KR20220069176A - 광음향 장치와, 광음향 영상 획득 장치 및 방법 - Google Patents

광음향 장치와, 광음향 영상 획득 장치 및 방법 Download PDF

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KR20220069176A
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김진영
김효진
백진우
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Abstract

광음향 장치 의 일 실시예는 대상체 로부터 발생하는 광음향 신호를 측정하며, 중앙에 빈공간이 형성되어 빛과 초음파를 하나의 경로로 일치시키는 링 트랜스 듀서와 광경로 상에서 상기 링 트랜스듀서와 수직방향으로 위치하도록 배치되고, 상기 링 트랜스 듀서로부터 전달된 빛과, 대상체로부터 발생한 초음파를 반사시키며, 원하는 개구수에 따라 배율 조정이 가능한 미러부와 광음향 신호를 투과시키는 투명막을 포함하고, 상기 링 트랜스듀서와 미러부가 물과 함께 담겨있는 수조를 포함할 수 있다.

Description

광음향 장치와, 광음향 영상 획득 장치 및 방법{PHOTOACOUSTIC APPARATUS, APPARATUS AND METHOD FOR OBTAINING PHOTOACOUSTIC IMAGE}
광음향 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 배율조정이 가능한 광음향 현미경 장치 및 광음향 영상 획득 방법에 관한 것이다.
광음향 현미경은 광학 영상과 초음파 영상의 원리를 융합한 차세대 의료영상기술로 최근 다양한 전임상 및 임상 연구 분야에서 각광받고 있다. 광음향현미경 시스템은 빛 빔(laser beam)을 검사하고자 하는 대상물의 부위에 조사한 후 빛 빔이 대상물에 흡수되는 양에 따라 발생되는 초음파를 측정하여 대상물의 원하는 부위에 대한 3차원 영상을 획득하는 시스템으로 CT, X-ray와 달리 이온화 방사선을 사용하지 않고, MRI, PET에 비해 빠르고 저렴한 가격에 구현이 가능하며, 광학 영상에 비해 깊은 영역의 영상을 얻을 수 있고, 초음파 영상에서 얻을 수 없는 혈중 산소 포화도 등의 기능적인 정보를 얻을 수 있는 장점이 있다. 광음향 현미경으로부터 얻을 수 있는 생체 조직의 광흡수 성질을 기반으로 다양한 병리적 정보를 획득하여 전임상 소동물 연구 및 임상 연구를 위한 영상 플랫폼의 역할을 수행할 수 있다.
배율조절이 가능한 광음향 장치와, 광음향 영상 획득 장치 및 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 광음향 장치는 대상체로부터 발생하는 광음향 신호를 측정하며, 중앙에 빈 공간이 형성되어 빛과 초음파를 하나의 경로로 일치시키는 링 트랜스 듀서, 광경로 상에서 링 트랜스듀서와 수직방향으로 위치하도록 배치되고, 링 트랜스 듀서로부터 전달된 빛과, 대상체로부터 발생한 초음파를 반사시키며, 원하는 개구수에 따라 배율 조정이 가능한 미러부 및, 광음향 신호를 투과시키는 투명막을 포함하고, 링 트랜스듀서와 미러부가 물과 함께 담겨있는 수조를 포함할 수 있다.
미러부는 지지부의 일면에 배치된 각각 다른 배율을 가지는 복수의 파라볼릭 미러셋을 포함할 수 있다. 미러부는 돌림부를 포함할 수 있다. 돌림부는 지지부의 타면에 배치되며, 수조 밖으로 돌출되어 회전형으로 복수의 파라볼릭 미러셋의 배율을 조절할 수 있다.
일 예로, 수조는 파라볼릭 미러가 삽입될 수 있는 설치홀을 포함할 수 있다. 미러부는 수조에 형성된 설치홀을 따라서 서로 다른 배율을 가지는 파라볼릭 미러가 교체설치 되는 것이 가능하도록 형성될 수 있다.
미러부는 걸림부를 포함할 수 있다. 걸림부는 파라볼릭 미러와 결합되어, 파라볼릭 미러가 수조에 삽입될 때 상기 파라볼릭 미러를 지지할 수 있다.
걸림부는 파라볼릭 미러를 고정시키기 위한 오링 및 베어링 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 광음향 장치는 수조의 외부에서 미러부의 일면에 연결되어, 미러부의 위치를 제어하거나 미러부를 회전왕복 시키는 모터를 더 포함 할 수 있다.
또한, 광음향 장치는 광음향 스캐너를 더 포함 할 수 있다. 광음향 스캐너는 광경로 상에서 미러부와 대상체 사이에 배치되며, 미러부로부터 전달된 빛을 대상체로 반사시키고, 대상체로부터 발생한 초음파를 미러부로 반사시킬 수 있다.
링 트랜스듀서는, 빛과 초음파의 높이를 일치시키기 위한 음향렌즈가 포함된 초점형 링 트랜스듀서 일 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다.
일 양상에 따르면, 광음향 장치는 대상체로부터 발생하는 광음향 신호를 측정하는 초음파 트랜스 듀서, 초음파 트랜스듀서와 접하도록 배치되고, 광원으로부터 전달된 빛을 미러부로 반사시키고, 대상체로부터 발생한 광음향 신호는 초음파 트랜스듀서 방향으로 통과시키는 광-음향 결합부, 광경로 상에서 트랜스듀서와 수직방향으로 위치하도록 배치되고, 트랜스 듀서로부터 전달된 빛과, 대상체로부터 발생한 초음파를 반사시키며, 원하는 개구수에 따라 배율 조정이 가능한 미러부 및, 광음향 신호를 투과시키는 투명막이 형성되고, 트랜스듀서와 미러부가 물과 함께 담겨있는 수조를 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 광음향 영상 획득 장치는 빛을 공급하는 광원모듈, 공급된 빛을 전달받아 대상체로 방출하고, 대상체가 빛을 흡수하여 발생시키는 광음향 신호를 검출하는 광음향 신호 획득모듈, 광음향 신호 획득모듈 로부터 검출된 광음향 신호를 전달받아 증폭하는 증폭모듈, 증폭모듈에서 증폭된 신호를 이용하여 영상처리를 통해 이미지데이터를 획득하는 데이터 획득모듈, 광음향 신호 획득모듈 및 데이터 획득모듈과 연결되어, 광음향 신호 획득모듈을 구동시키는 제어모듈을 포함할 수 있다.
광음향 신호 획득모듈은, 광원 모듈로부터 공급된 빛을 전달시키고, 대상체로부터 발생하는 광음향 신호를 측정하며, 중앙에 빈공간이 형성되어 빛과 초음파를 하나의 경로로 일치시키는 링 트랜스 듀서, 광경로 상에서 링 트랜스듀서와 수직방향으로 위치하도록 배치되고, 링 트랜스 듀서로부터 전달된 빛과, 대상체로부터 발생한 초음파를 반사시키며, 원하는 개구수에 따라 배율 조정이 가능한 미러부, 광음향 신호를 투과시키는 투명막을 포함하고, 링 트랜스듀서와 미러부가 물과 함께 담겨있는 수조를 포함할 수 있다.
광원모듈 에서 공급되는 빛은 콜리메이트 빔일 수 있다.
미러부는 지지부의 일면에 배치된 각각 다른 배율을 가지는 복수의 파라볼릭 미러셋을 포함할 수 있다. 지지부의 타면에는 돌림부를 포함할 수 있다. 돌림부는 수조 밖으로 돌출되어 회전형으로 복수의 파라볼릭 미러셋의 배율을 조정할 수 있다.
수조는 파라볼릭 미러가 삽입될 수 있는 설치홀을 포함할 수 있다. 미러부는 수조에 형성된 설치홀을 따라서 서로 다른 배율을 가지는 파라볼릭 미러가 교체설치 되는 것으로 형성될 수 있다.
미러부는 걸림부를 포함할 수 있다. 걸림부는 파라볼릭 미러와 결합되어, 파라볼릭 미러가 수조에 삽입될 때 상기 파라볼릭 미러를 지지할 수 있다..
광음향 신호 획득모듈은, 수조의 외부에서 미러부의 일면에 연결되어, 미러부의 위치를 제어하기나, 미러부를 회전왕복 시키는 모터를 더 포함할 수 있다.
광음향 영상 획득 방법은 원하는 개구수에 따라 미러부의 배율을 조정하는 단계, 광원모듈이 빛을 공급하는 단계, 광원모듈로부터 공급된 빛이 링 트랜스 듀서를 통과하는 단계, 미러부가 상기 링 트랜스듀서 로부터 전달된 빛을 대상체로 반사시키는 단계, 미러부가 상기 대상체로부터 발생한 초음파를 상기 링 트랜스듀서로 반사시키는 단계, 링 트랜스듀서가 상기 빛과 상기 대상체로부터 발생한 초음파를 하나의 경로로 일치시키는 단계, 링 트랜스듀서가 상기 대상체로부터 발생한 광음향 신호를 측정하는 단계, 증폭모듈이 상기 링 트랜스듀서에서 측정된 광음향 신호를 전달받아 증폭하는 단계, 데이터 획득모듈이 상기 증폭모듈로부터 증폭된 신호를 이용하여 영상처리를 통해 이미지 데이터를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
원하는 개구수에 따라 간편히 미러의 배율을 조정할 수 있는 광음향 장치를 제공할 수 있다.
도 1 은 일 실시예에 따른 광음향 장치에 대한 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 회전형으로 파라볼릭 미러의 배율 조정이 가능한 광음향 장치의 일 실시예 이다.
도 3, 도 4a, 도 4b는 파라볼릭 미러의 교체설치가 가능한 광음향 장치의 일 실시예이다.
도 5a 및 도 5b는 미러부에 모터가 결합된 실시예이다.
도 6a 및 도 6b는 수조안에 광음향스캐너가 추가된 실시예이다.
도 7은 초점형 링 트랜스듀서를 포함한 실시예이다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는, 수조안에 광음향결합부가 추가된 실시예이다.
도 9은 일 실시예에 따른 광음향 영상 획득장치를 도시한 것이다.
도 10는 일 실시예에 따른 광음향 영상 획득장치를 도시한 것이다.
도 11은 일 실시예에 따른 광음향 영상 획득방법의 흐름도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 기재된 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 광음향 장치와, 광음향 영상 획득 장치 및 방법의 실시예 들을 도면들을 참고하여 자세히 설명하도록 한다.
도 1 은 일 실시예에 따른 광음향 장치에 대한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 광음향 장치(1)는 링 트랜스 듀서(100), 미러부(200)를 포함한다.
링 트랜스 듀서(100)는 대상체로부터 발생하는 광음향 신호를 측정하며, 중앙에 빈공간이 형성되어 빛과 초음파를 하나의 경로로 일치시킬 수 있다.
링 트랜스듀서(100)는 초점형 링 트랜스듀서 혹은 비초점형 링 트랜스듀서를 포함할 수 있다.
미러부(200)는 광경로 상에서 링 트랜스듀서(100)와 수직방향으로 위치하도록 배치될 수 있다. 링 트랜스 듀서(100)로부터 전달된 빛과, 대상체로부터 발생한 초음파를 반사시키며, 원하는 개구수에 따라 배율 조정이 가능하도록 형성될 수 있다.
링 트랜스듀서(100)와 미러부(200)는 유체가 담겨진 수조(미도시)에 포함될 수 있다. 이때, 유체는 물을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 수조(미도시)는 광음향 신호를 투과시키는 투명막(미도시)을 포함할 수 있다.
광원에 의하여 전달된 빛은 링 트랜스 듀서(100)를 거쳐 미러부(200)에 의하여 반사되어 투명막(미도시)을 통해 대상체에 조사될 수 있다. 대상체로부터 발생한 초음파는 투명막(미도시)을 통해 미러부(200)로 전달되어 미러부(200)에 의하여 반사되고, 링 트랜스듀서(100)로 전달되어 광음향 영상이 획득될 수 있다.
일 예로, 미러부(200)는 지지부(미도시)를 포함할 수 있다. 미러부는 지지부의 일면에 배치된 각각 다른 배율을 가지는 복수의 파라볼릭 미러셋(미도시)을 포함할 수 있다. 또한, 미러부(200)는 돌림부(미도시)를 포함할 수 있다. 돌림부는 지지부의 타면에 배치되며, 수조 밖으로 돌출되어 회전형으로 복수의 파라볼릭 미러셋의 배율을 조정할 수 있다.
또 다른 예로, 수조(미도시)는 파라볼릭 미러가 삽입될 수 있는 설치홀(미도시)을 포함할 수 있다. 또한 미러부(200)는 수조에 형성된 설치홀을 따라서 서로 다른 배율을 가지는 파라볼릭 미러가 교체 설치될 수 있도록 형성될 수 있다.
미러부(200)는 걸림부(미도시)를 포함할 수 있다. 걸림부는 파라볼릭 미러와 결합되어, 파라볼릭 미러가 수조에 삽입될 때 상기 파라볼릭 미러를 지지할 수 있다. 이때, 파라볼릭 미러와 걸림부는 일체로 형성되거나 분리 가능하도록 형성될 수 있다. 다만 위 예시에 제한되는 것은 아니다.
또한, 광음향 장치(1)는 모터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 모터는 미러부(200)에 결합되어 파라볼릭 미러의 위치를 정밀하게 제어하거나, 파라볼릭 미러를 빠르게 회전운동 시킬 수 있다. 이를 통해, 샘플에 조사되는 빛과 발생되는 광음향 신호를 동시에 스캐닝 함으로써 빠른 B-scan 영상을 확보하는 것이 가능하다.
또한, 광음향 장치(1)는 광음향 스캐너(미도시)를 더 포함할 수 있다. 광음향 스캐너는 광경로 상에서 미러부와 대상체 사이에 배치되며, 미러부로부터 전달된 빛을 대상체로 반사시키고, 대상체로부터 발생한 초음파를 미러부로 반사시킬 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 회전형으로 파라볼릭 미러의 배율 조정이 가능한 광음향 장치 의 일 실시예이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 일 실시예의 미러부(300)는 지지부(310)를 포함할 수 있다. 미러부(300)는 서로 다른 배율을 갖는 복수의 파라볼릭 미러셋(320)을 포함할 수 있으며, 복수의 파라볼릭 미러셋(320)은 지지부(310)의 일면에 배치될 수 있다. 지지부(310)의 타면에는 수조(500) 밖으로 돌출되어 회전형으로 배율 조정이 가능한 돌림부(330)가 배치될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 지지부(310)에 연결된 돌림부(330)를 회전시킴으로써, 배율조정이 가능한 실시예를 나타낸다.
구체적으로, 도 2a는 저배율로 관찰할 경우의 실시예를 나타내고, 도 2b는 고배율로 관찰할 경우의 실시예를 나타낸다. 도 2a를 참조하면, 저해상도로 관찰하고 싶은 경우에는 낮은 배율의 파라볼릭 미러(PML)를 광경로상에 배치되도록 돌림부(330)를 회전시키고, 그에 따라 빛을 반사시키게 하여 관찰을 수행한다. 도 2b를 참조하면, 고해상도로 관찰하고 싶은 경우에는 높은 배율의 파라볼릭 미러(PMH)를 광경로상에 배치되도록 돌림부(330)를 회전시키고, 그에 따라 빛을 반사시키게 하여 관찰을 수행한다.
지지부(310)는 일자형 막대, 십자가 형상의 막대, 원형 등 파라볼릭 미러(320)의 배치에 따라 다양하게 형성될 수 있다.
도 2a 와 도 2b에는 저배율의 파라볼릭 미러(PML)와, 고배율의 파라볼릭 미러(PMH)만이 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 복수의 파라볼릭 미러셋(320)은 3개 이상의 서로 다른 배율을 갖는 파라볼릭 미러를 포함할 수 있다.
또한 광음향 장치(1)는 모터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 모터는 돌림부(330)의 상단에 접하게 결합될 수 있다. 모터는 돌림부를 회전시킴으로써, 저배율의 파라볼릭 미러(PML)와 고배율의 파라볼릭 미러(PMH) 중 광경로상에 배치될 파라볼릭 미러를 선택하게 할 수 있다.
모터는 돌림부를 회전시켜, 파라볼릭 미러(320)의 위치를 정밀하게 제어하거나, 파라볼릭 미러(320)를 빠르게 회전운동 시킬 수 있다. 이를 통해 샘플에 조사되는 빛과, 발생되는 광음향 신호를 동시에 스캐닝 함으로써, 빠른 B-scan 영상을 확보하는 것이 가능하다.
다른 예로, 광음향 장치(1)는 광음향스캐너(미도시)를 더 포함할 수 있다. 광음향 스캐너는, 광음향 광경로 상에서 미러부와 대상체 사이에 배치되며, 미러부로부터 전달된 빛을 대상체로 반사시키고, 대상체로부터 발생한 초음파를 미러부로 반사시킬 수 있다.
그에 따라, 대상체가 수조의 하단부에 위치한 경우뿐만 아니라, 측면에 위치한 경우에도 광경로의 조정을 통해 관찰이 가능하게 된다. 또한 광음향 스캐너를 추가함으로서, 스캐닝 속도를 향상시킬 수도 있다.
도 3, 도 4a, 도 4b는 파라볼릭 미러의 교체설치가 가능한 광음향 장치 의 일 실시예이다.
도 3을 참조하면, 수조(500)는 파라볼릭 미러(450)가 삽입될 수 있는 설치홀(410)을 포함할 수 있다. 또한 수조(500)에 형성된 설치홀(410)을 따라서 서로 다른 배율을 가지는 파라볼릭 미러를 교체하여 설치할 수 있다.
미러부(400)는 걸림부(420)를 포함할 수 있다. 걸림부는 파라볼릭 미러(450)와 결합되어 파라볼릭 미러(450)를 수조(500)에 삽입할 때 지지할 수 있다. 이때, 파라볼릭 미러(450)와 걸림부(420)는 일체로 형성되거나 분리 가능하도록 형성될 수 있다.
구체적으로 도 4a 를 참조하면, 저배율 파라볼릭 미러(451)가 설치홀(410)을 따라 삽입되어 있고, 이를 지지하는 걸림부(430)가 도시되어 있다. 도 4b를 참조하면, 저배율 파라볼릭 미러(451) 대신, 고배율 파라볼릭 미러(452)가 삽입되어 있으며, 이는 수조(500)에 설치된 설치홀(410)을 따라서 파라볼릭 미러(451,452)를 교체함으로써 편리하게 배율조정이 가능한 것을 나타낸다.
도 4a 와 도 4b의 걸림부(430)는 오링 또는 베어링 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한 되지는 않는다.
도 3, 도 4a, 도 4b에서 파라볼릭 미러를 교체하는 방식의 광음향 장치 는, 도 2에서의 회전형으로 배율 조정이 가능한 광음향 장치에 비하여 소형화 될 수 있다.
도 5a 와 도 5b는 미러부에 모터가 결합된 실시예이다.
도 5a 는 저배율 파라볼릭 미러(451)가 모터(700)와 결합되어 사용되고 있음을 도시한 것이고, 도 5b는 고배율 파라볼릭 미러(452)가 모터(700)와 결합되어 사용되고 있음을 도시한 것이다.
모터(700)는 파라볼릭 미러(451,452)의 상단에 결합될 수 있다.
모터(700)는 파라볼릭 미러를 왕복 또는 회전시킬 수 있다. 다시 말하면, 링 트랜스듀서(100)를 통과한 빛이, 파라볼릭 미러(451,452)상에서 반사될 구체적인 위치를 정밀하게 제어할 수 있다.
또한 모터(700)는 소정 각도 범위 내에서 파라볼릭 미러를 빠르게 왕복 회전시켜, 깊이감 있는 단면 영상을 확보하도록 할 수 있다. 이를 통해 샘플에 조사되는 빛과 발생되는 광음향 신호를 동시에 스캔하여 빠른 B-scan 영상을 확보하는 것이 가능하다.
이때, 걸림부(440)는 모터(700)의 회전에 의해 파라볼릭 미러(451,452)의 회전을 용이하게 하기 위해 베어링으로 형성될 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다.
도 6a 및 도 6b는 수조 안에 광음향스캐너가 추가된 실시예이다.
도 6a 와 도 6b를 참조하면, 광음향 장치(1)는 광음향 스캐너(800)를 더 포함할 수 있다. 광음향 스캐너(800)는 광경로 상에서 미러부(400)와 대상체 사이에 배치되며, 미러부(400)로부터 전달된 빛을 대상체로 반사시키고, 대상체로부터 발생한 초음파를 미러부(400)로 반사시킬 수 있다.
광음향 스캐너(800)를 추가함으로써 빛과 초음파를 빠르게 스캐닝하여 스캐닝 속도를 향상시킬 수 있다.
도 6a는 미러부(400)중에서 저배율 파라볼릭 미러(451)로부터 전달된 빛을 광음향스캐너(800)가 대상체 방향으로 반사시키고, 대상체로부터 발생한 초음파를 미러부(400) 중에서 저배율 파라볼릭 미러(451)로 반사시키는 예를 도시한 것이다. 도 6b는 미러부(400)중에서 고배율 파라볼릭 미러(452)로부터 전달된 빛을 광음향스캐너가 대상체 방향으로 반사시키고, 대상체로부터 발생한 초음파를 미러부(400) 중에서 고배율 파라볼릭 미러(452)로 반사시키는 예를 도시한 것이다.
도 6a와 도 6b는 수조(500)의 설치홀(410), 미러부(400)의 걸림부(420), 및 파라볼릭 미러(451,452)가 수조(500)의 측면에 배치된 것을 예시한 것이다. 이와 같이 수조(500)의 설치홀(410), 미러부(400)의 걸림부(420), 및 파라볼릭 미러(451,452)를 수조(500)의 측면에 배치하고 광음향 스캐너(800)를 추가적으로 배치하는 경우, 광음향 장치(1)를 컴팩트하게 제작할 수 있다. 다만, 광음향 장치(1)의 크기, 목적 등에 따라 배치 형태는 변경될 수 있다.
도 6a 와 도 6b의 미러부(400)에는 도 5a 및 도 5b에서 설명한 바와 같이 모터가 추가적으로 결합될 수 있다.
도 6a와 도 6b의 걸림부(420)는 오링 또는 베어링를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 7은 초점형 링 트랜스듀서를 포함한 실시예이다.
광음향 장치(1)는 빛과 초음파의 높이를 일치시키기 위한 음향렌즈를 포함하는 초점형 링 트랜스듀서(120)를 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 수조안에 광음향결합부가 추가된 실시예이다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 광음향 장치 (1)는 대상체로부터 발생하는 광음향 신호를 측정하는 초음파 트랜스 듀서(110), 미러부(200), 수조(500) 및 광음향 결합부(900)를 포함할 수 있다. 초음파 트랜스듀서(110), 미러부(200) 및 수조(500)는 앞에서 설명한 바와 같다.
광음향 결합부(900)는 초음파 트랜스듀서(110)와 접하도록 배치될 수 있다. 광음향 결합부(900)는 광원으로부터 전달된 빛을 미러부(200)로 반사시키고, 대상체로부터 발생한 광음향 신호는 초음파 트랜스듀서(110) 방향으로 통과시킬 수 있다. 또한 빛과 초음파를 하나의 경로로 일치시키고, 빛과 초음파의 초점을 같은 높이로 일치시킬 수 있다.
미러부(200)는 광경로 상에서 트랜스듀서와 수직방향으로 위치하도록 배치되고, 트랜스 듀서로부터 전달된 빛과, 대상체로부터 발생한 초음파를 반사시키며, 원하는 개구수에 따라 배율 조정이 가능하다.
도 8b를 참조하면, 일 실시예의 미러부(300)는 지지부(310)를 포함하고, 지지부의 일면에 각각 다른 배율을 가지는 복수의 파라볼릭 미러셋(453)이 배치된다. 지지부(310)의 타면에는 수조 밖으로 돌출되어 복수의 파라볼릭 미러셋을 회전 방식으로 돌려 배율을 조정할 수 있는 돌림부(330)를 포함할 수 있다.
도 8c를 참조하면, 수조(500)는 파라볼릭 미러(450)가 삽입될 수 있는 설치홀(410)을 포함하고, 그 설치홀(410)을 따라서 서로 다른 배율을 가지는 미러가 교체 설치 될 수 있다. 이때, 파라볼릭 미러(450)는 걸림부(420)와 결합되어 수조(500)의 일면에 걸려 지지될 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 광음향 영상 획득장치를 도시한 것이다.
도 9 에 도시된 바와 같이, 광음향 영상 획득 장치(2)는 광원모듈(10), 광음향 신호 획득모듈(20), 증폭모듈(30), 데이터 획득모듈(40), 제어모듈(50)을 포함할 수 있다. 광음향 신호 획득모듈(20)은 앞에서 자세히 설명한 광음향 장치(1)이므로 자세한 설명은 생략한다.
광원모듈(10)에서 공급되는 빛은 콜리메이트 빔일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 광원 모듈은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED), 레이저 다이오드(Laser diode, LD) 및 형광체 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
광원모듈(10)은 빛을 공급할 수 있고, 광원모듈(10)에서 공급된 빛은, 광음향 신호 획득모듈(20)로 전달될 수 있다. 이때, 광음향 신호 획득모듈(20)로 전달된 빛은 최종적으로 대상체로 방출되어 흡수될 수 있다.
증폭모듈(30)은 광음향 신호 획득모듈(20)로부터 검출된 광음향 신호를 전달받아 증폭시킬 수 있다. 증폭모듈은 통상적인 펄서-리시버(Pulser-Receiver) 또는 고주파 증폭기(RF ampifier)로 구성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
데이터 획득모듈(40)은 증폭모듈에서 증폭된 신호를 이용하여 영상처리를 통해 이미지데이터를 획득할 수 있다. 즉, 데이터획득모듈(40)에서 대상체의 내부 영상을 최종적으로 획득할 수 있다.
데이터획득모듈(40)은 광원모듈(10)에서 빛을 방출하기 위한 동기 신호를 발생시킬 수 있다. 이때, 광원모듈(10)은 데이터획득모듈(40)에서 발생된 동기 신호에 맞추어 빛을 공급할 수 있다.
제어모듈(50)은 광음향 신호 획득모듈 및 데이터 획득모듈과 연결되어, 광음향 신호 획득모듈을 구동시킬 수 있다. 또한 제어모듈은 광음향 신호 획득모듈(20)을 구성하는 배율조정이 가능한 광음향 장치를 제어할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 광음향 영상 획득장치를 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 광음향 영상 획득 장치(2)는 광원모듈(10), 광음향 신호 획득모듈(20), 증폭모듈(30), 데이터 획득모듈(40), 제어모듈(50), 저장부(60), 출력부(70) 및 통신부(80)를 포함할 수 있다. 광원모듈(10), 광음향 신호 획득모듈(20), 증폭모듈(30), 데이터 획득모듈(40), 제어모듈(50)에 대해서는 앞에서 설명한 바 있으므로 생략한다.
저장부(60)는 대상체 정보, 광원부의 구동 기준 등의 기준 정보, 획득된 광음향 신호, 획득된 광음향 영상 등의 데이터를 저장할 수 있다. 저장부는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory: RAM) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory: ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등의 저장매체를 포함하며, 이에 제한되는 것은 아니다.
출력부(70)는 데이터 획득 모듈(40)로부터 수신한 데이터를 출력한다. 출력부는, 디스플레이 등의 시각적 출력 모듈, 스피커 등의 음성 출력 모듈 또는, 진동이나 촉감 등의 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다.
통신부(80)는 외부 기기와 유무선 통신 연결하고 외부 기기로부터 각종 정보를 수신할 수 있다. 외부 기기는 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 PC 및 데스크탑 PC 등의 정보 처리 장치 등을 포함하는 것으로 이에 제한되지 않는다.
통신부(80)는 외부 기기로부터 광원 구동 조건 등의 기준 정보를 수신할 수 있다. 또한, 통신부(80)는 데이터 획득 모듈(40)에 의해 획득, 생성 및 가공된 다양한 정보를 외부 기기에 전송할 수 있다. 외부 기기는 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 PC, 노트북 PC 또는 의료 기관의 정보 처리 장치 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
통신부(80)는 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 이용하여 외부 기기와 통신할 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과할 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 11은 일 실시예에 따른 광음향 영상 획득방법의 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 먼저, 원하는 개구수에 따라 미러부의 배율을 조정할 수 있다(1101). 예를 들어, 미러부는 배율이 다른 복수의 파라볼릭 미러셋을 포함하여, 원하는 배율의 파라볼릭 미러를 트랜스듀서 방향으로 회전시켜 배율을 조정할 수 있다. 미러부에 모터가 더 결합될 수 있고, 모터의 회전을 통해 파라볼릭 미러를 회전시킬 수 있다.
또 다른 예로, 수조에 형성된 설치홀을 따라서 서로 다른 배율을 가지는 파라볼릭 미러를 교체설치 할 수 있다.
그 다음, 광원모듈이 빛을 공급하고(1102), 광원모듈로부터 공급된 빛이 링 트랜스 듀서를 통과할 수 있다(1103).
그 다음, 미러부가 미러부가 링 트랜스듀서 로부터 전달된 빛을 대상체로 반사시키고(1104). 미러부가 대상체로부터 발생한 초음파를 링 트랜스듀서로 반사시킬 수 있다(1105).
또, 링 트랜스듀서가 빛과 대상체로부터 발생한 초음파를 하나의 경로로 일치시킬 수 있다(1106).
링 트랜스듀서가 대상체로부터 발생한 광음향 신호를 측정할 수 있다. (1107)
증폭모듈이 링 트랜스듀서에서 측정된 광음향 신호를 전달받아 증폭할 수 있다(1108).
데이터 획득모듈이 증폭모듈로부터 증폭된 신호를 이용하여 영상처리를 통해 이미지 데이터를 획득할 수 있다(1109).
본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 개시된 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 광음향 장치 2: 광음향 영상 획득장치
100: 링 트랜스듀서 110: 초음파 트랜스듀서
120: 초점형 링 트랜스듀서 200,300,400: 미러부 310: 지지부 320: 복수의 파라볼릭 미러셋 330: 돌림부 410: 설치홀 420: 걸림부 430: 오링 440: 베어링 450: 파라볼릭 미러 451: 저배율 파라볼릭 미러 452: 고배율 파라볼릭 미러 500: 수조 600: 투명막 700: 모터 800: 광음향스캐너 900: 광음향결합부 10: 광원 모듈 20: 광음향 신호 획득모듈 30: 증폭 모듈 40: 데이터 획득 모듈 50: 제어 모듈
60: 저장부 70: 출력부
80: 통신부

Claims (18)

  1. 광음향 장치 에 있어서,
    대상체로부터 발생하는 광음향 신호를 측정하며, 중앙에 빈 공간이 형성되어 빛과 초음파를 하나의 경로로 일치시키는 링 트랜스 듀서;
    광경로 상에서 상기 링 트랜스듀서와 수직방향으로 위치하도록 배치되고, 상기 링 트랜스 듀서로부터 전달된 빛과, 대상체로부터 발생한 초음파를 반사시키며, 원하는 개구수에 따라 배율 조정이 가능한 미러부; 및
    광음향 신호를 투과시키는 투명막을 포함하고, 상기 링 트랜스듀서와 미러부가 물과 함께 담겨있는 수조를 포함하는 광음향 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 미러부는,
    지지부의 일면에 배치된 각각 다른 배율을 가지는 복수의 파라볼릭 미러셋을 포함하는 광음향 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 미러부는,
    지지부의 타면에 배치되며, 상기 수조 밖으로 돌출되어 회전형으로 상기 복수의 파라볼릭 미러셋의 배율을 조정하도록 하는 돌림부를 포함하는 광음향 장치
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 수조는,
    파라볼릭 미러가 삽입될 수 있는 설치홀을 포함하고,
    상기 미러부는,
    상기 수조에 형성된 설치홀을 따라서 서로 다른 배율을 가지는 파라볼릭 미러가 교체설치 되는 것이 가능한 광음향 장치
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 미러부는
    상기 파라볼릭 미러와 결합되어, 파라볼릭 미러가 수조에 삽입될 때 상기 파라볼릭 미러를 지지하는 걸림부를 포함하는 광음향 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 걸림부는,
    오링 및 베어링 중의 적어도 하나를 포함하는 광음향 장치
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 수조의 외부에서 상기 미러부의 일면에 연결되어, 상기 미러부의 위치를 제어하거나 상기 미러부를 회전왕복 시키는 모터를 더 포함하는 광음향 장치
  8. 제 1항에 있어서,
    광경로 상에서 미러부와 대상체 사이에 배치되며, 미러부 로부터 전달된 빛을 대상체로 반사시키고, 대상체로부터 발생한 초음파를 상기 미러부로 반사시키는 광음향스캐너를 더 포함하는 광음향 장치
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 링 트랜스듀서는,
    빛과 초음파의 높이를 일치시키기 위한 음향렌즈를 포함하는 초점형 링 트랜스듀서인 광음향 장치
  10. 광음향 장치 에 있어서,
    대상체로부터 발생하는 광음향 신호를 측정하는 초음파 트랜스 듀서;
    상기 초음파 트랜스듀서와 접하도록 배치되고, 광원으로부터 전달된 빛을 미러부로 반사시키고, 대상체로부터 발생한 광음향 신호는 초음파 트랜스듀서 방향으로 통과시키는 광-음향 결합부;
    광경로 상에서 상기 트랜스듀서와 수직방향으로 위치하도록 배치되고, 상기 트랜스 듀서로부터 전달된 빛과, 대상체로부터 발생한 초음파를 반사시키며, 원하는 개구수에 따라 배율 조정이 가능한 미러부;
    광음향 신호를 투과시키는 투명막이 형성되어 있고, 상기 트랜스듀서와 미러부가 물과 함께 담겨있는 수조를 포함하는 광음향 장치
  11. 빛을 공급하는 광원모듈;
    공급된 빛을 전달받아 대상체로 방출하고, 대상체가 상기 빛을 흡수하여 발생시키는 광음향 신호를 검출하는 광음향 신호 획득모듈;
    상기 광음향 신호 획득모듈 로부터 검출된 광음향 신호를 전달받아 증폭하는 증폭모듈;
    상기 증폭모듈에서 증폭된 신호를 이용하여 영상처리를 통해 이미지데이터를 획득하는 데이터 획득모듈;
    상기 광음향 신호 획득모듈 및 상기 데이터 획득모듈과 연결되어, 상기 광음향 신호 획득모듈을 구동시키는 제어모듈; 을 포함하고,
    상기 광음향 신호 획득모듈은.
    상기 광원 모듈로부터 공급된 빛을 전달시키고, 대상체로부터 발생하는 광음향 신호를 측정하며, 중앙에 빈공간이 형성되어 빛과 초음파를 하나의 경로로 일치시키는 링 트랜스 듀서;
    광경로 상에서 상기 링 트랜스듀서와 수직방향으로 위치하도록 배치되고, 상기 링 트랜스 듀서로부터 전달된 빛과, 대상체로부터 발생한 초음파를 반사시키며, 원하는 개구수에 따라 배율 조정이 가능한 미러부;
    광음향 신호를 투과시키는 투명막을 포함하고, 상기 링 트랜스듀서와 미러부가 물과 함께 담겨있는 수조;를 포함하는 광음향 영상 획득 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 빛은 콜리메이트 빔인 광음향 영상 획득 장치
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 미러부는,
    지지부의 일면에 배치된 각각 다른 배율을 가지는 복수의 파라볼릭 미러셋을 포함하는 광음향 영상 획득 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 미러부는,
    지지부의 타면에 배치되며, 상기 수조 밖으로 돌출되어 회전형으로 상기 복수의 파라볼릭 미러셋의 배율을 조정하도록 하는 돌림부를 포함하는 광음향 영상 획득 장치.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 수조는,
    파라볼릭 미러가 삽입될 수 있는 설치홀을 포함하고,
    상기 미러부는,
    상기 수조에 형성된 설치홀을 따라서 서로 다른 배율을 가지는 파라볼릭 미러가 교체설치 되는 것이 가능한 광음향 영상 획득 장치
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 미러부는,
    상기 파라볼릭 미러와 결합되어, 파라볼릭 미러가 수조에 삽입될 때 상기 파라볼릭 미러를 지지하는 걸림부를 포함하는 광음향 영상 획득 장치
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 광음향 신호 획득모듈은,
    상기 수조의 외부에서 상기 미러부의 일면에 연결되어, 상기 미러부의 위치를 제어하기나, 상기 미러부를 회전왕복 시키는 모터를 더 포함하는 광음향 영상 획득 장치
  18. 광음향 장치를 이용한 광음향 영상 획득 방법으로서,
    원하는 개구수에 따라 미러부의 배율을 조정하는 단계;
    광원모듈이 빛을 공급하는 단계;
    상기 광원모듈로부터 공급된 빛이 링 트랜스 듀서를 통과하는 단계;
    상기 미러부가 상기 링 트랜스듀서 로부터 전달된 빛을 대상체로 반사시키는 단계;
    상기 미러부가 상기 대상체로부터 발생한 초음파를 상기 링 트랜스듀서로 반사시키는 단계;
    상기 링 트랜스듀서가 상기 빛과 상기 대상체로부터 발생한 초음파를 하나의 경로로 일치시키는 단계;
    상기 링 트랜스듀서가 상기 대상체로부터 발생한 광음향 신호를 측정하는 단계;
    증폭모듈이 상기 링 트랜스듀서에서 측정된 광음향 신호를 전달받아 증폭하는 단계; 및
    데이터 획득모듈이 상기 증폭모듈로부터 증폭된 신호를 이용하여 영상처리를 통해 이미지 데이터를 획득하는 단계를 포함하는, 광음향 영상 획득 방법
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