KR20150069922A

KR20150069922A - 광음향 프로브 및 광음향 진단 장치

Info

Publication number: KR20150069922A
Application number: KR1020130156646A
Authority: KR
Inventors: 김정호; 고달권; 오정택; 정종규
Original assignee: 삼성메디슨 주식회사; 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2015-06-24
Also published as: US20150164337A1; WO2015093691A1; EP3082613B1; US9955873B2; CN105828720A; EP3082613A1; CN105828720B; KR102270798B1; EP3082613A4

Abstract

광음향 프로브 및 광음향 진단 장치를 제공한다. 본 광음향 프로브는, 광음향을 위한 제1 광을 대상체에 조사하는 광 조사부 및 제1 광을 이용하여 제1 광의 조사 여부에 대한 정보를 제공하는 인디케이터를 포함한다.

Description

광음향 프로브 및 광음향 진단 장치{PHOTOACOUSTIC PROBE AND PHOTOACOUSTIC DIAGNOSTIC APPARATUS}

본 개시는 광음향 영상 진단에 사용되는 광음향 프로브 및 광음향 진단 장치에 관한 것이다.

광음향 이미징(photoacoustic imaging) 기술은 광음향 효과를 이용하여 비침습적으로 생체조직을 형상화 하는 기술이다. 광음향 이미징을 위해 광이 생체조직에 입사되면 에너지의 일부분이 생채조직내 특정 조직에 의해 흡수되고 열로 변환되어 열탄성 팽창(thermo-elastic expansion)을 일으킨다. 그 결과, 넓은 대역의 주파수를 갖는 초음파가 방출되고 이를 여러 방향에서 초음파용 트랜스듀서로 검출하여 이미지로 변환시킬 수 있다.

광음향 이미징 기술은 전자기파를 초음파로 변화시켜 검출하기 때문에 광학적 이미징과 초음파 이미징의 특성을 혼합할 수 있는 장점을 가진다. 순수한 광학적 이미징 기법의 해상도는 초음파 이미징에 비해 매우 높지만 연부조직(soft tissue)의 높은 광산란 때문에 생체 표면에서 특정 깊이까지만 영상화 할 수 있는 단점을 가지고 있다. 이에 비하여 초음파 이미징은 태아 검사에 활용될 만큼 높은 공간 분해능을 가지고 있다. 광음향 이미징은 광학적 이미징의 단점인 낮은 영상화 깊이를 광음향 효과에 의한 초음파 변환으로 극복하여 높은 광학적 대조비와 높은 공간 분해능을 동시에 실현할 수 있다.

광음향 이미징은 소형 동물의 암, 뇌, 심장 및 안구를 대상으로 하여 이미 상당한 수준으로 연구되어 왔으며, 여기광 검출 및 초음파 검출의 자연스러운 융합 추세에 따라, 광음향 이미징 시스템은 기존의 초음파 이미징 시스템과, 사소한 개조(예를 들어, 초음파 전송기능 제거 및 무선주파수 데이터 수집기능 추가) 만을 거친 후에, 용이하게 통합될 수 있다. 이러한 통합 시스템은 음향 검출기를 공유하기 때문에, 휴대성 및 실시간 이미징 능력과 같은, 전통적인 초음파 이미징 시스템의 이점을 제공할 수 있다.

일 실시예는 광이 조사되는지 여부에 대한 정보를 제공할 수 있는 광음향 프로브 및 광음향 진단 장치를 제공한다.

일 유형에 따르는 광음향 프로브는, 광음향을 위한 제1 광을 대상체에 조사하는 광 조사부; 및 상기 제1 광을 이용하여 상기 제1 광의 조사 여부에 대한 정보를 제공하는 인디케이터;를 포함한다.

그리고, 상기 제1 광을 파장이 다른 제2 광으로 변환시키는 파장 변환부;를 더 포함하고, 상기 인디케이터는 상기 제2 광을 출력할 수 있다.

또한, 상기 제2 광의 파장 대역은, 상기 제1 광을 차단하는 필터를 통과할 수 있는 파장 대역을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제2 광의 파장 대역은, 가시광선 대역을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 광은 상기 제1 광보다 파장이 클 수 있다.

그리고, 상기 파장 변환부는, 형광 물질을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 광은 상기 제1 광보다 파장이 작을 수 있다.

그리고, 상기 파장 변환부는, 비선형 결정(nonlinear crystal) 물질을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 광을 제공하는 광원; 및 상기 광원에서 상기 제1 광을 상기 광 조사부 및 상기 인디케이터에 전달하는 광 전달부;를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 광 전달부는 적어도 하나의 광 파이버를 포함할 수 있다.

또한, 상기 광 전달부의 일단은 상기 광원에 연결되고 상기 광 전달부의 타단은 상기 광 조사부와 연결되어 있으며, 상기 인디케이터는 상기 광 조사부의 측부에 배치될 수 있다.

그리고, 상기 광 전달부는 상기 제1 광의 일부를 상기 광 조사부로 전달하는 제1 광 전달부; 및 상기 제1 광의 나머지를 상기 인디케이터로 전달하는 제2 광 전달부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 광 전달부의 일단은 상기 광원에 연결되고 상기 제1 광 전달부의 타단은 상기 광 조사부에 연결되어 있으며, 상기 제2 광 전달부의 일단은 상기 광원에 연결되고, 상기 제2 광 전달부의 타단은 상기 인디케이터에 연결될 수 있다.

그리고, 상기 제1 광을 검출하는 광 센서;를 더 포함하고, 상기 인디케이터는 상기 광 센서의 검출 결과에 기초하여 상기 제1 광의 조사 여부에 대한 정보를 출력할 수 있다.

또한, 상기 정보는, 이미지, 텍스트, 음향 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제1 광에 의해 상기 대상체에서 발생된 음파를 수신하여 전기적 신호로 변환하는 트랜스듀서;를 더 포함할 수 있다.

한편, 일 실시예에 따른 광음향 진단 장치는, 광음향을 위한 제1 광을 대상체에 조사하는 광 조사부와 상기 제1 광에 대응하는 초음파를 수신하여 전기적 신호로 변환시키는 트랜스듀서를 포함하는 광음향 프로브; 상기 광음향 프로브에서 수신된 전기적 신호를 처리하여 광음향 영상을 생성하는 신호 처리부; 및 상기 제1 광을 이용하여 상기 제1 광이 조사되는지 여부에 대한 정보를 제공하는 인디케이터;를 포함한다.

그리고, 상기 인디케이터는 상기 제1 광과 다른 파장을 갖는 제2 광을 방출할 수 있다.

또한, 상기 제1 광을 상기 제2 광으로 변환시키는 파장 변환부;를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 파장 변환부는, 형광 물질 및 비선형 결정(nonlinear crystal) 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

광음향 프로브 및 광음향 진단 장치는 광이 조사되는지 여부에 대한 정보를 제공하기 때문에 사용자는 광의 조사여부를 쉽게 인식할 수 있다.

그리고, 사용자는 광음향 영상이 정상적으로 생성되지 않는 원인이 광의 조사 여부인지 쉽게 검증할 수 있다.

또한, 광이 조사되는지 여부에 대한 정보를 조사되는 광의 파장을 변환시켜 제공하기 때문에 구현이 용이하다.

뿐만 아니라, 광이 조사되는 여부에 대한 정보를 전기적 신호로 변환함으로써 광의 조사 여부에 대한 정보를 다양하게 구현할 수 있다.

도 1은 광음향 프로브를 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 2a는 일 실시예에 따른 광 모듈을 나타내는 블록도이다.
도 2b는 다른 실시예에 따른 광 모듈을 나타내는 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 초음파 모듈을 나타내는 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광음향 진단 장치를 나타내는 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 광음향 프로브를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 광음향 프로브를 도시한 도면이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 광음향 프로브를 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 인디케이터가 배치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 명세서에서 "대상체"는 사람 또는 동물, 또는 사람 또는 동물의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 또는 혈관을 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "사용자"는 의료 전문가로서 의사, 간호사, 임상 병리사, 의료 영상 전문가 등이 될 수 있으며, 의료 장치를 수리하는 기술자가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

도 1은 광음향 프로브(110)를 개략적으로 나타내는 블럭도이다. 광음향 프로브(110)는, 대상체(10)에 광을 조사하고, 광 에너지에 의하여 대상체(10)에서 방사되는 음파(예를 들어, 초음파)를 수신하는 장치로서, 광을 대상체(10)에 조사하는 광 모듈(200)과 음파, 예를 들어, 초음파를 수신하여 전기적 신호로 변환시키는 초음파 모듈(300)을 포함할 수 있다. 광음향 프로브(110)는 대상체(10)에 밀착된 상태에서 대상체(10)을 따라 이동하면서 대상체(10)에 광을 조사하고 음향을 수신할 수 있다.

광음향 프로브(110)의 제조시, 광 모듈(200)과 초음파 모듈(300)은 하나로 일체화시켜 제조할 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 광 모듈(200) 및 초음파 모듈(300)을 별도로 제조하여 결합할 수 있으며, 광 모듈(200)과 초음파 모듈(300)은 탈부착이 가능할 수도 있다. 그리하여 초음파 모듈(300)은 독립적으로 초음파 영상을 위해 동작할 수도 있고, 광 모듈(200)이 부착되는 경우에 한하여 광음향 영상을 위해 동작할 수도 있다. 또는 광 모듈(200)과 초음파 모듈(300)이 결합된 상태에서도 사용자의 명령에 따라 초음파 영상을 위해 동작할 수도 있고, 광음향 영상을 위해 동작할 수도 있다.

광음향 프로브(110)에서 광음향 영상을 위한 광 사용은 불가피하다. 일반적으로 광음향에 사용되는 광은 인체에 위험도가 높은 분류에 속하며, 이러한 광은 찰나의 순간에 실명, 화상, 화재와 같이 돌이킬 수 없는 사고의 원인이 될 수 있다. 그리하여, 광음향 프로브(110)를 사용함에 있어 많은 주의가 필요하다. 이를 위하여 사용자는 광의 실제 조사 여부를 인지할 수 있는 것이 바람직하다. 사용자가 실제 광 조사 여부를 인지할 수 있을 때 의식적으로 더 주의할 수 있기 때문이다. 따라서, 일 실시예에 따른 광음향 프로브(110)는 광의 조사 여부에 대한 정보를 출력할 수 있다.

도 2a는 일 실시예에 따른 광 모듈(200a)을 나타내는 블록도이다. 먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 광 모듈(200a)은 광음향을 위한 제1 광을 제공하는 광원(210), 제1 광을 대상체(10)에 조사하는 광 조사부(220) 및 제1 광을 이용하여 광 조사부(220)에서 제1 광이 조사되는지 여부에 대한 정보를 제공하는 인디케이터(230)를 포함할 수 있다. 또한, 광 모듈(200a)은 제1 광을 파장이 다른 제2 광으로 변환시키는 파장 변환부(240)를 더 포함할 수 있다.

광원(210)은 대상체(10)에서 음파가 유도되도록 광을 제공할 수 있다. 상기한 광원(210)은 레이저를 발생시키는 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 상기한 레이저는 펄스 레이저일 수 있으며, 레이저의 펄스 폭은 나노 또는 피코 크기인 것이 바람직하다. 또는 상기한 레이저는 연속 레이저일 수도 있다. 예를 들어, 광원(210)에서 제공되는 광의 파장 대역은 약 500nm 내지 약 1500nm일 수 있다. 광원(210)은 하나의 중심 파장 대역을 갖는 광을 제공할 수도 있지만, 복수 개의 중심 대역을 갖는 광을 제공할 수도 있다.

광 조사부(220)는 상기한 광원(210)으로부터 제1 광을 인가받아 대상체(10)에 조사할 수 있다. 광 조사부(220)는 광원(210)으로부터 광 파이버(미도시)를 통해 제1 광을 인가받을 수 있으며, 광원(210)은, 제1 광을 광 조사부(220)에 인가할 수도 있고, 인가하지 않을 수도 있다. 그리하여, 광 조사부(220)는 대상체(10)에 제1 광을 조사할 수도 있고, 대상체(10)에 제1 광을 조사하지 않을 수도 있다. 광 조사부(220)내에는 제1 광을 분산시키는 구조가 포함될 수도 있다. 그리고, 대상체(10)에 제1 광이 조사됨으로써 대상체(10)는 광에 의해 온도 증가 및 열 팽창을 하게 되고, 음파(예를 들어, 초음파)를 발생시킨다.

인디케이터(230)는 제1 광을 이용하여 광 조사부(220)에서 제1 광이 조사되는지 여부에 대한 정보를 제공할 수 있다. 광음향 영상시 대상체(10)에 따라 다양한 파장대의 광이 사용된다. 제1 광의 파장대는 사용자의 눈에 보이는 가시광선(visible light) 및 사용자의 눈으로 확인 불가능한 적외선(infrared) 등 다양한 파장대를 포함할 수 있다. 광음향에 적용되는 광은 위험도가 높기 때문에 사용자는 보안경을 착용할 수도 있다. 일반적으로 보안경은 조사되는 광을 차단하는 필터를 포함할 수 있다. 따라서 보안경을 착용한 사용자는 광 조사부(220)에서 실제 광이 조사되는지 여부를 인지하기 어려울 수 있다. 따라서, 인디케이터(230)는 사용자가 보안경을 착용하였을 때에도 광이 조사되는지 여부를 식별할 수 있는 광을 출력하는 것이 바람직하다. 또한, 인디케이터(230)는 사용자의 눈으로 확인할 수 있는 가시광선일 수도 있다.

그리하여, 광 모듈(200)은 제1 광을 파장이 다른 제2 광으로 변환시키는 파장 변환부(240)를 포함할 수 있다. 제2 광의 파장 대역은 제1 광을 차단하는 필터 예를 들어, 보안경에 적용되는 필터를 통과할 수 있는 파장 대역인 것이 바람직하다. 또한, 제2 광의 파장 대역은 사용자가 식별할 수 있는 가시광선 대역이 바람직하다.

파장 변환부(240)는 제1 광을 제1 광보다 파장이 큰 제2 광으로 변환시킬 수 있다. 상기한 파장 변환부(240)는 제1 광을 흡수한 후 제1 광보다 파장이 큰 제2 광을 발산시키는 형광 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 조사부(220)가 약 500nm 파장의 초록광에 가까운 광을 조사하는 경우, 사용자는 약 500nm 파장대를 차단시키는 보안경을 착용할 수 있다. 파장 변환부(240)는 약 500nm 광을 흡수한 후 더 긴 파장대인 약 600nm의 광을 발산하는 형광 물질를 포함할 수 있다. 그리하여, 파장 변환부(240)에서 변환된 약 600nm의 광은 인디케이터(230)를 통해 외부로 출사될 수 있고, 사용자는 약 500nm의 초록광을 차단하는 보안경을 쓴 채로도 광 조사부(220)에서 광이 조사되는지 여부를 확인할 수 있다.

또는, 파장 변환부(240)는 제1 광을 제1 광보다 파장이 작은 제2 광으로 변환시킬 수 있다. 상기한 파장 변환부(240)는 제1 광을 흡수한 후 제1 광보다 파장이 작은 제2 광을 발산시키는 비선형 결정(nonlinear crystal) 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 파장 변환부(240)로서 lithium niobate (LiNbO3), potassium titanyl phosphate (KTP = KTiOPO4), 그리고 lithium triborate (LBO = LiB3O5) 등이 이용될 수 있다.

예를 들어, 광 조사부(220)가 사용자의 눈에 보이지 않는 약 1064nm의 적외선을 조사하는 경우, 사용자는 1064nm 파장대를 차단시키는 보안경을 착용할 수 있다. 파장 변환부(240)는 원래 파장의 절반인 초록 빛의 약 532nm 의 광으로 변환할 수 있다. 그리하여, 파장 변환부(240)에서 변환된 약 532nm의 광은 인디케이터(230)를 통해 외부로 출사될 수 있고, 사용자는 1064nm의 적외선을 차단하는 보안경을 쓴 채로도 광 조사부(220)에서 광이 조사되는지 여부를 확인할 수 있다.

뿐만 아니라, 파장 변환부(240)는 입사된 광을 파장이 작은 광으로 변환시키는 소자와 입사된 광을 다시 파장이 큰 광으로 변환시키는 소자 등이 조합되어 형성될 수 도 있다. 예를 들어, 광 조사부(220)가 약 700nm의 광을 조사하는 경우, 파장 변환부(240)는 광 진행 방향으로 입사된 광의 파장을 작게 하는 비선형 결정물질과 입사된 광의 파장을 크게 하는 형광 물질이 순차적으로 배치될 수 있다. 그리하여, 약 700nm의 광은 비선형 결정 물질을 통과하면서 약 350nm의 광으로 변환되고, 다시 약 350nm의 광은 형광 물질을 통과하면서 약 400 내지 500nm의 광으로 변환될 수 있다. 그리하여, 파장 변환부(240)에서 변환된 약 400 내지 500nm의 광은 인디케이터(230)를 통해 외부로 출사될 수 있고, 사용자는 700nm의 적외선을 차단하는 보안경을 쓴 채로도 광 조사부(220)에서 광이 조사되는지 여부를 확인할 수 있다.

도 2b는 다른 실시예에 따른 광 모듈(200b)을 나타내는 블록도이다. 도 2a와 비교하면, 광 모듈(200b)은 파장 변환부(240) 대신, 제1 광을 검출하여 전기적 신호로 출력하는 광 센서(250)를 포함할 수 있고, 상기한 인디케이터(230)는 광 센서(250)로부터 수신된 전기적 신호(즉, 광 센서(250)의 검출 결과)에 기초하여 정보를 출력할 수 있다. 인디케이터(230)는 사용자가 눈으로 인식할 수 있는 이미지, 텍스트일 수도 있거나, 사용자가 청각으로 인식할 수 있는 음향일 수도 있다. 상기한 광 센서(250)는 광이 이동하는 경로상에 배치되어 있을 수 있다. 예를 들어, 광 센서(250)는 광 조사부(220)내에 배치될 수 있다. 광 센서(250)를 이용하여 광의 조사 여부를 검출하면 인디케이터(230)의 구현 방법이 보다 다양할 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 초음파 모듈(300)을 나타내는 블럭도이다. 도 3을 참조하면, 초음파 모듈(300)은 송신부(320), 트랜스듀서(340), 및 수신부(360)를 포함할 수 있다.

송신부(320)는 트랜스듀서(340)에 구동 신호(driving signal)를 공급한다. 송신부(320)는 펄스 생성부(322), 송신 지연부(324), 및 펄서(326) 등을 포함할 수 있다.

펄스 생성부(322)는 소정의 펄스 반복 주파수(PRF, Pulse Repetition Frequency)에 따른 송신 초음파를 형성하기 위한 레이트 펄스(rate pulse)를 생성한다. 송신 지연부(324)는 송신 지향성(transmission directionality)을 결정하기 위한 지연 시간(delay time)을 펄스 생성부(322)에 의해 생성되는 레이트 펄스에 적용한다. 지연 시간이 적용된 각각의 레이트 펄스는, 트랜스듀서(340)에 포함된 복수의 단위 소자에 각각 대응된다. 펄서(326)는, 지연 시간이 적용된 각각의 레이트 펄스에 대응하는 타이밍(timing)으로, 트랜스듀서(340)에 구동 신호(또는, 구동 펄스(driving pulse))를 인가한다. 복수 개의 단위 소자는 1차원 어레이 형태일 수도 있고, 2차원 어레이 형태일 수도 있다.

트랜스듀서(340)는 송신부(320)로부터 공급된 구동 신호에 따라 초음파를 대상체(10)로 송출하고 대상체(10)로부터 반사되는 초음파의 에코 신호를 수신한다. 트랜스듀서(340)는 전기적 신호를 음향 에너지로(또는, 반대로) 변환하는 복수의 단위 소자를 포함할 수 있다. 복수 개의 단위 소자는 1차원 어레이 형태일 수도 있고, 2차원 어레이 형태일 수도 있다.

트랜스듀서(340)는 진동하면서 압력 변화로 초음파와 전기적 신호를 상호 변환시키는 압전형 초음파 트랜스듀서(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer, pMUT), 정전 용량의 변화로 초음파와 전기적 신호를 상호 변환시키는 정전 용량형 초음파 트랜스듀서(capacitive micromachined ultrasonic transducer, cMUT), 자기장의 변화로 초음파와 전기적 신호를 상호 변환시키는 자기형 초음파 트랜스듀서(magnetic micromachined ultrasonic transducer, mMUT), 광학적 특성의 변화로 초음파와 전기적 신호를 상호 변환시키는 광학형 초음파 검출기(Optical ultrasonic detection) 등으로 구현될 수 있다.

수신부(360)는 트랜스듀서(340)로부터 수신되는 신호를 처리하여 초음파 데이터를 생성하며, 수신부(360)는 증폭기(362), ADC(364)(아날로그 디지털 컨버터, Analog Digital converter), 수신 지연부(366), 및 합산부(368)를 포함할 수 있다.

증폭기(362)는 트랜스듀서(340)로부터 수신된 신호를 증폭하며, ADC(364)는 증폭된 신호를 아날로그-디지털 변환한다. 수신 지연부(366)는 수신 지향성(reception directionality)을 결정하기 위한 지연 시간을 디지털 변환된 신호에 적용한다. 합산부(368)는 수신 지연부(366)에 의해 처리된 신호를 합산함으로써 초음파 데이터를 생성한다. 합산부(368)의 합산 처리에 의하여 수신 지향성에 의해 결정되는 방향으로부터의 반사 성분이 강조될 수 있다.

초음파 모듈(300)은 트랜스듀서(340)를 반드시 포함하지만, 송신부 및 수신부 중 적어도 일부의 구성요소는 다른 장치에 포함될 수 도 있다. 예를 들어, 초음파 모듈(300)은 수신부의 합산부(368)를 포함하지 않을 수도 있다.뿐만 아니라, 광음향 영상을 생성할 때, 초음파 모듈(300) 중 송신부는 동작하지 않을 수도 있고, 초음파 모듈(300)은 송신부 자체를 포함하고 있지 않을 수도 있다.

광에 의해 대상체(10)에서 초음파가 발생되면, 트랜스듀서는 대상체(10)에서 발생된 초음파를 수신하고, 이를 전기적 수신 신호로 변환한 후 수신부로 인가한다. 수신부는 전기적 신호로부터 영상 데이터를 생성될 수 있고, 수신부에서 생성된 영상 데이터는 광음향 영상의 기초가 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광음향 진단 장치를 나타내는 블록도이다. 도 4를 참조하면, 광음향 진단 장치(400)는 광을 대상체(10)에 조사하고 대상체(10)로부터 초음파를 수신하는 광음향 프로브(110), 광음향 프로브(110)에서 인가된 신호를 처리하여 영상을 생성하는 신호 처리부(120), 영상을 표시하는 표시부(130), 사용자 명령을 입력받는 사용자 입력부(140), 각종 정보가 저장된 저장부(150) 및 광음향 진단 장치(400)의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(160)를 포함한다.

광음향 프로브(110)는 광을 대상체(10)에 조사하고, 대상체(10)로부터 생성된 초음파를 수신하는 장치로서, 앞서 기술하였으므로, 구체적인 설명은 생략한다.

신호 처리부(120)는 광음향 프로브(110)에서 생성한 초음파 데이터를 처리하여 광음향 영상을 생성할 수 있다. 광음향 영상의 생성 방법은 현재 실시 가능한 광음향 영상 생성 방법을 적용하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 또한, 신호 처리부(120)는 초음파 영상도 생성할 수 있다. 초음파 영상의 생성 방법도 현재 실시 가능한 초음파 영상 생성 방법을 적용하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

표시부(130)는 광음향 진단 장치(400)에서 처리되는 정보를 표시한다. 예를 들어, 표시부(130)는 신호 처리부(120)에서 생성한 광음향 영상을 표시할 수 있으며, 사용자의 입력을 요청하기 위한 GUI 등을 표시할 수도 있다.

표시부(130)는 액정 디스플레이(liquid crystal display), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode), 플렉서블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전기영동 디스플레이(electrophoretic display)중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 광음향 진단 장치(400)는 구현 형태에 따라 표시부(130)를 2개 이상 포함할 수도 있다.

사용자 입력부(140)는, 사용자가 광음향 진단 장치(400)를 제어하기 위한 데이터를 입력하는 수단을 의미한다. 사용자 입력부(140)는 키 패드, 마우스, 터치 패널, 트랙볼 등을 포함할 수 있다. 사용자 입력부(140)는 도시된 구성만에 한정되는 것은 아니며, 조그 휠, 조그 스위치 등 다양한 입력 수단을 더 포함할 수 있다.

한편, 터치 패널은 포인터(pointer)가 화면에 실제로 터치된 경우(real touch)뿐 아니라, 포인터(pointer)가 화면으로부터 소정 거리 이내로 떨어져 접근된 경우(proximity touch)를 모두 검출할 수 있다. 본 명세서에서 포인터(pointer)는 터치 패널의 특정 부분을 터치하거나 근접 터치하기 위한 도구를 말하며, 그 예로는 스타일러스 펜(stylus pen)이나 손가락 등 신체의 일부를 들 수 있다.

또한, 터치 패널은 전술한 표시부(130)와 레이어 구조(layer structure)를 형성하는 터치 스크린(touch screen)으로 구현될 수도 있으며, 터치 스크린은 접촉식 정전 용량 방식, 압력식 저항막 방식, 적외선 감지 방식, 표면 초음파 전도 방식, 적분식 장력 측정 방식, 피에조(piezo) 효과 방식 등 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 터치 스크린은 표시부(130) 뿐만 아니라 사용자 입력부(140)의 기능을 수행하기 때문에 그 활용도가 높다.

도면에는 도시되지 않았지만, 터치 패널은 터치를 감지하기 위해 터치 패널의 내부 또는 근처에 다양한 센서를 구비할 수 있다. 터치 패널이 터치를 감지하기 위한 센서의 일례로 촉각 센서가 있다. 촉각 센서는 사람이 느끼는 정도 또는 그 이상으로 특정 물체의 접촉을 감지하는 센서를 말한다. 촉각 센서는 접촉면의 거칠기, 접촉 물체의 단단함, 접촉 지점의 온도 등의 다양한 정보를 감지할 수 있다.

또한, 터치 패널이 터치를 감지하기 위한 센서의 일례로 근접 센서가 있다. 근접 센서는 소정의 검출면에 접근하는 물체, 혹은 근방에 존재하는 물체의 유무를 전자계의 힘 또는 적외선을 이용하여 기계적 접촉이 없이 검출하는 센서를 말한다. 근접 센서의 예로는 투과형 광전 센서, 직접 반사형 광전 센서, 미러 반사형 광전 센서, 고주파 발진형 근접 센서, 정전 용량형 근접 센서, 자기형 근접 센서, 적외선 근접 센서 등이 있다.

저장부(150)는 광음향 진단 장치(400)에서 처리되는 여러 가지 정보를 저장한다. 예를 들어, 저장부(150)는 영상 등 대상체(10)의 진단에 관련된 의료 데이터를 저장할 수 있고, 광음향 진단 장치(400)내에서 수행되는 알고리즘이나 프로그램을 저장할 수도 있다.

저장부(150)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(SD, XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 광음향 진단 장치(400)는 웹 상에서 저장부(150)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 또는 클라우드 서버를 운영할 수도 있다.

제어부(160)는 광음향 진단 장치(400)의 동작을 전반적으로 제어한다. 즉, 제어부(160)는 도 4에 도시된 광음향 프로브(110), 신호 처리부(120), 표시부(130)등의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(160)는 사용자 입력부(140)를 통해 입력된 사용자 명령이나 저장부(150)에 저장된 프로그램을 이용하여 신호 처리부(120)가 영상을 생성하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(160)는 신호 처리부(120)에서 생성한 영상이 표시부(130)에 표시되도록 제어할 수도 있다.

도 5는 일 실시예에 따른 광음향 프로브(110)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 초음파 모듈(300)의 측부에 광 조사부(220)가 배치될 수 있다. 초음파 모듈(300)을 중심으로 광 조사부(220)가 두 개 배치될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다, 광 조사부(220)는 하나이거나 3개 이상일 수도 있다. 그리고, 광원(210)에서 출력되는 제1 광은 광 전달부(260)를 통해 광 조사부(220) 및 인디케이터(230)로 전달될 수 있다. 광 전달부(260)는 적어도 하나의 광 파이버를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 전달부(260)는 제1 광의 일부를 광 조사부(220)로 전달하는 제1 광 전달부(262) 및 제1 광의 나머지를 인디케이터(230)로 전달하는 제2 광 전달부(264)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 광 전달부(262)의 일단은 광원(210)에 연결되고 제1 광 전달부(262)의 타단은 광 조사부(220)와 연결되어 있다. 그리고, 제2 광 전달부(264)의 일단은 광원(210)에 연결되고, 제2 광 전달부(264)의 타단에는 인디케이터(230)가 연결될 수 있다. 또한, 파장 변환부(240)는 제2 광 전달부(264) 내에 배치될 수 있다. 그리하여, 인디케이터(230)는 제1 광을 제2 광으로 변환시켜 인디케이터(230)를 통해 외부로 방출할 수 있다.

도 6은 다른 실시예에 따른 광음향 프로브(110)를 도시한 도면이다. 도 5와 비교하면, 도 6의 광음향 프로브(110)는 제1 광을 인디케이터(230)로 전달하는 별도의 제2 광 전달부를 구비하지 않는다. 인디케이터(230)는 광 조사부(220)내에 형성될 수도 있다. 예를 들어, 광 조사부(220)의 일단은 제1 광 전달부(262)와 연결되어 있고, 광 조사부(220)의 타단에는 제1 개구(222)가 형성되어 있다. 상기한 제1 개구(222)를 통해 광 조사부(220)는 광을 대상체(10)에 조사할 수 있다. 그리고, 인디케이터(230)는 광 조사부(220)의 측부에 제2 개구(224)로 형성될 수 있으며, 파장 변환부(240)의 적어도 일부는 제2 개구(224)와 중첩되게 형성될 수 있다. 그리하여, 광 조사부(220)에 인가된 제1 광 중 파장 변환부(240)로 입사되는 광은 파장 변환되어 인디케이터(230)인 제2 개구(224)를 통해 외부로 출사될 수도 있다.

도 7은 또 다른 실시예에 따른 광음향 프로브(110)를 도시한 도면이다. 광 전달부(260)내에는 광의 진행 경로를 제어할 수 있는 미러(271) 및 빔 스플리터(273) 등이 더 배치될 수도 있다. 그리고, 광 전달부(260), 광 조사부(220) 등에 광을 검출하는 광 센서(250)가 적어도 하나 배치될 수 있다. 도면에는 광 전달부(260)의 측부에 광 선세(250)가 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 광 조사부(220)나 광 전달부(260)내에 배치될 수도 있다.

광 센서(250)의 검출 결과를 전기적 신호로 인가받은 인디케이터(230)는 다양한 방식으로 광 조사부(220)에서 광의 조사 여부에 대한 정보를 표시할 수 있다. 상기한 인디케이터(230)는 광 다이오드로 구현될 수 있다. 그리하여, 광 조사부(220)에서 광이 조사되면 인디케이터(230)도 발광할 수 있다. 이 때, 인디케이터(230)는 사용자가 보안경을 착용하였을 때에도 시각적으로 확인할 수 있는 파장대의 광을 방출되는 것이 바람직하다. 즉, 가시광선 중 제1 광과 중첩되지 않는 파장을 갖은 광인 것이 바람직하다. 상기한 인디케이터(230)는 광 센서(250)로부터 전기적 신호를 인가받기 때문에 제2 광을 출사하는 인디케이터(230)보다 장소적 제약을 적게 받을 수 있다.

도 8 내지 도 10은 인디케이터(230)가 배치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 광 다이오드로서의 인디케이터(230)는 광음향 프로브(110)에 배치될 수 있다. 또는, 도 9에 도시된 바와 같이, 표시부(130)를 포함하는 표시 장치(130a)에 배치될 수도 있고, 도 10에 도시된 바와 같이, 사용자 입력부(140)를 포함하는 조작 장치(140a)에 배치될 수도 있다.

또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 표시부의 화면상에 사용자 인터페이스로서 텍스트 또는 이미지로 표시될 수 있음은 물론이다. 뿐만 아니라, 광의 조사 여부에 대한 정보는 시각적 출력 뿐만 아니라, 청각적 출력인 음향으로도 가능함은 물론이다.

지금까지 광 조사부(220)의 광 조사는 사용자의 명령에 따라 광원(210)이 광을 제공하는지 여부에 따라 결정된다고 설명하였다. 그러나, 이는 설명의 편의를 도모하기 위함일 뿐 이에 한정되지 않는다. 광원(210)은 광을 광 조사부(220)에 연속적으로 제공하고, 광 조사부(220)가 선택적으로 광을 조사할 수도 있다. 이와 같은 경우, 인디케이터(230)는 광 조사부(220)내에 배치되는 것이 바람직하다.

이상, 광음향 프로브 및 광음향 진단 장치의 실시예들을 설명하였으나, 상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

10: 대상체 100: 광음향 진단 장치
110: 광음향 프로브 120: 신호 처리부
130: 표시부 140: 사용자 입력부
150: 저장부 160: 제어부
200: 광 모듈 210: 광원
220: 광 조사부 230: 인디케이터
240: 파장 변환부 250: 광 센서
260: 광 전달부 262: 제1 광 전달부
264: 제2 광 전달부 300: 초음파 모듈

Claims

광음향을 위한 제1 광을 대상체에 조사하는 광 조사부; 및
상기 제1 광을 이용하여 상기 제1 광의 조사 여부에 대한 정보를 제공하는 인디케이터;를 포함하는 광음향 프로브.
제 1항에 있어서,
상기 제1 광을 파장이 다른 제2 광으로 변환시키는 파장 변환부;를 더 포함하고,
상기 인디케이터는 상기 제2 광을 출력하는 광음향 프로브.
제 2항에 있어서,
상기 제2 광의 파장 대역은,
상기 제1 광을 차단하는 필터를 통과할 수 있는 파장 대역을 포함하는 광음향 프로브.
제 2항에 있어서,
상기 제2 광의 파장 대역은,
가시광선 대역을 포함하는 광음향 프로브.
제 2항에 있어서,
상기 제2 광은 상기 제1 광보다 파장이 큰 광음향 프로브.
제 5항에 있어서,
상기 파장 변환부는,
형광 물질을 포함하는 광음향 프로브.
제 2항에 있어서,
상기 제2 광은 상기 제1 광보다 파장이 작은 광음향 프로브.
제 7항에 있어서,
상기 파장 변환부는,
비선형 결정(nonlinear crystal) 물질을 포함하는 광음향 프로브.
제 1항에 있어서,
상기 제1 광을 제공하는 광원;
상기 광원에서 상기 제1 광을 상기 광 조사부 및 상기 인디케이터에 전달하는 광 전달부;를 더 포함하는 광음향 프로브.
제 9항에 있어서,
상기 광 전달부는 적어도 하나의 광 파이버를 포함하는 광음향 프로브.
제 9항에 있어서,
상기 광 전달부의 일단은 상기 광원에 연결되고 상기 광 전달부의 타단은 상기 광 조사부와 연결되어 있으며,
상기 인디케이터는 상기 광 조사부의 측부에 배치되는 광음향 프로브.
제 9항에 있어서,
상기 광 전달부는
상기 제1 광의 일부를 상기 광 조사부로 전달하는 제1 광 전달부; 및
상기 제1 광의 나머지를 상기 인디케이터로 전달하는 제2 광 전달부;를 포함하는 광음향 프로브.
제 12항에 있어서,
상기 제1 광 전달부의 일단은 상기 광원에 연결되고 상기 제1 광 전달부의 타단은 상기 광 조사부에 연결되어 있으며,
상기 제2 광 전달부의 일단은 상기 광원에 연결되고, 상기 제2 광 전달부의 타단은 상기 인디케이터에 연결되는 광음향 프로브.
제 1항에 있어서,
상기 제1 광을 검출하는 광 센서;를 더 포함하고,
상기 인디케이터는 상기 광 센서의 검출 결과에 기초하여 상기 제1 광의 조사 여부에 대한 정보를 출력하는 광음향 프로브.
제 14항에 있어서,
상기 정보는,
이미지, 텍스트, 음향 중 적어도 하나를 포함하는 광음향 프로브.
제 1항에 있어서,
상기 제1 광에 의해 상기 대상체에서 발생된 음파를 수신하여 전기적 신호로 변환하는 트랜스듀서;를 더 포함하는 광음향 프로브.
광음향을 위한 제1 광을 대상체에 조사하는 광 조사부와 상기 제1 광에 대응하는 초음파를 수신하여 전기적 신호로 변환시키는 트랜스듀서를 포함하는 광음향 프로브;
상기 광음향 프로브에서 수신된 전기적 신호를 처리하여 광음향 영상을 생성하는 신호 처리부; 및
상기 제1 광을 이용하여 상기 제1 광이 조사되는지 여부에 대한 정보를 제공하는 인디케이터;를 포함하는 광음향 진단 장치.
제 17항에 있어서,
상기 인디케이터는 상기 제1 광과 다른 파장을 갖는 제2 광을 방출하는 광음향 진단 장치.
제 18항에 있어서,
상기 제1 광을 상기 제2 광으로 변환시키는 파장 변환부;를 더 포함하는 광음향 진단 장치.
제 19항에 있어서,
상기 파장 변환부는,
형광 물질 및 비선형 결정(nonlinear crystal) 물질 중 적어도 하나를 포함하는 광음향 진단 장치.