WO2017135659A1 - 혈전 모니터링을 위한 형광 영상 장치 및 이를 이용한 다중 영상 시스템 - Google Patents

혈전 모니터링을 위한 형광 영상 장치 및 이를 이용한 다중 영상 시스템 Download PDF

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WO2017135659A1
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송철규
박상훈
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전북대학교산학협력단
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    • G06T2207/30101—Blood vessel; Artery; Vein; Vascular

Definitions

  • the present invention relates to thrombus monitoring techniques, and more particularly to systems and methods for monitoring thrombus generated in blood vessels.
  • the fluorescence imaging apparatus collects light generated by irradiating light onto a fluorescent material.
  • the fluorescent imaging apparatus targets the fluorescent material on a blood clot using a contrast agent to acquire a blood clot image.
  • Fluorescence imaging is only possible in the dark room, which causes inconvenience to both the medical staff and the patient.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a fluorescence imaging apparatus and method that can take a fluorescent image in a general environment, not a dark room through a filter and image processing.
  • Another object of the present invention is to provide a multi-image system and a method of providing a combination of a fluorescence image and an optoacoustic image in order to monitor blood clots more precisely.
  • the imaging system the light source for irradiating infrared rays into the blood vessel; A camera for generating a fluorescence image by receiving fluorescence emitted from a fluorescent material targeted to a blood clot of the blood vessel; And a filter for filtering light incident on the camera.
  • the filter may include a long pass filter (LPF) that blocks visible light; It may include; NF (Notch Filter) for blocking the infrared light emitted from the light source.
  • LPF long pass filter
  • NF Notch Filter
  • the apparatus may further include an image processor configured to pseudo color the fluorescent image generated by the camera.
  • a laser generating laser pulses and irradiating the blood vessels;
  • an optoacoustic generator configured to generate an optoacoustic image by using the detection result of the sensor.
  • the apparatus may further include a combining unit combining the fluorescent image and the photoacoustic image.
  • the combination unit may combine the fluorescent image with a horizontal plane and the photoacoustic image with a vertical plane.
  • the laser pulse may be a laser pulse of the wavelength of the largest thermal expansion of the main component of the thrombus.
  • the laser pulse may be a laser pulse having a wavelength of 1210 nm.
  • the blood clot monitoring method the step of irradiating infrared light into the blood vessel; Filtering only fluorescence from fluorescence emitted from the fluorescent material targeted to the thrombus of the blood vessel and ambient light; And generating a fluorescence image using the filtered fluorescence.
  • the fluorescence image is possible in a general environment, not in the dark room, so that both the medical staff and the patient can be freed from the inconvenience caused by the dark room.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the appearance of a fluorescent imaging apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view showing the light source shown in FIG. 1 from below;
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a filter and a camera separated from the fluorescence imaging apparatus illustrated in FIG. 1;
  • FIG. 6 is a block diagram of a multi-image system for monitoring blood clots according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a light source and a laser irradiation structure
  • FIG. 10 is a flowchart provided to explain a thrombus monitoring method according to another embodiment of the present invention.
  • the fluorescence imaging apparatus may capture a fluorescence image of the carotid artery thrombus in a general environment, not in the dark room.
  • the fluorescent imaging apparatus that performs such a function includes a light source 110, a filter 120, and a camera 130.
  • FIG. 2 is a view showing the light source 110 shown in FIG. 1 as viewed from below.
  • a plurality of laser diodes IR-LDs are arranged on a circumference.
  • the near-infrared ray irradiated from the light source 110 is absorbed by the fluorescent material targeted to the thrombus using a contrast agent, whereby fluorescence is emitted from the excited fluorescent material.
  • the fluorescent material emits fluorescence of energy lower than the energy of absorbed light or electromagnetic waves.
  • the filter 120 is a means for limiting light incident to the camera 130. That is, the filter 120 allows only the fluorescence emitted from the fluorescent material to enter the camera 130.
  • the filter 120 includes a Long Pass Filter (LPF) 121 and a Notch Filter (NF) 122, as shown in FIG. 3.
  • LPF Long Pass Filter
  • NF Notch Filter
  • the LPF 121 blocks visible light from entering the camera 130.
  • the NF 122 blocks the near-infrared rays emitted from the light source 110 from entering the camera 130.
  • the camera 130 images the fluorescence passing through the filter 120 with an imaging device such as a CCD or a CMOS sensor.
  • CCD and CMOS sensors are implemented as devices with sensitivity sensitive to the wavelength of fluorescence.
  • the camera 130 for fluorescence imaging is composed of an optical system 131 and a camera body 132, as shown in FIG.
  • the fluorescence image generated by the camera 130 is displayed in real time through the monitor after the doctor is colored, allowing the medical staff to monitor the blood clots during surgery or emergency.
  • Fluorescence imaging may be performed in an operating room or an emergency room, not in a dark room, and the light irradiated from the light source 110 is near-infrared which is not visible to the patient or medical staff, and thus does not interfere with surgery or emergency treatment.
  • Pseudo-coloring is an image processing for converting a black and white fluorescent image into an arbitrary color so that a person can easily distinguish between objects. This may be performed by converting the intensity value of the gray scale image by matching the Hue value of the HSV.
  • the maximum / minimum value of the gray scale image to be pseudo-colored is obtained, and the intensity value of the image is normalized to 0 to 255 based on the maximum / minimum value.
  • H, S, and V images are combined from the normalized image into HSV images, and then converted into RGB images.
  • the thrombus target efficiency of the contrast agent can be calculated from the fluorescence image.
  • 5 is a flowchart provided to explain the target efficiency calculation process.
  • the fluorescence image is binarized, and a thrombus region is extracted using a threshold value.
  • the area is calculated by extracting only the boundary of the extracted area.
  • the thrombus area is then calculated by histological examination of the blood vessel sample.
  • the target efficiency of contrast medium is computed by comparing both.
  • the multi-imaging system is a system for monitoring a blood clot using a fluorescence image and an optoacoustic image.
  • Fluorescent images are useful for planar observation / monitoring of thrombi, and optoacoustic images are useful for vertical observation / monitoring of thrombi. Therefore, by using the multiple imaging system according to an embodiment of the present invention, the position and size of the thrombus are determined by the fluorescence image, and the thickness of the thrombus is determined by the photoacoustic image of the thrombus. The location on the vessel can be pinpointed.
  • the multiple imaging system includes a light source 110, a filter 120, a camera 130, a fluorescent image processor 140, a tunable laser 150, and an ultrasonic wave.
  • the sensor 160 includes a photoacoustic image generating unit 170, an image combining unit 180, and a display 190.
  • the fluorescence image processor 140 performs pseudo coloring on the fluorescence image generated by the camera 130.
  • the pseudo coloring method has been described above with reference to FIG. 4.
  • the tunable laser 150 may generate laser pulses of various wavelengths and irradiate the carotid artery.
  • the carotid artery absorbs the laser pulse irradiated from the wavelength tunable laser 150 and thermally expands, and the photoacoustic is emitted from the carotid artery by this thermal expansion.
  • the ultrasonic sensor 160 is a sensor for detecting photoacoustics emitted from the carotid artery.
  • the photoacoustic detection result by the ultrasonic sensor 160 is applied to the photoacoustic image generator 170.
  • the photoacoustic image generator 170 generates the photoacoustic image from the photoacoustic detection result of the ultrasonic sensor 160.
  • the image generated by the photoacoustic image generating unit 170 is applied to the image combining unit 180.
  • the image combiner 180 combines the pseudo-colored fluorescent image generated by the fluorescent image processor 140 and the photoacoustic image generated by the photoacoustic image generator 170.
  • the image combination unit 180 combines the fluorescence image and the optoacoustic image on the vertical plane, respectively, on the vertical plane.
  • the optical axis of the camera 130 and the sensing axis of the ultrasonic sensor 160 should be maintained at 90 degrees.
  • the display 190 displays the thrombus image combined by the image combination unit 180 and provides the same to the medical staff.
  • the thrombus is mainly composed of lipids.
  • the photoacoustics emitted from the lipids irradiated with laser pulses of a specific wavelength are much larger than other tissues, and thus have a large contrast.
  • the lipid has a high absorbance for a laser at a wavelength of 1210 nm, thereby emitting the largest photoacoustic.
  • carotid thrombus is searched by an optoacoustic image generated by a laser pulse of 1210 nm wavelength.
  • FIG. 8 illustrates a structure of a multi-probe including a light source 110, a filter 120, a camera 130, and an ultrasonic sensor 160.
  • the near infrared ray emitted from the light source 110 and the pulse laser emitted from the wavelength tunable laser 150 are combined using a beam splitter to be irradiated to the carotid artery through one optical fiber.
  • FIG. 10 is a flowchart provided to explain a thrombus monitoring method according to another embodiment of the present invention.
  • a near-infrared ray is irradiated to a fluorescent material targeted to a thrombus to generate a fluorescent image (S210), and a photoacoustic image is generated to a laser pulse to a thrombus (S220).
  • a thrombus image is generated by combining the fluorescence image and the photoacoustic image generated in steps S210 and S220 (S230), and the generated thrombus image is displayed and provided to the medical staff (S240).
  • the light source 110 is provided in the fluorescent imaging apparatus or the multiple imaging system, but it is merely exemplary. In the case where the light source 110 is separated from the fluorescent imaging apparatus or the multiple imaging system and implemented as a separate portable light source, the technical idea of the present invention may be applied.
  • Carotid artery thrombosis monitoring presented in the above examples is merely exemplary.
  • the present invention may also be applied to monitoring blood clots in blood vessels other than the carotid artery.

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Abstract

혈전 모니터링을 위한 형광 영상 장치 및 이를 이용한 다중 영상 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 영상 시스템에 의해, 형광 영상을 암실이 아닌 일반 환경에서도 가능하여 의료진과 환자 모두가 암실에 의한 불편으로부터 벗어날 수 있게 되고, 형광 영상과 광음향 영상을 생성하고 결합하여 짧은 시간 내에 보다 정교하게 경동맥 혈전을 모니터링할 할 수 있게 된다.

Description

혈전 모니터링을 위한 형광 영상 장치 및 이를 이용한 다중 영상 시스템
본 발명은 혈전 모니터링 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 혈관에 생성된 혈전을 모니터링하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
국내의 경우 심·혈관 질환으로 사망하는 환자 수가 전체 질병의 2위이고, 미국의 경우 1위이다. 이에 따라 심·혈관 질환에서 혈전을 모니터링하는 연구가 활발하다.
혈관 내에 형성된 혈전(Plaque)은 혈관 폐쇄를 야기하여 급성 심근경색 등 심각한 상황을 초래하며, 특히 경동맥의 경우 혈전이 발생하면, 뇌졸중, 뇌경색 등을 유발할 수 있어 경동맥 혈전의 모니터링은 매우 중요하다.
형광 영상 장치는 형광 물질에 빛을 조사하여 발생하는 빛을 수집하는 장치로써, 조영제를 이용하여 혈전에 형광 물질을 표적하여 혈전 영상을 획득하게 된다.
형광 영상 촬영은 암실에서만 가능한데, 의료진과 환자 모두에게 불편을 야기하는 바, 이를 개선하기 위한 방안의 모색이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 필터와 영상 처리를 통해, 암실이 아닌 일반 환경에서도 형광 영상을 촬영할 수 있는 형광 영상 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 보다 정교하게 혈전을 모니터링하기 위한 방안으로, 형광 영상과 광음향 영상을 결합한 다중 영상 시스템 및 제공 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 영상 시스템은, 혈관으로 적외선을 조사하는 광원; 상기 혈관의 혈전에 표적된 형광 물질에서 방출되는 형광을 입사 받아 형광 영상을 생성하는 카메라; 및 상기 카메라에 입사되는 광을 필터링하는 필터;를 포함한다.
그리고, 상기 필터는, 가시광을 차단하는 LPF(Long Pass Filter); 상기 광원에서 조사되는 적외선을 차단하는 NF(Notch Filter);를 포함할 수 있다.
또한, 상기 카메라에 의해 생생성된 형광 영상을 의사 컬러링하는 영상 처리부;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 레이저 펄스를 생성하여 상기 혈관에 조사하는 레이저; 상기 레이저 펄스가 조사된 혈관에서 출사되는 광음향을 감지하는 센서; 및 상기 센서의 감지 결과를 이용하여, 광음향 영상을 생성하는 광음향 생성부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 형광 영상과 상기 광음향 영상을 조합하는 조합부;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 조합부는, 상기 형광 영상을 수평 평면에 상기 광음향 영상을 수직 평면에 조합할 수 있다.
또한, 상기 레이저 펄스는, 상기 혈전의 주성분에 대한 열적 팽창이 가장 큰 파장의 레이저 펄스일 수 있다.
그리고, 상기 레이저 펄스는, 1210nm 파장의 레이저 펄스일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 혈전 모니터링 방법은, 혈관으로 적외선을 조사하는 단계; 상기 혈관의 혈전에 표적된 형광 물질에서 방출되는 형광과 주변광에서 형광만을 필터링하는 단계; 및 필터링된 형광을 이용하여 형광 영상을 생성하는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 형광 영상을 암실이 아닌 일반 환경에서도 가능하여, 의료진과 환자 모두가 암실에 의한 불편으로부터 벗어날 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 형광 영상과 광음향 영상을 생성하고 결합하여, 짧은 시간 내에 보다 정교하게 경동맥 혈전을 모니터링할 할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 영상 장치의 외관을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는, 도 1에 도시된 광원을 아래에서 바라보면서 도시한 도면,
도 3은, 도 1에 도시된 형광 영상 장치에서 필터와 카메라를 분리하여 도시한 도면,
도 4는 의사 컬러링 과정의 설명에 제공되는 흐름도,
도 5는 표적 효율 계산 과정의 설명에 제공되는 흐름도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 혈전 모니터링을 위한 다중 영상 시스템의 블럭도,
도 7은 레이저 흡수도의 설명에 제공되는 도면,
도 8은 멀티 프로브의 구조를 도시한 도면,
도 9는 광원과 레이저 조사 구조를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 혈전 모니터링 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 영상 장치의 외관을 개략적으로 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 형광 영상 장치는, 암실이 아닌 일반 환경에서도 경동맥 혈전의 형광 영상을 촬영할 수 있다.
이와 같은 기능을 수행하는 형광 영상 장치는, 광원(110), 필터(120) 및 카메라(130)를 포함한다.
광원(110)는 경동맥에 근적외선을 지속적으로 조사한다. 도 2는, 도 1에 도시된 광원(110)을 아래에서 바라보면서 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광원(110)에는 다수의 IR-LD(Laser Diode)들이 원주 상에 배열되어 있다.
광원(110)에서 조사된 근적외선은 조영제를 이용하여 혈전에 표적된 형광 물질에 흡수되고, 이에 의해 여기된 형광 물질에서는 형광이 방출된다. 일반적으로, 형광 물질에서는 흡수한 빛이나 전자파의 에너지 보다 낮은 에너지의 형광이 방출된다.
필터(120)는 카메라(130)로 입사되는 광을 제한하기 위한 수단이다. 즉, 필터(120)는 카메라(130)에 형광 물질에서 방출되는 형광만 입사되도록 한다.
형광의 파장 대역을 제외한 나머지 파장의 광을 제거하기 위해, 필터(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, LPF(Long Pass Filter)(121)와 NF(Notch Filter)(122)를 구비한다.
LPF(121)는 가시광이 카메라(130)로 입사되는 것을 차단한다. 그리고, NF(122)는 광원(110)에서 조사되는 근적외선이 카메라(130)로 입사되는 것을 차단한이다.
카메라(130)는 필터(120)를 통과한 형광을 CCD나 CMOS 센서 등의 촬상 소자로 영상화한다. CCD나 CMOS 센서는 형광의 파장에 대하여 민감한 감도를 갖는 소자로 구현한다.
형광 영상화를 위한 카메라(130)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 광학계(131)와 카메라 본체(132)로 구성된다. 카메라(130)에 의해 생성된 형광 영상은 의사 컬러링 된 후 모니터를 통해 실시간으로 표시되어, 수술이나 응급 상황 시에 의료진이 혈전을 모니터링할 수 있도록 하여 준다.
형광 영상화는 암실이 아닌 수술실이나 응급실에서도 이루어질 수 있으며, 광원(110)에서 조사되는 광은 환자나 의료진이 볼 수 없는 근적외선이므로, 수술이나 응급 치료에 방해되지 않는다.
이하에서, 카메라(130)에 의해 생성된 형광 영상에 대한 의사 컬러링 과정에 대해 상세히 설명한다.
도 4는 의사 컬러링 과정의 설명에 제공되는 흐름도이다. 의사 컬러링은, 흑백의 형광 영상을 사람이 볼 때 사물의 구별이 편하도록, 임의의 색상으로 변환하는 영상 처리이다. 이는, Gray Scale 영상의 Intensity 값을 HSV의 Hue 값에 매칭해서 변환하여 수행할 수 있다.
구체적으로, 의사 컬러링할 Gray Scale 영상의 최대/최소값을 구하고, 최대/최소값을 기초로 영상의 Intensity 값을 0~255로 정규화 시킨다. 다음, 정규화된 영상으로부터 H, S, V 영상을 HSV 영상으로 결합한 후 RGB 영상으로 변환한다.
한편, 형광 영상으로부터 조영제의 혈전 표적 효율을 계산할 수 있다. 도 5는 표적 효율 계산 과정의 설명에 제공되는 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 형광 영상을 이진화하고, 임계값을 이용하여 혈전 영역을 추출한다. 다음, 추출된 영역의 경계만을 추출하여 면적을 계산한다. 그리고, 혈관 샘플의 조직 검사를 통해 혈전 면적을 계산한다. 그리고, 양자를 비교하여 조영제의 표적 효율을 계산한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 혈전 모니터링을 위한 다중 영상 시스템의 블럭도이다. 본 발명의 실시예에 따른 다중 영상 시스템은, 형광 영상과 광음향 영상을 이용하여, 혈전을 모니터링 할 수 있도록 하는 시스템이다.
형광 영상은 혈전의 평면적 관찰/모니터링에 유용하고, 광음향 영상은 혈전의 수직적 관찰/모니터링에 유용하다. 이에, 본 발명의 실시예에 따른 다중 영상 시스템을 이용하여, 형광 영상으로 혈전의 위치와 크기를 파악하고, 파악된 혈전의 광음향 영상으로 혈전의 두께를 파악하며, 결과적으로는 혈전의 형상과 혈관 상의 위치를 정확히 파악할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 영상 시스템은, 도 6에 도시된 바와 같이, 광원(110), 필터(120), 카메라(130), 형광 영상 처리부(140), 파장 가변 레이저(150), 초음파 센서(160), 광음향 영상 생성부(170), 영상 조합부(180) 및 디스플레이(190)를 포함한다.
광원(110), 필터(120) 및 카메라(130)에 대해서는 도 1 내지 도 3을 통해 상술한 바 있으므로, 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
형광 영상 처리부(140)는 카메라(130)에 의해 생성된 형광 영상에 대해 의사 컬러링을 수행한다. 의사 컬러링 방법에 대해서는 도 4를 참조하여 상술한 바 있다.
파장 가변 레이저(150)는 다양한 파장의 레이저 펄스를 생성하여 경동맥에 조사할 수 있다. 경동맥은 파장 가변 레이저(150)에서 조사되는 레이저 펄스를 흡수하여 열 팽창하고, 이 열팽창에 의해 경동맥에서는 광음향이 출사된다.
초음파 센서(160)는 경동맥에서 출사되는 광음향을 감지하기 위한 센서이다. 초음파 센서(160)에 의한 광음향 감지 결과는 광음향 영상 생성부(170)로 인가된다.
광음향 영상 생성부(170)는 초음파 센서(160)의 광음향 감지 결과로부터 광음향 영상을 생성한다. 광음향 영상 생성부(170)에 의해 생성된 영상은 영상 조합부(180)로 인가된다.
영상 조합부(180)는 형광 영상 처리부(140)에 의해 의사 컬러링된 형광 영상과 광음향 영상 생성부(170)에 의해 생성된 광음향 영상을 조합한다. 구체적으로, 영상 조합부(180)는 형광 영상과 수평 평면에 광음향 영상을 수직 평면에 각각 배치하여 조합한다.
이를 위해, 카메라(130)의 광축과 초음파 센서(160)의 센싱 축은, 90도를 유지시켜야 한다.
디스플레이(190)는 영상 조합부(180)에 의해 조합된 혈전 영상을 표시하여, 의료진에게 제공한다.
이하에서는, 광음향 영상을 이용하여 경동맥 혈전을 탐지하는 원리 및 방법에 대해 상세히 설명한다.
혈전은 주로 지질로 이루어져 있는데, 특정 파장의 레이저 펄스가 조사된 지질에서 출사되는 광음향은 다른 조직 보다 훨씬 커서 대조도가 크다. 특히, 도 7에 도시된 바와 같이, 지질은 1210nm 파장의 레이저에 대한 흡수도가 높아, 가장 큰 광음향을 방사하게 된다.
이에, 본 발명의 실시예에서는 1210nm 파장의 레이저 펄스로 생성한 광음향 영상로 경동맥 혈전을 탐색한다.
한편, 도 8에는 광원(110), 필터(120), 카메라(130), 초음파 센서(160)를 포함하는 멀티 프로브의 구조를 도시하였다. 또한, 도 9에는 광원(110)에서 출사되는 근적외선과 파장 가변 레이저(150)에서 출사되는 펄스 레이저를 빔스플리터를 이용하여 결합하여 하나의 광섬유를 통해 경동맥으로 조사되도록 하였다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 혈전 모니터링 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 혈전에 표적된 형광 물질에 근적외선을 조사하여 형광 영상을 생성하고(S210), 혈전에 레이저 펄스를 조사하여 광음향 영상을 생성한다(S220).
다음, S210단계와 S220단계에서 생성된 형광 영상과 광음향 영상을 조합하여 혈전 영상을 생성하고(S230), 생성된 혈전 영상을 표시하여 의료진에게 제공한다(S240).
지금까지, 혈전 모니터링 시스템과 방법에 대해 바람직한 실시예들을 들어 상세히 설명하였다.
위 실시예에서 광원(110)은 형광 영상 장치나 다중 영상 시스템에 마련되어 있는 것을 상정하였는데, 예시적인 것에 불과하다. 광원(110)을 형광 영상 장치나 다중 영상 시스템으로부터 분리하여 별도의 포터블 광원으로 구현하는 경우도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
위 실시예에서 제시한 경동맥 혈전 모니터링은 예시적인 것에 불과하다. 경동맥 이외의 다른 혈관에서 혈전을 모니터링하는 경우에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (9)

  1. 혈관으로 적외선을 조사하는 광원;
    상기 혈관의 혈전에 표적된 형광 물질에서 방출되는 형광을 입사 받아 형광 영상을 생성하는 카메라; 및
    상기 카메라에 입사되는 광을 필터링하는 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 필터는,
    가시광을 차단하는 LPF(Long Pass Filter);
    상기 광원에서 조사되는 적외선을 차단하는 NF(Notch Filter);를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 카메라에 의해 생생성된 형광 영상을 의사 컬러링하는 영상 처리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    레이저 펄스를 생성하여 상기 혈관에 조사하는 레이저;
    상기 레이저 펄스가 조사된 혈관에서 출사되는 광음향을 감지하는 센서; 및
    상기 센서의 감지 결과를 이용하여, 광음향 영상을 생성하는 광음향 생성부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 형광 영상과 상기 광음향 영상을 조합하는 조합부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 조합부는,
    상기 형광 영상을 수평 평면에 상기 광음향 영상을 수직 평면에 조합하는 것을 특징으로 하는 영상 시스템.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 레이저 펄스는,
    상기 혈전의 주성분에 대한 열적 팽창이 가장 큰 파장의 레이저 펄스인 것을 특징으로 하는 영상 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 레이저 펄스는,
    1210nm 파장의 레이저 펄스인 것을 특징으로 하는 영상 시스템.
  9. 혈관으로 적외선을 조사하는 단계;
    상기 혈관의 혈전에 표적된 형광 물질에서 방출되는 형광과 주변광에서 형광만을 필터링하는 단계;
    필터링된 형광을 이용하여 형광 영상을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈전 모니터링 방법.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102576682B1 (ko) * 2016-02-05 2023-09-07 전북대학교산학협력단 혈전 탐지 시스템 및 방법
KR102074187B1 (ko) 2018-04-19 2020-02-06 재단법인 대구경북첨단의료산업진흥재단 광음향 시스템의 영상 생성 장치 및 그 방법
CN109363768A (zh) * 2018-10-10 2019-02-22 南京诺源医疗器械有限公司 785nm波长光源近红外荧光造影手术引导系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090227997A1 (en) * 2006-01-19 2009-09-10 The Regents Of The University Of Michigan System and method for photoacoustic imaging and monitoring of laser therapy
KR20110088676A (ko) * 2010-01-29 2011-08-04 한국전기연구원 생체로부터 발생하는 다중 분광 광 영상 검출 및 광치료를 위한 복합 장치
KR20110130371A (ko) * 2010-05-27 2011-12-05 동국대학교 산학협력단 뇌혈전 형광영상기술을 이용한 뇌졸중 동물모델의 뇌경색 영역의 크기 예측 방법
US20120253180A1 (en) * 2010-10-19 2012-10-04 Stanislav Emelianov Combined ultrasound and photoacoustic imaging of metal objects
KR20130081067A (ko) * 2012-01-06 2013-07-16 삼성메디슨 주식회사 초음파 진단 장치 및 방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015016403A1 (ko) * 2013-08-01 2015-02-05 서강대학교 산학협력단 융합 영상을 획득하는 장치 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090227997A1 (en) * 2006-01-19 2009-09-10 The Regents Of The University Of Michigan System and method for photoacoustic imaging and monitoring of laser therapy
KR20110088676A (ko) * 2010-01-29 2011-08-04 한국전기연구원 생체로부터 발생하는 다중 분광 광 영상 검출 및 광치료를 위한 복합 장치
KR20110130371A (ko) * 2010-05-27 2011-12-05 동국대학교 산학협력단 뇌혈전 형광영상기술을 이용한 뇌졸중 동물모델의 뇌경색 영역의 크기 예측 방법
US20120253180A1 (en) * 2010-10-19 2012-10-04 Stanislav Emelianov Combined ultrasound and photoacoustic imaging of metal objects
KR20130081067A (ko) * 2012-01-06 2013-07-16 삼성메디슨 주식회사 초음파 진단 장치 및 방법

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