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WO2013047971A1 - Photo-acoustic imaging device using a near infrared laser - Google Patents

Photo-acoustic imaging device using a near infrared laser Download PDF

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Publication number
WO2013047971A1
WO2013047971A1 PCT/KR2012/003669 KR2012003669W WO2013047971A1 WO 2013047971 A1 WO2013047971 A1 WO 2013047971A1 KR 2012003669 W KR2012003669 W KR 2012003669W WO 2013047971 A1 WO2013047971 A1 WO 2013047971A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
image
transducer
photoacoustic
tissue
Prior art date
Application number
PCT/KR2012/003669
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
송철규
Original Assignee
전북대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020120034034A external-priority patent/KR101427760B1/en
Application filed by 전북대학교산학협력단 filed Critical 전북대학교산학협력단
Publication of WO2013047971A1 publication Critical patent/WO2013047971A1/en

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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0093Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy
    • A61B5/0095Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy by applying light and detecting acoustic waves, i.e. photoacoustic measurements
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue
    • A61B5/1455Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A61B5/14551Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases

Definitions

  • the present invention relates to an optoacoustic imaging apparatus, and more particularly, to an optoacoustic imaging apparatus using a near infrared laser.
  • an ultrasound diagnostic method is generally used to check the state of living tissue.
  • the ultrasonic diagnostic method may determine the state of the living tissue by measuring the reflected sound waves by irradiating the ultrasonic tissue onto the living tissue.
  • the ultrasonic diagnostic method as described above when ultrasonic waves are irradiated onto a living tissue, ultrasonic waves are partially absorbed from the tissue, and thus, reflected waves may not be properly generated. Therefore, in the case of using a general ultrasound diagnostic method, due to the above-described problems in the living tissues in which the vascular tissues are developed, as in the lesion tissues, the resolution is insufficient to find the exact shape of the lesion tissues. there is a problem.
  • Oxygen saturation refers to the percentage of oxidized hemoglobin concentration out of the total hemoglobin concentration in the tissue.
  • Embodiments of the present invention are to provide an optoacoustic imaging apparatus capable of functionally monitoring the state of a tissue by simultaneously measuring the oxygen saturation and the tissue structure, which is physiological information of the tissue.
  • an optoacoustic imaging apparatus using a near infrared laser includes a probe; A laser emitter installed in the probe and emitting a laser beam irradiated onto living tissue; A transducer installed at the probe and configured to sense ultrasonic waves generated by thermoelastic expansion in the tissue irradiated with the laser; And a controller configured to generate a photoacoustic image and an oxygen saturation distribution of the biological tissue through the ultrasonic waves sensed by the transducer, and to map the generated photoacoustic image and the oxygen saturation distribution of the biological tissue.
  • the laser emitter of the optoacoustic imaging apparatus using a near infrared laser may use a Nd: Yag laser.
  • the transducer of the optoacoustic imaging apparatus using a near infrared laser may acquire a tomography image by a back projection method while rotating the living tissue.
  • An optoacoustic imaging apparatus using a near infrared laser is rotatably installed on the probe to detect a path of the laser emitted from the laser emitter and the ultrasonic wave incident on the transducer. It may further include a variable rotation drive unit.
  • the rotation driving unit of the optoacoustic imaging apparatus using a near infrared laser may include a mirror unit for changing a path of the laser and the ultrasonic wave, and a driver unit for rotating the mirror unit.
  • the probe of the optoacoustic imaging apparatus using a near infrared laser according to an embodiment of the present invention is formed in the shape of a cylinder lamp, and is disposed on a path of the laser along the outer circumferential surface of the probe to allow the laser to pass therethrough.
  • the plastic membrane portion to be formed may be installed.
  • the optoacoustic imaging apparatus using a near infrared laser may further include an amplifier installed between the transducer and the controller to amplify the ultrasonic wave detected by the transducer.
  • the photoacoustic image acquisition method includes a laser irradiation step of irradiating a laser onto a living tissue; An ultrasonic sensing step of sensing ultrasonic waves generated by thermoelastic expansion in the tissue irradiated by the laser through a transducer; An ultrasound image acquisition step of obtaining an ultrasound image of the living tissue through the ultrasound stream detected by the transducer; An optoacoustic image acquisition step of obtaining an optoacoustic image of the biological tissue by receiving and imaging the ultrasonic wave sensed by the transducer; And a mapping step of mapping the ultrasound image and the photoacoustic image to obtain anatomical information as well as functional information of a living tissue.
  • the photoacoustic imaging apparatus using the near infrared laser can obtain sufficient image contrast for structural change of the biological tissue at the same time as measuring oxygen saturation of the biological tissue.
  • a morphological diagnosis of muscle disease and joint disease which requires detailed analysis, may be possible.
  • the photoacoustic signal is imaged by receiving ultrasonic waves generated by thermal expansion caused by absorbed light energy after irradiating the laser, and using this to oxidize / reduce hemoglobin in the blood. It can also be useful for early cancer diagnosis.
  • the photoacoustic imaging device utilizes non-ionized electromagnetic radiation, it is harmless to the human body, and because it relies on near-infrared absorption, it is sensitive to abnormal biological tissues and thus can be used for early diagnosis of cancer.
  • the photoacoustic imaging apparatus may combine the ultrasonic imaging method with the photoacoustic imaging method and may correct the diagnostic image according to the ultrasonic nonuniformity.
  • the photoacoustic imaging device is equally applicable to the diagnostic field applying the current ultrasonic diagnostic method, and when combined with existing ultrasonic equipment or optical diagnostic equipment such as OCT, it can be utilized as a more efficient type of diagnostic apparatus.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an optoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an optoacoustic imaging apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows the change in oxidized hemoglobin absorption spectrum with wavelength change.
  • 4 to 5 illustrate photoacoustic signals that change depending on the presence or absence of a light absorbing material.
  • 6 to 8 show phantom experiments for comparing the accuracy of the size and spacing of the light absorbing material.
  • 15 to 16 show the size and arrangement of the phantom model using dyes and the experimental results.
  • FIG. 21 shows the amplitude change of the photoacoustic signal when the ratio of red purple dye and cyan dye is changed.
  • FIG. 22 shows a fan team with two red leads embedded in gelatin.
  • FIG. 23 illustrates an optoacoustic image of the phantom illustrated in FIG. 22.
  • FIG. 24 illustrates an optoacoustic image in which the fan team shown in FIG. 23 is enlarged.
  • FIG. 25 illustrates an image (b) in which an ultrasound image (a) and a photoacoustic image are mapped.
  • FIG. 26 illustrates an ultrasound image (a) in which the image shown in FIG. 25 is magnified and an image (b) in which an optoacoustic image is mapped.
  • the optoacoustic imaging apparatus is an optoacoustic imaging technique that combines a high resolution of an ultrasound image and a high contrast ratio of an optoacoustic signal. It is characterized by a technique that can measure saturation and structural change at the same time, and aims to increase diagnostic accuracy through this.
  • photoacoustic imaging used in the present invention has been developed based on the photoacoustic effect as a hybrid biomedical imaging modality.
  • optoacoustic images non-ionized laser fields can be delivered to living tissue (RF pulses are used, also called thermoacoustic images). Some of the energy transferred is absorbed by living tissue and converted to heat, which in turn leads to thermoelastic expansion, which results in the emission of broadband (eg, z) ultrasonic waves. The ultrasonic wave generated in this way can be detected by the ultrasonic transducer to form an image.
  • broadband eg, z
  • optical absorption is closely related to physiological properties such as hemoglobin concentration and oxygen saturation.
  • the magnitude of the ultrasonic emission is proportional to the local energy stack and can reveal physiologically characteristic light absorption contrast.
  • Light absorption in biological tissues is endogenous, such as hemoglobin or melanin.
  • photoacoustic images can be used to monitor tumor angiogenesis in vivo, and can also be applied to blood oxygenation map ing and funcional brain imaging. have.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an optoacoustic imaging apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the photoacoustic imaging apparatus 100 may include a probe 120 contacting a living tissue (C).
  • the probe 120 may form an appearance to contact the living tissue (C).
  • the optoacoustic imaging apparatus 100 may include a laser emitter 110 installed inside the probe 120 to emit a laser having a specific wavelength to the outside.
  • the laser generated by the laser emitter 110 may be emitted from the inside of the probe 120 through the optical fiber 111 to the outside.
  • the laser emitter 110 may emit lasers having different wavelengths.
  • the laser emission unit 11 O may be formed of a Nd: Yag (neodymium doped yttrium aluminum garnet) laser barrier unit 110, but various kinds of lasers may be applied as necessary.
  • the laser emitter 110 is connected to an optical fiber or the like to convert the laser into a biological tissue.
  • the laser irradiated from the laser emitter 110 may be emitted to the outside through the probe 120.
  • the photoacoustic imaging apparatus loo When the photoacoustic imaging apparatus loo irradiates a near-infrared laser to the biological tissue C through the laser emitter no, the biological tissue absorbing a short electromagnetic field of the laser is provided.
  • the thermal expansion causes a wide range of ultrasonic waves, and may include a transducer 140 to sense the ultrasonic waves (hereinafter, referred to as photoacoustic signals) emitted.
  • the transducer 140 may be installed inside the probe 120.
  • the transducer 140 is emitted from the laser emitter 110 Can detect the photoacoustic signal generated by the laser of different wavelengths.
  • the transducer 140 can obtain a tomography image of the living tissue (C) by a back projection method.
  • the photoacoustic imaging apparatus 100 may include a controller 150 for generating a photoacoustic image of the biological tissue (C) and the oxygen saturation distribution of the biological tissue (C).
  • the photoacoustic image may be generated based on the photoacoustic signal measured by the transducer 140, and the oxygen saturation distribution may be generated based on the photoacoustic signal.
  • the controller 150 may map and display the oxygen saturation distribution on the tissue image of the biological tissue C generated by the photoacoustic signal, and also display the laser emitter 110. Can be controlled. In detail, the controller 150 may control the frequency or intensity of the laser emitted from the laser emitter 110.
  • the optoacoustic imaging apparatus 100 may include an amplifier 160 installed between the transducer 140 and the controller 150 to amplify the optoacoustic signal measured by the transducer 140.
  • the transducer 140, the amplifier 160, and the controller 150 may be connected by a cable (not shown) to transmit a signal.
  • the operation of the optoacoustic imaging apparatus 100 will be described in detail below.
  • the living tissue (C) can be positioned to operate the optoacoustic imaging device (100).
  • the biological tissue C may be placed on a separate support member (not shown) or disposed in the medium W through which the photoacoustic signal (ultrasound) can propagate.
  • the living tissue (C) is disposed in the medium (W) will be described in earnest.
  • the medium W may include a material capable of minimizing attenuation of the photoacoustic signal, such as water.
  • the probe 120 may directly contact the living tissue C to obtain an image by the photoacoustic signal. May not be used.
  • a laser having a specific wavelength may be irradiated onto the living tissue (C) through the laser emitting unit 110.
  • the laser generated by the laser emitter 110 may be irradiated to the biological tissue C through the probe 120.
  • the laser may be emitted from the laser emitter 110 and transmitted to the probe 120 through an optical fiber.
  • the probe 120 may collect the laser and emit the laser to the outside.
  • the ultrasonic tissue When the laser is irradiated to the living tissue (C) as described above, the ultrasonic tissue is instantaneously generated by the thermal expansion in the living tissue (C) as described above. More specifically, when the laser is incident on the biological tissue (C), the heat energy is emitted to the surrounding tissues, and at this time, the surrounding tissues may generate an ultrasonic wave instantaneously by thermal expansion (thermoe last ic). In this case, the thermal relaxation time is different according to the characteristics of the biological tissue (C), so that the delay is reached with different delays.
  • a tomographic image can be obtained by the same reverse projection method as in step 2.
  • the tomography image may be obtained in the same manner as the mirror unit 231 rotates as the driving unit 232 is driven (see FIG. 2).
  • the ultrasonic waves generated in the biological tissue C by the irradiated laser may be detected by the transducer 140 in the same manner as the photoacoustic signal.
  • Transducer 140 may be formed as a non-focused or focused transducer that can scan the optoacoustic signal.
  • the photoacoustic signal generated in the living tissue (C) may be transmitted to the amplifier 160 through the transducer 140.
  • the amplifier 160 may amplify the photoacoustic signal and transmit the amplified photoacoustic signal to the controller 150.
  • the controller 150 performs biological tissue through photoacoustic imaging based on the photoacoustic signal.
  • the photoacoustic image of (C) can be generated.
  • the controller 150 obtains the photoacoustic signal through a LabVIEW program, and an algorithm may be implemented and operated.
  • the algorithm is a light source of the laser emitter 110, a wavelength variable ORKoptical parametric oscillator, a method of irradiating the living tissue (C) from the laser emitter 110, and the light measured by the transducer 140
  • the sound signal may be programmed to synchronize the transmission of the sound signal to the controller 150 and the control of the driver.
  • the drive includes a stem motor (not shown)
  • the programmed algorithm can set the movement speed, rotation angle per step, and total movement angle of the step motor, and measure the photoacoustic signal for each stem.
  • the controller 150 may display the accumulated photoacoustic signal in intensity intensity graph and image as soon as the target angle is reached.
  • the controller 150 may reconstruct the cross-sectional image of the biological tissue C from various angles by applying an algorithm for reconstructing the photoacoustic signal back to an image.
  • the optoacoustic signal for reconstructing the image may be defined by Equation 1.
  • ISA / KR Where ⁇ ? ⁇ / ⁇ ⁇ can be obtained by Fourier inverse transform.
  • n ° represents the unit vector of the vertical front when the bum on the surface of the living body C) in the laser source. Specifically, it can be obtained through [Equation 3].
  • the image may be displayed close to the original form through the correction process in the computation process, such as correction using a filter.
  • the control unit 150 may control the laser emitting unit 110 to irradiate the laser of the biological wavelengths to the living tissue (C).
  • the laser emitter 110 may emit a laser having a different wavelength to the outside by feeding back a trigger signal or the like to the controller 150.
  • the laser emitter 110 may be controlled by operating the controller 150.
  • the laser emission unit 110 may generate the laser of a specific wavelength.
  • the laser is basically a wavelength specification of 535nm and 1035nm, the fill width can be output at a repetition rate (repetit ion rate) of less than 6ns, 10Hz.
  • the laser may have an energy density of 10 nJ / cm 2 or less.
  • correction Paper (Rule 91) ISA / KR
  • the laser energy density may be set to 22mJ / cm 2 or less ANSI ANSI standards.
  • variable wavelength ORXoptical parametric oscillator may be configured to change the output wavelength of the laser generated by the laser emitter 110 so that the wavelength of the laser may be varied as necessary.
  • the laser emitted as described above is irradiated to the living tissue (C) can be absorbed part of the living tissue (C).
  • the living tissue (C) may absorb the laser to form an absorption spectrum in the living tissue (C).
  • the two photoacoustic images representing optical energy attenuation distributions according to wavelengths may be obtained.
  • the two photoacoustic images may be represented by ⁇ ⁇ ( ⁇ ) and ⁇ ⁇ 2 ( ⁇ ), respectively.
  • the calibrated optoacoustic image shows two images representing the distribution of light absorption relative to the two wavelengths. Can be expressed.
  • the absolute oxygen saturation (S0 2 ) value and the relative total hemoglobin saturation (HbT) value in the image can be calculated. have.
  • the absorption spectra of oxidized haemoglobin (Hb02) and reduced haemoglobin (Hb) may show a large difference in relative wavelengths. That is, the transducer is projected onto the biological tissue (C) to be measured by using a laser output in a wavelength section in which the concentration difference between the oxidized hemoglobin and the reduced hemoglobin is relatively large.
  • the optically oxidized haemoglobin saturation and oxygen saturation values are assumed to be the dominant light absorption elements at the wavelengths ⁇ and ⁇ 2 of each laser, and the two wavelengths, Equations 4 and 5] can be used to calculate this.
  • the meaning of each parameter is as follows.
  • ⁇ 1 Molar absorption coefficient according to wavelength (unit: ⁇ ⁇ _1 )
  • the average size of the strong scattering in the skin or epidermis of the biological tissue (C) as described above can be used as an element for correcting the photoacoustic image.
  • the photoacoustic image thus corrected may be two images ⁇ ( ⁇ ) and ⁇ ⁇ 2 ( ⁇ ) ' representing the relative light absorption distributions for each of the two wavelengths. Therefore, by substituting the light absorption coefficient value and the molar absorption coefficient (value already obtained) into the above equation, the absolute oxygen saturation (S02) estimated value and the relative total hemoglobin saturation (HbT) value can be obtained from the image.
  • the brightness information of all pixels is converted between [0 1] in order to show the oxygen saturation distribution, and the value 1 is the value having the largest difference in the relative absorption coefficient. You can dare it.
  • the video coordinate to be mapped is
  • the coordinates may be expressed as HSV (hue, saturat ion, value or britness) coordinates.
  • HSV hue, saturat ion, value or britness
  • the H value may be set to 0 when the color is red
  • the S value may be set to vary according to a change in the absorption coefficient of the pixel. Therefore, when the difference in absorption coefficient is increased, the red color becomes brighter, and when it is small, it may be set to darken.
  • the V information may be treated to change the amplitude size of the optoacoustic signal, so that the oxygen saturation distribution and the histological image may be simultaneously observed.
  • the acquired photoacoustic signal is reconstructed into an image by applying a back projection algorithm.
  • the signal acquisition is performed by 1.2 ° per step, 300 steps (360 ° ), and a sampling frequency of 40 MHz / s.
  • a signal corresponding to a period of 50 use can be stored as a signal after detecting the trigger signal for each step (angle).
  • FIG. 4 illustrates a case in which a phantom without a light absorbing material is used
  • FIG. 5 illustrates a case in which a phantom in which a light absorbing material is present is used.
  • FIG. 6 to 8 are phantom experiments for comparing the accuracy of the size and spacing of the light absorbing material. Specifically, FIG. 6 shows the light absorbing phantom used, and FIG. 7 shows the obtained photoacoustic signal. 2D, and FIG. 8 shows the reconstructed image.
  • the fan team used in the experiment was a transparent gelatin having a diameter of 60 mm 3, and a light absorbing rubber having a size as shown in FIG. 6 was inserted therein.
  • the measured photoacoustic signal and the reconstructed image are lrai per horizontal and vertical per pixel.
  • the wound healing process may be confirmed through the photoacoustic image through the photoacoustic imaging apparatus 100 according to the exemplary embodiment. Specifically, in patients with a slow wound healing rate such as diabetes, the upper part of the wound coagulates, but a phantom experiment may be performed to image the healing process of the internal tissue that is covered.
  • a red cable can be inserted in the form of blood vessels (thickness of 0.5 in the cylindrical gelatin having a diameter of 41 mm).
  • TM cable While blood has a problem of spreading all when it touches water, the transducer can measure the photoacoustic signal only when there is a medium such as water, so as shown in the drawing, a blood vessel-shaped cable is placed near 10mm below the top of the fan team. By disposing, the upper part of the phantom containing blood is not submerged in water, and the transducers are submerged in water so that the change in the photoacoustic signal can be measured.
  • one transducer 140 may be used to observe the vascular arch process.
  • the transducer may be irradiated according to the order as described above.
  • the photoacoustic signal may be collected by the reverse projection algorithm while rotating the 140 to 360 degrees.
  • FIG. 10 is an image of a fan team in a PAT state in which blood is not applied, and since the blood is not present on the upper surface, the shape of the cable made of blood vessels is well represented.
  • Figure 11 shows a lot of noise as a whole, which is because the measured photoacoustic signal is so small that when the final normalization there is no significant difference in the size of the noise and photoacoustic signal results as described above.
  • ⁇ 186> 12 and 13 are images obtained after 6 hours after 3 hours, respectively, and show little difference when compared with FIG. 11. More specifically, it can be seen that the appearance of blood vessels at the lower part of the blood is only slightly lighter, and no phenomenon appears.
  • FIG. 14 is an image measured after the blood is completely hardened, and all other conditions are the same, but the position is slightly moved during the experiment, and thus the result as described above is obtained. It can be seen that the part covered by is shown.
  • FIG. 15 illustrates a phantom model using a dye
  • FIG. 16 illustrates an image acquisition test result using a dye, which will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
  • Figure 15 is an experimental configuration of the fan team using a dye, put a red magenta dye inside the transparent tube, the intensity of the photoacoustic signal while increasing the wavelength at about 20nm intervals from 410nm to 750nm Measure the same, and proceed in the same way for cyan dye.
  • FIG. 16 shows the result.
  • the amplitude of the red purple dye is stronger, and in the 650 nm of the red color system, the amplitude of cyan is stronger.
  • the energy output depends on the wavelength. Although it depends, the dye experiment for calculating the hemoglobin concentration and the oxygen saturation distribution value does not need to compensate the above value, and thus does not require any additional compensation.
  • wavelengths of 510 nm and 610 TM were used in an actual experiment.
  • 17 to 20 show the test results of hemoglobin concentration when using the wavelengths of 510 nm and 610 nm, which will be described in more detail with reference to the drawings.
  • each dye is mixed at a ratio of 1: 1, 1: 3, and 3: 1, and then gradually distilled in water to observe a change until the dye ratio becomes 100% to 10%.
  • Each point is a value obtained by averaging 100 samples.
  • the amplitude graph of each dye according to wavelength shows reddish purple at 510nm.
  • FIG. 21 shows the results of experiments of oxygen saturation measurement, in which the amplitude change of the photoacoustic signal is shown when the ratio of red purple dye and cyan dye is changed. The results of experiments with changing the amplitude of the photoacoustic signal by gradually increasing the dye ratio are shown.
  • the wavelengths of 510 nm and 610 nm were selected.
  • FIG. 22 shows a phantom in which two red wires are embedded in gelatin. At this time, the size of the red wire inside the gelatin is 0.5 ⁇ , the distance between the two lines is 1.8 ⁇ , the height is 13 ⁇ .
  • FIG. 23 is an optoacoustic image of the phantom illustrated in FIG. 22, and FIG. 24 is an enlarged image of the optoacoustic image illustrated in FIG. 23. As shown in the image, it can be seen that the measurement through the photoacoustic image is accurately represented in that the distance between the two points is measured to about 1.8 ms.
  • FIG. 25 illustrates an ultrasound image (a) obtained through the above experiment, and an image (b) mapping an optoacoustic image. More specifically, the ultrasound is performed by irradiating a laser to a fan team.
  • the photoacoustic image (b) can be obtained by acquiring the image (a) and mapping the image obtained through the real-time PAT using Labview. The distance between the two wires in the ultrasound image was about 1.82 ⁇ .
  • FIG. 26 is an enlarged image of the image illustrated in FIG. 25, and illustrates an image (b) in which an ultrasound image and a photoacoustic image are mapped.
  • the controller 150 when the photoacoustic imaging apparatus 100 according to the exemplary embodiment of the present invention is used, the controller 150 generates the photoacoustic image and oxygen saturation measured as described above. It can be displayed as one image.
  • the photoacoustic imaging apparatus 100 may be utilized for early diagnosis of degenerative joint disease using photoacoustic tomography.
  • the photoacoustic imaging apparatus 100 can accurately identify the location of the cancer during prostate cancer diagnosis and surgery, and can be applied to early diagnosis of skin cancer and breast cancer.
  • the photoacoustic imaging apparatus 100 is applicable to a functional diagnostic field capable of simultaneously confirming anatomical and physiological information, and provides an apparatus for providing real-time images of oxygen saturation and tissue inside of tissues. It is possible to use as.
  • the photoacoustic imaging apparatus 100 can obtain a sufficient image control for structural change of the biological tissue at the same time as measuring the oxygen saturation of the biological tissue, unlike the conventional method, according to the progression stage of the tissue disease Morphological diagnosis and progression of muscle disease and joint disease requiring detailed analysis may be possible.
  • the absorbance of the emitted laser is relatively higher than that of the normal tissue in hemoglobin-rich tissues or cancerous tissues. Compared to the organization, there is a characteristic that comes out large. Therefore, by applying these characteristics, an ultrasound echo image may be acquired for the same biological tissue, and then the optical acoustic image of the tissue may be embedded to provide anatomical information provided by the ultrasound image and the tissue provided by the photoacoustic image. By combining functional information, it is possible to provide more detailed information for diagnosis or surgery.
  • the photoacoustic imaging apparatus 100 since the photoacoustic imaging apparatus 100 utilizes non-ionized electromagnetic radiation, the photoacoustic imaging apparatus 100 is harmless to the human body and is sensitive to abnormal living tissue because it depends on the absorption of near-infrared rays, thereby enabling early diagnosis of cancer.
  • the optoacoustic imaging apparatus 100 may combine the ultrasonic imaging method with the optoacoustic imaging method to correct a diagnostic image according to ultrasonic nonuniformity.
  • the photoacoustic imaging device 100 is equally applicable to the diagnostic field applying the current ultrasonic diagnostic method, and when combined with existing ultrasonic equipment or optical diagnostic equipment such as OCT, It can be used as a diagnostic device of the type, and there is a technical advantage that it is efficient to accurately find the tissue structure surface of the boundary portion of the tumor.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing another example of an optoacoustic imaging apparatus 200 according to the present invention.
  • the photoacoustic imaging apparatus 200 includes a laser emitter 210 and a probe.
  • the laser emitter 210, the probe 220, the transducer 240, the controller 250, and the amplifier 260 may be included.
  • the laser emitter 210, the probe 220, the transducer 240, the controller 250, and the amplifier 260 may be formed similarly to that described with reference to FIG. 1. Therefore, the following description will be made in detail with reference to FIG. 1 different from the above for convenience of description.
  • the probe 220 may be formed in a cylindrical shape. At this time, the photoacoustic imaging device
  • the 200 is rotatably installed on the probe 220 includes a rotary drive unit 230 for varying the path of the photoacoustic signal incident on the laser and the transducer 240 emitted from the laser emitter 210 can do.
  • the rotation driving unit 230 may include a mirror unit 231 for varying the laser and the photoacoustic signal, and a driving unit 232 for rotating the mirror unit 231.
  • the photoacoustic imaging apparatus 200 may include a plastic membrane portion 270 formed on an outer circumferential surface of the probe 220 so that the laser and the photoacoustic signal pass.
  • the plastic membrane portion 270 may be formed of a transparent material or the like so that the laser and the photoacoustic signal can pass.
  • the photoacoustic imaging apparatus 200 measures the oxygen saturation of the biological tissue (C) and the image of the biological tissue (C) simultaneously by directly inserting and operating the organs of the body. can do.
  • the driving unit 232 may operate to rotate the mirror unit 231 by 360 ° with a time difference inside the biological tissue C.
  • the laser emitted through the laser emitter 210 is reflected by the mirror 231.
  • Through the plastic membrane portion 270 may enter the living tissue (C).
  • the incident laser beam is absorbed by the living tissue C to generate an optoacoustic signal (ultrasound) as described above, and the optoacoustic signal is incident on the probe 220 and then through the mirror unit 231. May be incident to the transducer 240.
  • the controller 250 may generate an optoacoustic image or an oxygen saturation image of the biological tissue C through the photoacoustic signal incident through the transducer 240. Therefore, since the photoacoustic imaging apparatus 200 utilizes non-ionized electromagnetic radiation, it is harmless to the human body and has a technical advantage of being sensitive to abnormal biological tissues to be used for early diagnosis of cancer because it depends on near-infrared absorption.
  • the present invention is an optoacoustic imaging apparatus capable of simultaneously monitoring the state of tissues by measuring oxygen saturation and tissue structure, which are physiological information of tissues, and capable of monitoring a patient's condition. Available to the appliance industry.

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Abstract

The present invention relates to a photo-acoustic imaging device using a near infrared laser, including: a probe; a laser-emitting unit installed on the probe and emitting a laser to the tissues of living bodies; a transducer installed on the probe and sensing ultrasonic waves that spontaneously arise through thermal elastic expansion from the tissues of the living bodies to which the lasers are emitted; and a control unit generating the photo-acoustic images and oxygen saturation distribution of the tissues of the living bodies through the ultrasonic waves sensed by the transducer and mapping the generated photo-acoustic images of the tissues of the living bodies to the generated oxygen saturation distribution.

Description

【명세서】  【Specification】
【발명의 명칭】  [Name of invention]
근적외선 레이저를 이용한 광음향 이미징 장치  Optoacoustic Imaging Device Using Near Infrared Laser
【기술분야】  Technical Field
<1> 본 발명은 광음향 이미징 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 근적외선 레이저를 이용한 광음향 이미징 장치에 관한 것이다.  The present invention relates to an optoacoustic imaging apparatus, and more particularly, to an optoacoustic imaging apparatus using a near infrared laser.
【배경기술】  Background Art
<2> 일반적으로 생체 조직은 다양한 원인에 의하여 병변이 진행될 수 있다. 이 때, 병변이 진행되는 경과에 따라 생체 조직의 구조변화나 조직내부의 산소포화도 가 변하게 된다. ' <2> In general, living tissues may progress to lesions for various reasons. At this time, as the lesion progresses, structural changes in the tissues and oxygen saturation in the tissues are changed. '
<3>  <3>
<4> 이때, 일반적으로 생체 조직의 상태를 확인하기 위하여 초음파 진단방법을 사용한다 . 구체적으로 초음파 진단방법은 초음파를 생체 조직에 조사함으로써 반사 되는 음파를 측정하여 생체 조직의 상태를 확인할 수 있도록 한다. 그러나 상기와 같은 초음파 진단방법은 초음파를 생체 조직에 조사하는 경우, 조직에서 초음파가 일정부분 흡수되어 반사파가 제대로 생성되지 못하는 경우가 발생하는 경우가 있 다. 따라서, 일반적인 초음파 진단방법을 활용하는 경우, 병변조직에서와 같이 혈 관조직이 발달한 생체 조직에 있어서는 상술한 바와 같은 문제로 인하여, 병변조직 의 정확한 형태를 찾기에는 해상도가 떨어져 정확한 측정이 불가능하다는 문제가 있다.  In this case, an ultrasound diagnostic method is generally used to check the state of living tissue. Specifically, the ultrasonic diagnostic method may determine the state of the living tissue by measuring the reflected sound waves by irradiating the ultrasonic tissue onto the living tissue. However, in the ultrasonic diagnostic method as described above, when ultrasonic waves are irradiated onto a living tissue, ultrasonic waves are partially absorbed from the tissue, and thus, reflected waves may not be properly generated. Therefore, in the case of using a general ultrasound diagnostic method, due to the above-described problems in the living tissues in which the vascular tissues are developed, as in the lesion tissues, the resolution is insufficient to find the exact shape of the lesion tissues. there is a problem.
<5>  <5>
<6> 한편, 상술한 바와 같은 초음파 진단방법과 같이 해상도가 떨어지는 영상을 극복하기 위하여 해상도가 높은 X선 진단장치를 활용하는 것이 가능하다. 그러나, On the other hand, it is possible to use a high-resolution X-ray diagnostic apparatus in order to overcome a low resolution image, such as the ultrasonic diagnostic method described above. But,
X선 진단장치와 경우, 생체 조직이 X선에 노출됨으로써 생체 조직의 일부 손상이나 변형이 발생될 수 있다는 문제가 있다. In the case of an X-ray diagnostic apparatus and the living tissue exposed to X-rays, there is a problem that some damage or deformation of the living tissue may occur.
<7>  <7>
<8> 따라서, 인체에 무해하면서도 정확하고 해상도 높은 생체 조직 영상을 획득 하는 것이 정확한 질병의 진단이나 신속한 질병치료를 위하여 무엇보다 필요하다고 할 수 있으며, 또한, 생체 조직에 발생하는 병변의 진행상태를 확인하기 위하여 산 소포화도를 생체 조직 영상과 함께 확인하는 것이 필요하다. 산소포화도는 조직 내 전체 헤모글로빈 농도 중에서 산화 헤모글로빈 농도의 백분율을 의미한다.  Therefore, it is necessary to obtain accurate and high resolution biotissue images that are harmless to the human body for the accurate diagnosis or rapid treatment of diseases. To confirm, it is necessary to confirm the degree of acid saturation along with the biological tissue image. Oxygen saturation refers to the percentage of oxidized hemoglobin concentration out of the total hemoglobin concentration in the tissue.
【발명의 상세한 설명】 【기술적 과제】 [Detailed Description of the Invention] [Technical problem]
<9> 본 발명의 실시예들은 조직의 생리적인 정보인 산소포화도와 조직 구조를 동 시에 측정 가능하여 조직의 상태를 기능적으로 모니터링할 수 있는 광음향 이미징 장치를 제공하고자 한다.  Embodiments of the present invention are to provide an optoacoustic imaging apparatus capable of functionally monitoring the state of a tissue by simultaneously measuring the oxygen saturation and the tissue structure, which is physiological information of the tissue.
<10>  <10>
<π> 또한 초음파 영상과 상호정합 (co-registration)을 통해 기능적인 정보 뿐만 아니라 해부학적 정보도 동시에 제공할 수 있도특 하기 위함이다.  <π> It is also intended to provide not only functional information but also anatomical information through co-registration with ultrasound images.
【기술적 해결방법】  Technical Solution
<12> 본 발명의 일 측면에 따른 근적외선 레이저를 이용한 광음향 이미지 장치는 프로브; 상기 프로브에 설치되며, 생체 조직에 조사되는 레이저를 방출하는 레이저 방출부; 상기 프로브에 설치되며, 상기 레이저가 조사된 생체 조직에서 열탄성팽창 에 의해 순간적으로 발생하는 초음파를 감지하는 트랜스듀서 ; 및 상기 트랜스듀서 에서 감지된 초음파를 통해 상기 생체 조직의 광음향 이미지 및 산소포화도 분포를 생성하고, 생성된 상기 생체 조직의 광음향 이미지와 산소포화도 분포를 매핑하는 제어부;를 포함하여 구성될 수 있다.  According to an aspect of the present invention, an optoacoustic imaging apparatus using a near infrared laser includes a probe; A laser emitter installed in the probe and emitting a laser beam irradiated onto living tissue; A transducer installed at the probe and configured to sense ultrasonic waves generated by thermoelastic expansion in the tissue irradiated with the laser; And a controller configured to generate a photoacoustic image and an oxygen saturation distribution of the biological tissue through the ultrasonic waves sensed by the transducer, and to map the generated photoacoustic image and the oxygen saturation distribution of the biological tissue. .
<13>  <13>
<14> 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 레이저를 이용한 광음향 이미지 장치 의 상기 레이저방출부는 Nd:Yag 레이저를 사용할 수 있다.  The laser emitter of the optoacoustic imaging apparatus using a near infrared laser according to an embodiment of the present invention may use a Nd: Yag laser.
<15>  <15>
<16> 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 레이저를 이용한 광음향 이미지 장치 의 상기 트랜스듀서는 상기 생체 조직을 회전하면서 역투사 방법 (Back projection method)으로 단층영상을 획득할 수 있다.  The transducer of the optoacoustic imaging apparatus using a near infrared laser according to an embodiment of the present invention may acquire a tomography image by a back projection method while rotating the living tissue.
<17>  <17>
<18> 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 레이저를 이용한 광음향 이미지 장치 는 상기 프로브에 회전 가능하도록 설치되어 상기 레이저방출부에서 방출되는 상기 레이저와, 상기 트랜스듀서로 입사되는 상기 초음파의 경로를 가변시키는 회전구동 부를 더 포함할 수 있다.  An optoacoustic imaging apparatus using a near infrared laser according to an embodiment of the present invention is rotatably installed on the probe to detect a path of the laser emitted from the laser emitter and the ultrasonic wave incident on the transducer. It may further include a variable rotation drive unit.
<19>  <19>
<20> 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 레이저를 이용한 광음향 이미지 장치 의 상기 회전구동부는, 상기 레이저와 상기 초음파의 경로를 가변시키는 미러부와, 상기 미러부를 회전시키는 구동부를 포함하여 구성될 수 있다 . <22> 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 레이저를 이용한 광음향 이미지 장치 의 상기 프로브는 원기등 형태로 형성되며, 상기 레이저의 경로 상에 배치되어 상 기 레이저가 통과하도록 상기 프로브의 외주면을 따라 형성되는 플라스틱 멤브레인 부가 설치될 수 있다. The rotation driving unit of the optoacoustic imaging apparatus using a near infrared laser according to an embodiment of the present invention may include a mirror unit for changing a path of the laser and the ultrasonic wave, and a driver unit for rotating the mirror unit. Can be. The probe of the optoacoustic imaging apparatus using a near infrared laser according to an embodiment of the present invention is formed in the shape of a cylinder lamp, and is disposed on a path of the laser along the outer circumferential surface of the probe to allow the laser to pass therethrough. The plastic membrane portion to be formed may be installed.
<23>  <23>
<24> 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 레이저를 이용한 광음향 이미지 장치 는 상기 트랜스듀서와 상기 제어부 사이에 설치되어 상기 트랜스듀서에서 감지되는 초음파를 증폭시키는 증폭기를 더 포함할 수 있다.  The optoacoustic imaging apparatus using a near infrared laser according to an embodiment of the present invention may further include an amplifier installed between the transducer and the controller to amplify the ultrasonic wave detected by the transducer.
<25>  <25>
<26> 본 발명의 일 실시예에 따른 광음향 이미지 획득 방법은 생체 조직에 레이저 를 조사하는 레이저조사단계 ; 상기 레이저가 조사된 생체 조직에서 열탄성팽창에 의해 순간적으로 발생하는 초음파를 트랜스듀서를 통해 감지하는 초음파감지단계; 상기 트랜스듀서에서 감지된 초음파흘 통해 상기 생체 조직의 초음파영상을 얻는 초음파영상획득단계; 상기 트랜스듀서에서 감지된 초음파를 수신하여 영상화하는 것에 의해 생체 조직의 광음향 영상을 얻는 광음향영상획득단계; 및 상기 초음파 영상과 광음향 영상을 매핑하여 생체 조직의 기능적인 정보 뿐만 아니라 해부학적 정보를 얻을 수 있는 매핑단계;를 포함하여 얻을 수 있다.  The photoacoustic image acquisition method according to an embodiment of the present invention includes a laser irradiation step of irradiating a laser onto a living tissue; An ultrasonic sensing step of sensing ultrasonic waves generated by thermoelastic expansion in the tissue irradiated by the laser through a transducer; An ultrasound image acquisition step of obtaining an ultrasound image of the living tissue through the ultrasound stream detected by the transducer; An optoacoustic image acquisition step of obtaining an optoacoustic image of the biological tissue by receiving and imaging the ultrasonic wave sensed by the transducer; And a mapping step of mapping the ultrasound image and the photoacoustic image to obtain anatomical information as well as functional information of a living tissue.
【유리한 효과】  Advantageous Effects
<27> 본 발명의 실시예들에 따른 근적외선 레이저를 이용한 광음향 이미징 장치는 기존의 방법과 달리 생체 조직의 산소포화도 측정과 동시에 생체 조직의 구조변화 에 대한 충분한 영상대조를 얻을 수 있기 때문에, 조직 질환의 진행단계에 따라 미 세한 분석이 요구되는 근육질환과 관절질환에 대한 형태학적인 진단과 진행정도에 대한 기능적인 진단도 가능할 수 있다.  The photoacoustic imaging apparatus using the near infrared laser according to the embodiments of the present invention, unlike the conventional method, can obtain sufficient image contrast for structural change of the biological tissue at the same time as measuring oxygen saturation of the biological tissue. Depending on the stage of the disease, a morphological diagnosis of muscle disease and joint disease, which requires detailed analysis, may be possible.
<28>  <28>
<29> 즉, 광음향 신호는 레이저를 조사한 후 흡수된 빛 에너지에 의해 유발 된 열팽창 (therma expansion) 현상으로 인해 생성된 초음파를 수신하여 영상화 하 는 것으로, 이를 이용하여 혈액의 산화 /환원헤모그로빈 농도를 영상화할 수 있어 조기 암 진단에 유용하게 사용될 수도 있다.  In other words, the photoacoustic signal is imaged by receiving ultrasonic waves generated by thermal expansion caused by absorbed light energy after irradiating the laser, and using this to oxidize / reduce hemoglobin in the blood. It can also be useful for early cancer diagnosis.
<3 >  <3>
<31> 또한 다양한 종양과 암조직에서 광음향 영상의 대조도가 높게 나타나기 때문 에 이러한 특성을 이용하게 되면, 초음파 영상과 매큉을 통해 기능적인 정보뿐 아 니라 해부학적 정보도 동시에 제공할 수 있게 된다. <32> In addition, because of the high contrast of photoacoustic images in various tumors and cancer tissues, the use of these characteristics can provide both anatomical and anatomical information at the same time. . <32>
<33> 또한, 광음향 이미징 장치는 비이온화 전자기 복사를 활용하므로 인체에 무 해하며, 근적외선 흡수에 의존하기 때문에 비정상적인 생체 조직에 민감하여 암의 조기진단 활용할 수 있다.  In addition, since the photoacoustic imaging device utilizes non-ionized electromagnetic radiation, it is harmless to the human body, and because it relies on near-infrared absorption, it is sensitive to abnormal biological tissues and thus can be used for early diagnosis of cancer.
<34>  <34>
<35> 또한, 광음향 이미징 장치는 초음파 이미징 방법을 광음향 이미징 방법과 결 합하여 초음파 불균일성에 따른 진단 영상의 보정이 가능하다. 또한, 광음향 이미 징 장치는 현재의 초음파 진단방법을 적용하는 진단 분야에 동일하게 적용 가능하 며, 기존의 초음파 장비나, OCT 등 광학진단 장비와 결합하면, 보다 효율적인 형태 의 진단장치로 활용할 수 있고, 종양의 경계 부분의 조직 구조 (tissue structure) 표면을 정확히 찾는데 효율적이라는 기술적 장점이 있다.  In addition, the photoacoustic imaging apparatus may combine the ultrasonic imaging method with the photoacoustic imaging method and may correct the diagnostic image according to the ultrasonic nonuniformity. In addition, the photoacoustic imaging device is equally applicable to the diagnostic field applying the current ultrasonic diagnostic method, and when combined with existing ultrasonic equipment or optical diagnostic equipment such as OCT, it can be utilized as a more efficient type of diagnostic apparatus. In addition, there is a technical advantage that it is efficient to accurately find the tissue structure surface of the border portion of the tumor.
【도면의 간단한 설명】  [Brief Description of Drawings]
<36> 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광음향 이미징 장치를 보여주는 개념도 이다.  1 is a conceptual diagram illustrating an optoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
<37> 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광음향 이미징 장치를 보여주는 개념 도이다.  2 is a conceptual diagram illustrating an optoacoustic imaging apparatus according to another embodiment of the present invention.
<38> 도 3은 파장변화에 따른 산화 헤모글로빈 흡수 스펙트럼 변화를 도시한다. FIG. 3 shows the change in oxidized hemoglobin absorption spectrum with wavelength change.
<39> 도 4 내지 도 5는 광흡수 물질의 유무에 따라 변화하는 광음향신호를 도시한 다. 4 to 5 illustrate photoacoustic signals that change depending on the presence or absence of a light absorbing material.
<4 > 도 6 내지 도 8는 광흡수 물질의 크기와 간격의 정확성 비교를 위한 팬텀실 험을 도시한다.  6 to 8 show phantom experiments for comparing the accuracy of the size and spacing of the light absorbing material.
<41> 도 9은 혈과 팬팀 실험을 위한 장치구성을 도시한다.  9 shows the device configuration for the blood and fan team experiment.
<42> 도 10 내지 도 14는 도 9에 따른 실험을 통하여 얻은 시간경과에 따른 광음 향 영상변화를 도시한다.  10 to 14 illustrate photoacoustic image changes over time obtained through the experiment according to FIG. 9.
<43> 도 15 내지 도 16는 염료를 이용한 팬텀모형의 크기와 배치 및 실험결과를 도시한다. 15 to 16 show the size and arrangement of the phantom model using dyes and the experimental results.
<44> 도 17 내지 도 20는 도 15 및 도 16에 따른 실험결과에 기초하여 얻은 파장 을 기본으로 헤모글로빈 농도의 실험결과를 도시한다.  17 to 20 show experimental results of hemoglobin concentration based on wavelengths obtained based on experimental results according to FIGS. 15 and 16.
<45> 도 21은 붉은 자주 염료와 청록색 염료의 비율을 변화하는 경우의 광음향신 호의 진폭변화를 도시한다.  FIG. 21 shows the amplitude change of the photoacoustic signal when the ratio of red purple dye and cyan dye is changed.
<46> 도 22은 두 개의 빨간 도선을 젤라틴에 넣은 팬팀을 도시한다.  FIG. 22 shows a fan team with two red leads embedded in gelatin.
<47> 도 23는 도 22에 도시되어 있는 팬텀에 대한 광음향 영상을 도시한다. <48> 도 24은 도 23에 도시되어 있는 팬팀을 확대한 광음향 영상을 도시한다.FIG. 23 illustrates an optoacoustic image of the phantom illustrated in FIG. 22. FIG. 24 illustrates an optoacoustic image in which the fan team shown in FIG. 23 is enlarged.
<49> 도 25는 초음파 영상 (a)과 광음향 영상을 매핑한 영상 (b)을 도시한다. FIG. 25 illustrates an image (b) in which an ultrasound image (a) and a photoacoustic image are mapped.
<50> 도 26는 도 25에 도시되어 있는 영상을 확대한 초음파 영상 (a)과 광음향 영 상을 매핑한 영상 (b)을 도시한다.  FIG. 26 illustrates an ultrasound image (a) in which the image shown in FIG. 25 is magnified and an image (b) in which an optoacoustic image is mapped.
<51>  <51>
【발명의 실시를 위한 형태】  [Form for implementation of invention]
<52> 이하에서는 본 발명에 따른 광음향 이미지 장치의 구체적인 실시예를 도면을 참고하여 구체적으로 설명하도록 한다.  Hereinafter, a specific embodiment of the optoacoustic image device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<53>  <53>
<54> 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 광음향 이미지 장치는 초음파 영상의 높 은 해상도와 광음향신호의 높은 대조비를 결합하는 광음향 영상기법으로, 이를 통 해 생체 조직의 생리적 변화인 산소포화도와 구조변화를 동시에 측정할 수 있도록 한 기술을 특징으로 하며, 이를 통해 진단정확도를 높일 수 있도록 한 것을 목적으 로 한다.  On the other hand, the optoacoustic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention is an optoacoustic imaging technique that combines a high resolution of an ultrasound image and a high contrast ratio of an optoacoustic signal. It is characterized by a technique that can measure saturation and structural change at the same time, and aims to increase diagnostic accuracy through this.
<55>  <55>
<56> 한편, 본 발명에 사용되는 광음향 이미지 (photoacoustic imaging)는 하이브 리드 생체학 이미지 양상 (hybrid biomedical imaging modality)으로 광음향 효과 (photoacoustic effect)를 기반으로 발전되어 왔다. 광음향 이미지에서, 비 이온화 레이저 필스는 생체 조직에 전달될 수 있다 (RF pulse가 사용되며, 열음향 이미지로 불리기도 함). 전달되는 에너지의 일부는 생체조직에 흡수되어 열로 변환되며 순 간적으로 열탄성 팽창을 이끌게 되며, 이로 인해 광대역 (예, 腿 z)의 초음파 방출이 일어나게 된다. 이렇게 발생되는 초음파 파동은 이미지를 형성하기 위해 초음파 트 랜스듀서에 의해 검출될 수 있다.  On the other hand, photoacoustic imaging used in the present invention has been developed based on the photoacoustic effect as a hybrid biomedical imaging modality. In optoacoustic images, non-ionized laser fields can be delivered to living tissue (RF pulses are used, also called thermoacoustic images). Some of the energy transferred is absorbed by living tissue and converted to heat, which in turn leads to thermoelastic expansion, which results in the emission of broadband (eg, z) ultrasonic waves. The ultrasonic wave generated in this way can be detected by the ultrasonic transducer to form an image.
<57>  <57>
<58> 한편, 광흡수 (optical absorption)는 헤모글로빈 집중과 산소포화도와 같은 생리학적인 특성과 밀접하게 관련되어 있다. 그 결과, 초음파 방출 (광음향신호)의 규모는 국부적인 에너지 적층에 비례하고, 생리학적으로 특징적인 광흡수 대조를 드러낼 수 있다.  On the other hand, optical absorption is closely related to physiological properties such as hemoglobin concentration and oxygen saturation. As a result, the magnitude of the ultrasonic emission (photoacoustic signal) is proportional to the local energy stack and can reveal physiologically characteristic light absorption contrast.
<59>  <59>
<60> 생체 조직에서의 광흡수는 헤모글로빈 또는 멜라닌과 같은 내생 분자  Light absorption in biological tissues is endogenous, such as hemoglobin or melanin.
(endogenous molecules)에 기인할 수 있으며, 또는 외적으로 전달되는 콘트라스트 촉진제 (contrast agents)에 기인할 수 있다. 피는 일반적으로 주변 조직보다 규모 면에서 큰 흡수를 가지므로, 혈관을 보기 위한 광음향 이미지용으로 충분한 내적 대조가 될 수 있다. 따라서, 광음향 이미지는 체내에서 진행되는 (in vivo) 종양 혈 관형성을 모니터링 할 수 있으며, 또한 블러드 옥시제네이션 매핑 (blood oxygenation map ing) , 기능적 브레인 이미지 (funct ional brain imaging) 등에 적 용될 수 있다. (endogenous molecules) or may be due to contrast agents delivered externally. Blood is usually larger than the surrounding tissue Because of its large absorption in terms of surface, there can be sufficient internal contrast for optoacoustic images for viewing blood vessels. Thus, photoacoustic images can be used to monitor tumor angiogenesis in vivo, and can also be applied to blood oxygenation map ing and funcional brain imaging. have.
<61>  <61>
<62> 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광음향 이미징 장치 (100)를 보여주는 개 념도이다.  1 is a conceptual diagram illustrating an optoacoustic imaging apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
<63> 도 1을 참고하면, 광음향 이미징 장치 (100)는 생체 조직 (C)에 접촉하는 프로 브 (120)를 포함할 수 있다. 이때, 프로브 (120)는 외관을 형성하여 생체 조직 (C)과 접촉할 수 있다.  Referring to FIG. 1, the photoacoustic imaging apparatus 100 may include a probe 120 contacting a living tissue (C). In this case, the probe 120 may form an appearance to contact the living tissue (C).
<64>  <64>
<65> 광음향 이미징 장치 (100)는 프로브 (120)의 내부에 설치되어 외부로 특정 파 장의 레이저를 방출하는 레이저방출부 (110)를 포함할 수 있다. 이때, 레이저방출부 (110)에서 생성되는 상기 레이저는 광섬유 (111)를 통하여 프로브 (120)의 내부로부 터 외부로 방출될 수 있다.  The optoacoustic imaging apparatus 100 may include a laser emitter 110 installed inside the probe 120 to emit a laser having a specific wavelength to the outside. In this case, the laser generated by the laser emitter 110 may be emitted from the inside of the probe 120 through the optical fiber 111 to the outside.
<66>  <66>
<67> 레이저방출부 (110)는 서로 다른 파장의 레이저를 방출할 수 있다. 또한, 레 이저방출부 (11ᄋ)는 Nd: Yag(neodym i um-doped yttrium aluminium garnet ) 레이저방줄 부 (110)로 형성될 수 있으나, 필요에 따라 다양한 종류의 레이저를 적용하는 것이 가능하다.  The laser emitter 110 may emit lasers having different wavelengths. In addition, the laser emission unit 11 O may be formed of a Nd: Yag (neodymium doped yttrium aluminum garnet) laser barrier unit 110, but various kinds of lasers may be applied as necessary.
<68>  <68>
<69> 상기 레이저방출부 (110)는 광섬유 등으로 연결되어 상기 레이저를 생체 조직  The laser emitter 110 is connected to an optical fiber or the like to convert the laser into a biological tissue.
(C)에 조사할 수 있다. 이때, 레이저방출부 (110)에서 조사되는 상기 레이저는 프로 브 (120)를 통하여 외부로 방출될 수 있다.  We can investigate in (C). In this case, the laser irradiated from the laser emitter 110 may be emitted to the outside through the probe 120.
<70>  <70>
<7i> 광음향 이미징 장치 (loo)는 생체 조직 (C)에 상기 레이저방출부 (no)를 통해 근적외선 레이저를 조사하게 되는 경우, 상기 레이저의 짧은 전자기 필스를 흡수하 는 상기 생체 조직 (c)은 열팽창을 일으키며 광대역의 초음파를 방출하게 되는 바, 이때 방출되는 상기 초음파 (이하, 광음향신호로 서술)를 감지할 수 있도록 트랜스 듀서 (140)를 포함할 수 있다. 상기 트랜스듀서 (140)는 프로브 (120)의 내부에 설치 하는 것이 가능하다. 또한, 상기 트랜스듀서 (140)는 레이저방출부 (110)에서 방출되 는 서로 다른 파장의 레이저에 의하여 발생하는 광음향신호를 감지할 수 있다.When the photoacoustic imaging apparatus loo irradiates a near-infrared laser to the biological tissue C through the laser emitter no, the biological tissue absorbing a short electromagnetic field of the laser is provided. The thermal expansion causes a wide range of ultrasonic waves, and may include a transducer 140 to sense the ultrasonic waves (hereinafter, referred to as photoacoustic signals) emitted. The transducer 140 may be installed inside the probe 120. In addition, the transducer 140 is emitted from the laser emitter 110 Can detect the photoacoustic signal generated by the laser of different wavelengths.
<72> <72>
<73> 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서 (140)는 생체 조직 (C)을 역투 사 방법 (back projection method)으로 단층영상을 획득할 수 있다.  On the other hand, the transducer 140 according to an embodiment of the present invention can obtain a tomography image of the living tissue (C) by a back projection method.
<74>  <74>
<75> 한편, 광음향 이미징 장치 (100)는 생체 조직 (C)의 광음향 이미지와 생체 조 직 (C)의 산소포화도 분포를 생성하는 제어부 (150)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 광음향 이미지는 트랜스듀서 (140)에서 측정되는 광음향신호를 근거로 생성될 수 있 으며, 또한, 상기 산소포화도 분포도 상기 광음향신호를 근거로 생성할 수 있다. On the other hand, the photoacoustic imaging apparatus 100 may include a controller 150 for generating a photoacoustic image of the biological tissue (C) and the oxygen saturation distribution of the biological tissue (C). In this case, the photoacoustic image may be generated based on the photoacoustic signal measured by the transducer 140, and the oxygen saturation distribution may be generated based on the photoacoustic signal.
<76> <76>
<77> 제어부 (150)는 상기 광음향신호에 의해 생성되는 생체 조직 (C)에 대한 조직 이미지에 상기 산소포화도 분포를 매핑 (mapping)하여 디스플레이할 수 있고, 또 한, 레이저방출부 (110)를 제어할 수 있다. 구체적으로 제어부 (150)는 레이저방출부 (110)에서 방출되는 레이저의 주파수 또는 세기 등을 제어할 수 있다.  The controller 150 may map and display the oxygen saturation distribution on the tissue image of the biological tissue C generated by the photoacoustic signal, and also display the laser emitter 110. Can be controlled. In detail, the controller 150 may control the frequency or intensity of the laser emitted from the laser emitter 110.
<78>  <78>
<79> 광음향 이미징 장치 (100)는 트랜스듀서 (140)와 제어부 (150) 사이에 설치되어 트랜스듀서 (140)에서 측정되는 광음향신호를 증폭시키는 증폭기 (160)를 포함할 수 있다. 이때, 트랜스듀서 (140), 증폭기 (160) 및 제어부 (150)는 케이블 (미표기) 등으 로 연결되어 신호 등이 전송될 수 있다. 한편, 이하에서는 광음향 이미징 장치 (100)의 작동에 대해서 상세히 설명하기로 한다.  The optoacoustic imaging apparatus 100 may include an amplifier 160 installed between the transducer 140 and the controller 150 to amplify the optoacoustic signal measured by the transducer 140. In this case, the transducer 140, the amplifier 160, and the controller 150 may be connected by a cable (not shown) to transmit a signal. On the other hand, the operation of the optoacoustic imaging apparatus 100 will be described in detail below.
<80>  <80>
<81> 1. 제 1 단계;  1. first step;
<82> 광음향 이미징 장치 (100)를 작동시키기 위해 생체 조직 (C)을 위치시킬 수 있 다. 이때, 생체 조직 (C)은 별도의 지지부재 (미표기)에 놓여지거나 광음향신호 (초음 파)가 전파 가능한 매질 (W) 내에 배치될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하 여 생체 조직 (C)이 매질 (W) 내에 배치되는 경우를 증심으로 설명하기로 한다.  The living tissue (C) can be positioned to operate the optoacoustic imaging device (100). In this case, the biological tissue C may be placed on a separate support member (not shown) or disposed in the medium W through which the photoacoustic signal (ultrasound) can propagate. Hereinafter, for convenience of description, the case where the living tissue (C) is disposed in the medium (W) will be described in earnest.
<8 >  <8>
<84> 매질 (W)은 물과 같이 광음향신호의 감쇠를 최소화할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 이때, 트랜스듀서 (140)와 프로브 (120)가 일체로 형성되는 경우, 프로브 (120)를 생체 조직 (C)에 직접 접촉하여 광음향신호에 의한 영상을 얻을 수 있으므 로 별도의 매질 0V)을 사용하지 않을 수 있다. <86> 상기와 같이 생체 조직 (C)을 위치시칸 후 레이저방출부 (110)를 통하여 특정 파장의 레이저를 생체 조직 (C)에 조사할 수 있다. 이때, 레이저방출부 (110)에서 생 성되는 상기 레이저는 프로브 (120)를 통하여 생체 조직 (C)에 조사될 수 있다. 특히 상기 레이저는 레이저방출부 (110)에서 방출되어 광섬유 등을 통하여 프로브 (120)로 전송될 수 있다. 프로브 (120)는 상기 레이저를 취합하여 외부로 방출시킬 수 있다.The medium W may include a material capable of minimizing attenuation of the photoacoustic signal, such as water. In this case, when the transducer 140 and the probe 120 are integrally formed, the probe 120 may directly contact the living tissue C to obtain an image by the photoacoustic signal. May not be used. As described above, after positioning the living tissue (C), a laser having a specific wavelength may be irradiated onto the living tissue (C) through the laser emitting unit 110. In this case, the laser generated by the laser emitter 110 may be irradiated to the biological tissue C through the probe 120. In particular, the laser may be emitted from the laser emitter 110 and transmitted to the probe 120 through an optical fiber. The probe 120 may collect the laser and emit the laser to the outside.
<87> <87>
<88> 상기와 같이 레이저가 생체 조직 (C)에 조사되면, 위에서 설명한 바와 같이 생체 조직 (C)에서는 열팽창에 의하여 순간적으로 초음파가 발생하게 된다. 보다 구 체적으로, 상기 레이저가 생체 조직 (C)에 입사되면 열에너지를 주위 조직으로 발산 하게 되며, 이때, 상기 주변 조직은 열탄성 (thermoe last ic) 팽창에 의해 순간적으 로 초음파가 발생할 수 있다. 이 경우, 생체 조직 (C)의 특성에 따라 열 이완 시간 (thermal relaxation time)이 달라서 서로 다른 지연을 가지고 도달하게 되는데, 이를 트랜스듀서 (140)를 이용하여 생체 조직 (C) 주위를 하기의 제 2 단계와 같은 역투사 방법으로 단층영상을 얻을 수 있다.  When the laser is irradiated to the living tissue (C) as described above, the ultrasonic tissue is instantaneously generated by the thermal expansion in the living tissue (C) as described above. More specifically, when the laser is incident on the biological tissue (C), the heat energy is emitted to the surrounding tissues, and at this time, the surrounding tissues may generate an ultrasonic wave instantaneously by thermal expansion (thermoe last ic). In this case, the thermal relaxation time is different according to the characteristics of the biological tissue (C), so that the delay is reached with different delays. A tomographic image can be obtained by the same reverse projection method as in step 2.
<89>  <89>
<90> 한편, 상기와 같은 경우 이외에도 프로브 (120)가 원기등 형태로 형성되는 경 우, 환자의 입 등을 통하여 장기 내부로 프로브 (120)를 진입시킬 수 있다. 이때, 구동부 (232)의 구동에 따라 미러부 (231)가 회전하면서 상기와 같은 방법으로 단층 영상을 얻을 수 있다 (도 2 참고). <90> the other hand, in the case such as the addition can enter the probe 120 to the internal organs through the case, the patient's mouth such that the probe 120 is formed in a form such as prototype. In this case, the tomography image may be obtained in the same manner as the mirror unit 231 rotates as the driving unit 232 is driven (see FIG. 2).
<91>  <91>
<92> 특히 조사된 상기 레이저에 의해 생체 조직 (C)에서 발생하는 초음파는 광음 향신호로 상기와 같은 방법으로 트랜스듀서 (140)에서 감지될 수 있다. 트랜스듀서 (140)는 상기 광음향신호를 스캔 가능한 비촛점형 또는 촛점형 트랜스듀서로 형성 할 수 있다. 한편, 생체 조직 (C)에서 발생되는 광음향신호는 트랜스듀서 (140)를 통 하여 증폭기 (160)로 전송될 수 있다. 증폭기 (160)는 상기 광음향신호를 증폭하여 제어부 (150)로 전송시킬 수 있다.  In particular, the ultrasonic waves generated in the biological tissue C by the irradiated laser may be detected by the transducer 140 in the same manner as the photoacoustic signal. Transducer 140 may be formed as a non-focused or focused transducer that can scan the optoacoustic signal. On the other hand, the photoacoustic signal generated in the living tissue (C) may be transmitted to the amplifier 160 through the transducer 140. The amplifier 160 may amplify the photoacoustic signal and transmit the amplified photoacoustic signal to the controller 150.
<93>  <93>
< 4> 2. 제 2 단계;  2. The second step;
<95> 제어부 (150)는 상기 광음향신호를 근거로 광음향 이미징을 통하여 생체 조직  The controller 150 performs biological tissue through photoacoustic imaging based on the photoacoustic signal.
(C)의 광음향 이미지를 생성할 수 있다. 구체적으로 제어부 (150)는 LabVIEW 프로그 램으로 광음향신호를 획득하고, 알고리즘이 구현되어 작동될 수 있다. 이때 , 상기 알고리즘은 레이저방출부 (110)의 광원, 파장가변 ORKoptical parametric osci l lator) , 레이저방출부 (110)로부터 생체 조직 (C)에 조사하는 방법 과, 트랜스듀서 (140)에서 측정되는 광음향신호를 제어부 (150)에 전송 및 구동부의 제어 등을 동기화시키도록 프로그래밍될 수 있다. 특히 , 구동부가 스템모터 (미도시 )를 포함하는 경우, 상기 프로그래밍된 알고 리즘은 상기 스텝모터의 이동속도, 스텝당 회전각도, 및 총 이동 각도를 설정할 수 있고, 각 스템마다 광음향신호를 측정하면서 자동으로 설정된 목표까지 회전시키도 록 설정될 수 있다. 또한, 상기 측정된 광음향신호는 제어부 (150)로 전송되고 , 제어부 (150)는 목 표 각도에 도달하는 순간 누적된 광음향신호를 강도변화 그래프와 영상으로 나타낼 수 있다. 제어부 (150)는 상기 광음향신호를 다시 영상으로 복원하는 알고리즘을 적용 하여 다양한 각도에서 생체 조직 (C)의 횡단면 이미지로 재구성할 수 있다. 특히 영 상으로 재구성하기 위한 광음향신호는 [수학식 1]로 정의될 수 있다. The photoacoustic image of (C) can be generated. In more detail, the controller 150 obtains the photoacoustic signal through a LabVIEW program, and an algorithm may be implemented and operated. In this case, the algorithm is a light source of the laser emitter 110, a wavelength variable ORKoptical parametric oscillator, a method of irradiating the living tissue (C) from the laser emitter 110, and the light measured by the transducer 140 The sound signal may be programmed to synchronize the transmission of the sound signal to the controller 150 and the control of the driver. In particular, when the drive includes a stem motor (not shown), the programmed algorithm can set the movement speed, rotation angle per step, and total movement angle of the step motor, and measure the photoacoustic signal for each stem. It can be set to rotate automatically to the set target. In addition, the measured photoacoustic signal is transmitted to the controller 150, and the controller 150 may display the accumulated photoacoustic signal in intensity intensity graph and image as soon as the target angle is reached. The controller 150 may reconstruct the cross-sectional image of the biological tissue C from various angles by applying an algorithm for reconstructing the photoacoustic signal back to an image. In particular, the optoacoustic signal for reconstructing the image may be defined by Equation 1.
【수학식 1】
Figure imgf000010_0001
t = [r- r0} /vx
[Equation 1]
Figure imgf000010_0001
t = [r- r 0 } / v x
이때, P0는 초기 광음향 신호, τ· 은 구하려는 이미지 포인트의 좌표백터, r 트랜스듀서 (140)의 측정좌표, 는 초음파의 속력, P^o ^ 는 측정한 광음향 신호, 。 는 전체 표면 에서 구하려는 포인트인 r 방향으로의 S0lid angle이고 di?0 는 [수학식 2]로 표현될 수 있다. Where P 0 is the initial photoacoustic signal, τ · is the coordinate vector of the image point to be obtained, r is the measured coordinate of the transducer 140, is the velocity of the ultrasonic wave, P ^ o ^ is the measured photoacoustic signal,。 is the entire surface and guharyeoneun point-in r S0 lid angle in the direction in di? 0 can be represented by equation (2).
정 정 용지 (규칙 제 91조) ISA/KR
Figure imgf000011_0001
여기서 ^? ^/^ ^는 푸리에 역변환으로 얻을 수 있다. 또한, n° 는 레 이저 소스에서 생체 초직飞 C) 표면에 범을 쏠 때 수직정면의 단위백터를 나타낸다. 구체적으로 [수학식 3]을 통하여 얻을 수 있다.
Correction Paper (Rule 91) ISA / KR
Figure imgf000011_0001
Where ^? ^ / ^ ^ can be obtained by Fourier inverse transform. In addition, n ° represents the unit vector of the vertical front when the bum on the surface of the living body C) in the laser source. Specifically, it can be obtained through [Equation 3].
【수학식 3] [Equation 3]
Figure imgf000011_0002
상기의 과정을 거쳐 360 ° 회전 방향에 따라 투산되어 모든 단면상을 합산하 여 원래의 형 태로 만들어 낼 수 있다. 이때 , 필터 (fi lter)를 사용하여 보정하는 것 과 같이 전산과정에 보정과정을 통해 원래의 형태에 가깝게 영상을 표출해 낼 수 있다. 、
Figure imgf000011_0002
Through the above process, it can be thrown along the 360 ° rotational direction to add all the cross-sectional images to form the original shape. At this time, the image may be displayed close to the original form through the correction process in the computation process, such as correction using a filter. 、
3. 제 3 단계 ; 3. third step;
상기와 같이 생체 조직 (C)에 레이저를 조사한 후 제어부 (150)는 서로 다론 파장의 레이저를 생체 조직 (C)에 조사시키도록 레이저방출부 (110)를 제어할 수 있 다. 이때 , 레이저방출부 (110)는 트리거 (trigger) 신호 등을 제어부 (150)에 피드백 하여 서로 다른 파장의 레이저를 외부로 방출할 수 있다. 구체적으로 상기와 같이 생체 조직 (C)이 배치되면 , 제어부 (150)를 작동하여 레이저방출부 (110)를 제어할 수 있다. 이때, 레이저방출부 (110)에서 특정 파장의 상기 레이저를 발생시킬 수 있다. 상기 레이저는 기본적으로 535nm와 1035nm 파장 을 기본사양으로 하며 , 필스폭은 6ns 이하, 10Hz의 반복률 (repetit ion rate)로 출 력될 수 있다. 또¾, 상기 레이저는 에너지 밀도가 10nJ/cm2 이하로 설정될 수 있다. 이때, After the irradiation of the laser on the living tissue (C) as described above, the control unit 150 may control the laser emitting unit 110 to irradiate the laser of the biological wavelengths to the living tissue (C). In this case, the laser emitter 110 may emit a laser having a different wavelength to the outside by feeding back a trigger signal or the like to the controller 150. Specifically, when the biological tissue (C) is disposed as described above, the laser emitter 110 may be controlled by operating the controller 150. At this time, the laser emission unit 110 may generate the laser of a specific wavelength. The laser is basically a wavelength specification of 535nm and 1035nm, the fill width can be output at a repetition rate (repetit ion rate) of less than 6ns, 10Hz. In addition, the laser may have an energy density of 10 nJ / cm 2 or less. At this time,
정 정 용지 (규칙 제 91조) ISA/KR 상기 레이저 에너지 밀도는 ANSI 안전기준 허용치인 22mJ/cm2 이하로 설정될 수 있 다. Correction Paper (Rule 91) ISA / KR The laser energy density may be set to 22mJ / cm 2 or less ANSI ANSI standards.
<124>  <124>
<125> 특히 , 레이저방출부 (110)에서 발생되는 상기 레이저의 출력파장 가변을 위하 여 가변파장 ORXoptical parametric osci l lator)를 구성하여 상기 레이저의 파장 을 필요에 따라 가변시킬 수 있다.  In particular, a variable wavelength ORXoptical parametric oscillator may be configured to change the output wavelength of the laser generated by the laser emitter 110 so that the wavelength of the laser may be varied as necessary.
<126>  <126>
<12 > 한편 , 상기와 같이 방출된 레이저는 생체 조직 (C)에 조사되어 생체 조직 (C) 에서 일부가 흡수될 수 있다. 이때, 생체 조직 (C)은 상기 레이저를 흡수하여 생체 조직 (C)에서 흡수 스펙트럼이 형성될 수 있다.  On the other hand, the laser emitted as described above is irradiated to the living tissue (C) can be absorbed part of the living tissue (C). In this case, the living tissue (C) may absorb the laser to form an absorption spectrum in the living tissue (C).
<128>  <128>
<129> 상기의 내용을 구체적으로 살펴보면 , 생체 조직 (C)에 서로 다른 파장의 레이 저를 각각 조사하면, 파장에 따라 광학적 에너지 감쇠 분포를 나타내는 두 개의 광 음향 이미지를 얻을 수 있다. 이때 , 두 개의 광음향 이미지는 각각 φ Μ(Γ), φλ2 (Γ)로 표현될 수 있다. In detail, when the laser beams having different wavelengths are irradiated to the living tissue C, two photoacoustic images representing optical energy attenuation distributions according to wavelengths may be obtained. In this case, the two photoacoustic images may be represented by φ Μ ( Γ ) and φ λ 2 ( Γ ), respectively.
<130>  <130>
<131> 한편 , 생체 조직 (C)에서의 강한 산란, 특히 생체 조직 (C)의 표피에서의 강한 산란의 평균적 크기를 특정하여 상기 광음향 이미지를 보정하는 요소로 활용할 수 있다. 또한, 보정된 광음향 이미지는 두 파장에 대한 상대적인 광 흡수율 분포를 나타내는 두 개의 이미지
Figure imgf000012_0001
표현될 수 있다.
On the other hand, it can be used as an element for correcting the photoacoustic image by specifying the average size of the strong scattering in the living tissue (C), in particular the strong scattering in the epidermis of the living tissue (C). In addition, the calibrated optoacoustic image shows two images representing the distribution of light absorption relative to the two wavelengths.
Figure imgf000012_0001
Can be expressed.
<132>  <132>
<133> 따라서, 상기 광흡수계수 값과 몰 흡수계수 (이미 구해진 값)을 상기 수학식 에 대입하면 이미지에서 절대적인 산소포화도 (S02) 값과 상대적인 전체 헤모글로빈 포화도 (HbT) 값을 산출할 수 .있다. Therefore, by substituting the light absorption coefficient value and the molar absorption coefficient (value already obtained) into the above equation, the absolute oxygen saturation (S0 2 ) value and the relative total hemoglobin saturation (HbT) value in the image can be calculated. have.
<134>  <134>
<135> 구체적으로, 산화 해모글로빈 (Hb02)과 환원 해모글로빈 (Hb)의 흡수 스펙트럼 은 파장에 따라 상대적인 차이가 크게 나타날 수 있다. 즉, 상기 산화 헤모글로빈 과 상기 환원 해모글로빈의 농도 차이가 비교적 크게 나타나는 파장 구간의 레이저 출력을 이용하여 측정하려는 생체 조직 (C)에 투사하는 것에 의해, 상기 트랜스듀서 Specifically, the absorption spectra of oxidized haemoglobin (Hb02) and reduced haemoglobin (Hb) may show a large difference in relative wavelengths. That is, the transducer is projected onto the biological tissue (C) to be measured by using a laser output in a wavelength section in which the concentration difference between the oxidized hemoglobin and the reduced hemoglobin is relatively large.
(140)를 통해 얻어지는 광음향신호의 상대적인 차이를 이용하여 최적의 산소포화도 값이 계산되는 산출수식을 시험을 통하여 산출할 수 있다. Using the relative difference of the photoacoustic signal obtained through 140 can be calculated through a test to calculate the optimal oxygen saturation value.
<136>  <136>
정 정 용지 (규칙 제 91조) ISA/KR 도 3에는 파장변화에 따론 산화 해모글로빈 흡수 스펙트럼 변화가 도시되어 있는 바, 상기 도면에서 붉은색 (실선)은 헤모글로빈의 흡수계수, 파란색 (점선)은 환원 헤모글로빈의 흡수계수를 나타낸다. 산화 해모글로빈 농도는 하기의 [수학식 4]에 의하여 정의될 수 있다. Correction Paper (Rule 91) ISA / KR Figure 3 shows the change in the oxidative haemoglobin absorption spectrum according to the wavelength change, in which red (solid line) represents the absorption coefficient of hemoglobin, and blue (dotted line) represents the absorption coefficient of reduced hemoglobin. Oxidized haemoglobin concentration may be defined by Equation 4 below.
【수학식 4】 f에 ^ι ^ᅀ — / 2ᅀ^ [Equation 4] to f ^ ι ^ ᅀ — / 2 ᅀ ^
mT= \ 2)+ [Hb}= ᅳᅳ Λ2 Λΐ 또한, 산소포화도는하기의 [수학식 5]에 의하여 정의될 수 있다. m T = \ 2) + [ Hb} = eu eu Λ Λ2 ΐ also be defined by the Equation 5] below is oxygen saturation.
【수학식 5】 [Equation 5]
\^> 2\+\Hb\ ᅳ ᅀ . \ ^> 2 \ + \ Hb \ ᅳ ᅀ.
이때, 광학적으로 산화 해모글로빈 포화도와 산소포화도 값은, 각 레이저의 파장 λΐ, λ2에서의 지배적인 광흡수요소라고 가정을 행하고, 상기 두 개의 파장 과, 상기 [수학식 4]와 [수학식 5]를 사용하여 이를 계산할 수 있다. 이때, 각 파 라미터의 의미는 하기와같、다.  At this time, the optically oxidized haemoglobin saturation and oxygen saturation values are assumed to be the dominant light absorption elements at the wavelengths λΐ and λ2 of each laser, and the two wavelengths, Equations 4 and 5] can be used to calculate this. At this time, the meaning of each parameter is as follows.
^1.^2 : 파장에 따른몰흡광계수 (단위 : αη_1) ^ 1. ^ 2 : Molar absorption coefficient according to wavelength (unit: α η_1 )
^mo2: 산화헤모글로빈과환원해모글로빈의 몰흡수계수 (단위 : cn "1) [Hb],[Hb02]: 두헤모글로빈 형태의 포화도 (몰농도) 한편, 생체 조직 (C)에 두 개의 다른 파장인 λΐ, λ2를 각각조사하면, 파장 에 따른 광학적 에너지 감쇠 분포를 나타내는 두 개의 광음향 이미지를 얻을 수 있 고, 이를 각각 # (r),<?A2(r) 로 표현할 수 있다. 여기서, 상기 광학적 에너지 감 쇠는 흡수계수 와 r 위치에서의 레이저 변동 (light fluence)과 관련이 있 다. 이때, 생체 조직 (C)의 피부는 호모지니어스 (homogeneous)한성질을 가지므로 ^ mo 2 : Mole absorptivity coefficient of oxidized hemoglobin and reduced haemoglobin (unit: cn "1 ) [Hb], [Hb0 2 ]: Saturation degree (molarity) in the form of duhemoglobin By irradiating two different wavelengths, λΐ and λ2, two optoacoustic images representing the optical energy attenuation distribution according to the wavelengths can be obtained, which can be expressed as # (r) and <? A2 (r), respectively. Here, the optical energy attenuation is related to the absorption coefficient and the laser light fluence at the r position, where the skin of the living tissue (C) has a homogeneous nature.
정정용지 (규칙 제 91조) ISA/KR 내부 조직연결에 도달하는 레이저의 변동도 호모지니어스한 분포를 가질 수 있다. 따라서, 몰 흡광계수 l .„를 광학적 에너지 감쇠 분포의 주된 요인으로 볼 수 있다. Correction Sheet (Rule 91) ISA / KR The variation of the laser reaching the internal tissue connection can also have a homogeneous distribution. Therefore, the molar extinction coefficient l. „Can be regarded as the main factor of the optical energy attenuation distribution.
<155>  <155>
<156> 한편 , 상기와 같은 생체 조직 (C)의 피부 또는 표피에서의 강한 산란의 평균 적 크기를 특정하여 광음향 이미지를 보정하는 요소로 활용할 수 있다. 이렇게 보 정된 광음향 이미지는 각각의 두 파장에 대한 상대적인 광 흡수율 분포를 나타내는 두 개의 이미지 μ (τ), μΧ2 (τ) ' 가 될 수 있다. 따라서 이 광흡수계수 값과 몰 흡수계수 (이미 구해진 값)를 상기 식에 대입하면 , 이미지에서 절대적인 산소포화도 (S02) 추정 값과 상대적인 전체 헤모글로빈 포화도 (HbT) 값을 구할 수 있다. On the other hand, the average size of the strong scattering in the skin or epidermis of the biological tissue (C) as described above can be used as an element for correcting the photoacoustic image. The photoacoustic image thus corrected may be two images μ (τ) and μ Χ 2 (τ) ' representing the relative light absorption distributions for each of the two wavelengths. Therefore, by substituting the light absorption coefficient value and the molar absorption coefficient (value already obtained) into the above equation, the absolute oxygen saturation (S02) estimated value and the relative total hemoglobin saturation (HbT) value can be obtained from the image.
<157>  <157>
<158> *  <158> *
<159> 최종적으로, 이들 파장영역에 대한 산화 헤모글로빈과 환원 해모글로빈의 상 대적인 흡광계수는 혈액 샘폴에서 광음향신호를 측정하여 계산되고 , 이 계수는 생 체내 ( in vivo) 실험에서 전체 헤모글로빈 포화도와 절대적인 산소포화도를 계산하 여 영상 픽샐정보로 매핑 (mapping)할 수 있다.  Finally, the relative extinction coefficients of oxidized hemoglobin and reduced hemoglobin for these wavelength ranges were calculated by measuring the photoacoustic signal in the blood sample, and this coefficient was calculated for the total hemoglobin in an in vivo experiment. Saturation and absolute oxygen saturation can be calculated and mapped to image pixel information.
<160>  <160>
<161> 한편 , 상기와 같이 영상 픽샐정보로 매핑하는 경우, 산소포화도 분포를 나타 내기 위하여 모든 픽셀의 밝기 정보를 [0 1]사이로 변환하고 , 1값을 상대적 흡수계 수의 차이가 가장 큰 값과 대웅시킬 수 있다. 구체적으로, 매핑하는 영상좌표는 On the other hand, in the case of mapping to image pixel information as described above, the brightness information of all pixels is converted between [0 1] in order to show the oxygen saturation distribution, and the value 1 is the value having the largest difference in the relative absorption coefficient. You can dare it. Specifically, the video coordinate to be mapped is
RGB(red, green, blue) 좌표가 아닌, HSV(hue, saturat ion, value or bri htness) 좌표로 표현될 수 있다. 이때 , H값은 붉은색일 때 0으로 고정하고, S값은 픽 셀의 흡수계수의 변화에 따라 가변되게 설정될 수 있다. 따라서 흡수계수의 차가 커지면 붉은색이 밝아지고, 작으면 어두워지게 설정될 수 있다. 또한, V 정보는 광음향신 호의 진폭크기의 변화에 대웅되도록 지정하여 처리하면 산소포화도 분포와 조직영 상의 동시 관찰이 가능할 수 있다. Rather than RGB (red, green, blue) coordinates, the coordinates may be expressed as HSV (hue, saturat ion, value or britness) coordinates. In this case, the H value may be set to 0 when the color is red, and the S value may be set to vary according to a change in the absorption coefficient of the pixel. Therefore, when the difference in absorption coefficient is increased, the red color becomes brighter, and when it is small, it may be set to darken. In addition, the V information may be treated to change the amplitude size of the optoacoustic signal, so that the oxygen saturation distribution and the histological image may be simultaneously observed.
<162>  <162>
<163> 한편 , 상기와 같은 장치를 통하여 실제 생체 조직 (C)을 실험해 보았는 바, 그 구체적인 결과를 아래에 설명하도록 한다 .  On the other hand, the actual biological tissue (C) was experimented through the above device, the specific results will be described below.
<164>  <164>
<165> 1. 팬팀실험을 통한 광음향 ID 신호 및 2D 영상신호의 획득  1. Acquisition of photoacoustic ID signal and 2D video signal through fan team experiment
정 정 용지 (규칙 제 91조) ISA/KR <I66> 광음향 영상을 확인하기 위하여 광원의 흡수성이 좋은 검은색 케이블 피복을 투명한 젤라틴 안에 삽입하여 실험재료를 준비할 수 있다. 이때, 검은색 케이블 피 복은 삼각형 모양으로 2개 또는 3개를 삽입하여 실험을 준비할 수 있다. 또한, 두 경우 모두 직경 60讓의 투명한 젤라틴 수 謹 내부에 직경 im의 검은색 케이블 피 복을 배치하여 실험할 수 있다. Correction Paper (Rule 91) ISA / KR <I66> Experimental materials can be prepared by inserting a black cable sheath with good absorption of the light source into the transparent gelatin to confirm the photoacoustic image. At this time, the black cable sheath can be prepared by inserting two or three in a triangular shape. In both cases, it is possible to experiment by placing a black cable sheath of diameter im inside a transparent gelatin sheath of 60 mm diameter.
<167>  <167>
<168> 획득한 광음향신호는 백 프로젝션 알고리즘을 적용하여 영상으로 복원하고, 실험에서 신호획득은 매 스텝당 1.2 °씩, 300스텝 (360 ° ), 샘플링 주파수 40MHz/s 를 적용하도록 한다. 또한 레이저의 조사 시간과 광음향신호의 전달 속도를 고려하 여, 한 스텝 (각도)마다 트리거 신호를 감지한 이후 50 usee의 기간에 해당하는 신 호만을 신호로 저장할 수 있다. The acquired photoacoustic signal is reconstructed into an image by applying a back projection algorithm. In the experiment, the signal acquisition is performed by 1.2 ° per step, 300 steps (360 ° ), and a sampling frequency of 40 MHz / s. In addition, considering the irradiation time of the laser and the propagation speed of the photoacoustic signal, only a signal corresponding to a period of 50 use can be stored as a signal after detecting the trigger signal for each step (angle).
<169>  <169>
<170> 도 4는 광흡수 물질이 없는 팬럼을 사용한 경우를 도시하며, 도 5는 광흡수 물질이 존재하는 팬텀을 사용한 경우를 도시하고 있는 바, 상기의 그림을 근거로 두 신호를 비교해 보면 팬텀에 광흡수 물질이 없는 그림의 신호는 전반적으로 변동 이 크지 않고 평탄함을 알 수 있고, 팬텀 내부에 광흡수 물질이 존재하는 그림의 신호는 진폭의 차이가 광흡수 물질이 없는 그림의 신호보다 크고 많은 무늬가 나타 난 것을 확인할 수 있다.  FIG. 4 illustrates a case in which a phantom without a light absorbing material is used, and FIG. 5 illustrates a case in which a phantom in which a light absorbing material is present is used. When the two signals are compared based on the above picture, FIG. It can be seen that the signal in the picture without light absorbing material is not fluctuating generally and is flat, and the signal in the picture with light absorbing material inside the phantom is larger in amplitude than the signal in the picture without light absorbing material. You can see that the pattern appears.
<171>  <171>
<172> 도 6 내지 도 8는 광흡수 물질의 크기와 간격의 정확성 비교를 위한 팬텀실 험에 관한 도면으로 구체적으로, 도 6는 사용한 광흡수 팬텀을 도시하고, 도 7는 획득한 광음향신호 (2D)를 도시하며, 도 8는 복원된 영상을 도시한다. 상기 실험에 사용된 팬팀은 직경 60隱의 투명한 젤라틴이며, 그 내부에 도 6에 도시된 바와 같 은 크기의 광흡수용 고무를 삽입하였다. 그리고, 측정한 광음향신호와 이를 통해 복원된 영상은 1 픽샐 당 가로, 세로는 lrai 이다.  6 to 8 are phantom experiments for comparing the accuracy of the size and spacing of the light absorbing material. Specifically, FIG. 6 shows the light absorbing phantom used, and FIG. 7 shows the obtained photoacoustic signal. 2D, and FIG. 8 shows the reconstructed image. The fan team used in the experiment was a transparent gelatin having a diameter of 60 mm 3, and a light absorbing rubber having a size as shown in FIG. 6 was inserted therein. The measured photoacoustic signal and the reconstructed image are lrai per horizontal and vertical per pixel.
<173>  <173>
<174> 상기 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 광흡수용 고무 팬텀에 레이저를 조사하여 얻어진 광음향신호로부터 복원된 영상을 대상으로, 실험 후 복원된 광음 향신호의 크기의 정확성을 비교하였다. 실험 결과, 투명한 젤라틴과 검은색 케이블 피복은 광 흡수성에서 많은 차이를 지니고 있기 때문에, 복원된 영상에서 주변의 잡음이 거의 없이 복원되었음을 확인할 수 있다. 구체적으로 상기 도 6와 도 8를 비교하면 상술한 바와 같은 내용을 확연히 구분할 수 있다. 또한 실험에 사용된 케 이블 피복의 크기와 각각의 상대적 위치가 복원된 영상에서의 팬텀 위치가 일치하 는 것을 확인할 수 있다. 6 to 8, comparing the accuracy of the magnitude of the photoacoustic signal restored after the experiment on the image restored from the photoacoustic signal obtained by irradiating the laser to the light absorption rubber phantom. It was. As a result of the experiment, the transparent gelatin and the black cable sheath have a lot of difference in light absorbency, so it can be confirmed that the reconstructed image is restored with little ambient noise. Specifically, the above-described contents can be clearly distinguished from FIG. 6 and FIG. 8. Also used in experiments It can be seen that the size of the table covering coincides with the phantom position in the reconstructed image.
<175>  <175>
<176> 2. 상처치유과정 모니터링 방법  <176> 2. Monitoring of wound healing process
<177> 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광음향 이미징 장치 (100)를 통하여 상처 치유과정을 광음향 이미지를 통하여 확인할 수 있다. 구체적으로, 당뇨등 상처치유 속도가 늦은 환자의 경우, 상처부위의 상부부분은 응고하였으나, 가려져 있는 그 내부 조직의 치유과정을 영상화하기 위해 팬텀실험을 행할 수 있다.  In addition, the wound healing process may be confirmed through the photoacoustic image through the photoacoustic imaging apparatus 100 according to the exemplary embodiment. Specifically, in patients with a slow wound healing rate such as diabetes, the upper part of the wound coagulates, but a phantom experiment may be performed to image the healing process of the internal tissue that is covered.
<178>  <178>
<179> 도 9에는 혈관 팬텀 실험의 일 실시예가 도시되어 있는 바, 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 붉은색 케이블을 혈관형태로 삽입할 수 있다 (직경 41mm 크기의 원 통형 젤라틴 내부에 두께가 0.5™인 케이블). 피는 물에 닿으면 모두 번져 버리는 문제가 있는 반면, 트랜스듀서는 물과 같은 매질이 있어야 광음향신호를 측정할 수 있기 때문에, 도면에 도시된 바와 같이 혈관형태의 케이블을 팬팀의 윗면 아래 10mm 부근에 배치하는 것에 의해, 피를 포함하는 팬텀의 윗부분은 물에 잠기지 않 게 하고, 트랜스듀서는 모두 물에 잠기도록 하여 상기 광음향신호의 변화를 측정할 수 있도톡 한다.  9 shows an embodiment of the vascular phantom experiment, as shown in the figure, a red cable can be inserted in the form of blood vessels (thickness of 0.5 in the cylindrical gelatin having a diameter of 41 mm). ™ cable). While blood has a problem of spreading all when it touches water, the transducer can measure the photoacoustic signal only when there is a medium such as water, so as shown in the drawing, a blood vessel-shaped cable is placed near 10mm below the top of the fan team. By disposing, the upper part of the phantom containing blood is not submerged in water, and the transducers are submerged in water so that the change in the photoacoustic signal can be measured.
<180>  <180>
<i8i> 이때, 혈관웅고 과정 관찰을 위한 한 개의 트랜스듀서 (140)를 사용할 수 있 으며, 또한, 이미 설명한 바와 같은 순서에 따라 레이저를 조사한 후 트랜스듀서 <i8i> In this case, one transducer 140 may be used to observe the vascular arch process. In addition, the transducer may be irradiated according to the order as described above.
(140)를 360도 회전시켜면서 역투사 알고리즘으로 광음향신호를 수집할 수 있다.The photoacoustic signal may be collected by the reverse projection algorithm while rotating the 140 to 360 degrees.
<182> <182>
<183> 도 10 내지 도 14에는 상기 혈관 팬텀 실험에 의한 웅고실험결과가 도시되어 있는 바, 상기 도면을 참고하여 실험결과를 구체적으로 살펴보도록 한다. 상기 결 과는 시간경과에 따른 광음향 영상 변화 관찰을 통해 얻어질 수 있다.  10 to 14 illustrate the results of the uneven test by the blood vessel phantom test, the test results will be described in detail with reference to the drawings. The result can be obtained by observing the photoacoustic image change over time.
<184>  <184>
<185> 도 10는 피를 바르지 않은 상태에서 팬팀을 PAT로 구현한 영상으로, 윗면에 피가 없기 때문에 혈관 모양으로 만들어 놓은 케이블의 모양이 잘 나타나고 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 11에는 전체적으로 잡음이 많이 나타나는데, 이는 측정된 광음향신호가 매우 작기 때문에 최종적으로 정규화시켰을 때 잡음과 광음향 신호의 크기에 큰 차이가 없기 때문에 상술한 바와 같은 결과가 나타난다. FIG. 10 is an image of a fan team in a PAT state in which blood is not applied, and since the blood is not present on the upper surface, the shape of the cable made of blood vessels is well represented. In addition, Figure 11 shows a lot of noise as a whole, which is because the measured photoacoustic signal is so small that when the final normalization there is no significant difference in the size of the noise and photoacoustic signal results as described above.
<186> <i87> 도 12와 도 13는 각각 3시간 뒤 6시간 뒤에 얻어진 영상으로, 도 11와 비교 해 보았을 때 거의 차이가 없는 것으로 나타난다. 보다 구체적으로, 여전히 피를 바른 밑부분의 혈관 모양이 살짝 나타나기는 하직만 점점 연하게 드러난다든지 하 는 현상은 나타나지 않는 것을확인할 수 있다. <186> 12 and 13 are images obtained after 6 hours after 3 hours, respectively, and show little difference when compared with FIG. 11. More specifically, it can be seen that the appearance of blood vessels at the lower part of the blood is only slightly lighter, and no phenomenon appears.
<188>  <188>
<189> 도 14는 피가 완전히 굳은 이후에 측정한 영상으로, 다른 조건은 모두 동일 하지만 실험도중에 위치가 약간 이동하여 상술한 바와 같은 결과가 나오는 것을 확 인할 수 있으며, 이전 영상과는 달리 피에 의해 가려졌던 부분이 나타나 있음을 확 인할 수 있다.  FIG. 14 is an image measured after the blood is completely hardened, and all other conditions are the same, but the position is slightly moved during the experiment, and thus the result as described above is obtained. It can be seen that the part covered by is shown.
<190>  <190>
<191> 3. 헤모글로빈 농도와 산소포화도 분포를 광음향신호 획득으로 측정하기 위 한 염료 (dye)를 이용한 실험  3. Experiment using dye to measure hemoglobin concentration and oxygen saturation distribution by photoacoustic signal acquisition
<1 2>  <1 2>
<193> 해모글로빈 농도 (hemoglobin concentration)^ 산화헤모글로빈 (oxygenat ion)  <193> hemoglobin concentration ^ hemoglobin oxygenat ion
을 PAT로 측정할 수 있도록 염료를 이용한 실험을 수행할 수 있다. 이때, 실험에 사용되는 두 파장을 어떤 파장으로 사용할지 선택하기 위하여 다음과 같은 순서로 실험하였다.  Experiments using dyes can be performed to measure PAT. At this time, the experiment was performed in the following order to select which wavelength to use the two wavelengths used in the experiment.
<194>  <194>
<195> 도 15는 염료를 이용한 팬텀 모형을 도시하고, 도 16는 염료를 이용한 영상 획득 실험결과를 도시하고 있는 바, 도면을 참고하여 상기 실험을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.  FIG. 15 illustrates a phantom model using a dye, and FIG. 16 illustrates an image acquisition test result using a dye, which will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
<196>  <196>
^7> *먼저, 도 15는 염료를 이용한 팬팀 모형의 실험구성으로 투명한 튜브 내부 에 붉은자주 (magenta) 염료를 넣고, 파장을 410nm에서 부터 750nm까지 약 20nm 간 격으로 증가시키면서 광음향신호의 강도를 측정하도록 하고, 청록색 (cyan) 염료에 대해서도 동일하게 진행하도록 한다.  ^ 7> * First, Figure 15 is an experimental configuration of the fan team using a dye, put a red magenta dye inside the transparent tube, the intensity of the photoacoustic signal while increasing the wavelength at about 20nm intervals from 410nm to 750nm Measure the same, and proceed in the same way for cyan dye.
<198>  <198>
<199> 이때, 도 16는 그 결과를 도시하고 있는 바, 그래프에서 초록색 계열의  In this case, FIG. 16 shows the result.
510nm부근에서는 붉은자주 염료의 진폭이 더 강하게 나타나고, 붉은색 계통의 650nm에서는 청록색 (cyan)의 진폭이 더 강하게 나타남을 확인할 수 있다. In the vicinity of 510 nm, the amplitude of the red purple dye is stronger, and in the 650 nm of the red color system, the amplitude of cyan is stronger.
<200> <200>
<20i> 한편, 파장가변 레이저방출부 (110)를 이용하는 경우, 에너지 출력이 파장에 따라 달라지긴 하지만 헤모글로빈 농도와 산소포화도 분포 값을 구하는 염료 실험 에서는 상기 값을 보상할 필요가 없으므로, 별도의 보상을 필요로 하지는 않는다.On the other hand, when the wavelength tunable laser emission unit 110 is used, the energy output depends on the wavelength. Although it depends, the dye experiment for calculating the hemoglobin concentration and the oxygen saturation distribution value does not need to compensate the above value, and thus does not require any additional compensation.
<202> <202>
<203> 한편, 상술한 바와 같은 결과와 같이, 도 16에 도시되어 있는 그래프를 바탕 으로 하여 실제 실험에서는 510nm와 610™의 파장을 사용하도록 하였다. 도 17 내 지 도 20에는 상기 510nm와 610nm의 파장을 사용하는 경우의 헤모글로빈 농도의 실 험결과가 도시되어 있는 바, 상기 도면을 참고하여 이를 보다 구체적으로 설명하도 록 한다.  Meanwhile, as described above, based on the graph shown in FIG. 16, wavelengths of 510 nm and 610 ™ were used in an actual experiment. 17 to 20 show the test results of hemoglobin concentration when using the wavelengths of 510 nm and 610 nm, which will be described in more detail with reference to the drawings.
<204>  <204>
<205> 먼저, 각 염료를 1:1, 1:3, 3:1의 비율로 섞은 후 점차 물에 회석시켜 염료 의 비율이 100% ~ 10%가 될 때까지 변화를 관찰하고, 이때 그래프에서 각 각의 점 은 100개 샘플을 평균하여 얻어진 값이다.  First, each dye is mixed at a ratio of 1: 1, 1: 3, and 3: 1, and then gradually distilled in water to observe a change until the dye ratio becomes 100% to 10%. Each point is a value obtained by averaging 100 samples.
<206>  <206>
<207> <207>
<208> *도 17, 도 18, 도 19에 도시되는 그래프는 각각의 비율에 따른 510nm,  17, 18, and 19 show graphs of 510 nm according to respective ratios.
610nn l서의 광음향신호의 비율을 나타낸다. 정확한 선형은 아니지만 전반적으로 크기가 상승하는 그래프를 나타낸다. 이를 통해 혈액 안에 포함된 헤모글로빈의 비 율이 높을수록 광음향신호가 크게 증가하게 됨을 확인할 수 있다.  It represents the ratio of the photoacoustic signal in 610nn. It is not an exact linear but represents a graph of increasing size overall. As a result, as the ratio of hemoglobin contained in the blood increases, the photoacoustic signal increases significantly.
<209>  <209>
<2io> 도 20는 레이저의 파장이 510nm 일 때 각각의 염료의 비율에 따른 첫 점과 끝점을 연결한 기을기로 각 염료의 농도비율에 따라 기울기가 다르게 나타난다. 또 한 도 17, 도 18, 도 19 각각의 그래프에서 510nm와 610nm 그래프의 시작점을 보면 비율에 따라 진폭의 크기가 차이가 남을 확인할 수 있다. 이는 도 20에 도시되어 있는 그래프에서의 기울기 차이와 동일한 이유로 각 염료의 비율에 따라 광 흡수율 이 달라지기 때문임을 알 수 있다.  20 shows a gradient depending on the concentration ratio of each dye with a group connecting the first point and the end point according to the ratio of each dye when the wavelength of the laser is 510 nm. In addition, when the starting points of the 510nm and 610nm graphs in the graphs of FIG. This can be seen that the light absorption rate is changed according to the ratio of each dye for the same reason as the slope difference in the graph shown in FIG.
<211>  <211>
<212> 또한, 파장에 따른 각 염료의 진폭 그래프를 보면 510nm에서는 붉은 자주  <212> In addition, the amplitude graph of each dye according to wavelength shows reddish purple at 510nm.
(magenta) 염료가 더 높은 흡수율을 가지고 있어서, 붉은 자주 염료의 비율이 높은 도 19 그래프에서 이 차이가 크게 나타났으며, 1:1인 그래프에서는 중간 정도의 차 이가 나고, 1:3 인 그래프에서는 610nm 일 때 보다 더 낮은 진폭이 나타남을 알 수 있다.  (magenta) dye has a higher absorption rate, the difference is large in the graph of Figure 19 where the ratio of red purple dye is high, there is a moderate difference in the 1: 1 ratio graph, 1: 3 It can be seen that the amplitude is lower than when 610nm.
<213> <2!4> 도 21은 산소포화도 측정을 실험한 결과로, 붉은 자주 염료와 청록색 염료의 비율이 변화할 때 광음향신호의 진폭변화가 도시되어 있는 바, 보다 구체적으로 청 톡색 염료에 붉은 자주 염료의 비율을 점차적으로 늘려 가며 광음향신호의 진폭변 화를 실험한 결과값을 도시하고 있다. <213> <2! 4> FIG. 21 shows the results of experiments of oxygen saturation measurement, in which the amplitude change of the photoacoustic signal is shown when the ratio of red purple dye and cyan dye is changed. The results of experiments with changing the amplitude of the photoacoustic signal by gradually increasing the dye ratio are shown.
<215>  <215>
<216> 도 21에 도시되어 있는 실험은 510nm와 610nm의 파장을 선택했기 때문에  In the experiment shown in FIG. 21, the wavelengths of 510 nm and 610 nm were selected.
510nm 파장에서는 점차적으로 증가하고, 610nm 파장에서는 감소하는 경향을 보일 것으로 예측되나, 도면에 도시되어 있는 바와 같이 실제 결과에서는 두 파장에서 모두 감소하는 경향을 보이는 것을 확인할 수 있다.  It is expected to increase gradually at 510nm wavelength and decrease at 610nm wavelength, but as shown in the figure, it can be seen that the tendency to decrease at both wavelengths in actual results.
<217>  <217>
<218> 하지만 상술한 바와 같은 결과도 염료의 비율에 따라 광음향신호의 결과가 선형적으로 달라짐을 확인할 수 있기 때문에 산소포화도에 대한 시물레이션으로 유 효함을 알 수 있다.  However, it can be seen that the results as described above are also effective for the simulation of oxygen saturation because it can be seen that the result of the photoacoustic signal varies linearly according to the dye ratio.
<219>  <219>
<220> 도 22은 두 개의 빨간 도선을 젤라틴에 넣은 팬텀을 보이고 있다. 이때 젤라 틴 내부의 빨간 도선의 크기는 0.5隱이고, 두 선간의 거리는 1.8瞧이며, 높이는 13睡이다. 도 23는 도 22에 도시되어 있는 팬텀에 대한 광음향 영상이며, 도 24은 도 23에 도시되어 있는 광음향 영상을 확대한 영상으로, 실시간 촬영을 하여 확대 하도록 하였다. 상기 영상에 도시되어 있는 바와 같이, 두 지점의 간격이 약 1.8隱 로 측정이 된다는 점에서, 광음향 영상을 통한 측정이 정확하게 나타난다는 것을 확인할 수 있다.  FIG. 22 shows a phantom in which two red wires are embedded in gelatin. At this time, the size of the red wire inside the gelatin is 0.5 隱, the distance between the two lines is 1.8 瞧, the height is 13 睡. FIG. 23 is an optoacoustic image of the phantom illustrated in FIG. 22, and FIG. 24 is an enlarged image of the optoacoustic image illustrated in FIG. 23. As shown in the image, it can be seen that the measurement through the photoacoustic image is accurately represented in that the distance between the two points is measured to about 1.8 ms.
<221>  <221>
<222> 도 25는 상기 실험을 통해 얻은 초음파 영상 (a)을 도시하고, 광음향 영상을 매핑 (mapping)한 영상 (b)을 도시하고 있는 바, 보다 구체적으로, 팬팀에 레이저를 조사하여 초음파 영상 (a)을 획득하고, Labview를 사용하여 실시간 PAT를 통하여 얻 은 영상을 매핑을 행하는 것에 의해 광음향 영상 (b)을 얻을 수 있다. 초음파로 측 정된 영상에서 두 도선의 간격은 측정한 결과 약 1.82瞧로 측정되었다. 도 26는 도 25에 도시된 영상을 확대한 영상으로, 초음파 영상 (a)과 광음향 영상을 매핑한 영 상 (b)을 도시하고 있는 바, 정확히 정합이 됨을 알 수 있다.  FIG. 25 illustrates an ultrasound image (a) obtained through the above experiment, and an image (b) mapping an optoacoustic image. More specifically, the ultrasound is performed by irradiating a laser to a fan team. The photoacoustic image (b) can be obtained by acquiring the image (a) and mapping the image obtained through the real-time PAT using Labview. The distance between the two wires in the ultrasound image was about 1.82 瞧. FIG. 26 is an enlarged image of the image illustrated in FIG. 25, and illustrates an image (b) in which an ultrasound image and a photoacoustic image are mapped.
<223>  <223>
<224> 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광음향 이미징 장치 (100)를 사용하면, 상술한 바와 같이 측정된 광음향 이미지와 산소포화도를 생성하여 제어부 (150)에서 하나의 영상으로 디스플레이할 수 있다 . Accordingly, when the photoacoustic imaging apparatus 100 according to the exemplary embodiment of the present invention is used, the controller 150 generates the photoacoustic image and oxygen saturation measured as described above. It can be displayed as one image.
<225>  <225>
<226> 따라서, 광음향 이미징 장치 (100)는 광음향 토모그래피를 이용한 퇴행성 관 절질환 조기진단에 활용할 수 있다. 또한, 광음향 이미징 장치 (100)는 전립선 암 진단 및 수술시에 암의 위치를 정확히 파악할 수 있고, 피부암, 유방암의 조기 진 단에 적용할 수 있다.  Accordingly, the photoacoustic imaging apparatus 100 may be utilized for early diagnosis of degenerative joint disease using photoacoustic tomography. In addition, the photoacoustic imaging apparatus 100 can accurately identify the location of the cancer during prostate cancer diagnosis and surgery, and can be applied to early diagnosis of skin cancer and breast cancer.
<227>  <227>
<228> 또한, 광음향 이미징 장치 (100)는 해부학적 정보와 생리적 정보를 동시에 확 인할 수 있는 기능적인 진단분야에 적용 가능하고, 조직부위의 산소포화도 및 조직 내부의 영상을 실시간 제공하는 장치로 사용하는 것이 가능하다.  In addition, the photoacoustic imaging apparatus 100 is applicable to a functional diagnostic field capable of simultaneously confirming anatomical and physiological information, and provides an apparatus for providing real-time images of oxygen saturation and tissue inside of tissues. It is possible to use as.
<22 >  <22>
<230> 특히, 광음향 이미징 장치 (100)는 기존의 방법과 달리 생체 조직의 산소포화 도 측정과 동시에 생체 조직의 구조변화에 대한 충분한 영상대조를 얻을 수 있기 때문에, 조직 질환의 진행단계에 따라 미세한 분석이 요구되는 근육질환과 관절질 환에 대한 형태학적인 진단과 진행정도에 대한 기능적인 진단도 가능할 수 있다. In particular, since the photoacoustic imaging apparatus 100 can obtain a sufficient image control for structural change of the biological tissue at the same time as measuring the oxygen saturation of the biological tissue, unlike the conventional method, according to the progression stage of the tissue disease Morphological diagnosis and progression of muscle disease and joint disease requiring detailed analysis may be possible.
<231> <231>
<232> 또한, 광음향 이미징 장치 (100)를 적용하면 혈색소가 많은 병소조직이나 암 조직에서는 방사된 레이저의 흡수도가 정상조직대비 상대적으로 높으며 이때문에 열팽창이 많게 됨으로, 초음파의 발생이 정상 조직에 비해 크게 나오는 특성이 있 다. 따라서 이러한 특성을 적용하여 동일한 생체조직에 대해 초음파 에코 영상을 획득한 후, 그 조직에 대한 광음향 영상을 매큉하는 기능을 갖도록 하여 초음파 영 상이 제공하는 해부학적 정보와 광음향 영상이 제공하는 조직의 기능적 정보를 결 합함으로서 진단이나 수술을 위한 보다 세밀한 정보제공이 가능하다.  In addition, when the photoacoustic imaging apparatus 100 is applied, the absorbance of the emitted laser is relatively higher than that of the normal tissue in hemoglobin-rich tissues or cancerous tissues. Compared to the organization, there is a characteristic that comes out large. Therefore, by applying these characteristics, an ultrasound echo image may be acquired for the same biological tissue, and then the optical acoustic image of the tissue may be embedded to provide anatomical information provided by the ultrasound image and the tissue provided by the photoacoustic image. By combining functional information, it is possible to provide more detailed information for diagnosis or surgery.
<233>  <233>
<234> 또한, 광음향 이미징 장치 (100)는 비이온화 전자기 복사를 활용하므로 인체 에 무해하며, 근적외선 흡수에 의존하기 때문에 비정상적인 생체 조직에 민감하여 암의 조기진단 활용할 수 있다.  In addition, since the photoacoustic imaging apparatus 100 utilizes non-ionized electromagnetic radiation, the photoacoustic imaging apparatus 100 is harmless to the human body and is sensitive to abnormal living tissue because it depends on the absorption of near-infrared rays, thereby enabling early diagnosis of cancer.
<235>  <235>
<236> 광음향 이미징 장치 (100)는 초음파 이미징 방법을 광음향 이미징 방법과 결 합하여 초음파 불균일성에 따른 진단 영상의 보정이 가능하다. 또한, 광음향 이미 징 장치 (100)는 현재의 초음파 진단방법을 적용하는 진단 분야에 동일하게 적용 가 능하며, 기존의 초음파 장비나, OCT 등 광학진단 장비와 결합하면, 보다 효율적인 형태의 진단장치로 활용할 수 있고, 종양의 경계 부분의 조직 구조 (tissue structure) 표면을 정확히 찾는데 효율적이라는 기술적 장점이 있다. The optoacoustic imaging apparatus 100 may combine the ultrasonic imaging method with the optoacoustic imaging method to correct a diagnostic image according to ultrasonic nonuniformity. In addition, the photoacoustic imaging device 100 is equally applicable to the diagnostic field applying the current ultrasonic diagnostic method, and when combined with existing ultrasonic equipment or optical diagnostic equipment such as OCT, It can be used as a diagnostic device of the type, and there is a technical advantage that it is efficient to accurately find the tissue structure surface of the boundary portion of the tumor.
<237>  <237>
<238> 도 2는 본 발명에 따른 다른 실시예의 광음향 이미징 장치 (200)를 보여주는 개념도이다ᅳ  2 is a conceptual diagram showing another example of an optoacoustic imaging apparatus 200 according to the present invention.
<239> 도 2를 참고하면, 광음향 이미징 장치 (200)는 레이저방출부 (210), 프로브  Referring to FIG. 2, the photoacoustic imaging apparatus 200 includes a laser emitter 210 and a probe.
(220), 트랜스듀서 (240), 제어부 (250) 및 증폭기 (260)를 포함할 수 있다. 이때, 레 이저방출부 (210), 프로브 (220), 트랜스듀서 (240), 제어부 (250) 및 증폭기 (260)는 상기 도 1에서 설명한 바와 유사하게 형성될 수 있다. 따라서, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 도 1과 상이한 점을 중심으로 상세히 설명하기로 한다. 220, the transducer 240, the controller 250, and the amplifier 260 may be included. In this case, the laser emitter 210, the probe 220, the transducer 240, the controller 250, and the amplifier 260 may be formed similarly to that described with reference to FIG. 1. Therefore, the following description will be made in detail with reference to FIG. 1 different from the above for convenience of description.
<240> <240>
<241> 프로브 (220)는 원기둥 형태로 형성될 수 있다. 이때, 광음향 이미징 장치  The probe 220 may be formed in a cylindrical shape. At this time, the photoacoustic imaging device
(200)는 프로브 (220)에 회전 가능하도록 설치되어 레이저방출부 (210)에서 방출되는 상기 레이저 및 트랜스듀서 (240)로 입사하는 상기 광음향신호의 경로를 가변시키는 회전구동부 (230)를 포함할수 있다.  200 is rotatably installed on the probe 220 includes a rotary drive unit 230 for varying the path of the photoacoustic signal incident on the laser and the transducer 240 emitted from the laser emitter 210 can do.
<242>  <242>
<243> 이때, 상기 회전구동부 (230)는 상기 레이저 및 상기 광음향신호를 가변시키 는 미러부 (231)와, 상기 미러부 (231)를 회전시키는 구동부 (232)를 포함할 수 있다. 또한, 광음향 이미징 장치 (200)는 상기 레이저 및 상기 광음향신호가 통과하도록 프로브 (220) 외주면에 형성되는 플라스틱 멤브레인부 (270)를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 플라스틱 멤브레인부 (270)는 상기 레이저 및 상기 광음향신호가 통과할 수 있도록 투명한 재질 등으로 형성될 수 있다.  In this case, the rotation driving unit 230 may include a mirror unit 231 for varying the laser and the photoacoustic signal, and a driving unit 232 for rotating the mirror unit 231. In addition, the photoacoustic imaging apparatus 200 may include a plastic membrane portion 270 formed on an outer circumferential surface of the probe 220 so that the laser and the photoacoustic signal pass. In this case, the plastic membrane portion 270 may be formed of a transparent material or the like so that the laser and the photoacoustic signal can pass.
<244>  <244>
<245> 한편, 광음향 이미징 장치 (200)의 작동방법과 관련하여서는 상기 도 1에서  On the other hand, with respect to the operation method of the optoacoustic imaging apparatus 200 in FIG.
설명한 바와 유사하게 수행되므로 이하에서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.  Since it is performed similarly to the description, a detailed description thereof will be omitted below.
<246> 다만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 광음향 이미징 장치 (200)는 신체 의 장기에 직접 삽입하여 작동시킴으로써 생체 조직 (C)의 영상 및 생체 조직 (C)의 산소포화도를 동시에 측정할 수 있다. However, the photoacoustic imaging apparatus 200 according to another embodiment of the present invention measures the oxygen saturation of the biological tissue (C) and the image of the biological tissue (C) simultaneously by directly inserting and operating the organs of the body. can do.
<247>  <247>
<248> 구체적으로, 제어부 (250)를 통하여 신호를 입력하면, 구동부 (232)가 작동하 여 미러부 (231)가 생체 조직 (C)의 내부에서 시간차를 두고 360 ° 회전할 수 있다. 이때, 레이저방출부 (210)를 통하여 방출되는 상기 레이저는 미러부 (231)에 반사되 어 플라스틱 멤브레인부 (270)을 통하여 생체 조직 (C)에 입사할 수 있다. In detail, when a signal is input through the control unit 250, the driving unit 232 may operate to rotate the mirror unit 231 by 360 ° with a time difference inside the biological tissue C. In this case, the laser emitted through the laser emitter 210 is reflected by the mirror 231. Through the plastic membrane portion 270 may enter the living tissue (C).
<249>  <249>
<250> 입사된 상기 레이저는 생체 조직 (C)에 흡수되어 상기와 같이 광음향신호 (초 음파)를 생성시키고, 상기 광음향신호는 프로브 (220)에 입사되어 미러부 (231)를 통 하여 트랜스듀서 (240)로 입사될 수 있다.  The incident laser beam is absorbed by the living tissue C to generate an optoacoustic signal (ultrasound) as described above, and the optoacoustic signal is incident on the probe 220 and then through the mirror unit 231. May be incident to the transducer 240.
<25i>  <25i>
<252> 제어부 (250)는 트랜스듀서 (240)를 통하여 입사되는 상기 광음향신호를 통하 여 생체 조직 (C)의 광음향 이미지나 산소포화도 이미지를 생성할 수 있다. 따라서 광음향 이미징 장치 (200)는 비이온화 전자기 복사를 활용하므로 인체에 무해하며, 근적외선 흡수에 의존하기 때문에 비정상적인 생체 조직에 민감하여 암의 조기진단 에 활용할 수 있다는 기술적 장점이 있다.  The controller 250 may generate an optoacoustic image or an oxygen saturation image of the biological tissue C through the photoacoustic signal incident through the transducer 240. Therefore, since the photoacoustic imaging apparatus 200 utilizes non-ionized electromagnetic radiation, it is harmless to the human body and has a technical advantage of being sensitive to abnormal biological tissues to be used for early diagnosis of cancer because it depends on near-infrared absorption.
<253>  <253>
<254> 이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련 하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명 에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.  Although described and described with reference to the preferred embodiment for illustrating the technical spirit of the present invention above, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described as described above, the scope of the technical spirit It will be understood by those skilled in the art that many changes and modifications can be made to the invention without departing from the scope thereof. Accordingly, all such suitable changes, modifications, and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.
【산업상 이용가능성】  Industrial Applicability
<255> 본 발명은 조직의 생리적인 정보인 산소포화도와 조직 구조를 동시에 측정 가능하여 조직의 상태를 기능적으로 모니터링할 수 있는 광음향 이미징 장치로서, 환자의 상태를 점검할 수 있는 질병 진단 및 의료 기기 산업에 이용가능하다.  The present invention is an optoacoustic imaging apparatus capable of simultaneously monitoring the state of tissues by measuring oxygen saturation and tissue structure, which are physiological information of tissues, and capable of monitoring a patient's condition. Available to the appliance industry.
<256>  <256>

Claims

【청구의 범위】 [Range of request]
【청구항 11  [Claim 11
프로브;  Probes;
상기 프로브에 설치되며, 생체 조직에 조사되는 레이저를 방출하는 레이저방 출부;  A laser emitter installed in the probe and emitting a laser beam irradiated onto living tissue;
상기 프로브에 설치되며, 상기 레이저가 조사된 생체 조직에서 열탄성팽창에 의해 순간적으로 발생하는 초음파를 감지하는 트랜스듀서 ; 및  A transducer installed at the probe and configured to sense ultrasonic waves generated by thermoelastic expansion in the tissue irradiated with the laser; And
상기 트랜스듀서에서 감지된 초음파를 통해 상기 생체 조직의 광음향 이미지 및 산 소포화도 분포를 생성하고, 생성된 상기 생체 조직의 광음향 이미지와 산소포화도 분포를 매핑하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 근적외선 레이저를 이용 한 광음향 이미징 장치. And a controller configured to generate a photoacoustic image and an oxygen saturation distribution of the biological tissue through the ultrasonic waves sensed by the transducer, and to map the generated photoacoustic image and the oxygen saturation distribution of the biological tissue. Photoacoustic imaging device using near infrared laser.
【청구항 2】  [Claim 2]
청구항 1에 있어서,  The method according to claim 1,
상기 레이저방출부는 Nd:Yag 레이저를 사용하는 근적외선 레이저를 이용한 광음향 이미징 장치. The laser emission unit is an optoacoustic imaging apparatus using a near infrared laser using a Nd: Yag laser.
【청구항 3】  [Claim 3]
청구항 1에 있어서,  The method according to claim 1,
상기 트랜스듀서는 상기 생체 조직을 회전하면서 역투사 방법 (back projection method)으로 단층영상을 획득하는 근적외선 레이저를 이용한 광음향 이미징 장치. The transducer is a photoacoustic imaging apparatus using a near-infrared laser to obtain a tomography image by a back projection method while rotating the living tissue.
【청구항 4】 [Claim 4]
청구항 1에 있어서,  The method according to claim 1,
상기 프로브에 회전 가능하도록 설치되어 상기 레이저방출부에서 방출되는 상기 레 이저와, 상기 트랜스듀서로 입사되는 상기 초음파의 경로를 가변시키는 회전구동부 를 더 포함하는 근적외선 레이저를 이용한 광음향 이미징 장치. And a rotatable drive unit rotatably installed on the probe to rotate the laser emitted from the laser emitter and a path of the ultrasonic wave incident on the transducer.
【청구항 5】  [Claim 5]
청구항 4에 있어서, 상기 회전구동부는,  The method according to claim 4, The rotary drive unit,
상기 레이저와 상기 초음파의 경로를 가변시키는 미러부와, 상기 미러부를 회전시 키는 구동부를 포함하여 구성되는 근적외선 레이저를 이용한 광음향 이미징 장치. A photoacoustic imaging apparatus using a near-infrared laser comprising a mirror for varying the path of the laser and the ultrasonic wave, and a driving unit for rotating the mirror.
【청구항 6】 [Claim 6]
청구항 4에 있어서,  The method according to claim 4,
상기 프로브는 원기둥 형태로 형성되며, 상기 레이저의 경로 상에 배치되어 상기 레이저가 통과하도록 상기 프로브의 외주면을 따라 형성되는 플라스틱 멤브레인부 가 설치되는 근적외선 레이저를 이용한 광음향 이미징 장치 . The probe is formed in a cylindrical shape, the plastic membrane is disposed along the outer peripheral surface of the probe is disposed on the path of the laser to pass the laser Optoacoustic Imaging Apparatus Using Near Infrared Laser.
【청구항 7】  [Claim 7]
청구항 1에 있어서,  The method according to claim 1,
상기 트랜스듀서와 상기 제어부 사이에 설치되어 상기 트랜스듀서에서 감지되는 초 음파를 증폭시키는 증폭기를 더 포함하는 근적외선 레이저를 이용한 광음향 이미징 장치 . And an amplifier provided between the transducer and the control unit to amplify the ultrasonic waves detected by the transducer.
【청구항 8]  [Claim 8]
생체 조직에 레이저를 조사하는 레이저조사단계 ;  A laser irradiation step of irradiating a laser onto living tissue;
상기 레이저가 조사된 생체 조직에서 열탄성팽창에 의해 순간적으로 발생하 는 초음파를 트랜스듀서를 통해 감지하는 초음파감지단계 ;  An ultrasonic sensing step of sensing ultrasonic waves generated by thermoelastic expansion in the tissue irradiated by the laser through a transducer;
상기 트랜스듀서에서 감지된 초음파를 통해 상기 생체 조직의 초음파영상을 얻는 초음파영상획득단계 ;  An ultrasound image acquisition step of obtaining an ultrasound image of the biological tissue through the ultrasound sensed by the transducer;
상기 트랜스듀서에서 감지된 초음파를 수신하여 영상화하는 것에 의해 생체 조직의 광음향 영상을 얻는 광음향영상획득단계; 및  An optoacoustic image acquisition step of obtaining an optoacoustic image of the biological tissue by receiving and imaging the ultrasonic wave sensed by the transducer; And
상기 초음파 영상과 광음향 영상을 매핑하여 생체 조직의 기능적인 정보 뿐 만 아니라 해부학적 정보를 얻을 수 있는 매핑단계;를 포함하여 구성되는 광음향 이미지 획득 방법.  And a mapping step of mapping the ultrasound image and the photoacoustic image to obtain anatomical information as well as functional information of the biological tissue.
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