WO2012138065A2 - 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 시스템 및 그 방법 - Google Patents

고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 시스템 및 그 방법 Download PDF

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WO2012138065A2
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김기완
조남현
정운상
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이큐메드㈜
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02041—Interferometers characterised by particular imaging or detection techniques
    • G01B9/02044—Imaging in the frequency domain, e.g. by using a spectrometer
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection

Definitions

  • the present invention relates to an optical tomography system and method thereof having a high-resolution spectrometer, and in particular, to obtain an accurate information on a pixel-to-wavelength region in an optical tomography system using a spectrometer, to improve the quality of a final output image
  • OCT optical coherence tomography apparatus
  • An optical coherence single photographing apparatus is a device that obtains a tomographic image of a living body by irradiating low coherence light close to natural light to a multi-scattering material such as a living body and detecting light reflected from the material.
  • Such conventional optical tomography apparatuses are characterized and manufactured according to samples corresponding to respective wavelength characteristics, and tomography is performed using different systems on the same sample.
  • SD-OCT with a central wavelength of 840 nm is absorbed by substances such as water, and is widely applied to diagnosis of diseases in the central fovea of the eye. Due to the long wavelength range, it is widely applied to disease diagnosis of blood vessel tissue.
  • the optical tomography apparatus analyzes the performance of the optical system by obtaining information on the pixel-to-wavelength region by inserting or separately adding a spectroscope to the system in order to accurately obtain the final tomographic image.
  • a high resolution spectrometer capable of improving the quality of the final output image by moving the mirror to obtain accurate information on the pixel-to-wavelength region in an optical biotomography system using a spectrometer
  • Optical tomography system having a high-resolution spectrometer according to an aspect of the present invention for solving the above problems, the light source, and the light emitted from the light source divided into the reference light and the measurement light to output each light path A coupler, a reference unit which receives the reference light output from the optical coupler and outputs the reference light reflected through the reflection path back to the optical coupler, and receives the measurement light output from the optical coupler and radiates the reflected light to a subject A sample unit for outputting the light back to the optical coupler, a spectrometer that receives the synthesized light of the reference light and the measurement light from the optical coupler, and detects pixel information and wavelength information using a mirror; and an electrical signal output from the spectroscope.
  • an image processor configured to generate an image by data processing, wherein the spectroscope moves and shifts the mirror. It is characterized by the fact that the pixel intensity array and the wavelength array are acquired by obtaining the pixel intensity array and the wavelength array by the incidence and reflection of the synthesized light at the position of the moved mirror. have.
  • the spectrometer may include a collimator for receiving the synthesized beam and converting the parallel beam into parallel light, a diffraction grating portion for receiving the parallel light converted by the collimator and separating the light into respective wavelength bands, and the angles separated from the diffraction grating portion.
  • a focusing lens for condensing light a line scan camera for receiving each light passing through the focusing lens and converting the light into an electrical signal, and a line scan camera provided between the focusing lens and the line scan camera and moving in a set direction to scan the line. It is characterized in that it comprises a mirror for reflecting the light input to the pixel of the camera according to the moving position, and a mirror driving unit for moving the mirror in a set direction.
  • it is characterized in that it further comprises a mirror drive unit for mounting the mirror to move in the set direction.
  • the mirror driving unit is characterized in that it has a structure that is transferred using a motor, a rail or the like.
  • the mirror is characterized in that it is moved in the unit of ⁇ m or less.
  • the reference unit may include a collimator for converting light output from the optical coupler into parallel light; A lens for condensing parallel light output from the collimator; It is characterized in that it comprises a mirror for reflecting the light collected from the lens.
  • the sample unit and a collimator for converting the light output from the optical coupler to parallel light A scanner which scans the X-axis direction and the Y-axis direction of the subject by adjusting the parallel light output from the collimator in the radial direction;
  • the scanner is characterized in that it comprises a scan lens for condensing the light whose radiation direction is adjusted to the subject.
  • an optical tomography method having a high-resolution spectrometer includes: dividing light emitted from a light source into reference light and measurement light and outputting the light into respective light traveling paths; Receiving the reference light again to receive the reference light reflected through a reflection path, receiving the measurement light, radiating the reflected light to a subject, and inputting and combining the measured light to output composite light; Injecting or reflecting the synthesized light into a camera pixel according to a position of a mirror to be moved, and detecting light incident on the camera pixel to obtain each pixel information and wavelength information corresponding to each pixel; And controlling the optical system to focus on each unit pixel by using the acquired pixel information and the wavelength information.
  • the acquiring of the pixel information and the wavelength information corresponding to each pixel may include setting a movement displacement and a movement direction of the mirror; Obtaining first pixel intensity array information and first wavelength array information for the current position of the mirror; Moving the mirror in which the movement direction is set; Obtaining second pixel intensity array information and second wavelength array information for a location after the mirror is moved;
  • the predetermined pixel information value is obtained by calculating the first pixel intensity array information value and the second pixel intensity array information value, and the wavelength information value is calculated by calculating the first wavelength array information value and the second wavelength array information value. Its feature is that it includes the step of acquiring.
  • the second pixel intensity array information value may be calculated from a first pixel intensity array information value when the moving displacement of the mirror is in the + direction in the obtaining of the predetermined pixel information value and the wavelength information value.
  • the characteristic is that the first wavelength array information value is calculated from the array information value.
  • the first pixel intensity array information value is calculated from a second pixel intensity array information value, and the first wavelength is calculated.
  • the characteristic is that the second wavelength array information value is calculated from the array information value.
  • the mirror is continuously moved with + or ⁇ displacement to calculate until the first pixel intensity array information value and the second pixel intensity array information value are the same, and the second wavelength array information value
  • the characteristic is that it calculates until and the first wavelength array information value are equal.
  • the step of moving the mirror is characterized in that the mirror is moved to the unit of ⁇ m or less.
  • an optical tomography system having a high resolution spectrometer and a method thereof may be used to improve the quality of a final output image by moving a mirror to obtain accurate information about a pixel-to-wavelength region in an optical biological tomography system using a spectrometer.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an optical tomography system having a high resolution spectrometer according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically showing the configuration of a spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a flow diagram for an optical tomography method having a high resolution spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart of a method of obtaining pixel information and wavelength information corresponding to each pixel of the present invention
  • Fig. 5 shows the relationship of pixel to light intensity according to the movement of the mirror of the present invention.
  • the light source 110 includes an optical coupler 120, a reference unit 130, a sample unit 140, a spectrometer 150, and an image processor (not shown).
  • the optical coupler 120 divides the light emitted from the light source 110 into reference light and measurement light and outputs the light to each light path.
  • the reference unit 130 receives the reference light output from the optical coupler 120 and outputs the reference light reflected through the reflection path back to the optical coupler 120.
  • the reference unit 130 converts the light output from the optical coupler 120 from the collimator 131 into parallel light, and collects the parallel light from the lens 132 and reflects it from the mirror 133. To output the reference light. In this case, the reference light reflected by the mirror 133 is incident on the optical coupler 130 again.
  • the sample unit 140 receives the measurement light output from the optical coupler 120 and emits the reflected measurement light reflected on the subject to the optical coupler 120.
  • the sample unit 140 converts the light output from the optical coupler 120 from the collimator 141 into parallel light and collects the beams through the scanners 142a and 142b and the scanning lens 143.
  • the reflected light back scattered by the scatterer of the subject 144 is incident to the optical coupler 120 through the scan lenses 143, the scanners 142a and 142b, and the collimator 141.
  • the scanners 142a and 142b adjust the radiation direction of the optical signal in the X-axis direction and the Y-axis direction to scan the X-axis direction (horizontal direction) and the Y-axis direction (vertical direction) of the subject 144. Do this.
  • the spectroscope 150 receives the synthesized light of the reference light and the measurement light from the optical coupler 120 to detect pixel information and wavelength information using the mirror 154. That is, the spectroscope 150 moves by setting the movement displacement and the movement direction of the mirror 154, and acquires the pixel intensity array and the wavelength array by the incident and reflection of the synthesized light at the position of the mirror. Pixel information and wavelength information corresponding to each pixel are obtained.
  • the spectrometer 150 includes a collimator 151, a diffraction grating 152, a focusing lens 153, a line scan camera 155, a mirror 154, and a mirror. It comprises a drive unit (not shown).
  • the collimator 151 receives the beam synthesized from the optical coupler 120 and converts the beam into parallel light, and the diffraction grating unit 152 receives the parallel light converted by the collimator 151 and separates each wavelength. do.
  • the focusing lens 153 collects each light separated by each wavelength in the diffraction grating 152.
  • the line scan camera 155 receives the light intensity condensed by the focusing lens 153 differently according to the position of the mirror 154 provided at a position corresponding to the pixel of the line scan camera 155. That is, the mirror is moved by the set displacement and the set direction, and incident or reflected light input to the pixel of the line scan camera according to the + displacement or-displacement of the mirror.
  • the line scan camera 155 converts the light intensity into voltage at each position (wavelength) using a line sensor that is an array of photoelectric conversion elements.
  • the mirror 154 moves in a direction set by the mirror driver (not shown) or less in a micrometer unit, and the mirror driver has a structure in which it is transferred using a motor, a rail, or the like.
  • the image processor (not shown) obtains pixel information and wavelength information corresponding to each pixel by data processing the electrical signal output from the spectroscope 150.
  • FIG. 3 is a flowchart of an optical tomography method having a high resolution spectrometer according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, in the optical tomography method having the high-resolution spectrometer, the light emitted from the light source is divided into reference light and measurement light and output to each light propagation path (S31).
  • the step of receiving the reference light again receives the reference light reflected through the reflection path, receives the measurement light and radiates the reflected measurement light reflected back to the subject, combines and outputs the composite light (S32). ).
  • the reference light is converted into parallel light, and the parallel light is collected to output the beam reflected through the mirror again.
  • the measurement light is converted into parallel light, and when the parallel light is emitted to the subject by adjusting the radiation direction of the optical signal in the X-axis direction and the Y-axis direction, the reflected light is outputted back scattered by the scattering body of the subject. do.
  • the synthesized light which combines the output reference light and the measurement light again, is output through another light traveling path.
  • the incident composite light is incident or reflected on the camera pixel according to the position of the mirror to be moved, and the light incident on the camera pixel is detected to obtain each pixel information and wavelength information corresponding to each pixel. It is performed (S33).
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of obtaining pixel information and wavelength information corresponding to each pixel of the present invention.
  • the method of obtaining the pixel information and the wavelength information corresponding to each pixel sets the movement displacement and the movement direction of the mirror (S41). That is, the displacement and the direction in which the mirror is moved are set corresponding to the camera pixels.
  • a first pixel intensity array information value PIA 1 and a first wavelength array information value WA 1 for the current position of the mirror are obtained (S42). That is, the first pixel intensity array information value PIA 1 and the first wavelength array information value WA 1 are obtained by the light incident on the pixel.
  • the mirror in which the movement direction is set is moved by the set displacement (S43).
  • the mirror is preferably moved in the unit of ⁇ m or less.
  • the second pixel intensity array information value PIA 2 and the second wavelength array information value WA 2 for the position at which the movement displacement of the mirror is moved in the + direction S44a or the ⁇ direction S44b are determined. Each is obtained (S45a, S45b).
  • the first pixel intensity array information value and the second pixel intensity array information value are calculated to obtain a predetermined pixel information value, the first wavelength array information value and the second wavelength array information value are calculated, and the wavelength information is calculated.
  • a value is obtained (S46a, S46b).
  • the predetermined pixel information value pixel (i) and the wavelength information value Wavelength (i) are the second pixel intensity in the first pixel intensity array information value when the movement displacement of the mirror is in the + direction.
  • An array information value is subtracted and the first wavelength array information value is subtracted from the second wavelength array information value.
  • the value of each calculated difference has a value of 0 or more (S46a).
  • the first pixel intensity array information value is subtracted from the second pixel intensity array information value to obtain a predetermined pixel information value pixel (i), and the first wavelength array information is obtained.
  • the wavelength information value Wavelength (i) is obtained by subtracting the second wavelength array information value from the value (S46b). At this time, the value of each calculated difference has a value of 0 or more (S46a).
  • the mirror is continuously moved with a + or ⁇ displacement to calculate the first pixel intensity array information value until the first pixel intensity array information value is the same, and the second wavelength array information value is calculated. Computation is performed until the first wavelength array information value is the same (S47).
  • FIG. 5 is a view showing a relationship between pixel and light intensity according to the movement of the mirror of the present invention.
  • the intensity of the pixel is shown along the direction in which the mirror of FIG. 2 moves.
  • the intensity input to the pixel changes as the mirror is moved. That is, the optical system can be controlled to focus on the unit pixel by accurately acquiring pixel information and wavelength information corresponding to each pixel according to the movement of the mirror, thereby improving spectral performance.
  • the present invention provides an optical tomography system having a high-resolution spectrometer that can improve the quality of the final output image by acquiring accurate information about the pixel-to-wavelength region, and its method can be applied to a medical diagnostic system for diagnosing diseases. It is possible.

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Abstract

본 발명에 따른 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 시스템은, 광원과, 광 커플러와, 레퍼런스부와, 샘플부와, 분광기 및 영상처리부를 포함하고, 상기 분광기는 상기 미러의 이동 변위 및 이동 방향을 설정하여 이동하고, 이동된 미러의 위치에서 상기 합성된 광의 입사 및 반사에 의해 픽셀 강도 어레이 및 파장 어레이를 획득하여 각 픽셀 정보 및 각 픽셀에 대응하는 파장 정보를 획득하는 점에 그 특징이 있다.

Description

고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 시스템 및 그 방법
본 발명은 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 분광기를 이용하는 광생체 단층촬영 시스템에서 픽셀 대 파장 영역에 대한 정확한 정보를 획득함으로써 최종 출력 영상의 품질을 향상시킬 수 있는 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
최근에는 컴퓨터 단층촬영기나 자기공명 영상 촬영기보다 구조가 간단하면서 초음파 영상 촬영기보다 높은 해상도를 제공할 수 있는 광간섭성 단층 촬영장치(OCT;Optical Coherence Tonograpy)의 개발이 진행되고 있다.
광간섭성 단츨 촬영장치는 자연광에 가까운 저 코히어런스(low coherence) 광을 생체와 같은 다중 산란 물질에 조사하고, 물질로부터 반사된 광을 검출하여 생체에 대한 단층 화상을 얻는 장치이다.
이러한 종래의 광 단층 촬영장치들은 각각의 파장 특성에 맞는 샘플들에 맞게 특성화되어 제작되어 동일한 샘플에 대하여 각기 다른 시스템을 이용하여 단층 촬영하였다.
즉, 중심파장이 840 ㎚인 SD-OCT는 물과 같은 물질에 흡수가 잘 되어 안과 중 망막의 중심와에서의 질병진단에 많이 응용되고 있으며 중심파장이 1050 ㎚ 인 SS-OCT는 840 ㎚대역에 비해 파장대가 길어 혈관 조직의 질병진단에 많이 응용되고 있다.
이러한 광 단층 촬영장치는 최종 단층 이미지를 정확하게 획득하기 위해 분광기를 시스템에 삽입하거나 별도로 추가하여 픽셀 대 파장영역에 대한 정보를 얻어 광학계의 성능을 분석하게 된다.
그러나, 이는 새로운 장치의 추가로 인해 분광 성능 분석에 측정 오류가 발생할 위험이 있고 원하는 사양의 성능이 아닌 경우 수정 후 다시 성능을 분석해야 하는 한계가 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 분광기를 이용하는 광생체 단층촬영 시스템에서 미러를 이동하여 픽셀 대 파장 영역에 대한 정확한 정보를 획득함으로써 최종 출력 영상의 품질을 향상시킬 수 있는 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 시스템은, 광원과, 상기 광원에서 출사된 광을 기준광과 측정광으로 분할하여 각 광 진행 경로로 출력하는 광 커플러와, 상기 광 커플러에서 출력된 기준광을 입력받아 반사 경로를 통하여 반사된 기준광을 다시 상기 광 커플러로 출력하는 레퍼런스부와, 상기 광 커플러에서 출력된 측정광을 입력받아 피사체에 방사하여 반사된 측정광을 다시 상기 광 커플러로 출력하는 샘플부와, 상기 광 커플러에서 기준광과 측정광의 합성된 광을 입력받아 미러를 이용하여 픽셀 정보 및 파장 정보를 검출하는 분광기와, 상기 분광기에서 출력된 전기적 신호를 데이터 처리하여 영상을 생성하는 영상처리부를 포함하되, 상기 분광기는 상기 미러의 이동 변위 및 이동 방향을 설정하여 이동하고, 이동된 미러의 위치에서 상기 합성된 광의 입사 및 반사에 의해 픽셀 강도 어레이 및 파장 어레이를 획득하여 각 픽셀 정보 및 각 픽셀에 대응하는 파장 정보를 획득하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 분광기는, 상기 합성한 빔을 입력받아 평행광으로 변환하는 콜리메이터와, 상기 콜리메이터에서 변환된 평행광을 입력받아 각 파장 대역으로 분리하는 회절 격자부와, 상기 회절 격자부에서 분리된 각 광을 집광하는 포커싱 렌즈와, 상기 포커싱 렌즈를 투과한 각 광을 입력받아 전기적 신호로 변환하는 라인 스캔 카메라와, 상기 포커싱 렌즈와 상기 라인 스캔 카메라 사이에 마련되며, 설정된 방향으로 이동하여 상기 라인 스캔 카메라의 픽셀에 입력되는 광을 이동되는 위치에 따라 반사시키는 미러와, 상기 미러를 설정된 방향으로 이동시키는 미러 구동부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 미러를 장착하여 설정된 방향으로 이동하는 미러 구동부를 더 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 미러 구동부는 모터, 레일 등을 이용하여 이송되는 구조를 갖는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 미러는 ㎛ 단위 이하로 이동되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 레퍼런스부는 상기 광 커플러에서 출력된 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터와; 상기 콜리메이터에서 출력된 평행광을 집광하는 렌즈와; 상기 렌즈에서 집광된 광을 반사시키는 미러를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 샘플부는 상기 광 커플러에서 출력된 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터와; 상기 콜리메이터에서 출력된 평행광을 방사 방향으로 조절하여, 피사체의 X축 방향 스캔 및 Y축 방향으로 스캔하는 스캐너와; 상기 스캐너에서 방사 방향이 조절된 광을 피사체에 집광하도록 하는 스캔 렌즈를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 방법은, 광원으로부터 출사된 광을 기준광과 측정광으로 분할하여 각 광 진행 경로로 출력하는 단계와; 상기 기준광을 입력받아 반사 경로를 통하여 반사된 기준광을 다시 입력받고, 상기 측정광을 입력받아 피사체에 방사하여 반사된 측정광을 다시 입력받아 결합하여 합성광을 출력하는 단계와; 상기 합성광을 이동되는 미러의 위치에 따라 카메라 픽셀에 입사 또는 반사시키고, 상기 카메라 픽셀에 입사된 광을 검출하여 각 픽셀 정보 및 각 픽셀에 대응하는 파장 정보를 획득하는 단계와; 상기 획득한 픽셀 정보 및 상기 파장 정보를 이용하여 각 단위 픽셀에 초점이 맞도록 광학계를 제어하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 각 픽셀 정보 및 각 픽셀에 대응하는 파장 정보를 획득하는 단계는 상기 미러의 이동 변위 및 이동 방향을 설정하는 단계와; 상기 미러의 현 위치에 대한 제 1 픽셀 강도 어레이 정보 및 제 1 파장 어레이 정보를 획득하는 단계와; 상기 이동 방향이 설정된 미러를 이동하는 단계와; 상기 미러가 이동된 후 위치에 대한 제 2 픽셀 강도 어레이 정보 및 제 2 파장 어레이 정보를 획득하는 단계와; 상기 제 1 픽셀 강도 어레이 정보값과 상기 제 2 픽셀 강도 어레이 정보값을 계산하여 소정 픽셀 정보값을 획득하고, 상기 제 1 파장 어레이 정보값과 상기 제 2 파장 어레이 정보값을 계산하여 파장 정보값을 획득하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 소정 픽셀 정보값과 상기 파장 정보값은 획득하는 단계에서 상기 미러의 이동 변위가 + 방향이면 제 1 픽셀 강도 어레이 정보값에서 상기 제 2 픽셀 강도 어레이 정보값을 계산하고, 상기 제 2 파장 어레이 정보값에서 상기 제 1 파장 어레이 정보값을 계산하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 소정 픽셀 정보값과 상기 파장 정보값은 획득하는 단계에서 상기 미러의 이동 변위가 - 방향이면 제 2 픽셀 강도 어레이 정보값에서 상기 제 1 픽셀 강도 어레이 정보값을 계산하고, 상기 제 1 파장 어레이 정보값에서 상기 제 2 파장 어레이 정보값을 계산하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 계산하는 과정에서 상기 미러를 + 또는 - 변위로 연속적으로 이동하여 제 1 픽셀 강도 어레이 정보값과 상기 제 2 픽셀 강도 어레이 정보값이 같아질 때까지 계산하고, 상기 제 2 파장 어레이 정보값과 상기 제 1 파장 어레이 정보값이 같아질 때까지 계산하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 미러를 이동하는 단계에서 상기 미러는 ㎛ 단위 이하로 이동되는 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 시스템 및 그 방법은, 분광기를 이용하는 광생체 단층촬영 시스템에서 미러를 이동하여 픽셀 대 파장 영역에 대한 정확한 정보를 획득함으로써 최종 출력 영상의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 본 발명에 따른 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분광기의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 방법에 대한 흐름도.
도 4는 본 발명의 픽셀 정보 및 각 픽셀에 대응하는 파장 정보를 획득하는 방법에 대한 흐름도.
도 5는 본 발명의 미러의 이동에 따른 픽셀 대 광 강도를 관계를 나타내는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 본 발명에 따른 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광원(110), 광 커플러(120), 레퍼런스부(130), 샘플부(140), 분광기(150) 및 영상처리부(미도시)를 포함하여 구성된다.
상기 광 커플러(120)는 광원(110)에서 출사된 광을 기준광과 측정광으로 분할하여 각 광 진행 경로로 출력한다.
상기 레퍼런스부(130)는 상기 광 커플러(120)에서 출력된 기준광을 입력받아 반사 경로를 통하여 반사된 기준광을 다시 상기 광 커플러(120)로 출력한다.
보다 상세하게는, 상기 레퍼런스부(130)는 콜리메이터(131)에서 상기 광 커플러(120)에서 출력된 광을 평행광으로 변환하고, 렌즈(132)에서 평행광을 집광하여 미러(133)에서 반사시켜 기준광을 출력하게 된다. 이때, 미러(133)에서 반사된 기준광은 다시 상기 광 커플러(130)에 입사하게 된다.
상기 샘플부(140)는 상기 광 커플러(120)에서 출력된 측정광을 입력받아 피사체에 방사하여 반사된 측정광을 다시 상기 광 커플러(120)로 출력한다.
더 구체적으로는, 상기 샘플부(140)는 콜리메이터(141)에서 상기 광 커플러(120)에서 출력된 광을 평행광으로 변환하여 스캐너(142a,142b) 및 스캔 렌즈(143)를 통해 집광된 빔을 피사체(144)에 방사하게 된다. 그리고, 상기 피사체(144)의 산란체에 의해 후방산란된 반사광은 다시 스캔 렌즈(143), 스캐너(142a,142b) 및 콜리메이터(141)를 거쳐 상기 광 커플러(120)로 입사하게 된다. 여기서, 상기 스캐너(142a,142b)는 X축방향 및 Y축 방향에 대한 광 신호의 방사 방향을 조절하여, 피사체(144)의 X축 방향(가로 방향) 스캔 및 Y축 방향(세로 방향) 스캔을 수행한다.
상기 분광기(150)는 상기 광 커플러(120)에서 기준광과 측정광의 합성된 광을 입력받아 미러(154)를 이용하여 픽셀 정보 및 파장 정보를 검출하게 된다. 즉, 상기 분광기(150)는 상기 미러(154)의 이동 변위 및 이동 방향을 설정하여 이동하고, 이동된 미러의 위치에서 상기 합성된 광의 입사 및 반사에 의해 픽셀 강도 어레이 및 파장 어레이를 획득하여 각 픽셀 정보 및 각 픽셀에 대응하는 파장 정보를 획득하게 된다.
상기 분광기에 대해 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분광기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 분광기는(150)는 콜리메이터(151)와, 회절 격자부(152)와, 포커싱 렌즈(153)와, 라인 스캔 카메라(155)와, 미러(154) 및 미러 구동부(미도시)를 포함하여 구성한다.
상기 콜리메이터(151)는 상기 광 커플러(120)로부터 합성한 빔을 입력받아 평행광으로 변환하고, 상기 회절 격자부(152)는 상기 콜리메이터(151)에서 변환된 평행광을 입력받아 각 파장마다 분리한다.
상기 포커싱 렌즈(153)는 상기 회절 격자부(152)에서 각 파장마다 분리된 각 광을 집광한다.
상기 라인 스캔 카메라(155)는 상기 포커싱 렌즈(153)에서 집광된 광을 라인 스캔 카메라(155)의 픽셀과 대응되는 위치에 마련된 미러(154)의 위치에 따라 광 강도가 다르게 입력받는다. 즉, 상기 미러는 설정된 변위 및 설정된 방향에 의해 이동하게 되고, 미러의 + 변위 또는 - 변위에 따라 상기 라인 스캔 카메라의 픽셀에 입력되는 광을 입사 또는 반사시키게 된다.
그리고, 라인 스캔 카메라(155)는 광전변환소자 어레이인 라인 센서를 사용하여 각 위치(파장)마다 광 강도를 전압으로 변환한다.
상기 미러(154)는 상기 미러 구동부(미도시)에 의해 설정된 방향으로 ㎛ 단위 이하로 이동하게 되며, 미러 구동부는 모터, 레일 등을 이용하여 이송되는 구조를 갖는다.
상기 영상 처리부(미도시)는 상기 분광기(150)에서 출력된 전기적 신호를 데이터 처리하여 픽셀 정보와 각 픽셀에 대응하는 파장 정보를 획득하게 된다.
또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 방법에 대한 흐름도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 방법은, 광원으로부터 출사된 광을 기준광과 측정광으로 분할하여 각 광 진행 경로로 출력하는 단계가 수행된다(S31).
그리고, 상기 기준광을 입력받아 반사 경로를 통하여 반사된 기준광을 다시 입력받고, 상기 측정광을 입력받아 피사체에 방사하여 반사된 측정광을 다시 입력받아 결합하여 합성광을 출력하는 단계가 수행된다(S32).
보다 상세하게는, 상기 기준광은 평행광으로 변환하고, 평행광을 집광하여 미러를 통해 반사된 빔을 다시 출력하게 된다.
상기 측정광은 평행광으로 변환하고, 평행광을 X축방향 및 Y축 방향에 대한 광 신호의 방사 방향을 조절하여 피사체에 방사하면 피사체의 산란체에 의해 후방산란된 반사된 빔을 다시 출력하게 된다.
그리고, 다시 출력된 기준광과 측정광을 결합한 합성광을 다른 광 진행 경로를 통해 출력하게 된다.
그 다음, 상기 입력되는 합성광을 이동되는 미러의 위치에 따라 카메라 픽셀에 입사 또는 반사시키고, 상기 카메라 픽셀에 입사된 광을 검출하여 각 픽셀 정보 및 각 픽셀에 대응하는 파장 정보를 획득하는 단계가 수행된다(S33).
마지막으로, 상기 획득한 픽셀 정보 및 상기 파장 정보를 이용하여 각 단위 픽셀에 초점이 맞도록 광학계를 제어하는 단계가 수행된다(S34).
한편, 도 4는 본 발명의 픽셀 정보 및 각 픽셀에 대응하는 파장 정보를 획득하는 방법에 대한 흐름도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 각 픽셀 정보 및 각 픽셀에 대응하는 파장 정보를 획득하는 방법은 상기 미러의 이동 변위 및 이동 방향을 설정하게 된다(S41). 즉, 카메라 픽셀에 대응하여 미러가 이동되는 변위 및 이동되는 방향을 설정하게 된다.
이어서, 상기 미러의 현 위치에 대한 제 1 픽셀 강도 어레이 정보값(PIA 1) 및 제 1 파장 어레이 정보값(WA 1)를 획득하게 된다(S42). 즉, 픽셀에 입사되는 광에 의해 제 1 픽셀 강도 어레이 정보값(PIA 1) 및 제 1 파장 어레이 정보값(WA 1)를 얻게 된다.
그 다음, 상기 이동 방향이 설정된 미러를 설정된 변위만큼 이동하게 된다(S43). 여기서, 상기 미러는 ㎛ 단위 이하로 이동되는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 상기 미러의 이동 변위가 + 방향(S44a) 또는 - 방향(S44b)으로 이동된 위치에 대한 제 2 픽셀 강도 어레이 정보값(PIA 2) 및 제 2 파장 어레이 정보값(WA 2)를 각각 획득하게 된다(S45a,S45b).
그리고, 상기 제 1 픽셀 강도 어레이 정보값과 상기 제 2 픽셀 강도 어레이 정보값을 계산하여 소정 픽셀 정보값을 획득하고, 상기 제 1 파장 어레이 정보값과 상기 제 2 파장 어레이 정보값을 계산하여 파장 정보값을 획득하게 된다(S46a,S46b).
보다 상세하게는, 상기 소정 픽셀 정보값(pixel(i))과 상기 파장 정보값(Wavelength(i))은 상기 미러의 이동 변위가 + 방향이면 제 1 픽셀 강도 어레이 정보값에서 상기 제 2 픽셀 강도 어레이 정보값을 감산하고, 상기 제 2 파장 어레이 정보값에서 상기 제 1 파장 어레이 정보값을 감산하게 된다. 이때, 각 계산된 차의 값은 0 이상의 값을 갖게 된다(S46a).
또한, 상기 미러의 이동 변위가 - 방향이면 제 2 픽셀 강도 어레이 정보값에서 상기 제 1 픽셀 강도 어레이 정보값을 감산하여 소정 픽셀 정보값(pixel(i))을 획득하고, 상기 제 1 파장 어레이 정보값에서 상기 제 2 파장 어레이 정보값을 감산하여 상기 파장 정보값(Wavelength(i))을 획득하게 된다(S46b). 이때, 각 계산된 차의 값은 0 이상의 값을 갖게 된다(S46a).
그리고, 상기 계산하는 과정에서 상기 미러를 + 또는 - 변위로 연속적으로 이동하여 제 1 픽셀 강도 어레이 정보값과 상기 제 2 픽셀 강도 어레이 정보값이 같아질 때까지 계산하고, 상기 제 2 파장 어레이 정보값과 상기 제 1 파장 어레이 정보값이 같아질 때까지 계산하게 된다(S47).
도 5는 본 발명의 미러의 이동에 따른 픽셀 대 광 강도를 관계를 나타내는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 도 2의 미러가 움직이는 방향에 따른 픽셀의 강도를 보여주고 있다. 여기서, 미러가 이동됨에 따라 픽셀에 입력되는 강도가 달라지게 되는 것을 알 수 있다. 즉, 미러의 이동에 따른 픽셀의 정보 및 각 픽셀에 대응하는 파장 정보를 정확하게 획득함으로써 단위 픽셀에 초점이 맞도록 광학계를 제어할 수 있게 되어 분광 성능을 향상시키게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명은 픽셀 대 파장 영역에 대한 정확한 정보를 획득함으로써 최종 출력 영상의 품질을 향상시킬 수 있는 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 시스템 및 그 방법을 질병을 진단하기 위한 의료 진단 시스템에 적용하여 이용이 가능하다.

Claims (12)

  1. 광원과;
    상기 광원에서 출사된 광을 기준광과 측정광으로 분할하여 각 광 진행 경로로 출력하는 광 커플러와;
    상기 광 커플러에서 출력된 기준광을 입력받아 반사 경로를 통하여 반사된 기준광을 다시 상기 광 커플러로 출력하는 레퍼런스부와;
    상기 광 커플러에서 출력된 측정광을 입력받아 피사체에 방사하여 반사된 측정광을 다시 상기 광 커플러로 출력하는 샘플부와;
    상기 광 커플러에서 기준광과 측정광의 합성된 광을 미러의 이동 위치에 따라 입사 및 반사하여 픽셀 정보 및 파장 정보를 검출하는 분광기와;
    상기 분광기에서 출력된 픽셀 정보 및 파장 정보를 처리하여 영상을 생성하는 영상처리부를 포함하되,
    상기 분광기는 상기 미러의 이동 변위 및 이동 방향을 설정하여 이동하고, 이동된 미러의 위치에서 상기 합성된 광의 입사 및 반사에 의해 픽셀 강도 어레이 및 파장 어레이를 획득하여 각 픽셀 정보 및 각 픽셀에 대응하는 파장 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분광기는,
    상기 합성한 빔을 입력받아 평행광으로 변환하는 콜리메이터와;
    상기 콜리메이터에서 변환된 평행광을 입력받아 각 파장 대역으로 분리하는 회절 격자부와;
    상기 회절 격자부에서 분리된 각 광을 집광하는 포커싱 렌즈와;
    상기 포커싱 렌즈를 투과한 각 광을 입력받아 전기적 신호로 변환하는 라인 스캔 카메라와;
    상기 포커싱 렌즈와 상기 라인 스캔 카메라 사이에 마련되며, 설정된 방향으로 이동하여 상기 라인 스캔 카메라의 픽셀에 입력되는 광을 이동되는 위치에 따라 반사시키는 미러와;
    상기 미러를 설정된 방향으로 이동시키는 미러 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 미러 구동부는 모터, 레일 등을 이용하여 이송되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 미러는 ㎛ 단위 이하로 이동되는 것을 특징으로 하는 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 레퍼런스부는
    상기 광 커플러에서 출력된 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터와;
    상기 콜리메이터에서 출력된 평행광을 집광하는 렌즈와;
    상기 렌즈에서 집광된 광을 반사시키는 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 샘플부는
    상기 광 커플러에서 출력된 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터와;
    상기 콜리메이터에서 출력된 평행광을 방사 방향으로 조절하여, 피사체의 X축 방향 스캔 및 Y축 방향으로 스캔하는 스캐너와;
    상기 스캐너에서 방사 방향이 조절된 광을 피사체에 집광하도록 하는 스캔 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 시스템.
  7. 광원으로부터 출사된 광을 기준광과 측정광으로 분할하여 각 광 진행 경로로 출력하는 단계와;
    상기 기준광을 입력받아 반사 경로를 통하여 반사된 기준광을 다시 입력받고, 상기 측정광을 입력받아 피사체에 방사하여 반사된 측정광을 다시 입력받아 결합하여 합성광을 출력하는 단계와;
    상기 합성광을 이동되는 미러의 위치에 따라 카메라 픽셀에 입사 또는 반사시키고, 상기 카메라 픽셀에 입사된 광을 검출하여 각 픽셀 정보 및 각 픽셀에 대응하는 파장 정보를 획득하는 단계와;
    상기 획득한 픽셀 정보 및 상기 파장 정보를 이용하여 각 단위 픽셀에 초점이 맞도록 광학계를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 각 픽셀 정보 및 각 픽셀에 대응하는 파장 정보를 획득하는 단계는
    상기 미러의 이동 변위 및 이동 방향을 설정하는 단계와;
    상기 미러의 현 위치에 대한 제 1 픽셀 강도 어레이 정보 및 제 1 파장 어레이 정보를 획득하는 단계와;
    상기 이동 방향이 설정된 미러를 이동하는 단계와;
    상기 미러가 이동된 후 위치에 대한 제 2 픽셀 강도 어레이 정보 및 제 2 파장 어레이 정보를 획득하는 단계와;
    상기 제 1 픽셀 강도 어레이 정보값과 상기 제 2 픽셀 강도 어레이 정보값을 계산하여 소정 픽셀 정보값을 획득하고, 상기 제 1 파장 어레이 정보값과 상기 제 2 파장 어레이 정보값을 계산하여 파장 정보값을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 소정 픽셀 정보값과 상기 파장 정보값은 획득하는 단계에서
    상기 미러의 이동 변위가 + 방향이면 제 1 픽셀 강도 어레이 정보값에서 상기 제 2 픽셀 강도 어레이 정보값을 감산하고, 상기 제 2 파장 어레이 정보값에서 상기 제 1 파장 어레이 정보값을 감산하는 것을 특징으로 하는 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 소정 픽셀 정보값과 상기 파장 정보값은 획득하는 단계에서
    상기 미러의 이동 변위가 - 방향이면 제 2 픽셀 강도 어레이 정보값에서 상기 제 1 픽셀 강도 어레이 정보값을 감산하고, 상기 제 1 파장 어레이 정보값에서 상기 제 2 파장 어레이 정보값을 감산하는 것을 특징으로 하는 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 방법.
  11. 제 9항 또는 10항에 있어서,
    상기 계산하는 과정에서
    상기 미러를 + 또는 - 변위로 연속적으로 이동하여 제 1 픽셀 강도 어레이 정보값과 상기 제 2 픽셀 강도 어레이 정보값이 같아질 때까지 계산하고, 상기 제 2 파장 어레이 정보값과 상기 제 1 파장 어레이 정보값이 같아질 때까지 계산하는 것을 특징으로 하는 고해상도 분광기를 구비한 강 단층촬영 방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 미러를 이동하는 단계에서
    상기 미러는 ㎛ 단위 이하로 이동되는 것을 특징으로 하는 고해상도 분광기를 구비한 광 단층촬영 방법.
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