KR101594523B1

KR101594523B1 - 가시광 광학영상 및 비가시광 형광영상의 동시구현이 가능한 광대역 영상 획득투사장치

Info

Publication number: KR101594523B1
Application number: KR1020130105021A
Authority: KR
Inventors: 이병일; 신인희; 박재석; 엄주범; 박형주; 김석기
Original assignee: 한국광기술원
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2016-02-16
Also published as: WO2015030562A1; US20160277687A1; US9686484B2; KR20150026325A

Abstract

본 발명은 가시광 광학영상 및 비가시광 형광영상 구현이 동시에 가능한 광대역 영상 획득투사 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 백색광의 조사를 통하여 가시광 광학영상을 카메라를 통해 구현하고, 동시에 형광 여기광의 조사를 통하여 비가시광 형광영상을 구현하며, 또한 구현된 형광영상을 형광이 발현되는 동일 위치에 투사함으로써 형광 발현 부위와 형태를 실시간으로 시각적으로 구현하는 광대역 영상 획득투사 장치에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명의 특징은 가시광 영상을 위한 광원인 백색광원부; 비가시광 형광영상을 위한 광원인 형광여기광원부; 피사체에 대한 비가시광 형광영상신호를 획득하기 위한 영상획득부; 및 피사체에 영상을 투사하기 위한 영상투사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가시광 광학영상 및 비가시광 형광영상의 동시구현이 가능한 광대역 영상 획득투사장치{IMAGE ACQUISITION AND PROJECTION APPARATUS WHICH ENABLE SIMULTANEOUS IMPLEMENTATION OF VISIBLE OPTICAL IMAGE AND INVISIBLE FLUORESCENCE IMAGE}

본 발명은 가시광 광학영상 및 비가시광 형광영상 구현이 동시에 가능한 광대역 영상 획득투사 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 백색광의 조사를 통하여 가시광 광학영상을 카메라를 통해 구현하고, 동시에 형광 여기광의 조사를 통하여 비가시광 형광영상을 구현하며, 또한 구현된 형광영상을 형광이 발현되는 동일 위치에 투사함으로써 형광 발현 부위와 형태를 시각적으로 구현하는 광대역 영상 획득투사 장치에 관한 것이다.

최근에 형광 제재를 이용한 임상 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 형광 신호를 효과적으로 검출하고 구현하기 위한 연구가 다양하게 전개되고 있다.

이에 본 발명과 관련한 종래기술 분야를 살펴보면, 분자영상(molecular imaging)의 연구가 활발해 지면서 형광(fluorescence) 현상을 이용한 첨단연구가 세계적으로 이루어지고 있다. 형광은 다른 검출장치에 비하여 여기광원, 대역필터, 광 검출기와 같은 비교적 간단한 장비들에 의해서 시스템이 구성되므로 손쉽게 접할 수 있으며, 비용적인 면에서도 매우 활용가치가 뛰어난 기술로서 특히 400 ~ 700 ㎚의 가시광선영역 대의 형광을 사용하게 되면 육안으로 관찰이 가능하며 피부 투과율이 좋아 의료적 활용도가 증가하고 있는 추세이다.

그러나 발광에 비해 잡음 대 신호비가 낮으며, 생체 내에 가시광영역의 형광을 사용할 경우 빛의 산란, 자가형광(autofluorescence) 등과 같은 장애 요인과 사용되는 광원과 필터 등 여러 요소가 영향을 줄 수 있어 형광의 민감도가 떨어지는 한계가 있다. 이를 보완하기 위하여 가시광선 영역에 비해 투과력이 좋은 780 ～ 2000 ㎚ 영역의 근적외선 형광 제제를 만드는 연구가 활발히 진행 중에 있다. 또한 깊이 정보에 대한 신호획득을 할 수 있는 장점으로 인해 전임상 및 임상에 적용한 검사방법이 개발 중에 있다.

전임상에 이용하는 방법으로는 형광물질과 합성되어 질병에 targeting 할 수 있는 probe를 개발하여 정맥주사를 한 후 종양으로 가는 경로 및 치료 과정을 볼 수 있는 연구를 진행 중에 있다. 반면에 임상적인 특징을 평가하는 데에 널리 사용될 수 있는 것은 연조직에 대한 평가이다. 대표적으로 FDA (Food and Drug Administration) 승인을 받은 근적외선 형광인 ICG (Indocyanine green)을 이용하여 혈관에서 순환 정도를 파악하는 혈관 조영제와 최근에는 유방암 환자에서 종양의 전이 정도를 알려주는 감시림프절(sentinel lymph nodes, SNs) 위치를 파악하고 절제술을 하는데 사용되어지고 있다.

이처럼 형광 제재를 이용한 임상 연구, 형광 신호를 효과적으로 검출하고 구현하기 위한 연구 등 다양한 연구가 이루어지고 있다. 그리고 이러한 연구들의 결과로써 다양한 형광 영상구현 장치들이 개발되고 있다. 하지만 임상에 적용할 수 있을 만큼의 결과를 보여주지 못 하고 있는 실정이다.

우선 현재 형광 영상의 구현과 함께 형광 영상을 효과적으로 시각화시킬 수 있는 기술의 개발이 이루어져 있지 않다. 또한 형광 영상과 함께 형광 발현 영역에 대한 가시광 광학 영상을 구현하는 기술이 충분히 이루어져 있지 않기 때문이다.

형광과 가시광에 대한 획득 및 투사기술은 의학적 활용에 매우 필요한 부분으로 감시림프절을 가시화하게 되면 활용범위가 매우 넓어지게 된다. 이를 안정적으로 구현하는 일은 수술 및 임상환경에서 중요한 일이다. 또한 아날로그환경과 디지털환경을 동시에 사용하는 것은 기술적으로 어려운 일이 아니나 현실적으로 아날로그장치와 디지털장치를 별도로 시설해야 하는 등으로 인해서, 시술자나 시술보조자 등의 동선에 따라 발생할 수 있는 긴급한 일이나 장비간의 연결 단선, 단순 넘어짐 등이 생길 수 있는 현장에서는 보완책이 필요하다. 특히 치료중에 컴퓨터 등의 전원이 꺼지는 일이 발생되더라도 아날로그 환경에서 연속적인 치료가 가능하게 하기 위한 최소한의 방어책이 필요하다는 점에서는 절실한 일일 것이다.

따라서 현재 기 개발된 다양한 영상처리 기법 및 광학 카메라 기술을 바탕으로 해당 기술에 대한 융합 기술의 개발이 요구되고 있으며, 특히 임상에 효과적으로 적용할 수 있는 방법이 제시되어야 할 것이다.

특허출원번호 제10-2001-7016066호 특허출원번호 제10-2002-7012264호 특허출원번호 제10-2006-7021266호 특허출원번호 제10-2012-7012905호

상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명은, 광학 영상획득을 위한 컬러 디지털 카메라와 형광 영상획득을 위한 아날로그 카메라를 동일 광축에 정렬되도록 함으로써 동일 부위에 대한 가시광 광학 영상 및 비가시광 형광 영상을 동시에 획득할 수 있도록 하는 목적이 있다.

그리고 본 발명의 다른 목적은, 획득된 비가시광 형광 영상을 형광 영상이 발생되는 부분에 투사함으로써 비가시광 형광 영상의 시각화를 극대화시키고자 하는 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은, 형광 영상의 획득을 위하여 아날로그 카메라를 사용함으로써 임상적용 시 발생할 수 있는 컴퓨터의 고장 등과 같은 돌발 상황에 대한 문제를 극복할 수 있도록 하는 것이다.

나아가 본 발명의 또 다른 목적은, 가시광에 따른 칼라디지털 영상, 비가시광에 따른 아날로그영상 및 디지털영상 등을 함께 구현함으로써 동일 피사체에 대한 시각적 비교가 실시간으로 이루어지도록 하여 임상 적용 가능성을 극대화하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 가시광 광학 영상구현 및 비가시광 형광 영상구현을 위한 광원으로써 백색광과 형광 여기광원이 사용된다. 이러한 광원의 조사를 통해 발생되는 가시광 광학 영상과 비가시광 형광 영상은 동일 광축(optical axis)을 유지하며, 색선별 거울을 통해 분리되어 각각의 카메라를 통해 획득된다.

특히 본 발명에서는 비가시광 형광 영상을 획득하기 위한 카메라로써 아날로그 카메라가 사용되어, 획득된 아날로그 영상의 분기를 통해 아날로그 영상구현 및 디지털 변환, 영상처리 후 형광 영상투사가 동시에 진행되도록 한다. 본 발명을 통하여 형광 영상의 투사를 통해 형광 영상의 발생 위치 및 발생 형태를 시각화시킬 수 있으며, 디지털 카메라를 통해 획득된 동일 위치의 광학 영상의 구현을 통해 영상구현의 사실감을 향상시킬 수 있다.

이에 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 가시광 영상을 위한 광원인 백색광원부; 비가시광 형광영상을 위한 광원인 형광여기광원부; 피사체에 대한 비가시광 형광영상신호를 획득하기 위한 영상획득부; 및 피사체에 영상을 투사하기 위한 영상투사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 영상 획득투사장치를 제공한다.

즉 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 가시광 광학 영상의 구현을 위한 광원으로써 백색광원이 사용되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 비가시광 형광 영상의 구현을 위한 광원으로써 형광 여기광원이 사용되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 발생된 가시광 광학 영상 및 비가시광 형광 영상이 동일 광축에 존재하며, 색선별 거울에 의해 분기되어 각각의 카메라에 의해 영상이 획득되는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 발생된 가시광 광학 영상을 효과적으로 획득하기 위하여 컬러 디지털 카메라가 사용되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 발생된 비가시광 형광 영상을 효과적으로 획득하기 위하여, 대역필터가 부착된 아날로그 카메라가 사용되는 것을 특징으로 한다.

이에 더하여 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 아날로그 카메라에 의해 획득된 형광 영상을 두 개로 분기하여, 하나는 아날로그 형광영상으로 구현하고, 다른 하나는 아날로그/디지털 변환기를 사용하여 디지털 영상으로 변환한 후 영상처리를 거쳐 형광 발생 부분에 투사하는 것을 특징으로 한다.

나아가 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 투사된 영상이, 형광영상이 실제로 발생되는 위치에 시각화되어 투사될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 가시광 영상을 위한 광원인 백색광원부; 비가시광 형광영상을 위한 광원인 형광여기광원부; 피사체에 대한 비가시광 형광영상신호를 획득하기 위한 영상획득부; 및 피사체에 형광영상을 투사하기 위한 영상투사부를 포함하고, 상기 영상획득부와 영상투사부 및 백색광원부가 중앙에 위치되는 중앙프로브; 및 상기 중앙프로브 외측에 둘러 복수 개의 형광여기광원부가 배열되는 외측프로브를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 영상 획득투사용 프로브를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 외측프로브에는 일측으로 레이저 조명용 레이저조명광원부를 포함하고, 상기 영상획득부를 통하여 획득한 피사체에 대한 비가시광 형광영상신호로부터 변환한 디지털 형광영상신호의 투사신호를 전송받아 투사하는 것을 특징으로 하는 광대역 영상 획득투사용 프로브를 제공한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.

즉 본 발명에서는 백색광 및 형광 여기광의 동시 조사를 통해, 가시광 광학영상 및 비가시광 형광영상이 색선별 거울(dichroic mirror)에 의해 파장대역 별로 선별되어 각각의 카메라에 의해 동시에 구현되게 된다.

특히 비가시광 형광영상은 아날로그 카메라에 의해 획득되고 아날로그 영상은 두 개로 분기되어 하나의 영상은 아날로그 영상구현 장치를 통해 구현되고, 다른 하나의 영상은 아날로그/디지털 변환기를 통해 디지털 영상으로 변환된다.

그리고 디지털영상은 이미지 처리 후 형광영상 투사장치를 통해 형광신호가 발현되는 위치에 투사됨으로써 형광신호의 위치와 형태를 가시화하게 된다.

아날로그 신호는 컴퓨터와 같은 디지털 영상처리 장치에 컴퓨터의 에러 등 문제가 발생하여도 아날로그 형광영상을 구현할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 본 장치를 임상에 적용할 경우 일어날 수 있는 영상신호 에러에 대한 돌발 상황에서도 아날로그 신호 부분을 통하여 영상구현이 가능하여 수술의 진행에 있어서 돌발 상황에 대처할 수 있는 장점을 가지고 있다.

또한 가시광 광학영상 구현이 형광영상과 함께 동시에 구현되므로, 본 장치의 임상에서의 다양한 분야의 형광영상 구현 및 활용 효과를 극대화시킬 수 있다.

아울러 본 발명은 단순히 근적외선 신호나 가시광 신호만 보는 것에 한정되지 않고 두 가지를 동시에 신호 획득함으로써 보다 다양한 임상환경에서 사용이 가능하다. 예를 들어 피부 표면에서의 형광신호 추적이나, 표피층 하단의 림프절 추적, 그리고 수술에 있어서 유방암 수술, 위암 수술, 피부 흑색종 수술 등에 다양하게 활용할 수 있다는 실시 및 응용부분에서 다양하게 적용시켜 실시할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광대역 영상 획득투사장치에 대한 전체적인 구성 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 광대역 영상 획득투사장치에서의 일실시 예시의 프로브에 대한 구성 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 광대역 영상 획득투사장치에서의 다른 실시 예시의 프로브에 대한 구성 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 광대역 영상 획득투사장치에서 광원별 작동 흐름을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따른 광대역 영상 획득투사장치에서의 일실시 레이저조명광원부에 대한 예시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 광대역 영상 획득투사장치에 있어서 전체적인 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 광대역 영상 획득투사장치에서의 제어 구성도이다.
도 8은 본 발명에 따른 광대역 영상 획득투사장치의 제어 순서도이다.

이하 첨부되는 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

이에 본 발명에서 사용되는 용어는 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명에 따른 가시광 광학영상 및 비가시광 형광영상의 동시구현이 가능한 광대역 영상 획득투사장치(10) 및 제어방법 등은 첨부된 도 1 내지 도 8 등에서와 같이, 피사체(11)와 관련하여 광원부를 갖는 프로브(20), 촬영카메라, 영상분석장치 및 영상투사를 위한 프로젝터 등이 마련된 것이다.

특히 본 발명에서의 프로브(20)는, 도 1 내지 도 6 등에서와 같이, 백색광원 및 비가시광 형광의 광원을 갖는 것이다. 따라서 사용자가 직접 피사체를 육안으로 볼 수 있도록 하면서 칼라디지털 영상을 획득할 수 있게 하기 위해 피사체 외피에 가시광을 조사할 수 있다. 또한 피사체의 내부 종양을 살필 수 있게 하기 위해 내부의 형광물질에 반응하는 비가시광 형광의 광원을 조사함으로써 비가시광 형광의 영상을 획득할 수 있는 것이다.

이를 좀더 구체적으로 살펴보면, 프로브(20)에는 도 2, 도 3에서처럼 가시광 영상을 위한 광원인 백색광원부(23) 및 비가시광 형광영상을 위한 광원인 형광여기광원부(24)를 포함한다. 그리하여 피사체(11) 외피에 대해서는 백색광원부(23)에 의한 가시광을 조사하여 가시광영상을 획득할 수 있다. 이러한 상기 백색광원부(23)는, 발광다이오드, 반도체레이저, 할로겐램프, 백열등 중 어느 하나 이상으로 이루어질 것이다.

또한 피사체(11) 내부에 대해서는 형광여기광원부(24)에 의한 비가시광 형광영상을 획득할 수 있는 것이다. 이러한 상기 형광여기광원부(24)는, 발광다이오드, 반도체레이저, 할로겐램프, 백열등 중 어느 하나 이상으로 이루어질 것이다.

이처럼 본 발명에 의한 장치에 의해 피사체(11)의 동일 부위에 대해 표피의 가시광영상과, 표피 내부의 비가시광 형광영상을 함께 획득하여 영상분석을 할 수 있고 이들 영상을 육안으로 직접 살피거나 나아가 각각의 영상표시기(display)에 표시된 각각의 영상을 직접 보면서 다룰 수 있는 것이다. 그리하여 어느 하나에 의한 것보다 정확하면서 직접적인 시술이 이루어지기 때문에 거의 완벽한 대처가 이루어질 수 있는 장점이 있다.

아울러 이를 위해, 피사체에 대한 비가시광 형광영상신호를 획득하기 위한 영상획득부(21)가 마련되어 비가시광 형광영상신호를 다룰 수 있는 것이다. 또한 이에 더하여 피사체에 영상을 투사하기 위한 영상투사부(22)를 마련하여, 피사체에 표피 내부에 해당하는 위치를 표피에 정확하게 표시할 수 있 수 있어 사용자는 손쉽게 해당 부위를 살피면서 시술할 수 있는 것이다.

이러한 본 발명에 따른 광대역 영상 획득투사장치(10)에 적용되는 프로브(20)를 구성별로 살펴보면, 상기 영상획득부(21)와 영상투사부(22) 및 백색광원부(23)가 중앙에 위치되는 중앙프로브(201)가 마련된다. 따라서 백색광원을 비추거나 또는 피사체의 영상을 획득하거나 그러면서 피사체에 영상을 투사하는 역할을 중앙프로브(201)가 수행하는 것이다.

아울러 이러한 상기 중앙프로브(201) 외측에 둘러 복수 개의 형광여기광원부(24)가 배열되는 외측프로브(202)가 마련된다. 그리하여 복수 개의 형광여기광원부(24)에 의해 비가시광 형광이 피사체를 비추게 된다.

그리고 상기 외측프로브(202)에는 일측으로 레이저 조명용 레이저조명광원부(25)를 포함하는 것이다.

물론 일부 기능을 위해서는 레이저 조명용 레이저조명광원부(25)가 프로브 중앙에 위치될 수도 있을 것이다.

이러한 레이저조명광원부(25)에서 레이저광원을 조사하기 위한 세부 구성으로, 도 5에서처럼 레이저광원(251) 및 일루미네이션옵틱스(252, Illumination optics)가 마련된다. 특히 일루미네이션옵틱스(252)는 피사체에 조사되는 레이저광원이 소정의 각도로 퍼지도록 하여 피사체의 소정 범위를 레이저광이 비추도록 실시된다.

이에 이러한 광원부들로부터 조사되는 피사체(11)에 대해서, 가시광 영상을 촬영하기 위한 컬러디지털카메라(30)와, 또한 비가시광 형광영상을 촬영하기 위한 아날로그카메라(40)가 함께 구비되어 광대역 영상 획득투사장치(10)가 마련된다.

따라서 컬러디지털카메라(30)에 의해 가시광 영상으로 피사체(11)의 외피에 대한 영상을 얻을 수 있다. 또한 아날로그카메라(40)에 의하여 비가시광 형광영상으로 하여 피사체(11)의 내부에 대한 영상을 얻을 수 있는 것이다. 특히 앞서 살펴본 바와 같이 가시광 및 비가시광 형광이 모두 동일 초점을 갖도록 하나의 프로브(20)에 설치되어 있는 광원들로부터 피사체에 비춰지기 때문에, 이들로부터 얻어지는 가시광 및 비가시광의 영상으로 동일의 외피 및 내부에 대한 영상을 함께 얻음으로써, 동일 부분에 대한 영상으로써 서로 비교가 가능한 장점을 갖는 것이다.

이를 위한 상세 구성으로, 도 1 및 도 6에서처럼 광발생부(26)의 백색광발생부(261)에 의한 가시광이 프로브(20)의 백색광원부(23)를 통해 피사체(11)에 비춰진다. 그리고 이러한 가시광은 피사체(11)의 외피를 비추며 이로 인해 가시광 영상은 색선별거울(35), 삼각형미러(36) 등의 광소재들을 거쳐 컬러디지털카메라(30)에서 촬영된다. 그리고 촬영된 가시광 영상신호(컬러영상, Color image)는 컬러영상표시기(33, Color image display)에 표시되어 사용자가 해당 피사체를 육안으로 직접 살필 수 있다.

이와 함께 비가시광 형상에 대해서 살펴보면, 비가시광 형광영상을 촬영하기 위한 아날로그카메라(40)에서의 아날로그 비가시광 형광영상신호에 대한 영상(Analog image)을 표시하는 아날로그영상표시기(51, Analog image display)를 포함하는 것이다. 이러한 아날로그영상표시기(51)에 의하여 비가시광 형광영상으로 촬영된 피사체의 내부에 대한 영상을 육안으로 직접 살필 수 있는 것이다. 특히 이러한 아날로그 비가시광 형광영상신호를 디지털영상신호로 변환처리하는 부재들에 이상이 발생되어도 아날로그영상표시기(51)에 의한 영상은 별다른 복잡한 장비가 아닌 간단한 영상장비를 이용하므로 손쉽게 비가시광 형광영상을 살필 수 있는 장점이 있다.

아울러 아래에 기술되는 바와 같이 아날로그 비가시광 형광영상신호는 디지털 신호변환에 의해 디지털영상신호로 제공되는 것이다.

이를 위한 구성으로, 비가시광 형광영상을 촬영하기 위한 아날로그카메라(40)로부터 아날로그 비가시광 형광영상신호를 전송받아 디지털영상신호로 변환처리하는 아날로그디지털변환기(52, A/D(Analog/Digital) image converter)가 마련된다.

그리고 상기 아날로그디지털변환기(52)로부터 디지털영상신호를 전송받아 영상을 표시하는 디지털영상표시기(53)가 마련된다. 그리하여 아날로그 비가시광 형광영상신호는 디지털영상신호로 변환되어 디지털 영상이 디지털영상표시기(53, Digital image display)에 표시되는 것이다. 이로써 사용자는 디지털영상표시기(53)를 통하여 비가시광 형광으로 조사된 피사체(11) 내부의 영상을 육안으로 살필 수 있는 것이며, 이러한 비가시광 형광의 영상은 디지털 영상으로 디지털영상은 데이터베이스에 저장되어 이후에도 다시 살필 수 있는 것이다.

또한 상기 아날로그디지털변환기(52)로부터 디지털영상신호를 전송받고, 디지털영상프로젝션 신호로 변환하여 영상투사부(22)로 변환된 디지털영상의 투사신호를 전송하는 디지털영상프로젝션(54, Digital image projection)이 마련된다.

이러한 디지털영상프로젝션(54)에 의하여 디지털영상(Digital image)은 프로젝션 신호로 변환되어 프로젝터(56) 및 영상투사부(22)를 통해 피사체(11)의 외피에 영상을 투사하게 된다.

따라서 피사체(11) 외피에 투사된 영상을 보면서 내부에서 형광영상으로 촬영된 위치를 정확하게 육안으로 보면서 시술할 수 있다. 아울러 컬러디지털카메라(30)에서 촬영된 영상은 백색광원부(23) 및 레이저조명광원부(25) 등에 의한 피사체(11) 외피의 영상에 더하여, 영상투사부(22)에 의해 조사된 영상도 함께 컬러디지털카메라(30)에 의해 촬영되고 컬러영상표시기(33)에 표시되는 것이다. 따라서 시술자는 컬러영상표시기(33)의 화면 영상을 보면서 피사체(11)의 내외부에 대한 상태를 쉽게 살피면서 시술할 수 있는 것이다.

이상에서처럼 가시광 광학영상 및 비가시광 형광영상의 동시구현이 가능한 본 발명의 광대역 영상 획득투사장치(10)의 실시를 위해, 가시광 영상을 촬영하기 위한 컬러디지털카메라(30) 및 비가시광 형광영상을 촬영하기 위한 아날로그카메라(40) 등이 마련되어 각각 영상을 촬영하여 사용자가 육안으로 손쉽게 피사체를 살필 수 있다.

이를 위해 본 발명에서는, 상기 컬러디지털카메라(30)에서 촬영된 가시광 영상신호를 전송받고, 아날로그카메라(40)에서 촬영된 아날로그 비가시광 형광영상신호를 디지털영상신호로 변환하는 아날로그디지털변환기(52)로부터 디지털영상신호를 데이터베이스(61)에 저장하도록 제어하는 제어부(60) 및 데이터베이스(61) 등이 마련되는 것이다.

물론 이러한 제어부(60)의 제어에 의하여, 각 광발생부(26), 즉 백색광발생부(261), 비가시광 형광여기광발생부(262), 레이저광발생부(273), 그리고 컬러디지털카메라(30), 아날로그카메라(40) 등의 카메라 및 그들의 부재들, 컬러영상표시기(33), 아날로그영상표시기(51), 디지털영상표시기(53), 그리고 아날로그디지털변환기(52, A/D converter) 디지털영상프로젝터처리부(54, Digital image projection), 프로젝터(56) 등의 구성들을 제어하게 된다.

이에 더하여 각 부재들에 의해 촬영되고 처리되는 영상데이터들은 제어부(60)의 제어에 의해 데이터베이스(61)에 저장되고 영상처리되어 사용자가 원하는 데이터들을 산출할 수 있을 것이다.

즉 영상신호수신부(62)는 컬러디지털영상신호를 입력받고, 아날로그 비가시광 형광영상신호에서 변환된 디지털영상신호를 입력받으며, 데이터베이스(61)에 각각 저장되는 것이다. 또한 영상분석부(63)에 의해서 이들 영상을 분석하게 되며, 분석에 의해 양측 영상의 위치를 일치시키고, 또한 깊이를 산출하는 경우에는 3D영상으로 연산하여 이러한 피사체의 3D 영상을 디스플레이하여 피사체에 대한 입체 형상을 사용자가 손쉽게 살필 수 있을 것이다. 아울러 이러한 영상신호들은 시술에 적용될 경우 시술전, 시술 중에, 그리고 시술 후 각각의 경과 시기마다 촬영되어 각각의 영상들을 비교하면서 살필 수 있도록 영상처리되고 저장되는 것이다.

이상에서와 같이 마련되는 본 발명에 따른 광대역 영상 획득투사장치(10)에 있어서의 제어방법을 살펴보면 다음과 같다.

우선 프로브(20)에서 가시광 및 비가시광을 비추는 발광단계(S01)가 수행된다. 즉 광발생부(26)로, 백색광발생부(261), 레이저광발생부(263)에서 발생되는 광들은 각각 백색광원부(23), 레이저조명광원부(25) 등을 통하여 피사체에 비추는 것이다. 또한 비가시광 형광여기광발생부(262)에서 발생되는 광은 형광여기광원부(24)를 통해 피사체에 비추는 것이다.

다음으로 피사체에 대해 컬러디지털카메라(30)에서 촬영한 가시광 영상을 컬러영상표시기(33)에 표시하는 컬러영상표시단계(S02)를 수행한다. 즉 백색광원부(23)와 레이저조명광원부(25)에 의해 피사체에 비추는 광에 의해 피사체 외피를 비추며, 이에 의한 피사체(11)의 외피에 대해 컬러디지털카메라(30)에서 촬영하는 것이다. 그리고 촬영된 컬러디지털영상은 컬러영상표시기(33)에 표시된다. 아울러 제어부(60)의 제어에 의해 데이터베이스(61)에 저장되는 것이다.

또한 피사체에 대해 아날로그카메라(40)에서 아날로그 비가시광 형광영상으로 촬영하는 아날로그비가시광영상촬영단계(S03)를 수행한다. 즉 피사체(11) 내부에 위치된 형광물질에 대한 아날로그 비가시광 형광영상을 아날로그카메라(40)에 의해 촬영되는 것이다.

그리고 아날로그카메라(40)로부터 아날로그 비가시광 형광영상신호를 전송받은 아날로그영상표시기(51)에서 아날로그 영상을 표시하는 아날로그영상표시단계(S04)를 수행한다. 즉 이처럼 아날로그카메라(40)에 의해 촬영된 아날로그 비가시광 형광영상은 아날로그영상표시기(51) 화면에 보여지게 된다. 따라서 컬러영상표시기(33)를 통해 피사체의 외피의 영상을 볼 수 있고, 아날로그영상표시기(51)를 통해 피사체 내부의 영상을 볼 수 있다.

이에 더하여 아날로그카메라(40)로부터 아날로그 비가시광 형광영상신호를 전송받은 아날로그디지털변환기(52)에서 디지털영상신호로 변환하는 디지털영상변환단계(S05)를 수행한다. 이러한 디지털영상신호는 데이터베이스(61)에 저장되는 것이다.

또한 아날로그디지털변환기(52)로부터 디지털영상신호를 전송받은 디지털영상표시기(53)에서 디지털영상을 표시하는 디지털영상표시단계(S06)를 수행한다. 그리하여 디지털영상으로 하는 피사체의 내부에 대한 영상을 살필 수 있는 것이다.

따라서 사용자는 피사체에 대해 외피 부분을 컬러영상표시기(33)로 살필 수 있고, 피사체 내부에 대한 비가시광 형광영상을 통해 아날로그영상표시기(51)를 통해 아날로그 영상으로 볼 수 있으면서 또한 디지털영상표시기(53)를 통해 디지털영상으로 볼 수 있는 등, 하나의 피사체 부위에 대해 다양한 방법으로 살필 수 있는 것이다. 그리하여 이들 영상들을 비교하면서 보다 정확한 시술을 시행할 수 있을 것이다. 또한 사용 중에 이들 영상표시기나 부재들 일부에 이상이 있더라도 다른 영상을 살피면서 시술을 계속 수행할 수 있어 응급한 경우에도 안정적으로 진행하던 것을 계속할 수 있는 장점이 있는 것이다.

이에 더하여 아날로그디지털변환기(52)에서 변환된 디지털영상신호를 프로젝터(56)를 통하여 피사체에 디지털영상을 투사하는 디지털영상투사단계(S07)를 수행한다. 따라서 피사체(11)의 외피에는 백색광 및 레이저광에 의한 것뿐만 아니라 프로젝터(56)를 통한 디지털영상이 피사체 외피에 투사되는 것으로, 사용자는 디지털영상에 의해 표피에 투사되는 위치를 정확하게 육안으로 직접 살필 수 있다.

이에 더하여 상기 컬러영상표시단계(S02)는, 디지털영상투사단계(S07)에 의하여 피사체에 투사된 디지털영상 및 백색광원부(23)에 의해 피사체를 비추는 가시광에 의한 영상을 포함한 피사체에 대한 가시광 영상을 컬러디지털카메라(30)에서 촬영하여, 피사체에 대해 투사된 디지털영상을 포함한 가시광 영상을 컬러영상표시기(33)에서 표시하는 것이다.

따라서 단지 백색광, 레이저광에 의한 피사체 외피에 대한 단순 영상에 더하여, 피사체 내부에 대해 투사된 디지털영상도 함께 컬러디지털카메라(30)에 의해 촬영되고 저장되므로, 사용자는 컬러영상표시기(33)를 통해 정확한 위치를 살필 수 있고 이들을 저장되므로 자료를 언제든지 비교하여 분석할 수 있는 것이다.

이상에서와 같이 마련된 본 발명에 따른 광대역 영상 획득투사장치(10)에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 그 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 제시하는 가시광 광학영상 및 비가시광 형광영상의 동시구현이 가능한 광대역 영상의 획득투사장치(10)의 세부 구성은 다음과 같다. 즉 도 1에서와 같이, 영상획득부(21), 영상투사부(22), 백색 광원부(23), 형광 여기광원부(24)를 포함한다. 또한 영상획득부(21)는 도 1, 도 6에서처럼, 아날로그 카메라(40), 아날로그 카메라용 렌즈(41) 및 대역필터(42)를 포함한 형광 영상획득 카메라 부분과, 컬러 디지털 카메라(30) 및 컬러 디지털 카메라용 렌즈(31)를 포함한 광학 영상획득 카메라 부분으로 이루어진다.

그리고 영상획득 부재들을 보면, 백색광원부(23) 및 형광 여기광원부(24)로부터 조사되어 발생된 컬러 영상(32)과 형광 영상(43)은 색선별 거울(35, dichroic mirror)에 의해 분리되며, 각각 컬러 디지털 카메라(30)와 아날로그 카메라(40)에 의해 획득된다.

특히 아날로그 카메라(40)에 의해 획득된 형광 영상(43)은 두 개로 분기되고, 이 중 하나의 영상은 아날로그 영상 형태로 직접 구현되고, 다른 하나의 영상은 아날로그/디지털 신호 변환기(52, A/D converter)를 거쳐 디지털 영상으로 변환되고, 디지털 영상처리기법을 통해 디지털 형광 영상으로 구현된다. 이 영상은 다시 영상투사부(22)로 전달되어 최종적으로 영상처리된 형광 영상이 실제 발생되는 부분에 정확하게 일치되어 투사되며, 컬러 디지털 카메라를 통해 획득되는 실제 영상과 비교, 분석이 가능하게 된다.

이러한 가시광 광학영상 및 비가시광 형광영상의 동시구현이 가능한 광대역 영상 획득투사장치(10)의 구동 흐름은 도 4 및 도 8 등을 살펴볼 수 있다. 최종영상신호에 대해서는 저장장치인 데이터베이스에 저장하여 수술진행에 따른 영상데이터에 대해 리뷰를 다시 할 수 있으며, 연구 및 임상증명용으로 보관가능하게 할 수 있다.

이러한 본 발명은, 가시광 광학 영상구현 및 비가시광 형광 영상구현을 위한 광원으로써 백색광과 형광 여기광원이 사용된다. 이러한 광원의 조사를 통해 발생되는 가시광 광학 영상과 비가시광 형광 영상은 동일 광축(optical axis)을 유지하며, 색선별 거울을 통해 분리되어 각각의 카메라를 통해 획득된다.

그리고 본 발명에서는 백색광 및 형광 여기광의 동시 조사를 통해, 가시광 광학영상 및 비가시광 형광영상이 색선별 거울(dichroic mirror)에 의해 파장대역 별로 선별되어 각각의 카메라에 의해 동시에 구현되게 된다.

이처럼 아날로그 카메라를 사용하여, 영상처리를 수행하고 이를 프로젝터를 통해 영상을 전달하기 때문에 컴퓨터나 그래픽카드 이상 등의 문제가 발생하여도 안전하게 연속적으로 영상구현이 가능하므로 제안 기술이 임상적용 시 발생할 수 있는 여러 가지 문제에 대하여 안정적으로 사용할 수 있게 된다.

그리고 컬러카메라를 이용하여 아날로그 카메라와 동일한 부위에 대하여 컬러 영상을 구현해 줌으로써, 아날로그 카메라로부터 획득되는 형광영상과의 이미지 합성 등을 통해 영상을 보다 현실감있게 구현할 수 있다.

물론 영상처리 부분에 있어서도 근적외선과 같은 비가시광 영상과 컬러 영상과의 정합처리가 수행되면 보다 정확한 피사체에 대한 상황을 면밀히 분석할 수 있다.

또한 수술실 환경에서의 활용성을 본다면 컬러영상에 대해 위치확인을 명확히 하며, 이처럼 컬러영상을 위해서 조명을 어둡게 할 필요가 없고 컬러영상과 비가시광영상을 동시획득이 이루어지는 것이다. 획득된 비가시광 영상신호가 프로젝션 부분까지 진행되는 것도 디지털 신호의 영상을 획득하여 영상처리 및 가시화하여 디스플레이하고, 그리고 화면 정보만 다시 추출하여 프로젝트로 넘기게 되며, 영상투사를 위해 전용 프로젝트 보드가 포함되는 것이다.

그리고 피사체에 대한 컬러영상 촬영을 위해 색선별거울(35)에서 분광되고 일측의 삼각형미러(36) 및 컬러디지털카메라(30)에 의해 컬러영상이 촬영된다. 또한 색선별거울(35)을 통과한 피사체 영상은 아날로그카메라(40)에 의해 촬영되고, 이후 디지털신호로 변환처리되고 프로젝션용 전용보트의 처리에 의해 처리된 영상이 프로젝트에 의해 피사체에 조사되는 것이다.

아울러 수술실이 무영등 환경에서 비가시광 신호를 획득할 수도 있으며 또한 조명장치로써 도 2에서처럼 백색광원, 형광여기광원 등을 포함하거나, 도 3에서처럼 레이저광을 더 부가하여 조명 부재를 마련할 수 있으며, 이러한 조명 구성을 프로브에 함께 마련할 수 있는 것이다.

이에 레이저광원(251)에 의해 직진성을 가지는 근적외선계열 레이저를 발생시키며, 일루미네이션옵틱스(252, Illumination optics)에 의해 레이저를 일정각도로 퍼지게 하여 피사체에 조사한다.

이러한 레이저 광원은 장치의 본체에 마련되면서, 제어부(컨트롤러, controller)에 의해 제어된다. 그리고 광섬유를 이용하여 프로브 헤드까지 보내게 되고, 말단부에는 렌즈 등의 옵틱스(optics) 구성을 이용하여 조사각을 주게 된다.

이와 같은 레이저조명은 부피를 작게 마련할 수 있기 때문에 프로브 및 광학 구성에 유용하게 적용시킬 수 있는 것이다.

따라서 조명 부재들로써 전체 조명 부재를 레이저 조명으로 마련할 수도 있고 또한 도 2나 도 3에서처럼 백색광원, 형광여기광원 등과 함께 마련하여 실시할 수도 있는 등, 실시 상황에 알맞게 마련할 수 있는 것이다.

그리고 레이저에 의해 피사체를 집중하여 비추도록 하면서, LED로 광원들을 마련할 경우 LED의 퍼짐성에 의해 피사체를 넓게 비추어 더 효율적으로 적용할 수도 있다.

아울러 이러한 컬러영상, 디지털 영상 등을 이용하여 피사체의 해당 부분에 대해 영상처리를 수행할 수 있다. 즉 컬러영상과 형광영상을 프로세싱하여 데이터베이스에 저장하고 저장된 각 영상 데이터를 처리하여 입체영상이나 비교영상을 구현하여 시술을 좀더 구체적이면서 명확하게 살필 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 일실시예를 기재한 것이므로, 상기 실시예의 기재에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 제한적으로 해석되어서는 아니 된다.

10 : 광대역 영상 획득투사장치 11 : 피사체
20 : 프로브 21 : 영상획득부
22 : 영상투사부 23 : 백색광원부
24 : 형광여기광원부 25 : 레이저조명광원부
30 : 컬러디지털카메라 33 : 영상표시기
40 : 아날로그카메라 51 : 아날로그영상표시기
52 : 아날로그디지털변환기 53 : 디지털영상표시기
54 : 디지털영상프로젝터처리부 56 : 프로젝터
60 : 제어부 61 : 데이터베이스

Claims

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가시광 영상을 위한 광원인 백색광원부;
비가시광 형광영상을 위한 광원인 형광여기광원부;
피사체에 대한 비가시광 형광영상신호를 획득하기 위한 영상획득부; 및
피사체에 형광영상을 투사하기 위한 영상투사부를 포함하고,
비가시광 형광영상을 촬영하기 위한 아날로그카메라로부터 아날로그 비가시광 형광영상신호를 전송받아 디지털영상신호로 변환처리하는 아날로그디지털변환기;
상기 아날로그디지털변환기로부터 디지털영상신호를 전송받아 영상을 표시하는 디지털영상표시기; 및
상기 아날로그디지털변환기로부터 디지털영상신호를 전송받고, 디지털영상프로젝션 신호로 변환하여 영상투사부로 변환된 디지털영상의 투사신호를 전송하는 디지털영상프로젝션을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 영상 획득투사장치.
제 3항에 있어서,
상기 영상획득부와 영상투사부 및 백색광원부가 중앙에 위치되는 중앙프로브; 및
상기 중앙프로브 외측에 둘러 복수 개의 형광여기광원부가 배열되는 외측프로브;
를 포함하며,
상기 외측프로브에는 일측으로 레이저 조명용 레이저조명광원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 영상 획득투사장치.
제 3항에 있어서,
상기 백색광원부는, 발광다이오드, 반도체레이저, 할로겐램프, 백열등 중 어느 하나 이상으로 이루어지고,
상기 형광여기광원부는, 발광다이오드, 반도체레이저, 할로겐램프, 백열등 중 어느 하나 이상을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광대역 영상 획득투사장치.
제 3항에 있어서,
가시광 영상을 촬영하기 위한 컬러디지털카메라; 및
비가시광 형광영상을 촬영하기 위한 아날로그카메라;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 영상 획득투사장치.
제 3항에 있어서,
비가시광 형광영상을 촬영하기 위한 아날로그카메라에서의 아날로그 비가시광 형광영상신호에 대한 영상을 표시하는 아날로그영상표시기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 영상 획득투사장치.
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제 3항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
가시광 영상을 촬영하기 위한 컬러디지털카메라;
비가시광 형광영상을 촬영하기 위한 아날로그카메라; 및
상기 컬러디지털카메라에서 촬영된 가시광 영상신호를 전송받고, 아날로그카메라에서 촬영된 아날로그 비가시광 형광영상신호를 디지털영상신호로 변환하는 아날로그디지털변환기로부터 디지털영상신호를 데이터베이스에 저장하도록 제어하는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 영상 획득투사장치.
프로브에서 가시광 및 비가시광을 비추는 발광단계;
피사체에 대해 컬러디지털카메라에서 촬영한 가시광 영상을 컬러영상표시기에 표시하는 컬러영상표시단계;
피사체에 대해 아날로그카메라에서 아날로그 비가시광 형광영상으로 촬영하는 아날로그비가시광영상촬영단계;
아날로그카메라로부터 아날로그 비가시광 형광영상신호를 전송받은 아날로그영상표시기에서 아날로그 영상을 표시하는 아날로그영상표시단계;
아날로그카메라로부터 아날로그 비가시광 형광영상신호를 전송받은 아날로그디지털변환기에서 디지털영상신호로 변환하는 디지털영상변환단계;
아날로그디지털변환기로부터 디지털영상신호를 전송받은 디지털영상표시기에서 디지털영상을 표시하는 디지털영상표시단계;
아날로그디지털변환기에서 변환된 디지털영상신호를 프로젝터를 통하여 피사체에 디지털영상을 투사하는 디지털영상투사단계를 포함하고,
상기 컬러영상표시단계는,
디지털영상투사단계에 의하여 피사체에 투사된 디지털영상 및 백색광원부에 의해 피사체를 비추는 가시광에 의한 영상을 포함한 피사체에 대한 가시광 영상을 컬러디지털카메라에서 촬영하여,
피사체에 대해 투사된 디지털영상을 포함한 가시광 영상을 컬러영상표시기에서 표시하는 것을 특징으로 하는 광대역 영상 획득투사장치 제어방법.
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