KR20220098578A - 조직 식별 및 생체 확인 장치 및 이를 이용한 조직 식별 및 생체 확인 방법 - Google Patents

조직 식별 및 생체 확인 장치 및 이를 이용한 조직 식별 및 생체 확인 방법 Download PDF

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KR20220098578A KR1020210000423A KR20210000423A KR20220098578A KR 20220098578 A KR20220098578 A KR 20220098578A KR 1020210000423 A KR1020210000423 A KR 1020210000423A KR 20210000423 A KR20210000423 A KR 20210000423A KR 20220098578 A KR20220098578 A KR 20220098578A
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Abstract

본 발명에 따른 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치는, 기 설정된 파장 범위에서 선택된 파장의 광을 부갑상선 수술영역 또는 부갑상선에 조사하는 광원부; 상기 광원부를 통해 광이 조사되는 부갑상선 수술 영역 또는 부갑상선의 영상정보를 획득하는 내시경 어셈블리; 상기 부갑상선 수술영역으로부터 상기 내시경 어셈블리를 통해 획득한 영상정보의 가시광선 영역을 검출하여 컬러 화상을 제공하는 컬러센서; 상기 부갑상선 수술영역으로부터 상기 내시경 어셈블리를 통해 획득한 영상정보로부터 제1적외선 영역을 검출하여 부갑상선의 위치 판별을 위한 제1화상을 제공하는 제1근적외선센서; 및 상기 부갑상선으로부터 상기 내시경 어셈블리를 통해 획득한 영상정보로부터 제2적외선 영역을 검출하여 부갑상선의 생체 확인을 위한 제2화상을 제공하는 제2근적외선센서를 포함한다.

Description

조직 식별 및 생체 확인 장치 및 이를 이용한 조직 식별 및 생체 확인 방법{Apparatus for Intraoperative Identification and Viability Assessment of Tissue and Method Using the Same}
본 발명은 부갑상선의 위치를 식별하고, 생체 확인을 수행할 수 있도록 하는 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치 및 이를 이용한 부갑상선 식별 및 생체 확인 방법에 관한 것이다.
부갑상선은 갑상선에 부착되어 있는 내분비기관으로, 일반적으로 상,하,좌,우의 4개의 작은 조직으로 구성되어 있다. 이와 같은 부갑상선은 파라토르몬(Parathormone)을 분비하여, 체액의 칼슘과 인의 대사를 조절한다. 고등동물로서 부갑상선이 정상적으로 활동하지 않거나 제거되면 혈액 속의 칼슘이 감소되고 전신에 특이한 근육경련증세가 발생하게 된다.
그리고 이와 같은 부갑상선에 대해 수술을 진행하는 경우, 부갑상선의 위치를 정확하게 식별해야 할 필요가 있다.
종래에는 대상 환자에게 조영제를 복용하도록 한 후 특정 파장의 빛을 조사하는 방법으로 부갑상선의 위치를 식별하는 방법이 흔히 사용되었으나, 이는 환자에게 심리적인 부담을 느끼게 하는 문제가 있다.
또한 수술 과정에서는 부갑상선의 생체 상태에 따라 부갑상선의 제거 여부를 결정해야 할 경우가 있으며, 종래에는 부갑상선의 생체 상태를 확인하는 과정이 전면적으로 시술자의 경험에 의존되고 있었다.
따라서 시술자의 개별 경험 차이에 따라 서로 다른 결과가 도출될 수 있으며, 잘못된 판단이 이루어지는 경우가 많아 신뢰성이 크게 떨어지는 문제가 있다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
대한민국 특허등록번호 10-1847435
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 부갑상선의 위치를 식별하는 과정 및 생체 확인 과정을 높은 신뢰도로 수행할 수 있도록 하는 장치 및 방법을 제공하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치는, 기 설정된 파장 범위에서 선택된 파장의 광을 부갑상선 수술영역 또는 부갑상선에 조사하는 광원부; 상기 광원부를 통해 광이 조사되는 부갑상선 수술 영역 또는 부갑상선의 영상정보를 획득하는 내시경 어셈블리; 상기 부갑상선 수술영역으로부터 상기 내시경 어셈블리를 통해 획득한 영상정보의 가시광선 영역을 검출하여 컬러 화상을 제공하는 컬러센서; 상기 부갑상선 수술영역으로부터 상기 내시경 어셈블리를 통해 획득한 영상정보로부터 제1적외선 영역을 검출하여 부갑상선의 위치 판별을 위한 제1화상을 제공하는 제1근적외선센서; 및 상기 부갑상선으로부터 상기 내시경 어셈블리를 통해 획득한 영상정보로부터 제2적외선 영역을 검출하여 부갑상선의 생체 확인을 위한 제2화상을 제공하는 제2근적외선센서를 포함한다.
이때 상기 광원부는 780nm 내지 840nm 범위의 파장대역 중 선택된 파장의 광을 조사하도록 형성될 수 있다.
상기 제1근적외선센서가 검출하는 상기 제1적외선 영역은 상기 광원부로부터 780nm 내지 805nm 범위를 갖는 광이 조사되어 생성된 파장대역을 포함하고, 상기 제2근적외선센서가 검출하는 상기 제2적외선 영역은 상기 광원부로부터 820nm 내지 840nm 범위를 갖는 광이 조사되어 생성된 파장대역을 포함할 수 있다.
그리고 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 부갑상선 식별 및 생체 확인 방법은, 부갑상선 수술 영역 혹은 부갑상선에 기 설정된 파장 범위에서 선택된 파장의 광을 조사하는 단계; 광이 조사되는 부갑상선 수술 영역의 영상정보를 획득하는 단계; 상기 영상정보로부터 가시광선 영역을 분리하여 컬러 화상을 획득하는 단계; 상기 가시광선 영역이 분리된 영상정보로부터 제1적외선 영역 및 제2적외선 영역을 분리하는 단계; 상기 분리된 제1적외선 영역으로부터 부갑상선의 위치 판별을 위한 제1화상을 획득하는 단계; 및 상기 분리된 제2적외선 영역으로부터 부갑상선의 생체 확인을 위한 제2화상을 획득하는 단계를 포함하며, 상기 제1화상의 획득과 제2화상의 획득은 선택적으로 수행된다. 본 발명의 부갑상선 식별 및 생체 확인 방법은 상기 컬러화상과 상기 제1적외선화상을 더하여 퓨전이미지를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제1화상의 영역은 상기 부갑상선 수술영역이고, 상기 제2화상의 영역은 부갑상선 영역일 수 있다.
제2화상은 확산 스펙클 패턴 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 부갑상선 식별 및 생체 확인 방법은 제2화상을 가공하여 부갑상선의 조직 전체 혈류에 관한 정보를 다음 수식을 통해 1차원의 수치값으로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
Figure pat00001
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치 및 이를 이용한 부갑상선 식별 및 생체 확인 방법은, 수술 영역의 영상정보를 획득한 후 빛의 분리 과정을 거쳐 부갑상선의 위치를 정확하게 식별할 수 있는 장점을 가진다.
또한 본 발명은 선택된 파장의 광을 부갑상선 영역 혹은 부갑상선 영역의 인접부에 조사하도록 하여 확산 스펙클(Speckle) 패턴을 생성하고, 이를 통해 획득한 영상정보를 이용하여 부갑상선의 생체 확인을 높은 신뢰도로 수행할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 갑상선 및 부갑상선의 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치의 모습을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부갑상선 식별 및 생체 확인 방법을 설명하기 위한 플로우 차트;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치를 통해 부갑상선의 위치를 판단하는 모습을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치를 통해 획득한 컬러 화상 및 제1화상을 각각 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치를 통해 부갑상선의 생체 확인을 수행하는 모습을 나타낸 도면;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치를 통해 획득한 제2화상을 가공하는 과정을 나타낸 도;
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예로, 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치를 통해 획득한 컬러 화상 및 제2화상을 각각 나타낸 도; 및
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치의 프로세싱 과정을 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 상세한 설명 및 청구항들에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명의 상세한 설명 및 청구항들에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
더욱이 본 발명은 본 명세서에 표시된 실시예들의 모든 가능한 조합들을 망라한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나 지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다
도 1은 갑상선(t) 및 부갑상선(g)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 부갑상선(g)은 목 앞쪽 중앙에 위치한 갑상선(t)의 뒤쪽에 위치되며, 일반적으로 4개가 갑상선(t)의 좌측 상부, 좌측 하부, 우측 상부 및 우측 하부에 각각 위치된다.
발명의 배경이 되는 기술 부분에서 설명한 바와 같이, 이와 같은 부갑상선(g)에 대해 수술을 진행하는 경우, 부갑상선(g)의 위치를 정확하게 식별하고, 부갑상선(g)의 생체 상태를 파악하는 것이 매우 중요하다,
이에 따라 본 발명은 특정 영역의 파장을 가지는 광을 이용하여 획득한 영상정보를 통해 부갑상선(g)의 위치를 식별하고, 생체 확인을 수행할 수 있도록 하는 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치 및 이를 이용한 부갑상선 식별 및 생체 확인 방법을 제공한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치(100)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치(100)는 광원부(105)와, 내시경 어셈블리(110)와, 컬러센서(180)와, 제1근적외선 센서(190a) 및 제2근적외선 센서(190b) 및 광원 구동부(107)를 포함한다.
상기 광원부(105)는 기 설정된 파장 범위에서 선택된 파장의 광을 조사하도록 구비되며, 본 실시예의 경우 상기 내시경 어셈블리(110)의 바디에 장착되는 형태를 가진다.
이에 따라 상기 광원부(105)는 상기 내시경 어셈블리(110)에 입사되는 빛에 대해 평행한 방향으로 광을 조사할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 상기 광원부(105)는 조사되는 광의 각도를 소정 범위에서 조절 가능하게 형성될 수도 있음은 물론이다.
그리고 본 실시예에서 상기 광원부(105)는 가시광 영역이나 근적외선 영역의 빛을 발생시킬 수 있는 LED나 근적외선 영역의 빛을 발생시킬 수 있는 레이저 다이오드(Laser Diode)를 포함할 수 있다. 근적외선 영역은 780nm 내지 840nm 범위의 파장대역 중 선택된 파장이고, 광원부(105)는 컬러센서(180)와, 제1근적외선 센서(190a) 및 제2근적외선 센서(190b)에 의해 이미지 촬상(image pickup) 동작을 수행하는 동안 해당 이미지 촬상 범위의 빛을 조사한다. 또한, 광원부(105)는 기능성 렌즈, 예를들어, 확산렌즈 혹은 포커싱 렌즈 등을 포함하여 해당영역에 광을 포커싱하거나 확산시켜 조사할 수 있다.
광원 구동부(107)는 광원부(105)를 구동하고, 광원부(105)로부터 발생된 광의 영역대를 선택적으로 제어한다. 예를들어, 광원 구동부(107)는 컬러센서(180)에 의해 이미지 촬상 동작을 수행하는 동안에는 가시광을 조사하는 광원부(105)의 LED가 동작되도록 제어하고, 제1근적외선 센서(190a) 및 제2근적외선 센서(190b)에 의해 이미지 촬상 동작을 수행하는 동안에는 근적외선 광을 조사하는 광원부(105)의 LED나 광원부(105)의 LD가 동작되도록 제어한다.
상기 내시경 어셈블리(110)는 상기 광원부(105)를 통해 광이 조사되는 부갑상선 수술 영역의 영상정보를 획득하는 매개체로서, 구체적인 구조 및 작동 과정은 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
본 실시예에서 상기 내시경 어셈블리(110)에는 사용자가 그립 가능하도록 하는 그립부(112)가 형성되며, 또한 전단에는 편광 캡(120)이 구비될 수 있다.
상기 컬러센서(180)는 상기 내시경 어셈블리(110)를 통해 획득한 영상정보의 가시광선 영역을 검출하여 컬러 화상을 제공하는 구성요소이다.
이를 위해, 본 실시예의 경우 상기 내시경 어셈블리(110)를 통해 획득한 영상정보의 가시광을 상기 컬러센서(180) 측으로 반사하고 적외광을 투과시키는 가시광 반사미러(130)와, 상기 가시광 반사미러(130)에 도달하기 이전의 영상정보의 광을 통과하는 제1렌즈(140a)와, 상기 가시광 반사미러(130)에 의해 반사된 가시광이 통과하는 제2렌즈(140b)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1근적외선 센서(190a)는 상기 내시경 어셈블리(110)를 통해 획득한 영상정보로부터 제1적외선 영역을 검출하여 부갑상선의 위치 판별을 위한 제1화상을 제공하고, 상기 제2근적외선센서(190b)는 상기 내시경 어셈블리(110)를 통해 획득한 영상정보로부터 제2적외선 영역을 검출하여 부갑상선의 생체 확인을 위한 제2화상을 제공한다. 이때, 상기 제1적외선 영역과 상기 제2적외선 영역은 서로 다른 파장대역일 수 있다. 예컨대, 상기 제1근적외선센서(190a)가 검출하는 상기 제1적외선 영역은 상기 광원부(105)로부터 780nm 내지 805nm 범위를 갖는 광이 조사되어 생성된 파장대역을 포함할 수 있으며, 상기 제2근적외선센서(190b)가 검출하는 상기 제2적외선 영역은 상기 광원부(105)로부터 820nm 내지 840nm 범위를 갖는 광이 조사되어 생성된 파장대역을 포함할 수 있다.
또한 이를 위해 본 실시예의 경우, 상기 가시광 반사미러(130)를 통과한 적외선광을 상기 제1적외선 영역의 적외선광과 상기 제2적외선 영역의 적외선광으로 분리하여 각각 상기 제1근적외선센서(190a) 또는 상기 제2근적외선센서(190b)에 전달하는 적외선광 분리기(150)와, 상기 제1적외선 영역의 적외선광을 필터링하는 제1필터(160a)와, 상기 제2적외선 영역의 적외선광을 필터링하는 제2필터(160b)를 더 포함할 수 있다. 더불어 상기 제1필터(160a)와 상기 제1근적외선센서(190a) 사이에는 편광렌즈(170)가 더 구비될 수 있다.
또한, 본 실시예의 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치(100)는 상기 컬러 화상, 상기 제1화상 및 상기 제2화상을 이미지 처리하기 위한 프로세서(Processor, 195)와 상기 프로세서에 의해 이미지 처리된 컬러화상, 제1화상 및 제2화상을 디스플레이 하기 위한 디스플레이부(Display device, 200)를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부갑상선 식별 및 생체 확인 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 3에서 보는 바와 같이, 부갑상선 수술 영역 혹은 부갑상선에 기 설정된 파장 범위에서 선택된 파장의 광을 조사한다(Irradiating light of a selected wavelength in a preset wavelength range to the parathyroid surgery area or the parathyroid gland, S1). 이때 선택된 파장은 가시광 영역 및 근적외선 영역일 수 있다. 이후, 광이 조사되는 부갑상선 수술 영역의 영상정보를 획득하고, 상기 영상정보로부터 가시광선 영역을 분리하여 컬러 화상을 획득한다(Acquiring image information of parathyroid surgery area to which light is irradiated and a color image by separating a visible region from the image information, S2). 이후, 상기 가시광선 영역이 분리된 영상정보로부터 제1적외선 영역 및 제2적외선 영역을 분리한다(Separating a first infrared region and a second infrared region from the image information, S3). 이후, 분리된 제1적외선 영역으로부터 부갑상선의 위치 판별을 위한 제1화상을 획득하고, 분리된 제2적외선 영역으로부터 부갑상선의 생체 확인을 위한 제2화상을 획득한다(Acquiring a first image from the separated first infrared region and a second image from the separated second infrared region, S4). 제1화상을 획득하거나 제2화상을 획득은 선택적으로 수행될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 가시광 영역 및 근적외선 영역의 광을 조사하여 컬러화상을 획득하였지만, 광원부의 가시광 영역만의 광을 조사하거나, 광원부의 동작없이 수술환경에서의 자연광을 이용하여 컬러화상을 획득할 수 있다. 이후, 제1화상 및 제2화상은 선택된 근적외선 영역의 광을 부갑상선 수술영역에 조사하여 획득될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치(100)를 통해 부갑상선의 위치를 판단하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 부갑상선의 위치 판별 과정에서는, 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치(100)의 광원부(105)를 통해 광을 부갑상선 수술 영역(R)에 조사하게 된다. 이때, 조사되는 광은 확산광으로써, 780nm 내지 840nm 파장대역인 근적외선 광이다.
이에 따라, 상기 부갑상선 수술 영역(R)으로부터 발생된 반사광은 상기 내시경 어셈블리(110)의 바디(B) 내측으로 전달되어 상기 제1근적외선센서(190a)에 의해 제1화상이 구현된다. 이때, 제1화상에서는 부갑상선 수술 영역(R) 내에 위치된 부갑상선(g)이 다른 영역에 비해 광도가 높게 나타나게 된다.
즉, 부갑상선(g)은 780nm 내지 805nm 범위의 파장대역인 제1적외선 영역에 대해 자체적으로 발광하게 되며, 이를 통해 시술자는 제1화상을 통해 부갑상선(g)의 위치를 용이하게 식별할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치를 통해 획득한 컬러 화상(a) 및 제1화상(b)을 각각 나타낸 도면으로서, (b)에 나타난 제1화상에서 부갑상선(g)이 주위 다른 영역에 비해 높은 광도로 표시되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 부갑상선의 위치 식별은 제1적외선 영역에서의 자체 발광으로 파악될 수 있지만, 제1적외선에 의해 갑상선 영역의 다른 조직에서 표면 반사(Surface reflection)로 인한 부갑상선의 위치를 오인, 혼동할 수 있다. 이에 대해, 본 발명의 실시예에서는 컬러센서(180)를 이용하여 (a)와 같이 갑상선의 컬러 화상을 구현하고, 상기 제1근적외선센서(190a)를 이용하여 부갑상선 조직으로부터 발생한 자가형광 이미지 즉, 제1화상을 더하여(overlay) 퓨전 이미지(Fusion Image)를 도출할 수 있다. 이에 따라 부갑상선의 위치 식별에 대한 정확도를 높일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치(100)를 통해 부갑상선의 생체 확인을 수행하는 모습을 나타낸 도이다. 도시된 바와 같이, 부갑상선의 생체 확인 과정에서는, 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치(100)의 광원부(105)를 통해 광을 부갑상선(g)의 특정지점(s) 혹은 부갑상선(g)의 근접영역에 포커싱하여 조사하게 된다. 조사되는 광은 부갑상선의 특정 지점 혹은 근접영역을 포커싱하기 위한 광으로써, 820nm 내지 840nm 파장대역인 근적외선 광이다.
이에 따라 부갑상선(g)의 조직 내에는 도시된 바와 같이, 근적외선 광에 의해 확산 스펙클(Speckle) 패턴(D1, D2)이 생성되며, 상기 제2근적외선센서(190b)를 통해 획득한 제2화상은, 확산 스펙클 패턴에 의한 패턴정보를 포함하게 된다. 확산 스펙클 패턴은 근적외선이 조사되는 지점과 제2근적외선센서(190b)를 통해 획득한 제2화상 영역간의 거리(r)에 따라 다르게 나타난다.
한편, 광원부(105)의 종축은 내시경 어셈블리(110)의 종축과 평행한 방향으로 배치됨이 바람직하다. 이는 광원부의 근적외선 광에 의해 생성된 스펙클 패턴을 내시경 어셈블리(110)를 통해 패턴 정보를 획득할 때, 근적외선 광에 의한 노이즈가 발생되지 않도록 하기 위함이다. 즉, 내시경 어셈블리(110)의 획득 윈도우가 스펙클 패턴 영역뿐만 아니라 근적외선 광이 포커싱 된 지점(s)을 포함하게 될 경우, 포커싱 광에 의한 스펙클 패턴 정보의 신뢰성을 떨어뜨리기 때문이다. 그러므로, 본 발명의 일 실시예에서는 적어도 광원부의 포커싱 광이 조사되는 영역과 스펙클 패턴을 얻는 획득 윈도의 영역은 서로 달라야 한다.
또한, 도면에는 나타나 있지 않지만, 부갑상선의 위치 파악 및 생체확인을 위해 여러 가지 다양한 센서 예를들어, 온도 센서 등을 이용하여 그 센서들로부터 공간적 및 시간적으로 정보를 얻어 이미지화 할 수 있다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치를 통해 획득한 제2화상을 가공하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 7의 좌측에 도시된 바와 같이, 상기 제2근적외선센서(190b)를 통해 제2화상의 Raw 이미지를 획득한 이후, 이를 도 7의 우측에 도시된 바와 같이, 소정의 수식을 이용하여 상기 Raw 이미지의 픽셀에서 혈류에 관한 정보인 1차원의 스펙클 콘트라스트(Speckle Contrast, Ks) 값을 구하고, 이를 이용하여 상기 Raw 이미지에 대한 콘트라스트 맵(Contrast Map)을 생성한다. 이후, 콘트라스트 맵(Contrast Map)에 기초하여 각 픽셀의 컬러 계조를 대응시켜 이미지화 시킨다.
콘트라스트 맵은 시간적, 공간적 및 시공간적 중 적어도 하나의 방법으로 형성될 수 있다. 예를들어, 시간적 콘트라스트 맵은 상기 Raw 이미지를 구성하는 프레임 이미지들(Frame images)의 픽셀에 대한 Ks값들을 구하여 서로 비교하여 콘트라스트 맵을 생성하다. 공간적 콘트라스트 맵은 상기 Raw 이미지의 전체 픽셀을 픽셀 그룹으로 나누고, 각 픽셀 그룹에 포함된 어느 하나의 픽셀에 대한 Ks값과 나머지 픽셀의 Ks값을 구하여 서로 비교하여 콘트라스트 맵을 생성한다. 또한, 시공간적 콘트라스트 맵은 시간적 공간적 방법을 혼합하여 콘트라스트 맵을 생성한다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예로, 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치를 통해 획득한 컬러 화상 및 제2화상을 각각 나타낸 도이다.
도 8a를 참조하면, (a)는 부갑상선의 컬러 화상이고, (b)는 부갑상선의 제2화상이다. 제2화상은 앞서 도 7에서 설명한 방법으로, Ks값의 크기에 따라 각 픽셀의 컬러 계조를 대응시켜 이미지화 시킨것으로, 부갑상선의 Ks값이 기 설정된 임계값 미만으로 나타나 부갑상선이 살아있는 이미지이다.
도 8b를 참조하면, (a)는 부갑상선의 컬러 화상이고, (b)는 부갑상선의 제2화상이다. 제2화상은 역시 앞서 도 7에서 설명한 방법으로, Ks값의 크기에 따라 각 픽셀의 컬러 계조를 대응시켜 이미지화 시킨것으로, 부갑상선의 Ks값이 기 설정된 임계값 이상으로 나타나 부갑상선이 죽어있는 이미지이다.
한편, 본 과정에서 제2화상을 가공하기 위해, 다음 수학식들을 통해 1차원 수치값을 도출할 수 있다.
[수학식1]
Figure pat00002
(K:speckle contrast, T:exposure time, g1:electric-field autocorrelation function, ρ:source-detector separation, τ: delay time)
[수학식2]
Figure pat00003
(μ's: scattering coefficient, μa: absorption coefficient, αDB: Blood flow index)
[수학식3]
1/K2 ∝ αDb (blood flow index)
[수학식 4]
K= σ/I
(σ: standard deviation of speckle intensity, I: mean intensity)
수학식 4에서, 실제 실험적으로 조직(부갑상선)에서 측정한 K값을 수학식 3의 이론적 모델에서의 K값에 피팅시킨다. 이에 따라 혈류지수(Blood flow index)는 이론값 K를 실험값 K에 근사시켜서 도출된다.
이와 같이, 본 발명은 선택된 제 1파장을 가지는 광을 부갑상선 수술 영역에 조사하고, 부갑상선 수술 영역의 영상정보를 획득한 후 빛의 분리 과정을 거쳐 부갑상선의 위치를 정확하게 식별할 수 있으며, 또한 선택된 제 2파장의 광을 부갑상선 혹은 부갑상선의 인접한 인접부에 조사하도록 하여 부갑상선에 생성된 확산 스펙클(Speckle) 패턴을 획득하여 부갑상선의 생체 확인을 높은 신뢰도로 수행할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치의 프로세싱 과정을 나타낸 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 타겟 조직(부갑상선 수술 영역)으로부터 획득한 영상정보는 다양한 파장대로 분리되어 각각 컬러 센서(180), 제1근적외선 센서(190a) 및 제2근적외선 센서(190b)에 전달되며, 컬러 센서(180) 및 제1근적외선 센서(190a)에 의해 획득한 컬러 화상(Color image) 및 제1화상(Autofluorescence image)은 CPU(300)에 설치된 이미지 처리 소프트웨어(300)를 통해 이미지 처리되어 바로 디스플레이부(200)를 통해 송출될 수 있다. 이때, 컬러 화상과 제1화상은 이미지 처리 소프트웨어(300)에 의해 서로 더해지도록 이미지 처리되어 퓨전 이미지(Fusion image)가 생성되고, 생성된 퓨전 이미지는 디스플레이부(200)를 통해 송출될 수 있다.
그리고 제2근적외선 센서(190b)에 의해 획득한 제2화상의 경우, CPU(300)에 설치된 이미지 처리 소프트웨어 및 GPU(400)를 통해 콘트라스트 히트맵(Heatmap)을 기초로 시간적(temporal) 혹은 공간적(spatial)으로 이미지 처리하고, 처리된 제2화상은 디스플레이부(200)를 통해 송출될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100: 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치
105: 광원부
107: 광원 구동부(Light Source Driver)
110: 내시경 어셈블리
130: 가시광 반사미러
150: 적외광 분리기
180: 컬러 센서
190a: 제1근적외선 센서
190b: 제2근적외선 센서
195: 프로세서(Processor)
200: 디스플레이부(Display Device)

Claims (13)

  1. 기 설정된 파장 범위에서 선택된 파장의 광을 부갑상선 수술영역 또는 부갑상선에 조사하는 광원부;
    상기 광원부를 통해 광이 조사되는 부갑상선 수술 영역 또는 부갑상선의 영상정보를 획득하는 내시경 어셈블리;
    상기 부갑상선 수술영역으로부터 상기 내시경 어셈블리를 통해 획득한 영상정보의 가시광선 영역을 검출하여 컬러 화상을 제공하는 컬러센서;
    상기 부갑상선 수술영역으로부터 상기 내시경 어셈블리를 통해 획득한 영상정보로부터 제1적외선 영역을 검출하여 부갑상선의 위치 판별을 위한 제1화상을 제공하는 제1근적외선센서; 및
    상기 부갑상선으로부터 상기 내시경 어셈블리를 통해 획득한 영상정보로부터 제2적외선 영역을 검출하여 부갑상선의 생체 확인을 위한 제2화상을 제공하는 제2근적외선센서;
    를 포함하는 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기 설정된 파장 범위는 780nm 내지 840nm인 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1근적외선센서가 검출하는 상기 제1적외선 영역은 상기 광원부로부터 780nm 내지 805nm 범위를 갖는 광이 조사되어 생성된 파장대역을 포함하는 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2근적외선센서가 검출하는 상기 제2적외선 영역은 상기 광원부로부터 820nm 내지 840nm 범위를 갖는 광이 조사되어 생성된 파장대역을 포함하는 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내시경 어셈블리를 통해 획득한 영상정보의 가시광을 반사하고 적외광을 투과시키는 가시광 반사미러를 더 포함하는 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가시광 반사미러를 통과한 적외광을 상기 제1적외선 영역의 적외광과 상기 제2적외선 영역의 적외광으로 분리하는 적외광 분리기를 더 포함하는 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 광원부의 종축은 상기 내시경 어셈블리의 종축과 평행한 부갑상선 식별 및 생체 확인 장치.
  8. 부갑상선 수술 영역 혹은 부갑상선에 기 설정된 파장 범위에서 선택된 파장의 광을 조사하는 단계;
    광이 조사되는 부갑상선 수술 영역의 영상정보를 획득하는 단계;
    상기 영상정보로부터 가시광선 영역을 분리하여 컬러 화상을 획득하는 단계;
    상기 가시광선 영역이 분리된 영상정보로부터 제1적외선 영역 및 제2적외선 영역을 분리하는 단계;
    상기 분리된 제1적외선 영역으로부터 부갑상선의 위치 판별을 위한 제1화상을 획득하는 단계; 및
    상기 분리된 제2적외선 영역으로부터 부갑상선의 생체 확인을 위한 제2화상을 획득하는 단계;를 포함하며,
    상기 제1화상의 획득과 제2화상의 획득은 선택적으로 수행되는 부갑상선 식별 및 생체 확인 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 컬러화상과 상기 제1적외선화상을 더하여 퓨전 이미지를 획득하는 단계를 더 포함하는 부갑상선 식별 및 생체 확인 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1화상의 영역은 상기 부갑상선 수술영역이고, 상기 제2화상의 영역은 부갑상선 영역인 부갑상선 식별 및 생체 확인 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 제2화상은 확산 스펙클 패턴 정보를 포함하는 부갑상선 식별 및 생체 확인 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 확산 스펙클 패턴 정보는 스페클 콘트라스트 값(Ks)을 포함하고, 콘트라스트 맵은 상기 콘트라스트 값을 이용하여 생성되는 부갑상선 식별 및 생체 확인 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 콘트라스트 맵은 시간적, 공간적 및 시공간적 중 적어도 하나의 방법으로 생성되는 부갑상선 식별 및 생체 확인 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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