KR20230021865A - 멀티스펙트럼 내시경 및 이를 포함하는 내시경 시스템 - Google Patents

멀티스펙트럼 내시경 및 이를 포함하는 내시경 시스템 Download PDF

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KR20230021865A
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한영근
박홍성
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Abstract

본 발명은 멀티스펙트럼 내시경 및 이를 포함하는 내시경 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 멀티스펙트럼 내시경은, 복수의 파장들을 갖는 적외선을 방출하는 제1 광원, 샘플을 향해 제1 광원으로부터 방출된 적외선을 가이드하는 복수의 멀티모드 광섬유(multimode fiber)들, 가시광선을 방출하는 제2 광원, 샘플을 향해 제2 광원으로부터 방출된 가시광선을 가이드하는 광섬유, 샘플로부터 방출된 형광 신호 및 샘플로부터 반사된 가시광 신호를 수광하는 렌즈부, 및 렌즈부를 통해 수광된 형광 신호 및 가시광 신호 중 적어도 하나를 멀티스펙트럼(multispectrum) 광 검출 장치를 향하여 가이드하는 광섬유 번들(bundle)을 포함하고, 광섬유 번들은 복수의 멀티모드 광섬유들에 의해 둘러싸이도록 배치되고, 가시광선이 방출되는 멀티스펙트럼 내시경의 말단부는 복수의 멀티모드 광섬유들의 적어도 일부를 둘러싼다.

Description

멀티스펙트럼 내시경 및 이를 포함하는 내시경 시스템{MULTISPECTRAL ENDOSCOPE AND ENDOSCOPE SYSTEM INCLUDING THEREOF}
본 발명은 멀티스펙트럼 내시경 및 이를 포함하는 내시경 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 파장으로 조사되는 레이저에 따른 복수의 형광 신호의 측정 및 식별과 노이즈를 저감시킬 수 있는 멀티스펙트럼 내시경 및 이를 포함하는 내시경 시스템에 관한 것이다.
내시경은 유연한 특성으로 인해 인체 안으로 진입한 이후 장기를 따라 인체 내부의 깊숙한 곳까지 삽입되며, 의사는 내시경의 렌즈를 통해 촬영되는 이미지나 영상을 보면서 검진 및 진단을 할 수 있다.
이와 같이, 내시경은 인체의 내부에서 이동하면서 촬영하므로, 사람이 불편함을 거의 느끼지 못하도록 매우 가늘게 구성되는 것이 필요하다. 만약 내시경에서 복수의 광원들을 사용하게 되는 경우, 내시경의 전체 굵기가 증가할 수밖에 없어 사람이 불편함을 느낄 수 있는 문제점이 있고, 이로 인해 복수의 광원들을 사용한 내시경을 개발하는데 기술적 한계가 존재하였다.
또한, 내시경에도 광원과 광원으로부터 세포로 전달된 광 신호가 다시 내시경으로 전달되어 이미지 처리할 수 있는 렌즈가 포함된다. 즉, 내시경에서 광원을 적외선 레이저로 사용하는 경우, 적외선 레이저가 세포로 조사된 이후 방출된 형광 신호를 검출하는 통상적인 형광 이미징 시스템이 적용될 수 있다. 이러한 통상적인 형광 이미징 시스템은 임상시험, 동물실험, 양상 유도 수술 등에서 한 개의 파장을 갖는 여기광(exciting light)을 집광하여 대물렌즈를 통과시키고, 관찰부위인 샘플에 여기광을 조사하여 샘플로부터 반사되거나 방출되는 광 신호에 따른 샘플의 변화 또는 구조를 관찰할 수 있다.
이와 같이 종래의 형광 이미징 시스템은 단일 파장의 여기광을 사용하였으므로, 다양한 파장을 이용하여 발광체를 여기(exciting)시키는 것이 불가능하였다. 또한, 광원에서 여기광의 파장 가변이 불가능하여 멀티스펙트럼(multispectrum)을 갖는 다중 형광 영상을 동시에 관측하는 것이 불가능했다.
또한, 광원으로부터 하나의 파장을 갖는 여기광이 방출되면, 단일 또는 복수의 중첩되는 광원들 사이에서 시야 면적 조절이 불가능하다. 나아가, 레이저 광원을 사용하는 경우, 산란되는 광 사이의 간섭 현상으로 인해 스펙클 노이즈와 다수의 모드들에 의한 멀티모드 노이즈(Multimodal noise)가 발생하여, 획득되는 형광 이미지의 품질이 저하될 수 있다.
여기서, '스펙클 노이즈'(speckle noise)란, 레이저를 광원으로 사용하는 경우, 샘플이나 다이(dye)에 레이저 광원이 조사되면서 그로부터 산란되는 광의 무작위적인 간섭 현상으로 인해 글레어(glare)와 그림자(shadow)가 불규칙적으로 분포되어 얼룩한 낱알 무늬로 나타나는 노이즈를 의미한다. 즉, 스펙클 노이즈는 레이저가 다양한 방향으로 산란되어 발생하는 간섭에 의해 촬영된 영상에서 밝거나 혹은 어두운 점들이 산재되어 나타난다. 또한, 멀티모드 노이즈는 레이저가 멀티모드 광섬유를 통과하면서 형성되는 다수의 모드들에 의해 발생하는 멀티모드 패턴 노이즈로 형광 영상의 질을 저하시킬 수 있다.
이와 같이, 레이저를 광원으로 사용하는 경우, 스펙클 노이즈와 멀티모드 노이즈로 인해 촬영된 형광 이미지의 품질이 저하되고, 이에 따라 영상 판독의 정확도가 떨어져 추가적인 촬영이 필요하는 등 비용 및 시간이 증가하는 문제점이 있었다.
한편, 전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
한국공개특허공보 제 10-2006-0108713호 (2006.10.18.)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 소형의 내시경에서 복수의 파장을 갖는 레이저 광들을 샘플이나 세포에 조사하여 서로 다른 조영제에 의해 서로 다른 파장을 방출하는 다파장 형광 신호들을 식별하고 구분하여 출력할 수 있는, 멀티스펙트럼 내시경 및 이를 포함하는 내시경 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 파장가변광원, 다중파장광원, 또는 다중어레이광원 등을 통해 서로 다른 파장의 형광 신호들을 획득 및 구별할 수 있는, 멀티스펙트럼 내시경 및 이를 포함하는 내시경 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 복수의 파장을 갖는 레이저 광들에 의한 스펙클 노이즈와 멀티모드 노이즈를 저감시킬 수 있는, 멀티스펙트럼 내시경 및 이를 포함하는 내시경 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 광 분리기를 통해 가시광 신호와 서로 다른 파장의 형광 신호를 분리하여 동시에 출력할 수 있는, 멀티스펙트럼 내시경 및 이를 포함하는 내시경 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 특정 세포의 괴사 또는 치료를 위한 특정 파장 범위의 레이저를 방출하여 서로 다른 파장의 형광 신호를 검출하는 동시에 환부에 직접 레이저를 조사하여 치료할 수 있는, 멀티스펙트럼 내시경 및 이를 포함하는 내시경 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스펙트럼 내시경은, 복수의 파장들을 갖는 적외선을 방출하는 제1 광원, 샘플을 향해 제1 광원으로부터 방출된 적외선을 가이드하는 복수의 멀티모드 광섬유(multimode fiber)들, 가시광선을 방출하는 제2 광원, 샘플을 향해 제2 광원으로부터 방출된 가시광선을 가이드하는 광섬유, 샘플로부터 방출된 형광 신호 및 샘플로부터 반사된 가시광 신호를 수광하는 렌즈부, 및 렌즈부를 통해 수광된 형광 신호 및 가시광 신호 중 적어도 하나를 멀티스펙트럼(multispectrum) 광 검출 장치를 향하여 가이드하는 광섬유 번들(bundle)을 포함하고, 광섬유 번들은 복수의 멀티모드 광섬유들에 의해 둘러싸이도록 배치되고, 가시광선이 방출되는 멀티스펙트럼 내시경의 말단부는 복수의 멀티모드 광섬유들의 적어도 일부를 둘러싼다.
본 발명의 다른 특징에 따른 멀티스펙트럼 내시경은, 복수의 파장들을 갖는 적외선을, 서로 다른 파장을 갖거나 미리 결정된 서로 다른 파워(power)를 갖는 개별 적외선으로 분리하는 커플러(coupler)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 커플러는, 형광 신호 및 가시광 신호 중 적어도 하나를 광 검출 장치를 향하도록 통과시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 멀티모드 광섬유들 각각은, 커플러에 의해 분리된 개별 적외선을 샘플로 가이드하여 출력할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 광원은, 파장가변광원, 다중파장광원, 또는 다중어레이광원이고, 시간에 따라 서로 다른 파장의 광을 방출할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 멀티모드 광섬유들 중 적어도 하나는, 200nm 내지 450nm 사이의 광선, 510nm 내지 550nm 사이의 광선, 790nm 내지 980nm 사이의 근적외선, 또는 1044nm 내지 1084nm 사이의 근적외선을 출력할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 광원이 방출되는 복수의 멀티모드 광섬유들 각각의 말단부는 균질화기(homogenizer) 또는 확산기(diffuser)를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스펙트럼 내시경 시스템은, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스펙트럼 내시경, 멀티스펙트럼 내시경으로부터 샘플에 조사되어 샘플로부터 방출된 형광 신호 및 샘플로부터 반사된 가시광 신호 중 적어도 하나를 검출하는 멀티스펙트럼 광 검출 장치, 및 멀티스펙트럼 내시경과 멀티스펙트럼 광 검출 장치 사이를 동기화하는 제어 장치를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 멀티스펙트럼 광 검출 장치는, 형광 신호와 가시광 신호를 분리하는 파장분리기, 샘플과 파장분리기 사이에 배치된 밴드 리젝션 필터(band rejection filter), 형광 신호를 검출하는 적외선 이미지 검출부, 및 가시광 신호를 검출하는 가시광선 이미지 검출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 적외선 이미지 검출부는, 적외선 이미지 센서, 적외선 대물렌즈, 및 휠 필터(wheel filter)를 포함하고, 가시광선 이미지 검출부는, 가시광선 이미지 센서 및 가시광선 대물렌즈를 포함하며, 휠 필터는, 파장분리기와 적외선 이미지 센서 사이 또는 파장분리기와 밴드 리젝션 필터 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제어 장치는, 제1 광원과 적외선 이미지 센서 사이의 시간 및 시간에 대응하는 광의 파장을 동기화하고, 제1 광원과 휠 필터 사이의 시간 및 시간에 대응하는 광의 파장을 동기화하고, 휠 필터와 적외선 이미지 센서 사이의 시간 및 시간에 대응하는 광의 파장을 동기화할 수 있다.
본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명의 일 실시예는 서로 다른 파장의 형광 이미지를 획득 및 식별할 수 있다.
또한, 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명의 다른 실시예는 레이저에 의한 스펙클 노이즈와 멀티모드 노이즈를 저감시킬 수 있다.
나아가, 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명의 또 다른 실시예는 가시광 신호와 서로 다른 파장의 형광 신호를 분리하여 동시에 출력할 수 있다.
나아가, 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명의 또 다른 실시예는 서로 다른 파장의 형광 신호를 검출하는 동시에 환부에 직접 레이저를 조사하여 치료할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스펙트럼 내시경을 포함하는 내시경 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스펙트럼 내시경에서 샘플을 향한 말단부의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스펙트럼 내시경을 도 1의 III-III' 방향으로 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스펙트럼 내시경과 연결된 멀티스펙트럼 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경 시스템에서 멀티스펙트럼 내시경과 멀티스펙트럼 광 검출 장치 사이를 동기화하여 다파장 형광 신호의 식별 및 측정하는 방법을 설명하기 위한 블록 다이어그램이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
별도로 명시하지 않는 한 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
한편, 본 발명의 명세서에서 구체적으로 언급되지 않은 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대될 수 있는 잠정적인 효과는 본 명세서에 기재된 것과 같이 취급되며, 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공된 것인 바, 도면에 도시된 내용은 실제 발명의 구현모습에 비해 과장되어 표현될 수 있으며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성의 상세한 설명은 생략하거나 간략하게 기재한다.
본 명세서에서 복수의 파장들을 갖는 광이란, 동시에 서로 다른 복수의 파장들을 갖는 하나의 빔으로 구성된 광일 수 있고, 파장마다 별개의 빔으로 이루어지고 서로 다른 복수의 파장별 빔들로 이루어진 광일 수도 있으며, 하나의 빔에서 시간에 따라 파장이 변하는(파장가변) 광을 의미할 수 있다. 이에, 복수의 파장들을 갖는 광을 방출하는 광원은 다중파장광원, 다중어레이광원, 또는 파장가변광원 등일 수 있으며, 이러한 각각의 광원들은 서로 다른 파장의 광을 동시에 방출할 수도 있고 서로 다른 시간에 방출할 수도 있다.
본 명세서에서 제어 장치란, 본 발명의 멀티스펙트럼 내시경 시스템의 구성요소들을 제어할 수 있는 장치로서, 본 발명의 멀티스펙트럼 내시경 및 광 검출 장치와 전기적으로 통신할 수 있게 유무선상으로 연결되어 있으며 이들 장치를 제어하는 신호를 발생하여 공급할 수 있다. 이러한 제어 장치는 프로세서와 메모리를 포함하며, 예를 들어, 컴퓨터, 모바일 기기, 임베디드 프로그램을 포함하는 다양한 전자 장치 등을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 제어 장치는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 장치를 통해 광 신호를 수신하여 이미지를 처리하고 출력하는 이미지 처리 프로세서를 더 포함할 수도 있다. 나아가, 제어 장치는 이미지 처리 프로세서를 통해 처리된 이미지를 연결된 디스플레이 장치를 통해 출력하게 할 수도 있다. 제어 장치의 다양한 예시는 상술한 바로 제한되지 않으며, 멀티스펙트럼 내시경 시스템을 제어하기 위한 신호를 생성하고 송신하며, 형광 이미지 시스템으로부터 수신한 데이터를 처리할 수 있는 모든 장치를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스펙트럼 내시경을 포함하는 내시경 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스펙트럼 내시경 시스템(1)은 멀티스펙트럼 내시경(10, 이하 '내시경'라 함), 멀티스펙트럼 광 검출 장치(40, 이하 '광 검출 장치'라 함), 및 제어 장치(50)를 포함한다.
구체적으로, 내시경(10)은 광원(100), 삽입부(200), 및 커플러(coupler)(300)를 포함한다. 광원(100)은 제1 광원(110) 및 제2 광원(120)을 포함한다. 삽입부(200)는 복수의 멀티모드 광섬유들(210), 적어도 하나의 광섬유 또는 조명부(220), 렌즈부(230), 및 광섬유 번들(240)을 포함한다.
도 1을 참조하면, 광원(100)으로부터 방출된 복수의 파장들을 갖는 적외선들과 가시광선은, 커플러(300)를 통해, 삽입부(200)로 전달된다. 구체적으로, 광원(100)으로부터 방출된 적외선들과 가시광선은, 커플러(300)에서 각각 서로 다른 파장이나 다른 파워를 갖는 개별 적외선들과 가시광선으로 분리된다. 개별 적외선들은 복수의 멀티모드 광섬유들(210)을 통해 샘플(60)로 전달되고, 가시광선은 적어도 하나의 광섬유 또는 조명부(220)를 통해 샘플(60)로 전달될 수 있다. 즉, 제1 광원(110)으로부터 방출된 적외선과 제2 광원(120)으로부터 방출된 가시광선은 커플러(300)를 통해 삽입부(200)로 전달될 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 개별 적외선들 및 가시광선이 샘플(60)로 조사되어, 샘플(60)로부터 방출된 형광 신호 및 샘플(60)로부터 반사된 가시광 신호는, 렌즈부(230)를 향한다. 즉, 렌즈부(230)는 샘플(60)로부터 방출된 형광 신호 및 샘플(60)로부터 반사된 가시광 신호를 수광한다. 이와 같이 렌즈부(230)를 통해 수광된 형광 신호 및 가시광 신호는 광섬유 번들(240)을 통해 광 검출 장치(40)로 전달된다.
광원(100)은 복수의 파장들을 갖는 광을 방출하는 구성으로, 바람직하게는, 광원(100)은 다양한 종류의 광을 방출할 수 있다.
제1 광원(110)은 복수의 파장들을 갖는 적외선을 방출하는 광원이다. 구체적으로, 제1 광원(110)은 시간에 따라 서로 다른 파장들을 갖는 적외선을 방출하도록 구성될 수 있다. 제1 광원(110)은 파장가변광원, 다중파장광원, 또는 다중어레이광원 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 제1 광원은 시간에 따라 서로 다른 파워(power)들을 갖는 적외선을 방출하도록 구성될 수 있다.
제1 광원(110)은 서로 다른 시간마다 서로 다른 복수의 파장들을 갖는 적외선들을 커플러(300)를 거쳐 서로 다른 멀티모드 광섬유(210)로 각각 방출할 수도 있고(다중파장광원), 커플러(300)를 거쳐 하나의 멀티모드 광섬유(210)로 서로 다른 시간마다 원하는 파장을 갖는 적외선을 방출할 수도 있으며(파장가변광원), 서로 다른 복수의 파장들을 갖는 적외선들 각각을 커플러(300)를 거쳐 서로 다른 멀티모드 광섬유들(210)로 동시에 방출할 수도 있다(다중어레이광원). 예를 들어, 제1 광원(110)이 다중파장광원인 경우, 임의의 시간(t1)에서 특정 파장(λ1)을 갖는 레이저를 하나의 멀티모드 광섬유(210a)를 통해 방출하고, 다른 시간(t2)에서 다른 특정 파장(λ2)를 갖는 레이저를 다른 멀티모드 광섬유(210b)를 통해 방출하며, 또 다른 시간(t3)에서 또 다른 특정 파장(λ3)를 갖는 레이저를 또 다른 멀티모드 광섬유(210c)를 통해 방출할 수 있다. 또한, 광원(110)이 파장가변광원인 경우, 멀티모드 광섬유들(210)을 통해, 임의의 시간(t1)에서 다른 시간(t2) 전까지는 특정 파장(λ1)의 레이저를 방출하고, 다른 시간(t2)에서 또 다른 시간(t3) 전까지는 다른 특정 파장(λ2)의 레이저를 방출하며, 또 다른 시간(t3)에서 또 다른 시간(t4) 전까지는 또 다른 특정 파장(λ3)의 레이저를 방출할 수 있다.
제1 광원(110)에서 방출되는 적외선은 바람직하게는 근적외선일 수 있다. 보다 바람직하게는, 제1 광원(110)에서 방출되는 적외선은 근적외선일 수 있다. 예를 들어, 제1 광원(110)에서 방출되는 근적외선의 파장은 약 200nm 내지 약 3000nm일 수 있다. 제1 광원(110)은 근적외선의 파장 영역과 가까운 광선을 방출할 수도 있다. 예를 들어, 제1 광원(110)은 약 200nm 내지 약 550nm사이의 광선을 방출할 수도 있다. 제1 광원(110)은 시간에 따라 서로 다른 파장의 광을 방출할 수 있다. 이와 같이, 다양한 파장 또는 파워를 갖는 적외선을 방출하는 제1 광원(110)은, 예를 들어, 광원(100)은 LED, LD, 반도체를 이용한 레이저, 광섬유 레이저, 퀀텀 닷(quantum dot) 레이저, 또는 반도체 광학 증폭기 광원일 수 있다. 나아가, 제1 광원(110)은 치료 목적의 레이저를 방출할 수 있으며, 이러한 치료 목적의 레이저는 200nm 내지 450nm 사이의 광선, 510nm 내지 550nm 사이의 광선, 790nm 내지 980nm 사이의 근적외선, 또는 1044nm 내지 1084nm 사이의 근적외선을 방출할 수도 있다. 특히, 제1 광원(110)을 통해 방출되는 레이저 또는 광선 중 808nm의 근적외선은 샘플(60) 상의 암세포를 제거하거나 치료할 수도 있다. 이와 같이, 제1 광원(110)을 통해 방출되는 광들은 다양한 파장을 통해 샘플(60)에 조사되어 형광 신호를 방출하게 하면서 동시에 암세포도 제거하거나 치료할 수 있다.
제2 광원(120)은 샘플(60)을 향하여 조사되는 광원으로, 가시광선을 방출하는 조명광일 수 있다. 여기서, 조명광이란, 샘플을 밝게 비추는 조명의 역할을 하는 광으로서, 가시광선 파장 영역의 밝은 빛으로 구성될 수 있다. 특히, 본 발명의 몇몇 실시예에서 조명광은 백색광일 수 있으며, 바람직하게는 조명광을 방출하는 조명등은 white LED로 구현될 수 있다.
삽입부(200)에서 복수의 멀티모드 광섬유들(210)은 샘플(60)을 향해 제1 광원(110)으로부터 방출된 적외선을 가이드한다. 구체적으로, 복수의 멀티모드 광섬유들(210) 각각은 커플러(300)에 의해 분리된 서로 다른 파장을 갖는 개별 적외선 또는 서로 다른 파워를 갖는 개별 적외선을 샘플(60)을 향해 가이드하고, 샘플(60)을 향해 방출할 수 있다.
삽입부(200)에서 적어도 하나의 광섬유 또는 조명부(220)는 샘플(60)을 향해 제2 광원(120)으로부터 방출된 가시광선을 가이드한다. 광섬유 또는 조명부(220)는 가시광선을 가이드하여 샘플(60)을 향해 가시광선을 출력할 수 있다. 특히, 광섬유 또는 조명부(220)는 내시경(10)의 말단부에 연결되어 가시광선을 출력하며, 광섬유 또는 조명부(220)를 통해 내시경(10)의 말단부에 전달된 가시광선은 복수의 멀티모드 광섬유들(210)을 둘러싸는 내시경(10)의 말단부의 개구부를 통해 방출될 수 있다. 삽입부(200)의 단면에서 관찰할 수 있는 복수의 멀티모드 광섬유들(210)와 광섬유 또는 조명부(220) 및 내시경(100)의 말단부의 개구부의 구체적인 구조는 도 2 및 도 3을 참조하여 후술한다.
삽입부(200)에서 렌즈부(230)는 샘플(60)로부터 방출된 형광 신호 및 샘플(60)로부터 반사된 가시광 신호를 수광한다. 렌즈부(230)는 샘플(60)을 향한 대물렌즈로서, 마이크로 렌즈로 구성될 수 있다. 렌즈부(230)는 광섬유 번들(240)과 연결되며, 렌즈부(230)에서 수광된 광 신호들은 광섬유 번들(240)을 통해 광 검출 장치(40)를 향하여 전달될 수 있다.
삽입부(200)에서 광섬유 번들(240)은 렌즈부(230)를 통해 수광된 형광 신호 및 가시광 신호 중 적어도 하나를 광 검출 장치(40)를 향하여 가이드한다. 이러한 광섬유 번들(240)은 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 멀티모드 광섬유들(210)에 의해 둘러싸이도록 배치된다.
커플러(300)는 복수의 파장들을 갖는 적외선을, 서로 다른 파장을 갖거나 미리 결정된 개별 파워를 갖는 개별 적외선으로 분리한다. 또한, 커플러(300)에 의해 분리된 개별 적외선 각각은 삽입부(200)로 전달된다. 구체적으로, 커플러(300)에 의해 분리된 개별 적외선 각각은 삽입부(200)의 복수의 멀티모드 광섬유들(210)을 통해 샘플(60)로 전달된다.
커플러(300)는 제1 광원(110)에서 방출되는 복수의 파장들을 갖는 적외선을 복수의 파장들 각각에 대응하는 복수의 개별 적외선들로 분리하거나, 미리 결정된 복수의 파워를 기준으로 복수의 파워들 각각에 대응하는 복수의 개별 적외선들로 분리할 수 있다. 예를 들어, 커플러(300)는, 서로 다른 시간마다 서로 다른 복수의 파장들을 갖는 적외선들을 서로 다른 멀티모드 광섬유(210)로 각각 분리하여 방출할 수도 있고(다중파장광원에 연결), 하나의 멀티모드 광섬유(210)로 서로 다른 시간마다 원하는 파장을 갖는 적외선을 방출할 수도 있으며(파장가변광원에 연결), 서로 다른 복수의 파장들을 갖는 적외선들 각각을 서로 다른 멀티모드 광섬유들(210)로 동시에 방출할 수도 있다(다중어레이광원에 연결).
또한, 커플러(30)는 몇몇 다른 실시예들에 따르면, 렌즈부(230)를 통해 수광된 형광 신호들과 가시광 신호 중 적어도 하나를 광 검출 장치(40)를 향하도록 통과시킬 수 있다.
광 검출 장치(40)는 밴드 리젝션 필터(410), 대물렌즈(420), 파장분리기(430), 적외선 이미지 검출부(440), 및 가시광선 이미지 검출부(450)를 포함한다. 광 검출 장치(40)는 내시경(10)으로부터 샘플(60)에 조사된 광들이 샘플(60)로부터 방출되거나 반사되어 광 검출 장치(40)로 전달되는 광 신호들을 식별하고 검출한다. 구체적으로, 광 검출 장치(40)는 내시경(10)으로부터 샘플(60)에 조사되어, 샘플(60)로부터 방출된 형광 신호 및 샘플(60)로부터 반사된 가시광 신호 중 적어도 하나를 검출할 수 있다. 즉, 광 검출 장치(40)는 파장분리기(430)를 통해 형광 신호와 가시광 신호를 각각 분리할 수 있고, 적외선 이미지 검출부(440)를 통해 샘플(60)로부터 방출된 형광 신호를 식별하고 검출할 수 있으며, 가시광선 검출부(450)를 통해 샘플(60)로부터 반사된 가시광 신호를 식별하고 검출할 수 있다. 광 검출 장치(40)의 구체적인 구성에 대해서는 도 4 및 도 5를 참조하여 후술한다.
제어 장치(50)는 내시경(10)과 광 검출 장치(40) 사이를 동기화한다. 제어 장치(50)는 내시경(10)로부터 광이 방출되는 시간과 방출되는 광의 파장에 대한 데이터를 수신할 수 있고, 광 검출 장치(40)로부터 검출된 광이 수신된 시간과 검출된 광의 파장에 대한 데이터를 수신할 수 있다. 즉, 제어 장치(50)는 내시경(10)에서 방출되는 광의 시간 및 파장에 대한 데이터와 광 검출 장치(40)에서 검출된 광의 시간 및 파장에 대한 데이터를 동기화하여 검출된 광에 대한 정보를 보다 정확하게 확보하고 다중 형광 신호를 식별 및 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 멀티스펙트럼 내시경 시스템(1)은 매우 소형화된 내시경(10)을 통해서 서로 다른 파장을 갖는 적외선들과 가시광선을 동시에 샘플(60)에 조사할 수 있다. 이러한 내시경(10)은 파장가변광원, 다중파장광원 또는 다중어레이광원 등을 방출하여, 멀티스펙트럼 내시경 시스템(1)은 서로 다른 파장의 형광 이미지를 획득할 수 있게 된다. 이렇게 샘플(60)에 조사된 복수의 적외선들과 가시광선은 내시경(10)의 렌즈부(230)를 통해서 수광되고, 수광된 복수의 적외선들과 가시광선은 광 검출 장치(40)를 통해 분리되어 식별되고 검출될 수 있다. 이에, 본 발명의 실시예에 따른 멀티스펙트럼 내시경 시스템(1)은 서로 다른 조영제에 의해 표지된 서로 다른 세포들을 식별할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스펙트럼 내시경에서 샘플을 향한 말단부의 단면도이다. 즉, 도 2는 도 1의 II방향에서 바라본 멀티스펙트럼 내시경 말단부의 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스펙트럼 내시경을 도 1의 III-III' 방향으로 자른 단면도이다.
도 2를 참조하면, 내시경(10)의 삽입부(200)의 중심에 렌즈부(230) 및 렌즈부(230)에 연결된 광섬유 번들(240)이 배치되고, 렌즈부(230) 및 광섬유 번들(240)의 주변에 복수의 멀티모드 광섬유들(210)이 배치된다. 복수의 멀티모드 광섬유들(210) 주변에는 가시광선을 가이드하고 방출하는 광섬유 또는 조명부(220)가 배치된다. 도 2에서는 광섬유에 연결된 도넛형태의 조명부(220)가 복수의 멀티모드 광섬유들(210)을 둘러싸고 있는 형태로 도시되었다. 가시광선을 가이드하고 방출하는 광섬유 또는 조명부(220)는 적어도 하나로 구성될 수 있으며, 복수의 멀티모드 광섬유들(210)의 외곽 주변에 다수의 광섬유 또는 조명부(220)들이 배치될 수도 있다. 또는 가시광선이 방출되는 하나의 조명부에 하나 이상의 광섬유가 연결될 수 있으며, 하나 이상의 광섬유로부터 출력되는 가시광선이 조명부의 개구부를 통해 적절히 방출되도록 광 경로를 변경하거나 반사시키는 구조물이나 부품이 추가될 수도 있다. 이에, 하나 이상의 광섬유 또는 조명부(220)를 통해 가시광선이 샘플(60)을 향해 균일하게 조사될 수 있다.
도 2를 참조하면, 복수의 멀티모드 광섬유들(210) 각각은 서로 다른 파장(λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ6)의 적외선을 방출하거나 미리 결정된 서로 다른 파워(P1, P2, P3, P4, P5, P6)를 갖는 적외선을 방출할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 복수의 멀티모드 광섬유들(210) 각각의 적어도 일부는 서로 동일한 파장이나 동일한 파워의 적외선을 출력할 수도 있다. 예를 들어, 사용자의 선택이나 임베디드된 프로그램에 따라, 일부 멀티모드 광섬유들(210a, 210c, 210e)이 동일한 파장이나 동일한 파워의 적외선을 출력하고 나머지 멀티모드 광섬유들(210b, 210d, 210f)은 일부 멀티모드 광섬유들(210a, 210c, 210e)과는 다른 파장이나 다른 파워의 적외선을 출력할 수 있다. 도 2에서는 복수의 멀티모드 광섬유들(210)이 6가닥으로 구성되어 있는 것으로 도시되었으나, 복수의 멀티모드 광섬유들(210)의 가닥 수는 이에 제한되지 않으며 2개 이상의 임의의 개수로 구성될 수 있다.
이와 같이, 복수의 멀티모드 광섬유들(210)을 통해서는 다양한 적외선들이 가이드되고 방출될 수 있는데, 특히 이러한 적외선들은 근적외선이나 근적외선의 파장 영역에 인접한 광선들일 수 있다. 바람직하게는, 복수의 멀티모드 광섬유들(210) 중 적어도 하나는, 200nm 내지 450nm 사이의 광선, 510nm 내지 550nm 사이의 광선, 790nm 내지 980nm 사이의 근적외선, 또는 1044nm 내지 1084nm 사이의 근적외선을 출력할 수 있다. 예를 들어, 일부 멀티모드 광섬유들(210a, 210c, 210e)을 통해서는 790nm 내지 980nm 사이의 근적외선이 방출될 수 있고, 나머지 멀티모드 광섬유들(210b, 210d, 210f)을 통해서는 1044nm 내지 1084nm 사이의 근적외선이 방출되거나 아무런 광이 방출되지 않을 수도 있다.
상술한 실시예를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 멀티스펙트럼 내시경(10)은, 일부 멀티모드 광섬유들(210a, 210c, 210e)을 통해서는 암세포를 직접 파괴할 수 있는 적외선을 방출하면서 동시에 나머지 멀티모드 광섬유들(210b, 210d, 210f)을 통해서는 암세포를 식별할 수 있는 조영제에 대응하는 적외선을 방출할 수 있다. 이에, 멀티스펙트럼 내시경(10)은 복수의 조영제들에 대응하는 서로 다른 파장이나 파워를 갖는 적외선을 방출하여 복수의 암세포들과 다른 조직들을 식별할 수 있게 하고, 동시에 암세포를 직접 처치할 수도 있다.
또한, 광섬유 또는 조명부(220)는 복수의 멀티모드 광섬유들(210)을 둘러싸도록 배치되어, 자외선의 외측에서 가시광선을 가이드하고 출력한다. 광섬유 또는 조명부(220)를 통해 방출되는 광은 백색광일 수 있으며, 이러한 백색광은 white LED로 구현될 수 있다. 광섬유 또는 조명부(220)를 통해 출력되는 가시광선은, 예를 들어, 인체, 동물의 신체, 또는 어두운 구조물 내부로 멀티스펙트럼 내시경(10)이 삽입될 때, 시야를 확보할 수 있도록 조명광으로서 역할을 한다. 이러한 하나의 멀티스펙트럼 내시경(10)을 통해서 복수의 파장을 갖는 적외선들과 가시광선이 동시에 샘플(60)을 향해 방출됨으로써, 광섬유 또는 조명부(220)를 통해 방출되는 가시광선은 조명광의 역할하고 보다 밝고 선명한 이미지를 획득할 수 있게 한다.
도 2를 참조하면, 렌즈부(230)는 멀티스펙트럼 내시경(10)의 삽입부(200)의 중심에 배치될 수 있다. 렌즈부(230)는 복수의 멀티모드 광섬유들(210)에 의해 둘러싸이도록 배치될 수 있다. 렌즈부(230)는 샘플(60)로부터 방출된 형광 신호 및 샘플로부터 반사된 가시광 신호를 수광한다. 렌즈부(230)는 수광된 형광 신호 및 가시광 신호를 광 검출 장치로 전달하기 위한 광섬유 번들에 연결된다. 렌즈부(230)와 광섬유 번들(240)과의 관계는 도 3을 참조하여 후술한다.
도 3을 참조하면, 렌즈부(230)의 후면에는 광섬유 번들(240)이 연결되어, 렌즈부(230)를 통해 수광된 광 신호들이 광섬유 번들(240)을 통해 광 검출 장치로 가이드된다. 광섬유 번들(240)은 복수의 광섬유들이 모여있는 다발이며, 이러한 복수의 광섬유들이 스크류 형태로 서로 꼬여서 뭉쳐질 수 있다. 이러한 광섬유 번들(240)의 외측 주변에서 광섬유 번들(240)을 둘러싸면서 복수의 멀티모드 광섬유들(210)이 배치되고, 복수의 멀티모드 광섬유들(210)을 둘러싸면서 광섬유 또는 조명부(220)가 배치될 수 있다. 도 3에서는 복수의 멀티모드 광섬유들(210)이 직선으로 배치된 것으로 도시되었으나, 다양한 실시예들에 따라 복수의 멀티모드 광섬유들(210)도 광섬유 번들(240)의 외측을 둘러싸면서 스크류 형태로 꼬여서 배치될 수 있다.
또한, 삽입부(200)의 말단부에는 렌즈부(230)와 균질화기(homogenizer) 또는 확산기(diffuser)(215)가 배치될 수 있다. 제1 광원이 방출되는 복수의 멀티모드 광섬유들(210) 각각의 말단부는 균질화기 또는 확산기(215)를 포함한다. 이러한 균질화기 또는 확산기(215)는 복수의 멀티모드 광섬유들(210)로부터 출력되는 적외선들을 균질하게 확산될 수 있도록 한다. 이에, 균질화기 또는 확산기(215)를 통해 방출되는 적외선들이 균질하게 확산됨에 따라, 적외선들 사이의 스펙클 노이즈와 멀티모드 노이즈들을 제거하거나 저감시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스펙트럼 내시경(10)은 복수의 적외선들과 가시광선을 방출하면서도 스펙클 노이즈와 멀티모드 노이즈를 제거하여 보다 선명한 멀티스펙트럼 형광 이미지를 획득할 수 있게 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스펙트럼 내시경과 연결된 멀티스펙트럼 광 검출 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 멀티스펙트럼 내시경(10)로부터 방출된 광은 샘플(60)에 도달하고, 광 검출 장치(40)에 도달하는 광 신호는 샘플(60)로부터 반사된 가시광 신호 및 샘플(60)로부터 방출된 적외선 신호로 분리되어, 광 검출 장치(40)가 가시광 신호와 적외선 신호를 각각 분리하여 식별하고 검출할 수 있다. 여기서, 적외선 신호는 형광 신호다. 광 검출 장치(40)는 밴드 리젝션 필터(Band Rejection Filter; BRF)(410), 대물 렌즈(420), 파장분리기(430), 및 적외선 이미지 검출부(440), 가시광선 이미지 검출부(450)를 포함한다.
도 4를 참조하면, 밴드 리젝션 필터(410)는 샘플(60)과 파장분리기(430) 사이에 배치된다. 또한, 밴드 리젝션 필터(410)는 대물 렌즈(420)보다 샘플(60)에 더 가깝게 배치될 수 있다. 밴드 리젝션 필터(410)는 샘플(60)로부터 반사되거나 방출되는 광 신호에서 여기광(exicting light)의 파장을 제거하여, 광 신호로부터 여기광 성분을 제거할 수 있다. 이에, 광 검출 장치(40)는 광원(110)에서 방출된 특정 파장에 대응하는 광들에 따른 근적외선 신호들과 조명광에 따른 가시광 신호를 여기광에 따른 노이즈 없이 수신할 수 있다. 여기서 근적외선 신호는 결과적으로 형광 신호에 해당하므로, 가시광 신호를 제외한 나머지 근적외선 신호는 형광 신호와 동일한 의미로 사용될 수도 있다.
밴드 리젝션 필터(410)에 의해 여기광 성분이 제거된 광 신호는 밴드 리젝션 필터(410)에 인접한 대물 렌즈(420)를 통과하여 파장분리기(430)에 도달한다. 파장분리기(430)는 원하는 파장을 기준으로 광 신호를 분리하는 구성이며, 예를 들어, 다이크로익 미러(dichroic mirror) 또는 빔 스플리터(beam splitter) 등일 수 있다.
형광 신호는 제1 광원(110)으로부터 방출된 특정 파장에 대응하는 적외선의 성분을 포함하고, 가시광 신호는 제2 광원(120)으로부터 방출된 가시광선인 조명광이 샘플(60)에서 반사된 성분을 포함한다. 이에, 파장분리기(430)는 광 신호를 샘플(60)로부터 반사된 가시광 신호와 샘플(60)로부터 방출된 형광 신호로 분리한다. 파장분리기(430)에 의해 분리된 형광 신호는 적외선 이미지 검출부(440)로 보내지고, 파장분리기(430)에 의해 분리된 가시광 신호는 가시광선 이미지 검출부(450)로 보내진다.
도 4를 참조하면, 적외선 이미지 검출부(440)는 휠 필터(wheel filter)(443 또는 445), 적외선 대물 렌즈(441), 및 적외선 이미지 센서(442)를 더 포함할 수 있다. 이에, 적외선 이미지 검출부(440)는 적외선 이미지 센서(442)를 통해, 파장분리기(430)에 의해 분리된 복수의 파장에 대응하는 형광 신호들을 검출한다.
또한, 가시광선 이미지 검출부(450)는 가시광선 대물렌즈(451) 및 가시광선 이미지 센서(450)를 포함할 수 있다. 이에, 가시광선 이미지 검출부(450)는 가시광선 이미지 센서(450)를 통해, 파장분리기(430)에 의해 분리된 가시광 신호를 검출한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광 검출 장치(40)는 휠 필터(443 또는 445)를 더 포함할 수 있다. 휠 필터(443 또는 445)는 휠 모양의 필터로서, 복수의 밴드 패스 필터들(band pass filter; BPF)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 휠 필터(443 또는 445)는 밴드 패스 필터들이 원주를 따라 일정한 간격으로 배치될 수 있으며, 각각의 밴드 패스 필터는 샘플(60)로부터 방출된 형광 신호에서 특정 파장 성분의 광 신호만을 통과시킬 수 있다.
예를 들어, 휠 필터(443 또는 445)는 n개의 밴드 패스 필터를 포함할 수 있고, 각각의 밴드 패스 필터마다 n개의 서로 다른 특정 파장 범위의 근적외선 광을 통과시킬 수 있다. 이에 따라, 휠 필터(443 또는 445)에 입사되는 광은 n개 또는 그 이상의 파장 종류를 갖더라도 휠 필터(443 또는 445)를 통과한 광 신호는 특정 파장 범위 내의 신호 성분만을 포함할 수 있다.
도 4에서 휠 필터(445)는 파장분리기(430)와 대물 렌즈(420) 사이에 배치된 것으로 도시되었으나 이는 다양한 실시예 중 하나에 따른 예시에 불과하며 파장을 선택적으로 통과시키고자 하는 곳에 배치될 수 있다. 구체적으로, 일 실시예에서는 휠 필터(443)가 파장분리기(430)와 적외선 이미지 센서(442) 사이에 배치될 있고, 다른 실시예에서는 휠 필터(445)가 파장분리기(430)와 밴드 리젝션 필터(410) 사이에 배치될 수 있다. 보다 상세하게, 휠 필터(443)는 도 4에서와 같이 파장분리기(430)와 적외선 이미지 센서(442) 이전에 배치된 적외선 대물 렌즈(441) 사이에 배치될 수도 있고, 휠 필터(445)는 밴드 리젝션 필터(410) 다음에 배치된 대물 렌즈(420)와 파장분리기(430) 사이에 배치될 수도 있다.
파장분리기(430)에 의해 분리된 형광 신호는 적외선 대물 렌즈(441)를 거쳐 적외선 이미지 센서(442)에 도달한다. 적외선 이미지 센서(442)는 복수의 파장들을 갖는 근적외선 신호를 검출할 수 있다. 특히, 적외선 이미지 센서(442)는 복수의 파장들을 갖는 형광 신호들을 각각의 파장별 형광 신호로 분리하여 검출할 수 있다. 이에 따라, 적외선 이미지 센서(442)는 검출된 파장별 형광 신호를 제어 장치(50) 등으로 전송하여 파장별로 구분된 근적외선 형광 이미지를 출력하게 할 수 있다.
구체적으로, 적외선 이미지 센서(442)는 제1 광원(110)에서 방출되는 적외선의 시간 및 파장에 대한 데이터를 수신하여 이에 동기화되어 다파장 형광 신호를 식별 및 검출할 수 있다. 또한, 적외선 이미지 센서(442)는 휠 필터(443 또는 445)와도 동기화될 수 있다. 휠 필터(443 또는 445)도 제1 광원(110)과 동기화되어 다파장 형광 신호를 식별 및 검출할 수 있고, 적외선 이미지 센서(442)가 제1 광원(110) 및 휠 필터(443 또는 445)와 동기화되는 구체적인 방식에 대해서는 도 5을 참조하여 후술한다.
파장분리기(430)에 의해 분리된 가시광 신호는 가시광선 대물 렌즈(451)를 거쳐 가시광선 이미지 센서(452)에 도달한다. 가시광선 이미지 센서(452)는 이러한 가시광 신호를 검출할 수 있다. 이에, 가시광선 이미지 센서(452)는 검출된 가시광 신호를 제어 장치(50) 등으로 전송하여 가시광선 이미지를 출력하게 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스펙트럼 내시경(10)으로부터 샘플(60)을 향하여 방출된 광들은 샘플(60)로부터 방출되거나 반사되어 렌즈부(230)를 통과하여 광 검출 장치(40)에 도달한다. 이에, 광 검출 장치(40)에 도달한 다양한 광 신호들은 복수의 파장을 갖는 형광 신호와 가시광 신호를 포함하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 장치(40)는 파장분리기(430)에 의해 복수의 파장들에 각각 대응하는 복수의 형광 신호들과 가시광 신호를 분리하여 검출할 수 있다.
이러한 복수의 파장들에 대응하는 형광 신호는 제1 광원(110)에서 방출된 복수의 파장들을 갖는 적외선들에 대응하는 형광 신호에 해당하고, 가시광 신호는 제2 광원(120)에서 방출된 가시광선에 대응하는 신호에 해당한다. 이에, 광 검출 장치(40)는 파장분리기(430)를 통해, 복수의 파장들 각각에 대응하는 형광 신호들과 가시광 신호들을 분리하여 검출할 수 있다. 즉, 광 검출 장치(40)는 본 발명의 실시예에 따른 하나의 멀티스펙트럼 내시경 시스템(1)에서 복수의 파장들을 갖는 형광 신호들과 가시광 신호를 동시에 수신하고 검출하여, 파장에 따라 복수의 형광 신호들과 가시광 신호로 분리할 수 있고, 이와 같이 분리된 복수의 형광 신호들과 가시광 신호를 미리 결정된 특정 색상으로 구분하여 표시할 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 장치(40)를 포함하는 멀티스펙트럼 내시경 시스템(1)은, 멀티스펙트럼 내시경(10)을 통해 다중파장광원, 다중어레이광원, 또는 파장가변광원을 사용하여 한번에 복수의 파장들을 갖는 광을 샘플(60)로 방출할 수 있으며, 이로 인해 샘플(60)로부터 방출되거나 반사된 복수의 파장들로 이루어진 광 신호들로부터 가시광 신호와 파장별 형광 신호들을 한번에 분리하고, 이들을 구분하여 서로 다른 색상으로 출력할 수 있다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스펙트럼 내시경 시스템에서 멀티스펙트럼 내시경과 멀티스펙트럼 광 검출 장치 사이를 동기화하여 다파장 형광 신호의 식별 및 측정하는 방법을 설명하기 위한 블록 다이어그램이다. 도 5은 도 4과 실질적으로 동일한 구성으로 이루어져 있고 동기화하는 방법을 설명하기 위한 것으로 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
도 5을 참조하면, 광원(100)과 적외선 이미지 센서(442) 사이에서 방출되고 전달되는 광에 대한 정보가 동기화되고(510), 광원(110)과 휠 필터(443 또는 445) 사이에서 방출되고 전달되는 광에 대한 정보가 동기화되며(520), 휠 필터(443 또는 445)와 적외선 이미지 센서(442) 사이에서 방출되고 전달되는 광에 대한 정보가 동기화된다(530).
이러한 동기화 과정은 멀티스펙트럼 내시경(10) 및 광 검출 장치(40)와 연결된 제어 장치(50)를 통해서 이루어질 수 있다. 구체적으로, 제어 장치(50)는, 광원(100) 중 제1 광원(110)과 적외선 이미지 센서(442) 사이의 시간 및 시간에 대응하는 광의 파장을 동기화(510)하고, 제1 광원(110)과 휠 필터(443 또는 445) 사이의 시간 및 시간에 대응하는 광의 파장을 동기화(520)하고, 휠 필터(443 또는 445)와 적외선 이미지 센서(442) 사이의 시간 및 시간에 대응하는 광의 파장을 동기화(530)할 수 있다. 보다 상세하게, 제어 장치(50)는, 제1 광원(110)에서 방출된 적외선의 파장과 해당 파장의 적외선이 방출된 시간에 대한 정보를 수신하거나 저장할 수 있고, 이렇게 방출된 적외선의 파장과 해당 적외선이 방출된 시간에 대한 정보를 적외선 이미지 센서(442) 및 휠 필터(443 또는 445)에 전달할 수 있다. 이에, 적외선 이미지 센서(442)와 휠 필터(443 또는 445)는 특정 파장의 적외선이 언제 제1 광원(110)으로부터 방출되었는지에 대한 정보를 수신할 수 있다. 나아가, 휠 필터(443 또는 445) 및 적외선 이미지 센서(442)는 샘플(60)로부터 방출된 형광 신호로부터 특정 파장의 형광 신호를 검출하여 해당 특정 파장의 형광 신호가 방출된 시간을 동기화하여 보다 정확하게 특정 파장의 형광 신호를 검출하고 다파장의 형광 신호를 식별 및 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스펙트럼 내시경 시스템(1)은, 멀티스펙트럼 내시경(10)에서 방출되는 광들에 대한 시간 및 파장에 대한 정보와 광 검출 장치(40)에서 수신된 광들에 대한 시간 및 파장에 대한 정보를 동기화할 수 있다. 이에 따라, 멀티스펙트럼 내시경 시스템(1)에서 광 검출 장치(40)는 동기화된 광에 대한 정보를 바탕으로, 복수의 파장들 각각에 대한 개별 형광 신호를 보다 정확하게 분리 및 식별하여 검출할 수 있다. 이로 인해 멀티스펙트럼 내시경 시스템(1)을 사용하면 복수의 파장들을 갖는 광을 한번에 또는 약간의 시차를 갖고 방출하더라도, 파장별 형광 신호를 정확하게 검출 및 식별할 수 있게 됨으로써, 여러 종류의 조영제를 한번에 사용할 수 있다. 나아가, 여러 종류의 조영제에 따른 서로 다른 파장의 여러 형광 신호로 한번에 구별할 수 있게 됨으로써, 여러 부분의 병변이나 세포의 상태를 한번에 확인할 수 있다.
본 명세서에서, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또한, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 멀티스펙트럼 내시경 시스템
10 (멀티스펙트럼) 내시경
40 (멀티스펙트럼) 광 검출 장치
50 제어 장치
60 샘플(다이)
100 광원
110 제1 광원
120 제2 광원
200 삽입부
210 멀티모드 광섬유들
215 균질화기 또는 확산기
220 광섬유 또는 조명부
230 렌즈부
240 광섬유 번들
300 커플러
410 밴드 리젝션 필터
420 대물 렌즈
430 파장분리기
440 적외선 이미지 검출부
441 적외선 대물 렌즈
442 적외선 이미지 센서
443, 445 휠 필터
450 가시광선 이미지 검출부
451 가시광선 대물 렌즈
452 가시광선 이미지 센서
510 광원-적외선 이미지 센서 동기화
520 광원-휠 필터 동기화
530 휠 필터-적외선 이미지 센서 동기화

Claims (11)

  1. 멀티스펙트럼 내시경으로서,
    복수의 파장들을 갖는 적외선을 방출하는 제1 광원;
    샘플을 향해 상기 제1 광원으로부터 방출된 적외선을 가이드하는 복수의 멀티모드 광섬유(multimode fiber)들;
    가시광선을 방출하는 제2 광원;
    상기 샘플을 향해 상기 제2 광원으로부터 방출된 상기 가시광선을 가이드하는 광섬유;
    상기 샘플로부터 방출된 형광 신호 및 상기 샘플로부터 반사된 가시광 신호를 수광하는 렌즈부; 및
    상기 렌즈부를 통해 수광된 상기 형광 신호 및 상기 가시광 신호 중 적어도 하나를 멀티스펙트럼(multispectrum) 광 검출 장치를 향하여 가이드하는 광섬유 번들(bundle)을 포함하고,
    상기 광섬유 번들은 상기 복수의 멀티모드 광섬유들에 의해 둘러싸이도록 배치되고,
    상기 가시광선이 방출되는 상기 멀티스펙트럼 내시경의 말단부는 상기 복수의 멀티모드 광섬유들의 적어도 일부를 둘러싸는,
    멀티스펙트럼 내시경.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 파장들을 갖는 적외선을, 서로 다른 파장을 갖거나 미리 결정된 서로 다른 파워(power)를 갖는 개별 적외선으로 분리하는 커플러(coupler)를 더 포함하는,
    멀티스펙트럼 내시경.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 커플러는, 상기 형광 신호 및 상기 가시광 신호 중 적어도 하나를 상기 광 검출 장치를 향하도록 통과시키는,
    멀티스펙트럼 내시경.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 멀티모드 광섬유들 각각은, 상기 커플러에 의해 분리된 상기 개별 적외선을 상기 샘플로 가이드하여 출력하는,
    멀티스펙트럼 내시경.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광원은,
    파장가변광원, 다중파장광원, 또는 다중어레이광원이고,
    시간에 따라 서로 다른 파장의 광을 방출하는,
    멀티스펙트럼 내시경.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 멀티모드 광섬유들 중 적어도 하나는, 200nm 내지 450nm 사이의 광선, 510nm 내지 550nm 사이의 광선, 790nm 내지 980nm 사이의 근적외선, 또는 1044nm 내지 1084nm 사이의 근적외선을 출력하는,
    멀티스펙트럼 내시경.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광원이 방출되는 상기 복수의 멀티모드 광섬유들 각각의 말단부는 균질화기(homogenizer) 또는 확산기(diffuser)를 포함하는,
    멀티스펙트럼 내시경.
  8. 제1항에 따른 멀티스펙트럼 내시경;
    상기 멀티스펙트럼 내시경으로부터 상기 샘플에 조사되어 상기 샘플로부터 방출된 형광 신호 및 상기 샘플로부터 반사된 가시광 신호 중 적어도 하나를 검출하는 상기 멀티스펙트럼 광 검출 장치; 및
    상기 멀티스펙트럼 내시경과 상기 멀티스펙트럼 광 검출 장치 사이를 동기화하는 제어 장치를 포함하는,
    내시경 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 멀티스펙트럼 광 검출 장치는,
    상기 형광 신호와 상기 가시광 신호를 분리하는 파장분리기;
    상기 샘플과 상기 파장분리기 사이에 배치된 밴드 리젝션 필터(band rejection filter);
    상기 형광 신호를 검출하는 적외선 이미지 검출부; 및
    상기 가시광 신호를 검출하는 가시광선 이미지 검출부를 포함하는,
    내시경 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적외선 이미지 검출부는, 적외선 이미지 센서, 적외선 대물렌즈, 및 휠 필터(wheel filter)를 포함하고,
    상기 가시광선 이미지 검출부는, 가시광선 이미지 센서 및 가시광선 대물렌즈를 포함하며,
    상기 휠 필터는, 상기 파장분리기와 상기 적외선 이미지 센서 사이 또는 상기 파장분리기와 상기 밴드 리젝션 필터 사이에 배치되는,
    내시경 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 제1 광원과 상기 적외선 이미지 센서 사이의 시간 및 상기 시간에 대응하는 광의 파장을 동기화하고,
    상기 제1 광원과 상기 휠 필터 사이의 시간 및 상기 시간에 대응하는 광의 파장을 동기화하고,
    상기 휠 필터와 상기 적외선 이미지 센서 사이의 시간 및 상기 시간에 대응하는 광의 파장을 동기화하는,
    내시경 시스템.
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KR20060108713A (ko) 2003-12-15 2006-10-18 올림푸스 가부시키가이샤 내시경 시스템 및 내시경

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