문제 해결 및 환자의 생리학적 변화와 미세 수술 부위의 변화를 정확하게 평가할 수 있는 실시간 영상 유도 수술용 시스템 개발의 필요성이 대두되어 미국을 비롯한 선진국을 중심으로 많은 연구가 진행되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 근적외선에 노출될 시 여기되어 근적외선을 방출하는 형광 조영제를 이용하여 암이 발생한 병변 부위의 형광 이미지를 근적외선 이미지센서로 획득하고, 획득된 병변 부위의 형광 이미지를 가시광을 이용하여 암이 발생한 병변 부위에 투사함으로써 암이 발병한 특정 병변 부위의 외과 수술시에 실시간으로 병변 부위의 위치를 시각적으로 확인할 수 있는 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템은 암세포가 발생한 병변 부위로 근적외선을 조사하는 근적외선 조사부와; 상기 근적외선 조사부에서 조사되는 근적외선에 의해 암세포를 표적으로 하여 병변 부위에 작용한 형광 조영제로부터 여기되는 형광신호를 광학계를 통해 수신하여 병변 부위의 형광 영역을 이미지화하는 이미지센서와; 상기 이미지센서에서 생성된 병변 부위의 이미지를 가시광을 이용하여 프리즘 및 상기 광학계를 통해 병변 부위로 투사하는 이미지투사부;를 구비하고, 상기 광학계는 상기 병변 부위에서 방출되는 근적외선을 수신하는 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈모듈과, 상기 렌즈모듈을 통해 수신된 근적외선을 상기 이미지센서로 반사시키고, 상기 이미지투사부에서 투사되는 이미지는 상기 렌즈모듈로 통과시키는 빔스플리터와, 상기 빔스플리터에 의해 반사된 근적외선 중에서 특정 파장 대역 이상의 근적외선만을 통과시키는 필터와, 상기 이미지투사부에서 투사되는 이미지를 상기 빔스플리터로 굴절 및 반사시키는 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템은 암이 발생한 병변 부위의 형광 이미지를 근적외선 이미지센서로 획득하고, 획득된 병변 부위의 형광 이미지를 가시광을 이용하여 암이 발생한 병변 부위에 투사함으로써 암이 발병한 특정 병변 부위의 외과 수술시에 실시간으로 병변 부위의 위치를 시각적으로 확인할 수 있어 치료 부위를 정확하게 파악할 수 있고, 이를 통해 암 수술을 보다 효과적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템의 작동을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템의 작동을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템의 작동을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템의 작동을 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 4에는 본 발명에 따른 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템이 도시되어 있다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템은 근적외선 조사부와, 광학계와, 이미지센서와, 이미지투사부를 구비한다.
근적외선 조사부는 암세포가 발생한 병변 부위로 근적외선을 조사하는 것으로, 중앙에 후술하는 렌즈모듈의 대물렌즈가 설치될 수 있도록 설치구멍이 형성되고, 설치구멍을 주변으로 근적외선을 방출하는 LED가 복수 설치된다. 근적외선 조사부는 LED에서 방출되는 근적외선이 병변 부위에 집중적으로 조사될 수 있도록 LED 주변에 반사경이 각각 설치된다.
광학계는 렌즈모듈과, 빔스플리터와, 롱패스필터와, 프리즘을 구비한다.
렌즈모듈은 병변 부위에 작용한 형광 조영제에 의해 병변 부위에서 방출되는 형광신호를 수신 및 집속하여 이미지센서부 또는 이미지투사부로 전달하거나, 이미지투사부에서 방출되는 이미지광을 병변 부위에 전달하는 것으로서, 근적외선 조사부에 설치되는 대물렌즈 및 복수의 렌즈를 포함하여 구성된다.
빔스플리터는 병변 부위에서 방출되어 렌즈모듈을 통해 전달되는 형광신호를 이미지센서에 전달하도록 일 측으로 반사시키고, 이미지투사부에서 투사되는 병변 부위의 형광 영역에 대응되는 이미지는 렌즈모듈 측으로 통과시킨다.
롱패스필터는 빔스플리터와 이미지센서 사이에 설치되어 빔스플리터에 의해 반사된 형광신호 또는 근적외선 중에서 특정 파장 대역 이상의 형광신호 또는 근적외선만을 통과시킨다.
프리즘은 이미지투사부에서 투사되는 이미지를 빔스플리터로 굴절 및 반사시킨다.
이미지센서는 근적외선 조사부에서 조사되는 근적외선에 의해 암세포를 표적으로 하여 병변 부위에 작용한 형광 조영제로부터 여기되는 형광신호를 광학계를 통해 수신하고, 수신된 형광신호를 전기신호로 변환 및 전기신호를 병변 부위에서 발생하는 형광 영역의 이미지로 이미지화한다. 이미지센서는 광학계를 통해 전달되는 형광신호의 전달 경로 또는 렌즈모듈의 배열 방향과 직교하는 방향에 배치된다.
이미지투사부는 이미지센서에서 생성된 병변 부위의 이미지를 가시광을 이용하여 프리즘 및 상기 광학계를 통해 병변 부위로 투사하여 수술자가 병변 부위를 실시간으로 확인할 수 있게 표시하는 것으로서, 본 실시 예에서 이미지투사부는 빛을 반사하는 소자를 이용하여 고선명 화상을 표시하는 DMD(Digatla Micro Mirror Display)를 적용하였다. 이미지투사부는 광학계를 통해 전달되는 병변 부위의 이미지의 전달 경로 또는 렌즈모듈의 배열 방향과 직교하는 방향에 배치된다.
본 발명에 따른 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템은 근적외선 조사부를 통해 암이 발병한 병변 부위로 근적외선을 조사하면, 병변 부위에 작용한 형광 조영제가 여기하면서 형광신호를 방출하고, 이미지센서는 광학계를 통해 형광신호를 수신하여 이를 이미지화한다. 그리고, 이미지조사부는 암이 발병한 영역 즉, 형광신호에 대응되는 이미지를 가시광으로 출력한다. 이미지조사부에서 출려되는 가시광 이미지는 다시 광학계를 통해 병변 부위에 표시되며, 수술자는 이를 통해 암이 발병한 병변 부위를 실시간으로 정확하게 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 는 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.
Claims (1)
- 암세포가 발생한 병변 부위로 근적외선을 조사하는 근적외선 조사부와;
상기 근적외선 조사부에서 조사되는 근적외선에 의해 암세포를 표적으로 하여 병변 부위에 작용한 형광 조영제로부터 여기되는 형광신호를 광학계를 통해 수신하여 병변 부위의 형광 영역을 이미지화하는 이미지센서와;
상기 이미지센서에서 생성된 병변 부위의 이미지를 가시광을 이용하여 프리즘 및 상기 광학계를 통해 병변 부위로 투사하는 이미지투사부;를 구비하고,
상기 광학계는 상기 병변 부위에서 방출되는 근적외선을 수신하는 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈모듈과, 상기 렌즈모듈을 통해 수신된 근적외선을 상기 이미지센서로 반사시키고, 상기 이미지투사부에서 투사되는 이미지는 상기 렌즈모듈로 통과시키는 빔스플리터와, 상기 빔스플리터에 의해 반사된 근적외선 중에서 특정 파장 대역 이상의 근적외선만을 통과시키는 필터와, 상기 이미지투사부에서 투사되는 이미지를 상기 빔스플리터로 굴절 및 반사시키는 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 암 수술 가이딩을 위한 근적외선 형광 영상 획득 및 영상 투사 시스템.
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