KR101449168B1 - Dental MEMS probe and optical coherence tomography using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 치과용 MEMS 프로브는 하우징, 상기 하우징의 길이 방향으로 연장되는 광 파이버, 상기 광 파이버의 단부에 연결되는 렌즈, 상기 렌즈를 통과한 광을 반사시키는 2축 MEMS 미러, 및 상기 2축 MEMS 미러에서 반사된 광을 집광하는 포커싱 렌즈를 포함한다. 본 발명에 의하면, 치아와 잇몸 상태를 확인하면서 진료할 수 있다.The dental MEMS probe of the present invention comprises a housing, an optical fiber extending in the longitudinal direction of the housing, a lens connected to an end of the optical fiber, a biaxial MEMS mirror for reflecting light passing through the lens, And a focusing lens for focusing the light reflected from the mirror. INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to perform treatment while checking the state of the teeth and the gums.

Description

치과용 ＭＥＭＳ 프로브, 및 이를 이용한 광 간섭성 단층 촬영장치 {Dental MEMS probe and optical coherence tomography using the same}[0001] The present invention relates to a dental MEMS probe and an optical coherence tomography apparatus using the same,

본 발명은 치과용 MEMS 프로브를 포함하는 OCT에 관한 것으로서, 특히 진단과 진료가 동시에 가능하려면 소형 프로브가 절실히 요구되는 바, 3차원 영상으로 실시간 진단이 가능하고, 치과 진단을 위하여 사이즈는 소형이면서 영상은 고해상도를 보장하는 치과용 MEMS 프로브, 및 이를 이용한 광 간섭성 단층 촬영장치에 관한 것이다. The present invention relates to an OCT including a dental MEMS probe. In particular, in order to simultaneously perform diagnosis and medical treatment, a compact probe is desperately required. In this case, real-time diagnosis can be performed by a three-dimensional image, The present invention relates to a dental MEMS probe capable of ensuring a high resolution, and an optical coherence tomography apparatus using the same.

더욱이, 장비의 소형화를 위하여 굴절률이 소정의 프로파일에 따라 변화하여 콜리메이팅 기능과 포커싱 기능을 수행하는 GRIN 렌즈가 사용되고, 고화질의 3차원 이미지를 획득하기 위하여 1개의 미러가 2축으로 동작하는 소형 MEMS 미러를 사용하는 치과용 MEMS 프로브를 제공하는 것이다. Further, in order to miniaturize the apparatus, a GRIN lens that performs a collimating function and a focusing function by changing a refractive index according to a predetermined profile is used. In order to obtain a high-quality three-dimensional image, a small- And to provide a dental MEMS probe using a mirror.

최근 사회가 고령화 되면서 노인들의 치과 이용이 늘어나고 있다. 임플란트, 치아 교정 등 치과가 치료뿐 아니라 그 이용 목적이 다양화됨으로써 진단 기기의 목적도 다양해졌다. 하지만 치과용 진단기기는 CBCT, X-선 장치가 유일한 실정이다. Recently, as the society has aged, the dental use of the elderly is increasing. Implants and orthodontics have diversified the purpose of the dentistry as well as the treatment. However, the only diagnostic devices for dental diagnosis are CBCT and X-ray devices.

이러한 진단 기기들은 많이 사용 시 방사능 피폭의 위험이 있고, 해상도가 낮아 치아의 미세한 구조를 확인할 수 없으며, 최초 진단 후 의사의 소견에 따라 진료를 해야만 했다.These diagnostic devices have a risk of radioactivity exposure when they are used in large numbers and can not confirm the fine structure of the teeth due to their low resolution.

가령, 기존의 치과용 진단 기기인 CBCT나 X-선 촬영 장치는 방사능 피폭의 위험으로 인해 최초의 진단만으로 진료를 해야 하며, 해상도가 낮아 치아의 잇몸 상태의 확인이 매우 어려웠다. For example, CBCT or X-ray equipment, which is a conventional dental diagnostic device, has to be examined only by the first diagnosis due to the risk of radiation exposure, and it is very difficult to check the condition of the gums of the teeth due to low resolution.

또한 진료 과정을 확인할 수 없어서, 치아의 치료 상태의 실시간 확인이 불가능하였다. 기존 치과용 진단 기기는 그 부피가 매우 커서 진료 절차가 복잡하고, 진료의 편의성을 저하시키는 요인이었으며, 질병의 조기 진단의 어려움이 있었다. 또한 환자 진료와 치료를 동시에 확보하지 못함으로써 진료 데이터의 확보에 많은 어려움이 존재하였다.In addition, since the procedure was not confirmed, it was impossible to check the treatment status of the teeth in real time. Conventional dental diagnostic devices have a very large volume, which complicates the procedure, deteriorates the convenience of the diagnosis, and has a difficulty in diagnosing the disease early. In addition, there were many difficulties in securing the medical care data because the patients could not be treated and treated at the same time.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 방사능 피폭의 위험이 전혀 없고, 기존 치과용 진단 장비에 비하여 부피가 작은 치과용 MEMS 프로브를 제공하는 것이다.DISCLOSURE Technical Problem Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a dental MEMS probe having no risk of radiation exposure, will be.

가령, X-선과 같이 방사능 피폭의 위험이 전혀 없고, 진단과 동시에 치료가 가능하며, 치료 과정을 실시간으로 확인함으로써 진료의 신뢰성을 확보할 수 있는 치과용 MEMS 프로브를 제공하는 것이다. 즉, 소형화 제작이 가능하고, 기존의 치료 장비와 융합하여 사용함으로써, 진료의 효율성을 높일 수 있는 치과용 MEMS 프로브를 제공하는 것이다.It is intended to provide a dental MEMS probe capable of ensuring the reliability of a medical treatment by virtue of the fact that there is no risk of radioactive exposure like X-ray, treatment is possible simultaneously with diagnosis, and the treatment process is confirmed in real time. That is, the present invention provides a dental MEMS probe that can be miniaturized and can be used in combination with existing treatment equipment to improve the efficiency of medical treatment.

본 발명의 다른 목적은, 고해상도의 영상을 제공함으로써 치아의 구조와 상태 그리고 잇몸 상태까지 단층 영상 및 3차원 입체 영상으로 실시간으로 확인함으로써, 좀 더 세밀한 진료가 가능한 치과용 MEMS 프로브를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a dental MEMS probe capable of providing a high-resolution image, realizing the structure and condition of the tooth and the gum state in real time as a tomographic image and a three-dimensional stereoscopic image.

가령, 진료의 효율성 및 신뢰도를 확보하며, 진료 절차를 단순화 할 수 있어 진료의 편의성 및 환자 데이터 확보에 용이한 치과용 MEMS 프로브를 제공하는 것이다.For example, it is possible to provide a dental MEMS probe that is easy to access for medical treatment and secures patient data because the efficiency and reliability of the medical treatment can be secured and the medical procedure can be simplified.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 치과용 MEMS 프로브는 하우징, 상기 하우징의 길이 방향으로 연장되는 광 파이버, 상기 광 파이버의 단부에 연결되는 렌즈, 상기 렌즈를 통과한 광을 반사시키는 2축 MEMS 미러, 및 상기 2축 MEMS 미러에서 반사된 광을 집광하는 포커싱 렌즈를 포함한다.According to an aspect of the present invention, a dental MEMS probe of the present invention includes a housing, an optical fiber extending in the longitudinal direction of the housing, a lens connected to an end of the optical fiber, A biaxial MEMS mirror that reflects the transmitted light, and a focusing lens that condenses the light reflected by the biaxial MEMS mirror.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.As described above, according to the configuration of the present invention, the following effects can be expected.

첫째, CBCT, X-선과 같은 치과용 진단 장치는 그 부피가 크고 방사능 피폭의 위험이 존재하며, 해상도가 특히 낮아 치아의 미세한 진단과 진료가 불가능하고, 실시간 환자의 치아 및 잇몸 상태를 확인하는 것은 더욱 곤란하였으며, 치아 부패와 직접적 상관이 없는 에나멜 영역의 두께를 실시간으로 진단할 수 있는 치과용 진단 장치는 지금까지 존재하지 않고 있는 실정에서, 본 발명은 치아의 에나멜 영역의 두께의 실시간 측정과 동시에 잇몸 조직의 미세한 구조를 진단함으로써 치아뿐 아니라 잇몸의 건강 상태까지 실시간으로 진단이 가능한 효과가 있다. First, dental diagnostic devices such as CBCT and X-ray are bulky and there is a risk of radiation exposure. Especially, it is impossible to perform fine diagnosis and treatment of teeth due to low resolution and to check the condition of teeth and gums in real time The present invention has been made to provide a real time measurement of the thickness of the enamel region without any correlation with the tooth decay, By diagnosing the microstructure of the gingival tissue, it is possible to diagnose not only the teeth but also the health condition of the gums in real time.

둘째, CBCT나 X-선보다 우수한 해상도를 제공하며, 치아 및 잇몸의 상태를 실시간으로 보면서 진료를 가능하게 함으로써 질병의 감염 원인을 조기 진단하여 발생 원인에 맞는 적절한 처방이 가능하며, 일반적인 질병과 세균에 감염에 의한 질병을 확실하게 구분할 수 있으므로 이에 따른 오진을 방지하는 효과가 있다.Second, it provides superior resolution than CBCT or X-ray. It enables diagnosis by observing the condition of teeth and gums in real time. By early diagnosing the cause of infectious diseases, it is possible to make appropriate prescription according to the cause. It is possible to clearly distinguish diseases caused by infection, thereby preventing misdiagnosis.

셋째, 세계 치과 분야 관련시장이 자연/인공치아의 수명 연장에 대한 끊임없는 요구와 고령화 사회에 따른 수요자 계층 증가, 임플란트 시장 확대 및 심미적 관점에서의 사용자 요구사항 증가 등으로 인해 치과용 진단기기 관련 시장이 상승하는 추세에서, 본 발명은 CBCT나 X-선에 비해 부피가 작으며 방사능 피폭의 위험도 없으면서 고해상도의 영상을 제공함으로써, 진료 과정을 확인하면서 그 자리에서 치료가 동시에 가능하여 진료의 신뢰성을 향상할 수 있다. Third, due to the continuous demand of the natural and artificial teeth for the extension of the life span of the natural and artificial teeth, the increase of the demanded people according to the aging society, the expansion of the implant market and the increase of the user requirements in terms of aesthetics, The present invention provides a high-resolution image having a small volume and a low radiation dose compared with CBCT or X-ray, thereby enabling the simultaneous treatment of the medical treatment while confirming the medical care process, thereby improving the reliability of the medical care can do.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 치과용 MEMS 프로브의 구성을 나타내는 단면도.
도 2는 도 1의 실제 제품을 나타내는 사진.
도 3a는 2축 스캐닝 미러를 이용하여 획득한 단층 이미지 영상.
도 3b는 2축 MEMS 미러를 이용하여 획득한 단층 이미지 영상.
도 4는 본 발명의 치과용 MEMS 프로브를 이용한 OCT의 구성을 나타내는 개념도.
도 5는 도 4의 OCT를 이용하여 획득한 영상들.1 is a sectional view showing the configuration of a dental MEMS probe according to an embodiment of the present invention;
2 is a photograph showing the actual product of Fig.
FIG. 3A is a cross-sectional image obtained by using a two-axis scanning mirror. FIG.
FIG. 3B is a tomographic image obtained by using a 2-axis MEMS mirror. FIG.
4 is a conceptual diagram showing the configuration of an OCT using a dental MEMS probe of the present invention.
FIG. 5 shows images obtained using the OCT of FIG.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Brief Description of the Drawings The advantages and features of the present invention, and how to achieve them, will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. The dimensions and relative sizes of layers and regions in the figures may be exaggerated for clarity of illustration. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.Embodiments described herein will be described with reference to plan views and cross-sectional views, which are ideal schematics of the present invention. Thus, the shape of the illustrations may be modified by manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown, but also include changes in the shapes that are produced according to the manufacturing process. Thus, the regions illustrated in the figures have schematic attributes, and the shapes of the regions illustrated in the figures are intended to illustrate specific types of regions of the elements and are not intended to limit the scope of the invention.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 치과용 MEMS 프로브의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of a dental MEMS probe according to the present invention having the above-described structure will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참조하면, 본 발명의 MEMS 프로브(100)는, 길이 방향으로 길게 직선 연장되고 측면 일부가 개방되는 하우징(110), 하우징(110)의 길이 방향으로 연장되는 광 파이버(120), 광 파이버(120) 단부에 연결되는 GRIN 렌즈(130), 광 파이버(120)와 GRIN 렌즈(130)를 통과한 광을 반사시키되, 1개의 미러가 2축으로 회전하여 3차원 이미지를 획득하는 2축 MEMS 미러(140), 및 상기 개방된 측면에 설치되어 2축 MEMS 미러(140)에서 반사된 광을 집광하는 포커싱 렌즈(150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the MEMS probe 100 of the present invention includes a housing 110 that is elongated in a longitudinal direction and extends in a part of a side surface, an optical fiber 120 that extends in the longitudinal direction of the housing 110, A GRIN lens 130 connected to an end of the fiber 120 and a plurality of mirrors 130 and 130 for reflecting light passing through the optical fiber 120 and the GRIN lens 130, A MEMS mirror 140, and a focusing lens 150 installed on the open side and focusing the light reflected from the biaxial MEMS mirror 140. [

광 파이버(120), 및 GRIN 렌즈(130)는 메탈 튜브(112)에 실장된 상태로 하우징(110)에 설치될 수 있다. 또한, 메탈 튜브(112)와 2축 MEMS 미러(140)는 투명 이너 시트(114)에 실장된 상태로 하우징(110)에 설치될 수 있다. 이와 같이 본 발명은 메탈 튜브(112)를 사용하여 광 파이버(120)와 GRIN 렌즈(130)를 하우징(110) 내부에 안정적으로 고정하고, 마찬가지로 투명 이너 시트(114)를 사용하여 2축 MEMS 미러(140)를 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다.
특히, 상기 2축 MEMS 미러는 상기 투명 이너 시트(114)에 의하여 하우징(110)의 길이 방향에 대하여 45°로 경사지게 장착되어 2축 MEMS 미러(140)에서 반사된 광은 포커싱 렌즈(150)를 통해 하우징(110)의 측면에 위치한 샘플로 입사된다.The optical fiber 120 and the GRIN lens 130 may be installed in the housing 110 while being mounted on the metal tube 112. [ The metal tube 112 and the biaxial MEMS mirror 140 may be mounted on the housing 110 while being mounted on the transparent inner sheet 114. As described above, according to the present invention, the optical fiber 120 and the GRIN lens 130 are stably fixed in the housing 110 using the metal tube 112, and the transparent inner sheet 114 is used to stably fix the optical fiber 120 and the GRIN lens 130, (140) can be protected from an external impact.
In particular, the biaxial MEMS mirror is mounted at an angle of 45 degrees with respect to the longitudinal direction of the housing 110 by the transparent inner sheet 114 so that the light reflected by the biaxial MEMS mirror 140 passes through the focusing lens 150 Which is located on the side of the housing 110. [

하우징(110)은, 도 2를 통하여 알 수 있듯이 핸드링이 용이하도록 손잡이 형태로 제작될 수 있다. 가령, 치과용으로 사용되는 하우징은 일부가 입으로 들어갈 수 있어야 하기 때문에 그 직경은 작고, 다른 일부가 손으로 핸드링 될 수 있도록 길이는 길게 제작되는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 2, the housing 110 may be formed as a handle so as to facilitate handing. For example, it is desirable that the housing used for dentistry should have a small diameter because some should be able to enter the mouth and a longer length so that the other part can be hand-held by hand.

광 파이버(120)는 PCF(Photonic crystal fiber)가 사용될 수 있다. PCF는 매우 넓은 파장 영역에서 싱글 모드 전송이 가능하고, 특히 광 손실이 작은 장점이 있다.The optical fiber 120 may be a PCF (Photonic crystal fiber). The PCF is capable of single mode transmission over a very wide wavelength range, and has the advantage of a small optical loss.

GRIN(gradation index lens) 렌즈(130)는 광 파이버(120)로부터 입사되는 광을 평행 광으로 변환시키고, 평행 광이 2축 MEMS 미러(140)로 집광되도록 함으로써 광 손실을 최소화한다. 본 발명은 GRIN 렌즈(130)를 사용함으로써 장비의 소형화를 실현할 수 있다. 가령, 광 파이버(120)를 통해 입사되는 광은 GRIN 렌즈(130), 즉 굴절률 분포형 렌즈를 통하여 전달되기 때문에, 입력부에서 입사된 광은 평행 광으로 변화되고, 집광되어 출력부로 출사된다. 이와 같이 GRIN 렌즈(130)는 굴절률이 소정의 프로파일(profile)에 따라 변화하기 때문에, 콜리메이터 렌즈(collimator lens)와 포커싱 렌즈(focusing lens)의 기능을 동시에 수행할 수 있다. 전술한 기능을 수행하는 GRIN 렌즈(130)를 본 발명에 적용함으로써, 부품의 소형화를 실현할 수 있다.The gradation index lens (GRIN) lens 130 converts light incident from the optical fiber 120 into parallel light, and collimated light is converged by the biaxial MEMS mirror 140 to minimize light loss. The present invention can realize miniaturization of equipment by using the GRIN lens (130). For example, since the light incident through the optical fiber 120 is transmitted through the GRIN lens 130, that is, the refractive index distribution type lens, the light incident from the input section is converted into parallel light, condensed, and output to the output section. Since the refractive index of the GRIN lens 130 changes according to a predetermined profile, the GRIN lens 130 can simultaneously perform functions of a collimator lens and a focusing lens. By applying the GRIN lens 130 that performs the above-described functions to the present invention, downsizing of parts can be realized.

본 발명은 2축 MEMS 미러(140)가 사용된다. 기존의 2축 스캐닝 미러(도시되지 않음)는 2개의 미러가 2개의 축에 의하여 각각 구동되기 때문에 미러의 사이즈가 크고, 미러 액츄에이터 또한 커질 수밖에 없다. 따라서 장비의 경량화 및 소형화에 장애물로 작용하였다. 그러나 본 발명의 MEMS 미러(140)는 1개의 미러가 2축으로 회전하기 때문에 미러와 액츄에이터가 작아진다.In the present invention, a biaxial MEMS mirror 140 is used. In the conventional two-axis scanning mirror (not shown), since the two mirrors are driven by two axes, respectively, the size of the mirror is large and the mirror actuator is also forced to be large. Therefore, it is an obstacle to the weight reduction and miniaturization of the equipment. However, in the MEMS mirror 140 of the present invention, since one mirror rotates in two axes, the mirror and the actuator become small.

예컨대 본 발명은 프로브(100)를 형성함에 있어서, MEMS 기술을 사용하기 때문에 부품의 사이즈가 크게 줄어들고, 작동 속도는 빨라지며, 작동에 필요한 에너지 소비도 작아진다. 특히 부품을 칩으로 제작하게 되면 대량생산이 가능하다. For example, the present invention uses the MEMS technology to form the probe 100, so that the size of the component is greatly reduced, the operation speed is increased, and the energy consumption required for the operation is also reduced. Particularly, it is possible to mass-produce parts by making chips.

이와 같이 2축 MEMS 미러(140)는 2축으로 회전하기 때문에 3차원 이미지를 획득할 수 있다. 또한, 본 발명의 프로브(100)는 MEMS 기술로 구성되기 때문에, 기존의 스캐닝 미러와 비교하여 3차원 이미지 구현 정도가 매우 뛰어나다. 2축 MEMS 미러(140)는 전선(142)에 의하여 외부와 연결되며 후술할 컴퓨터(610)에 연결되어 작동될 수 있다.Since the biaxial MEMS mirror 140 rotates in two axes, a three-dimensional image can be obtained. Further, since the probe 100 of the present invention is constituted by the MEMS technology, the degree of realization of a three-dimensional image is excellent compared with the conventional scanning mirror. The biaxial MEMS mirror 140 is connected to the outside by a wire 142 and may be connected to a computer 610 to be described later and operated.

2축 스캐닝 미러는, 2개의 미러가 2축으로 구동되기 때문에, 2축 스캐닝 미러에 의하여 획득된 3차원 이미지는 미러 축에 따라 빛이 굴절되어 도 3a에 도시된 이미지와 같이 미세하게 이미지 왜곡현상이 발생한다. 반면, 본 발명에서 제시하고자 하는 MEMS 미러의 경우 2축이 분리가 되어 있지 않다. 이로 인해 도 3b의 이미지처럼 왜곡현상이 발생하지 않아서 실제 촬영된 부위의 단층 이미지를 왜곡 현상 없이 획득할 수 있다. 이를 치과용 프로브(100)에 사용되는 렌즈를 통하여 MEMS 미러(140)에 의해 광이 반사가 되어 나온 OCT 이미지를 왜곡이 없는 고해상도의 3차원 단층 영상으로 만들 수 있다.In the two-axis scanning mirror, since the two mirrors are driven by two axes, the three-dimensional image obtained by the two-axis scanning mirror is refracted along the mirror axis to generate a fine image distortion phenomenon Lt; / RTI > On the other hand, in the case of the MEMS mirror to be proposed in the present invention, the two axes are not separated. As a result, distortion does not occur as in the image of FIG. 3B, so that a tomographic image of the actually photographed region can be obtained without distortion. The OCT image reflected by the MEMS mirror 140 through the lens used for the dental probe 100 can be made into a high-resolution three-dimensional tomographic image free from distortion.

도 4에는 본 발명에 의한 치과용 MEMS 프로브(100)를 이용한 광 간섭성 단층 촬영장치(T)의 구성이 블록도로 도시되어 있다. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of an optical coherence tomography apparatus T using a dental MEMS probe 100 according to the present invention.

도 4를 참조하면, 볼 발명의 치과용 MEMS 프로브(100)를 이용한 광 간섭성 단층 촬영장치(T)는, 치과용 MEMS 프로브(100), 광 소스(200), 광 커플러(300), 광 위상 지연기(400), 광 검출기(500), 및 영상 신호 처리기(600)를 포함한다.4, the optical coherence tomography apparatus T using the dental MEMS probe 100 of the present invention includes a dental MEMS probe 100, a light source 200, an optical coupler 300, A phase retarder 400, a photodetector 500, and an image signal processor 600.

광 소스(200)는 광 대역폭이 넓어서 간섭 길이가 짧은 광, 예를 들면, 간섭 길이가 수 마이크로미터 정도인 광을 출사하는 광 소스가 사용될 수 있다.The light source 200 may be a light source that emits light having a wide optical bandwidth and a short interference length, for example, light having an interference length of several micrometers.

광 커플러(300)는 광 소스(200)로부터 발생된 광을 수신한 후, 수신한 광을 분할 또는 결합하여 광 파이버를 통해 광 위상 지연기(400)에 제1분할 광을 전달하고, 치과용 MEMS 프로브(100)에 제2분할 광을 전달한다. 혹은 반대로 후술하는 반사 광을 전달받는다.The optical coupler 300 receives the light generated from the light source 200 and then splits or combines the received light to transmit the first split light to the optical phase retarder 400 through the optical fiber, And transmits the second split light to the MEMS probe 100. Or on the contrary, receives the reflected light described later.

광 위상 지연기(400)는 광 커플러(300)로부터 분할된 제1분할 광을 수신하고, 위상 스캔한 후 반사하며, 반사된 제1반사 광을 광 커플러(300)로 전달한다. 이러한 광 위상 지연기(400)는 콜리메이터 렌즈(collimator lens)(410), 포커싱 렌즈(focusing lens)(420), 및 레퍼런스 미러(reference mirror)(430)를 포함한다. 콜리메이터 렌즈(410)는 광 커플러(300)에서 출사된 광을 수신하여 평행 광으로 변환시킨다. 포커싱 렌즈(420)는 콜리메이터 렌즈(410)를 통해 변환된 평행 광이 하나의 포커스로 모이도록 상기 평행 광의 포커스 거리를 조절한다. 레퍼런스 미러(430)는 포커싱 렌즈(420)를 통해 하나의 포커스로 모인 광을 수신한 후 반사시켜 생성된 반사 광을 포커싱 렌즈(420)로 전달함으로써, 광 경로를 변경시킨다.The optical phase retarder 400 receives the first divided light divided from the optical coupler 300, performs phase scanning and reflects the first divided light, and transmits the reflected first reflected light to the optical coupler 300. The optical phase retarder 400 includes a collimator lens 410, a focusing lens 420, and a reference mirror 430. The collimator lens 410 receives the light emitted from the optical coupler 300 and converts the light into parallel light. The focusing lens 420 adjusts the focus distance of the parallel light so that the parallel light converted through the collimator lens 410 is focused into one focus. The reference mirror 430 receives light collected in one focus through the focusing lens 420, reflects the reflected light, and transmits the reflected light to the focusing lens 420, thereby changing the optical path.

치과용 MEMS 프로브(100)는, 광 커플러(300)를 통해 전송된 제2분할 광을 검사 대상인 샘플(10)의 표면에 조사하고, 샘플(10)로부터 반사된 광을 스캐닝하고, 스캐닝 된 제2반사 광을 광 커플러(300)로 다시 전송한다. The dental MEMS probe 100 irradiates the surface of the sample 10 to be inspected with the second split light transmitted through the optical coupler 300, scans the light reflected from the sample 10, 2 reflected light to the optical coupler 300 again.

광 검출기(500)는, 광 위상 지연기(400)와 치과용 MEMS 프로브(100)로부터 반사된 제1 및 제2반사 광이 광 커플러(300)로 전달된 후 이를 수신하고, 수신된 광을 전기적 신호로 변환한 후 변환된 전기적 신호로부터 샘플(10)에 대한 단층 영상을 생성한다. 이러한 광 검출기(500)는 콜리메이터 렌즈(510), 회절격자(520), 포커싱 렌즈(530), 및 라인 스캔 카메라(540)를 포함할 수 있다. 콜리메이터 렌즈(510)는 광 위상 지연기(400)와 치과용 MEMS 프로브(100)로부터 반사된 반사 광을 광 커플러(300)를 통해 수신하여 반사 광을 평행 광으로 변환시킨다. 회절격자(520)는 콜리메이터 렌즈(510)를 통해 변환된 평행 광을 수신하여 각 파장별로 회절시킨다. 포커싱 렌즈(530)는 회절격자(520)를 통해 회절된 평행 광을 각 파장대역에 따라 하나의 포커스로 모이도록 상기 평행 광의 포커스 거리를 조절한다. 라인 스캔 카메라(540)는 포커싱 렌즈(530)를 통해 모인 광을 라인 상태로 스캔하여 샘플(10)의 단층을 포함하는 영상을 생성한다. 라인 스캔 카메라(540)는 CMOS 카메라를 포함할 수 있다. The photodetector 500 receives the first and second reflected lights reflected from the optical phase retarder 400 and the dental MEMS probe 100 after being transmitted to the optical coupler 300, And generates a tomographic image of the sample 10 from the converted electrical signal after conversion into an electrical signal. The photodetector 500 may include a collimator lens 510, a diffraction grating 520, a focusing lens 530, and a line scan camera 540. The collimator lens 510 receives the reflected light reflected from the optical phase retarder 400 and the dental MEMS probe 100 through the optical coupler 300 and converts the reflected light into parallel light. The diffraction grating 520 receives the parallel light converted through the collimator lens 510 and diffracts the parallel light by each wavelength. The focusing lens 530 adjusts the focus distance of the parallel light so that the parallel light diffracted through the diffraction grating 520 is focused into one focus according to each wavelength band. The line scan camera 540 scans the light collected through the focusing lens 530 into a line state to generate an image including a single layer of the sample 10. [ Line scan camera 540 may include a CMOS camera.

영상 신호 처리기(600)는, 광 검출기(500)로부터 출력된 전기적 신호인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호를 연산 처리하여 영상 정보를 생성한다. 영상 신호 처리기(600)는 컴퓨터(610)로서, 기억 장치를 포함할 수 있다. 연산 처리된 영상 신호를 모니터(620)를 통하여 디스플레이 할 수도 있다. 한편, 본 발명의 경우, 2축 MEMS 미러(140)는 컴퓨터(610)와 연결될 수 있다. The image signal processor 600 converts an analog signal, which is an electrical signal outputted from the photodetector 500, into a digital signal, and performs arithmetic processing on the digital signal to generate image information. The video signal processor 600 may be a computer 610 and may include a storage device. The video signal subjected to the arithmetic processing can be displayed through the monitor 620. Meanwhile, in the case of the present invention, the biaxial MEMS mirror 140 may be connected to the computer 610.

이하, 치과용 MEMS 프로브(100)를 포함하는 OCT(T)에 의하여 3차원 영상을 취득하는 과정을 설명한다.Hereinafter, a process of acquiring a three-dimensional image by the OCT (T) including the dental MEMS probe 100 will be described.

광 파이버(120)를 통하여 전달되는 광은 GRIN 렌즈(130)를 통하여 3차원 영상이 가능하도록 2축 MEMS 미러(140)에서 반사되고, 반사 광은 고해상도의 영상을 위하여 포커싱 렌즈(150)를 통해 샘플(10)에 입사된다. 즉, 2축 MEMS 미러(140)는 투명 이너 시트(114)에 의하여 하우징(110)의 길이 방향에 대하여 45°로 경사지게 장착되어 2축 MEMS 미러(140)에서 반사된 광은 포커싱 렌즈(150)를 통해 하우징(110)의 측면에 위치한 샘플로 입사된다.
샘플(10)로 입사되는 광은 샘플(10) 표면 및 내부에서 반사되거나 산란되어 반사 광이나 산란 광의 형태로 다시 돌아온다. 입사 방향과 반대 방향으로 돌아온 반사 광이나 산란 광은 광 파이버(120)를 통해 진행되고, 광 위상 지연기(400)에서 반사된 광과 결합하여 간섭 현상을 갖게 된다. 이러한 간섭 현상에 의하여 발생된 간섭 신호는 광 검출기(500)에서 파장별 성분으로 분산되어 검출된다. 이와 같이 검출된 신호는 주파수 분석을 통해 샘플(10)의 표면과 내부 이미지로 복원되고, 컴퓨터 모니터(620) 상에 디스플레이 된다.The light transmitted through the optical fiber 120 is reflected by the biaxial MEMS mirror 140 to enable a three-dimensional image through the GRIN lens 130 and the reflected light is transmitted through the focusing lens 150 Is incident on the sample (10). That is, the biaxial MEMS mirror 140 is mounted at an angle of 45 degrees with respect to the longitudinal direction of the housing 110 by the transparent inner sheet 114, and the light reflected by the biaxial MEMS mirror 140 passes through the focusing lens 150, As shown in FIG.
The light incident on the sample 10 is reflected or scattered on the surface and inside of the sample 10 and returns to the form of reflected light or scattered light. The reflected light or scattered light returning in the direction opposite to the incident direction travels through the optical fiber 120 and combines with the light reflected from the optical phase retarder 400 to have an interference phenomenon. The interference signal generated by the interference phenomenon is detected by being dispersed as a component for each wavelength in the optical detector 500. The thus detected signal is restored to the surface of the sample 10 and the internal image through frequency analysis and displayed on the computer monitor 620.

도 5는 본 발명에 의한 치과용 MEMS 프로브를 포함하는 OCT를 이용하여 촬영한 치아의 단층 영상이다. 5 is a tomographic image of a tooth taken using OCT including a dental MEMS probe according to the present invention.

도 5의 (A)는 CCD 카메라를 이용하여 치아의 표면 상태를 촬영한 영상이며, 도 5의 (B),(C)는 (A)부분을 단층 촬영한 영상이다. 치아의 세밀한 구조가 잘 나타나고 있으며, 상한 부위와 그렇지 않은 부위가 명확하게 구분이 가능하다. 또한 치석의 상태도 확인이 가능함을 알 수 있다.FIG. 5A is an image of a surface state of a tooth using a CCD camera, and FIGS. 5B and 5C are images obtained by taking a portion of FIG. The detailed structure of the teeth is clearly shown, and the upper and lower parts can be clearly distinguished. It can also be seen that the status of calculus can be checked.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 고해상도의 3차원 영상 이미지를 획득하기 위하여 2축 MEMS 미러가 사용되고, 치과용도의 소형 장비를 구현하기 위하여 GRIN 렌즈가 사용되는 구성을 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.As described above, according to the present invention, a biaxial MEMS mirror is used to acquire a high-resolution three-dimensional image, and a configuration in which a GRIN lens is used to implement a small- have. Many other modifications will be possible to those skilled in the art, within the scope of the basic technical idea of the present invention.

100: 치과용 MEMS 프로브 110: 하우징
120: 광 파이버 130: GRIN 렌즈
140: 2축 MEMS 미러 150: 포커싱 렌즈
200: 광 소스 300: 광 커플러
400: 광 위상 지연기 500: 광 검출기
600: 영상 신호 처리기100: dental MEMS probe 110: housing
120: optical fiber 130: GRIN lens
140: biaxial MEMS mirror 150: focusing lens
200: light source 300: optocoupler
400: optical phase retarder 500: photodetector
600: video signal processor

Claims (7)

길이 방향으로 직선 연장되고 측면 일부가 개방되는 하우징(110);
상기 하우징의 상기 길이 방향으로 연장되는 광 파이버(120);
상기 광 파이버의 단부에 연결되고, 굴절률이 프로파일에 따라 변화하는 다중모드 광 파이버 기반의 GRIN 렌즈(130);
상기 GRIN 렌즈를 통과한 광을 반사시키되, 1개의 미러가 2축으로 회전하여 3차원 이미지를 획득하는 2축 MEMS 미러(140); 및
상기 개방된 측면에 설치되어 상기 2축 MEMS 미러에서 반사된 광을 집광하는 포커싱 렌즈(150)를 포함하고,
상기 광 파이버 및 상기 GRIN 렌즈는 메탈 튜브(112)에 실장되고,
상기 메탈 튜브와 상기 2축 MEMS 미러는 투명 이너 시트(114)에 실장된 상태로 상기 하우징에 설치되되,
상기 2축 MEMS 미러는 상기 투명 이너 시트에 의하여 상기 하우징의 길이 방향에 대하여 경사지게 장착되어 상기 2축 MEMS 미러에서 반사된 광은 상기 포커싱 렌즈를 통해 상기 하우징의 측면에 위치한 샘플로 입사되는 것을 특징으로 하는 치과용 MEMS 프로브.A housing 110 extending linearly in the longitudinal direction and partially opened at a side surface thereof;
An optical fiber (120) extending in the longitudinal direction of the housing;
A multimode optical fiber based GRIN lens 130 connected to an end of the optical fiber and having a refractive index changed according to a profile;
A biaxial MEMS mirror 140 for reflecting light passing through the GRIN lens, wherein one mirror is rotated in two axes to obtain a three-dimensional image; And
And a focusing lens (150) installed on the opened side to focus the light reflected from the biaxial MEMS mirror,
The optical fiber and the GRIN lens are mounted on the metal tube 112,
The metal tube and the biaxial MEMS mirror are mounted on the transparent inner sheet 114,
Wherein the biaxial MEMS mirror is inclined with respect to the longitudinal direction of the housing by the transparent inner sheet so that the light reflected by the biaxial MEMS mirror is incident on the sample located on the side of the housing through the focusing lens A dental MEMS probe. 제 1 항에 있어서,
상기 하우징은 손으로 잡을 수 있도록 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 치과용 MEMS 프로브. The method according to claim 1,
Wherein the housing is elongated to be held by hand. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 GRIN 렌즈는 상기 광 파이버로부터 입사되는 광을 평행 광으로 변환시키고, 상기 평행 광은 상기 GRIN 렌즈를 통하여 상기 MEMS 미러로 다시 집광되는 것을 특징으로 하는 치과용 MEMS 프로브. The method according to claim 1,
Wherein the GRIN lens converts light incident from the optical fiber into parallel light, and the collimated light is focused again onto the MEMS mirror through the GRIN lens. 삭제delete 광 소스;
상기 광 소스로부터 발생된 광을 제1 및 제2분할 광으로 분할하는 광 커플러;
상기 제1분할 광을 수신하여 위상 스캔하고 반사시켜, 상기 광 커플러로 제1반사 광을 전달하는 광 위상 지연기;
상기 제2분할 광을 수신하여 샘플에 조사하고 반사시켜, 상기 광 커플러로 제2반사 광을 전달하는 스캐닝 프로브;
상기 광 커플러로 전달된 상기 제1 및 제2반사 광을 전기적 신호로 변환하여, 상기 샘플에 대한 단층 영상을 생성하는 광 검출기; 및
상기 광 검출기로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 연산 처리하여 단층 이미지를 생성하는 영상 신호 처리기를 포함하고,
상기 스캐닝 프로브는,
길이 방향으로 직선 연장되고 측면 일부가 개방되는 하우징;
상기 하우징의 상기 길이 방향으로 연장되는 광 파이버;
상기 광 파이버의 단부에 연결되고, 굴절률이 프로파일에 따라 변화하는 다중모드 광 파이버 기반의 GRIN 렌즈;
상기 GRIN 렌즈를 통과한 광을 반사시키되, 1개의 미러가 2축으로 회전하여 3차원 이미지를 획득하는 2축 MEMS 미러; 및
상기 개방된 측면에 설치되어 상기 2축 MEMS 미러에서 반사된 광을 집광하는 포커싱 렌즈를 포함하고,
상기 광 파이버 및 상기 GRIN 렌즈는 메탈 튜브에 실장되고,
상기 메탈 튜브와 상기 2축 MEMS 미러는 투명 이너 시트에 실장된 상태로 상기 하우징에 설치되되,
상기 2축 MEMS 미러는 상기 투명 이너 시트에 의하여 상기 하우징의 길이 방향에 대하여 경사지게 장착되어 상기 2축 MEMS 미러에서 반사된 광은 상기 포커싱 렌즈를 통해 상기 하우징의 측면에 위치한 샘플로 입사되는 것을 특징으로 하는 치과용 MEMS 프로브를 이용한 광 간섭성 단층 촬영장치.A light source;
An optical coupler for dividing the light generated from the light source into first and second split lights;
An optical phase retarder for receiving the first divided light, performing phase scanning and reflection, and transmitting the first reflected light to the optical coupler;
A scanning probe which receives the second divided light, irradiates the sample and reflects the second divided light, and transmits the second reflected light to the optical coupler;
A photodetector for converting the first and second reflected lights transmitted to the optical coupler into electrical signals to generate a tomographic image of the sample; And
And a video signal processor for converting the analog signal output from the photodetector into a digital signal and performing arithmetic processing to generate a tomographic image,
Wherein the scanning probe comprises:
A housing extending straight in the longitudinal direction and partially open at the side surface;
An optical fiber extending in the longitudinal direction of the housing;
A multimode optical fiber based GRIN lens connected to an end of the optical fiber and having a refractive index varied according to a profile;
A two-axis MEMS mirror for reflecting the light passing through the GRIN lens, wherein one mirror is rotated in two axes to obtain a three-dimensional image; And
And a focusing lens installed on the open side to focus the light reflected from the biaxial MEMS mirror,
Wherein the optical fiber and the GRIN lens are mounted on a metal tube,
Wherein the metal tube and the biaxial MEMS mirror are mounted on the housing in a state of being mounted on a transparent inner sheet,
Wherein the biaxial MEMS mirror is inclined with respect to the longitudinal direction of the housing by the transparent inner sheet so that the light reflected by the biaxial MEMS mirror is incident on the sample located on the side of the housing through the focusing lens Optical coherence tomography using dental MEMS probes. 제 6 항에 있어서,
상기 영상 신호 처리기는 상기 2축 MEMS 미러와 전기적으로 연결되어 상기 2축 MEMS 미러를 제어하는 것을 특징으로 하는 치과용 MEMS 프로브를 이용한 광 간섭성 단층 촬영장치.
The method according to claim 6,
Wherein the image signal processor is electrically connected to the biaxial MEMS mirror to control the biaxial MEMS mirror.
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