KR102787437B1 - 수술용 복합 비디오 영상시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 근적외선형광 유도 하 수술 시 복합 비디오 영상 시스템의 일체형 구조와 광학경을 거치지 않고 직접 삽입되는 영상소자에 의한 높은 민감도, 특이도로 왜곡이 최소화되어 효과적인 종양조직 또는 감시림프절의 절제효과를 구현할 수 있는 수술용 복합 비디오 영상시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 수술용 복합 비디오 영상시스템에 관한 것이다.
최근 복강경 수술을 통해 절개 범위를 최소화하고 수술 중 발생할 수 있는 출혈 등의 부작용을 최소화하는 최소 침습수술법의 시행 빈도가 증가하고 있다. 이는 수술 위험과 수술에 의한 스트레스, 입원 및 회복기간을 획기적으로 줄일 수 있다. 복강경 수술을 통한 종양 및 감시림프절의 감별과 절제 시 근적외선형광단을 인체에 투여하여 발광하는 근적외선형광을 탐지하는 근적외선형광 영상 유도 하 수술의 빈도 또한 증가하고 있다. 하지만 종래의 장치들은 주로 단일 영상으로 보여줘 정확한 판단이 어려운 문제점이 있다. 즉, 근적외선형광 카메라의 도움을 받아 절제할 경우, 근적외선형광의 투과력 제한으로 표적이 심부에 위치해 있을 경우 정확한 위치와 형태를 근적외선형광 카메라로 확인하기 어려운 문제점이 있다. 또한 감마카메라의 도움을 받아 절제할 경우 영상의 분해능이 낮아 정확한 형태와 위치를 감별하는데 어려움이 있다. 아울러, 상기 근적외선형광 카메라 및 감마카메라를 병용할 경우 수술 중 실시간 환경에서 영상 매칭 및 정합이 완전하지 못하므로 수술 중 병변의 위치 확인에 어려움이 있다. 따라서 수술 중 실시간으로 병변 탐지 효율을 높일 수 있는 기술 및 장비가 필요하나 현재까지 이러한 요건을 충족하는 장비는 없는 실정이다. 이와 관련하여 대한민국 등록특허 제0980247호는 광각렌즈부, 광섬유 및 광 인터페이스부를 포함하는 복강경 및 이를 이용한 영상 처리 시스템을 개시하고 있다.
그러나 상기 선행기술은 복강 내의 가시광선 영상을 촬상하기 위한 장치로 근적외선 형광물질 또는 방사성의약품을 이용한 종양조직 또는 감시림프절의 영상화는 기술적으로 불가능하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 근적외선형광 유도 하 수술 중 가시광선이 제공하는 해부학적 화상정보를 포함하여 검출감도와 공간 해상도가 뛰어난 근적외선형광 영상 및 조직에서의 투과력이 우수한 감마선 영상을 실시간으로 표시하는 수술용 복합 비디오 영상시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 일 관점에 따르면, 환부에 투여된 방사성 물질로부터 방출된 감마선과 반응하여 전기신호를 생성하는 감마선 검출기, 내부에 단수 또는 복수의 광학렌즈가 구비되어 가시광선 및 근적외선 형광을 집속 후 광학영상촬영부로 전송하는 대물렌즈부, 상기 전송된 가시광선 및 근적외선 형광을 파장별로 분리하여 영상소자에서 전기신호로 변환하는 광학영상촬영부, 및 상기 전기신호의 위치 및 각도를 인식하여 영상을 실시간으로 재구성 및 정합하는 광학추적기를 포함하는 복합영상모듈; 소멸 감마선을 사용하여 내부 감마선의 전기신호 및 상기 감마선 검출기에서 발생하는 감마선의 전기신호를 동시 검출하는 체외모듈; 가시광선 영상을 획득하기 위한 백색광 및 환부에 형광단을 여기시켜 근적외선 방출형광 영상을 획득하는 광원전송모듈; 및 상기 복합영상모듈의 감마선 검출기 및 체외모듈의 전기신호를 디지털 신호로 변환하는 데이터획득모듈, 상기 광학영상촬영부에서 생성된 전기신호를 디지털 신호로 변환하고 영상소자의 성능을 조절하는 카메라 컨트롤 유닛, 상기 데이터획득모듈의 영상 신호를 증폭하고 상기 체외모듈과 동시계수하여 영상신호를 표시하는 감마선 검출기 제어부, 및 상기 데이터획득모듈의 감마선 정보와 상기 카메라 컨트롤 유닛의 광학영상 정보를 처리하고 매칭 알고리즘으로 하나의 영상으로 정합하는 제어부를 포함하는, 수술용 복합 비디오 영상시스템이 제공된다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템은 종래 기술과 달리 일체형의 구조와 광학경을 거치지 않고 직접 삽입되는 영상소자에 의한 높은 민감도 및 특이도로 왜곡이 최소화되어 종양조직 또는 감시림프절을 효과적으로 절제할 수 있는 기술적 특징이 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템의 개략적인 구조를 나타내는 개요도이다.
도 2는 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템의 감마선 검출기의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템의 광학영상촬영부의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템의 광학영상촬영부의 세부구성을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템의 복합영상모듈의 광전송 시스템의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템의 광원전송모듈(140)의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템의 영상 처리 및 제어부의 구성을 나타내는 개요도이다.
도 8은 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템을 이용하여 가시광선 영상과 근적외선 형광을 동시에 획득한 모습을 나타내고 있는 사진이다.
도 9는 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템을 이용하여 감마선/근적외선 형광/가시광선의 삼중 융합영상을 획득한 모습을 나타내고 있는 사진이다.
도 2는 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템의 감마선 검출기의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템의 광학영상촬영부의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템의 광학영상촬영부의 세부구성을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템의 복합영상모듈의 광전송 시스템의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템의 광원전송모듈(140)의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템의 영상 처리 및 제어부의 구성을 나타내는 개요도이다.
도 8은 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템을 이용하여 가시광선 영상과 근적외선 형광을 동시에 획득한 모습을 나타내고 있는 사진이다.
도 9는 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템을 이용하여 감마선/근적외선 형광/가시광선의 삼중 융합영상을 획득한 모습을 나타내고 있는 사진이다.
용어의 정의:
본 문서에서 사용되는 용어 "종양조직(tumor tissue)"은 악생 신생물 (malignant neoplasm)로서 발육속도가 빠르고 침습적이고 전이성인 조직을 나타낸다.
본 문서에서 사용되는 용어 "감시림프절(sentinel lymph node)"은 종양조직(tumor tissue)의 침윤이 진행되어 종양에서 전이가 일어날 경우 가장 먼저 전이가 일어나는 림프절로 종양에서의 전이 여부를 알 수 있는 중요한 지표로 작용한다.
본 문서에서 사용되는 용어 "복강경 수술(laparoscopic surgery)"은 복부를 절개하지 않고 배꼽부위에 0.5~1cm 정도의 구멍을 뚫고 배 안을 들여다보는 Full HD급 카메라가 부착된 복강경과 비디오 모니터 등을 통해서 레이저 특수외과 전기술 등 특수기구를 이용해 하는 미세수술을 의미한다.
본 문서에서 사용되는 용어 "PET(positron emission tomography)"는 양전자단층촬영으로 생체 내에 양전자(positron)를 방출하는 방사성의약품을 주입한 후 양전자 소멸현상에 의해 발생한 511 keV 에너지를 가진 두 개의 감마선(gamma ray) 원형 링 모양의 검출기로 측정하여 양전자 방출핵종의 체내분포를 단층영상으로 재구성하는 기술이다. 일반적으로 양전자 방출에 의해 발생되는 소멸감마선은 511 KeV의 에너지를 가지므로 이 소멸방사선을 동시계수에 의해 검출하는 방식을 PET 검출로 통틀어서 사용하고 있다.
본 문서에서 사용되는 용어 "SiPM(Silicon Photo-multipiler) 검출기"는 종양에 집적된 추적자로부터 양전자(positron)가 방출되어 2개의 511 keV 소멸 감마선이 방출되고 상기 2개의 소멸 감마선이 복강 내 융합영상 모듈과 체외모듈의 섬광결정과 반응하여 발생하는 섬광을 검출하여 동시신호를 얻는 역할을 한다.
본 문서에서 사용되는 용어 "광학 메커니즘"은 융합영상 모듈과 광전변환 모듈의 광학 부품들 간의 연결 구조로 광학 메커니즘에 내장된 광학 부품간의 거리를 변화시킴으로써 근적외선, 가시광선의 민감도 및 분해능을 조절하는 역할을 한다.
본 문서에서 사용되는 용어 "파장분리 거울(dichroic mirror)"은 박막의 필터가 여러겹 적층되어 선택한 파장대의 빛 이상 또는 이하 파장의 광선을 반사 또는 투과하여 선택적으로 광선의 회절 각도를 조절할 수 있는 광학 필터를 의미한다.
본 문서에서 사용되는 용어 "파장분리 프리즘(dichroic beam splitter)"은 편광(polarization) 현상을 이용하여 광선을 위상 성분으로 분해해 이를 원하는 파장대의 광선만 분리하는 광학 프리즘을 의미한다.
발명의 상세한 설명:
본 발명은 일 관점에 따르면, 환부에 투여된 방사성 물질로부터 방출된 감마선과 반응하여 전기신호를 생성하는 감마선 검출기, 내부에 단수 또는 복수의 광학렌즈가 구비되어 가시광선 및 근적외선 형광을 집속 후 광학영상촬영부로 전송하는 대물렌즈부, 상기 전송된 가시광선 및 근적외선 형광을 파장별로 분리하여 영상소자에서 전기신호로 변환하는 광학영상촬영부, 및 상기 전기신호의 위치 및 각도를 인식하여 영상을 실시간으로 재구성 및 정합하는 광학추적기를 포함하는 복합영상모듈; 소멸 감마선을 사용하여 내부 감마선의 전기신호 및 상기 감마선 검출기에서 발생하는 감마선의 전기신호를 동시 검출하는 체외모듈; 가시광선 영상을 획득하기 위한 백색광 및 환부에 형광단을 여기시켜 근적외선 방출형광 영상을 획득하는 광원전송모듈; 및 상기 복합영상모듈의 감마선 검출기 및 체외모듈의 전기신호를 디지털 신호로 변환하는 데이터획득모듈, 상기 광학영상촬영부에서 생성된 전기신호를 디지털 신호로 변환하고 영상소자의 성능을 조절하는 카메라 컨트롤 유닛, 상기 데이터획득모듈의 영상 신호를 증폭하고 상기 체외모듈과 동시계수하여 영상신호를 표시하는 감마선 검출기 제어부, 및 상기 데이터획득모듈의 감마선 정보와 상기 카메라 컨트롤 유닛의 광학영상 정보를 처리하고 매칭 알고리즘으로 하나의 영상으로 정합하는 제어부를 포함하는, 수술용 복합 비디오 영상시스템이 제공된다.
상기 비디오 영상시스템에 있어서, 상기 감마선 검출기는 종양에 집적된 종양 탐지 추적자와 반응하여 섬광을 발생시키는 제1섬광결정; 및 상기 섬광 신호를 전기신호로 변환하여 검출하는 제1SiPM 광검출기를 포함할 수 있다.
상기 비디오 영상시스템에 있어서, 상기 섬광결정은 LYSO, GAGG, LaBr3(Ce), CsI(Na), NaI(Tl), YAP:Ce, CdTe, BGO(Bi4Ge3O12), LSO(Lu2SiO5:Ce), YSO(Y2SiO5:Ce and/or Tb), GSO(Ga2SiO5:Ce) 또는 LGSO(Lu1-xGdxSiO5)일 수 있고 상기 섬광결정은 구분형(pixelated) 또는 일체형(monolithic)일 수 있다.
상기 비디오 영상시스템에 있어서, 상기 광학영상촬영부는 대물렌즈부에 집속된 가시광선 및 근적외선 형광을 분리하는 제1파장분리체; 근적외선 여기광원과 근적외선 방출 형광을 차단하고 가시광선 신호를 선택적으로 투과시키는 제1광학대역필터; 상기 가시광선 신호를 전기신호로 변환하여 검출하는 제1영상소자; 가시광선 신호를 차단하고 근적외선 방출 형광 신호를 선택적으로 투과시키는 제2광학대역필터; 및 상기 근적외선 방출 형광 신호를 전기신호로 변환하여 검출하는 제2영상소자를 포함를 포함할 수 있다.
상기 비디오 영상시스템에 있어서, 상기 광원전송모듈은 가시광선을 생성하는 외부 백색광원; 상기 가시광선의 초점을 형성하는 제1초점렌즈; 가시광선을 선택적으로 투과시키는 제3광학대역필터; 근적외선 여기광을 생성하는 외부 근적외선 여기광원; 상기 근적외선 여기광의 초점을 형성하는 제2초점렌즈; 근적외선 여기광을 선택적으로 투과시키는 제4광학대역필터; 가시광선을 반사하고 근적외선 여기광을 투과시키는 제2파장분리체; 투과된 근적외선 여기광의 초점을 형성하는 제3초점렌즈; 및 상기 근적외선 여기광을 광섬유 다발로 전송하는 광섬유 전송부를 포함할 수 있고 상기 제1파장분리체 및 제2파장분리체는 파장분리 거울 또는 파장분리 프리즘일 수 있다.
상기 비디오 영상시스템에 있어서, 상기 대물렌즈부에 사용되는 렌즈는 볼록렌즈(convex lens), 오목렌즈(concave lens), 비구면 렌즈(aspheric lens) 또는 반월 렌즈(meniscus lens)일 수 있으며 상기 영상소자는 전하결합소자(CCD) 또는 보완 금속 산화물 반도체(CMOS)일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 균일한 부호는 균일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템(100)의 개략적인 구성을 도시하고 있다. 최근 들어 복강경 수술을 통한 종양 및 감시림프절의 감별과 절제 시 근적외선형광단을 인체에 투여하여 발광하는 근적외선형광을 탐지하는 근적외선형광 영상 유도 하에 수술을 시행하는 빈도가 증가하고 있으나 종래 영상장치는 근적외선형광 영상이 가진 근본적인 투과 제한을 해결할 수 없고 심부에 위치한 병변의 정확한 탐지가 어려우므로 보완적인 방법이 필요하다. 또한 개별 영상장치를 사용할 경우 정합 오차에 따른 부정확한 가이드 영상이 형성될 가능성이 매우 높아 근적외선형광물질 또는 방사성의약품을 이용한 종양조직 또는 감시림프절의 실시간 영상화는 기술적으로 불가능하다. 이에 본 발명자들은 근적외선형광 유도 하 수술 중 가시광선이 제공하는 해부학적 화상정보를 포함하여 검출감도와 공간 해상도가 뛰어난 수술용 복합 비디오 영상시스템(100)을 개발하였다. 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템(100)은 복합영상모듈(110)에서 대물렌즈부(111) 및 광학영상촬영부(130)를 감마선 검출기(113)와 완전히 분리함에 따라 가시광선 및 근적외선 형광이 감마선 검출기(113)로 유입되어 발생하는 잡신호의 혼입을 방지하고 영상의 품질을 획기적으로 개선한 것이 기술적 특징이라 할 수 있다. 또한 광학경 등 광 전달매체를 사용하지 않고 대물렌즈부(111)와 직접 결합하는 광학영상촬영부(130)로 인해 제1영상소자(133) 및 제2영상소자(135)의 광자검출효율(photon detection efficiency)을 대폭 개선하였다.
본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템(100)은 감마선(gamma ray)에 반응하는 섬광결정에서 발생하는 섬광과, 400~700 ㎚ 파장대의 가시광선(visible light) 및 여기광(excitation light)에 의해 방출되는 700 nm 이상 파장대의 근적외선 형광(near-infrared fluorescence) 신호를 획득한 후, 신호처리를 거쳐 상기 감마선, 가시광선 및 근적외선 형광 신호를 하나의 영상으로 융합시켜 수술 중인 의사에게 병변의 정보를 실시간 영상으로 제공함에 따라 종양조직 또는 감시림프절을 효과적으로 정확하게 절제하는 것이 가능하다. 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템(100)은 감마선, 근적외선 형광 및 가시광선의 복합영상 신호를 각각 획득하기 위해 기본적으로 복합영상모듈(110), 체외모듈(120), 광원전송모듈(140) 및 제어부(160)로 구성되어 있다. 이때 감마선은 단일 감마선 또는 소멸 감마선을 사용할 수 있고 소멸 감마선을 사용하는 경우 동시 검출을 위해 체외모듈(120)이 추가적으로 설치될 수 있으며 단일 감마선을 사용하면 체외모듈(120)이 제외될 수 있다.
본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템(100)의 핵심이라고 할 수 있는 복합영상모듈(110)은 크게 감마선을 검출하기 위한 감마선 검출기(113), 광학영상을 수집하기 위한 대물렌즈부(111), 광학영상을 획득하기 위한 광학영상촬영부(130) 및 복합영상모듈(110)의 위치 및 각도를 실시간으로 반영하는 광학추적기(112)로 구성되어 있다.
작동원리를 설명하면, 먼저 감마선 검출기(113)는 환부에 투여된 방사성의약품으로부터 방출된 감마선과 반응하여 전기신호를 생성하고 내부에 광학렌즈계가 부착된 대물렌즈부(111)는 가시광선과 근적외선 형광을 집속 후 전기신호를 광학영상촬영부(130)로 전송한다. 광학영상촬영부(130)는 대물렌즈부(111)에서 전송된 가시광선 및 근적외선 형광 신호를 파장별로 분리하여 영상소자(133, 135)에서 전기신호로 변환하고 광학추적기(112)는 상기 전기신호를 위치 및 각도를 인식하여 영상을 재구성 및 정합하게 된다. 구체적으로, 감마선 검출기(113)는 내부의 제1섬광결정(114), 제1SiPM 광검출기(115) 및 체외모듈(120)의 제2섬광결정(121), 제2SiPM 광검출기(122)를 통해 감마선 반응을 전기신호로 변환한다. 이때 감마선 검출기(113)는 내부의 제1섬광결정(114), 제1SiPM 광검출기(115) 및 단일 감마선의 경우, 조준기(160)의 조합으로 감마선 반응을 전기신호로 변환하고 소멸 감마선의 경우, 체외모듈(120)의 제2섬광결정(121), 제2SiPM 광검출기(122)를 통해 감마선 반응을 전기신호로 변환한다. 그 후 광원전송모듈(140)을 통해 백색광으로 반사되는 가시광선 및 환부에 근적외선 방출 형광물질을 여기시켜 발생된 근적외선 방출 형광을 대물렌즈부(111)로 집속하고 광학영상촬영부(130)는 전송된 가시광선 및 근적외선 방출형광을 제1영상소자(133) 및 제2영상소자(135)로 검출한다. 이때 영상소자(133, 135)는 각각 다른 파장 영역을 검출함으로써 감마선, 가시광선 및 형광을 분리 측정할 수 있으며 개별 영상 또는 융합 영상을 획득할 수 있다. 또한 대물렌즈부(111)는 단수 또는 복수의 광학렌즈가 부착되고 전단에는 외부 충격과 부식을 보호하기 위한 특수 유리가 설치되며 광학렌즈의 재질은 광대역 파장의 광선이 수집될 수 있도록 무 반사(anti-reflection) 코팅을 적용한다. 상기 광학렌즈가 단수일 경우에는 광학계가 단순하기 때문에 좀 더 소형화가 가능하지만 영상의 품질이 좋지 않을 수 있고 복수의 렌즈를 설치하면 영상의 품질 향상이 가능하다. 그러나 다수의 렌즈 시스템으로 인해 광학계가 복잡해서 소형화에 불리한 단점이 있다. 또한 대물렌즈부(111)에 포함된 광학렌즈는 볼록렌즈(convex lens), 오목렌즈(concave lens), 비구면 렌즈(aspheric lens) 또는 반월 렌즈(meniscus lens)를 포함한 모든 광학렌즈가 사용 가능하나 이에 제한되는 것은 아니다. 아울러 영상소자(133, 135)는 가시광선 및 근적외선 형광을 수집하여 전기신호로 변환할 할 수 있는 센서로 전하결합소자(charged-coupled device, CCD) 또는 보완 금속 산화물 반도체(complimentary metal oxide semiconductor, CMOS) 등을 포함하는 모든 이미지 센서를 활용할 수 있다. 또한 상기 섬광결정은 구분(pixelated) 또는 일체(monolithic)형일 수 있고 LYSO, GAGG, LaBr3(Ce), CsI(Na), NaI(Tl), YAP:Ce, CdTe, BGO(Bi4Ge3O12), LSO(Lu2SiO5:Ce), YSO(Y2SiO5:Ce and/or Tb), GSO(Ga2SiO5:Ce) 또는 LGSO(Lu1-xGdxSiO5)일 수 있으며 상기 감마선 방사물질은 단일 감마선을 방출하는 99mTc, 131I 또는 111In일 수 있고 소멸 감마선을 방출하는 11C, 13N, 150, 18F, 68Ga, 64Cu, 89Zr 또는 18F-FDG일 수 있으며 상기 근적외선 방출 형광물질은 인도시아닌 그린일 수 있다. 상기 광학추적기(112)는 복합영상모듈(110)의 수술 중 실시간 움직임을 반영하여 영상 정합 및 소멸 감마선의 영상 재구성에 위치 정보를 제공할 수 있다.
본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템(100)을 사용하기 위해서는 종양에 특이적으로 집적되는 다중영상 추적자(multimodal tracer)를 인체에 투여할 필요가 있는데 감마선 검출기(113)의 종류에 따라 상기 다중영상 추적자에 표지되는 방사성동위원소의 종류가 다르다.
일반적으로 단일광자 단층촬영(SPECT, single photon emission computed tomography) 영상 검사에 사용되는 방사성동위원소는 방사성 붕괴를 통해 감마선을 방출하는데 이를 검출하기 위해서는 도 2에 도시한 바와 같이 검출 범위를 형성하고 영상의 초점을 형성할 수 있는 조준기(116)가 필수적으로 구비 되어야 한다. 반면에 양전자 단층촬영(PET, Positron Emission Tomography) 검사에 사용되는 방사성동위원소는 체내에서 양전자를 방출하는데 이때 상기 양전자는 주위의 전자와 결합하여 소멸(annihilation)하면서 511 keV의 에너지를 가진 두 개의 감마선을 180°방향으로 방출시킨다. 서로 마주보고 있는 두 개의 검출기에 의해 동시 검출(coincident detection)되고 이를 수학적 알고리즘을 이용하여 재구성하면 체내의 방사성의약품의 분포를 영상화할 수 있으며 복합영상모듈(110) 하부에 구성된 체외모듈(120)이 그 역할을 한다. 단일 감마선을 이용한 영상은 동시 검출을 위한 체외모듈(120)이 필요 없고 영상획득 장치가 간결하나 조준기(116)의 기하학적 효율로 인해 소멸 감마선에 비해 양질의 검출 효율 및 분해능을 가진 영상을 얻기 어렵지만 소멸 감마선은 체외모듈에 의한 동시 검출이 필요하나 검출 효율이 높고 공간 해상도가 양호한 영상을 획득할 수 있다.
한편, 복합영상모듈(110) 내부에 직접 삽입되는 광학영상촬영부(130)는 대물렌즈부(111)에서 수집된 광선들을 제1파장분리체(131)로 가시광선 및 근적외선 형광으로 분리한 후 원하는 파장의 광선을 선택적으로 투과하는 광학대역필터(132, 134)를 통해 노이즈를 제거하고 영상소자(133,135)에 의해 전기신호로 변환된다. 이때 감마선은 감마선 검출기(113)의 제1섬광결정(114)과 반응하여 섬광을 발생시키고 이를 SiPM 광 검출기(115, 122)를 통해 전기신호로 변환한다. 상기 복합영상모듈(110) 측면에는 광학추적기(112)가 부착되어 복합영상모듈(110)의 실시간 위치 및 각도의 변화를 관찰하여 영상을 재구성하고 정합하는 역할을 한다. 복합영상모듈(110) 내부 및 외부에 광원전송모듈(140)이 위치하여 가시광선의 검출효율을 향상시키고 백색광 및 근적외선 여기광원을 전달하여 상기 가시광선 및 근적외선 방출형광 영상을 획득할 수 있도록 해준다. 또한 제어부(160)는 복합영상모듈(110) 내에 삽입되는 광학영상촬영부(130), 감마선 검출기(113) 및 소멸 감마선을 사용하는 경우 체외모듈(120)에서 발생하는 전기신호를 디지털로 변환하고 이를 처리하여 정합 영상으로 표시함으로써 각 검출기의 성능에 관여할 수 있는 인자들을 조절한다. 또한 제1파장분리체(131)는 도 4에 도시한 바와 같이 파장분리 거울(왼쪽) 또는 파장분리 프리즘(오른쪽)을 사용하여 파장을 분리할 수 있다. 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템(100) 내부에 구성되는 감마선 검출기(113) 및 광학영상촬영부(130)의 세부 구성은 하기 도 2 내지 도 4를 통해 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템(100)에서 복합영상모듈(110) 내부에 구성된 감마선 검출기(113)의 구조를 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 감마선 검출기(110)는 환부에 투여된 방사성의약품으로부터 감마선 섬광을 얻기 위한 제1섬광결정(114) 및 상기 감마선 섬광을 전기신호로 변환하는 제1SiPM 광검출기(115)로 구성된다. 이때 제1섬광결정(114)은 영상 형성을 위해 구획화된(pixelated) 형태를 사용하되 단순 검출용으로 단일화된(monolithic) 형태도 사용 가능하고 섬광결정의 형태 및 크기 등 기하학적 조건이 제한되는 것은 아니다. 일반적으로 단일 감마선의 경우 감마선 영상의 범위를 설정하고 영상의 형성에 필요한 조준기(116)를 섬광결정 전단에 부착하여 검출한다. 이때 조준기(116)의 재질은 감마선의 차폐가 가능한 밀도가 높은 금속이 이용되며 주로 납(lead), 텅스텐(tungsten), 및 비스무스(bismuth) 등이 사용될 수 있고 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 조준기(116)의 종류는 평행구멍(parallel-hole) 조준기, 집속형(converging) 조준기, 확산형(diverging) 조준기 또는 바늘구멍(pin-hole) 조준기 등 다양하게 구성될 수 있다.
또한 소멸 감마선을 사용할 경우 체외모듈(120) 내부에 위치한 제2섬광결정(121) 및 제2SiPM 광검출기(122)를 통해 감마선을 전기신호로 변환하고 복합영상모듈(110) 내부 감마선 검출기(113)에서 발생한 전기신호와 함께 동시 검출로 신호를 수집할 수 있다. 감마선 검출 과정을 설명하면 감마선 영상획득을 위해서는 복합영상모듈(110)의 대물렌즈부(111) 및 광학영상촬영부(130)의 기능은 제외되고 종양에 집적된 종양 탐지 추적자로부터 감마선은 감마선 검출기(113)의 제1섬광결정(114)과 단일 감마선의 경우 조준기(160)에 의해 선택되거나 소멸 감마선의 경우 체외모듈(120)의 제2섬광결정(121)과 반응하여 섬광(scintillation)을 발생시킨다. 상기 섬광을 감마선 검출기(113)의 제1SiPM 광검출기(115) 및 체외모듈(120)의 제2SiPM 광검출기(122)로 검출하여 전기신호를 얻는다. 이 후 제어부(160)에서 처리된 영상신호들은 일련의 과정을 거쳐 하나의 영상으로 나타나게 된다. 상기 감마선 검출에 사용할 수 있는 섬광결정(crystal scintillators)의 요건은 조해성이 없어야 하고, 자체 자연방사능을 포함해서는 안 되며 가능한한 섬광량이 많아야 하기 때문에 이러한 조건을 만족하는 섬광결정을 사용한다. 감마선 검출에 적합한 섬광량을 나타내는 섬광결정은 LYSO, GAGG, LaBr3(Ce), CsI(Na), NaI(Tl), YAP:Ce, CdTe, BGO(Bi4Ge3O12), LSO(Lu2SiO5:Ce), YSO(Y2SiO5:Ce 및/또는 Tb), GSO(Ga2SiO5:Ce) 또는 LGSO(Lu1-xGdxSiO5)가 사용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템(100)의 소멸 감마선 검출 모식도를 도시하고 있다. 단일 감마선이 아닌 소멸 감마선의 경우 환부에 투여된 방사성의약품에서 방출하는 양전자와 주의 음전자가 결합하여 소멸함에 따라 180도 방향으로 방출되므로 양 측면에 위치한 복합영상모듈(110)의 감마선 검출기(113) 및 체외모듈(120)로 감마선의 동시 검출이 가능하다.
도 4는 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템(100)의 광학영상촬영부(130)의 구조를 도시하고 있다. 복합영상모듈(110)의 전단에 위치한 대물렌즈부(111)에서 집속된 가시광선 및 근적외선 형광은 광학영상촬영부(130)내에 위치한 제1파장분리체(131)를 통해 가시광선과 근적외선 형광으로 분리된다. 500 ~ 700 nm 파장을 가진 가시광선은 반사하여 입사되는 근적외선 여기광원과 근적외선 방출 형광을 차단하고 선택적으로 가시광선을 투과하기 위해 제1광학대역필터(132)를 제1영상소자(133) 전단에 설치하여 가시광선 영상의 품질을 향상시킬 수 있다. 제1광학대역필터(132)의 통과 파장대는 780 ~ 800 nm 이하로 하여 근적외선 파장대에 해당하는 광선을 차단할 수 있고 제1광학대역필터(132)의 파장범위는 복합영상모듈(110)의 구성으로 인해 자유롭게 조정할 수 있다. 한편, 근적외선 형광은 제2광학대역필터(134) 및 제2영상소자(135)의 조합으로 획득할 수 있는데 제2광학대역필터(134)의 파장 범위는 근적외선 방출 형광의 파장대에 적합하도록 대역폭을 선택할 수 있으며 일반적으로 근적외선 형광단 중 인도시아닌그린(ICG)을 기준으로 할 때 800 ~ 835 nm의 대역폭이 되고 선택적으로 통과한 근적외선 방출 형광은 제2영상소자(135)에서 전기신호로 변환된다.
도 5는 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템(100)의 복합영상모듈(110)의 전단에 구성된 광전송 시스템의 구조를 도시하고 있다. 복합영상모듈(110)은 대물렌즈부(111)를 내장하고 있으며 광원전송모듈(140)에서 전달되는 백색광 및 근적외선 여기광을 복합영상모듈(110)의 외측 벽에 구성된 광섬유 다발(141)을 통해 조사하여 반사되는 가시광선 및 근적외선 방출 형광을 수집한다. 내장된 대물렌즈부(111)의 보호를 위해 보호튜브(142)를 포함하고 있으며 외부 프레임(143)을 통해 복합영상모듈(110)에 설치된다. 또한 광원전송모듈(140)의 전달 없이 백색광과 근적외선 여기광을 직접 전송하기 위해 내부 백색광원(144) 및 내부 근적외선 여기광원(145)을 복합영상모듈(110) 전단에 부착하여 광원전송모듈(140)을 거치지 않고 직접 조사하거나 내부 백색광원(144) 및 근적외선 여기광원(145)을 외부에서 조사할 수 있다. 상기 광섬유 다발(141)의 재질 및 치수 등은 복합영상모듈(110)의 기하학적 구조에 따라 결정된다.
도 6은 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템(100)의 광원전송모듈(140)의 구조를 도시하고 있다. 가시광선 수집을 위한 외부 백색광원(146)에서 발생되는 광선은 제1초점렌즈(148)를 거쳐 초점이 형성되고 이를 제3광학대역필터(150)를 통해 400 ~ 700 nm 파장대의 가시광선을 선택적으로 투과할 수 있도록 한다. 또한 외부 근적외선 여기광원(147)에서 발생한 근적외선 여기광은 제2초점렌즈(149)를 거쳐 초점이 형성된 후 제4 광학대역필터(151)를 통해 근적외선 형광단의 여기 파장범위에 맞춰 선택적으로 투과시킬 수 있다. 또한 광원전송모듈(140)의 중앙에 위치한 제2파장분리체(152)를 통해 가시광선을 반사하고 근적외선 여기광을 투과하여 제3초점렌즈(153)를 통해 집속되어 광섬유 전송부(154)로 전달하며 이를 복합영상모듈(110) 외측 벽에 위치한 광섬유 다발(141)로 보낼 수 있다. 상기 도 6의 제2파장분리체(152)는 파장분리 거울의 형태로 도시하였으나 마찬가지로 파장분리 프리즘도 사용가능하다.
도 7은 본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템(100)의 제어부(160) 구성 및 영상 처리 과정을 나타내는 모식도이다. 복합영상모듈(110)의 감마선 검출기(113)에서 발생한 전기신호는 복합영상모듈 판별기(161)를 거쳐 노이즈를 제거 후 단일 감마선 데이터획득모듈(164)에서 디지털 신호로 변환된다. 또한 소멸 감마선의 경우 체외모듈(120)의 전기신호를 체외모듈 판별기(162)를 거쳐 노이즈를 제거하고 동시계수회로(163)을 거쳐 감마선 검출기(113)의 전기신호와 함께 동시 검출한다. 마찬가지로 동시 검출 신호는 소멸 감마선 데이터획득모듈(165)에서 디지털 신호로 변환된다. 광학영상촬영부(130)의 내부의 영상소자(133,135)에서 발생한 전기신호는 가시광선 데이터획득모듈(166)과 근적외선 형광 데이터획득모듈(167)을 통해 각각 디지털 신호로 변환한다. 감마선, 가시광선 및 근적외선 형광 정보를 포함한 디지털 신호는 제어부(160)에 포함된 영상 매칭 알고리즘(168)으로 처리되어 영상 정합 및 실시간 송출이 가능하다. 상기 매칭 알고리즘은 상기 단일 감마선 데이터획득모듈 및 소멸 감마선 데이터획득 모듈에서 발생한 디지털 신호를 정제하여 감마선 영상을 획득하고 가시광선 데이터획득모듈과 근적외선 형광 데이터획득모듈에서 발생한 디지털 신호를 영상 처리를 거쳐 실시간으로 융합 송출할 수 있다. 상기 감마선 검출기(113)와 체외모듈(120)의 전압 및 동작 조건 조절은 감마선 검출기 제어부(169)에서 이루어지며 가시광선 영상소자인 제1영상소자(133) 및 근적외선 형광 영상소자인 제2영상소자(135)의 노출시간, 이득값 등의 동작 조건은 상기 제어부(160) 내의 카메라 컨트롤 유닛(170)에 의해 상기 영상소자(133, 135)로 전달된다.
이하, 실험예를 통하여 본 발명을 더 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실험예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실험예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
실험예 1: 단일 감마선/가시광선/근적외선 형광 획득 실험
본 발명의 수술용 복합 비디오 영상시스템(100)을 이용한 단일 감마선/가시광선/근적외선 형광 영상 획득을 위해 지금 약 5 mm의 구멍을 가진 플라스틱 팬텀에 ICG-DMSO 용액을 투여하고 아래 126 keV의 에너지를 가진 감마선을 방출하는 Co-57 선원을 위치하여 실험을 수행하였다. 그 결과, 단일 감마선(빨간색) 영상, 팬텀 영상, 및 근적외선 형광(초록색) 영상을 개별 획득 및 융합 영상을 획득하였다(도 8).
실험예 2: 소멸 감마선/가시광선/근적외선 형광 획득 실험
본 발명자들은 체외모듈(120)을 제작하여 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 소멸 감마선/가시광선/근적외선 형광 영상을 획득하였으며 감마선 영상은 22-Na라는 동위원소를 이용하여 해당 선원에서 발생하는 소멸 감마선을 검출하였다. 그 결과, 선명한 소멸 감마선/가시광선/근적외선 형광의 복합영상을 획득하였다(도 9)
결론적으로, 종래에 근적외선 형광 유도 하 수술 시 근적외선 형광은 투과력이 약해 심부에 위치한 종양조직 또는 감시림프절을 절제하는데 어려움이 있었다. 감마선은 투과력이 좋아 근적외선이 가지는 단점을 보완할 수 있으나 체강(body cavity) 내에 삽입이 가능해야 하기 때문에 소형이지만 감마선 감도가 높고 공간 분해능이 우수하며 시야가 넓은 장치를 개발하기가 용이하지 않았고, 특히 수술 중 사용할 수 있는 장치여야 하기 때문에 실시간 영상을 제공해 줄 수 있는 고감도 영상장치를 개발하는 것이 용이하지 않았다. 또한, 감마선과 반응한 섬광, 가시광선 및 근적외선 형광의 광 경우 공유로 인해 감마선 검출기 및 영상소자들의 품질 저하가 발생하였다. 이에 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하고자 가시광선 및 근적외선 형광의 광 경로와 감마선 섬광 경로를 분리시켜 영상의 품질을 향상시킨 수술용 복합 비디오 영상시스템(100)을 개발하였다. 따라서 감마선, 가시광선 및 근적외선 형광을 각각 별도로 나타낼 수 있고 상기 삼중 영상이 융합된 영상을 빠른 시간에 제공할 수도 있어 근적외선 형광 유도 하 수술 시 높은 민감도와 특이도로 종양조직 또는 감시림프절 절제할 수 있고 불필요하게 광범위한 정상조직을 절제함으로써 발생되는 부작용을 줄일 수 있으므로 최적화된 의료 서비스를 제공하고 고령노인의 생활의 질을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 수술용 복합 비디오 영상시스템
110: 복합영상모듈 111: 대물렌즈부
112: 광학추적기 113: 감마선 검출기 114: 제1섬광결정
115: 제1SiPM 광검출기 116: 조준기
120: 체외모듈 121: 제2섬광결정 122: 제2SiPM 광검출기
130: 광학영상촬영부 131: 제1파장분리체 132: 제1광학대역필터
133: 제1영상소자 134: 제2광학대역필터 135: 제2영상소자
140: 광원전송모듈 141: 광섬유 다발 142: 보호튜브
143: 외부 프레임 144: 내부 백색광원 145: 내부 근적외선 여기광원
146: 외부 백색광원 147: 외부 근적외선 여기광원
148: 제1초점렌즈 149: 제2초점렌즈
150: 제3광학대역필터 151: 제4광학대역필터
152: 제2파장분리체 153: 제3초점렌즈 154: 광섬유 전송부
160: 제어부 161: 복합영상모듈 판별기 162: 체외모듈 판별기
163: 동시계수회로 164: 단일 감마선 데이터획득모듈
165: 소멸 감마선 데이터획득모듈
166: 가시광선 데이터획득모듈 167: 근적외선 형광 데이터획득모듈
168: 영상 매칭 알고리즘 169: 감마선 검출기 제어부
170: 카메라 컨트롤 유닛
110: 복합영상모듈 111: 대물렌즈부
112: 광학추적기 113: 감마선 검출기 114: 제1섬광결정
115: 제1SiPM 광검출기 116: 조준기
120: 체외모듈 121: 제2섬광결정 122: 제2SiPM 광검출기
130: 광학영상촬영부 131: 제1파장분리체 132: 제1광학대역필터
133: 제1영상소자 134: 제2광학대역필터 135: 제2영상소자
140: 광원전송모듈 141: 광섬유 다발 142: 보호튜브
143: 외부 프레임 144: 내부 백색광원 145: 내부 근적외선 여기광원
146: 외부 백색광원 147: 외부 근적외선 여기광원
148: 제1초점렌즈 149: 제2초점렌즈
150: 제3광학대역필터 151: 제4광학대역필터
152: 제2파장분리체 153: 제3초점렌즈 154: 광섬유 전송부
160: 제어부 161: 복합영상모듈 판별기 162: 체외모듈 판별기
163: 동시계수회로 164: 단일 감마선 데이터획득모듈
165: 소멸 감마선 데이터획득모듈
166: 가시광선 데이터획득모듈 167: 근적외선 형광 데이터획득모듈
168: 영상 매칭 알고리즘 169: 감마선 검출기 제어부
170: 카메라 컨트롤 유닛
Claims (9)
- 환부에 투여된 방사성 물질로부터 방출된 감마선과 반응하여 전기신호를 생성하는 감마선 검출기, 내부에 단수 또는 복수의 광학렌즈가 구비되어 가시광선 및 근적외선 형광을 집속 후 광학영상촬영부로 전송하는 대물렌즈부, 상기 대물렌즈부에 집속된 가시광선 및 근적외선 형광을 분리하는 제1파장분리체, 근적외선 여기광원과 근적외선 방출 형광을 차단하고 가시광선 신호를 선택적으로 투과시키는 제1광학대역필터, 상기 가시광선 신호를 전기신호로 변환하여 검출하는 제1영상소자, 가시광선 신호를 차단하고 근적외선 방출 형광 신호를 선택적으로 투과시키는 제2광학대역필터 및 상기 근적외선 방출 형광 신호를 전기신호로 변환하여 검출하는 제2영상소자를 포함함으로써, 상기 전송된 가시광선 및 근적외선 형광을 파장별로 분리하여 영상소자에서 전기신호로 변환하는 광학영상촬영부, 및 상기 전기신호의 위치 및 각도를 인식하여 영상을 실시간으로 재구성 및 정합하는 광학추적기를 포함하는 복합영상모듈;
소멸 감마선을 사용하여 내부 감마선의 전기신호 및 상기 감마선 검출기에서 발생하는 감마선의 전기신호를 동시 검출하는 체외모듈;
가시광선 영상을 획득하기 위한 백색광 및 환부에 형광단을 여기시켜 근적외선 방출형광 영상을 획득하는 광원전송모듈; 및
상기 복합영상모듈의 감마선 검출기 및 체외모듈의 전기신호를 디지털 신호로 변환하는 데이터획득모듈, 상기 광학영상촬영부에서 생성된 전기신호를 디지털 신호로 변환하고 영상소자의 성능을 조절하는 카메라 컨트롤 유닛, 상기 데이터획득모듈의 영상 신호를 증폭하고 상기 체외모듈과 동시계수하여 영상신호를 표시하는 감마선 검출기 제어부, 및 상기 데이터획득모듈의 감마선 정보와 상기 카메라 컨트롤 유닛의 광학영상 정보를 처리하고 매칭 알고리즘으로 하나의 영상으로 정합하는 제어부를 포함하는, 수술용 복합 비디오 영상시스템. - 제1항에 있어서,
상기 감마선 검출기는 종양에 집적된 종양 탐지 추적자와 반응하여 섬광을 발생시키는 제1섬광결정; 및
상기 섬광 신호를 전기신호로 변환하여 검출하는 제1SiPM 광검출기를 포함하는, 수술용 복합 비디오 영상시스템. - 제2항에 있어서,
상기 제1섬광결정은 LYSO, GAGG, LaBr3(Ce), CsI(Na), NaI(Tl), YAP:Ce, CdTe, BGO(Bi4Ge3O12), LSO(Lu2SiO5:Ce), YSO(Y2SiO5:Ce and/or Tb), GSO(Ga2SiO5:Ce) 또는 LGSO(Lu1-xGdxSiO5)인, 수술용 복합 비디오 영상시스템. - 제3항에 있어서,
상기 제1섬광결정은 구분(pixelated) 또는 일체(monolithic)형인, 수술용 복합 비디오 영상시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 광원전송모듈은 가시광선을 생성하는 외부 백색광원;
상기 가시광선의 초점을 형성하는 제1초점렌즈;
가시광선을 선택적으로 투과시키는 제3광학대역필터;
근적외선 여기광을 생성하는 외부 근적외선 여기광원;
상기 근적외선 여기광의 초점을 형성하는 제2초점렌즈;
근적외선 여기광을 선택적으로 투과시키는 제4광학대역필터;
가시광선을 반사하고 근적외선 여기광을 투과시키는 제2파장분리체;
투과된 근적외선 여기광의 초점을 형성하는 제3초점렌즈; 및
상기 근적외선 여기광을 광섬유 다발로 전송하는 광섬유 전송부를 포함하는, 수술용 복합 비디오 영상시스템. - 제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 제1파장분리체 또는 제2파장분리체는 파장분리 거울 또는 파장분리 프리즘인, 수술용 복합 비디오 영상시스템. - 제1항에 있어서,
상기 대물렌즈부에 사용되는 렌즈는 볼록렌즈(convex lens), 오목렌즈(concave lens), 비구면 렌즈(aspheric lens) 또는 반월 렌즈(meniscus lens)인, 수술용 복합 비디오 영상시스템. - 제1항에 있어서,
상기 영상소자는 전하결합소자(CCD) 또는 보완 금속 산화물 반도체(CMOS)인, 수술용 복합 비디오 영상시스템.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220022286A KR102787437B1 (ko) | 2022-02-21 | 2022-02-21 | 수술용 복합 비디오 영상시스템 |
| PCT/KR2022/014575 WO2023158046A1 (ko) | 2022-02-21 | 2022-09-28 | 수술용 복합 비디오 영상시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220022286A KR102787437B1 (ko) | 2022-02-21 | 2022-02-21 | 수술용 복합 비디오 영상시스템 |
Publications (2)
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|---|
| Kang, Han Gyu 등. "Proof-of-concept of a multimodal laparoscope for simultaneous NIR/gamma/visible imaging using wavelength division multiplexing." Optics express, Vol. 26, No. 7, pp. 8325-8339.(2018.03.22.) 1부.* |
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