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KR101422731B1 - 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치 - Google Patents

쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치 Download PDF

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KR101422731B1
KR101422731B1 KR1020140040994A KR20140040994A KR101422731B1 KR 101422731 B1 KR101422731 B1 KR 101422731B1 KR 1020140040994 A KR1020140040994 A KR 1020140040994A KR 20140040994 A KR20140040994 A KR 20140040994A KR 101422731 B1 KR101422731 B1 KR 101422731B1
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KR
South Korea
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light
eye
mirror
beam splitter
imaging
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Application number
KR1020140040994A
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나정면
Original Assignee
나정면
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Publication date
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Abstract

본 발명으의 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치는 2D 카메라를 이용한 새로운 OCT 촬영 방법과 능동 광학계(Active Optics)를 이용하여 보다 선명한 3D 이미지를 촬영할 수 있게 하는 것으로, 제1 광원으로부터 라인 조사된 제1 광과 제2 광원으로부터 출사된 제2 광을 피검안 및 미러로 유도하고, 상기 피검안 및 미러에 반사되어 합쳐진 상기 제1 광에 대한 제3 광을 검출부로 이끌어 상기 피검안의 단층상을 촬상하며, 상기 피검안 및 미러에 반사되어 합쳐진 상기 제2 광에 대한 제4 광을 센서부로 이끌어 수차를 측정하는 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치이고, 상기 제1 광과 제2 광은 상기 제1 광과 제2 광의 균일한 라인 형성을 위하여 구성된 라인 공간 필터와, 상기 제1 광과 제2 광의 동일한 방향으로의 주사를 위하여 구성된 제1 릴레이 광학부와, 상기 제1 광과 제2 광의 수차를 감소시키기 위하여 구성된 능동 광학계와, 상기 제1 광과 제2 광의 2D 스캐닝을 위한 스캔 미러와, 상기 제1 광과 제2 광의 동일한 방향으로의 주사를 위하여 구성된 제2 릴레이 광학부와, 상기 제1 광과 제2 광의 반사 또는 분산을 위하여 구성된 제1 빔 스플리터를 거쳐 상기 피검안 또는 미러로 유도되는 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치를 개시한다.

Description

쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치{IMAGING DEVICE FOR LAMINOGRAPHY OF MURIDAE RETINA}
본 발명의 일 실시예는 3D 망막 이미지를 보다 빠르고 보다 높은 분해능으로 촬상할 수 있는 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치에 관한 것이다.
이미지의 기술은 생물 의학(Biomedicine) 분야 있어서 매우 중요한 분야이다. 특히, 질병을 다루는 연구 분야에 있어서 동물을 이용하여 이미지를 촬영하는 기술은 질병의 생체 지표(Biomarker)를 결정지을 수 있다. 또한, 안과와 관련된 연구 분야에서도 동물의 망막 이미지를 이용하여 시신경 장애와 관련된 여러 가지 질병의 상태를 진단하고 과정을 분석하여 이를 조기 진단하는데 사용할 수 있는데, 특히 쥐과의 동물을 이용하여 여러 가지 질병들에 대한 임상 연구가 진행되고 있다.
이를 위하여, 최근에 다중파장 광 파동 간섭성을 이용하는 광 간섭 단층 촬상(OCT)에 기초한 광 간섭 단층 촬상 장치가 공지되어 있다. 예를 들어, 그러한 장치들은 내시경으로 장기 정보를 취득하고 안과(ophthalmic) 장치로 망막(retina) 정보를 취득하는 데 이용된다. 이러한 장치들의 인체에 대한 적용 분야는 점점 더 넓어지고 있다.
이러한 OCT 기술의 측정 방법에 대하여 설명하자면, 우선 저간섭(low coherence) 광원을 이용하여 이 광원 빔이 눈과 참조(reference) 방향으로 들어가서, 눈에 집중(focus)된 빔이 다시 반사되고 그리고 참조에서 반사된 빔이 합쳐져서 1D 리니어(linear) 카메라로 들어간 다음 하나의 A-scan을 만든다. 이러한 A-scan이 여러 개 모여서 하나의 B-scan을 형성한다. 여기서, 눈에 집중된 빔의 사이즈가 횡 분해능(transverse resolution)을 결정한다. 이에 따라, 횡 분해능의 단점을 보완하기 위하여 적응 광학(Adaptive optics) 기술을 적용시켜 3D 고 분해능 이미지를 촬영하는 단계까지 와 있다. 하지만, 여기서의 문제점은 3D 이미지 사이즈가 아주 작다(예를 들면, 512x512 pixel)는 데 있다.
실제로, 본 출원인은 이러한 OCT 기술을 쥐과의 눈에 촬영하기 위하여 병원용 OCT 촬영기기를 수정한 후 쥐눈에 맞게 렌즈를 이용하여 촬영을 하는 실험을 하였으나, 사이즈가 아주 작은 쥐의 망막(사람의 눈(24 mm)과 달리 크기가 아주 작은 3 mm의 생쥐(Mouse)와 6 mm의 쥐(Rat))의 이미지를 촬영하는 데는 한계가 있고, 특히 망막에 관련된 안과 질환의 세포를 촬영하는 데는 많은 결함을 나타난 바 있다.
한편, 살아 있는 눈 안속의 세포(in vivo image)를 보는 것은 세포의 건강을 측정하는 척도이다. 그러나, 이러한 측정시 발생되는 여러 가지 제한 사항들(limitations) 중에서 특히 수차(aberrations)의 문제가 크며, 이러한 문제로 인하여 작은 사이즈의 눈을 촬영하는데 제약을 받고 있는 실정이다.
공개특허공보 제10-2012-0131186호 '안과 수술을 위한 광간섭성 단층촬영 시스템' 공개특허공보 제10-2013-0086969호 '광 간섭 단층 촬상 장치, 광 간섭 단층 촬상 장치 제어 방법 및 저장 매체'
본 발명의 일 실시예는 2D 카메라를 이용한 새로운 OCT 촬영 방법과 능동 광학계(Active Optics)를 이용하여 보다 선명한 3D 이미지를 촬영할 수 있는 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치는 제1 광원으로부터 라인 조사된 제1 광과 제2 광원으로부터 출사된 제2 광을 피검안 및 미러로 유도하고, 상기 피검안 및 미러에 반사되어 합쳐진 상기 제1 광에 대한 제3 광을 검출부로 이끌어 상기 피검안의 단층상을 촬상하며, 상기 피검안 및 미러에 반사되어 합쳐진 상기 제2 광에 대한 제4 광을 센서부로 이끌어 수차를 측정하는 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치이고, 상기 제1 광과 제2 광은 상기 제1 광과 제2 광의 균일한 라인 형성을 위하여 구성된 라인 공간 필터와, 상기 제1 광과 제2 광의 동일한 방향으로의 주사를 위하여 구성된 제1 릴레이 광학부와, 상기 제1 광과 제2 광의 수차를 감소시키기 위하여 구성된 능동 광학계와, 상기 제1 광과 제2 광의 2D 스캐닝을 위한 스캔 미러와, 상기 제1 광과 제2 광의 동일한 방향으로의 주사를 위하여 구성된 제2 릴레이 광학부와, 상기 제1 광과 제2 광의 반사 또는 분산을 위하여 구성된 제1 빔 스플리터를 거쳐 상기 피검안 또는 미러로 유도될 수 있다.
상기 피검안과 상기 제1 빔 스플리터 사이에는 수차를 감소시키는 디포커스 보정 렌즈가 구비되고, 상기 디포커스 보정 렌즈의 일면에는 상기 피검안의 곡률에 따라 굴절률을 조절하기 위하여 젤이 형성될 수 있다.
상기 미러와 상기 제1 빔 스플리터 사이에는 포커스 렌즈가 구비될 수 있다.
상기 제1 광원의 출력단에는 라인 주사 스폿의 위치 어긋남을 보정하여 균일한 라인을 구성하는 파웰 광학계와, 상기 보정된 제1 광을 반사 또는 분산시키는 제2 빔 스플리터 및 제3 빔 스플리터가 구비되고, 상기 제2 광은 상기 제2 빔 스플리터로 출사될 수 있다.
상기 라인 공간 필터의 입출력 측에 각각 구비되는 릴레이 광학렌즈를 포함하는 제3 릴레이 광학부를 더 포함하고, 상기 제3 릴레이 광학부의 출력단에는 상기 제1 광 내지 제4 광 중 적어도 하나를 반사 또는 분산시키는 제4 빔 스플리터가 구비될 수 있다.
상기 제3 빔 스플리터와 상기 센서부 사이에는 상기 제4 광의 동일한 방향으로의 주사를 위하여 구성된 제4 릴레이 광학부가 더 구비될 수 있다.
상기 검출부는 상기 제3 광을 시준된 광으로 출력하는 주사 광학 렌즈; 상기 시준된 광을 그레이팅하는 리트로 그레이팅; 상기 그레이팅된 광의 광학 성능을 개선하는 이미징 렌즈; 및 상기 광학 성능이 개선된 광을 이용하여 상기 피검안의 단층상을 촬상하는 2D 촬상부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치는 라인 스캔을 이용하여 한번에 많은 고 해상도의 이미지를 촬영하고 눈의 움직임으로 인한 이미지 흐림을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 기존의 적응적 광학계를 대신하여 온오프 축 보정 렌즈들(on-axis and off-axis Correction lens)을 사용하여 쥐과의 어브레이션을 최소화하고, 동물의 눈을 고정시키고 있기 때문에, 이미지를 안정적으로 촬상할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 포인트 스폿이 아닌 라인 주사 스폿(line illumination spot)을 통하여 상대적으로 넓은 영역을 촬상할 수 있다..
또한, 본 발명의 일 실시예는 파웰 광학계를 통하여 불균일 라인 주사(non-uniformity line illumination)를 보정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 포인트 대신 라인을 사용함으로써 더 많은 광학 샘플링(optical sampling)을 형성하므로, 눈 속의 망막 세포들을 볼 수 있게 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 라인 스폿이 2D 카메라에 들어가서 하나의 B-scan 이미지(1024 A-Scan)를 촬상하여, 보다 넓은 영역의 망막 이미지를 빠른 시간 내에 촬상할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 교정 렌즈로 수차를 최소화했지만 시스템에 잔재(residual error)해 있는 수차를 능동 광학계(Active Optics)를 이용하여 더 높은 오더 에버레이션(higher order aberration)을 제거함으로써 하이 콘트라스트(high contrast) 3D 이미지를 촬상할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 하나의 스캔 미러(scan mirror)를 사용함으로써 시스템 사이즈를 작게 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 피검안인 쥐와 생쥐를 위한 맞춤형 보정 렌즈의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 검출부를 나타내는 도면이다.
도 4a는 종래의 1D 카메라를 이용한 스캔 이미지를 나타내는 도면이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치에 사용되는 2D 카메라를 이용한 스캔 이미지를 나타내는 도면이다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
일반적으로, 광학 단층 촬영(OCT)을 위한 촬상 창치에 있어서 기존에는 포인트 스캔과 1D 라인 카메라를 이용하였다. 이에 반하여, 본 발명에 따른 광학 단층 촬영을 위한 촬상 장치는 기존의 장치와 달리 라인 스캔과 2D 카메라를 이용한다. 즉, 이하에서의 본 광학 단층 촬영을 위한 촬상 장치는 포인트 스캔의 단점을 보안한 라인 스캔을 이용하여 한 번에 많은 고 해상도의 이미지를 촬영하고 눈의 움직임으로 인한 이미지 흐림(blur)을 줄일 수 있으며, 나아가 능동 광학계를 이용하여 동물 눈의 수차뿐 만 아니라 전체 시스템의 수차도 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 피검안인 쥐와 생쥐를 위한 맞춤형 보정 렌즈의 일 예를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1의 검출부를 나타내는 도면이고, 도 4a는 종래의 1D 카메라를 이용한 스캔 이미지를 나타내는 도면이며, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치에 사용되는 2D 카메라를 이용한 스캔 이미지를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치는 제1 광원(20)으로부터 라인 조사된 제1 광과 제2 광원(30)으로부터 출사된 제2 광을 피검안(10) 및 미러(60)로 유도하고, 피검안(10) 및 미러(60)에 반사되어 합쳐진 제1 광에 대한 제3 광을 검출부(40)로 이끌어 피검안(10)의 단층상을 촬상하며, 피검안(10) 및 미러(60)에 반사되어 합쳐진 제2 광에 대한 제4 광을 센서부(50)로 이끌어 수차를 측정하는 장치이다.
이러한 동작을 구현하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치는 제1 광과 제2 광의 균일한 라인 형성을 위하여 구성된 라인 공간 필터(25)와, 제1 광과 제2 광의 동일한 방향으로의 주사를 위하여 구성된 제1 릴레이 광학부(16)와, 제1 광과 제2 광의 수차를 감소시키기 위하여 구성된 능동 광학계(15)와, 제1 광과 제2 광의 2D 스캐닝을 위한 스캔 미러(13)와, 제1 광과 제2 광의 동일한 방향으로의 주사를 위하여 구성된 제2 릴레이 광학부(12)와, 제1 광과 제2 광의 반사 또는 분산을 위하여 구성된 제1 빔 스플리터(62)를 포함한다. 이러한 구성을 통하여, 상기 제1 광 및 제2 광은 라인 공간 필터(25), 제1 릴레이 광학부(16), 능동 광학계(15), 스캔 미러(13), 제2 릴레이 광학부(12) 및 제1 빔 스플리터(62)를 거쳐 피검안(10) 또는 미러(60)로 유도된다.
한편, 본 명세서에서의 피검안(10)은 생쥐(Mouse)나 쥐(rat) 등을 포함하는 쥐과의 눈을 의미하는 것이나, 이에 한정되는 것은 아니고 쥐과와 같은 동물의 눈을 의미할 수도 있다.
상기 피검안(10)과 제1 빔 스플리터(62) 사이에는 수차를 감소시키는 디포커스 보정 렌즈(11)가 구비된다. 상기 디포커스 보정 렌즈(11)는 맞춤화된(customized) 렌즈로서, 동물의 눈 사이즈에 따라 사이즈가 조절될 수 있다. 이때, 상기 디포커스 보정 렌즈(11)의 일면에는 피검안(10)의 곡률(예를 들면, 쥐 각막(cornea)의 곡률)에 따라 굴절률을 조절하기 위하여 젤(11a)이 형성될 수 있다. 본 발명에서는 맞춤화된 콘택터블(Contactable) 렌즈를 이용하여 눈에서 나오는 수차를 최소화할 수 있고, 특히 디포커스(defocus)와 난시(astigmatism)를 최소화할 수 있다. 한편, 상기 디포커스 보정 렌즈(11)에 대한 설명은 도 2에 관한 설명부분에서 보다 상세하게 다루기로 한다. 또한, 상기 미러(60)와 제1 빔 스플리터(62) 사이에는 광을 동일한 방향으로 주사하기 위한 제1 포커스 렌즈(61)가 구비될 수 있다.
상기 미러(60)는 레퍼런스 채널(reference channel)을 형성하기 위한 장치로서, 제1 광(샘플 빔)과 제2 광(레퍼런스 빔)이 같은 경로를 지나게 하여, 광 분산(optical dispersion)과 편파(polarization) 특성을 동일하게 할 수 있고, 나아가 시스템 사이즈를 크게 줄일 수 있다.
상기 검출부(40)는 한 번에 훨씬 큰 이미지를 촬영하는 OCT 측정 장치로서, 2D 카메라를 사용한다.
이러한 검출부(40)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제3 광을 시준된 광으로 출력하는 주사 광학 렌즈(41)와, 시준된 광을 그레이팅하는 리트로 그레이팅(Littrow Grating;42)과, 그레이팅된 광의 광학 성능을 개선하는 이미징 렌즈(43)와, 광학 성능이 개선된 광을 이용하여 피검안(10)의 단층상을 촬상하는 2D 촬상부(44)를 포함한다.
상기 주사 광학 렌즈(41)는 시준된(collimated) 광을 출력하고, 리트로 그레이팅(42)은 시준된 광을 그레이팅하여 첫번째 오더(first order)에서 옵티마이즈되도록 함으로써 1200 lines/mm이 되도록 하며, 이때 리트로 그레이팅(42)을 통과한 빔은 파장(wavelength)에 맞게 퍼지게 된다.
상기 2D 촬상부(44)는 OCT의 이미지를 촬영하기 위하여 2D 고속(High speed) CMOS 카메라를 이용한다. 상기 고속(High speed) CMOS 카메라는 1024(one A-Scan) x 1024(1024 B-Scan)을 촬영하는 장치이다.
상기 검출부(40)의 촬영 동작에 대하여 보다 상세하게 설명하자면, 우선 도 4a에 도시된 바와 같이, 기존의 검출부는 1D 라인 카메라를 사용하여 하나의 A scan을 만들어낸다. 또한, 두 개의 스캐너를 이용하여 볼륨 이미지를 촬영하므로, 사이즈나 스피드면에서 본 발명과는 현저하게 차이가 나게 된다.
즉, 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 검출부(40)는 2D CMOS 카메라를 사용하며 하나의 로우(row)가 하나의 A scan을 만든다. 이때, 라인은 점들의 집합이므로 이 라인이 칼럼(column)에 얼라인(align)을 하면 한 번에 1024개의 B scan의 이미지를 촬영한다. 여기서, 1024 픽셀은 쥐눈의 20 degree에 해당하며 하나의 픽셀은 쥐 망막의 0.5 마이크론에 해당한다. 따라서, 쥐의 로드 광수용체(rod photoreceptor)가 2 마이크론이면 네 개의 픽셀이 하나의 광수용체(photoreceptor)를 만들 수 있게 된다. 이를 통하여 본 발명의 검출부(40)는 1024(one A-Scan) x 1024(1024 B-Scan)를 촬영할 수 있게 된다.
한편, 상기 검출부(40)의 전단에는 광을 동일한 방향으로 주사하기 위한 제2 포커스 렌즈(26)가 구비된다.
상기 센서부(50)는 동물의 수차뿐만이 아니라 시스템이 가지고 있는 수차를 측정하는 장치로서, 능동 광학계(15)와 연결되어 시스템에 남아 있는 잔류 에러(residual error)를 최소화할 수 있고, 회절 제한(diffraction limited) 이미지를 촬영하게 할 수 있다.
상기 제1 광원(20)은 저간섭성(low coherence)으로 OCT 이미징에 사용하기 위한 광원으로써, 중앙 파장으로는 850nm이고 밴드폭(bandwidth)이 200nm이다. 상기 제1 광원(20)은 공기에서 축방향 분해능(axial resolution)이 1.6 마이크론을 나타낸다. 이러한 제1 광원(20)은 라인 조사된 제1 광이 렌즈들을 통하여 지나가며 피검안(10)과 미러(60)에 도착과 동시에 반사되어 검출부(40)로 들어가게 된다. 상기 제1 광원(20)의 출력단에는 라인 주사 스폿의 위치 어긋남을 보정하여 균일한 라인을 구성하는 파웰 광학계(21)와, 상기 보정된 제1 광을 반사 또는 분산시키는 제2 빔 스플리터(22) 및 제3 빔 스플리터(23)가 구비된다. 이때, 상기 제2 광은 제2 빔 스플리터(22)로 출사될 수 있다.
또한, 상기 제3 빔 스플리터(23)와 센서부(50) 사이에는 제4 광의 동일한 방향으로의 주사를 위하여 구성된 제4 릴레이 광학부(51)가 구비된다. 상기 제4 릴레이 광학부(51)를 이루는 컨텍터블(Contactable) 렌즈들(51a, 51b)의 사이즈는 센서의 구경(aperture)을 결정할 수 있다.
상기 제1 광원(20)은 미켈슨 간섭 시스템 내에서 제1 광의 경로를 형성한다. 이러한 미켈슨 간섭 시스템 내에서의 빔 패스에 대해서 설명하자면, 우선 제1 광원(20)이 광섬유(single mode fiber, 022 NA 그리고 5 마이크론 사이즈)를 통해서 발열한다. 광섬유에서 나온 광은 유니폼 라인을 만들기 위해서 파웰 렌즈(powell lens)로 구성된 파웰 광학계(21)를 거친다. 그런 다음, 유니폼 라인이 만들어진 광은 다시 라인 공간 필터(25)를 통과해서 아주 깨끗한 라인이 형성된다. 상기 라인은 제4 빔 스플리터(17)에서 반사되어 능동 광학계(15)를 지난다. 상기 능동 광학계(15)를 지난 광은 스캔 미러(13)로 가고, 스캔 미러(13)를 지난 광은 릴레이 옵틱스(즉, 제2 릴레이 광학부(12))와 제1 빔 스플리터(62)를 지나 눈(30%)으로 들어간다. 또한, 상기 제1 빔 스플리터(62)에 반사된 광(70%)은 미러(60)에 반사되어 눈에서 반사되어온 광과 합쳐서 똑같은 광 경로(beam path)를 통해서 검출부(40)로 들어가게 된다.
상기 제2 광원(30)은 능동 광학(Active optics)에 사용하는 광원으로서, 700nm의 센터 파장을 가지고, 레이저 다이오드를 사용한다. 상기 제2 광원(30)은 렌즈(23)을 통과하여 시준된(collimated) 광이 만들어진다. 이러한 광은 미켈슨 간섭 시스템 내에서의 광과 똑같은 경로로 지나간다. 즉, 눈에서 반사된 빔은 다시 똑같은 릴레이 옵틱스(즉, 제2 릴레이 광학부(12))를 통해서 지나와서 제4 빔 스플리터(17)와 제4 릴레이 광학부(51)를 통해서 센서부(50)로 들어간다. 본 발명에서는 제2 광원(30)을 이용하여 시스템 전체적으로 지나면서 능동 광학을 이용해서 모든 수차를 최소화할 수 있다. 한편, 제2 광원(30)의 출력단에는 광을 동일한 방향으로 진행시키는 제3 포커스 렌즈(31)가 구비된다.
상기 라인 공간 필터(25)는 광의 균일한 라인 형성을 위한 장치로서, 라인 조사(line illumination)의 해상도를 높이고 균일 조사(uniform illumination)를 도와주는 장치이다.
상기 라인 공간 필터(25)의 입출력 측에는 각각 릴레이 광학렌즈(24a, 24b)를 포함하는 제3 릴레이 광학부(24)가 구비된다.
상기 제3 릴레이 광학부(24)의 출력단에는 제1 광 내지 제4 광 중 적어도 하나를 반사 또는 분산시키는 제4 빔 스플리터(17)가 구비된다. 상기 제4 빔 스플리터(17)는 Dichroic 빔 스프리트를 사용할 수 있다.
상기 능동 광학계(15)는 광의 수차를 감소시키기 위한 장치로서, 눈에 남아있는 아주 미세한 수차(Higher Order Abberations)를 상쇄하여 선명한 이미지를 촬영하기 위한 장치이다. 상기 능동 광학계(15)는 일반적으로 널리 사용하는 Shack-Hartmann센서로 많은 렌즈(40x40)로 이루어져 있고, 이와 같이 작은 렌즈를 통하여 포칼 스폿(focal spot)을 만들어 CCD 카메라에 상이 생기도록 한다. 이러한 센서는 스폿의 움직임을 계산하여 얼마나 움직이는 지에 관한 정보를 전달한다. 여기서, 상기 렌즈는 150 마이크론 x 150 마이크론으로 6 mm 사이즈를 형성한다. 한편, 6 mm 는 쥐눈의 사이즈와 매치되는 사이즈이다. 또한, 상기 능동 광학계(15)는 20x20 세그먼트로 구성되어 아주 미세한 수차를 상쇄할 수 있다. 한편, 상기 능동 광학계(15)는 광의 수차 감소를 위하여 반사표면의 굴곡형상이 가변되도록 하여, 상호 이격되게 어레이된 다수의 구동 전극에 선택적으로 인가되는 전압신호에 따라 광을 반사하는 공지된 형상 가변 미러를 적용할 수도 있다.
상기 스캔 미러(13)는 광의 2D 스캐닝을 위한 장치로서, MEMS 2D 스캔 미러(scan mirror;13)가 사용된다. 이러한 스캔 미러(13)는 시스템 사이즈를 소형화시킬 수 있고, 나아가 OCT 빔을 쉽게 어디든지 옮길 수 있도록 한다. 본 발명에서는, 하나의 스캔 미러(13)를 사용하여 쥐눈의 동공과 스캔 미러(13)가 일치하도록 함으로써, 광을 스캔 그리고 디 스캔(de-scan)하여 안정적으로 눈으로 들어가도록 할 수 있다. 이때, 디 스캔이 된 광은 다시 능동 광학계(15)로 들어가게 간다. 여기서, 상기 능동 광학계(15)는 외부 컴퓨터(미도시)로부터 보정된, 즉 높은 공간 샘플링(high spatial sampling)이 된 값을 받게 된다. 상기 외부 컴퓨터는 센서부(50)에서 받은 정보를 이용하여 보정에 필요한 정보를 계산하고, 이 계산값을 능동 광학계(15)에 보내준 뒤 다수의 액튜에이터(actuator)가 그 값에 따라 움직여서 수차가 발생된 광을 보정하도록 한다. 그런 다음, 보정된 광이 검출부(40)로 들어가게 된다.
상기 제2 릴레이 광학부(12)는 광의 동일한 방향으로의 주사를 위한 장치로서, 맞춤화된(customized) 렌즈들(12a, 12b)이 사용되고, 동물의 눈(즉, 동공) 사이즈에 따라 사이즈가 조절될 수 있다.
도 2를 참조하여 쥐의 수차를 줄이는 디포커스 보정 렌즈(11)의 설계에 대하여 설명하기로 한다. 우선, 사람의 눈은 64 디옵터인데 비하여, 쥐는 300 디옵터를 가지고 있다. 이러한 디옵터 차이를 상쇄하기 위해서는 또 다른 렌즈가 필요로 하게 되는데, 이를 위하여 본 발명에서는 렌즈의 첫 표면은 쥐들 각막의 곡률과 동일한 렌즈를 사용한다. 이에 더하여, 본 발명에서의 렌즈의 첫 표면에 젤을 발라서 굴절률을 맞추어 디포커스(defocus)를 최소화하고, 난시(astigmatism)를 최소화하도록 설계하였다.
한편, 눈동자(pupil) 위치와 망막 콘쥬게이션(conjugation)에 대하여 설명하자면, 먼저 생쥐(mouse)는 2mm, 쥐(rat)는 4 mm 동공 크기를 가지고 있다. 이 동공 사이즈는 스캔 미러(13), 능동 광학계(15)와 센서부(50)의 사이즈와 맞추어야 한다. 이러한 피지컬 사이즈는 릴레이 옵틱스(즉, 제5 릴레이 광학부(14)와 제1 릴레이 광학부(16))에 의해서 조정이 가능하다. 상기 망막의 위치는 라인 공간 필터(25)와 콘쥬게이트되며 이 두 사이즈는 릴레이 옵틱스의 확대(magnification)로 결정될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치에 따르면, 라인 스캔을 이용하여 한번에 많은 고 해상도의 이미지를 촬영하고 눈의 움직임으로 인한 이미지 흐림을 줄일 수 있다. 또한, 본 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치에 따르면, 기존의 적응적 광학계를 대신하여 온오프 축 보정 렌즈들(on-axis and off-axis Correction lens)을 사용하여 쥐과의 어브레이션을 최소화하고, 동물의 눈을 고정시키고 있기 때문에, 이미지를 안정적으로 촬상할 수 있고, 포인트 스폿이 아닌 라인 주사 스폿(line illumination spot)을 통하여 상대적으로 넓은 영역을 촬상할 수 있으며, 파웰 광학계(21)를 통하여 불균일 라인 주사(non-uniformity line illumination)를 보정할 수 있다. 또한, 본 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치에 따르면, 포인트 대신 라인을 사용함으로써 더 많은 광학 샘플링(optical sampling)을 형성하므로, 눈 속의 망막 세포들을 볼 수 있고, 라인 스폿이 2D 카메라에 들어가서 하나의 B-scan 이미지(1024 A-Scan)를 촬상하여, 보다 넓은 영역의 망막 이미지를 빠른 시간 내에 촬상할 수 있다. 또한, 본 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치에 따르면, 교정 렌즈로 수차를 최소화했지만 시스템에 잔재(residual error)해 있는 수차를 능동 광학계(15)(Active Optics)를 이용하여 더 높은 오더 에버레이션(higher order aberration)을 제거함으로써 하이 콘트라스트(high contrast) 3D 이미지를 촬상할 수 있고, 하나의 스캔 미러(13)를 사용함으로써 시스템 사이즈를 작게 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10: 피검안 11: 디포커스 보정 렌즈
12: 제2 릴레이 광학부 13: 스캔 미러
14: 제5 릴레이 광학부 15: 능동 광학계
16: 제1 릴레이 광학부 17: 제4 빔 스플리터
20: 제1 광원 21: 파웰 광학계
22: 제2 빔 스플리터 23: 제3 빔 스플리터
24: 제3 릴레이 광학부 25: 라인 공간 필터
26: 제2 포커스 렌즈 30: 제2 광원
31: 제3 포커스 렌즈 40: 검출부
41: 주사 광학 렌즈 42: 리트로 그레이팅
43: 이미징 렌즈 44: 2D 촬상부
50: 센서부 51: 제4 릴레이 광학부
60: 미러 61: 제1 포커스 렌즈
62: 제1 빔 스플리터

Claims (7)

  1. 제1 광원으로부터 라인 조사된 제1 광과 제2 광원으로부터 출사된 제2 광을 피검안 및 미러로 유도하고, 상기 피검안 및 미러에 반사되어 합쳐진 상기 제1 광에 대한 제3 광을 검출부로 이끌어 상기 피검안의 단층상을 촬상하며, 상기 피검안 및 미러에 반사되어 합쳐진 상기 제2 광에 대한 제4 광을 센서부로 이끌어 수차를 측정하는 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치이고,
    상기 제1 광과 제2 광은 상기 제1 광과 제2 광의 균일한 라인 형성을 위하여 구성된 라인 공간 필터와, 상기 제1 광과 제2 광의 동일한 방향으로의 주사를 위하여 구성된 제1 릴레이 광학부와, 상기 제1 광과 제2 광의 수차를 감소시키기 위하여 구성된 능동 광학계와, 상기 제1 광과 제2 광의 2D 스캐닝을 위한 스캔 미러와, 상기 제1 광과 제2 광의 동일한 방향으로의 주사를 위하여 구성된 제2 릴레이 광학부와, 상기 제1 광과 제2 광의 반사 또는 분산을 위하여 구성된 제1 빔 스플리터를 거쳐 상기 피검안 또는 미러로 유도되며,
    상기 검출부는
    상기 제3 광을 시준된 광으로 출력하는 주사 광학 렌즈;
    상기 시준된 광을 그레이팅하는 리트로 그레이팅;
    상기 그레이팅된 광의 광학 성능을 개선하는 이미징 렌즈; 및
    상기 광학 성능이 개선된 광을 이용하여 상기 피검안의 단층상을 촬상하는 2D 촬상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 피검안과 상기 제1 빔 스플리터 사이에는 수차를 감소시키는 디포커스 보정 렌즈가 구비되고,
    상기 디포커스 보정 렌즈의 일면에는 상기 피검안의 곡률에 따라 굴절률을 조절하기 위하여 젤이 형성되는 것을 특징으로 하는 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 미러와 상기 제1 빔 스플리터 사이에는 포커스 렌즈가 구비되는 것을 특징으로 하는 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 광원의 출력단에는 라인 주사 스폿의 위치 어긋남을 보정하여 균일한 라인을 구성하는 파웰 광학계와, 상기 보정된 제1 광을 반사 또는 분산시키는 제2 빔 스플리터 및 제3 빔 스플리터가 구비되고,
    상기 제2 광은 상기 제2 빔 스플리터로 출사되는 것을 특징으로 하는 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 라인 공간 필터의 입출력 측에 각각 구비되는 릴레이 광학렌즈를 포함하는 제3 릴레이 광학부를 더 포함하고,
    상기 제3 릴레이 광학부의 출력단에는 상기 제1 광 내지 제4 광 중 적어도 하나를 반사 또는 분산시키는 제4 빔 스플리터가 구비되는 것을 특징으로 하는 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제3 빔 스플리터와 상기 센서부 사이에는 상기 제4 광의 동일한 방향으로의 주사를 위하여 구성된 제4 릴레이 광학부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 쥐과 망막의 단층 촬영을 위한 촬상 장치.
  7. 삭제
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