KR101816581B1

KR101816581B1 - 측정장치

Info

Publication number: KR101816581B1
Application number: KR1020130161866A
Authority: KR
Inventors: 한성호; 홍희선; 강문성; 이재훈
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2018-01-09
Anticipated expiration: 2033-12-23
Also published as: CN105979874A; EP3079590A4; US20150157208A1; US9993158B2; CN105979874B; EP3079590A1; KR20150073783A; WO2015088145A1

Abstract

본 발명은, 대상체를 향하여 광을 출력하는 광원부와, 상기 대상체의 상태측정을 위하여 상기 대상체를 투과한 투과광을 감지하도록 형성되는 센서부, 및 상기 대상체를 투과한 투과광을 분포변화없이 상기 센서부로 이동시키도록 상기 센서부를 덮도록 배치되는 복수의 광섬유들을 구비하는 광섬유부를 포함하는 측정장치를 제공한다.

Description

측정장치{APPARATUS FOR MEASURING CONDITION OF OBJECT}

본 발명은 대상체의 상태측정을 위한 측정장치에 관한 것이다.

임상의학에서 사용하는 영상 진단법인 X선, 초음파, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 등은 질병으로 인하여 야기되는 해부학적 형태변화를 영상화하는 방법이다. 하지만 질병의 발생 시 해부학적인 변화가 나타나기에 앞서서 생화학적 변화, 분자유전학적인 변화가 먼저 나타난다. 따라서, 최근에는 질병 초기에 영상으로 진단하기 위한 분자영상진단으로 진단 패러다임이 변화하고 있다.

상기 분자영상진단은 생리학적 변화를 영상화하는 기술로 세포 내에서 일어나는 여러 분자수준의 변화를 영상으로 평가하여 병변을 진단하는 방법이다. 이와 같은, 분자영상진단에 의하면, 병변의 진행에 따른 생리학적 변화를 영상으로 진단함에 따라 병변을 치료 전에 예방 관리할 수 있게 된다.

그러나, 현재 연구단계가 진행중인 분자영상진단용 장치들은 고가의 거대한 시스템들로 상업화의 한계가 있다. 따라서, 플랫폼화되는 분자영상진단이 가능한 측정장치가 고려될 수 있다.

본 발명의 일 목적은, 소형 시스템으로 상업화가 가능한 분자영상진단용 측정장치를 제공하는 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 투과광을 이용하여 용이하게 대상체의 상태를 측정하는 측정장치를 제공하는 것에 있다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 측정 장치는, 대상체를 향하여 광을 출력하는 광원부와, 상기 대상체의 상태측정을 위하여 상기 대상체를 투과한 투과광을 감지하도록 형성되는 센서부, 및 상기 대상체를 투과한 투과광을 상기 센서부로 이동시키도록 상기 센서부를 덮도록 배치되는 복수의 광섬유들을 구비하는 광섬유부를 포함한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 광섬유부는 상기 대상체가 위치하도록 형성되는 입사부과, 상기 센서부와 인접하도록 배치되는 출사부를 구비한다. 상기 입사부는 상기 대상체가 놓여질 수 있도록 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 투과광은 상기 대상체를 투과하면서 투과 이미지를 형성하며, 상기 광섬유부는 상기 투과 이미지를 상기 센서부로 전달하도록 이루어진다. 상기 복수의 광섬유들은 상기 투과 이미지를 복수의 부분으로 분할하여 전달하도록 배치될 수 있다. 상기 측정장치는 상기 투과 이미지를 기설정된 데이터와 비교하여 상기 상태측정을 수행하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 광원부는 상기 대상체가 고정된 상태에서 상기 대상체의 측정지점이 변경되게 상기 광의 출력위치가 이동하도록 이루어진다.

상기 광원부는, 근적외선의 레이저 광을 출력하는 레이저 다이오드, 및 상기 레이저 다이오드에서 출력된 상기 근적외선의 레이저 광을 상기 센서부를 향하여 반사하는 미러를 포함한다. 상기 미러는 상기 광의 출력위치를 이동하도록, 틸팅 또는 슬라이딩하도록 형성될 수 있다.

상기 레이저 다이오드는 상기 광의 출력위치를 이동하도록 슬라이딩 가능하게 이루어질 수 있다.

상기 광원부는, 광을 출력하는 광원, 및 상기 광원에서 출력된 근적외선의 레이저 광 또는 브로드밴드의 광을 상기 센서부를 향하여 반사하는 미러를 포함할 수 있다.

상기 센서부는 이격공간에 상기 대상체가 고정 배치되도록 상기 광원부와 이격 배치되어 상기 이격공간을 형성한다.

상기 광원부는 어레이를 이루도록 배치되는 복수의 광원을 포함하며, 상기 복수의 광원은 일부만이 광을 출력하도록 제어될 수 있다.

본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 측정장치는 상기 대상체의 기하학적 정보를 감지하는 정보 센서부를 포함한다. 상기 정보 센서부는 상기 광원부에서 출력된 광이 상기 대상체에서 반사되는 반사광을 감지하도록 배치될 수 있다. 상기 정보 센서부는 상기 광원부에서 출력된 광이 상기 대상체에서 입사되는 부분에서 상기 대상체의 표면 높이를 측정하는 변위센서에 포함될 수 있다.

본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 광원부는 설정된 파장 대역에서 일정한 세기(intensity)의 광을 출력하도록 이루어진다.

또한, 본 발명은 대상체를 향하여 광을 출력하는 광원부와, 상기 대상체의 기하하적 정보를 센싱하는 정보 센서부와, 상기 광이 상기 대상체를 투과하면서 생성되는 투과 이미지와 상기 대상체의 기하하적 정보를 이용하여 상기 대상체의 상태를 측정하도록, 상기 투과 이미지를 감지하는 센서부, 및 상기 센서부의 입사면과 상기 대상체의 사이에 배치되며, 상기 투과 이미지를 상기 입사면으로 전달하도록 형성되는 광 전달부를 포함하는 측정기기를 개시한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 측정기기에 의하면, 생리학적 변화를 영상화하는 장치의 상업화가 가능하며, 이에 따라 가정이나 커뮤니티에서 사전 관리를 통한 상시적 신체의 생리적 변화 및 변화추이 관찰을 통한 진단 및 건강 유지가 구현될 수 있다. 보다 구체적으로, 예방 및 관리 차원의 진단, 수시 치료효과 관찰, 바이오포토닉스(Biophotonics)와 같은 고객 맞춤형 진단이 다수의 사용자 집단에 의하여 의사결정될 수 있다. 또한, 본 발명의 측정기기는 신체뿐만 아니라, 생물체의 일부분에 대한 생리학적 변화를 영상화할 수 있으므로, 식물이나 음식물 등의 생리학적 변화를 측정할 수 있다.

또한, 저가의 레이저 다이오드와 광섬유 기반의 광학계를 이용함에 따라, 저가, 소형, 포터블, 개방형이나, 진단정확도가 높은 측정장치가 구현된다. 이를 통하여 분자영상진단용 측정장치의 플랫폼화가 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정방법을 나타내기 위한 개념도.
도 2는 본 발명과 관련된 측정장치의 일실시예를 나타내기 위한 개념도.
도 3은 도 2의 측정장치의 사시도 및 전면도.
도 4는 도 2의 측정장치를 이용하여 측정하는 예를 나타내는 흐름도.
도 5는 본 발명과 관련된 측정장치에 의한 팬텀 측정결과를 나타내는 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명과 관련된 측정장치의 다른 일 실시예를 나타내기 위한 개념도.
도 7은 도 6의 측정장치를 이용하여 측정하는 예를 나타내는 흐름도.
도 8a 내지 도 8c는 도 6의 이동장치의 변형예들을 나타내기 위한 개념도들.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 측정장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정방법을 나타내기 위한 개념도이다.

도면에 따르면, 대상체가 일방향으로 진입하여, 측정장치의 특정위치에 안착된다. 상기 대상체는 인체의 일부분(본 예시에서는 손가락)이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 대상체는 예를 들어 손목, 팔꿈치, 어깨, 발, 발목, 무릎 등의 인체의 다른 부분이 될 수 있다.

측정장치(100)는 특정 파장대의 광(또는 특정 파장대의 전자기파)을 상기 대상체를 향하여 출력하고, 상기 대상체를 투과한 광(이하, 투과광이라 한다)을 감지하도록 이루어진다. 상기 특정 파장대의 출력광은 650nm 내지 1000nm의 파장을 가지는 근적외선이 될 수 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 다른 파장대의 광이 될 수 있다. 상기 근적외선은 인체의 일부를 통과할 때 광의 감쇄가 일어나며, 상기 측정장치(100)는 이러한 광의 감쇄를 이용하여 병변을 측정하게 된다.

상기 측정장치(100)는 광원부(110), 센서부(120) 및 광섬유부(130)를 포함한다.

광원부(110)는 상기 특정 파장대의 광을 출력하도록 형성되며, 제어부(140)에 의하여 제어될 수 있다. 센서부(120)는 상기 투과광을 감지하며, 제어부(140)는 상기 투과광을 기설정된 데이터와 비교하여 상기 대상체의 상태를 측정하게 된다. 예를 들어, 상기 출력광이 손가락의 관절부위에 입사되면, 상기 출력광의 제1일부는 반사되고, 제2일부는 흡수되고, 제3일부는 투과된다. 이 경우에 상기 제3일부의 투과광을 이용하여 관절부위의 생리학적 변화를 감지하며, 이를 통하여 병변(예를 들어, 관절염)의 진행 정도를 측정하게 된다.

상기에서 설명된 측정방법에 의하면, 예방 및 관리 차원의 진단, 수시 치료효과 관찰, 바이오포토닉스(Biophotonics)와 같은 고객 맞춤형 진단이 구현될 수 있다. 이하, 본 발명에서는 상기 측정방법을 보다 구체화하고, 상기 측정방법이 적용될 수 있으면서도 상업화가 가능한 측정장치의 상세 구조에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명과 관련된 측정장치의 일실시예를 나타내기 위한 개념도이며, 도 3은 도 2의 측정장치의 사시도 및 전면도이고, 도 4는 도 2의 측정장치를 이용하여 측정하는 예를 나타내는 흐름도이며, 도 5는 본 발명과 관련된 측정장치에 의한 팬텀 측정결과를 나타내는 도면이다.

본 도면들을 참조하면, 측정장치(100)의 광원부(110)는 대상체를 향하여 광을 출력하도록 이루어진다. 이러한 예로서, 상기 광원부(110)는 근적외선의 레이저 광을 출력하는 레이저 다이오드(111)를 구비할 수 있다.

상기 레이저 다이오드(111)는 전류가 통과할 때 보이는 또는 적외선(IR) 스펙트럼에서 동일한 주파수 및 위상에 놓여있는 광을 발생하는 반도체 장치가 될 수 있다. 상기 레이저 다이오드는 설정된 파장 대역에서 일정한 세기(intensity)의 광을 출력하도록 이루어질 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 광원부(110)는 광의 세기가 변조된 광을 출력하도록 이루어질 수 있다. 이러한 예로서, 상기 광원부(110)는 사인파의 파장과 위상을 가지는 광을 출력하도록 이루어지며, 센서부(120)가 상기 파장과 위상의 변화를 감지하여 대상체의 상태를 측정할 수도 있다.

또한, 본 발명에서 광원부(110)의 광원은 반드시 레이저 다이오드에 한정되지 않는다. 예를 들어 발광 다이오드(light-emitting diode, LED) 등이 광원으로 이용될 수 있다. 즉, 광원부(110)는 브로드밴드 대역의 광을 출력하도록 이루어질 수 있다. 또한, 다른 예로서, 본 발명에서 광원부(110)의 광원은 펄스 레이저를 출력하는 펄스 레이저 다이오드가 될 수 있다.

도시에 의하면, 상기 레이저 다이오드(111)는 모터(112)와 연결되며, 모터(112)의 구동에 따라서 이동하도록 형성된다. 보다 구체적인 예로서, 변위센서(160)가 모터(112)에 연결되나 이에 대하여는 후술한다. 상기 광원부(110)는 상기 대상체가 고정된 상태에서 상기 대상체의 측정지점이 변경되게 상기 광의 출력위치가 이동하도록 이루어진다.

상기 레이저 다이오드(111)는 선형의 특정 구간에서 서로 이격된 복수의 지점에서 각각 광을 출력하도록 가상의 라인을 따라 슬라이딩 이동될 수 있다. 즉, 레이저 다이오드(111)는 상기 구간내에서 어느 지점에서 광을 출력하고, 다른 지점으로 이동하게 된다. 상기 출력지점의 선택은 제어부에 의하여 제어되며, 보다 구체적으로 제어부는 외부로부터 상기 출력지점에 대한 사용자의 선택을 입력받아 신호처리하여 상기 모터(112)를 제어하게 된다.

다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 광원부(110)는 스캔 구동신호에 따라 상기 레이저 다이오드(111)에서 생성된 레이저 광을 투사(또는 조사)하면서 이동시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 대상체의 특정영역에 걸쳐 또는 특정 평면상에 상기 레이저 광을 투사하기 위하여, 상기 광원부(110)는 상기 레이저 광을 래스터 스캔(raster-scan) 형태로 주사하도록 형성될 수 있다. 상기 스캔방식은 점광원에 대한 것이나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 선광원을 라인 스캔하는 것도 가능하다.

측정장치(100)의 센서부(120)는 상기 대상체의 상태측정을 위하여 상기 대상체를 투과한 투과광을 감지하도록 형성된다. 본 도면들을 참조하면, 상기 센서부(120)는 이격공간에 상기 대상체가 고정 배치되도록 상기 광원부(110)와 이격 배치되어 상기 이격공간을 형성하며, 상기 대상체의 특정지점에 입사하여 대상체를 투과한 투과광을 감지하게 된다.

상기 센서부(120)는 CCD(Charge-Coupled Device) 카메라(121) 및 회로기판(122)을 포함한다.

상기 CCD 카메라는 상기 투과광이 형성하는 이미지를 촬영하며, 상기 회로기판(122)에 장착될 수 있다. 상기 회로기판(122)은 아날로그 프런트 엔드(AFE: Analog Front End) 보드로서 상기 촬영된 이미지(아날로그 신호)를 디지털 신호로 전환하도록 이루어진다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 상기 CCD 카메라 대신에 어레이 타입의 포토 디텍더가 이미지를 촬영할 수 있다. 어레이 타입의 포토 디텍더는 복수의 포인트 디텍더들이 배열되된 photo diode(PD), avalanche photo diode(APD), single photo avalanche diode(SPAD) 등이 될 수 있다.

도시에 의하면, 측정장치(100)의 광섬유부(130)는 상기 대상체를 투과한 투과광을 분포변화없이 상기 센서부(120)로 이동시키도록, 상기 센서부(120)를 덮도록 배치되는 복수의 광섬유들(미도시)을 구비한다. 상기 복수의 광섬유들이 하나의 다발을 이루며, 이를 통하여 상기 투과광이 상기 대상체를 투과하면서 형성한 투과 이미지를 상기 센서부(120)로 전달하게 된다.

레이저 다이오드에서 출력된 레이저 광은 대상체의 일면의 특정 포인트에 입사되나, 대상체의 내부에서 분산되어 대상체의 타면(상기 일면의 반대면)에서 넓게 분포되며, 이러한 타면상의 빔의 분포가 투과 이미지를 이루게 된다. 따라서, 상기 광섬유부(130)는 상기 센서부(120)의 입사면과 상기 대상체의 사이에 배치되며, 상기 투과 이미지를 상기 입사면으로 전달하도록 형성되는 광 전달부로서 지칭될 수 있다. 이를 위하여, 상기 복수의 광섬유들은 상기 투과 이미지를 복수의 부분으로 분할하여 전달하도록 배치된다.

보다 구체적으로, 상기 광섬유부(130)는 입사부(131)와 출사부(132)를 구비한다. 상기 입사부(131)는 상기 광섬유부(130)에서 상기 광원부(110)를 마주 바라보는 부분이 될 수 있다. 또한, 상기 입사부(131)는 상기 대상체가 위치하도록 또는 상기 대상체가 놓여질 수 있도록 형성된다. 이러한 예로서, 상기 대상체가 직접 접촉할 수 있도록, 상기 입사부(131)는 평면상에 형성될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 복수의 광섬유들이 각각의 입사면이 동일평면상에 서로 평행하게 배치되며, 이를 통하여 상기 입사부(131)를 형성할 수 있다. 만약 렌즈들이 배열된 광학계를 이용한다면, 대상체가 렌즈에 직접 접촉할 수 없게 되는 문제가 발생한다.

상기에서 설명된 구조의 광섬유부는, 예를 들어 FOFP(Fiber Optic Face Plate)가 될 수 있다. 이 경우에 상기 FOFP의 입사면은 상기 대상체가 밀착가능하도록 형성된다. 상기 FOFP는 신체의 일부를 통과해서 나온 투과광을 모아서 CCD 카메라(121)로 보내주는 광섬유이며, 외부빛이 유입되는 것을 차단하도록 이루어진다.

도시에 의하면, 상기 출사부(132)는 상기 센서부(120)와 인접하도록 배치된다. 이러한 예로서, 상기 출사부(132)는 상기 복수의 광섬유들의 출사면이 동일평면상에 배치되며, 상기 센서부(120)의 입사면에 본딩될 수 있다. 다른 예로서, 상기 출사부(132)는 상기 센서부(120)의 입사면과 약 100 내지 500 마이크로미터 정도 이격될 수 있다. 이 경우에, 상기 광섬유부(130)와 상기 센서부(120)는 각각 별도의 기구물에 장착될 수 있다.

이와 같이 센서부(120)가 광섬유부로부터 투과 이미지를 전달받으면 이를 디지털 신호로 변경하고, 제어부(140)가 상기 디지털 신호를 이용하여 상기 투과 이미지를 기설정된 데이터와 비교하여 대상체의 상태측정을 수행하게 된다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 광의 세기가 대상체를 투과하면서 감쇄되는 정도를 측정하여 대상체의 상태측정이 수행될 수 있다. 이 경우에 상기 광섬유부는 투과 이미지가 아니라 투과광이 세기 변화없이 센서부로 입사시키는 역할을 하게 되며, 센서부는 이미지가 아니라 투과광의 세기를 측정하는 센서가 될 수 있다.

상기 제어부(140)는 사용자의 조작을 위한 그래픽 유저 인터페이스(GUI)의 출력, 시그널 프로세싱 및 알고리즘의 구동 등을 수행하게 된다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 상기 센서부의 회로기판의 기능(예를 들어, 신호를 디지털로 전환)을 상기 제어부에서 수행할 수도 있다.

상기 제어부(140)가 대상체의 상태측정을 수행하기 위한 데이터로서, 상기 대상체의 기하학적 정보가 측정될 수 있다. 이를 위하여, 상기 측정장치(100)는 상기 대상체의 기하학적 정보를 감지하는 정보 센서부(150)를 포함할 수 있다.

상기 정보 센서부(150)는 상기 광원부(110)에서 출력된 광이 상기 대상체에서 반사되는 반사광을 감지하도록 배치된다. 보다 구체적으로, 상기 정보 센서부는 상기 광원부에서 출력된 광이 상기 대상체에서 입사되는 부분에서 상기 대상체의 표면 높이를 측정하는 변위센서(160)에 포함될 수 있다. 나아가, 상기 정보 센서부는 대상체의 3D 형상을 측정할 수 있다.

일반적으로, 변위센서는 레이저 다이오드와 반사광 센서를 구비하며, 상기 변위센서의 레이저 다이오드에서 출력한 광이 대상체에서 반사되는 반사광을 상기 반사광 센서에서 감지하여 대상체의 기하하적 정보를 측정한다. 이 경우에, 삼각측량에 의하여 반사되는 지점의 위치 또는 표면높이 등이 검출될 수 있다. 보다 구체적으로, 레이저의 점광을 대상체에 투사(또는 조사)하며, 표면에서 산란된 광의 일부를 수렴하여 선형 다이오드 배열이나 위치 감지기에서 상을 맺는다. 이러한 감지기상의 영상 변위를 이용하여 상기 대상체의 입사되는 부분의 변위가 결정될 수 있다.

본 예시에서는 상기 변위센서(160)가 출력된 광이 상기 대상체의 입사되는 부분에서 반사되는 반사광을 감지하게 된다. 이 경우에, 광원부(110)의 레이저 다이오드가 변위센서(160)의 레이저 다이오드의 역할을 하게 된다. 즉, 변위센서(160)는 광원부(110)의 레이저 다이오드를 공유하게 되며, 따라서 상기 정보 센서부(150)는 반사광을 감지하는 센서만을 의미할 수 있다.

다른 관점에서 상기 변위센서(160)는 상기 정보 센서부뿐만 아니라 상기 광원부를 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 변위센서(160)가 이동함에 따라 상기 광원부와 상기 정보 센서부(150)는 일체로 구성되어 함께 이동하게 된다. 따라서, 모터(112)는 상기 변위센서(160)에 연결되어 상기 변위센서(160)의 이동을 제어하게 된다.

이상에서는 측정장치의 구조적 측면을 주로 설명하였으며, 이하 측정방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 4를 참조하면, 먼저 대상체가 측정지점에 안착되면, 대상체의 표면 높이를 측정한다(S110). 이 경우에, 변위센서가 온 되어, 650 내지 1000 나노미터의 근적외선 레이저 광을 출력하며, 변위센서의 정보 센서부는 대상체에서 반사된 레이저 반사광을 감지하여 대상체의 기하하적 정보를 측정하게 된다. 상기 기하하적 정보는 예를 들어, 대상체의 표면 높이, 변위 또는 3D 형상 등이 될 수 있다. 상기 기하하적 정보를 이용하여 대상체의 형상이미지 생성이 가능하게 된다. 이 경우에, 측정된 변위 데이터는 제어부(예를 들어, 데이터 처리부 또는 외부 PC)로 전송된다(S120).

다음으로, 센서부가 대상체를 투과한 투과광이 형성하는 투과 이미지를 감지하며, 이를 디지털 신호로 전환한다(S130). 이 경우에, 전환된 디지털 신호는 이미지 데이터로서 제어부(예를 들어, 데이터 처리부 또는 외부 PC)로 전송된다(S140).

여기에서, 상기 표면 높이 측정(S110)과 상기 투과 이미지의 감지는 동시에 이루어지거나, 그 순서가 서로 바뀔 수 있다.

이 경우에, 대상체에서 복수의 특정부분들에서 투과 이미지와 변위를 검출하기 위하여, 특정부분들에 대응하는 위치로 변위센서가 이동하게 된다. 이 때에, 모터가 구동하게 되며, 이를 통하여 변위센서가 이동하게 된다.

마지막으로, 제어부는 변위센서가 측정한 변위와 센서부가 측정한 이미지 데이터를 이용하여 대상체의 특정부분에 대한 생리학적 변화를 측정한다(S150).

상기 설명과 같이, 본 예시에서는 변위센서를 광원으로 활용하며, 이를 통하여 저가, 소형화된 측정장치를 구현하게 된다.

도 5를 참조하면, 본 예시의 측정장치를 이용하여 정도의 차이를 보이는 3개의 팬텀을 측정하면, 건강한 경우, 약한 관절염의 경우 및 심한 관절염의 경우의 영상이 서로 구별됨을 알 수 있다.

투과 영상은 관절염이 심할수록 어두워지며, 광학 흡수계수(μ_a)의 영상과 광학 산란계수(μ_s')의 영상은 관절염에 따라서 확연히 달라짐을 알 수 있다. 이와 같이, 정도의 차이를 보이는 3개의 팬텀 단층 촬영영상 분석에 의하면, 본 발명의 측정장치에 의하여 류마티스 관절염의 정량적 진단이 가능하다.

또한, 미도시하였지만, 소형 동물을 이용한 광학분자영상 실험을 통하여 흡광, 형광, 산소포화도 측정결과를 진단에 활용할 수 있음을 알 수 있었다. 그 예로서, 흡광 및 형광 실험에서 Synovial Fluid 증가에 따른 광학적 흡수 증가하며, 형광 물질이 염증 모세 혈관 구조에 갇히고, Score 2 부터는 Score 0과 확실히 구별되었다. 또한, 조직 산소포화도 측정에서 Clinical Score에 따른 조직 산소포화도 (StO2) 증가가 나타났으며, 따라서 본 발명의 측정장치에 의한 측정결과는 관절염 조기진단의 지표로 활용가능하다. 또한, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 측정장치는 TOI(Tissue Optical Index), BWI(Bound Water Index) 등의 파라미터를 측정하는 장치로서 활용될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명과 관련한 측정장치는 다른 예시의 구조로 구성될 수 있으며, 이하 이러한 다른 실시예 또는 변형예에 대하여 설명한다. 또한, 이하 설명되는 변형예 또는 실시예에서는 앞선 예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명과 관련된 측정장치의 다른 일 실시예를 나타내기 위한 개념도이며, 도 7은 도 6a 및 도 6b의 측정장치를 이용하여 측정하는 예를 나타내는 흐름도이다.

본 도면들을 참조하면, 본 예시의 측정장치에서는 변위센서(260)와 광원부(210)가 별도로 구비된다.

광원부(210)는 특정 파장대의 광을 출력하도록 형성되며, 제어부(240)에 의하여 제어될 수 있다. 상기 광원부(210)는 상기 광의 출력위치를 가변하도록 적어도 일부가 이동가능하게 이루어진다. 이에 반해, 상기 측정장치(200)의 정보 센서부(250)는 위치가 고정된다. 상기 정보 센서부(250)는 상기 광원부(210)에서 출력된 광이 상기 대상체에서 입사되는 부분에서 상기 대상체의 표면 높이를 측정하는 변위센서(260)에 포함될 수 있으며, 이 경우에 상기 변위센서(260)가 고정된다.

보다 구체적으로, 상기 광원부(210)는 레이저 다이오드(211) 및 미러(213)를 포함한다.

상기 레이저 다이오드(211)는 근적외선의 레이저 광을 출력하도록 형성되며, 상기 미러(213)는 상기 레이저 다이오드(211)에서 출력된 상기 근적외선의 레이저 광을 상기 센서부를 향하여 반사하도록 형성된다.

도 6a의 도시에 의하면, 상기 미러(213)는 상기 광의 출력위치를 이동하도록, 틸팅가능하도록 형성된다. 즉, 상기 레이저 다이오드(211)에서 출력된 레이저 광이 상기 대상체에 도달하는 지점을 가변시키도록, 상기 미러(213)가 제자리에서 회전할 수 있게 형성된다. 이를 위하여 상기 미러(213)에는 모터(212)가 연결되며, 상기 모터(212)는 제어부(240)에 의하여 제어될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 미러(213)가 없이 레이저 다이오드(211)가 제자리에서 회전할 수 있게 형성될 수 있다. 이 경우에는 레이저 다이오드(211)의 제자리 틸팅에 의하여 출력된 레이저 광이 상기 대상체에 도달하는 지점이 가변될 수 있다.

도 6b의 도시에 의하면, 상기 미러(213)의 틸팅과 관계없이 상기 미러(213)에서 반사되는 광이 상기 대상체로 수직입사되도록, 미러(213)와 광섬유부(230)의 사이에는 광경로변경부(270)가 배치될 수 있다.

상기 광경로변경부(270)는 상기 대상체와 경사진 방향으로 진행하는 광이 입사하여 상기 대상체와 수직한 방향으로 경로를 변경한 후에 출사하도록 형성될 수 있다. 이러한 예로서, 상기 광경로변경부(270)는 상기 대상체와 경사진 방향으로 연장되는 제1몸체와, 수직한 방향으로 연장되는 제2몸체를 구비하는 광섬유가 될 수 있다.

또한, 측정장치(200)의 광섬유부(230)는 상기 대상체를 투과한 투과광을 일정비율로 분포 축소하여 센서부(220)로 이동시키도록 이루어진다. 이를 위하여, 광섬유부(230)는, 예를 들어 단면이 축소되는 FOT(Fiber Optic Taper)가 될 수 있다. 이 경우에, 광섬유부(230)는 상기 투과광이 형성하는 투과 이미지를 복수의 부분으로 분할하고 이를 축소하여 전달하도록 이루어진다. 예를 들어, FOT는 입사부의 면적이 5 X 5 이나 출사부의 면적이 1 X 1이 될 수 있다.

다만, 본 예시는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨데, 도 2, 도 3을 참조하여 설명한 예시와 같이, 측정장치(200)의 광섬유부(230)는 단면의 축소가 없어 상기 투과광이 형성하는 투과 이미지를 분포변화없이 상기 센서부(220)로 이동시키도록 형성될 수 있다.

상기에서 설명된 측정장치의 다른 실시예에 의하면, 도 4를 참조하여 전술한 측정방법과 다른 측정방법이 적용될 수 있다.

도 7을 참조하면, 먼저 대상체가 측정지점에 안착되면, 대상체의 표면 높이 (및/또는 3D 형상)를 측정한다(S210). 이 경우에, 변위센서(260)가 온 되어 광을 출력하며, 변위센서(260)의 정보 센서부(250)는 대상체에서 반사된 반사광을 감지하여 대상체의 기하하적 정보를 측정하게 된다. 상기 변위센서(260)는 상기 광을 출력하기 위하여 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드 등을 구비할 수 있다. 이 경우에, 측정된 변위 데이터는 제어부(예를 들어, 데이터 처리부 또는 외부 PC)로 전송된다(S220).

다음으로, 광원부의 파워가 온 되어 레이저 광을 출력(S230)하며, 센서부가 대상체를 투과한 투과광이 형성하는 투과 이미지를 감지하며, 이를 디지털 신호로 전환한다(S240). 여기에서, 상기 표면 높이 측정(S210)과 상기 투과 이미지의 감지는 동시에 이루어지거나, 그 순서가 서로 바뀔 수 있다. 이 경우에, 전환된 디지털 신호는 이미지 데이터로서 제어부(예를 들어, 데이터 처리부 또는 외부 PC)로 전송된다(S250).

이 경우에, 대상체에서 복수의 특정부분들에서 투과 이미지와 변위를 검출하기 위하여, 특정부분들에 대응하는 위치로 광원부의 적어도 일부가 이동하게 된다. 이를 통하여 출력된 레이저 광이 상기 대상체에 도달하는 지점이 가변될 수 있다.

마지막으로, 제어부는 변위센서가 측정한 변위와 센서부가 측정한 이미지 데이터를 이용하여 대상체의 특정부분에 대한 생리학적 변화를 측정한다(S260).

상기에서 설명된 측정장치에 의하면, 광원부에서 출력되는 광의 선택범위가 보다 넓어지며, 보다 정밀한 제어가 가능하게 된다. 본 예시에 적용된, 정보 센서부는 고정되고 광의 위치가 조절되는 메커니즘은 여러가지 형태로 변경될 수 있다. 이하, 이러한 변형예에 대하여 설명한다.

도 8a 내지 도 8c는 도 6a 및 도 6b의 이동장치의 변형예들을 나타내기 위한 개념도들이다.

도 8a를 참조하면, 정보 센서부(350)는 고정되나, 레이저 다이오드(311)는 광의 출력위치를 이동하도록 슬라이딩 가능하게 이루어진다. 이를 위하여 레이저 다이오드(311)는 출력부가 센서부(320)를 마주보도록 배치되며, 레이저 다이오드(311)와 센서부(320)의 사이에는 미러가 배치되지 않게 된다.

또한, 상기 레이저 다이오드(311)는 모터(312)와 연결된다. 모터 구동에 의하여 레이저 다이오드(311)는 센서부(320)의 입사면과 평행한 방향으로 이동하면서 특정지점에서 멈추어 레이저 광을 출력한다.

다른 예로서, 도 8b를 참조하면, 정보 센서부(450) 및 레이저 다이오드(411)는 고정되나, 미러(413)는 광의 출력위치를 이동하도록 슬라이딩 가능하게 이루어진다. 레이저 다이오드(411)는 상기 미러(413)의 이동 방향을 따라 광을 출력하며, 상기 미러(413)는 센서부(320)의 입사면과 평행한 방향으로 이동하면서 특정지점에서 멈추도록 제어될 수 있다. 이를 위하여, 상기 미러(413)는 모터(312)와 연결된다.

또 다른 예로서, 도 8c를 참조하면, 광원부(510)는 복수의 광원을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 광원부(510)는 어레이를 이루도록 배치되는 복수의 광원을 포함하며, 상기 복수의 광원은 일부만이 광을 출력하도록 제어될 수 있다. 상기 복수의 광원은 복수의 파장의 광원이 될 수 있다.

이 경우에, 복수의 광원들 중 원하는 측정위치에 대응하는 광원들이 순차적으로 발광하도록 제어될 수 있다. 이를 통하여, 광원부(510)와 정보 센서부(550)가 각각 고정된 상태에서도 대상체에서의 측정위치의 변경이 가능하게 된다.

또한, 상기 복수의 광원들 중 적어도 한 쌍은 동시에 발광하도록 제어될 수 있다. 산소포화도의 측정에는 옥시 헤모글로빈과 디옥시 헤모글로빈을 위한 복수의 광원이 필요하다. 따라서 본 예시의 측정장치는 복수의 광원이 각각 제어되므로 본 예시의 측정장치에 의하면 산소포화도 측정이 가능하게 된다. 다만, 전술한 측정장치에서도 광원부가 단일의 레이저 다이오드만을 포함하는 것으로 한정되는 것은 아니며, 복수의 레이저 다이오드가 구비될 수 있다. 또한, 단일의 레이저 다이오드가 복수 파장의 레이저 광을 출력하는 것도 가능하다.

상기와 같은 측정장치에 관련한 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 인체의 다른 부분의 측정이나 상업용 측정에서도 적용이 가능하다. 예를 들어, 손목증후군과 같은 다른 병변의 측정이나, 식물의 상함 정도의 측정 등의 경우에 적용이 가능하다.

또한 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims

대상체가 배치될 수 있도록 형성되는 광섬유부;
상기 광섬유부를 향하는 방향으로 광을 출력하는 광원부;
상기 대상체의 상태측정을 위하여 상기 대상체를 투과한 투과광을 감지하도록 형성되는 센서부; 및
상기 대상체 상에서 상기 광의 출력위치를 변경시키는 제어부를 포함하고,
상기 광섬유부는 상기 대상체를 투과하여 분산된 투과광이 입사될 수 있도록, 복수의 광섬유들로 형성된 FOFP(Fiber Optic Face Plate)를 구비하여 상기 센서부를 덮도록 배치되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 광섬유부는 상기 대상체가 위치하도록 형성되는 입사부과, 상기 센서부와 인접하도록 배치되는 출사부를 구비하는 것을 특징으로 하는 측정장치.
제2항에 있어서,
상기 입사부는 상기 대상체가 놓여질 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 투과광은 상기 대상체를 투과하면서 투과 이미지를 형성하며, 상기 광섬유부는 상기 투과 이미지를 상기 센서부로 전달하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정장치.
제4항에 있어서,
상기 복수의 광섬유들은 상기 투과 이미지를 복수의 부분으로 분할하여 전달하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
제4항에 있어서,
상기 투과 이미지를 기설정된 데이터와 비교하여 상기 상태측정을 수행하는 것을 특징으로 하는 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 광원부를 이동시키는 모터를 포함하고,
상기 제어부는 상기 대상체가 고정된 상태에서 상기 대상체의 측정지점이 변경되게 상기 광의 출력위치가 이동하도록 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 측정장치.
제7항에 있어서,
상기 광원부는,
근적외선의 레이저 광을 출력하는 레이저 다이오드; 및
상기 레이저 다이오드에서 출력된 상기 근적외선의 레이저 광을 상기 센서부를 향하여 반사하는 미러를 포함하는 측정장치.
제8항에 있어서,
상기 제어부는 상기 광의 출력위치를 이동하도록, 상기 미러를 틸팅 또는 슬라이딩하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 측정장치.
제9항에 있어서,
상기 미러가 틸팅과 관계없이 상기 미러에서 반사되는 광이 상기 대상체로 수직입사되도록, 상기 미러와 상기 광섬유부의 사이에 배치되는 광경로변경부를 더 포함하는 측정장치.
제8항에 있어서,
상기 레이저 다이오드는 상기 광의 출력위치를 이동하도록 슬라이딩 가능하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정장치.
제7항에 있어서,
상기 센서부는 이격공간에 상기 대상체가 고정 배치되도록 상기 광원부와 이격 배치되어 상기 이격공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 측정장치.
제7항에 있어서,
상기 광원부는 어레이를 이루도록 배치되는 복수의 광원을 포함하며, 상기 복수의 광원은 일부만이 광을 출력하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
제7항에 있어서,
상기 광원부는,
광을 출력하는 광원; 및
상기 광원에서 출력된 근적외선의 레이저 광 또는 브로드밴드의 광을 상기 센서부를 향하여 반사하는 미러를 포함하는 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 대상체의 기하학적 정보를 감지하는 정보 센서부를 더 포함하는 측정장치.
제15항에 있어서,
상기 정보 센서부는 상기 광원부에서 출력된 광이 상기 대상체에서 반사되는 반사광을 감지하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
제15항에 있어서,
상기 정보 센서부는 상기 광원부에서 출력된 광이 상기 대상체에서 입사되는 부분에서 상기 대상체의 표면 높이를 측정하는 변위센서에 포함되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 광원부는 설정된 파장 대역에서 일정한 세기(intensity)의 광을 출력하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정장치.
광을 출력하는 광원부;
대상체의 기하하적 정보를 센싱하는 정보 센서부;
상기 대상체가 배치되고, 상기 광이 상기 대상체를 투과하면서 생성되는 투과 이미지와 상기 대상체의 기하하적 정보를 이용하여 상기 대상체의 상태를 측정하도록, 상기 투과 이미지를 감지하는 센서부;
상기 센서부의 입사면과 상기 대상체의 사이에 배치되며, 상기 대상체를 투과하여 분산된 투과광에 의해 형성된 상기 투과 이미지를 상기 입사면으로 전달하도록 복수의 광섬류들로 형성된 FOFP(Fiber Optic Face Plate)를 구비하여 상기 센서부를 덮도록 배치되는 광 전달부; 및
상기 대상체 상에서 상기 광이 도달하는 출력위치를 변경시키는 제어부를 포함하는 측정장치.
삭제
제19항에 있어서,
상기 정보 센서부는 상기 기하하적 정보를 검출하도록, 상기 광원부에서 출력된 광이 상기 대상체에서 반사되는 반사광을 감지하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
제19항에 있어서,
상기 광원부는 상기 대상체가 고정된 상태에서 상기 대상체의 측정지점이 변경되게 상기 광의 출력위치가 이동하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 측정장치.