KR101736113B1 - 심혈관 진단용 통합형 카테터 장치 및 이를 이용한 영상 처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 기술은 심혈관 진단용 통합형 카테터 장치와 이를 이용한 영상 처리 시스템이 개시된다. 본 발명의 구체적인 예에 따르면, 하나의 카테터를 이용하여 초음파, 광음향용 광 및 근적외선 광을 이용하여 심혈관 내의 영상을 획득함으로써, 다수의 분석 기능을 가지는 심혈관 영상을 획득하여 혈관 섬유화, 동백경화반, 파열 예측과 같은 진단을 정확하게 실행할 수 있고, 카테터 장치를 코어 부분에서 OCT 영상부에서 이용되는 소정 파장의 근적외선 광을 가이드하고 클래드 부분에서 초음파 및 광음향 영상부에서 이용되는 광음향 광 및 초음파를 가이드하는 DCF로 구비함에 따라 동일 경로로 다른 파장의 광이 동시에 가이드가 가능하므로 다수의 분석 기능을 가지는 심혈관 영상을 획득할 수 있는 카테터의 반경으로 줄일 수 있고, 동시에 초음파, 음파, 및 근적외선 광을 획득할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 심혈관 진단용 통합형 카테터 장치 및 이를 이용한 영상 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 카테터를 이용하여 혈관의 단층 영상 및 혈관 내부의 직경을 측정할 수 있고 혈관과의 밀착 영상 및 혈관 내부의 단층 영상을 획득할 수 있으며 혈관내의 혈액 농도 및 리피드 코어 면적을 동시에 획득할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
심혈관 질환의 진단에 사용되는 혈관 영상 카테터의 종래 기술로는 혈관 내 초음파, 혈관 내 근적외선영상기술, 혈관 내 광 간섭 단층촬영기가 상용화되어 임상에서 활용되고 있다.
혈관 내 초음파는 카테터 형태의 기기로 혈관에 삽입되어 혈관의 단층 영상을 획득하는 기술로 아직까지 병원에서 가장 많이 활용되고 있는 혈관 내 영상화 기술이다. 초음파 기술을 이용하기 때문에 해상도가 100μm 수준으로 낮고 대비도 또한 낮으며 영상 획득 속도가 약 30초 정도로 느리다.
또한, 혈관 내 근적외선 영상기술은 상용화된 기술로 근적외선 광을 이용하여 혈관 내벽에 지질의 존재 여부를 파악하는 기술로, 최근 혈관 내 초음파와 결합되어 단일 카테터로 개발되기도 하였다.
광을 이용하는 방법이기 때문에 혈관 내부에 존재하는 혈액의 유무에 따라 신호의 감도가 일정하지 않은 문제점이 존재하고 분해능이 낮으며, 영상 획득 속도 또한 혈관 내 초음파와 동시에 획득하기 때문에 느리다 할 수 있다.
혈관 내 광 간섭 단층촬영기에 사용되는 혈관 내 광 간섭 단층촬영기술은 혈관 내 초음파와 마찬가지로 카테터 형태의 기기로 혈관에 삽입되어 광을 혈관으로 보내고, 돌아오는 광을 분석하여 혈관의 단층 영상을 획득하는 기술을 말한다.
초기 혈관 내 광 간섭 단층촬영기는 속도가 혈관 내 초음파 수준으로 빠르지 않아 널리 활용되지 못하였으나 최근에 개발된 2세대 혈관 내 광 간섭 단층촬영기술은 속도가 10배 이상 향상되어, 수 초 이내에 혈관 내 영상을 촬영할 수 있다. 광을 이용하기 때문에 혈액의 영향을 최소화하기 위해 식염수와 혈관 조영제를 혼합한 용액을 플러싱(Flushing) 하면서 영상을 얻는다.
혈관 내 초음파에 비해 10배 정도 향상된 분해능(~10μm)을 갖기 때문에 혈관 내의 미세한 변화도 관찰이 가능하다. 최근 형광 영상 기술을 접목한 다기능 영상화 기술이 연구실 수준에서 구현되고 있다.
이에 미세한 심혈관의 정확한 영상을 획득하기 위해서는 혈관에 삽입 가능한 정도로 미세한 카테터를 다수 삽입/측정하여야 하므로 합병증 발생 위험도가 증가하고, 획득된 영상 간의 병변의 일치도가 정확하지 아니하므로 급성심근경색과 같은 응급 질환에 대해 사용이 어려우며, 각각의 영상 기술이 가지는 한계점으로 인해 고위험도 취약성 동맥경화반의 조직학적 특성을 판별하기 어려워 급성관상동맥질환의 조기 진단/예방이 어려운 한계가 존재하였다.
이에 본 출원인은 상기의 한계점을 고려하여 하나의 카테터를 이용하여 초음파, 광음향용 광, 및 근적외선 광을 이용하여 심혈관 내의 영상을 획득할 수 있는 본 발명을 착안하게 되었다.
이에 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로 본 발명의 목적은, 하나의 카테터를 이용하여 심혈관 내의 영상을 획득함으로써, 고효율적으로 고해상도의 심혈관 영상을 표시할 수 있고 이에 따라 심혈관 질환에 대한 정확한 진단이 가능한 심혈관 진단용 통합형 카테터 장치 및 이를 이용한 영상 처리 시스템을 제공하고자 함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 심혈관 진단용 카테터 장치를 이용한 영상 처리 시스템은, 근적외선 광을 이용하여 스텐트와 혈관과의 밀착 영상 및 혈관 내의 광 단층 미세 구조 영상을 획득하는 OCT 영상부를 포함하고, 초음파를 이용하여 혈관 내부 직경 측정이 가능한 혈관 내의 구조 영상을 획득하고 광음향을 이용하여 액체의 농도 및 리피드코어 면적을 측정하기 위한 영상을 획득하는 초음파 및 광음향 영상부를 포함하는 영상 장치; 상기 영상 장치의 다수의 소정 파장의 근적외선 광 및 광음향용 광 및 초음파를 샘플에 전달하는 카테터 장치; 및 상기 카테터 장치에서 발생된 다수의 소정 파장의 근적외선 광 및 광음향용 광을 집중하여 상기 카테터 장치로 전달하고 상기 샘플로부터 되돌아오는 소정 파장의 근적외선 광, 음파, 및 초음파를 상기 영상 장치로 분리시켜 전달하는 광처리 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 OCT 영상부는, 다수의 소정 파장의 광을 발생하는 근적외선 광 발생기; 상기 광을 제1 경로를 통해 기준단으로 가이드하는 제1 SMF 커플러 (Single-mode fiber coupler); 상기 제1 SMF 커플러의 제2 경로를 통해 제공된 광을 코어 부분을 통해 광처리 장치로 전달하는 더블 클래드 광섬유 커플러; 및 검출기에서 OCT 영상을 획득하기 위해 샘플로부터 반사된 광을 가이드하는 상기 더블 클래드 광섬유 커플러의 광과 상기 기준단에서 반사되는 광을 결합하여 상기 검출기로 전달하는 제2 SMF 커플러를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 초음파 및 광음향 영상부는, 상기 더블 클래드 광섬유 커플러를 통해 상기 광처리 장치를 경유하여 상기 카테터 장치로 전달하여 샘플로 조사되는 광음향용 광을 발생하는 펄스 레이저 발생기; 상기 샘플로부터 조사된 광음향용 광에 의해 생성한 열에너지로 발생된 음파를 상기 카테터 장치를 통해 수신하고, 상기 광음향용 광을 지연시켜 기준 신호로 수신하는 수신단; 상기 수신단의 기준 신호 및 음파 신호를 가공 처리하여 IVPA 영상을 획득하는 가공부를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 카테터 장치는, 상기 광처리 장치로부터 제공된 다수의 소정 파장의 광을 샘플로 가이드하는 DCF(Double Cladding Fiber); 상기 DCF에 의해 가이드된 광을 통과시키는 렌즈; 상기 렌즈를 통과한 광을 굴절시켜 기 정해진 목표 위치의 샘플에 조사하는 프리즘을 포함하고, 상기 DCF, 렌즈, 및 프리즘을 하나로 모듈화하여 상기 광을 샘플로 주사하기 위한 광원 개구를 가지는 하나의 하우징 내에 마련하도록 구비될 수 있으며, 상기 하우징은 액체의 유입을 방지하기 위한 석영 모세관으로 구비될 수 있다.
바람직하게 상기 카테터 장치는, 상기 초음파 및 광음향 영상부에서 생성된 광음향용 광에 대해 샘플로부터 제공된 음파를 수신하여 상기 초음파 및 광음향 영상부의 수신단으로 전달하는 초음파 트랜듀서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 DCF는, 상기 OCT 영상부의 기 정해진 소정 파장의 근적외선 광을 샘플로 가이드하고 샘플에서 반사된 광원을 상기 OCT 영상부로 전달하는 코어 부분과 상기 초음파 및 광음향 영상부의 상기 펄스 레이저의 광음향용 광을 샘플로 가이드하는 클래드 부분을 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 초음파 및 광음향 영상부는 상기 기 정해진 주파수의 초음파를 생성하고 생성된 초음파를 상기 초음파 트랜듀서를 경유하여 샘플로 전달하는 초음파 생성기를 더 포함하고, 샘플로부터 반사된 초음파를 상기 카테터 장치의 초음파 트랜듀서를 경유하여 상기 수신단에서 수신하여 가공부로 전달하도록 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는,
영상 장치에서 생성된 다수의 소정 파장의 광을 샘플로 가이드하는 DCF(Double Cladding Fiber); 상기 DCF를 통과한 광을 통과시키는 렌즈; 상기 렌즈를 통과한 광을 굴절시켜 기 정해진 목표 위치의 샘플에 조사하는 프리즘을 포함하고, 상기 DCF, 렌즈, 및 프리즘을 하나로 모듈화하여 상기 광을 샘플로 조사하기 위한 광원 개구를 가지는 하나의 하우징 내에 마련하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 하우징은 액체의 유입을 방지하기 위한 석영 모세관으로 구비될 수 있다.
상기 DCF는, 영상 장치에서 소정 파장의 다수의 근적외선 광을 샘플로 가이드하고 샘플로부터 반사된 광을 상기 영상 장치로 전달하는 코어 부분과 상기 영상 장치에서 생성된 광음향용 광을 샘플로 가이드하는 클래드 부분을 포함하는 두 개의 채널을 포함할 수 있다.
이에 본 발명에 의하면, 하나의 카테터를 이용하여 초음파, 광음향의 광 및 근적외선 광을 이용하여 심혈관 내의 영상을 획득함으로써, 다수의 분석 기능을 가지는 심혈관 영상을 획득하여 혈관 섬유화, 동백경화반, 파열 예측과 같은 진단을 정확하게 실행할 수 있는 효과를 얻는다.
본 발명에 따르면, 카테터 장치를 코어 부분에 영상 장치의 소정 파장의 근적외선 광을 샘플로 가이드하고, 클래드 부분에 펄스 레이저의 광음향용 광을 샘플로 가이드하는 DCF를 구비함에 따라 하나의 DCF를 이용하여 동일 경로로 다른 파장의 광이 동시에 샘플로 가이드가 가능하므로 다수의 분석 기능을 가지는 심혈관 영상을 획득할 수 있는 카테터 장치의 반경으로 줄일 수 있으며, 초음파와 음파 및 근적외선 광을 동시에 획득할 수 있는 잇점을 가진다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템의 구성을 보인 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템의 카테터 장치의 구성을 보인 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템의 카테터 장치의 광의 가이드 상태를 보인 도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템의 카테터 장치의 단면을 보인 도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템의 카테터 장치의 다른 일 례를 보인인 도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템의 세부적인 구성을 보인 도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템의 카테터 장치의 동작 상태를 보인 도들이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템에서 획득된 영상을 보인 도들이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템의 구성을 보인 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템의 카테터 장치의 구성을 보인 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템의 카테터 장치의 광의 가이드 상태를 보인 도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템의 카테터 장치의 단면을 보인 도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템의 카테터 장치의 다른 일 례를 보인인 도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템의 세부적인 구성을 보인 도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템의 카테터 장치의 동작 상태를 보인 도들이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템에서 획득된 영상을 보인 도들이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
삭제
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 서킷 서비스 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 영상 처리 시스템(S)은 하나의 카테터를 이용하여 초음파, 광음향용 광 및 근적외선 광을 이용하여 포괄적인 심혈관 내의 영상을 획득하기 위해, 샘플로부터 제공된 초음파 및 음파 및 근적외선 광을 토대로 광 단층 영상 분석하여 동시에 다양한 심혈관 영상을 획득한 후 처리 및 영상화하여 디스플레이하도록 구비할 수 있다.
이에 본 발명에서는 더블 클래드 광섬유 커플러를 가지는 하나의 카테터를 이용하여 초음파, 광음향의 광, 및 근적외선 광을 혈관까지 전달하고, 혈관에서 되돌아 나오는 초음파, 음파, 및 근적외선 광을 광 단층 영상 분석 및 음파 분석 및 초음파 분석을 통해 가공 처리함으로써 고효율의 심혈관 영상을 획득 및 표시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 심혈관 진단용 통합 카테터를 이용하여 수집된 광으로부터 다 분석 기능의 영상을 획득하는 영상 처리 시스템의 구성을 보인 도이다. 도 1을 참조하면, 다수의 파장의 광 및 초음파를 생성하여 전달하여 수신된 광 및 초음파 신호 및 음파 신호를 토대로 혈관을 영상화 처리하는 영상 장치(100)와, 초음파 및 다수의 파장의 광을 혈관에 전달하는 카테터 장치(200)와, 초음파 및 다수의 파장의 광을 결합 또는 분리하여 카테터 장치(200) 및 영상 장치(100)로 전달하는 광처리 장치(300)를 포함할 수 있다. 여기서, 다수 소정 파장의 광은 펄스 레이저의 광음향용 광과 파장 가변형 근적외선 광을 포함할 수 있고, 광처리 장치(300)는 근적외선 광 및 광음향 광을 전달하는 기능과 고정된 영상 장치(100)와 회전하는 카테터 장치(200)를 기계적으로 연결하는 기능을 포함하며, 이에 따라 카테터 장치(200)의 회전 시에도 영상화 처리 기능이 저하되지 아니한다.
영상 장치(100)는 혈관 내 IVOCT(Intravascular Optical Coherence Tompgraphy) 영상을 획득하는 OCT 영상부(110)를 포함하고, 혈관 내의 액체 농도 및 리피드 코어 면적을 측정하기 위한 IVPA(Intra Vascular Photo Acoustic) 영상 및 혈관 전체의 영상 및 혈관 내부 직경 등을 측정하기 위해 IVUS(Intravascular Ultra Sound)을 획득하는 초음파 및 광음향 영상부(120)를 포함할 수 있다.
이에 본 발명의 실시 예에서, OCT 영상부(110)및 초음파 및 광음향 영상부(120)에서 하나의 카테터 장치(200)로부터 제공된 광 및 음파 신호 및 초음파 신호를 처리함에 따라, 동일한 위치에서 동시에 혈관 영상이 획득 통합 처리된다.
카테터 장치(200)란 체강 또는 내강이 있는 장기 내로 삽입하기 위한 튜브형의 기구를 말하는데, 영상 처리 시스템(S)을 구성하는 카테터 장치(200)는 특수광섬유(이하 DCF: Double-clad Fiber)를 이용하여 혈관의 내부를 영상화할 수 있는 장치를 의미한다.
도 2는 도 1에 도시된 카테터 장치(200)의 구성을 보인 도면이고 도 3은 도 2에 도시된 DCF(Double Cladding Fiber: 210)의 세부적인 구성을 보인 도이며 도 4는 도 2에 도시된 DCF(210)의 단면을 보인 도로서, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 카테터 장치(200)는 영상 장치(100)의 펄스 레이저의 광음향용 광과 근적외선 광을 내부 혈관에 전달하는 DCF(210)로 구비할 수 있다.
DCF(210)는 영상 장치(100)로부터 제공된 광음향용 광과 근적외선 광을 이동하는 경로로서, 크게 광섬유를 감싸고 있는 코팅 튜브(211), 그리고 광이 이동하는 경로로서 코어 부분(212)과 클래드 부분(213) 두 개의 채널을 포함한다.
이에 코어 부분(212)은 OCT 영상부(110)를 이용하여 OCT 영상을 획득할 수 있고, 클래드 부분(213)은 초음파 및 광음향 영상부(120)의 광음향용 광원을 이용하여 IVPA 영상을 얻을 수 있다.
또한 카테터 장치(200)는 DCF(210)의 광섬유를 기반으로 그린 렌즈(220: Grin lens)를 더 구비하여 매우 작은 크기의 카테터를 제작할 수 있다. 여기서, 그린 렌즈(220)는 광을 결합하고 분리하는 렌즈로서, 영상 장치(100)의 광원을 DCF(210)로 전달하고 DCF(210)와 함께 회전하면서 심혈관 영상을 얻을 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 설명 상의 편의를 위해 그린 렌즈를 일 례로 설명하고 있으나, 단 렌즈, 볼 렌즈, C-렌즈, 복 렌즈, 및 렌즈 어레이 등을 포함하는 렌즈로 구비될 수 있다. 이때 그린 렌즈 대신 볼 렌즈를 이용한 카테터 장치(200)는 도 5에 도시된 바와 같다.
그리고 카테터 장치(200)는 그린 렌즈(220)를 통과한 광원을 샘플의 목표 위치로 굴절시켜 목표 위치에 광원을 전달하는 프리즘(230)을 더 구비할 수 있다.
그리고 카테터 장치(200)는 하나의 하우징(240) 내에 DCF(210), 그린 렌즈(220), 및 프리즘(230)을 패키징하도록 구비되며, 여기서 하우징(240)은 석명 모세관(quartz capillary) 즉, 유리관으로 마련되고 샘플에 방출되는 광원과 샘플로부터 반사되는 광이 외부 혈액 또는 액체의 유입을 방지할 수 있다.
또한, 카테터 장치(200)는, 초음파 영상을 획득하기 위해 샘플에 초음파를 방출하고 샘플로부터 수신된 초음파를 영상 장치(100)의 초음파 및 광음향 영상부(120)로 전달하는 초음파 트랜듀서(250)를 더 포함할 수 있고, 그에 더하여 초음파 트랜듀서(250)는 샘플로부터 반사된 음파를 수신하여 초음파 및 광음향 영상부(120)로 전달하도록 구비될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에서 하나의 카테터 장치(200)를 이용하여 수신된 광과 펄스 레이저와 초음파를 분석하여 OCT 영상, IVPA 영상, 및 IVUS 영상을 획득하는 일련의 과정을 이하 도면을 참조하여 자세히 설명하도록 하며 광, 레이저 및 신호를 혼용되어 사용될 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 영상 장치(100)의 세부적인 구성을 보인 도이고, 도 7는 도 1에 도시된 카테터 장치(200)에 수신된 초음파, 광음향용 광 및 근적외선 광을 샘플 또는 혈관으로 조사하는 방법을 나타낸 도면이며, 도 8은 영상 장치(100)에서 획득된 영상들을 보인 도면으로서, 도 6 내지 도 8을 참조하면, 영상 장치(100)는 초음파, 광음향용 광 및 근적외선 광을 하나의 카테터 장치(200)를 통해 샘플 또는 혈관에 조사되고, 조사된 초음파, 광음향용 광 및 근적외선 광을 카테터 장치(200)를 통해 가이드되어 IVUS 영상, IVPA 영상, 및 OCT 영상을 각각 검출하도록 구비될 수 있다.
즉, 영상 장치(100)의 OCT 영상부(110)는 단층 미세 구조 영상을 위한 근적외선 광 발생기(111)의 광은 제1 SMF 커플러(Single mode fiber coupler) (112)중 제1 경로로 가이드되어 기준단(113)로 제공된다.
한편, 제1 SMF 커플러(112) 중 제2 경로로 가이드된 광은 광처리 장치(300)에 의해 집광되고 더블 클래드 광섬유 커플러(114)의 코어 부분으로 커플되어 카테터 장치(200)로 가이드된다. 이때 근적외선 광 발생기(111)는 통상 1310 nm, 1060 nm, 1550 nm 등의 파장 가변형 레이저를 발생하는 장치로 사용될 수 있다.
즉, 근적외선 광 발생기(111)의 광원은 두 개의 포트를 가지는 제1 SMF 커플러(112)로 구비될 수 있고, 제1 SMF 커플러(112)의 하나의 포트를 통과한 광은 Circulator 1을 경유하여 기준단(113)에 전달되고 다른 포트를 통과한 광은 Circulator 2을 경유하여 더블 클래드 광섬유 커플러(114)로 전달되며 더블 클래드 광섬유 커플러(114)의 코어를 통해 카테터 장치(200)를 통과하여 샘플에 전달된다.
그리고 카테터 장치(200)로 제공된 광은 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 카테터 장치(200)의 DCF(210)의 코어 부분(211), 그린 렌즈(220), 및 프리즘(230)을 순차적으로 통과하여 샘플 또는 혈관으로 주사된다.
그리고 주사된 광은 DCF(210)의 코어 부분(211), 그린 렌즈(220) 및 프리즘(230)을 순차적으로 지나온 경로를 되돌아 분사되어 광처리 장치(300)에 의해 분리된 후 OCT 영상부(130)의 더블 클래드 광섬유 커플러(114)의 코어를 경유한 후 Circulator 2를 통과하여 OCT 영상부(110)의 제2 SMF 커플러(115)를 통해 검출기(116)로 전달되며, 이때 기준단(113)에 의해 반사된 광은 Circulator 1을 통과한 후 제2 SMF 커플러(115)를 통해 검출기(116)로 전달됨에 따라 신호가 검출될 수 있다.
즉, 제2 SMF 커플러(115)는 기준단(113)의 기준 신호와 샘플로부터 나오는 신호가 결합하여 간섭 신호를 생성하고 생성된 간섭 신호를 검출기(116)에서 전기적인 신호로 변환한 후 가공부의 디지털 변환 및 푸리에 변환을 통해 도 8의 (a)에 도시된 광 단층 미세구조(OCT) 영상을 획득할 수 있다.
이에 따라 생체 흡수성 스텐트(Bioresorbable Vascular_scaffold stent: BVS) 치료 전류의 스텐트와 혈관과의 밀착 여부, 스텐트 혈전증 발생 여부, 벽연부 박리 여부, 혈관의 얇은 섬유막 두께 등을 판단하기 위한 혈관 내부의 단층 영상 획득이 가능하다.
한편, 초음파 및 광음향 영상부(120)의 펄스 레이저 발생기(121)에서 발생된 광음향용 광은 OCT 영상부(110)의 더블 클래드 광섬유 커플러(114)의 클래드 부분으로 커플되어 카테터 장치(200)로 가이드된다. 그리고 광음향을 위한 펄스 레이저는 광원을 단순히 전달하는 기능을 수행하므로 멀티모드로 전송이 가능하다. 즉, 더블클래드 광섬유 커플러(114)의 코어는 단일모드로 동작하는 반면 클래드는 멀티모드로 동작한다.
카테터 장치(200)로 가이드된 광음향용 광은 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, DCF(210)의 클래드 부분(212), 그린 렌즈(220) 및 프리즘(230)을 순차적으로 통과하여 샘플 또는 혈관으로 주사된다.
이때 샘플로부터 입사된 광은 열에너지를 생성하고 생성된 열에너지로부터 음파가 발생되며 발생된 음파는 카테터 장치(200)의 초음파 트랜듀서(250)를 경유하여 초음파 및 광음향 영상부(120)의 수신단(122)에서 신호로 검출된다. 이때 펄스 레이저 발생기(121)에서 발생된 광음향용 광은 지연기(123)를 경유하여 수신단(122)에 제공되며, 지연기(123)의 기준 신호 및 초음파 트랜듀서(250)로부터 제공된 음파 신호는 로우패스필터(124)를 경유하여 필터링되고 DAQ(125 :Data Acquisition)에서 혈액 성분 및 리피드코어 두께 측정을 위한 도 8의 (b)에 도시된 IVPA 영상을 획득할 수 있게 된다.
한편, 초음파 및 광음향 영상부(120)의 초음파 발생기(125)의 초음파는 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 카테터 장치(200)의 초음파 트랜듀서(250)를 경유하여 샘플 또는 혈관에 조사되고, 샘플 또는 혈관으로부터 반사된 초음파는 초음파 및 광음향 영상부(120)의 수신단(122)에서 수신되며, 수신된 초음파는 로우패스필터(124)를 경유하여 필터링되고 DAQ(135 :Data Acquisition)에서 심혈관 내의 구조 및 심혈관 내경 등을 측정하기 위한 도 8의 (c)에 도시된 IVUS 영상을 획득할 수 있게 된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
하나의 카테터를 이용하여 초음파, 광음향용 광 및 근적외선 광을 이용하여 심혈관 내의 영상을 획득함으로써, 다수의 분석 기능을 가지는 심혈관 영상을 획득하여 혈관 섬유화, 동백경화반, 파열 예측과 같은 진단을 정확하게 실행할 수 있고, 카테터 장치를 코어 부분에 OCT 영상부에서 이용되는 소정 파장의 광을 가이드하고 클래드 부분에 초음파 및 광음향 영상부에서 이용되는 설정 파장의 광음향용 광을 가이드하는 DCF를 구비함에 따라 동일 경로로 다른 파장의 광 및 초음파가 동시에 가이드가 가능하므로 다수의 분석 기능을 가지는 심혈관 영상을 획득할 수 있는 카테터의 반경으로 줄일 수 있으며, 초음파와 음파 및 근적외선 광을 하나의 카테터 장치를 통해 동시에 획득할 수 있는 심혈관 진단용 통합형 카테터 장치 및 이를 이용한 영상 처리 시스템에 대한 운용의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 의료 장비에 대한 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.
Claims (13)
- (정정)
근적외선 광을 이용하여 스텐트와 혈관과의 밀착 영상, 얇은 섬유막 두께 측정 및 혈관 내의 광 단층 미세 구조 영상을 획득하는 OCT 영상부를 포함하고, 초음파를 이용하여 혈관 내부 직경 측정이 가능한 혈관 내의 구조 영상을 획득하고 광음향용 광을 이용하여 액체의 농도 및 코어 면적을 측정하기 위한 영상을 획득하는 초음파 및 광음향 영상부를 포함하는 영상 장치;
상기 영상 장치의 다수의 소정 파장의 근적외선 광 및 광음향용 광 및 초음파를 샘플에 전달하는 카테터 장치; 및
상기 영상 장치의 다수의 소정 파장의 근적외선 광 및 광음향용 광을 집중하여 상기 카테터 장치로 전달하고 상기 샘플로부터 되돌아오는 소정 파장의 근적외선 광, 음파, 및 초음파를 상기 영상 장치로 분리시켜 전달하는 광처리 장치를 포함하고,
상기 OCT 영상부는,
다수의 소정 파장의 광을 발생하는 근적외선 광 발생기; 상기 광을 제1 경로를 통해 기준단으로 가이드하는 제1 SMF 커플러(Single-mode fiber coupler); 상기 제 1 SMF 커플러의 제2 경로를 통해 광을 수신한 후 커플하여 상기 광처리 장치로 전달하는 더블 클래드 광섬유 커플러; 및 OCT 영상을 획득하기 위해 샘플로부터 반사된 광을 가이드하는 상기 더블 클래드 광섬유 커플러에서 수신된 광과 상기 기준단에서 반사되는 광을 결합하여 검출기로 전달하는 제2 SMF 커플러를 포함하고,
상기 더블 클래드 광섬유 커플러는, 코어를 통해 근적외선 광을 광처리 장치를 경유하여 카테터 장치로 전송하여 단일 모드로 동작되고, 클래드를 통해 초음파 및 광음향용 광을 광처리 장치를 경유하여 카테터 장치로 전송하여 멀티 모드로 동작되며,
상기 카테터 장치는, 상기 광처리 장치로부터 제공된 다수의 소정 파장의 광을 샘플로 가이드하는 DCF(Double Cladding Fiber) ; 상기 DCF를 통과한 광을 통과시키는 렌즈; 상기 렌즈를 통과한 광을 굴절시켜 기 정해진 목표 위치의 샘플에 조사하는 프리즘을 포함하고, 상기 DCF, 렌즈, 및 프리즘을 하나로 모듈화하여 상기 광을 샘플로 주사하기 위한 광원 개구를 가지는 하나의 하우징 내에 마련하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 초음파 및 광음향 영상부는,
상기 더블 클래드 광섬유 커플러를 통해 상기 광처리 장치를 경유하여 상기 카테터 장치로 전달하여 샘플로 조사되는 펄스 레이저의 광음향용 광을 발생하는 펄스 레이저 발생기;
상기 샘플로부터 조사된 광에 의해 생성한 열에너지로 발생된 음파를 상기 카테터 장치를 통해 수신하고, 상기 광음향용 광을 지연시켜 기준 신호로 수신하는 수신단;
상기 수신단의 기준 신호 및 음파 신호를 가공 처리하여 IVPA 영상을 획득하는 가공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템.
- 제3항에 있어서, 상기 초음파 및 광음향 영상부는,
샘플로 전달하기 위한 기 정해진 주파수의 초음파를 생성하는 초음파 생성기를 더 포함하고,
샘플로부터 반사된 초음파를 상기 수신단에서 수신하여 가공부로 전달하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 DCF는,
상기 OCT 영상부의 기 정해진 소정 파장의 광을 샘플로 가이드하고 샘플에서 반사된 광을 상기 OCT 영상부로 전달하는 코어 부분과
상기 초음파 및 광음향 영상부의 광음향용 광을 샘플로 가이드하는 클래드 부분을 포함하는 두 개의 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 심혈관 진단용 통합형 카테터를 이용한 영상 처리 시스템.
- 삭제
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- 삭제
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- 삭제
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|---|---|---|---|
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