KR20160001890A - Anti-aging skin theragnostic system using ultrasound and OCT - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 항 노화를 위해, 비 침습적으로 표피를 통한 자극을 통해 피부 재생에 효과를 가져오는, 비 침습적 초음파 피부 재생 시스템 (Anti-Aging Skin Theragnostic System)과, 서로 음파에 의한 간섭이 없는 상태에서 피부단층에 대한 고 해상도를 갖는 영상기법인 OCT(Optical Coherence Tomography) 영상이 결합되어, OCT 영상을 통해 진단 및 실시간 치료 효과 확인이 가능하며, 또한 다중 초점 개념을 적용한 초음파 피부 재생 시스템을 구현하게 되는, 피부 진단 및 치료 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a non-invasive ultrasound skin therapy system (Anti-Aging Skin Therapeutic System) for non-invasively effecting skin regeneration through skin stimulation for anti-aging, (OCT), which is a high-resolution imaging technique for the skin defect, can be used for diagnosis and real-time therapeutic effect confirmation through OCT imaging. In addition, an ultrasound skin reproducing system using a multi-focus concept is implemented To a skin diagnosis and treatment system.
최근들어 고령화 및 피부 미용에 대한 관심이 한층 높아지고 있다. Recently, interest in aging and skin beauty is increasing.
현재 항 노화를 위한 의료 장비는 레이저를 이용한 방식의 치료 기기와 고주파를 이용한 치료 기기, 초음파를 이용한 치료기기 등이 있다. Currently, medical devices for anti-aging include laser-based therapeutic devices, high frequency therapeutic devices, and ultrasonic therapeutic devices.
기존의 피부 재생 시스템은 마취를 통해 통증을 줄인 뒤에 수행되거나, 넓은 부위를 기계적인 스캐닝을 통해 순차적으로 치료하는 방식을 사용하여 적용 시간이 오래 걸리는 제한점이 있다. 또한, 기계적 스캐닝을 할 때 별도의 소형 초음파 영상용 프로브를 함께 사용하여 영상을 동시에 제공해야 하나, 초음파간의 간섭에 의하여 치료 중에 초음파 영상을 동시에 획득할 수 없다. Existing skin regeneration systems are performed after reducing pain through anesthesia, or by using a method of sequentially treating a large area through mechanical scanning, which has a long application time. In addition, when mechanical scanning is performed, separate small ultrasound image probes are used together to provide images, but ultrasound images can not be simultaneously acquired during the treatment due to interference between the ultrasound waves.
또한, 최근 연구되는 피부 재생 시스템은 기다란 초음파 변환기를 활용하여 피부를 한 줄로 길게 치료하고 이를 통해 스캐닝하는 시간을 줄일 수 있는 방식을 보여주고 있으나, 이 또한 여전히 많은 시간이 요구된다In addition, recently, a skin regeneration system using a long ultrasonic transducer has shown a way to reduce the time for scanning the skin by treating the skin in a single line, but this still requires much time
따라서 종래기술의 경우에 있어서, 첫째, 초음파 영상의 한계에 의하여 영상 해상도가 낮으며, 초음파간의 간섭에 의하여 치료 중에 초음파 영상을 동시에 획득할 수 없다는 단점이 있다. Therefore, in the case of the prior art, there is a disadvantage that the image resolution is low due to the limitation of the ultrasound image, and the ultrasound image can not be simultaneously acquired during the treatment due to the interference between the ultrasound waves.
둘째, 2차원의 피부 영역을 전부 치료하기 위해서는 기존의 기계적 스캐닝이나 하나의 줄로 이루어진 초점군을 이용하는 경우 많은 시간이 요구된다. 따라서 얼굴 전체 치료를 위한 시술 시간이 한 시간 이상 소요되어 시술자 및 피 시술자에게는 불편을 겪게 될 뿐만 아니라 이로 인한 시스템의 과부하에 의해 열 발생 등의 역 효과가 발생할 수 있는 단점이 있다. Second, in order to treat all of the two-dimensional skin area, it takes a lot of time to use the conventional mechanical scanning or the focus group consisting of one line. Therefore, the procedure time required for the whole face treatment takes more than one hour, which causes inconvenience to the practitioner and the recipient, and there is a disadvantage that the overload of the system due to the overloading can cause an adverse effect such as heat generation.
셋째로, 치료와 동시에 정확한 시술 부위의 치료 여부를 판단할 수 있는 고 해상도의 진단 시스템의 부재로 실시간으로 치료의 여부를 확인하기 힘들다는 단점이 있다. Third, there is a disadvantage in that it is difficult to confirm the treatment in real time due to the absence of a high-resolution diagnostic system which can judge whether or not the treatment is performed at the same time as the treatment.
그러므로 현재 항 노화를 위한 피부 재생 시스템은 피부 재생을 위한 치료 시술 중에도 안전성을 보장할 영상기법이 더해진, 비침습적이며 부작용이 없는 피부 재생 시스템이 요구된다.Therefore, the skin regeneration system for anti-aging is required to have a non-invasive and non-adverse skin regeneration system that adds safety-enhancing imaging techniques during treatment for skin regeneration.
비 침습적으로 표피를 통한 자극을 통해 피부 재생에 효과가 있는 장비로 초음파 자극 시스템이 적절하며, 서로 음파에 의한 간섭이 없는 상태에서 피부단층에 대한 가장 세밀한 해상도를 갖는 영상기법으로는 OCT의 결합이 가장 적합하다고 할 수 있다.The ultrasound stimulation system is suitable for skin regeneration through non-invasive skin stimulation. In the absence of interference from the sound waves, the most detailed resolution of the skin layer is the combination of OCT It is most appropriate.
이를 위해, 본 발명자들은 국내 등록특허 제10-1352507호 초음파 발생 장치 및 초음파 진동자를 특허 등록한 바 있다.To this end, the inventors of the present invention have registered a patent of Korean Patent No. 10-1352507 on ultrasonic wave generator and ultrasonic vibrator.
국내 등록특허 제10-1352507호의 초음파 발생장치는 대칭적인 두 개의 소자로 구성된 적어도 한 쌍의 음파 변환기(transducer) 소자를 포함하며, 상기 소자간 위상차에 따라 적어도 하나의 초점영역을 갖는 초음파가 발생 되는 초음파 진동자, 상기 초음파 진동자를 구동시키는 초음파 구동부, 상기 음파 변환기 소자간의 위상차를 변화시키면서 상기 초음파의 초점 영역의 수가 조정되도록, 상기 초음파 구동부를 제어하는 제어부 및 상기 초음파 진동자에서 발생한 초음파를 피부에 조사하는 초음파 출력부를 포함하여 구성된다.The ultrasonic wave generator of Korean Patent No. 10-1352507 includes at least one pair of transducer elements composed of two symmetrical elements and an ultrasonic wave having at least one focus region is generated according to the phase difference between the elements A controller for controlling the ultrasonic driver to adjust the number of focus areas of the ultrasonic waves while changing the phase difference between the ultrasonic transducers, and a controller for controlling the ultrasonic waves generated by the ultrasonic vibrator to irradiate the skin, And an ultrasonic output unit.
국내 등록특허 제10-1352507호는 초음파 치료만 고려한 장치로서, 치료 중에 초음파 영상을 동시에 획득하는 수단은 부과되어 있지 않다.Korean Patent No. 10-1352507 is an apparatus considering only ultrasonic therapy, and means for simultaneously acquiring ultrasound images during treatment are not imposed.
따라서, 비 침습적 초음파 피부 재생 시스템(Anti-Aging Skin Theragnostic System)과, 서로 음파에 의한 간섭이 없는 상태에서 피부단층에 대한 고 해상도를 갖는 영상기법인 OCT(Optical Coherence Tomography) 영상이 결합되어, OCT 영상을 통해 진단 및 실시간 치료 효과 확인이 가능하며, 또한 다중 초점 개념을 적용한 초음파 피부 재생 시스템을 구현하게 되는, 피부 진단 및 치료 시스템이 요망된다.
Therefore, the combination of the non-invasive ultrasonic skin regenerating system and the OCT (Optical Coherence Tomography) image, which is a high-resolution imaging technique for the skin layer in the absence of interference by sound waves, There is a demand for a skin diagnosis and treatment system that enables diagnosis and real-time therapeutic effect confirmation through an image, and also realizes an ultrasound skin regeneration system using a multi-focus concept.
항 노화를 위한 피부 진단 및 치료 기술에 있어서, 일반적으로, 표층근건막계에 적절한 자극이 가해지는 경우 피부 재생을 활성화시키게 되어 항 노화가 가능하다. In the skin diagnosis and treatment technology for antiaging, generally, when appropriate stimulation is applied to the surface layer-based system, skin regeneration is activated and antiaging is possible.
주름 발생의 근본적인 원인이 되는 피부층은 섬유근막층의 표층근건막계(SMAS: Superficial Muscular Aponeurotic System) 이며, 피부의 가장 외부 근육 조직이다. 피부 조직은 표피층, 진피층, 피하지방, SMAS 근육층의 순으로 나눠지는데 표층 근건막계는 SMAS 근육층을 뜻한다. 따라서, 표층근건막계에 적절한 자극이 가해지게 되면, 피부 재생을 활성화되게 되고, 이를 통해 항 노화가 가능하다. The skin layer, which is the root cause of wrinkles, is the superficial Muscular Aponeurotic System (SMAS) of the fibrous fascia layer and is the outermost muscle tissue of the skin. Skin tissue is divided into the epidermal layer, dermal layer, subcutaneous fat, and SMAS muscle layer, and the surface layer is the SMAS muscle layer. Therefore, when proper stimulation is applied to the surface layer-based system, skin regeneration is activated, and anti-aging is possible.
초음파는 암치료 (HIFU: High Intensity Focused Ultrasound), 피부 약물 전달, 유전자 치료 등에 이용되고 있는 치료 기법으로, 비침습적 치료가 가능하며 적용 부위에 따라 적절한 초음파 변환기의 중심 주파수 및 소자 크기, 초점 깊이, 초점 크기 등을 조절하여 원하는 치료 부위(초점 크기 3mm3 이하 가능)를 선택적으로 적용할 수 있다.Ultrasound is a treatment technique used in HIFU (High Intensity Focused Ultrasound), skin drug delivery, gene therapy, etc. Non-invasive treatment is possible, and the center frequency, device size, the treatment desired by adjusting the size and focus area (spot size of 3mm 3 or less available) can be selectively applied.
OCT(Optical Coherence Tomography) 기술은 생물 의료 영상, 안구 측정 영상, 불투명 조직 영상 등에 활용되고 있는 광 간섭 단층영상 기술로, 5μm 수준의 피부단층에 대한 가장 세밀한 해상도를 얻을 수 있는 기술이다. 이러한 광 간섭 단층 영상 기법인 OCT는 각종 피부 질환의 연구에 적용될 수 있다.OCT (Optical Coherence Tomography) technology is optical interferential tomography technology used for biomedical imaging, ocular measurement, and opaque tissue imaging. It is the technology that obtains the finest resolution for 5μm skin layer. OCT, an optical coherent tomographic imaging technique, can be applied to the study of various skin diseases.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 항 노화를 위해, 비 침습적으로 표피를 통한 자극을 통해 피부 재생에 효과를 가져오는, 비 침습적 초음파 피부 재생 시스템과, 서로 음파에 의한 간섭이 없는 상태에서 피부단층에 대한 고 해상도를 갖는 영상기법인 OCT 영상이 결합 되어, OCT 영상을 통해 진단 및 실시간 치료 효과 확인이 가능하며, 또한 다중 초점 개념을 적용한 초음파 피부 재생 시스템을 구현하게 되는, 피부 진단 및 치료 시스템을 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a noninvasive ultrasonic skin regeneration system for non-invasively skin regeneration through non-invasive skin stimulation for anti-aging, and a non-invasive ultrasonic skin regeneration system, And the OCT image, which is a high-resolution imaging technique, can be used to diagnose and diagnose the OCT image and to realize a real-time therapeutic effect. In addition, a skin diagnosis and treatment system, which implements an ultrasound skin regeneration system using a multi- .
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 3mm 깊이 영상을 위한 풀 레인지(full range) 기법 이용한 OCT 모듈과 신속한 치료를 위한 섹터 보텍스(sector vortex, 부체꼴 소용돌이) 기법이 적용된 초음파 모듈을 구비하여 치료(therapy)와 진단(diagnosis)이 동시에 가능한 써라그노스틱(Theragnostic) 시스템을 구현하는, 피부 진단 및 치료 시스템을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide an OCT module using a full range technique for a 3 mm depth image and an ultrasonic module using a sector vortex technique for rapid treatment, Therapeutic system and diagnosis system that implements a therapeutic system and a diagnostic system simultaneously.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 피부 재생을 위한 치료 시술 중에도 안전성을 보장할 영상기법이 더해지며, 비침습적이며 부작용이 없는 피부 재생 시스템을 구현하는, 피부 진단 및 치료 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a skin diagnosis and treatment system that implements a skin regeneration system that is non-invasive and has no side effects, which is added with an image technique to ensure safety even during therapeutic treatment for skin regeneration.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 초음파 피부 재생 시스템이 배열형 소자들의 소자간 위상차를 전자적으로 조절함으로써 다중 초점을 구현할 수 있게 되어 짧은 시간 내에 넓은 영역의 피부를 동시에 자극할 수 있게 해주며, 또한 피부의 상태를 고 해상도로 확인할 수 있는 OCT 기술을 결합함으로써 치료 전 진단 및 치료와 동시에 상태 변화를 실시간으로 확인할 수 있어 보다 안전하고 정확하게 진단 및 치료를 할 수 있게 하는, 피부 진단 및 치료 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an ultrasound skin regeneration system capable of realizing multi-focus by electronically controlling the phase difference between elements of the array type elements, thereby enabling simultaneous stimulation of a large area skin within a short time, In addition, by combining OCT technology that can confirm skin condition with high resolution, it is possible to check the status change in real time simultaneously with diagnosis and treatment before treatment, thereby enabling diagnosis and treatment of skin more safely and accurately. .
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 초음파 변환소자들을 구비하여 초음파를 발생하여 피부를 치료하게 하는 초음파 제어 장치와, 갈바노 미러를 구비하여 갈바노 미러의 회전에 따라 광원에서 발생한 광을 순차적으로 피부에 출사하고 피부로부터 반사된 광을 순차적으로 광 검출기로 검출하여 피부단층에 대한 영상을 검출하는 OCT(Optical Coherence Tomography) 장치를 구비하는 피부 진단 및 치료 장치에 있어서, 초음파 변환기는, 제1초음파 변환소자; 제1 초음파 변환소자와 이격되어 있으며, 대칭을 이루도록 배치된 제2 초음파 변환소자;제1 초음파 변환소자와 제2 초음파 변환소자의 중앙에 위치되는 갈바노 미러;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an ultrasound system including: an ultrasound controller for generating ultrasound waves by using ultrasound transducing elements to treat skin; and a galvanometer mirror, And an OCT (Optical Coherence Tomography) apparatus for detecting an image of a skin defect layer by sequentially detecting light reflected from the skin by a photodetector, the ultrasonic transducer comprising: Ultrasonic transducer; A second ultrasonic transducer spaced apart from the first ultrasonic transducer and disposed symmetrically to the first ultrasonic transducer, and a galvanometer mirror positioned at the center of the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer.
상기 피부 진단 및 치료 장치는 갈바노 미러의 위에, 2개의 볼록렌즈로 이루어진 제2 빔조향부를 더 구비하되, 상기 2개의 볼록렌즈의 볼록한 부분이 서로 마주보도록 배치된다.The apparatus for diagnosing and treating the skin further includes a second beam steering unit composed of two convex lenses on the galvano mirror, and the convex portions of the two convex lenses are arranged to face each other.
상기 OCT 장치는, 광원으로부터의 광으로부터 베셀 빔을 발생하는 엑시콘(Axicon); 2개의 볼록렌즈를 구비하되, 상기 2개의 볼록렌즈의 볼록한 부분이 서로 마주보도록 배치되어, 엑시콘에서 출사한 광의 진행방향을 조정하여 상기 베셀빔을 갈바노 미러로 전달하는 제1 빔조향부; 갈바노 미러의 회전에 따라 베셀 빔은 제2 빔조향부(460)을 통해 피부에 출사하고, 피부로부터 반사된 베셀 빔은 제2 빔조향부, 갈바노 미러, 제1 빔조향부를 통해 거울로 전달되고, 거울에서 반사된 광을 검출하는 광 검출기;를 포함하여 이루어진다.The OCT apparatus includes an Axicon generating a Bezel beam from light from a light source; A first beam steering unit having two convex lenses arranged so that the convex portions of the two convex lenses are opposed to each other to adjust the traveling direction of the light emitted from the axicon to transmit the vessel beam to the galvanometer mirror; As the galvanometer mirror rotates, the vessel beam exits to the skin through the second
상기 피부 진단 및 치료 장치는 엑시콘(Axicon)과 제1 빔조향부의 사이에 구면렌즈가 더 구비되며, 구면렌즈는 엑시콘의 원추형인 면에서 이격되어 있다.The skin diagnosis and treatment apparatus further includes a spherical lens between the axicon and the first beam steering unit, and the spherical lens is spaced apart from the conical surface of the axicon.
거울은 구면렌즈와 제1 빔조향부의 사이에 구비된다.The mirror is provided between the spherical lens and the first beam steering portion.
또한, 본 발명은, 초음파 변환소자들을 구비하여 초음파를 발생하여 피부를 치료하게 하는 초음파 제어 장치와, 회전형 반사거울을 구비하여 회전형 반사거울의 회전에 따라 광원에서 발생한 광을 순차적으로 피부에 출사하고 피부로부터 반사된 광을 순차적으로 광 검출기로 검출하여 피부단층에 대한 영상을 검출하는 OCT(Optical Coherence Tomography) 장치를 구비하는 피부 진단 및 치료 장치에 있어서, 제1초음파 변환소자; 제1 초음파 변환소자와 이격되어 있으며, 대칭을 이루도록 배치된 제2 초음파 변환소자; 제1 초음파 변환소자와 제2 초음파 변환소자의 중앙에 위치되는 회전형 반사경;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic diagnostic apparatus comprising: an ultrasonic wave control device for generating ultrasound waves by using ultrasonic transducer elements to cause skin to be treated; and a rotatable reflective mirror, And an optical coherence tomography (OCT) apparatus for detecting light reflected from the skin and successively detecting an image of a skin defect layer by a photo detector, the apparatus comprising: a first ultrasound transducer; A second ultrasonic transducer spaced apart from the first ultrasonic transducer and arranged to be symmetrical; And a rotating type reflector positioned at the center of the first and second ultrasonic transducer elements.
상기 피부 진단 및 치료 장치는, 회전형 반사거울의 위에, 2개의 볼록렌즈로 이루어진 조향 렌즈부를 더 구비하되, 상기 2개의 볼록렌즈의 볼록한 부분이 서로 마주보도록 배치되며, 상기 조향 렌즈부 위에, 일측은 구면을 이루고 다른 일측은 평탄한 면을 이루는 반구형 렌즈를 더 구비하되, 반구형 렌즈의 구면이 조향 렌즈부 측을 향하도록 배치된다.The skin diagnosis and treatment apparatus further comprises a steering lens section composed of two convex lenses on the rotating type reflection mirror, wherein the convex sections of the two convex lenses are disposed so as to face each other, Shaped lens having a spherical surface and a flat surface on the other side, the spherical surface of the hemispherical lens being disposed to face the steering lens portion side.
상기 OCT 장치는, 광원으로부터 나온 광은 빔분배기에서 2개의 빔으로 나눠지게 되며, 빔분배기에서 2개의 빔으로 나누어진 빔 중 하나의 빔은, 기준 거울로 전달되고, 기준 거울에서 반사된 광은 다시 빔분배기로 전달되며, 빔분배기에서 두개의 빔으로 나누어진 빔 중 다른 하나의 빔은, 포커싱 렌즈(focusing unit)를 거쳐 회전형 반사경으로 전달되고, 회전형 반사경의 회전에 따라 회전형 반사경에서 반사된 광은 조향 렌즈부와 반구형 렌즈를 통해 피부로 전달되며, 피부에서 반사된 광은 반구형 렌즈, 조향 렌즈부를 통해 회전형 반사경으로 전달되어, 회전형 반사경의 회전에 따라 포커싱 렌즈를 거쳐 빔분배기로 전달된다.In the OCT apparatus, light emitted from a light source is divided into two beams in a beam splitter. In the beam splitter, one of the beams divided into two beams is transmitted to a reference mirror, and the light reflected from the reference mirror And the other beam of the beam divided by the two beams in the beam splitter is transmitted to the rotating type reflecting mirror through a focusing unit, and is transmitted to the rotating type reflecting mirror in accordance with the rotation of the rotating type reflecting mirror. The reflected light is transmitted to the skin through the steering lens unit and the hemispherical lens. The light reflected from the skin is transmitted to the rotating type reflector through the hemispherical lens and the steering lens unit, Lt; / RTI >
상기 빔분배기에서, 기준 거울에서 반사된 광과, 회전형 반사경의 회전에 따라 포커싱 렌즈를 거쳐 빔분배기로 전달된 광이 합쳐져, 조준 렌즈를 거쳐 분산격자로 전달되어 분산되고, 분산된 광은 포커싱 렌즈를 통해 광 검출기로 전달되어, 영상을 검출하도록 이루어진다.In the beam splitter, the light reflected from the reference mirror and the light transmitted to the beam splitter through the focusing lens according to the rotation of the rotatable reflector are combined and transmitted to the dispersion grating through the collimating lens to be dispersed, And is transmitted to the photodetector through the lens to detect the image.
반구형 렌즈와 피부 사이에는 침지층이 위치되고, 침지층과 접촉되는 피부 경계면에 홀(hole)을 구비한다.An immersion layer is positioned between the hemispherical lens and the skin, and a hole is provided at the skin interface in contact with the immersion layer.
광원은 백색광원이다.The light source is a white light source.
또한, 본 발명은, 초음파 변환소자들을 구비하여 초음파를 발생하여 피부를 치료하게 하는 초음파 제어 장치; 광원으로부터 입사된 광을 광분배기에서 2개의 빔으로 나누어, 상기 2개의 빔 중 하나의 빔은 기준 거울로 전달되고 상기 기준 거울에서 반사된 광은 다시 빔분배기로 전달되며, 상기 2개의 빔 중 다른 하나의 빔은 볼록렌즈를 통해 피부에 집속되며, 피부에서 반사된 광은 볼록렌즈를 거쳐 빔분배기로 전달되고, 기준 거울에서 반사된 광과, 볼록렌즈를 통해 입사된 피부에서 반사된 광이, 빔분배기에서 합쳐져, 광 검출기를 통해 영상을 검출하는 OCT(Optical Coherence Tomography) 장치;를 구비하는 피부 진단 및 치료 장치에 있어서, 제1초음파 변환소자; 제1 초음파 변환소자와 이격되어 있으며, 대칭을 이루도록 배치된 제2 초음파 변환소자; 제1 초음파 변환소자와 제2 초음파 변환소자의 중앙에 위치되며, 피부에 광을 집속하며 피부에서 반사된 광을 빔분배기로 전달하는 볼록렌즈;를 구비하는 것을 특징으로 한다.The present invention also relates to an ultrasonic wave control device for generating ultrasound waves by using ultrasound transducing elements to treat skin; The beam splitter divides the light incident from the light source into two beams, one of the two beams is transmitted to a reference mirror, and the light reflected from the reference mirror is again transmitted to a beam splitter, One beam is focused on the skin through the convex lens, the light reflected from the skin is transmitted to the beam splitter through the convex lens, the light reflected from the reference mirror, and the light reflected from the skin incident through the convex lens, And an OCT (Optical Coherence Tomography) apparatus for combining images in a beam splitter and detecting an image through a photodetector, the apparatus comprising: a first ultrasonic transducer; A second ultrasonic transducer spaced apart from the first ultrasonic transducer and arranged to be symmetrical; And a convex lens positioned at the center of the first and second ultrasound transducer elements for focusing the light on the skin and transmitting the light reflected from the skin to the beam distributor.
기준 거울은 회전하도록 이루어진다.The reference mirror is made to rotate.
광 검출기에서 검출된 영상은, 빔분배기에서 합쳐진, 기준 거울에서 반사된 광과, 볼록렌즈를 통해 입사된, 피부에서 반사된 광의 광로차에 의해 간섭 무늬가 생기게 되며, 기준 거울의 이동에 따라 간섭 무늬도 이동한다.In the image detected by the photodetector, an interference fringe is generated due to the difference in optical path between the light reflected from the reference mirror and the light reflected from the skin, which is incident through the convex lens, combined by the beam splitter. The pattern also moves.
제1 초음파 변환소자와 제2 초음파 변환소자의 위상차는 0도 또는 180도가 되도록 초음파를 발생시킬 수 있고, 초음파 초점 영역의 수는 각각 1개 또는 2개로 이루어진다.The first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer may generate ultrasonic waves with a phase difference of 0 degrees or 180 degrees, and the number of ultrasonic focus areas is one or two.
광검출기에 검출된 영상은 증폭기를 통해 증폭된 뒤 대역통과 필터를 통과하여 분석부로 전달되며, 분석부는 수신된 영상을 FFT하여 깊이에 따른 강도(스펙트럼)로 나타내며, 상기 깊이에 따른 강도를 푸리에 변환한 데이터에서 위상을 측정하여 피부의 구조적 변화를 관찰한다.The image detected by the photodetector is amplified through an amplifier, passed through a bandpass filter, and then transmitted to an analyzing unit. The analyzing unit FFTs the received image to express the intensity according to the depth (spectrum) Observe the structural changes of the skin by measuring the phase in one piece of data.
본 발명의 피부 진단 및 치료 시스템에 의하면, 항 노화를 위해, 비 침습적으로 표피를 통한 자극을 통해 피부 재생에 효과를 가져오는, 비 침습적 초음파 피부 재생 시스템과, 서로 음파에 의한 간섭이 없는 상태에서 피부단층에 대한 고 해상도를 갖는 영상기법인 OCT 영상이 결합 되어, OCT 영상을 통해 진단 및 실시간 치료 효과 확인이 가능하며, 또한 다중 초점 개념을 적용한 초음파 피부 재생 시스템을 구현한다.According to the skin diagnosis and treatment system of the present invention, it is possible to provide a noninvasive ultrasonic skin regeneration system for effecting skin regeneration through non-invasive skin stimulation for anti-aging, and a non- It combines OCT images, which are high resolution imaging techniques for skin lesions, and enables diagnosis and real-time therapeutic effect confirmation through OCT images, and realizes an ultrasound skin reproduction system using a multi-focus concept.
또한, 본 발명은, 3mm 깊이 영상을 위한 풀 레인지(full range) 기법 이용한 OCT 모듈과 신속한 치료를 위한 섹터 보텍스(sector vortex, 부체꼴 소용돌이) 기법이 적용된 초음파 모듈을 구비하여 치료(therapy)와 진단(diagnosis)이 동시에 가능한 써라그노스틱(Theragnostic) 시스템을 구현한다.The present invention also provides an OCT module using a full range technique for a 3 mm depth image and an ultrasonic module using a sector vortex technique for rapid treatment, (diagnosis) can be performed at the same time to implement the diagnostic system (Theragnostic).
또한, 본 발명은, 피부 재생을 위한 치료 시술 중에도 안전성을 보장할 영상기법이 더해지며, 비침습적이며 부작용이 없는 피부 재생 시스템을 구현한다.In addition, the present invention implements a skin regeneration system that is non-invasive and has no side effects, which is added with an image technique to ensure safety even during therapeutic treatment for skin regeneration.
본 발명의 초음파 피부 재생 시스템은 배열형 소자들의 소자간 위상차를 전자적으로 조절함으로써 다중 초점을 구현할 수 있게 되어 짧은 시간 내에 넓은 영역의 피부를 동시에 자극할 수 있게 해주며, 또한 피부의 상태를 고 해상도로 확인할 수 있는 OCT 기술을 결합함으로써 치료 전 진단 및 치료와 동시에 상태 변화를 실시간으로 확인할 수 있어 보다 안전하고 정확하게 진단 및 치료를 할 수 있게 해준다. The ultrasonic skin regeneration system of the present invention can realize multiple foci by electronically adjusting the phase difference between elements of the array type elements, thereby enabling simultaneous stimulation of a large area skin within a short time, And OCT technology, which can be confirmed by the diagnosis and treatment of pre-treatment simultaneously with the status change can be confirmed in real time, safe and accurate diagnosis and treatment allows.
도 1은 피부를 통한 초음파 자극의 개념을 설명하기 위한 설명도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 두 개의 소자로 구성된 초음파 변환기를 설명하기위한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 초음파 변환기에서 두 개의 초음파 변환 소자의 배치를 3차원으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 초음파 변환기의 각 평면에서의 음장분포를 시뮬레이션을 통해 얻은 값을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 초음파 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 6은 마이켈슨 간섭계를 설명하는 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 피부 진단을 위한 OCT 장치을 설명하는 구성도이다.
도 8은 본 발명의 OCT 장치을 통해 얻어진 영상의 일 예이다.
도 9는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 베셀 빔을 이용한 OCT 장치을 설명하는 구성도이다.
도 10은 일반적인 OCT 장비를 이용해서 얻은 영상과 본 발명의 베셀 빔 OCT 장치을 이용해서 얻은 영상의 비교 영상이다.
도 11은 본 발명에서 Speckle 분석 기법을 이용한 피부 조직 영상 및 피부의 모세혈관의 상태를 보여주는 영상의 일 예이다.
도 12는 OCT 장치과 초음파 제어시스템이 결합된 피부 진단 및 치료 시스템의 구성을 설명하기 위한 설명도이다.
도 13은 본 발명의 다른 일실시예에 의한 피부 진단을 위한 OCT 장치을 설명하는 구성도이다.1 is an explanatory view for explaining the concept of ultrasonic stimulation through the skin.
2 is a schematic view for explaining an ultrasonic transducer constituted by two elements according to an embodiment of the present invention.
3 is a three-dimensional diagram showing the arrangement of two ultrasonic transducers in the ultrasonic transducer of the present invention.
Fig. 4 shows the values obtained by simulating the sound field distribution in each plane of the ultrasonic transducer of Fig.
5 is a block diagram for explaining the configuration of the ultrasonic control apparatus of the present invention.
6 is a configuration diagram illustrating a Michelson interferometer.
FIG. 7 is a block diagram illustrating an OCT apparatus for skin diagnosis according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
8 is an example of an image obtained through the OCT apparatus of the present invention.
9 is a block diagram illustrating an OCT apparatus using a vessel beam according to another embodiment of the present invention.
10 is a comparison image of an image obtained using a conventional OCT apparatus and an image obtained using a vessel-beam OCT apparatus of the present invention.
11 is an example of a skin tissue image and a skin capillary blood vessel image using the Speckle analysis technique in the present invention.
12 is an explanatory view for explaining the configuration of a skin diagnosis and treatment system combined with an OCT apparatus and an ultrasonic wave control system.
13 is a block diagram illustrating an OCT apparatus for skin diagnosis according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 의한 항 노화를 위한 초음파와 OCT를 결합한 피부 진단 및 치료 시스템을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a skin diagnosis and treatment system combining ultrasound and OCT for anti-aging according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 피부를 통한 초음파 자극의 개념을 설명하기 위한 설명도이다.1 is an explanatory view for explaining the concept of ultrasonic stimulation through the skin.
항 노화를 위해 초음파 자극을 이용한 피부치료시, 초음파 자극은 짧은 시간 내에 보다 넓은 피부 영역을 효과적으로 자극할 수 있어야 한다. 이를 위해서는 원하는 영역에 적절한 에너지를 집중할 수 있도록 초점형 초음파 변환기를 활용하여야 하며 또한 대칭적으로 구성된 초음파 변환기가 필요하다.In skin treatment using ultrasound stimulation for antiaging, ultrasound stimulation should be able to effectively stimulate a larger area of skin within a short time. For this purpose, a focusing type ultrasound transducer should be used to concentrate the appropriate energy in a desired region, and a symmetrically configured ultrasound transducer is also required.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 두 개의 소자로 구성된 초음파 변환기를 설명하기위한 모식도이다.2 is a schematic view for explaining an ultrasonic transducer constituted by two elements according to an embodiment of the present invention.
두 개의 초음파 변환 소자, 즉 제1초음파 변환소자(100) 및 제2초음파 변화소자(200)가 일체형을 이루어 하나의 초음파 변환기(50)를 이루며, 이를 위해, 제1초음파 변환소자(100) 및 제2초음파 변화소자(200)는 적절한 위치에 배치하여 동시에 적용할 수 있도록 이루어져야 한다. 즉, 두 개의 초음파 변환 소자(100, 200)를 결합하여, 마치 하나의 초음파 변환 소자로 이루어진 것처럼 보이는 초음파 변환기(50)를 나타낸다. The first
도 2의 (a)는 초음파 변환기(50)의 단면도(A-A' 단면도)이고, 도 2의 (b)는 초음파 변환기(50)의 평면도이다. 2 (a) is a cross-sectional view (A-A 'sectional view) of the
초음파 변환기(50)에서 제1초음파 변환소자(100)와 제2초음파 변화소자(200)는 서로 이격되어 장착되되, 중앙부를 기점으로 좌우 대칭을 이루도록 장착되며, 제1초음파 변환소자(100)와 제2초음파 변화소자(200)는 중앙부에 가까울수록 높이가 낮아지도록 이루어진다.In the
도 3은 본 발명의 초음파 변환기에서 두 개의 초음파 변환 소자의 배치를 3차원으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 초음파 변환기의 각 평면에서의 음장분포를 시뮬레이션을 통해 얻은 값을 나타낸다.FIG. 3 is a diagram showing three-dimensional arrangement of two ultrasonic transducer elements in the ultrasonic transducer of the present invention, and FIG. 4 shows values obtained by simulation of sound field distributions in each plane of the ultrasonic transducer of FIG.
도 3은 제1초음파 변환소자(100)와 제2초음파 변화소자(200)는 서로 이격되어 장착되되, 중앙부를 기점으로 좌우 대칭을 이루도록 장착된다.3, the first
도 4는 두 개의 초음파 변환소자(100, 200)에서 발생된 음향 출력을 초점 영역에서 각 XZ평면, ZY평면, XY평면 음장의 형태를 보여주는 시뮬레이션 결과이다. 즉, 도 4의 (a)는 X축, Z축의 값을 달리하였을 때, 초음파 변환기(50)의 음장 분포를 시뮬레이션을 통해 얻은 값을 나타내며, 도 4의 (b)는 Z축, Y축의 값을 달리하였을 때, 초음파 변환기(50)의 음장 분포를 시뮬레이션을 통해 얻은 값을 나타내며, 도 4의 (c)는 X축, Y축의 값을 달리하였을 때, 초음파 변환기(50)의 음장 분포를 시뮬레이션을 통해 얻은 값을 나타낸다. 여기서, 음장의 강도는 색상으로 나타낸다.4 is a simulation result showing the shapes of the XZ plane, the ZY plane, and the XY plane sound field in the focus area in the acoustic output generated from the two
도 4의 (a)의 XZ평면의 음장 분포에서, X축 값이 달리하더라도 Z축의 중간부분에 음장이 분포되며, 도 4의 (b)의 ZY평면의 음장 분포에서, Z축의 중간부분과 Y축의 중간부분에서 가장높은 강도를 가지는 음장분포를 가지며, 도 4의 (c)의 XY평면의 음장 분포에서, X축 값이 달리하더라도 Y축의 중간부분에 음장이 분포된다. In the sound field distribution in the XZ plane of FIG. 4A, the sound field is distributed in the middle portion of the Z axis even if the X axis values are different. In the sound field distribution in the ZY plane of FIG. 4B, The sound field distribution has the highest intensity in the middle portion of the axis. In the sound field distribution in the XY plane of FIG. 4 (c), the sound field is distributed in the middle portion of the Y axis, even though the X axis values are different.
즉, 2개의 초음파 변환 소자(100, 200)를 포함하는 초음파 변환기(50)를 이용하여 마치 하나의 소자로 구성된 초음파 변환기와 같은 형태의 초점이 형성되는 것을 XZ평면, ZY평면, XY평면을 통해서 알 수 있다.That is, by using the
도 2 및 도 3의 초음파 변환 소자의 모양, 위치 및 각도는 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니며, 본 발명의 초음파 변환기는 각각의 초음파 변환 소자의 모양, 위치 및 각도는 적용 부위에 따라 적절한 값을 적용하여 제작할 수 있음은 물론이다. 즉, 본 발명의 개념 및 기술 범위에 포함되는 모든 다양한 형태의 초음파 변환기를 포함한다.The shape, position and angle of the ultrasonic transducer elements shown in FIGS. 2 and 3 are not intended to limit the present invention. In the ultrasonic transducer of the present invention, the shape, position and angle of each ultrasonic transducer element are appropriately determined It is of course possible to apply the present invention to the manufacturing process. That is, the present invention includes all various types of ultrasonic transducers included in the concept and technical scope of the present invention.
초음파 변환기(50)의 전자적 위상 조절을 통해 초점 영역의 수 및 위치가 조절될 수 있게 하기위한, 초음파 제어 장치가 필요하다. There is a need for an ultrasonic control device for enabling the number and position of the focus area to be adjusted through electronic phase adjustment of the
도 5는 본 발명의 초음파 치료를 위한 초음파 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 블럭도로, 키입력부(25), 연산처리부(30), D/A 변환부(35), 초음파 구동부(40), 초음파 변환기(50), 초음파 출력부(60)를 포함하여 이루어진다.5 is a block diagram for explaining the configuration of an ultrasonic wave controlling apparatus for ultrasonic therapy according to the present invention. The
키입력부(25)는 초음파 변환기간의 위상차를 조정하기 위해, 사용자가 제어 모드를 선택하는 수단으로, 소정모드들 중 선택할 수도 있고, 경우에 따라서는 사용자가 위상차값 등을 직접 입력하는 방식으로도 이루어질 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 키입력부(25)는 생략가능하며, 이 경우에는 초음파 변환기간의 위상차가 공장출하시 정하여져 있을 수 있다.In order to adjust the phase difference in the ultrasonic wave conversion period, the
연산처리부(30)는 초음파 구동부(20)를 제어하면서, 초음파 변환 소자간의 위상차를 변화시키도록 하여, 초음파의 초점 영역의 수를 조정한다. 특히, 연산처리부(30)는 소자간 위상차를 조정하기 위한 선택가능한 제어 모드를 구비할 수 있다. 즉, 연산처리부(30)는 키입력부(25)에서 수신된 제어모드에 따라, 또는 기 정하여져 있는 제어모드에 따라, 초음파 구동부(20)를 제어하면서, 초음파 변환 소자간의 위상차를 변화시키도록 하는, 초음파 구동부 제어신호를 생성하여, 초음파 구동부(20)로 전송한다.The
초음파 구동부(40)는 초음파 변환기(50)를 구동시키는 수단으로, 연산처리부(30)의 초음파 구동부 제어신호에 따라 초음파 변환소자 구동신호를 생성하여 초음파 변환기(50)를 구동시키되, 초음파 변환기(50)의 초음파 변환소자간 위상을 달리하여 구동시킬 수 있다. 즉, 초음파 구동부(40)는 연산처리부(30)의 초음파 구동부 제어신호에 따라 특정 듀티(duty)를 갖는 연속적인 펄스를 갖는 초음파 변환소자 구동신호를 생성하되, 초음파 변환소자에 따라 위상을 달리하는 구동신호를 생성한다. 초음파 구동부(40)는 고속 MOSFET 드라이버(미도시), 양극 전압 MOSFET 증폭기(미도시)를 포함하여 이루어질 수 있다. 고속 MOSFET 드라이버는 연산처리부(30)의 초음파 구동부 제어신호에 따라 고속 MOSFET를 스위칭시켜, 고속 펄스신호를 생성하고, 양극 전압 MOSFET 증폭기는 고속 MOSFET 드라이버에서 출력한 고속 펄스신호를 증폭한다. The ultrasonic
초음파 변환기(50)는 초음파 구동부(40)로 부터 수신된 초음파 변화소자 구동신호(전기 신호)로 초음파 변환소자를 구동하여, 초음파로 변환하는 수단이다. 초음파 변환기(50)는 복수개의 초음파 변환 소자(transducer)로 구성되어 소자간 위상차에 따라 복수의 초점 영역을 갖는 초음파가 발생 될 수 있다. 이때, 복수개의 초음파 변환 소자는 두 개씩 하나의 쌍을 이루면서 대칭으로 구성되어, 최소한 한 쌍을 구비하는 것이 바람직하다.The
만약, 초음파 변환기(50)가 한 쌍의 초음파 변환 소자로 구성된다면, 즉 2개의 대칭적으로 구성된 초음파 변환 소자를 구비한다면, 소자간 위상차는 선택에 따라 0도 또는 180도가 되도록 초음파를 발생시킬 수 있고, 이에 따른 초음파 초점 영역의 수는 각각 1개 또는 2개가 될 수 있다.If the
초음파 변환기(50)를 구성하는 초음파 변환소자의 수는 두 개로 한정하지 않고 복수의 쌍을 사용할 수 있기 때문에, 사용되는 초음파 변환소자의 수에 따라서 위상차의 선택 범위는 증가할 수 있다.The number of the ultrasonic transducer elements constituting the
이 경우, 초음파 변환소자간 위상차는 0도부터 180도까지 일정 간격으로 증가 또는 감소시킬 수 있고, 이에 따라 초점 영역의 수가 달라질 것이다. 이때, 증가 되는 간격은 초음파 변환소자의 쌍(예를 들면 두개의 소자가 하나의 쌍을 이루는)의 수로 180도를 나누어서 생성된 값으로 할 수 있다. 또는 초음파 변환소자의 수로 360도를 나누어서 생성된 값으로도 할 수 있다.In this case, the phase difference between the ultrasonic transducer elements can be increased or decreased from 0 degree to 180 degrees at regular intervals, thereby changing the number of focus areas. At this time, the increasing interval may be a value obtained by dividing 180 degrees by the number of pairs of ultrasonic transducer elements (for example, a pair of two elements form one pair). Or a value obtained by dividing 360 degrees by the number of ultrasonic transducer elements.
한 쌍의 초음파 변환소자를 구비한 경우 1개 또는 2개의 초점 영역을 가질 수 있지만, 두 쌍의 초음파 변환소자를 구비한다면 소자간 위상차를 0도, 90도 또는 180도가 되도록 조정할 수 있고, 이 경우 초점 영역은 각각 1개, 4개 또는 2개가 될 수 있다. When a pair of ultrasonic transducer elements is provided, one or two focus regions can be provided. However, if two pairs of ultrasonic transducer elements are provided, the phase difference between the elements can be adjusted to 0 degree, 90 degrees, or 180 degrees. The focus area may be one, four, or two, respectively.
위상차를 조정하기 위한 선택은 사용자에 의해 선택되도록 사용자 조작부를 포함하도록 구성될 수도 있고, 위상차 자동 변환 방식을 통하여 일정 조건(예를 들면 시간의 변화)에 따라서 자동으로 변환되도록 할 수 있다.The selection for adjusting the phase difference may be configured to include a user manipulation part so as to be selected by the user, or may be automatically converted according to a predetermined condition (for example, a change in time) through the phase difference automatic conversion method.
한편 사용자 조작의 경우 사용자가 위상차를 직접 표기하여 선택하도록 할 수도 있지만, 좀 더 이해하기 용이한 표식을 사용하여 선택하도록 하는 것이 바람직하다. On the other hand, in the case of the user operation, the user may directly select the phase difference by selecting the phase difference. However, it is preferable to select the phase difference using a more easy-to-understand marker.
초음파 출력부(60)는 초음파 변환기(50)에서 발생한 초음파를 피부에 조사하는 수단이다.The ultrasonic
본 발명의 초음파 제어 장치은 초음파 변환기간의 위상차를 조정하기 위한 선택 가능한 제어 모드를 포함하고 있으며 각각의 초음파 변환기간의 위상차는 0°부터 360°까지 일정 간격의 특정 선택 수로 증가 또는 감소시킬 수 있도록 이루어진다. 여기서 일정 간격이란 초음파 변환 소자의 수로 360도를 나누어 생성된 값을 말한다. 이와 같은 위상차 제어를 통해 초점 영역의 수 및 위치 조정이 가능하도록 할 수 있으며 선택 가능한 제어 모드를 제공하여 사용자의 편의를 제공할 수 있다.The ultrasonic control apparatus of the present invention includes a selectable control mode for adjusting the phase difference in the ultrasonic transduction period, and the phase difference in each ultrasonic transducing period can be increased or decreased by a specific number of predetermined intervals from 0 ° to 360 ° . Here, the constant interval refers to a value generated by dividing 360 degrees by the number of ultrasonic wave conversion elements. The number and position of the focus area can be adjusted through the phase difference control as described above, and a user can be provided with convenience by providing a selectable control mode.
특히, 두 개의 초음파 변환소자를 180°위상으로 구동하는 경우 중심축을 중심으로 두 줄의 초음파 군을 형성할 수 있으며, 이는 피부의 넓은 면적을 동시에 치료할 수 있기 때문에 시술 시간을 기계적 스캐닝하는 경우에 비교하여 매우 빠르게 마칠 수 있다. 즉 최초 두 개의 초음파 변환소자를 같은 위상의 구동으로 중심부에 한 줄 형태의 치료부위를 형성하고, 이후 180°위상 구동을 통하여 추가적으로 두 줄 형태의 치료 부위를 형성함으로써 짧은 시간에 세 줄 형태의 초점군은 기계적 스캐닝 없이 구현할 수 있다.In particular, when two ultrasonic transducers are driven in a phase of 180 °, two rows of ultrasonic waves can be formed around the central axis, which can simultaneously treat a large area of the skin. Therefore, when the operation time is mechanically scanned, You can finish it very quickly. That is, the first two ultrasound transducers are driven in the same phase to form a single-line-shaped treatment region, and then the 180-degree phase driving is performed to form an additional double-line treatment region, The group can be implemented without mechanical scanning.
두 개의 초음파 변환소자로 분리하는 경우 또 다른 장점은 두 초음파 변환소자간의 사이에 레이저빔이 투과될 수 있는 공간이 생성됨으로써 치료 대상인 피부의 중심축에 대한 OCT영상을 획득할 수 있다는 점이다.Another advantage of separating into two ultrasonic transducer elements is that a space through which a laser beam can be transmitted between the two ultrasonic transducer elements is generated, so that an OCT image can be obtained with respect to the central axis of the skin to be treated.
본 발명을 통해 특히 다채널 초음파 변환기의 위상을 조절하여 원하는 영역 및 위치에 두 개 이상의 초점(단일 초점 포함)을 형성하거나 넓은 부위에 초음파 에너지를 전달할 수 있게 된다. 즉, 두 개의 초음파 변환 소자를 이용한 피부 재생용 초음파 변환기와 초음파 위상 제어 시스템을 활용하여 비 침습적으로 넓은 부위를 동시에 또는 원하는 부위에 적용할 수 있게 되므로 빠른 시간 내에 치료를 완료할 수 있게 된다. 또한 위상조절을 통한 다양한 형태의 음장 분포 결과를 미리 저장하여 선택 가능한 제어모드를 실행할 수 있도록 하여 사용자에게 편의를 가져다 줄 수 있다.In particular, by adjusting the phase of the multi-channel ultrasonic transducer according to the present invention, it is possible to form two or more foci (including a single focal point) at a desired region and position, or to transmit ultrasonic energy to a wide region. That is, by using the ultrasonic transducer for skin regeneration and the ultrasonic wave phase control system using the two ultrasonic transducers, it is possible to apply the wide area at the same time or at a desired site non-invasively, thus completing the treatment in a short time. In addition, various types of sound field distribution results through phase adjustment can be stored in advance and a control mode that can be selected can be executed, thereby providing convenience to the user.
다음은 본 발명의 OCT(Optical Coherence Tomography) 영상처리 방법에 대해서 설명한다.Next, an optical coherence tomography (OCT) image processing method of the present invention will be described.
OCT는 광학적인 방법을 이용하여 비 침습적으로 생체 조직의 단층 영상 및 횡 단면의 구조적 형태를 측정할 수 있는 기술로, OCT 원리는 매질로 빛을 투과시켜 매질 내에서 반사되는 빛의 시간차이를 이용하여 고 해상도의 영상을 구성한다. 광학 영상인 OCT는 현재 임상 연구에서 주로 투명한 눈의 구조적 특성으로 인해 안구 검사에 주로 활용되고 있으며, 또한 OCT는 광학적 생체 검사 및 세포나 조직의 기능 등의 형태학적 연구에 매우 유용하게 쓰일 수 있다.OCT is a technique that allows non-invasive measurement of tomographic images and cross-sectional structural shapes of an organism using an optical method. The OCT principle is to transmit light through a medium to use the time difference of light reflected in the medium Thereby forming a high resolution image. OCT, which is an optical image, is mainly used in ophthalmologic examination due to the structural characteristics of transparent eye, and OCT is very useful for morphological studies such as optical biopsy and cell or tissue function.
본 발명에서는 하나의 광원(Light Source)로부터 발생된 빛을 빔분배기(Beam splitter)에서 직각 방향의 두 갈래의 빔(광)으로 나누어 지게 되어, 하나의 빔(광)은 기준 거울(Reference morror)에서 반사되어 빔분배기로 다시 오며, 다른 하나의 빔(광)은 샘플(sample)에서 반사되어 빔분배기로 다시 오게 되어, 이렇게 다시 만나게 되어 광 검출기(detector)에서 간섭 무늬의 상을 만드는 마이켈슨 간섭계 (Michelson Interferometer)를 이용하여 시스템을 구성한다. 도 6은 마이켈슨 간섭계를 설명하는 구성도이고, 본 발명은 이와 같은 마이켈슨 간섭계를 이용한 고 해상도 피부 진단 시스템을 구성한다. In the present invention, light generated from a light source is divided into two beams (lights) perpendicular to the beam splitter, and one beam is divided into a reference mirror, And the other beam (light) is reflected from the sample back to the beam splitter so that it can be seen again so that a Michelson interferometer (Michelson Interferometer). FIG. 6 is a block diagram illustrating a Michelson interferometer. The present invention constitutes a high-resolution skin diagnosis system using the Michelson interferometer.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 피부 진단을 위한 OCT 장치(영상검출장치)을 설명하는 구성도이다.FIG. 7 is a block diagram for explaining an OCT apparatus (image detecting apparatus) for skin diagnosis according to an embodiment of the present invention.
광원(310)으로부터 나온 광은 빔분배기(320)에서 2개의 빔으로 나눠지게 된다.Light from the
빔분배기(320)에서 2개의 빔으로 나누어진 빔 중 하나의 빔은, 조준 렌즈(Collimating Lens)(360)로 입사되며, 조준 렌즈(360)에 입사된 광은 평행광으로 변환되어 기준거울(Scanning reference morror)(370)로 전달되고, 기준 거울(370)에서 반사된 광은 다시 조준 렌즈(360)를 거쳐 빔분배기(320)로 전달된다. 여기서 기준 거울(370)은 회전(이동)하도록 이루어질 수 있다. 경우에 따라서 빔분배기(320) 대신에 광 결합기(coupler)를 사용할 수 있다.One of the beams divided into two beams in the
빔분배기(320)에서 두개의 빔으로 나누어진 빔 중 다른 하나의 빔은, 조준 렌즈(Collimating Lens)(330)로 입사되며, 조준 렌즈(330)에 입사된 광은 평행광으로 변환되어 볼록렌즈(convex lens)(340)를 통해 피부(샘플)(350)에 집속되며, 피부(350)에서 반사된 광은 볼록렌즈(340), 조준 렌즈(330)를 거쳐 빔분배기(320)로 전달된다. The other one of the beams divided into two beams in the
이렇게 빔분배기(320)에서 다시 만나게 된 2개의 광(즉, 기준 거울(370)에서 반사된 광이 조준 렌즈(360)를 거쳐 빔분배기(320)로 들어오고, 피부(350)에서 반사된 광이 볼록렌즈(340), 조준 렌즈(330)를 거쳐 빔분배기(320)로 들어옴)이 광 검출기(detector)(400)를 통해 영상을 검출하게 된다. 이때 광 검출기(400)에서 검출된 영상은, 빔분배기(320)에서 다시 만나게 된 2개의 광의 광로차에 의해 간섭 무늬가 생기게 되며, 기준 거울(370)을 이동시키면 이에 따라 그 간섭 무늬도 이동한다.The light reflected from the
광 검출기(400)에서 검출된 영상은 증폭기(410)을 통해 증폭되고, 대역통과 필터(425)에서 잡음을 제거하고, 분석부(430)로 전달되어, 디스플레이하게 된다. 분석부(430)는 컴퓨터로 이루어질 수 있다.The image detected by the
즉, 다시말해, 빔분배기(320)를 이용하여 광원(310)으로부터의 광을 둘로 나눠준 뒤, 각각의 조준 렌즈(330, 360)로 들어가게 되며, 한쪽은 기준이 되는 값을 획득하며, 또 하나의 광원은 피부 내부로부터 반사된 신호를 획득한다. 이렇게 획득된 값은 다시 빔분배기(320)에서 만나 광검출기(400)를 통해 간섭 무늬를 만들게 된다. 측정된 데이터는 증폭기(410)를 통해 증폭된 뒤 대역통과 필터(425)를 통과하여 분석부(430)로 전달되어 영상을 구성하게 된다. That is, in other words, the
분석부(430)에 전달된 영상은 파장에 따른 강도(스펙트럼)로 나타내게 되며, 이를 FFT하게 되면 깊이에 따른 강도(스펙트럼)로 나타내게 되며, 이를 간섭 스펙트럼를 측정할 수 있다. 이 간섭 스펙트럼을 푸리에 변환한 데이터에서 위상을 측정하여 피부의 구조적 변화를 관찰할 수 있다.The image transmitted to the
도 8은 본 발명의 OCT 장치을 통해 얻어진 영상의 일 예이다.8 is an example of an image obtained through the OCT apparatus of the present invention.
도 8은 370,000 lines/s의 레이져 sweep rate로 획득된 3D 랜더링된 사람 손가락 영상의 일예이다.8 is an example of a 3D rendered human finger image obtained at a laser sweep rate of 370,000 lines / s.
OCT를 이용할 경우 5μm×5μm×5μm의 공간 분해능으로 피부 단면으로부터 2~3mm 두께까지 3D 영상을 획득할 수 있게 된다. With OCT, it is possible to acquire 3-D images from skin cross-section to a thickness of 2 to 3 mm with a spatial resolution of 5 μm × 5 μm × 5 μm.
이와 함께 레이저를 이용하여 먼 거리까지 초점을 유지하는 베셀 빔(Bessel Beam) 기술을 접목하여 기존의 OCT 장비에 비해 깊이 방향으로 영상의 대조도를 높이고 또한 스패클(Speckle) 분석을 더하여 기능적 영상으로 활용할 수 있도록 해줄 수 있다. In addition, Bessel Beam technology, which maintains focus to a long distance using a laser, is used to enhance the contrast of images in the depth direction and to add Speckle analysis to conventional OCT equipment. You can make it available.
베셀 빔은 광학 집게(Optical Tweezer)나 광통신 등에 이용되고 있는 광학 기법으로 간섭계 제작, 흡수 매질 내에서 깊이 방향으로 빛이 침투할 수 있는 거리를 약 5배 가량 증가시켜주며, 또한 투과하는 일정 깊이 동안 빛의 세기를 유지시켜 줄 수 있다. The Bessel beam is an optical technique used for optical tweezers and optical communication, which increases the distance of penetration of light in the depth direction in an interferometer manufacturing and absorption medium by about 5 times, It can maintain the intensity of light.
도 9는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 베셀 빔을 이용한 OCT(BLB OCT) 시스템을 설명하는 구성도이다.FIG. 9 is a block diagram illustrating an OCT (BLB OCT) system using a vessel beam according to another embodiment of the present invention.
광원(310)으로부터 출사된 광이 광섬유(315) 통해 전달되며, 광섬유(315)의 출사단에서 출사한 광은, 광섬유(315)의 출사단에 장착된 조준 렌즈(415)에 의해 평행광으로 되어 엑시콘(Axicon)(420)으로 전달된다. The light emitted from the
엑시콘(Axicon)(420)은 베셀 빔을 발생하는 베셀 빔 발생소자로, 한 면이 원추형이고, 다른 한 면이 평면인 특수한 렌즈이다. 이때, 엑시콘(420)의 평면인 면은 광원쪽을 향하게 배치된다.An
베셀 빔은 중앙 링과 같은 파워를 가지는 동중심 링의 비회절 빔으로, 실제적으로 베셀 빔은 무한 에너지가 필요하게 되므로, 기술적으로 생성할 수 없으나, 코리메이트가우시안 빔과 원추 렌즈(엑시콘)를 사용함에 의해서, 베셀 분포에 가까운 빔을 생성하는 것이 가능하다. 이하, 설명의 편의상 베셀 분포에 가까운 빔을 베셀빔이라 한다.The Bessel beam is an undiffracted beam of a concentric ring with the same power as the center ring. In fact, since the Bessel beam requires infinite energy, it can not be technically produced. However, the Coremate Gaussian beam and the conical lens By use, it is possible to generate a beam close to the Bessel distribution. Hereinafter, for convenience of explanation, a beam close to the Bezel distribution is referred to as Bezel beam.
엑시콘(420)의 원추형인 면에서 이격되어 구면렌즈(431)가 위치되어 베셀빔이 생성되며, 이렇게 생성된 베셀 빔은 제1 빔조향부(beam steering)(440)로 전송된다. 제1 빔조향부(440)는 2개의 렌즈(443, 447)로 이루어져 빔의 진행방향을 조정한다. 제1 빔조향부(440)는 2개의 볼록렌즈로 이루어질 수 있으며, 2개의 볼록렌즈의 볼록한 부분이 서로 마주보도록 배치되어, 이 볼록한 부분의 곡률로 조향되게 한다. 여기서 엑시콘(420) 및 구면렌즈(431)는 베셀 빔 발생부라 할 수 있다,A
제1 빔조향부(440)에서 출사한 베셀 빔은 갈바노 미러(GALVO 스캐너)(450)로 전달된다. The vessel beam emitted from the first
갈바노 미러(GALVO 스캐너)(450)는 두 거울이 수직하게 배열되어, 2차원 스캔을 수행하는 수단으로, 엑시콘(420)에서 제1 빔조향부(440)를 통해 입사된 베셀 빔을, 제2 빔조향부(460)을 통해 피부(샘플)(350)에, 회전함에 따라 순차적으로 출사한다. The
제2 빔조향부(460)는 2개의 렌즈(463, 467)로 이루어져, 갈바노 미러(GALVO 스캐너)(450)로부터 입사된 베셀 빔의 진행방향을 조정하여, 피부(샘플)(350)로 출사한다. 피부(샘플)(350)로 출사된 베셀 빔은 베셀 분포를 이루어, 피부(샘플)(350)의 표층 근건막계, 즉 SMAS 근육층의 특정 부위에 집속된다. SMAS 근육층의 특정 부위로부터 반사되는 빔은 제2 빔조향부(460), 갈바노 미러(GALVO 스캐너)(450), 제1 빔조향부(440)를 통해 거울(480)로 전달되며, 거울(480)에서 반사된 광은 조준 렌즈(490)을 통해서 광섬유(410)을 통해 광 검출기(400)으로 전달되어, 광검출기(400)를 통해 간섭 무늬를 만들게 된다. 광검출기(400)의 출력은 증폭기(410)를 통해 증폭된 뒤 대역통과 필터(425)를 통과하여 분석부(430)로 전달되어 영상을 구성하게 된다. The second
베셀 함수 형태의 횡단면 세기를 갖는 결맞음 광은 깊이 방향으로 매질을 진행 시 일정한 거리 동안 빛의 퍼짐 현상이 발생하지 않으며 갈바노 미러(GALVO 스캐너)(450)를 사용함으로써 FOV(Field of View) 스캐너보다 더 넓은 영역을, 갈바노 미러(GALVO 스캐너)(450)의 각을 조절하여 스캔할 수 있다. 이러한 베셀 빔을 만들기 위해 원뿔 모양의 표면(Conical Surface)을 가지고 있는 렌즈인 엑시콘(Axicon)이라는 자유공간 광학 요소를 이용하며 이때 효율적인 출력을 발생 시키기 위해서는 각 요소들의 정렬이 중요하게 작용한다. 이때 발생된 광선(Optical needle)의 길이는 약 1.6mm이다. The coherent light with cross-sectional intensity of the Bessel function type does not spread the light for a certain distance when the medium travels in the depth direction, and the FOV (field of view) scanner is used by using a galvanometer mirror (GALVO scanner) The larger area can be scanned by adjusting the angle of the galvanometer mirror (GALVO scanner) 450. In order to produce such a vessel beam, a free space optical element called Axicon, which is a lens having a conical surface, is used. In order to generate an efficient output, alignment of each element is important. The length of the optical needle generated at this time is about 1.6 mm.
도 10은 일반적인 OCT 장비를 이용해서 얻은 영상과 본 발명의 베셀 빔 OCT 장치을 이용해서 얻은 영상의 비교 영상이다.10 is a comparison image of an image obtained using a conventional OCT apparatus and an image obtained using a vessel-beam OCT apparatus of the present invention.
도 10의 (b)의 BLB OCT를 이용하여 얻은 조직 영상이, 도 10의 (a)의 일반 OCT를 이용해 얻은 영상에 비해, 조직 내부 구조가 보다 선명하며, 노이즈가 현저히 줄어드는 것을 볼 수 있다.10 (b), the internal structure of the tissue is clearer and the noise is remarkably reduced as compared with the image obtained using the normal OCT of FIG. 10 (a).
또한 파장이 800 - 1300 nm인 광원을 이용하여 high speed Fourier domain mode locking (FDML)를 장착된 영상 장비 구축이 가능하다. 조직의 형태와 더불어 구조적 특성 및 피부의 모세혈관의 상태를 함께 보여줄 수 있는 speckle 분석 기법 기술을 도입하여 기능적 정보와 영상을 구현할 수 있다. In addition, it is possible to construct image equipment equipped with high speed Fourier domain mode locking (FDML) using a light source with a wavelength of 800 - 1300 nm. Functional information and images can be implemented by introducing speckle analysis technique that can show structural characteristics and capillary status of skin together with tissue type.
도 11은 본 발명에서 Speckle 분석 기법을 이용한 피부 조직 영상 및 피부의 모세혈관의 상태를 보여주는 영상의 일 예이다.11 is an example of a skin tissue image and a skin capillary blood vessel image using the Speckle analysis technique in the present invention.
도 11의 (a) 및 (b)는 분석부(430)에 전달된 영상을 FFT하게 되면 깊이에 따른 강도(스펙트럼)로 나타낸 것이며, 도 11의 (c)는 분석부(430)에 전달된 영상을 a 스캔으로 나타낸 것이다. 여기서, a 스캔은 시간에 대하여 변화한 초음파의 진폭을 표시한 것을, 즉, X－축에 초음파의 진행시간을, Y－축에 초음파 신호 진폭크기를 나타내도록, 초음파 신호를 표시한 것이다.11 (a) and 11 (b) show the intensity (spectrum) according to depth when an image transmitted to the
다음은 본 발명에서 베셀 빔을 이용한 OCT(BLB OCT) 시스템과 초음파 치료 기의 초음파 제어 장치이 결합된 시스템을 설명한다.Next, a system combining an OCT (BLB OCT) system using a vessel beam and an ultrasound controller of an ultrasound therapy apparatus will be described.
도 12는 OCT 장치과 초음파 제어시스템이 결합된 피부 진단 및 치료 시스템의 구성을 설명하기 위한 설명도이다.12 is an explanatory view for explaining the configuration of a skin diagnosis and treatment system combined with an OCT apparatus and an ultrasonic wave control system.
도 12는 도 2의 두 개의 초음파 변환소자로 구성된 초음파 변환기의 중간부에 갈바노 미러(GALVO 스캐너)(450)에 장착된 것이다.FIG. 12 is a schematic view of a galvanometer mirror (GALVO scanner) 450 mounted at an intermediate portion of an ultrasonic transducer constituted by the two ultrasonic transducers shown in FIG.
도 12의 (a)는 갈바노 미러(GALVO 스캐너)(450)에 장착된 초음파 변환기(50)의 단면도(A-A' 단면도)이고, 도 12의 (b)는 갈바노 미러(GALVO 스캐너)(450)에 장착된 초음파 변환기(50)의 평면도이다. 12A is a sectional view (AA 'sectional view) of the
도 12에서는, 두 개의 초음파 변환소자로 구성된 초음파 변환기의 중간부에, 갈바노 미러(GALVO 스캐너)(450)만 장착하고 있으나, 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니고, 쌍으로 이루어진 초음파 변환소자의 중간부에, 피부 진단을 위한 OCT 장치을 일부 또는 전부를 포함시켜, 피부 진단 및 치료 시스템을 구성한다.In FIG. 12, only the galvanometer mirror (GALVO scanner) 450 is mounted in the middle part of the ultrasonic transducer composed of two ultrasonic transducer elements. However, the present invention is not limited to this, In the middle, a part or all of the OCT apparatus for skin diagnosis is included to constitute a skin diagnosis and treatment system.
경우에 따라서, 두 개의 초음파 변환소자로 구성된 초음파 변환기의 중간부에 갈바노 미러(GALVO 스캐너)(450), 제2 빔조향부(460)를 장착할 수 있다.In some cases, a galvanometer mirror (GALVO scanner) 450 and a second
항 노화를 위한 초음파 제어 장치은 도 12과 같은 형태의 핵심 핸드 유닛을 기반으로 하며, BLB OCT 진단 시스템을 결합하여 영상(진단)과 시술(치료)를 동시에 진행할 수 있도록 하여 다기능 시스템으로 구성될 수 있다.The ultrasound control device for anti-aging is based on a core hand unit as shown in FIG. 12, and can be configured as a multifunctional system by combining the BLB OCT diagnosis system and performing imaging (diagnosis) and treatment (treatment) simultaneously .
도 12의 초음파 변환기(50) 및 초음파 출력부(60)를 통해 발생되는 초음파 빔은 부채꼴 소용돌이 빔으로, 본 발명은 advanced sector vortex 기법을 사용한다. 일반적으로, 파장 자체가 빙글빙글 돌면서 바깥쪽으로 퍼지는 2차원 방식에 더하여 위로 치솟는 입체적 파장을 일으키는 형태를 나타내는 특수한 3차원적 파장을 볼텍스(Vortex, 소용돌이)라 한다.The ultrasonic beam generated through the
도 12는 항 노화를 위한 두 개의 초음파 변환 소자가 결합된 초음파 변환기와 고 해상도 광 간섭 단층 영상 기법인 BLB OCT가 결합된 형태의 초음파 프루브의 일 예이다. 초음파 자극과 동시에 진단 및 치료 여부에 대한 고 해상도 영상을 획득할 수 있도록 BLB OCT 장치을 초음파 변환 소자 사이 가운데에 배치한 예를 나타낸다. 배치된 BLB OCT는 내부적으로 각 조절을 통해 넓은 부위를 스캔할 수 있도록 한다. FIG. 12 shows an example of an ultrasonic probe in which an ultrasonic transducer combined with two ultrasonic transducers for anti-aging and a high-resolution optical coherence tomography (BLB) OCT are combined. An example of arranging the BLB OCT device in the center between ultrasonic transducers is shown in order to acquire a high-resolution image for diagnosis and treatment at the same time with ultrasonic stimulation. The placed BLB OCT internally scans wide areas through each adjustment.
본 발명은, BLB OCT GALVO 스캐너의 위치는 한정된 것이 아니며, 초음파 변환기의 모양, 형태에 따라 적절한 형태로 적용하여 제작할 수 있는 개념 및 기술 범위에 포함되는 모든 다양한 형태의 초음파 변환기와 BLB OCT 진단 시스템을 포함하는 것은 물론이다.The present invention is not limited in the location of the BLB OCT GALVO scanner, but it can be applied to various forms of ultrasonic transducer and BLB OCT diagnostic system, Of course.
본 발명의 초음파 변환기는 넓은 부위를 동시에 치료할 수 있으며 위상 조절을 통해 원하는 위치에만 에너지를 전달할 수 있고 또한 치료와 동시에 BLB OCT 영상을 활용하여 초음파 에너지에 의한 피부 조직의 구조적, 형태학적 변화를 높은 해상도의 영상으로 확인할 수 있어 진단/치료가 동시에 가능한 최초의 피부진단/치료 시스템 (Skin Theragnostic System)이 될 수 있다.The ultrasonic transducer of the present invention can treat a wide area at the same time and can transmit energy only at a desired position through phase control. In addition, by using BLB OCT image, the structural and morphological changes of skin tissue due to ultrasound energy And it can be the first skin diagnosis system that can diagnose / treat at the same time.
도 13은 본 발명의 다른 일실시예에 의한 피부 진단을 위한 OCT 장치을 설명하는 구성도이다.13 is a block diagram illustrating an OCT apparatus for skin diagnosis according to another embodiment of the present invention.
광원(310)으로부터 나온 광은 빔분배기(320)에서 2개의 빔으로 나눠지게 된다. 여기서 광원(310)은 백색광원일 수 있다.Light from the
빔분배기(320)에서 2개의 빔으로 나누어진 빔 중 하나의 빔은, 기준 거울(370)로 전달되고, 기준 거울(370)에서 반사된 광은 다시 빔분배기(320)로 전달된다.One of the beams divided by the two beams in the
빔분배기(320)에서 두개의 빔으로 나누어진 빔 중 다른 하나의 빔은, 포커싱 렌즈(focusing unit)(510)를 거쳐 회전형 반사경(520)으로 전달되고, 회전형 반사경(520)에서 반사된 빔은 2개의 렌즈(533, 537)로 이루어진 렌즈부(530)을 거쳐, 반구형 렌즈(540)로 전달한다. 반구형 렌즈(540)에 전달된 광은, 반구형 렌즈(540)에 의해 집속되어 피부(350)로 전달되게 된다. The other beam of the beam divided by the two beams in the
회전형 반사경(520)에서 반사된 광은 렌즈부(530)와 반구형 렌즈(540)를 통해 피부(350)로 전달되되, 회전형 반사경(520)의 회전에 따라 순차적으로 전달된다. 회전형 반사경(520)에서 반사된 광은 피부(샘플)에 조사하는 광으로 샘플 빔(600)이라 할 수 있다.The light reflected from the
조향 렌즈부(530)는 2개의 렌즈(533, 537)로 이루어져 빔의 진행방향을 조정한다. 2개의 렌즈(533, 537)는 볼록렌즈로, 2개의 볼록렌즈의 볼록한 부분이 서로 마주보도록 배치되어, 이 볼록한 부분의 곡률로 조향되게 한다.The
반구형 렌즈(540)는 일측은 평탄한 면이고 다른 일측은 구면을 이루는 렌즈로, 반구형 렌즈(540)는 피부와 접속하는 측에 평탄한 면이 위치되고 조향 렌즈부(530) 측으로 구면이 위치되게 설치된다. 반구형 렌즈(540)의 구면 표면은 구면수차제거 표면이다. 여기서, 구면수차제거 표면에 대해서는 H. Haferkorn의 Optik 3판 p. 318에 공지되어 있다.The
반구형 렌즈(540)의 밑에는 침지층(immersion layer)(560)이 위치되고, 침지층(immersion layer)(560)의 밑에는 피부(350)가 위치되되, 침지층(560)과 접촉되는 부분인 피부 경계면(570)에 홀(hole)(550)이 위치된다. 이때, 반구형 렌즈(540)의 평탄한 면의 중앙에 홀(550)이 위치되게 한다.An
침지층(560)은 상이한 굴절률이 있는 침액(浸液)을 채운 층으로, 침액으로 함침 유(immersion oil) 등을 이용할 수 있다.The
홀(550)은 광을 주사하기 위한 피부표면 부분에 사전에 뚫어 놓은 통공일 수 있다. The
피부(350)에서 반사된 광은, 침지층(560), 반구형 렌즈(540), 조향 렌즈부(530)를 통해 회전형 반사경(520)으로 전달되되, 회전형 반사경(520)의 회전에 따라 순차적으로 전달되며, 회전형 반사경(520)에서 반사된 광은 포커싱 렌즈(510)를 거쳐 빔분배기(320)로 전달된다.The light reflected by the
빔분배기(320)에서, 기준 거울(370)에서 반사된 광과, 회전형 반사경(520)에서 포커싱 렌즈(510)를 거쳐 입사된 광이 합쳐져, 조준 렌즈(407)를 거쳐 분산격자(403)으로 전달된다. 분산격자(403)로 전달된 광은 분산격자(403)에서 분산되고, 분산된 광은 포커싱 렌즈(405)를 통해 광 검출기(400)으로 전달되어, 영상을 검출하게 된다. The light reflected from the
분산격자(403)는 반사된 빛이 파장별로 나뉘어서 스펙트럼을 얻기 위한 수단으로, 회절격자 등으로 이루어질 수 있다. 광원(310)이 백색광원일 경우, 반구형 렌즈(540)를 통해 피부에 초점을 맺는 광은 파장대별로 피부내 초점위치가 다른데, 피부(350)에서 반사된 광을 분산격자(403)에서 분산하여 광 검출기(400)로 검출함에 의해, 파장대별로 다른 위치에서 광을 검출할 수 있다. 따라서 피부내 깊이에 따른 변화(즉, 안티에이징 치료효과)를 보다 자세히 관찰할 수 있다. 이때, 분산격자(403)의 각도를 조정함에 의해, 분산격자(403)에서 출사되는 파장대별 광의 간격을 조정할 수 있다.The
광 검출기(400)에서 검출된 영상은 분석부(430)로 전달되고, 분석부(430)에서 분석하거나, 디스플레이하게 된다. The image detected by the
분석부(430)에 전달된 영상을 FFT하게 되면 깊이에 따른 강도(스펙트럼)로 나타내게 되며, 이를 간섭 스펙트럼를 측정할 수 있다. 이 간섭 스펙트럼을 푸리에 변환한 데이터에서 위상을 측정하여 피부의 구조적 변화를 관찰할 수 있다.When the image transmitted to the
본 발명은, 도 12에서와 같이, 두 개의 초음파 변환소자로 구성된 초음파 변환기의 중간부에, 피부 진단을 위한 OCT 장치을 일부 또는 전부를 포함시켜, 피부 치료 및 진단을 가능하게 한다. 여기서 사용되는 피부 진단을 위한 OCT 장치은 도 7, 도 9, 도 13을 사용할 수 있다.In the present invention, as shown in FIG. 12, a part or all of an OCT apparatus for diagnosing skin is included in an intermediate part of an ultrasonic transducer constituted by two ultrasonic transducers, thereby enabling skin treatment and diagnosis. 7, 9, and 13 can be used as the OCT apparatus for skin diagnosis used herein.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible. Accordingly, it is intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto, and that all equivalent or equivalent variations thereof fall within the scope of the present invention.
25:키입력부 30:연산처리부
35:D/A 변환부 40:초음파 구동부
50:초음파 변환기 60:초음파 출력부
100:제1초음파 변환소자 200:제2초음파 변화소자
310:광원 315:광섬유
320:빔분배기 330, 360, 415:조준 렌즈
370:기준거울 340:볼록렌즈
400:광 검출기 410:증폭기
420:엑시콘 425:대역통과 필터
430:분석부 440:제1 빔조향부
443, 447, 463, 467, 533, 537:렌즈
510:포커싱 렌즈 520:회전형 반사경
530:조향 렌즈부 540: 반구형 렌즈
550:홀 560:침지층
570:피부 경계면25: key input unit 30:
35: D / A converter 40: ultrasonic driver
50: ultrasonic transducer 60: ultrasonic wave output unit
100: first ultrasonic transducer 200: second ultrasonic transducer
310: light source 315: optical fiber
320:
370: reference mirror 340: convex lens
400: photodetector 410: amplifier
420: Axicon 425: Bandpass filter
430: Analysis section 440: First beam steering section
443, 447, 463, 467, 533, 537: lens
510: focusing lens 520: rotating type reflector
530: Steering lens unit 540: Hemispherical lens
550: hole 560: immersion layer
570: skin interface
Claims (17)
제1초음파 변환소자;
제1 초음파 변환소자와 이격되어 있으며, 대칭을 이루도록 배치된 제2 초음파 변환소자;
제1 초음파 변환소자와 제2 초음파 변환소자의 중앙에 위치되는 갈바노 미러;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 피부 진단 및 치료 장치.An ultrasound controller for generating ultrasound waves by using ultrasound transducing elements to treat the skin; and a galvanometer mirror for sequentially emitting light generated from the light source according to the rotation of the galvanometer mirror, 1. An apparatus for diagnosing and treating skin comprising an optical coherence tomography (OCT) apparatus for sequentially detecting an image of a skin layer by detecting with a photodetector,
A first ultrasonic transducer;
A second ultrasonic transducer spaced apart from the first ultrasonic transducer and arranged to be symmetrical;
A galvanomirror positioned at the center of the first and second ultrasonic transducer elements;
And a skin diagnosis and treatment apparatus.
갈바노 미러의 위에, 2개의 볼록렌즈로 이루어진 제2 빔조향부를 더 구비하되, 상기 2개의 볼록렌즈의 볼록한 부분이 서로 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 피부 진단 및 치료 장치.The method according to claim 1,
Further comprising a second beam steering part made of two convex lenses on the galvanometer mirror, wherein the convex parts of the two convex lenses are disposed so as to face each other.
광원으로부터의 광으로부터 베셀 빔을 발생하는 엑시콘(Axicon);
2개의 볼록렌즈를 구비하되, 상기 2개의 볼록렌즈의 볼록한 부분이 서로 마주보도록 배치되어, 엑시콘에서 출사한 광의 진행방향을 조정하여 상기 베셀빔을 갈바노 미러로 전달하는 제1 빔조향부;
제1 빔조향부로부터 출사된 베셀빔은, 갈바노 미러의 회전에 따라, 제2 빔조향부를 통해 피부에 출사하고, 피부로부터 반사된 베셀 빔은 제2 빔조향부, 갈바노 미러, 제1 빔조향부를 통해 거울로 전달되고, 거울에서 반사된 광을 검출하는 광 검출기;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 피부 진단 및 치료 장치.The apparatus of claim 2, wherein the OCT device
An Axicon generating a Bezel beam from light from a light source;
A first beam steering unit having two convex lenses arranged so that the convex portions of the two convex lenses are opposed to each other to adjust the traveling direction of the light emitted from the axicon to transmit the vessel beam to the galvanometer mirror;
The Bezel beam emitted from the first beam steering unit exits to the skin through the second beam steering unit in accordance with the rotation of the galvanometer mirror, and the Bezel beam reflected from the skin passes through the second beam steering unit, the galvanometer mirror, A photodetector which is transmitted to the mirror through the beam steering portion and detects light reflected from the mirror;
And a skin diagnosis and treatment apparatus.
엑시콘(Axicon)과 제1 빔조향부의 사이에 구면렌즈가 더 구비되며,
구면렌즈는 엑시콘의 원추형인 면에서 이격되어 있는 것을 특징으로 하는, 피부 진단 및 치료 장치.3. The method of claim 2,
A spherical lens is further provided between the axicon and the first beam steering unit,
Wherein the spherical lens is spaced apart from the conical surface of the axicon.
거울은 구면렌즈와 제1 빔조향부의 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는, 피부 진단 및 치료 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the mirror is provided between the spherical lens and the first beam steering unit.
제1초음파 변환소자;
제1 초음파 변환소자와 이격되어 있으며, 대칭을 이루도록 배치된 제2 초음파 변환소자;
제1 초음파 변환소자와 제2 초음파 변환소자의 중앙에 위치되는 회전형 반사경;
을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 피부 진단 및 치료 장치.An ultrasonic control device for generating ultrasound waves by using ultrasonic transducing elements to treat the skin; and a rotating type reflecting mirror for sequentially emitting light generated from the light source in accordance with the rotation of the rotating type reflecting mirror, 1. An apparatus for diagnosing and treating skin comprising an optical coherence tomography (OCT) apparatus for sequentially detecting light with a photodetector and detecting an image of a skin defect,
A first ultrasonic transducer;
A second ultrasonic transducer spaced apart from the first ultrasonic transducer and arranged to be symmetrical;
A rotating type reflector positioned at the center of the first and second ultrasonic transducer elements;
And the skin diagnosis and treatment apparatus.
회전형 반사거울의 위에, 2개의 볼록렌즈로 이루어진 조향 렌즈부를 더 구비하되, 상기 2개의 볼록렌즈의 볼록한 부분이 서로 마주보도록 배치되며,
상기 조향 렌즈부 위에, 일측은 구면을 이루고 다른 일측은 평탄한 면을 이루는 반구형 렌즈를 더 구비하되, 반구형 렌즈의 구면이 조향 렌즈부 측을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 피부 진단 및 치료 장치.The method according to claim 6,
The steering system according to claim 1, further comprising a steering lens unit including two convex lenses on the rotating type reflecting mirror, wherein the convex portions of the two convex lenses are disposed so as to face each other,
Further comprising a hemispherical lens having a spherical surface on one side and a flat surface on the other side of the steering lens, wherein the spherical surface of the hemispherical lens is disposed to face the steering lens unit side.
광원으로부터 나온 광은 빔분배기에서 2개의 빔으로 나눠지게 되며,
빔분배기에서 2개의 빔으로 나누어진 빔 중 하나의 빔은, 기준 거울로 전달되고, 기준 거울에서 반사된 광은 다시 빔분배기로 전달되며,
빔분배기에서 두개의 빔으로 나누어진 빔 중 다른 하나의 빔은, 포커싱 렌즈(focusing unit)를 거쳐 회전형 반사경으로 전달되고, 회전형 반사경의 회전에 따라 회전형 반사경에서 반사된 광은 조향 렌즈부와 반구형 렌즈를 통해 피부로 전달되며,
피부에서 반사된 광은 반구형 렌즈, 조향 렌즈부를 통해 회전형 반사경으로 전달되어, 회전형 반사경의 회전에 따라 포커싱 렌즈를 거쳐 빔분배기로 전달되는 것을 특징으로 하는, 피부 진단 및 치료 장치.8. The OCT apparatus according to claim 7,
The light from the light source is divided into two beams in the beam splitter,
In the beam splitter, one of the beams divided into two beams is transmitted to the reference mirror, the light reflected from the reference mirror is again transmitted to the beam splitter,
The other beam of the beam divided by the two beams in the beam splitter is transmitted to the rotating type reflector through a focusing unit and the light reflected by the rotating type reflecting mirror in accordance with the rotation of the rotating type reflecting mirror is transmitted to the steering lens unit And the hemispherical lens,
Wherein the light reflected from the skin is transmitted to the rotating type reflector through the hemispherical lens and the steering lens unit and is transmitted to the beam splitter through the focusing lens according to the rotation of the rotating type reflecting mirror.
빔분배기에서, 기준 거울에서 반사된 광과, 회전형 반사경의 회전에 따라 포커싱 렌즈를 거쳐 빔분배기로 전달된 광이 합쳐져, 조준 렌즈를 거쳐 분산격자로 전달되고, 분산격자에서 분산된 광은 포커싱 렌즈를 통해 광 검출기로 전달되어, 영상을 검출하도록 이루어진 것을 특징으로 하는, 피부 진단 및 치료 장치.9. The method of claim 8,
In the beam splitter, the light reflected from the reference mirror and the light transmitted to the beam splitter through the focusing lens in accordance with the rotation of the rotatable reflector are combined and transmitted to the dispersion grating through the collimating lens, Is transmitted to a photodetector through a lens to detect an image.
반구형 렌즈와 피부 사이에는 침지층이 위치되고, 침지층과 접촉되는 피부 경계면에 홀(hole)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 피부 진단 및 치료 장치.10. The method of claim 9,
Characterized in that an immersion layer is located between the hemispherical lens and the skin and a hole is provided at the interface of the skin in contact with the immersion layer.
광원은 백색광원인 것을 특징으로 하는, 피부 진단 및 치료 장치.10. The method of claim 9,
Wherein the light source is a white light source.
제1초음파 변환소자;
제1 초음파 변환소자와 이격되어 있으며, 대칭을 이루도록 배치된 제2 초음파 변환소자;
제1 초음파 변환소자와 제2 초음파 변환소자의 중앙에 위치되며, 피부에 광을 집속하며 피부에서 반사된 광을 빔분배기로 전달하는 볼록렌즈;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 피부 진단 및 치료 장치.An ultrasonic wave control device for generating ultrasound waves by using ultrasonic transducing elements to treat skin; The beam splitter divides the light incident from the light source into two beams, one of the two beams is transmitted to a reference mirror, and the light reflected from the reference mirror is again transmitted to a beam splitter, One beam is focused on the skin through the convex lens, the light reflected from the skin is transmitted to the beam splitter through the convex lens, and the light reflected from the reference mirror and the light reflected from the skin incident through the convex lens And an optical coherence tomography (OCT) apparatus for combining images in a beam splitter and detecting an image through a photodetector, the apparatus comprising:
A first ultrasonic transducer;
A second ultrasonic transducer spaced apart from the first ultrasonic transducer and arranged to be symmetrical;
A convex lens positioned at the center of the first and second ultrasound transducer elements for transmitting light reflected from the skin to a beam splitter,
And a skin diagnosis and treatment apparatus.
기준 거울은 회전하도록 이루어진 것을 특징으로 하는, 피부 진단 및 치료 장치.13. The method of claim 12,
Wherein the reference mirror is adapted to rotate.
광 검출기에서 검출된 영상은,
빔분배기에서 합쳐진, 기준 거울에서 반사된 광과, 볼록렌즈를 통해 입사된, 피부에서 반사된 광의 광로차에 의해 간섭 무늬가 생기게 되며, 기준 거울의 이동에 따라 간섭 무늬도 이동하는 것을 특징으로 하는, 피부 진단 및 치료 장치.14. The method of claim 13,
The image detected by the photodetector,
An interference fringe is generated by a light path difference of the light reflected from the reference mirror and the light reflected by the skin that is incident through the convex lens and combined by the beam splitter, and the interference fringe also moves with the movement of the reference mirror , Skin diagnosis and treatment device.
제1 초음파 변환소자와 제2 초음파 변환소자의 위상차는 0도 또는 180도가 되도록 초음파를 발생시킬 수 있고, 초음파 초점 영역의 수는 각각 1개 또는 2개로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 피부 진단 및 치료 장치.The method according to any one of claims 1, 6, and 12,
Wherein the first ultrasonic conversion element and the second ultrasonic conversion element are capable of generating ultrasonic waves with a phase difference of 0 degree or 180 degrees and the number of ultrasonic focus areas is one or two, .
광검출기에 검출된 영상은 증폭기를 통해 증폭된 뒤 대역통과 필터를 통과하여 분석부로 전달되는 것을 특징으로 하는, 피부 진단 및 치료 장치.The method according to any one of claims 1, 6, and 12,
Wherein the image detected by the photodetector is amplified through an amplifier, passed through a band-pass filter, and transmitted to an analyzer.
분석부는 수신된 영상을 FFT하여 깊이에 따른 강도(스펙트럼)로 나타내며, 상기 깊이에 따른 강도를 푸리에 변환한 데이터에서 위상을 측정하여 피부의 구조적 변화를 관찰하는 것을 특징으로 하는, 피부 진단 및 치료 장치.17. The method of claim 16,
Wherein the analyzing unit FFTs the received image to represent the intensity according to the depth (spectrum), and measures the phase of the intensity of the intensity according to the depth by Fourier transform to observe the structural change of the skin. .
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2015
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