WO2009091160A2 - 측정시스템이 내장된 후두내시경 - Google Patents

측정시스템이 내장된 후두내시경 Download PDF

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WO2009091160A2
WO2009091160A2 PCT/KR2009/000130 KR2009000130W WO2009091160A2 WO 2009091160 A2 WO2009091160 A2 WO 2009091160A2 KR 2009000130 W KR2009000130 W KR 2009000130W WO 2009091160 A2 WO2009091160 A2 WO 2009091160A2
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lesion
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laryngoscope
size
inclined plane
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PCT/KR2009/000130
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English (en)
French (fr)
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WO2009091160A3 (ko
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Young Ok Lee
Kyong Hae Park
Kyu Won Lee
Jong Won Park
Jung Hoon Ro
Original Assignee
Umedical Co., Ltd.
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Application filed by Umedical Co., Ltd. filed Critical Umedical Co., Ltd.
Publication of WO2009091160A2 publication Critical patent/WO2009091160A2/ko
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/267—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for the respiratory tract, e.g. laryngoscopes, bronchoscopes

Definitions

  • the present invention relates to an endoscope capable of observing the inside of the body, and more particularly, to a laryngeal endoscope incorporating a measurement system capable of measuring the size of an object to be observed.
  • endoscope in the observation of the inside of the body contributes to the enlargement of the inside of the body, thereby greatly increasing the accuracy of the diagnosis.
  • the light is illuminated through a light source mounted on the endoscope inserted into the affected part of the patient, and the affected part is detected by the CCD camera and displayed on the monitor. It was easy to observe and to perform the procedure.
  • the extent of the observation object is changed, thereby making it difficult to observe the measurement or change of the lesion for staging of the lesion.
  • the size or shape of the tumor or inflammation may vary depending on the course of the disease or the degree of treatment. If the measurement is remeasured after a certain time, the size or shape of the previously measured lesion cannot be compared, which is quite inconvenient. Therefore, it was a long time for clinicians to measure lesion size simply and accurately during endoscopy.
  • laryngoscopes to measure the positional changes, size, and mass of anatomical structures within the larynx has been tried in various studies.
  • Nasri S et al. Published 'Noninvasive measurement of traveling wave velocity in the canine larynx' in 'Ann Otol Rhinol Laryngol' in 1994.
  • the video image analysis system of the vocal cords is a method of measuring the length by moving the video camera photographing the vocal cords by a certain distance and then recognizing the degree of deformation in the video as pixels.
  • this method has to go through several complicated steps, which requires a lot of time and equipment for typical clinical use.
  • the 'High-Speed Tool Box' which requires calibration before and after every recording.
  • the calibration is done by recording the laser light with dots 5 mm apart.
  • the vocal cord's vertical movement is greatly influenced by the position of the vocal cord as well as the voice intensity and fundamental frequency, so the laser light must be at least 1 mm outside the vocal cords for accurate measurement. It is said.
  • triangulation requires a defined distance between the end of the endoscope and the laser light, if the distance is too small, the accuracy of the measurement is poor.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a laryngeal endoscope in which a measurement system using a laser light, which can be easily used in clinical practice and has excellent accuracy, is incorporated.
  • the present invention for achieving the above object is, in a laryngoscope with a measurement system for measuring the size of the lesion, a light source for illuminating the lesion, a photographing unit for photographing the lesion, the first inclined plane and the second parallel to each other
  • a reflective plate having an inclined surface and having a refractive index greater than that of air
  • a laser diode for generating laser light, wherein the laser light generated by the laser diode is reflected on the first inclined plane and refracted into the reflective plate, The laser light is reflected by the second inclined plane and refracted out of the reflecting plate again by the first inclined plane, so that two parallel laser lights are irradiated onto the lesion.
  • a size calculation unit capable of calculating the size of the lesion photographed by the imaging unit.
  • the distance between two parallel laser beams is referred to as RS, and the measurement distance of the lesion in the captured image is determined.
  • d 1 and if the measurement distance between the two laser beams irradiated to the lesion in the photographed image is d 2 , the actual size x of the lesion may be calculated as RS ⁇ d 1 / d 2 .
  • the distance RS of the two parallel laser lights is 2L x tan d x can be calculated as sin b
  • the reflector is preferably an acrylic plate
  • the angle at which the laser light generated by the laser diode is reflected on the first inclined plane is preferably 45 degrees
  • the two parallel laser lights are preferably irradiated at right angles to the lesion.
  • Laryngoscopes with a built-in measurement system according to the present invention has an advantage in that the structure is simple, and in terms of weight, size, and use, compared to general laryngoscopes, is not more inconvenient.
  • the laryngoscope with the measurement system according to the present invention uses two laser parallel lights, the size of the lesion can be accurately measured by a non-invasive method.
  • FIG. 1 is an exemplary view showing a laryngoscope with a measurement system according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a view for explaining the inside of the guide tube of the laryngoscope with a measurement system according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a view for explaining that the laser light emitted from the laser diode shown in FIG. 2 becomes two parallel lights after being reflected and refracted by the reflector;
  • Figure 4 is a photograph showing the state that the laser beam irradiated from the laryngoscope according to the present invention reaches the plane
  • FIG. 5 is an exemplary view for explaining a method for measuring the size of a lesion using a laryngoscope with a measuring system according to the present invention
  • FIG. 6 is a photograph showing a state in which the laser light irradiated from the laryngoscope with the measurement system according to the present invention actually reaches the larynx of a normal person.
  • FIG. 1 is an exemplary view showing a laryngoscope with a measuring system according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the laryngoscope endoscope 100 having a measurement system is composed of a guide tube 101 largely inserted into an internal organ of a human body and a handle portion 102 formed at the rear end of the guide tube.
  • the examiner can grasp the handle portion 102 and insert the guide tube 101 into the inside of the examinee, for example, into the neck, to observe the condition of the larynx.
  • the laryngoscopy is connected to a computer and a monitor, the image taken at the end of the guide tube 101 can be viewed and stored through the monitor.
  • FIG. 2 is a view for explaining the inside of the guide tube of the laryngoscope with a measuring system according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the light source 113, the photographing unit 112, the reflector 111, and the laser diode 110 are provided in the guide tube 101.
  • the light source 113 is for illuminating the inside of the body into which the guide tube 101 is inserted, and a light emitting diode (LED) may be used.
  • the photographing unit 112 may photograph a lesion and may use a CCD or CMOS image sensor.
  • the laser diode 110 serves to generate laser light for measuring the size of the affected part, and the laser is reflected and refracted by the reflector 111 to become two lights to reach the affected part.
  • the reflecting plate 111 has a first inclined plane 111a and a second inclined plane 111b having an oblique angle with the laser light generated by the laser diode 110 (see FIG. 3).
  • the 1st inclined surface 111a and the 2nd inclined surface 111b are parallel, Preferably one acrylic plate can be used as a reflecting plate.
  • laser light is used to measure the size of lesions.
  • the laser light is more monochromatic than other light and is a light that is non-divergent and proceeds straight away.
  • laser light is coherent light, and when light is focused on a lens, the light can be collected at a very small area.
  • the computer inside or outside the larynx endoscope 100 is provided with a size calculation unit (not shown) that can calculate the size of the affected part photographed by the imaging unit 112 using a laser beam.
  • FIG. 3 is a view for explaining that the laser light emitted from the laser diode 110 becomes two parallel lights after being reflected and refracted by the reflector 111.
  • two parallel light beams are irradiated using one acrylic plate as the reflecting plate 111.
  • the laser light is reflected from the front and back planes of the flat acrylic plate, and these two laser lights are always parallel auto-parallel.
  • the light emitted from the laser diode 110 is reflected after reaching the first inclined plane 111a, at which time the incident angle (a) and the exit angle (b) of the laser light are exactly the same. For example, if the incident angle of the laser light is 45 degrees, since the exit angle is 45 degrees, the laser light is reflected vertically. If the laser light emitted from the laser diode 110 is parallel to the axis of the guide tube 101, the light reflected from the first inclined plane 111 a is always perpendicular to the axis of the guide tube 101.
  • the laser beam reaching the first inclined plane 111a is refracted due to the difference between the medium of air and acryl.
  • the degree to which refraction occurs depends only on the ratio of the refractive indices of the two media and Snell's law is applied to each of the refractive indices.
  • the refractive angle d becomes 28.1 degrees when the incident angle c of the laser light is 45 degrees.
  • the refracted light is again reflected by the second inclined plane 111b of the acrylic plate.
  • the incident angle e and the reflection angle f become constant according to the law of reflection.
  • the angle g reaching the first inclined surface 111a is equally 28.1 degrees, and when it is refracted into the air, the angle h becomes 45 degrees like the angle when it enters. That is, since the relative refractive index from the acrylic plate to the air is 1 / 1.49, that is, 0.66, the refractive angle h becomes 45 degrees when the incident angle g is 28.1 degrees.
  • the first light beam reflected from the first inclined plane 111a and the second light beam reflected from the second inclined plane 111b are always parallel to the outside of the reflector plate 111.
  • the refractive index of the reflector 111 is required to be larger than the refractive index of air in order for the laser light incident on the first inclined plane 111a to always be refracted into the reflector.
  • the incident angle c should be smaller than the critical angle so that the laser light incident on the first inclined plane 111 a is not totally reflected.
  • the reference scale (RS) i.e., the distance between the first and second rays, is 2 x acrylic plate thickness (L) x tan 28.1 ° (refractive angle d) x sin 45 ° (reflection angle b) and You can get it together. Therefore, if the angle of incidence of the laser beam to the first inclined plane 111a and the refractive index and the thickness of the reflecting plate are determined, the reference distance can always be calculated.
  • Figure 4 is a photograph showing the state that the laser beam irradiated from the laryngoscope according to the present invention reaches the plane.
  • grid paper was used to easily measure the shape and size of the laser beam and the distance between the two laser beams.
  • the laser beam was compared to the grid paper on the plane, and the distance between the two laser beams and the shape and size of the laser beam itself were examined according to the distance between the object (grid paper) and the endoscope.
  • the reference distance RS between two points on the plane was always constant regardless of the distance between the object and the endoscope and the angle of the laser beam shining on the plane.
  • the angle at which the laser beam shines on the plane is a right angle for accuracy in actual use.
  • the size of the lesion may be calculated by simple proportional calculation by storing an image during laryngoscope photography.
  • the actual size x of the lesion can be obtained as follows. If the measured distance of the lesion in the captured image is d 1 , and the measured distance between two laser beams irradiated to the lesion in the captured image is d 2 , the actual size x of the lesion can be expressed by the following equation. have.
  • FIG. 6 is a photograph showing a state in which the laser light irradiated from the laryngoscope with the measurement system according to the present invention actually reaches the larynx of a normal person.
  • the laryngoscope according to the present invention always mounts one reflector having two parallel inclined surfaces to irradiate two parallel laser beams, the method is simpler than mounting two reflectors in parallel inside the endoscope. In other words, it can be said to be more sophisticated in irradiating parallel rays. It also has the advantage that the two laser lights are always parallel so the measurement system does not need to be calibrated.
  • Laryngoscopes equipped with a measurement system capable of measuring the size of the subject are of potential use. It is useful to measure the laryngeal lesions in the staging of tumors or to follow up the size reduction of the lesions after treatment.
  • the upper respiratory distress can be used to measure the glottal gap, and in the case of unilateral paralysis, calculoplasty area can be measured by laser ruler to measure the glottal defect area during adduction. You can also measure the vocal cord deviation and the distance between anatomical reference points. Especially in combination with laryngeal videostroboscopy, it is useful for measuring vocal cord fluctuations during vocalization.

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Abstract

본 발명은 병변의 크기를 측정하기 위한 측정시스템이 내장된 후두내시경에 관한 것으로, 병변을 밝히기 위한 광원, 병변을 촬영하기 위한 촬영부, 서로 평행한 제1경사면 및 제2경사면을 가지고, 공기의 굴절율보다 큰 굴절율을 갖는 반사판 및, 레이저광을 생성하는 레이저 다이오드를 구비하고, 레이저 다이오드에서 생성된 레이저광이 제1경사면에서 반사됨과 더불어 상기 반사판 내부로 굴절되고, 굴절된 레이저광은 제2경사면에서 반사되어 다시 제1경사면에서 상기 반사판 외부로 굴절됨으로써, 2개의 평행한 레이저 광이 병변에 조사된다. 이러한 후두내시경의 내부 또는 외부에, 촬영부에 의해 촬영된 병변의 크기를 계산할 수 있는 크기계산부가 구비되는데, 2개의 평행한 레이저광의 거리를 RS라 하고, 촬영된 이미지에서 병변의 측정 거리를 d1이라 하고, 촬영된 이미지에서 병변에 조사된 2개의 레이저광 사이의 측정 거리를 d2라 하면, 병변의 실제 크기 x는 RS×d1/d2 와 같이 계산된다.

Description

측정시스템이 내장된 후두내시경
본 발명은 신체의 내부를 관찰할 수 있는 내시경에 관한 것으로, 특히 관찰 대상의 크기를 측정할 수 있는 측정시스템이 내장된 후두내시경에 관한 것이다.
신체 내부의 관찰에 있어 내시경의 도입은 신체 내부의 확대상을 제공하여 진단의 정확성을 높이는데 크게 기여하고 있다. 특히, 후두내시경의 경우, 환자의 환부로 삽입되는 내시경에 장착된 광원(light source)을 통해 빛을 밝혀주며, 광원(light source)에 의해 밝혀진 환부를 CCD 카메라가 촬영하여 모니터를 통해 디스플레이되면서 환부의 관찰 및 시술이 용이하게 되었다.
그러나, 내시경과 관찰 대상 사이의 거리에 따라 관찰 대상이 확대되는 정도는 변하게 되며, 그로 인해 병변의 병기설정을 위한 계측이나 병변의 변화를 관찰 하는데 어려움이 있다. 또한 병의 경과나 치료 정도에 따라 종양이나 염증 등의 크기나 형상이 달라질 수 있는데, 일정 시간 후에 재측정을 하는 경우 이전에 측정된 병변의 크기나 형상과 비교할 수 없으므로 상당히 불편한 점이 있다. 따라서 내시경 촬영 도중 간단하고 정확하게 병변의 크기를 측정하는 것은 임상의들의 오랜 바램이었다.
후두내시경을 이용하여 후두내 해부학적 구조물들의 위치변화와 크기, 종괴의 크기 등을 측정하는 방법은 많은 연구에서 다양하게 시도되어 왔다.
예를 들어, 'Nasri S'등은 1994년도에 'Ann Otol Rhinol Laryngol'에 'Noninvasive measurement of traveling wave velocity in the canine larynx'를 개시한 바 있다. 이러한 성대의 비디오상분석 시스템은, 성대를 촬영중인 비디오카메라를 일정 거리만큼 평행이동시킨 다음 비디오 상의 변형정도를 화소로 인식하여 길이를 측정하는 방식이다. 그러나, 이러한 방법은 복잡한 몇 개의 단계를 거쳐야 하므로, 전형적인 임상 이용시 많은 시간과 설비를 필요로 하는 문제점이 있었다.
또한, 'Larsson H'등은 2004년도에 'Logoped Phoniatr Vocol.'에 'Calibration of high-speed imaging by laser triangulation'를 개시한 바 있다. 구체적으로, 'Larsson' 등은 성대 움직임 측정에 있어 수평면상의 움직임 뿐만 아니라 수직면상의 움직임도 측정하기 위해 레이저 삼각측량법(laser triangulation)을 이용하였다.
그러나, 이는 'High-Speed Tool Box'라는 특수한 소프트웨어가 있어야 가능하며, 매 기록 전후에 교정(calibration)이 필요하다. 교정은 5mm 간격의 점들과 레이저 광을 레코딩함으로써 이루어진다. 그리고, 발성 주기 동안 성대의 수직운동은 음성강도와 기본주파수 뿐만 아니라, 레이저 광이 성대의 어떤 위치에 있느냐에 따라 크게 영향을 받으므로, 정확한 측정을 위해서는 레이저 광이 성대 가장자리에서 적어도 1mm 바깥쪽에 있어야 된다고 하였다. 아울러, 삼각측량법은 내시경 끝과 레이저 광 사이에 정해진 거리가 있어야 하는데, 그 거리가 너무 작으면 측정의 정확성이 떨어진다. 'Larsson' 등은 레이저 광과 내시경 광학축 사이에 일정거리로 9mm를 두었는데, 인두나 후두가 작은 환자에서는 후두개에 레이저 광이 가려서 보이지 않게 되는 단점이 있었다.
이렇게 중요한 임상적 유용성 때문에 후두내시경으로 후두 내부를 보면서 동시에 대상의 크기를 측정할 수 있는 여러 방법들이 개발되어 왔음에도 불구하고 아직까지 임상적으로 널리 이용되고 있지 못하는 이유는, 지금까지 개발되었던 것들이 여러 단계를 거침으로 인해 복잡하거나 그로 인해 정확도가 떨어지거나 혹은 소요되는 비용이 비싸거나 사용시 환자 혹은 사용자에게 심한 불편함을 주기 때문이었다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 안출된 것으로, 임상에서 간단히 사용가능하며 정확도가 우수한 레이저광을 이용한 측정 시스템이 내장된 후두내시경을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 병변의 크기를 측정하기 위한 측정시스템이 내장된 후두내시경에 있어서, 병변을 밝히기 위한 광원, 병변을 촬영하기 위한 촬영부, 서로 평행한 제1경사면 및 제2경사면을 가지고, 공기의 굴절율보다 큰 굴절율을 갖는 반사판 및, 레이저광을 생성하는 레이저 다이오드를 구비하고, 레이저 다이오드에서 생성된 레이저광이 제1경사면에서 반사됨과 더불어 상기 반사판 내부로 굴절되고, 굴절된 레이저광은 제2경사면에서 반사되어 다시 제1경사면에서 상기 반사판 외부로 굴절됨으로써, 2개의 평행한 레이저 광이 병변에 조사되는 것이다.
이러한 후두내시경의 내부 또는 외부에, 상기 촬영부에 의해 촬영된 병변의 크기를 계산할 수 있는 크기계산부가 구비되는데, 2개의 평행한 레이저광의 거리를 RS라 하고, 촬영된 이미지에서 병변의 측정 거리를 d1이라 하고, 촬영된 이미지에서 병변에 조사된 2개의 레이저광 사이의 측정 거리를 d2라 하면, 병변의 실제 크기 x는 RS×d1/d2 와 같이 계산될 수 있다. 아울러, 반사판의 두께를 L이라 하고, 레이저광이 제1경사면에서 반사되는 각을 b라 하고, 반사판 내부로 굴절되는 각을 d라 하면, 2개의 평행한 레이저광의 거리 RS는 2L×tan d×sin b 와 같이 계산될 수 있다.
후두내시경에서, 반사판은 아크릴판인 것이 바람직하고, 레이저 다이오드에서 생성된 레이저광이 제1경사면에서 반사되는 각은 45도인 것이 바람직하며, 2개의 평행한 레이저 광은 병변에 직각으로 조사되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 측정 시스템이 내장된 후두내시경은 구조가 간단하여 일반 후두내시경과 비교해 무게와 크기, 사용면에서 더 불편하지 않다는 점에서 장점이 있다.
아울러, 본 발명에 의한 측정 시스템이 내장된 후두내시경은 2개의 레이저 평행광을 이용하므로, 비침습적인 방법으로 정확하게 병변의 크기를 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 측정 시스템이 내장된 후두내시경을 나타낸 예시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 측정 시스템이 내장된 후두내시경의 가이드관의 내부를 설명하기 위한 도면,
도 3은 도 2에 도시된 레이저 다이오드에서 나온 레이저광이 반사판에서 반사 및 굴절된 후 2개의 평행광이 되어 나오는 것을 설명하는 도면,
도 4는 본 발명에 의한 후두내시경에서 조사된 레이저광이 평면에 도달한 모습을 나타내는 사진,
도 5는 본 발명에 의한 측정 시스템이 내장된 후두내시경을 이용하여 병변의 크기를 측정하는 방법을 설명하기 위한 예시도,
도 6은 본 발명에 의한 측정시스템이 내장된 후두내시경에서 조사된 레이저광이 실제 정상인의 후두에 도달한 모습을 나타내는 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 측정 시스템이 내장된 후두내시경을 나타낸 예시도이다.
측정 시스템이 내장된 후두내시경(100)은 크게 인체의 내부기관에 삽입되는 가이드관(101)과, 가이드관 후단부에 형성된 손잡이부(102)로 이루어진다. 검사자가 손잡이부(102)를 잡고 가이드관(101)을 피검자의 내부, 예를 들어 목 안으로 삽입하여 후두의 상태를 관찰할 수 있다. 일반적으로 후두내시경은 컴퓨터와 모니터에 연결되고, 가이드관(101)의 말단에서 촬영된 영상을 모니터를 통해 보고 저장할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 측정 시스템이 내장된 후두내시경의 가이드관의 내부를 설명하기 위한 도면이다.
가이드관(101) 내부에는 광원(113), 촬영부(112), 반사판(111) 및 레이저 다이오드(110)가 구비된다. 광원(113)은 가이드관(101)이 삽입되는 신체 내부를 밝히기 위한 것으로서, 광다이오드(light emitted diode, LED)가 사용될 수 있다. 촬영부(112)는 병변을 촬영하기 위한 것으로 CCD 혹은 CMOS 이미지 센서를 이용할 수 있다.
레이저 다이오드(110)는 환부의 크기 측정을 위해 레이저광을 생성하는 역할을 하고, 이러한 레이저는 반사판(111)에서 반사 및 굴절되어 2개의 광이 되어 환부에 이르게 된다. 반사판(111)은 레이저 다이오드(110)에서 생성된 레이저광과 비스듬한 각도를 갖는 제1경사면(111a)과 제2경사면(111b)을 갖는다(도 3 참조). 제1경사면(111a)과 제2경사면(111b)은 평행하며, 바람직하게는 반사판으로서 1개의 아크릴 판을 이용할 수 있다.
병변의 크기를 측정하기 위해 레이저광을 사용한 이유는 레이저광이 다른 광보다 단색성이 뛰어나며 퍼지지 않고(non-divergent) 곧바로 진행하는 빛이기 때문이다. 또 레이저 광은 코히런트(coherent) 광이라 광선을 렌즈로 집속하면 매우 작은 넓이로 집광할 수 있다.
아울러, 후두내시경(100)의 내부 또는 외부의 컴퓨터에는 촬영부(112)에 의해 촬영된 환부의 크기를 레이저광을 이용하여 계산할 수 있는 크기계산부(미도시)가 구비된다.
이하, 도 3을 참조하여 레이저광을 이용하여 환부의 크기를 계산하는 방법에 대해 상세하게 설명한다.
도 3은 레이저 다이오드(110)에서 나온 레이저광이 반사판(111)에서 반사 및 굴절된 후 2개의 평행광이 되어 나오는 것을 설명하는 도면이다. 도 3에 도시된 것처럼, 반사판(111)으로서 한 개의 아크릴판을 이용하여 평행한 두개의 광이 조사되도록 고안하였다. 레이저광은 평면 아크릴판 앞면과 뒷면에서 반사되어 나오고, 이러한 2개의 레이저광은 항상 평행한 자동 평행광(auto-parallel)이 된다.
구체적으로, 레이저 다이오드(110)에서 나온 광은 제1경사면(111a)에 도달한 후 반사되는데, 이 때 레이저광의 입사각(a)과 출사각(b)은 정확하게 일치하게 된다. 예를 들어, 레이저광의 입사각이 45도라면, 출사각도 45도이기 때문에 레이저광은 수직으로 반사되어 나가게 된다. 만약, 레이저 다이오드(110)에서 나오는 레이저광이 가이드관(101)의 축과 평행하다면, 제1경사면(111a)에서 반사된 광은 가이드관(101)의 축과 항상 직각이 된다.
그리고, 제1경사면(111a)에 도달한 레이저광은 공기와 아크릴의 매질의 차이로 인해 굴절이 일어난다. 이때, 굴절이 일어나는 정도는 두 매질의 굴절률의 비에만 의존하고 각각의 굴절률에는 무관한 스넬의 법칙이 적용된다.
공기와 아크릴의 굴절률비가 1.49라면, 레이저광의 입사각(c)이 45도일 때 굴절각(d)은 28.1도가 된다. 굴절된 광은 다시 아크릴판의 제2경사면(111b)에 의해 반사되는데, 이 경우에도 반사의 법칙에 따라 입사각(e)과 반사각(f)은 일정하게 된다. 또한, 제1경사면(111a)에 도달하는 각(g)은 동일하게 28.1도이며, 공기중으로 굴절되어 나올 때 각도(h)는 들어갈 때의 각도와 같이 45도가 된다. 즉, 아크릴판에서 공기로의 상대 굴절률은 1/1.49, 즉 0.66이므로 입사각(g)이 28.1도일 때 굴절각(h)은 45도가 되는 것이다.
따라서, 제1경사면(111a)에서 반사된 첫번째 광선과 제2경사면(111b)에서 반사된 두번째 광선은 반사판(111) 외부에서 항상 평행하게 되는 것이다. 다만, 제1경사면(111a)으로 입사된 레이저광이 항상 반사판 내부로 굴절되기 위해서 반사판(111)의 굴절율은 공기의 굴절율보다 큰 것이 요구된다. 또한, 제1경사면(111a)으로 입사된 레이저광이 전반사되지 않기 위해서 입사각(c)이 임계각보다 작아야 함은 물론이다.
도 3에 도시된, 참조거리(RS;reference scale), 즉 첫번째 광선과 두번째 광선 사이의 거리는 2 x 아크릴판의 두께(L) x tan 28.1°(굴절각 d) x sin 45°(반사각 b)와 같이 구할 수 있다. 따라서 레이저광의 제1경사면(111a)으로의 입사각과 반사판의 굴절율과 두께가 정해진다면, 참조거리를 항상 계산할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 의한 후두내시경에서 조사된 레이저광이 평면에 도달한 모습을 나타내는 사진이다.
실험에서는 레이저광의 모양과 크기, 두 레이저광 사이의 거리를 쉽게 측정하기 위해 모눈종이를 사용하였다. 평면의 모눈종이에 레이저광을 조사해 비교해 보았으며, 대상(모눈종이)과 내시경 사이의 거리에 따른 두 레이저 광 사이의 거리와 레이저광 자체의 모양 및 크기 변화가 있는지도 살펴보았다.
결과적으로, 평면에 비친 두 점 사이의 참조거리(RS)는 대상과 내시경 사이의 거리, 레이저광선이 평면에 비추는 각에 상관없이, 항상 일정함을 알 수 있었다. 다만, 참조거리(RS)가 매우 작은 값이라고 해도, 실제 사용시 정확성을 위해 레이저광이 평면에 비추는 각은 직각인 것이 바람직하다.
도 5는 병변의 크기를 측정하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다. 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 두 평행광 사이의 거리(RS)는 항상 일정하므로, 후두내시경 촬영 시 이미지를 저장하여 간단한 비례식 계산으로 병변의 크기를 계산해 낼 수 있다.
예를 들어, 2개의 레이저광이 가이드관으로부터 수직으로 나오고 2개의 광의 참조거리(RS)가 4mm라고 할 때, 병변의 실제 크기 x는 다음과 같이 구할 수 있다. 촬영된 이미지에서 병변의 측정 거리를 d1이라 하고, 촬영된 이미지에서 병변에 조사된 2개의 레이저광 사이의 측정 거리를 d2라 하면, 병변의 실제 크기 x는 다음과 같은 비례식으로 나타내어질 수 있다.
d1:d2 = x: 4mm
따라서, x = 4d1/d2 로부터 계산할 수 있다.
도 6은 본 발명에 의한 측정시스템이 내장된 후두내시경에서 조사된 레이저광이 실제 정상인의 후두에 도달한 모습을 나타내는 사진이다.
실험에서는 두 평행광을 진성대에 조사하여 항상 일정한 거리로 조사되는지 알아보았다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 좌측 진성대에 레이저광을 조사하였을 때, 도 4에 나타낸 삽입 전 실시한 두 광 사이의 거리와 같은 거리를 갖는 평행광을 관찰할 수 있었다.
이러한 본 발명에 의한 후두내시경은 항상 평행한 두 레이저 광을 조사하기 위해 평행한 2개의 경사면을 갖는 하나의 반사판을 장착하므로, 내시경 내부에 두 개의 반사판을 평행하게 장착하는 것보다 방법은 더 간단하지만, 평행한 광선을 조사하는데 있어서는 더 정교하다고 할 수 있다. 또한 두 레이저 광이 항상 평행하므로 이 측정시스템은 교정(calibration)을 할 필요가 없다는 장점도 있다.
대상의 크기를 측정할 수 있는 측정시스템이 장착된 후두내시경은 잠재적 이용 가능성이 많다. 종양의 병기 설정을 하는데 있어 후두 내 병변을 계측할 때, 또는 치료 후 병변의 크기 감소를 추적 관찰하는데 유용하다.
또한 상기도 호흡곤란이 있는 경우에는 성문 틈을 측정하는데에도 사용할 수 있으며, 편측 마비의 경우에는 갑상성형술 이식면적을 계산할 때, 레이저 룰러로 내전 시 성문 결손 면적을 측정할 수 있다. 그리고 성대 편위 정도, 해부학적 기준점 사이의 거리를 측정할 수도 있다. 특히 후두 비디오 스트로보스코피(videostroboscopy)와 함께 사용하면 발성하는 동안 성대의 변동을 측정하는데 유용하다.

Claims (6)

  1. 병변의 크기를 측정하기 위한 측정시스템이 내장된 후두내시경에 있어서,
    병변을 밝히기 위한 광원;
    병변을 촬영하기 위한 촬영부;
    서로 평행한 제1경사면 및 제2경사면을 가지고, 공기의 굴절율보다 큰 굴절율을 갖는 반사판 및;
    레이저광을 생성하는 레이저 다이오드를 구비하고,
    상기 레이저 다이오드에서 생성된 레이저광이 제1경사면에서 반사됨과 더불어 상기 반사판 내부로 굴절되고, 굴절된 레이저광은 제2경사면에서 반사되어 다시 제1경사면에서 상기 반사판 외부로 굴절됨으로써, 2개의 평행한 레이저 광이 병변에 조사되는 것을 특징으로 하는 후두내시경.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후두내시경의 내부 또는 외부에, 상기 촬영부에 의해 촬영된 병변의 크기를 계산할 수 있는 크기계산부가 구비되되,
    2개의 평행한 레이저광의 거리를 RS라 하고, 촬영된 이미지에서 병변의 측정 거리를 d1이라 하고, 촬영된 이미지에서 병변에 조사된 2개의 레이저광 사이의 측정 거리를 d2라 하면, 병변의 실제 크기 x는 RS×d1/d2 와 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 후두내시경.
  3. 제2항에 있어서,
    반사판의 두께를 L이라 하고, 레이저광이 제1경사면에서 반사되는 각을 b라 하고, 반사판 내부로 굴절되는 각을 d라 하면, 2개의 평행한 레이저광의 거리 RS는 2L×tan d×sin b 와 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 후두내시경.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반사판은 아크릴판인 것을 특징으로 하는 후두내시경.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드에서 생성된 레이저광이 제1경사면에서 반사되는 각은 45도인 것을 특징으로 하는 후두내시경.
  6. 제5항에 있어서,
    2개의 평행한 레이저 광은 병변에 직각으로 조사되는 것을 특징으로 하는 후두내시경.
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