KR100774527B1 - optical body diagnostic system using MEMS - Google Patents
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Abstract
본 발명은 MEMS 기술을 이용한 광학영상 생체진단시스템에 관한 것으로서, 특히 간섭광 중 일부를 편광시키고 일부는 편광시키지 않아 이를 각각 영상으로 출력하여 생체진단을 보다 정확하게 분석할 수 있는 MEMS 기술을 이용한 광학영상 생체진단시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an optical image biodiagnostic system using MEMS technology. In particular, an optical image using MEMS technology can be analyzed more accurately by polarizing some of the interference light and not outputting some of them as an image. It relates to a biological diagnostic system.
인체의 내부 조직이나 기관을 포함하여 의학적으로 유용한 모든 생체정보를 관혈적 또는 비관혈적인 수단을 이용하여 영상화하고 이로부터 진단이나 치료에 이용되는 임상정보를 추출하고 처리하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for imaging all medically useful biological information including internal tissues and organs of the human body using invasive or noninvasive means, and extracting and processing clinical information for diagnosis or treatment therefrom.
MEMS, 편광, 간섭, MEMS, polarization, interference,
Description
도 1은 종래의 광간섭성 단층 촬영장치의 구성도,1 is a block diagram of a conventional optical coherence tomography apparatus;
도 2는 종래의 광지연단을 도시한 구성도,2 is a configuration diagram showing a conventional photo-delay;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MEMS 기술을 이용한 광학영상 생체진단시스템의 구성도.3 is a block diagram of an optical image biopsy system using MEMS technology according to an embodiment of the present invention.
도 4는 종래기술에 의한 생체진단 이미지와과 본 발명에 의한 생체진단 이미지이 비교도.Figure 4 is a comparison of the biodiagnostic image according to the prior art and the biodiagnostic image according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
110 : 광원, 120 : 제1분리기, 110: light source, 120: first separator,
130 : 샘플단, 140 : 광지연단, 130: sample stage, 140: photo paper edge,
150 : 신호처리부, 151 : 제2분리기, 150: signal processing unit, 151: second separator,
152 : 편광분리기, 153a : 제1광검출기, 152: polarization separator, 153a: first photodetector,
153b : 제2광검출기, 153c : 제3광검출기, 153b: second photodetector, 153c: third photodetector,
154a, 154b : 증폭기, 155 : A/D컨버터, 154a, 154b: amplifier, 155: A / D converter,
160 : 제어 및 표시부, 161 : 컴퓨터, 160: control and display, 161: computer,
162 : 표시장치, 162a : 제1영상, 162: display device, 162a: first image,
162b : 제2영상, 162c : 제3영상.162b: second image, 162c: third image.
본 발명은 MEMS 기술을 이용한 광학영상 생체진단시스템에 관한 것으로서, 특히 간섭광 중 일부를 편광시키고 일부는 편광시키지 않아 이를 각각 영상으로 출력하여 생체진단을 보다 정확하게 분석할 수 있는 MEMS 기술을 이용한 광학영상 생체진단시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an optical image biodiagnostic system using MEMS technology. In particular, an optical image using MEMS technology can be analyzed more accurately by polarizing some of the interference light and not outputting some of them as an image. It relates to a biological diagnostic system.
인체 내부에 대한 영상을 취득할 수 있는 의료 장비는 X-ray, MRI, CT, 초음파 영상촬영기 등이 있다. Medical equipment that can acquire images of the inside of the human body includes X-rays, MRI, CT, and ultrasound imaging devices.
하지만, 이러한 기존 의료영상장비는 질병이 진행된 결과물인 해부학적 변화를 주로 탐지함으로써, 질병의 조기 진단할 수 있는 정확성이 부족하고 질병의 진행 경로 등을 파악하는 병리학 연구의 영상기법의 부족 등 여러 가지 면에서 한계를 가지고 있다. However, the existing medical imaging equipment mainly detects anatomical changes, which are the result of the disease progression, and thus lacks the accuracy of early diagnosis of the disease and the lack of imaging techniques of pathology research to identify the path of disease. In terms of limitations.
기존의료영상기술의 한계는 분자생물학, 유전학, 생화학, 나노기술, 정보기술의 발전과 융합을 통해 새로운 영상의료기기 기술을 질병 조기진단에 적용하기 위한 연구가 생체분자영상(In vivo Molecular Imaging)이라는 분야로 광학영상 생체진단방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.The limitation of existing medical imaging technology is the study of applying new imaging medical device technology to early diagnosis through the development and convergence of molecular biology, genetics, biochemistry, nanotechnology, and information technology called In vivo Molecular Imaging. In the field, researches on optical imaging biodiagnosis methods have been actively conducted.
이러한 광학영상 생체진단 방법에는 광 확산 단층촬영(Optical Diffusion Tomography)과 광 간섭 단층 촬영(Optical Coherence Tomography)등이 있다. Such optical image biodiagnostic methods include optical diffusion tomography and optical coherence tomography.
특히 광 간섭 단층 촬영기법은 근적외선(Near-Infrared Radiation, NIR) 파장의 광원을 사용하여 생체 등 다중산란 물체에 조사하여, 반사된 광 파장의 세기를 고감도로 검출함으로써 생체에 대한 3차원 단층화상을 측정하는 영상진단장치로 비침습적, 비절개적인 방법으로 실시간 이미지를 얻을 수 있고, MRI와 같이 고가의 장비가 아니면서도 초음파 영상진단기 보다 더 좋은 해상도를 기대할 수 있다.In particular, the optical coherence tomography technique uses a light source with a near-infrared radiation (NIR) wavelength to irradiate multiscattered objects such as living bodies, and detects the intensity of the reflected light wavelength with high sensitivity to detect a three-dimensional tomographic image of the living body. It is possible to obtain real-time images by non-invasive and non-invasive method by measuring image diagnosis device, and to expect better resolution than ultrasonic image diagnosis device without expensive equipment such as MRI.
도 1은 종래의 광간섭성 단층 촬영장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a conventional optical coherence tomography apparatus.
이러한 광간섭성 단층 촬영장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 광원(10), 분리기(20), 프로브(30), 광지연단, 광검출기(50), 영상신호처리장치(60)를 구비한다.As shown in FIG. 1, the optical coherence tomography apparatus includes a
광원(10)은 코히어런스 길이가 짧은 광 예를 들면, 코히어런스 길이가 수 십 마이크로미터(㎛) 정도인 광을 출사하는 광원이 적용되는 것이 바람직하다.The
광원(10)에서 출사되는 광의 파장은 검사대상체(70) 내에 있는 물질에 대해 낮은 흡수율을 갖고 깊숙이 침투될 수 있는 파장을 적용한다.The wavelength of the light emitted from the
예를 들면, 검사대상체(70)가 인체인 경우 광원(10)은 인체 조직내에 있는 물, 헤모글로빈과 멜라닌에 소량만 흡수될 수 있고, 인체 내부에 깊숙이 침투될 수 있는 700nm 내지 1300nm의 중심 파장의 광을 출사하는 것을 적용하는 것이 바람직하다.For example, when the
광원(10)에서 출사되는 광을 평행광으로 변환시키기 위한 콜리메이팅 렌즈(미도시)가 광원(10)과 분리기(20)로 이어지는 광경로 사이에 마련될 수 있음은 물론이다.Of course, a collimating lens (not shown) for converting light emitted from the
분리기(20)는 광원(10)에서 출사되어 입사된 광을 분할하여 레퍼런스 미러 (41)와 프로브(30) 각각으로 출사한다.The
또한, 분리기(20)는 프로브(30)와 레퍼런스 미러(41)로부터 입사된 광을 광검출기(50)로 출력한다.In addition, the
이러한 분리기(20)로서 바람직하게는 광섬유 커플러가 적용된다.As this
더욱 바람직하게는 모드(mode) 간의 간섭을 배제하기 위해 분리기(20)용 광섬유 커플러에 적용되는 광섬유(23 내지 26)는 단일 모드 광섬유를 적용한다.More preferably, the
광섬유커플러를 형성하는 일반적인 방식은 두개의 광섬유를 융융인장에 의해 형성하는 방식과 측면연마에 의해 형성하는 방식이 있고, 이러한 방식은 공지되어 있어 상세한 설명은 생략한다.Common methods for forming an optical fiber coupler include a method of forming two optical fibers by fusion tensioning and a method of forming by side polishing, and such a method is well known, and thus a detailed description thereof will be omitted.
이러한 광섬유 커플러는 벌크 타입 분리기에 비해 광학적 정렬이 요구되지 않는 장점이 있다.Such an optical fiber coupler has the advantage that no optical alignment is required compared to the bulk type separator.
분리기(20)로 적용된 광섬유 커플러에서 광이 분할되는 부분을 기준으로 양측으로 각각 연장된 4개의 광섬유 부분에 대해서 참조부호 23으로 표기된 부분을 제1광섬유터미널, 24로 표기된 부분을 제2광섬유터미널, 25로 표기된 부분을 제3광섬유터미널, 26으로 표기된 부분을 제4광섬유터미널로 명명하여 이하에서 설명한다.In the optical fiber coupler applied to the
프로브(30)는 분리기(20)의 제1경로에 해당하는 제2광섬유터미널(24)을 통해 전송된 광을 검사대상체(70)로 조사하고, 검사대상체(70)로부터 입사된 광을 분리기(20)로 전송할 수 있도록 되어 있다.The
또한 프로브(30)는 검사대상체(70)를 가로지르는 방향으로 광섬유를 이동시 킬 수 있도록 되어 있다.In addition, the
상기 광지연단은 레퍼런스 미러(41)와 미러구동부(45)로 이루어져 있는데, 상기 레퍼런스 미러(41)는 미러구동부(45)에 의해 광경로를 가변시킬 수 있도록 되어 있다.The optical delay stage includes a
레퍼런스 미러(41)는 반사율을 높이기 위해 금(Au)이 코팅된 것이 적용되는 것이 바람직하다.The
참조부호 43은 분리기(20)로 적용된 광섬유커플러의 제2광경로를 형성하는 제3광섬유터미널(25)을 통해 출사된 광을 평행광으로 변환시키기 위해 적용된 콜리메이팅 렌즈이다.
미러구동부(45)는 영상신호처리장치(60)의 일 요소인 컴퓨터(65)로부터 제어된다.The
미러구동부(45)는 레퍼런스 미러(41)를 직선 이송 스테이지를 따라 이송될 수 있게 구축하는 방식, 보이스 코일 또는 갈바노미터를 이용하여 레퍼런스 미러(41)를 회동시켜 광경로 길이를 가변시키는 방식 등 다양한 방식이 적용될 수 있다.The
광검출기(50)는 분리기(20)로부터 제4광섬유터미널(26)을 통해 입사된 광을 수신하고, 수신된 광을 전기적 신호로 변환하여 출력한다.The
영상신호 처리장치(60)는 미러구동부(45) 및 프로브(30)를 구동하고, 광검출기(50)에서 수신된 신호로부터 영상신호를 생성한다.The image
영상신호 처리장치(60)는 증폭기(61), 밴드패스 필터(62), 디모듈레이터 (63), A/D변환기(64) 및 컴퓨터(65)를 구비한다.The video
증폭기(61)는 광검출기(50)에서 출력되는 신호를 증폭하여 출력한다. The
광검출기(50)의 출력신호가 미약하지 않을 경우 증폭기(61)는 생략될 수 있음은 물론이다.If the output signal of the
밴드패스 필터(62)는 증폭기(61)를 통해 출력된 신호성분 중 설정된 대역의 신호를 추출하여 출력한다.The band pass filter 62 extracts and outputs a signal of a set band among the signal components output through the
밴드패스 필터(62)의 통과 대역은 레퍼런스 미러(41)의 이송속도와 관련된 도플러주파수를 고려하여 적절하게 통과대역을 결정하면 된다.The pass band of the
디모듈레이터(63)는 밴드패스 필터(62)를 통과한 신호 성분 중 캐리어주파수 성분을 제외한 엔벨로프 성분 중 상하로 대칭되는 파형중 상부 또는 하부의 파형을 출력한다.The
A/D변환기(64)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.The A /
컴퓨터(65)는 입력된 디지털 신호로부터 영상정보를 생성하여 표시장치(미도시)에 출력한다.The
컴퓨터(65)의 기억장치에는 단층촬상 드라이버(미도시)가 설치되어 있고, 단층촬상 드라이버는 키보드 또는 마우스와 같은 입력장치(미도시)를 이용하여 단층촬상조건을 설정할 수 있는 창과, 설정된 조건에 따라 취득된 신호로부터 처리된 영상을 표시장치를 통해 표시하는 처리를 수행한다.A tomography driver (not shown) is installed in the storage device of the
컴퓨터(65)는 설정된 단층촬상조건에 따라 미러구동부(45) 및 프로브(30)를 구동한다.The
이러한 종래의 광 간섭 단층 촬영장치는, 빛의 간섭세기만을 이용하여 검사대상체 즉 샘플을 검사하기 때문에 생체진단에 있어서 한계가 있고, 조직의 층 구조를 선명하게 볼 수 없는 문제가 있었다. Such conventional optical coherence tomography apparatus has limitations in biodiagnosis because it inspects an object to be examined, i.e., a sample using only the interference intensity of light, and has a problem in that the layer structure of the tissue cannot be clearly seen.
또한, 광지연단(Optical delay line)은 광학영상 생체진단 시스템의 성능에 결정적인 영향을 미치는 중요한 부분으로서, 생체시료의 실시간 이미징을 위해서는 고성능의 광지연단이 요구된다. In addition, optical delay line (Optical delay line) is an important part that has a critical impact on the performance of the optical image biopsy system, high performance optical delay is required for the real-time imaging of biological samples.
도 2는 종래의 광지연단을 도시한 구성도이다.Figure 2 is a block diagram showing a conventional photo-delay.
먼저, 도 2a에 도시된 linear translation optical delay line은, 긴 거리의 스캔이 가능하다는 장점과 함께 스캐닝(scanning) 속도가 떨어지는 단점이 있다. First, the linear translation optical delay line illustrated in FIG. 2A has a disadvantage in that scanning speed is low as well as an advantage that a long distance scan is possible.
도 2b에서 보이는 angular scanning 방식은 빠른 스캐닝 속도를 얻을 수 있으나, 비선형성과 재료에 의한 색분산 효과가 나타나는 단점이 있다. In the angular scanning method shown in FIG. 2B, a fast scanning speed can be obtained, but there are disadvantages in that nonlinearity and color dispersion effect are caused by materials.
도 2c는 광섬유를 PZT 드럼에 코일형태로 감아 스트레칭시키는 방식으로 구성된 형태로서, 이는 비교적 긴 지연단(delay line) 길이와 빠른 스캐닝 속도를 얻을 수 있으나, 스트레스에 기인된 편광과 temperature drift 등의 문제점을 안고 있다. FIG. 2C is a configuration in which a fiber is wound around a PZT drum in a coil form and stretched, which can obtain a relatively long delay line length and a fast scanning speed, but has problems such as polarization due to stress and temperature drift. Is holding.
도 2d에서 보이는 rapid scanning optical delay line은 주파수 도메인에서의 linear phase ramp를 이용하여 긴 지연단(delay line) 길이와 빠른 스캐닝 속도를 얻을 수 있으나, 구성광학계들이 복잡하고 정렬이 어려우며, 분산의 불일치 등의 단점을 안고 있다.Although the rapid scanning optical delay line shown in FIG. 2D can obtain a long delay line length and a fast scanning speed by using a linear phase ramp in the frequency domain, constituent optical systems are complicated, difficult to align, dispersion mismatch, etc. Has the disadvantages.
도 2e에서 보이는 all-fiber optical delay line은 두개의 chirped 광섬유 그래그 격자를 이용하여 분산이 보정된 지연단 길이를 발생시키고, 광섬유만으로 구성되어 있으므로 삽입손실이 적고 정렬이 필요없으나, PZT를 이용하여 하나의 chirped 광섬유 그래그격자를 늘리게 되므로 광섬유의 진동에 따른 제약으로 빠른 스캐닝 속도를 얻는 데에 아직까지 어려움이 있다. The all-fiber optical delay line shown in FIG. 2e generates delay end lengths in which dispersion is corrected using two chirped optical fiber grating gratings, and is composed of optical fibers only, so that insertion loss is low and alignment is not necessary, but PZT is used. Since one chirped fiber grating has been increased, it is still difficult to obtain a fast scanning speed due to the limitation of the vibration of the fiber.
도 2f에 도시된 회전하는 나선형 거울을 사용한 경우에는, 나선형거울의 디자인에 따라 비교적 긴 지연단 길이를 발생할 수 있지만 그 크기로 인해 스캐닝 속도가 떨어지고 지연단 길이에 따른 삽입손실이 변화하는 등의 단점이 있다.In the case of using the rotating spiral mirror shown in FIG. 2F, a relatively long delay stage length may be generated depending on the design of the spiral mirror, but the scanning speed decreases due to the size of the spiral mirror, and the insertion loss varies depending on the delay stage length. There is this.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 시료가 내보내는 편광상태에 대응하는 밝기로 영상화하는 기술인 편광에 민감한 광학적 간섭성 단층촬영기술(Phase-Sensitive Optical Coherence Tomography,PS-OCT)을 접목하여, 간섭광 중 일부를 편광시키고 일부는 편광시키지 않아 이를 각각 영상으로 출력하여, 간섭광에 의한 영상과 편광에 의한 영상을 모두 관찰하도록 함으로써, 반사광의 세기, 복굴절, 광축의 방위(Orientation)를 동시에 측정해 보다 정확하게 생체진단을 할 수 있는 MEMS 기술을 이용한 광학영상 생체진단시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and incorporates Phase-Sensitive Optical Coherence Tomography (PS-OCT), a technique for imaging with a brightness corresponding to a polarization state emitted by a sample. Thus, some of the interference light is polarized and some are not polarized, and each of them is output as an image, so that both the image by the interference light and the image by the polarization are observed, thereby improving the intensity of the reflected light, birefringence, and orientation of the optical axis. The objective is to provide an optical imaging biodiagnosis system using MEMS technology that can simultaneously measure and more accurately perform biodiagnosis.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 MEMS 기술을 이용한 광학영상 생체진단시스템은, 빛을 발생시키는 광원과; 상기 광원으로부터 발생된 빛으로 시료에 조사하는 샘플단과; 상기 광원으로부터 발생된 빛을 시간차를 두고 반사시켜 되돌 려 보내는 광지연단과; 상기 샘플단과 광지연단을 통해 반사된 빛을 전기신호로 처리하는 신호처리부와; 상기 광원으로부터 유입된 빛을 상기 샘플단과 광지연단으로 분배하고, 다시 상기 샘플단과 광지연단으로부터 유입되는 빛을 상기 신호처리부로 유출시키는 제1분리기와; 상기 신호처리부와 연결되어 상기 광지연단과 샘플단을 제어하고 영상정보를 출력하는 제어 및 표시부를 포함하여 이루어지되, 상기 신호처리부는, 상기 제1분리기로부터 유출된 간섭광 중 일부를 편광시켜, 편광에 의한 전기신호와 간섭광의 전기신호를 모두 상기 제어 및 표시부에 송출하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an optical image biological diagnosis system using the MEMS technology of the present invention comprises: a light source for generating light; A sample stage irradiating the sample with light generated from the light source; An optical delay stage that reflects and returns the light generated from the light source at a time difference; A signal processor which processes light reflected by the sample stage and the photo delay stage into an electrical signal; A first separator for distributing the light from the light source to the sample stage and the optical delay stage, and for outputting the light from the sample stage and the optical delay stage to the signal processor; And a control and display unit connected to the signal processing unit to control the optical delay end and the sample end and output image information, wherein the signal processing unit polarizes a part of the interference light emitted from the first separator, It is characterized in that for transmitting both the electrical signal and the electrical signal of the interference light by the control and the display unit.
이때, 상기 신호처리부는, 상기 제1분리기를 통해 유출된 빛을 다수로 분배시키는 제2분리기; 상기 제2분리기를 통해 유출된 빛 중 일부를 두 개의 편광으로 분배시키는 편광분리기; 상기 편광분리기로부터 유출된 두 개의 빛을 각각 전기신호로 전환시키는 제1, 2광검출기; 상기 제2분리기를 통해 유출된 빛 중 나머지를 전기신호로 전환시키는 제3광검출기; 상기 1, 2광검출기와 상기 제3광검출기로부터 유입된 아날로그신호를 디지털신호로 변화시키는 A/D컨버터를 포함하여 이루어진다.At this time, the signal processing unit, a second separator for distributing a plurality of light leaked through the first separator; A polarization separator for distributing some of the light emitted through the second separator into two polarizations; First and second photodetectors for converting two lights emitted from the polarization separator into electrical signals, respectively; A third photodetector for converting the rest of the light leaked through the second separator into an electrical signal; And an A / D converter for converting the analog signal introduced from the first and second photodetectors and the third photodetector into a digital signal.
또한, 상기 제어 및 표시부는, 편광에 의한 각각의 전기신호를 혼합하여 제1영상으로 출력하고, 간섭광에 의한 전기신호를 제2영상으로 출력하며, 상기 제1영상과 제2영상을 혼합하여 제3영상을 출력하도록 한다.In addition, the control and display unit, by mixing each of the electrical signals due to polarization and outputs the first image, and outputs the electrical signal of the interference light as a second image, by mixing the first image and the second image The third image is output.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상 세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MEMS 기술을 이용한 광학영상 생체진단시스템의 구성도이다.3 is a block diagram of an optical image biopsy system using MEMS technology according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 광원(110), 제1분리기(120), 샘플단(130), 광지연단(140), 신호처리부(150), 제어 및 표시부(160)로 이루어진다.As shown in FIG. 2, the present invention includes a
상기 광원(110)은 빛을 발생시키는 것으로써, 1310nm 파장의 빛과 650nm 파장의 빛을 함께 출사하도록 함이 바람직하다.The
이때, 1310nm 파장의 빛은 샘플을 분석하기 위한 신호를 만들기 위한 것이고, 650nm 파장의 빛은 작업자가 직접 보기 위한 것이다.At this time, the light of 1310nm wavelength is for making a signal for analyzing the sample, and the light of 650nm wavelength is for the operator to directly see.
1310nm파장의 빛을 발생시키기 위해, SLD(super luminescent diode)를 사용함이 바람직하다.In order to generate light of 1310 nm wavelength, it is preferable to use a super luminescent diode (SLD).
SLD 1310nm의 파장은 생체에 대부분을 구성하는 물과 멜라닌 색소 그리고 혈류 속의 헤모글로빈의 흡수 정도를 모두 고려할 때 가장 최적의 조건을 만족하는 파장대역에 속하는 값이다.The wavelength of SLD 1310nm is a value belonging to the wavelength band which satisfies the most optimal condition considering the absorption of water, melanin pigment and hemoglobin in the bloodstream which make up most of the living body.
반치폭이 50nm 정도로써 이는 자유공간에서의 간섭무늬의 분해능이 약 15㎛정도가 가능하므로 상대적으로 고분해능을 제공할 수 있는 광원이다.Since the half width is about 50 nm, the resolution of the interference fringe in free space is about 15 μm, which is a light source that can provide relatively high resolution.
위와 같이, 상기 광원(110)이 두 개의 빛을 출사하는 경우에는 상기 광원(110)과 상기 제1분리기(120) 사이에는 별도의 분리기(미도시)가 장착되도록 함이 바람직하다.As described above, when the
상기 제1분리기(120)는, 상기 광원(110)으로부터 유입된 빛을 상기 샘플단 (130)과 광지연단(140)에 분배시키고, 다시 상기 샘플단(130)과 광지연단(140)으로부터 반사되어 유입된 빛을 상기 신호처리부(150)로 유출시킨다.The
따라서, 상기 제1분리기(120)에서 광원(110)으로 유입된 빛과, 상기 샘플단(130) 및 광지연단(140)으로부터 반사되는 빛이 간섭을 일으키게 된다.Therefore, the light introduced from the
이때, 상기 광원(110)과 상기 제1분리기(120) 사이에는 아이솔레이터(isolator)를 장착하여 상기 광원(110)으로부터 제1분리기(120)로 빛이 전송되지만, 제1분리기(120)로부터 상기 광원(110)으로는 빛이 전송되지 않도록 즉 한쪽 방향으로만 빛이 전송되도록 함이 바람직하다.In this case, an isolator is mounted between the
상기 샘플단(130)은, 상기 광원(110)으로부터 발생된 빛을 시료 즉 샘플에 조사하는 MEMS(Micro Electro Mechanical System)화된 프로브(132)와, 상기 제어 및 표시부(160)와 연결된 CCD 카메라(133)와, 상기 MEMS화된 프로브를 이동시키는 MEMS 프로브 드라이버(131) 등으로 이루어진다.The
이때, MEMS화된 프로브(132)에는 집광렌즈(미도시)가 장착되어 빛을 집광하여 샘플에 입사키고 다시 반사되어 나오는 빛을 모아서 상기 제1분리기(120)로 되돌려 보낸다.At this time, the MEMS-probed
상기 광지연단(140)은, 상기 광원(110)으로부터 발생된 빛을 시간차를 두고 반사시켜 상기 제1분리기(120)로 되돌려 보내는 것으로써, 샘플내의 각각의 경계에서 반사되어 나오는 빛의 광경로를 알아내는 역할을 한다.The
상기 광지연단(140)은 상기 제어 및 표시부(160)와 연결된 MEMS 콘트롤러(141)와 제1분리기(120)로부터 유입된 빛을 평행광선으로 바꾸는 콜리메이터(142) 와 빛을 반사시기키 위한 거울(143) 등으로 이루어진다.The
상기 거울(143)은 상기 MEMS 콘트롤러(141)에 의해 이동되어진다.The
상기 광지연단(140)은 광학영상 생체진단 시스템의 성능에 결정적인 영향을 미치는 중요한 부분으로서, 생체시료의 실시간 이미징을 위해서는 종래의 광지연단 소음과 진동의 문제점을 해결하기 위해 MEMS(MicroElectroMechanicalSystem)기술을 적용한 MEMS화된 광지연단임이 바람직하다.The
위와 같이 광지연단(140)을 MEMS화함으로써, 광학계의 정렬이 보장된다.By MEMS the
즉, MEMS 기술은 마이크로미터 수준의 정밀가공을 바탕으로 이루어지므로 지연단을 구성하는 부품들이 MEMS 공정을 통해 정밀한 광학계의 정렬이 보장된다.In other words, MEMS technology is based on precision processing at the micrometer level, so the components constituting the delay stage are guaranteed through the MEMS process to ensure precise alignment of the optical system.
또한, 지연단을 구성하는 부품들은 MEMS 공정을 통해 하나의 칩 위에 제작되어 패키지 되므로, 시스템 이동 중의 충격이나 시간에 따른 정렬의 흐트러짐을 획기적으로 줄일 수 있어 광학계 정렬의 안정성을 확보할 수 있다.In addition, since the components constituting the delay stage are manufactured and packaged on a single chip through a MEMS process, it is possible to drastically reduce the impact during the movement of the system and the disturbance of the alignment due to time, thereby securing the stability of the optical alignment.
또한, 광지연단의 사이즈가 줄어듦으로 인해 세제곱에 비례하는 관성의 효과가 그 크기 자체에 비례하는 강성보다 효과가 크다. In addition, due to the decrease in the size of the optical edge, the effect of inertia proportional to the cube is more effective than the stiffness proportional to the size itself.
따라서 큰 사이즈의 구동기와 반사경을 사용할 때와 비교하여 높은 공진주파수에 따른 빠른 구동속도를 획득할 수 있다.Therefore, it is possible to obtain a fast driving speed according to a high resonance frequency compared to when using a large size driver and reflector.
또한, MEMS 기술을 사용하기 이전 기존 시스템들은 대부분 크기가 거대하여, 휴대하기가 불편하고 무거워 부담스러웠으나, MEMS화함으로써 무게의 경량화를 이룰 수 있어 시스템의 휴대성을 향상시킬 수 있고 더 효율적인 시스템 구성을 가능하게 만들 수 있다.In addition, prior to using MEMS technology, most of the existing systems were large in size, which was inconvenient to carry and heavy, which was burdensome. However, the weight of the weight can be reduced by MEMS, which can improve the portability of the system and make the system more efficient. Can make it possible.
또한, MEMS 구동은 에너지 소비가 매우 작은데 이는 MEMS에서 주로 사용하는 정전력 구동 때문이다. In addition, the MEMS drive has a very low energy consumption because of the constant power drive mainly used in the MEMS.
크기가 작고 무게가 가볍기 때문에 정전력 구동이 가능하고 이로 인해 에너지 소비를 최소화할 수 있다.Its small size and light weight enable constant power operation, which minimizes energy consumption.
또한, MEMS 기술을 이용하면 작은 칩의 대량생산이 쉬워지며, 웨이퍼 한 장당 칩이 수십 개씩 나오기 때문에 비용 절감에도 효과적이다.In addition, MEMS technology facilitates mass production of small chips, and is cost effective because dozens of chips are produced per wafer.
한번 갖추어진 공정은 항상 높은 성능을 나타기 때문에 높은 성능과 대량 생산으로 비용은 절감하며 성능은 높일 수 있다. Once a process is in place, it always delivers high performance, so high performance and mass production can reduce costs and increase performance.
상기 광원(110)과 제1분배기와 샘플단(130)과 광지연단(140)과 신호처리부(150)는 광섬유로 연결되어 있으며, 상기 신호처리부(150)의 내부에서도 광섬유가 일부구성을 상호 연결하고 있다.The
상기 신호처리부(150)는, 상기 샘플단(130)과 광지연단(140)을 통해 반사된 빛을 전기신호로 처리하는 것으로써, 상기 제1분리기(120)로부터 유출된 간섭광 중 일부를 편광시켜, 편광에 의한 전기신호와 편광되지 않은 빛 즉 간섭광의 전기신호를 모두 상기 제어 및 표시부(160)에 송출하도록 한다.The
이때, 상기 신호처리부(150)는, 제2분리기(151), 편광분리가, 광검출기(153a,153b,153c), A/D컨버터(155) 등으로 이루어진다.In this case, the
상기 제2분리기(151)는, 상기 제1분리기(120)를 통해 유출된 빛 즉 간섭광을 두 개로 분배시키는 역할을 한다.The
상기 편광분리기(152)는, 상기 제2분리기(151)를 통해 유출된 빛 중 일부를 두 개의 편광으로 분리시킨다.The
상기 광검출기(153a,153b,153c)는, 빛을 전기신호로 전환시키는 것으로써, 상기 편광분리기(152)로부터 유출된 두 개의 빛을 각각 전기신호로 전환시키는 제1광검출기(153a) 및 제2광검출기(153b)와, 상기 제2분리기(151)를 통해 유출된 빛 중 나머지 즉 편광되지 않은 간섭광을 전기신호로 전환시키는 제3광검출기(153c)로 이루어진다.The
상기 A/D컨버터(155)는, 상기 1, 2광검출기(153a,153b)와 상기 제3광검출기(153c)로부터 유입된 아날로그신호를 디지털신호로 변화시킨다.The A /
이때, 상기 제1광검출기(153a) 및 제2광검출기(153b)와 A/D컨버터(155) 사이에 증폭기(154a,154b) 장착하여 신호를 증폭시키도록 함이 바람직하다.In this case, it is preferable to mount the
또한, 상기 광검출기(153a,153b,153c)와 A/D컨버터(155) 사이에는 종래기술에서 언급한 바와 같이, 밴드패스필터, 디모듈레이터 등을 장착하도록 함이 바람직하다.In addition, it is preferable to mount a band pass filter, a demodulator, or the like between the
위와 같은 상기 신호처리부(150)에 의해, 간섭광에 의한 신호와 편광에 의한 신호를 동시에 각각 얻을 수 있다.By the
상기 제어 및 표시부(160)는, 상기 신호처리부(150)와 연결되어 상기 광지연단(140)과 샘플단(130)을 제어하고 영상정보를 출력하는 것으로써, 컴퓨터(161)와 표시장치(162)로 이루어진다.The control and
상기 컴퓨터(161)는 상기 광지연단(140) 샘플단(130) 등에 연결되어 이를 각각 제어하고, 상기 표시장치(162)는 상기 컴퓨터(161)에 연결되어 상기 컴퓨터 (161)에 입력된 신호를 영상으로 출력한다.The
이때, 상기 제어 및 표시부(160)는, 상기 신호처리부(150)에서 입력된 편광에 의해 생성된 제1영상(162a)과, 간섭광에 의해 생성된 제2영상(162b) 및 상기 제1영상(162a)과 제2영상(162b)을 혼합한 제3영상(162c)을 한꺼번에 동시에 출력하도록 함이 바람직하다.In this case, the control and
상기 제1영상(162a)은 상기 편광에 의한 각각의 전기신호 즉 상기 제1광검출기(153a)와 제2광검출기(153b)에 의해 생성된 전기신호를 혼합하여 하나의 영상으로 출력하는 것이고, 상기 제2영상(162b)은 간섭광에 의한 전기신호 즉 상기 제3광검출기(153c)에 의해 생성된 전기신호를 영상으로 출력하는 것이며, 상기 제3영상(162c)은 상기 제1영상(162a)과 제2영상(162b)을 혼합하여 하나의 영상으로 출력하는 것이다.The
위와 같이, 편광에 의한 제1영상(162a)과, 간섭광에 의한 제2영상(162b) 및 이를 혼합한 제3영상(162c)을 한꺼번에 볼 수 있어, 시료를 분석함에 있어 더욱 용이하고 정확하게 분석할 수 있다.As described above, the
도 4는 종래기술에 의한 생체진단 이미지와과 본 발명에 의한 생체진단 이미지이 비교도이다.Figure 4 is a comparison between the biodiagnostic image according to the prior art and the biodiagnostic image according to the present invention.
도 4a는 종래기술에 의한 생체진단 이미지이고, 도 4b는 본 발명에 의한 생체진단 이미지 즉 상기 제3영상(162c)이다.4A is a biodiagnostic image according to the related art, and FIG. 4B is a biodiagnostic image according to the present invention, that is, the
도 4a에 도시된 종래기술에 의한 광영상 이미지는 빛의 세기만을 이용하기 때문에 그림과 같이 간섭을 통해 들어오는 빛의 세기가 동일한 부분에 대해서는 고 스트라인이 생겨 실제적인 이미지 구성에 문제점이 발생하지만, 도 4b에 도시된 본 발명의 제1영상(162a)과 제2영상(162b)을 혼합한 제3영상(162c)에서는 빛의 세기와 복굴절, 광축의 방위(Orientation)를 동시에 측정해 보다 정확한 이미지를 얻을 수 있으며, 특히 상피내암과 같은 부드러운 조직이나 연골분야에 탁월한 이미지 분석 능력을 가질 수 있다.Since the optical image according to the prior art illustrated in FIG. 4A uses only light intensity, high lines are generated for the same portion of light intensity through interference as shown in FIG. In the
본 발명인 MEMS 기술을 이용한 광학영상 생체진단시스템은 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.Optical imaging biological diagnostic system using the MEMS technology of the present invention is not limited to the above-described embodiment, it can be carried out in a variety of modifications within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 MEMS 기술을 이용한 광학영상 생체진단시스템에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.According to the optical image biological diagnosis system using the MEMS technology of the present invention as described above has the following effects.
첫째, 간섭광 중 일부를 편광시켜, 편광에 의한 전기신호와 간섭광의 전기신호를 모두 상기 제어 및 표시부에 송출하도록 함으로써, 편광에 의한 영상과 간섭광에 의한 영상을 모두 사용할 수 있어 생체진단을 정확하고 자세하게 분석할 수 있다.First, by polarizing some of the interfering light to transmit both the electric signal of the polarized light and the electric signal of the interfering light to the control and display unit, it is possible to use both the image by the polarized light and the image by the interference light, so that the bio-diagnosis is accurate Can be analyzed in detail.
둘째, 제어 및 표시부가, 편광에 의한 각각의 전기신호를 혼합하여 제1영상으로 출력하고, 간섭광에 의한 전기신호를 제2영상으로 출력하며, 상기 제1영상과 제2영상을 혼합하여 제3영상을 출력하도록 함으로써, 한꺼번에 편광에 의한 영상과 간섭광에 의한 영상 및 이를 혼합한 영상을 볼 수 있어 보다 용이하고 정확하게 샘플을 분석할 수 있다.Secondly, the control and display unit mixes each electric signal due to polarization and outputs it as a first image, outputs an electric signal due to interference light as a second image, and mixes the first and second images to generate a first image. By outputting three images, images of polarized light, images of interference light, and mixed images can be viewed at a time, so that samples can be analyzed more easily and accurately.
셋째, 종래기술에 의한 광영상 의미지는 빛의 세기만을 이용하기 때문에 그림과 같이 간섭을 통해 들어오는 빛의 세기가 동일한 부분에 대해서는 고스트라인이 생겨 실제적인 이미지 구성에 문제점이 발생하지만, 본 발명은 제1영상과 제2영상을 혼합한 제3영상에 의해 빛의 세기와 복굴절, 광축의 방위(Orientation)를 동시에 측정해 보다 정확한 이미지를 얻을 수 있으며, 특히 상피내암과 같은 부드러운 조직이나 연골분야에 탁월한 이미지 분석 능력을 가질 수 있다.Third, since the optical image meaning according to the prior art uses only the light intensity, a ghost line is generated for the same part of the light intensity coming through the interference as shown in the figure, but a problem arises in the actual image composition. By combining the first image and the second image, the third image can simultaneously measure the light intensity, birefringence, and orientation of the optical axis to obtain a more accurate image. Especially, it is excellent for soft tissues and cartilage fields such as epithelial cancer. Have the ability to analyze images.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060014748A KR100774527B1 (en) | 2006-02-15 | 2006-02-15 | optical body diagnostic system using MEMS |
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|---|---|---|---|
| KR1020060014748A KR100774527B1 (en) | 2006-02-15 | 2006-02-15 | optical body diagnostic system using MEMS |
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|---|---|
| KR20070082214A KR20070082214A (en) | 2007-08-21 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020060014748A KR100774527B1 (en) | 2006-02-15 | 2006-02-15 | optical body diagnostic system using MEMS |
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|---|---|
| KR (1) | KR100774527B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100683105B1 (en) * | 1999-10-29 | 2007-02-15 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | Composite Material Containing Ultra-Hard Particle |
| KR100991121B1 (en) | 2008-11-27 | 2010-11-01 | 부산대학교 산학협력단 | A optical measurement system using light-interference and extending method of light delay line |
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- 2006-02-15 KR KR1020060014748A patent/KR100774527B1/en not_active IP Right Cessation
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|---|---|
| KR20070082214A (en) | 2007-08-21 |
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