WO2012138066A2 - 멀티모달 광 단층촬영 시스템 및 그 방법 - Google Patents

멀티모달 광 단층촬영 시스템 및 그 방법 Download PDF

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WO2012138066A2
WO2012138066A2 PCT/KR2012/002011 KR2012002011W WO2012138066A2 WO 2012138066 A2 WO2012138066 A2 WO 2012138066A2 KR 2012002011 W KR2012002011 W KR 2012002011W WO 2012138066 A2 WO2012138066 A2 WO 2012138066A2
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김기완
조남현
정운상
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이큐메드㈜
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a multi-modal optical tomography system and a method thereof.
  • two tomography systems each having a different wavelength band are constituted by one tomography system to irradiate light of different wavelength bands simultaneously on one sample.
  • the present invention relates to a multi-modal optical tomography system and a method thereof, which can identify changes in depth according to a depth of a sample or a state of a tissue in more detail.
  • OCT optical coherence tomography
  • An optical coherence tomography apparatus is a device that obtains a tomographic image of a living body by irradiating low coherence light of near infrared rays onto a multiscattering material such as a living tissue and detecting fine 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.
  • these systems have a lot of difficulties in diagnosing diseases of blood vessels and tissues at the same time, so that they have to be diagnosed using different systems.
  • two tomography systems each having a different wavelength band are configured as one tomography system to irradiate light of different wavelength bands on one sample at the same time, or It is to provide a multi-modal optical tomography system and method for identifying changes in accordance with the state of the tissue in more detail.
  • a multi-modal optical tomography system includes: a light source unit for emitting first and second light having different wavelength bands; A first optical switch unit configured to switch and output a wavelength band corresponding to the wavelength band of the first light or the second light emitted from the light source unit; An optical coupler for dividing the first light or the second light output from the first optical switch unit and outputting the first light or the second light to each optical path; A reference unit for outputting the first reference beam or the second reference beam generated by receiving and reflecting the first or second light split and output from the optical coupler to the optical coupler; A sample unit configured to receive the first or second light split and output from the optical coupler and to output the first or second measurement beam, which is generated by reflecting from the subject, to the optical coupler; A second optical switch unit which receives the first reference beam or the second reference beam reflected from the reference unit and the first measurement beam or the second measurement beam reflected from the sample unit, and switches them to correspond to an optical wavelength band and outputs the first and second measurement beams; ; And detecting means for detecting
  • the light source unit is characterized in that it outputs a light source having a wavelength of 1050 nm of the first light and a light source having a wavelength of 840 nm of the second light.
  • the reference unit reflects a first collimator for converting light output from the optical coupler into parallel light, a first lens for condensing parallel light output from the first collimator, and light condensed from the first lens. Its feature is that it includes a mirror to be made.
  • the sample unit adjusts the second collimator for converting the light output from the optical coupler into parallel light and the parallel light output from the second collimator in the radial direction, so as to scan in the X-axis direction and Y-axis direction of the subject. It is characterized in that it comprises a scanner for scanning, and a scanning lens for condensing the light of the radiation direction in the scanner to the subject.
  • the detection means may include a first detector configured to receive a first composite beam output from the second optical switch unit, convert the signal into an electrical signal, and convert the signal detected by the first detector into a digital signal to convert a data value.
  • a first control unit for processing a signal a spectroscope for separating the second light output from the second optical switch unit into respective wavelength bands, converting and detecting an electrical signal, and converting the signal detected by the spectroscope into a digital signal Its feature is that it includes a second control unit for processing data values.
  • the spectrometer includes a third collimator for converting the second composite beam output from the second optical switch unit into parallel light, and a diffraction grating unit for receiving the parallel light converted by the third collimator and separating the wavelength into each wavelength band. And a focusing lens for condensing each light source separated by the diffraction grating unit, and a line scan camera for receiving each light source passing through the focusing lens and converting the light source into an electrical signal.
  • the first light switch unit is switched to the first light and output
  • the second light switch unit is switched to the first composite beam and output
  • the light source output from the light source unit This second light is characterized in that the first optical switch unit is switched to the second light and output, and the second optical switch unit is switched to the second composite beam and output.
  • the multi-modal optical tomography method comprises the steps of outputting the first light and the second light having a different wavelength band, and selectively switching to correspond to the wavelength band of the output first or second light output And dividing the first light or the second light output by switching, and outputting the first light or the second light to each light propagation path, and outputting the first light or the second light output through the reflection path through a reflection path.
  • the characteristic is that the light source in the 1050 nm wavelength band of the first light and the light source in the 840 nm wavelength band of the second light are output.
  • the first light when the first light is switched and output, the light is switched to the first composite beam, and when the second light is switched and output, the second light is switched and output.
  • converting the divided first light or the second light into parallel light and condensing and reflecting the parallel light may be included. There is this.
  • the divided first light or the second light is converted into parallel light, the parallel light is focused on the subject, and the reflected light is input to receive the subject. Its feature is that it includes a step of scanning.
  • the method includes receiving the first composite beam and converting it into an electrical signal, and converting the converted electrical signal into a digital signal to process data values. It has its features.
  • the method may include: converting the second composite beam into parallel light by detecting the second composite beam; Receiving the converted parallel light and separating the wavelength into each wavelength band; Condensing each light source separated into each wavelength band and converting the light sources into electrical signals; And a step of processing the data value by converting the converted electrical signal into a digital signal.
  • the multi-modal optical tomography system and method thereof according to the present invention comprise two tomography systems each having a different wavelength band as one tomography system, and irradiate light of different wavelength bands to one sample at the same time. Or, you can check the change according to the state of the organization in more detail.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of a multi-modal optical tomography system of the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically showing the configuration of a reference portion of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a sample portion of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of the detecting means of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart of a multimodal optical tomography method according to the present invention.
  • the multi-modal optical tomography system 100 includes a light source unit 110, a first optical switch unit 120, an optical coupler 130, a reference unit 140, and a sample unit 150. And a second optical switch unit 160 and detection means 170.
  • the light source unit 110 emits first and second light having different wavelength bands.
  • the first light may be, for example, a light source having a wavelength band of 1050 nm
  • the second light may be a light source having a wavelength band of 840 nm.
  • the first optical switch unit 120 switches to correspond to the wavelength bands of the first light and the second light emitted from the light source 110. That is, when the light source emitted from the light source unit 110 is the first light (for example, the 1050 nm wavelength band), the light source of the 1050 nm wavelength band corresponding thereto is switched to be output, and the light source emitted from the light source unit is the second light. (For example, a 840 nm wavelength band), the light source of the 840 nm wavelength band corresponding thereto is switched.
  • the first light for example, the 1050 nm wavelength band
  • the light source of the 1050 nm wavelength band corresponding thereto is switched to be output
  • the light source emitted from the light source unit is the second light.
  • the light source of the 840 nm wavelength band corresponding thereto is switched.
  • the optical coupler 130 splits the first or second light output from the first optical switch unit 120 and outputs the first or second light through each optical path through the optical fiber. More specifically, when the first light is output from the first optical switch unit 120, the first light is divided into two optical signals and output to each traveling path, the second light is output, and the second light is outputted. It is divided into two optical signals and outputted to each traveling path.
  • the reference unit 140 receives and reflects the first or second light output by being split from the optical coupler 130 to output a first reference beam or a second reference beam. do.
  • the reference unit 140 converts the light output from the optical coupler 130 from the first collimator 201 into parallel light, and collects the parallel light from the first lens 202 to reflect the mirror ( Reflected by 203, the reference beam is output. At this time, the reference beam reflected from the mirror 203 is incident on the optical coupler 130 again.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a sample unit of the present invention.
  • the sample unit 150 receives a first light or a second light split and output from the optical coupler 130 and reflects it from a subject to generate a first measurement beam or a second measurement beam. Will print.
  • the sample unit 150 converts the light output from the optical coupler 130 from the second collimator 301 into parallel light and condenses the light through the scanner 302 and the scanning lens 303.
  • the reflected light backscattered by the scatterer of the subject 304 is incident to the optical coupler 130 via the scan lens 303, the scanner 302, and the second collimator 301.
  • the scanner 302 adjusts the radiation direction of the optical signal in the X-axis direction and the Y-axis direction to perform the X-axis direction (horizontal direction) scan and the Y-axis direction (vertical direction) scan of the subject 304. do.
  • the reference beam and the measurement beam incident on the optical coupler 130 from the reference unit 140 and the sample unit 150 are combined by the optical coupler 130 and output through another path. That is, the combination of the first reference beam and the first measurement beam outputs the first composite beam and the combination of the second reference beam and the second measurement beam as the second synthesis beam.
  • the second optical switch unit 160 receives the first composite beam or the second composite beam output from the optical coupler 130 and switches them to correspond to the optical wavelength band.
  • the second optical switch unit 160 switches to output the first composite beam or the second composite beam through different paths, respectively.
  • the detection means 170 detects the first composite beam or the second composite beam output from the second optical switch unit 160.
  • the detection means 170 includes a first detector 410, a first controller 420, a spectrometer 430, and a second controller 440.
  • the first detector 410 receives the first composite beam output from the second optical switch unit 160, converts it into an electrical signal, and detects the converted signal.
  • the first controller 420 converts the electrical signal detected by the first detector 410 into a digital signal to process data values to form a tomography image. In other words, a tomography image using the first light is acquired.
  • the spectrometer 430 separates the second composite beam output from the second optical switch unit 160 into each wavelength band, converts it into an electrical signal, and detects it.
  • the spectrometer 430 converts the second composite beam output from the second optical switch unit 160 into parallel light in the third collimator 431, and the third collimator in the diffraction grating unit 432.
  • the parallel light converted at 431 is input and separated into each wavelength band.
  • the focusing lens 433 collects the light sources separated by the diffraction grating unit 432 and receives the light sources from the line scan camera 434 to convert them into electrical signals.
  • the line scan camera 434 converts the light intensity into voltage at each position (wavelength) using a line sensor that is an array of photoelectric conversion elements. Using these signals, a tomographic image of the subject is constructed.
  • the second controller 440 converts the electrical signal detected by the spectroscope 430 into a digital signal to process data values to form a tomography image. In other words, a tomography image using the second light is acquired.
  • FIG. 5 is a flowchart of a multimodal optical tomography method according to the present invention.
  • a first light and a second light having different wavelength bands are output (S501).
  • the first light may be, for example, a light source having a wavelength band of 1050 nm
  • the second light may be a light source having a wavelength band of 840 nm.
  • the switching and outputting are performed so as to correspond to the wavelength band of the output first or second light. That is, when the first light is output, the light is switched to match the wavelength band of the first light, and when the second light is output, the light is switched to match the wavelength band of the second light.
  • the switching of the first light or the second light output by the switching is performed and output to each light path (S503).
  • the first light is split and output to proceed to the reflection path and the subject reflection path
  • the second light is split and output to proceed to the reflection path and the subject reflection path.
  • the outputting of the first reference beam or the second reference beam converts the divided first light or the second light into parallel light, condenses the parallel light, and returns the beam reflected through the mirror again. Will print.
  • the outputting of the first measurement beam or the second measurement beam may include converting the divided first light or the second light into parallel light, and converting the parallel light into optical signals in the X-axis direction and the Y-axis direction. If the radiation direction is adjusted to the subject, the reflected beam backscattered by the scatterer of the subject is output again.
  • a step of synthesizing the output first reference beam and the first measurement beam and synthesizing a first synthesis beam or a second reference beam and the second reference beam to output a second synthesis beam is performed (S505).
  • the first reference beam and the first measurement beam that are reflected and output are incident again on a path where the first light is divided and output.
  • the second reference beam and the second measurement beam are incident again to the path where the second light is divided and output.
  • the incident first reference beam and the first measurement beam are combined to combine the first and second reference beams, and the second reference beam and the second measurement beam to generate a second composite beam to output through another light propagation path. do.
  • the step of receiving the first composite beam or the second composite beam and selectively switching and outputting the same to correspond to the optical wavelength band is performed (S506). That is, the switching is automatically controlled to correspond to the optical wavelength band of the first composite beam or the switching is automatically controlled to correspond to the optical wavelength band of the second composite beam.
  • the first composite beam is incident to the path for detecting the first composite beam to be detected.
  • the first composite beam is received, it is converted into an electrical signal, and the converted signal is converted into a digital signal to process data values to form a tomography image.
  • a tomography image using the first light is acquired.
  • the second composite beam is incident to the path for detecting the second composite beam to be detected.
  • the second composite beam is input, it is converted into parallel light, and the converted parallel light is received and separated into each wavelength band.
  • the light sources separated by the respective wavelength bands are collected and converted into electrical signals, and the converted electrical signals are converted into digital signals to process data values to form tomographic images. In other words, a tomography image using the second light is acquired.
  • one tomography image may be obtained by selectively using the first light or the second light as needed.
  • the present invention can be applied to a tomography system for simultaneously diagnosing disease of blood vessels and tissues by acquiring tomography images of different wavelength bands using the first light and the second light simultaneously.

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Abstract

본 발명에 따른 멀티모달 광 단층촬영 시스템은, 광원부와; 제 1 광 스위치부와; 광 커플러와; 레퍼런스부와; 샘플부와; 제 2 광 스위치부 및 검출 수단을 포함하고, 상기 광 커플러는 상기 제 1 기준빔과 상기 제 1 측정빔을 결합하여 제 1 합성빔을 상기 제 2 광 스위치부로 출력하고, 상기 제 2 기준빔과 상기 제 2 측정빔을 결합하여 제 2 합성빔을 상기 제 2 광 스위치부로 출력하는 점에 그 특징이 있다.

Description

멀티모달 광 단층촬영 시스템 및 그 방법
본 발명은 멀티모달 광 단층촬영 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 각각 다른 파장 대역을 갖는 두 개의 단층촬영 시스템들을 하나의 단층촬영 시스템으로 구성하여 하나의 샘플에 대해 동시에 다른 파장 대의 광을 조사함으로써 샘플의 깊이별 또는 조직의 상태에 따른 변화를 더욱 자세하게 확인할 수 있는 멀티모달 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 Tomograpy)의 개발이 진행되고 있다.
광간섭성 단층 촬영장치는 근적외선의 저 코히어런스(low coherence) 광을 생체조직과 같은 다중 산란 물질에 조사하고, 물질로부터 반사된 미세한 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. 하지만 이러한 시스템들은 혈관과 조직의 질병을 동시에 진단하기에 많은 어려움이 있어 각각 다른 시스템을 이용하여 진단을 하여야 하는 불편함이 있었다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 각각 다른 파장 대역을 갖는 두 개의 단층촬영 시스템들을 하나의 단층촬영 시스템으로 구성하여 하나의 샘플에 대해 동시에 다른 파장 대의 광을 조사함으로써 샘플의 깊이별 또는 조직의 상태에 따른 변화를 보다 자세하게 확인할 수 있는 멀티모달 광 단층촬영 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 특징에 따른
멀티모달 광 단층촬영 시스템은, 파장 대역이 다른 제 1 광 및 제 2 광을 출사하는 광원부와; 기 광원부에서 출사된 제 1 광 또는 제 2 광의 파장 대역에 대응하도록 스위칭하여 출력하는 제 1 광 스위치부와; 상기 제 1 광 스위치부에서 출력된 제 1 광 또는 제 2 광을 분할하여 각 광 진행 경로로 출력하는 광 커플러와; 상기 광 커플러에서 분할되어 출력된 제 1 광 또는 제 2 광을 입력받아 반사하여 생성된 제 1 기준빔 또는 제 2 기준빔을 다시 상기 광 커플러로 출력하는 레퍼런스부와; 상기 광 커플러에서 분할되어 출력된 제 1 광 또는 제 2 광을 입력받아 피사체로부터 반사하여 생성된 제 1 측정빔 또는 제 2 측정빔을 다시 상기 광 커플러로 출력하는 샘플부와; 상기 레퍼런스부에서 반사된 제 1 기준빔 또는 제 2 기준빔과 상기 샘플부에서 반사된 제 1 측정빔 또는 제 2 측정빔을 입력받아 광 파장 대역에 대응하도록 스위칭하여 출력하는 제 2 광 스위치부와; 상기 제 2 광 스위치부에서 출력된 제 1 기준빔과 제 1 측정빔 또는 제 2 기준빔과 제 2 측정빔을 검출하는 검출 수단을 포함하되, 상기 광 커플러는 상기 제 1 기준빔과 상기 제 1 측정빔을 결합하여 제 1 합성빔을 상기 제 2 광 스위치부로 출력하고, 상기 제 2 기준빔과 상기 제 2 측정빔을 결합하여 제 2 합성빔을 상기 제 2 광 스위치부로 출력하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 광원부는 제 1 광의 1050㎚ 파장 대역의 광원과 제 2 광의 840㎚ 파장 대역의 광원을 출력하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 레퍼런스부는 상기 광 커플러에서 출력된 광을 평행광으로 변환하는 제 1 콜리메이터와, 상기 제 1 콜리메이터에서 출력된 평행광을 집광하는 제 1 렌즈와, 상기 제 1 렌즈에서 집광된 광을 반사시키는 미러를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 샘플부는 상기 광 커플러에서 출력된 광을 평행광으로 변환하는 제 2 콜리메이터와, 상기 제 2 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, 상기 검출 수단은 상기 제 2 광 스위치부에서 출력되는 제 1 합성빔을 입력받아 전기적 신호로 변환하여 검출하는 제 1 검출부와, 상기 제 1 검출부에서 검출된 신호를 디지털 신호로 변환하여 데이터 값을 처리하는 제 1 제어부와, 상기 제 2 광 스위치부에서 출력되는 제 2 광을 각 파장 대역으로 분리하고, 전기적 신호로 변환하여 검출하는 분광기와, 상기 분광기에서 검출된 신호를 디지털 신호로 변환하여 데이터 값을 처리하는 제 2 제어부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 분광기는 상기 제 2 광 스위치부에서 출력된 제 2 합성빔을 평행광으로 변환하는 제 3 콜리메이터와, 상기 제 3 콜리메이터에서 변환된 평행광을 입력받아 각 파장 대역으로 분리하는 회절 격자부와, 상기 회절 격자부에서 분리된 각 광원을 집광하는 포커싱 렌즈와, 상기 포커싱 렌즈를 투과한 각 광원을 입력받아 전기적 신호로 변환하는 라인 스캔 카메라를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 광원부에서 출력되는 광원이 제 1 광이면 상기 제 1 광 스위치부는 제 1 광으로 스위칭되어 출력되고, 상기 제 2 광 스위치부는 제 1 합성빔으로 스위칭되어 출력되고, 상기 광원부에서 출력되는 광원이 제 2 광이면 상기 제 1 광 스위치부는 제 2 광으로 스위칭되어 출력되고, 상기 제 2 광 스위치부는 제 2 합성빔으로 스위칭되어 출력되는 점에 그 특징이 있다.
또한, 본 발명에 따른 멀티모달 광 단층촬영 방법은 파장 대역이 다른 제 1 광 및 제 2 광을 출력하는 단계와, 상기 출력된 제 1 광 또는 제 2 광의 파장 대역에 대응하도록 선택적으로 스위칭하여 출력하는 단계와, 상기 스위칭하여 출력된 제 1 광 또는 제 2 광을 분할하여 각 광 진행 경로로 출력하는 단계와, 상기 분할하여 출력된 제 1 광 또는 제 2 광을 반사 경로를 통하여 제 1 기준빔 또는 제 2 기준빔을 출력하는 단계와, 상기 분할하여 출력된 제 1 광 또는 제 2 광을 피사체 반사 경로를 통하여 제 1 측정빔 또는 제 2 측정빔을 출력하는 단계와, 상기 출력된 제 1 기준빔과 상기 제 1 측정빔을 합성하여 제 1 합성빔 또는 제 2 기준빔과 상기 제 2 기준빔을 합성하여 제 2 합성빔을 출력하는 단계와, 상기 제 1 합성빔 또는 제 2 합성빔을 입력받아 광 파장 대역에 대응하도록 선택적으로 스위칭하여 출력하는 단계와, 상기 스위칭하여 출력된 제 1 합성빔 또는 제 2 합성빔을 검출하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 제 1 광의 1050㎚ 파장 대역의 광원과 제 2 광의 840㎚ 파장 대역의 광원을 출력하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 제 1 광이 스위칭되어 출력되면 상기 제 1 합성빔으로 스위칭되어 출력되고, 상기 제 2 광이 스위칭되어 출력되면 상기 제 2 합성빔으로 스위칭되어 출력되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 제 1 기준빔 또는 상기 제 2 기준빔을 출력하는 단계에서 상기 분할된 제 1 광 또는 제 2 광을 평행광으로 변환하고, 평행광을 집광하여 반사시키는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 제 1 측정빔 또는 상기 제 2 측정빔을 출력하는 단계에서 상기 분할된 제 1 광 또는 제 2 광을 평행광으로 변환하고, 평행광을 피사체에 집광하여 반사된 광을 입력받아 피사체를 스캔하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 제 1 합성빔을 검출하는 단계에서 상기 제 1 합성빔을 입력받아 전기적 신호로 변환하는 단계와, 상기 변환된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하여 데이터 값을 처리하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 제 2 합성빔을 검출하는 단계에서 상기 제 2 합성빔을 입력받아 평행광으로 변환하는 단계와; 상기 변환된 평행광을 입력받아 각 파장 대역으로 분리하는 단계와; 상기 각 파장 대역으로 분리된 각 광원을 집광하여 전기적 신호로 변환하는 단계와; 상기 변환된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하여 데이터 값을 처리하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명의 멀티모달 광 단층촬영 시스템 및 그 방법은 각각 다른 파장 대역을 갖는 두 개의 단층촬영 시스템들을 하나의 단층촬영 시스템으로 구성하여 하나의 샘플에 대해 동시에 다른 파장 대의 광을 조사함으로써 샘플의 깊이별 또는 조직의 상태에 따른 변화를 보다 자세하게 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 멀티모달 광 단층촬영 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 레퍼런스부의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 샘플부의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 검출 수단의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 멀티모달 광 단층촬영 방법에 대한 흐름도.
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 멀티모달 광 단층촬영 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 멀티모달 광 단층촬영 시스템(100)은, 광원부(110), 제 1 광 스위치부(120), 광 커플러(130), 레퍼런스부(140), 샘플부(150), 제 2 광 스위치부(160), 검출 수단(170)을 포함하여 구성된다.
상기 광원부(110)는 파장 대역이 다른 제 1 광 및 제 2 광을 출사한다. 여기서, 제 1 광은 일 예로 1050㎚ 파장 대역을 갖는 광원, 제 2 광은 840㎚ 파장 대역의 광원일 수 있다.
상기 제 1 광 스위치부(120)는 상기 광원부(110)에서 출사된 제 1 광 및 제 2 광의 파장 대역에 대응하도록 스위칭하여 출력한다. 즉, 상기 광원부(110)에서 출사된 광원이 제 1 광(예를 들어 1050㎚ 파장 대역)이라면 그에 대응하는 1050㎚ 파장 대역의 광원이 출력되도록 스위칭되고, 상기 광원부에서 출사된 광원이 제 2 광(예를 들어840㎚ 파장 대역)이라면 그에 대응하는 840㎚ 파장 대역의 광원이 출력되도록 스위칭된다.
상기 광 커플러(130)는 상기 제 1 광 스위치부(120)에서 출력된 제 1 광 또는 제 2 광을 분할하여 광섬유를 통해 각 광 진행 경로로 출력한다. 더 구체적으로 상기 제 1 광 스위치부(120)에서 제 1 광이 출력되면, 제 1 광을 두 개의 광 신호로 나누어 각 진행 경로로 출력하게 되고, 제 2 광이 출력되며, 제 2 광을 두 개의 광 신호로 나누어 각 진행 경로로 출력하게 된다.
도 2는 본 발명의 레퍼런스부의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 레퍼런스부(140)는 상기 광 커플러(130)에서 분할되어 출력된 제 1 광 또는 제 2 광을 입력받아 반사하여 제 1 기준빔 또는 제 2 기준빔을 출력하게 된다.
보다 상세하게는, 상기 레퍼런스부(140)는 제 1 콜리메이터(201)에서 상기 광 커플러(130)에서 출력된 광을 평행광으로 변환하고, 제 1 렌즈(202)에서 평행광을 집광하여 미러(203)에서 반사시켜 기준빔을 출력하게 된다. 이때, 미러(203)에서 반사된 기준빔은 다시 상기 광 커플러(130)에 입사하게 된다.
도 3은 본 발명의 샘플부의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 샘플부(150)는 상기 광 커플러(130)에서 분할되어 출력된 제 1 광 또는 제 2 광을 입력받아 피사체로부터 반사하여 제 1 측정빔 또는 제 2 측정빔을 출력하게 된다.
더 구체적으로는, 상기 샘플부(150)는 제 2 콜리메이터(301)에서 상기 광 커플러(130)에서 출력된 광을 평행광으로 변환하여 스캐너(302) 및 스캔 렌즈(303)를 통해 집광된 빔을 피사체(304)에 방사하게 된다. 그리고, 상기 피사체(304)의 산란체에 의해 후방산란된 반사광은 다시 스캔 렌즈(303), 스캐너(302) 및 제 2 콜리메이터(301)를 거쳐 상기 광 커플러(130)로 입사하게 된다. 여기서, 상기 스캐너(302)는 X축방향 및 Y축 방향에 대한 광 신호의 방사 방향을 조절하여, 피사체(304)의 X축 방향(가로 방향) 스캔 및 Y축 방향(세로 방향) 스캔을 수행한다.
상기 레퍼런스부(140)와 상기 샘플부(150)로부터 광 커플러(130)에 입사된 기준빔과 측정빔은 상기 광 커플러(130)에서 결합되어 다른 경로로 출력된다. 즉, 제 1 기준빔과 제 1 측정빔의 결합은 제 1 합성빔, 제 2 기준빔과 제 2 측정빔의 결합은 제 2 합성빔으로 출력하게 된다.
상기 제 2 광 스위치부(160)는 상기 광 커플러(130)에서 출력된 제 1 합성빔 또는 제 2 합성빔을 입력받아 광 파장 대역에 대응하도록 스위칭하여 출력한다.
즉, 제 2 광 스위치부(160)는 상기 제 1 합성빔 또는 제 2 합성빔은 각각 다른 경로를 통해 출력하도록 스위칭한다.
상기 검출 수단(170)은 상기 제 2 광 스위치부(160)에서 출력된 제 1 합성빔 또는 제 2 합성빔을 검출한다.
도 4는 본 발명의 검출 수단의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 검출 수단(170)은 제 1 검출부(410), 제 1 제어부(420), 분광기(430) 및 제 2 제어부(440)를 포함한다.
상기 제 1 검출부(410)는 상기 제 2 광 스위치부(160)에서 출력되는 제 1 합성빔을 입력받아 전기적 신호로 변환하여 검출한다.
상기 제 1 제어부(420)는 상기 제 1 검출부(410)에서 검출된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하여 데이터 값을 처리하여 단층촬영 화상을 형성한다. 다시 말해, 제 1 광을 사용한 단층촬영 화상을 취득하게 된다.
상기 분광기(430)는 상기 제 2 광 스위치부(160)에서 출력되는 제 2 합성빔을 각 파장 대역으로 분리하고, 전기적 신호로 변환하여 검출한다.
구체적으로, 상기 분광기(430)는 제 3 콜리메이터(431)에서 상기 제 2 광 스위치부(160)에서 출력된 제 2 합성빔을 평행광으로 변환하고, 회절 격자부(432)에서 상기 제 3 콜리메이터(431)에서 변환된 평행광을 입력받아 각 파장 대역으로 분리한다. 그리고, 포커싱 렌즈(433)에서 상기 회절 격자부(432)에서 분리된 각 광원을 집광하고 라인 스캔 카메라(434)에서 각 광원을 입력받아 전기적 신호로 변환하게 된다.
라인 스캔 카메라(434)는 광전변환소자 어레이인 라인 센서를 사용하여 각 위치(파장)마다 광강도를 전압으로 변환한다. 그 신호들을 사용하여, 피사체의 단층촬영 화상이 구성된다.
상기 제 2 제어부(440)는 상기 분광기(430)에서 검출된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하여 데이터 값을 처리하여 단층촬영 화상을 형성한다. 다시 말해, 제 2 광을 사용한 단층촬영 화상을 취득하게 된다.
또한, 도 5는 본 발명에 따른 멀티모달 광 단층촬영 방법에 대한 흐름도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 멀티모달 광 단층촬영 방법은, 먼저 파장 대역이 다른 제 1 광 및 제 2 광을 출력하는 단계가 수행된다(S501). 여기서, 제 1 광은 일 예로 1050㎚ 파장 대역을 갖는 광원, 제 2 광은 840㎚ 파장 대역의 광원일 수 있다.
그리고, 상기 출력된 제 1 광 또는 제 2 광의 파장 대역에 대응하도록 선택적으로 스위칭하여 출력하는 단계가 수행된다(S502). 즉, 상기 제 1 광이 출력되면 제 1 광의 파장 대역에 맞도록 스위칭하여 출력되고, 상기 제 2 광이 출력되면 제 2 광의 파장 대역에 맞도록 스위칭하여 출력된다.
이어, 상기 스위칭하여 출력된 제 1 광 또는 제 2 광을 분할하여 각 광 진행 경로로 출력하는 단계가 수행된다(S503). 다시 말해, 제 1 광을 분할하여 반사 경로와 피사체 반사 경로로 진행하도록 출력하거나 제 2 광을 분할하여 반사 경로와 피사체 반사 경로로 진행하도록 출력한다.
그 다음으로, 상기 분할하여 출력된 제 1 광 또는 제 2 광을 반사 경로를 통하여 반사된 제 1 기준빔 또는 제 2 기준빔을 출력하는 단계(S504a)와 상기 분할하여 출력된 제 1 광 또는 제 2 광을 피사체 반사 경로를 통하여 반사된 제 1 측정빔 또는 제 2 측정빔을 출력하는 단계(S504b)가 수행된다.
보다 구체적으로, 상기 제 1 기준빔 또는 상기 제 2 기준빔을 출력하는 단계는 상기 분할된 제 1 광 또는 제 2 광을 평행광으로 변환하고, 평행광을 집광하여 미러를 통해 반사된 빔을 다시 출력하게 된다.
그리고, 상기 제 1 측정빔 또는 상기 제 2 측정빔을 출력하는 단계는 상기 분할된 제 1 광 또는 제 2 광을 평행광으로 변환하고, 평행광을 X축방향 및 Y축 방향에 대한 광 신호의 방사 방향을 조절하여 피사체에 방사하면 피사체의 산란체에 의해 후방산란된 반사된 빔을 다시 출력하게 된다.
이어서, 상기 출력된 제 1 기준빔과 상기 제 1 측정빔을 합성하여 제 1 합성빔 또는 제 2 기준빔과 상기 제 2 기준빔을 합성하여 제 2 합성빔을 출력하는 단계가 수행된다(S505). 더 구체적으로, 상기 반사되어 출력되는 제 1 기준빔과 제 1 측정빔은 상기 제 1 광이 분할되어 출력되는 경로로 다시 입사하게 된다. 또한, 제 2 기준빔과 제 2 측정빔은 제 2 광이 분할되어 출력되는 경로로 다시 입사하게 된다. 이와 같이, 상기 입사된 제 1 기준빔과 제 1 측정빔은 결합하여 제 1 합성빔, 제 2 기준빔과 제 2 측정빔은 결합하여 제 2 합성빔으로 생성하여 다른 광 진행 경로를 통해 출력하게 된다.
그 다음, 상기 제 1 합성빔 또는 제 2 합성빔을 입력받아 광 파장 대역에 대응하도록 선택적으로 스위칭하여 출력하는 단계가 수행된다(S506). 즉, 제 1 합성빔의 광 파장 대역에 대응하도록 스위칭하거나 제 2 합성빔의 광 파장 대역에 대응하도록 스위칭을 자동으로 제어하여 출력하게 된다.
이어, 상기 스위칭하여 출력된 제 1 합성빔 또는 제 2 합성빔을 검출하는 단계가 수행된다(S507).
보다 구체적으로, 상기 제 1 합성빔은 제 1 합성빔을 검출하는 경로로 입사되어 검출하게 된다. 제 1 합성빔을 입력받으면 이를 전기적 신호로 변환하고, 상기 변환된 신호를 디지털 신호로 변환하여 데이터 값을 처리하여 단층촬영 화상을 형성한다. 다시 말해, 상기 제 1 광을 사용한 단층촬영 화상을 취득하게 된다.
또한, 상기 제 2 합성빔은 제 2 합성빔을 검출하는 경로로 입사되어 검출하게 된다. 제 2 합성빔을 입력받으면 이를 평행광으로 변환하고, 상기 변환된 평행광을 입력받아 각 파장 대역으로 분리하게 된다. 그리고, 상기 각 파장 대역으로 분리된 각 광원을 집광하여 전기적 신호로 변환하고, 상기 변환된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하여 데이터 값을 처리하여 단층촬영 화상을 형성한다. 다시 말해, 제 2 광을 사용한 단층촬영 화상을 취득하게 된다.
상기 언급된 바와 같이, 제 1 광 및 제 2 광을 동시에 사용하여 각기 다른 파장 대역의 단층 촬영 영상을 획득함으로써 보다 정확한 정보를 알 수 있게 된다. 또한, 필요에 따라 제 1 광 또는 제 2 광을 선택적으로 사용하여 하나의 단층 촬영 영상을 획득할 수도 있다.
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 제 1 광 및 제 2 광을 동시에 사용하여 각기 다른 파장 대역의 단층 촬영 영상을 획득함으로써 혈관과 조직의 질병을 동시에 진단하기 위한 단층촬영 시스템에 적용하여 이용이 가능하다.

Claims (14)

  1. 파장 대역이 다른 제 1 광 및 제 2 광을 출사하는 광원부와;
    상기 광원부에서 출사된 제 1 광 또는 제 2 광의 파장 대역에 대응하도록 스위칭하여 출력하는 제 1 광 스위치부와;
    상기 제 1 광 스위치부에서 출력된 제 1 광 또는 제 2 광을 분할하여 각 광 진행 경로로 출력하는 광 커플러와;
    상기 광 커플러에서 분할되어 출력된 제 1 광 또는 제 2 광을 입력받아 반사하여 생성된 제 1 기준빔 또는 제 2 기준빔을 다시 상기 광 커플러로 출력하는 레퍼런스부와;
    상기 광 커플러에서 분할되어 출력된 제 1 광 또는 제 2 광을 입력받아 피사체로부터 반사하여 생성된 제 1 측정빔 또는 제 2 측정빔을 다시 상기 광 커플러로 출력하는 샘플부와;
    상기 레퍼런스부에서 반사된 제 1 기준빔 또는 제 2 기준빔과 상기 샘플부에서 반사된 제 1 측정빔 또는 제 2 측정빔을 입력받아 광 파장 대역에 대응하도록 스위칭하여 출력하는 제 2 광 스위치부와;
    상기 제 2 광 스위치부에서 출력된 제 1 기준빔과 제 1 측정빔 또는 제 2 기준빔과 제 2 측정빔을 검출하는 검출 수단을 포함하되,
    상기 광 커플러는 상기 제 1 기준빔과 상기 제 1 측정빔을 결합하여 제 1 합성빔을 상기 제 2 광 스위치부로 출력하고, 상기 제 2 기준빔과 상기 제 2 측정빔을 결합하여 제 2 합성빔을 상기 제 2 광 스위치부로 출력하는 것을 특징으로 하는 멀티모달 광 단층촬영 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원부는 제 1 광은 1050㎚ 파장 대역을 출력하고 제 2 광은 840㎚ 파장 대역을 출력하는 것을 특징으로 하는 멀티모달 광 단층촬영 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 레퍼런스부는
    상기 광 커플러에서 출력된 광을 평행광으로 변환하는 제 1 콜리메이터와;
    상기 제 1 콜리메이터에서 출력된 평행광을 집광하는 제 1 렌즈와;
    상기 제 1 렌즈에서 집광된 광을 반사시키는 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티모달 광 단층촬영 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 샘플부는
    상기 광 커플러에서 출력된 광을 평행광으로 변환하는 제 2 콜리메이터와;
    상기 제 2 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 멀티모달 광 단층촬영 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 검출 수단은
    상기 제 2 광 스위치부에서 출력되는 제 1 합성빔을 입력받아 전기적 신호로 변환하여 검출하는 제 1 검출부와;
    상기 제 1 검출부에서 검출된 신호를 디지털 신호로 변환하여 데이터 값을 처리하는 제 1 제어부와;
    상기 제 2 광 스위치부에서 출력되는 제 2 광을 각 파장 대역으로 분리하고, 전기적 신호로 변환하여 검출하는 분광기와;
    상기 분광기에서 검출된 신호를 디지털 신호로 변환하여 데이터 값을 처리하는 제 2 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티모달 광 단층촬영 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 분광기는
    상기 제 2 광 스위치부에서 출력된 제 2 합성빔을 평행광으로 변환하는 제 3 콜리메이터와;
    상기 제 3 콜리메이터에서 변환된 평행광을 입력받아 각 파장 대역으로 분리하는 회절 격자부와;
    상기 회절 격자부에서 분리된 각 광원을 집광하는 포커싱 렌즈와;
    상기 포커싱 렌즈를 투과한 각 광원을 입력받아 전기적 신호로 변환하는 라인 스캔 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티모달 광 단층촬영 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 광원부에서 제 1 광이 출력되면 상기 제 1 광 스위치부는 제 1 광으로 스위칭되어 출력되고, 상기 제 2 광 스위치부는 제 1 합성빔으로 스위칭되어 출력되고, 상기 광원부에서 제 2 광이 출력되면 상기 제 1 광 스위치부는 제 2 광으로 스위칭되어 출력되고, 상기 제 2 광 스위치부는 제 2 합성빔으로 스위칭되어 출력되는 것을 특징으로 하는 멀티모달 광 단층촬영 시스템.
  8. 파장 대역이 다른 제 1 광 및 제 2 광을 출력하는 단계와;
    상기 출력된 제 1 광 또는 제 2 광의 파장 대역에 대응하도록 선택적으로 스위칭하여 출력하는 단계와;
    상기 스위칭하여 출력된 제 1 광 또는 제 2 광을 분할하여 각 광 진행 경로로 출력하는 단계와;
    상기 분할하여 출력된 제 1 광 또는 제 2 광을 반사 경로를 통하여 제 1 기준빔 또는 제 2 기준빔을 출력하는 단계와;
    상기 분할하여 출력된 제 1 광 또는 제 2 광을 피사체 반사 경로를 통하여 제 1 측정빔 또는 제 2 측정빔을 출력하는 단계와;
    상기 출력된 제 1 기준빔과 상기 제 1 측정빔을 합성하여 제 1 합성빔 또는 제 2 기준빔과 상기 제 2 기준빔을 합성하여 제 2 합성빔을 출력하는 단계와;
    상기 제 1 합성빔 또는 제 2 합성빔을 입력받아 광 파장 대역에 대응하도록 선택적으로 스위칭하여 출력하는 단계와;
    상기 스위칭하여 출력된 제 1 합성빔 또는 제 2 합성빔을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티모달 광 단층촬영 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 광은 1050㎚ 파장 대역을 갖고 상기 제 2 광은 840㎚ 파장 대역을 갖는 것을 특징으로 하는 멀티모달 광 단층촬영 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 광이 스위칭되어 출력되면 상기 제 1 합성빔으로 스위칭되어 출력되고, 상기 제 2 광이 스위칭되어 출력되면 상기 제 2 합성빔으로 스위칭되어 출력되는 것을 특징으로 하는 멀티모달 광 단층촬영 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 기준빔 또는 상기 제 2 기준빔을 출력하는 단계에서
    상기 분할된 제 1 광 또는 제 2 광을 평행광으로 변환하고, 평행광을 집광하여 반사 경로를 통해 반사되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티모달 광 단층촬영 방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 측정빔 또는 상기 제 2 측정빔을 출력하는 단계에서
    상기 분할된 제 1 광 또는 제 2 광을 평행광으로 변환하고, 평행광을 X축방향 및 Y축 방향에 대한 광 신호의 방사 방향을 조절하여 피사체에 방사하여 피사체에서 반사되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티모달 광 단층촬영 방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 합성빔을 검출하는 단계에서
    상기 제 1 합성빔을 입력받아 전기적 신호로 변환하는 단계와,
    상기 변환된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하여 데이터 값을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티모달 광 단층촬영 방법.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 제 2 합성빔을 검출하는 단계에서
    상기 제 2 합성빔을 입력받아 평행광으로 변환하는 단계와;
    상기 변환된 평행광을 입력받아 각 파장 대역으로 분리하는 단계와;
    상기 각 파장 대역으로 분리된 각 광원을 집광하여 전기적 신호로 변환하는 단계와;
    상기 변환된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하여 데이터 값을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티모달 광 단층촬영 방법.
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