KR102329767B1

KR102329767B1 - 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR102329767B1
Application number: KR1020150010754A
Authority: KR
Inventors: 이준; 정중호
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2021-11-23
Anticipated expiration: 2035-01-22
Also published as: US10835124B2; WO2016117775A1; KR20160090667A; US20180014730A1

Abstract

편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치 및 그 제어방법은, 광 검출기에서 검출된 편광 신호를 기초로, 다수의 층을 가지고 각 층의 광학축(optical axis)이 랜덤한 복굴절 물질에 대하여 존스 행렬을 이용하여 각 층의 로컬 위상지연값을 산출할 수 있다. 본 발명에 의하면, 랜덤한 광학축을 가지는 다층 복굴절 물질에 대하여 정확한 누적 위상지연값을 획득함으로써 피부 노화 정도를 정확하게 진단할 수 있다.

Description

편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치 및 그 제어방법{POLARIZATION SENSITIVE OPTICAL COHERENCE TOMOGRAPHY APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 복굴절 물질의 좌표축에 따른 측정 오차를 보정하는 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

광간섭성 단층 촬영(OCT; Optical Coherence Tomography) 장치는 빛의 간섭 특성을 이용하여 마이크로 해상도로 주어진 샘플의 단면을 비 침습적으로(noninvasively) 촬영하는 단층 촬영 장치이다. OCT 장치는 안구학, 심장학, 피부학 등 다양한 분야에 임상 목적으로 사용되고 있다.

OCT 장치는 샘플에서 반사된 신호의 강도를 이용하여 샘플의 부 표면(Sub-surface)의 구조를 관측하는 장치로 사용되고 있지만, 단순히 신호의 강도만을 이용하여 장기(organ)의 상태 해석, 정상/비정상 조직을 구분하는 등의 조직 특징을 파악하는데 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위하여, 조직 특성을 파악하기 위한 추가적인 정보를 제공할 수 있는 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영(PS-OCT; Polarization Sensitive Optical Coherence Tomography) 장치에 대한 연구가 집중되고 있다.

편광 민감도 광간섭성 단층 촬영은 샘플 조직에 입사된 빛과 관련된 수평 및 수직 성분의 신호 사이의 위상 지연(PR; Phase Retardation)을 계산하여 샘플 조직에 복굴절 정도를 정량화하는데 활용될 수 있다. 이러한, 복굴절 정도를 정량화하는 방법에 의하여, 피부 조직 중 진피의 구성 요소인 콜라겐 성분의 양을 정량화하여 피부 노화의 지표로 활용할 수 있다.

구체적으로, 콜라겐 성분의 정량화 방법은 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치를 사용하여 획득한 깊이 별 피부 조직에 대한 복소수 신호를 이용하여 누적 위상 지연값의 절대값의 기울기로 정량화하였다.

그러나, 콜라겐 성분은 다수의 층이 쌓인 적층 구조를 가지며, 각 층은 랜덤한 광학축(optical axis)을 갖기 때문에, 누적 위상 지연값의 절대값이 0이 발생하는 경우 부정확한 결과를 얻게 되는 문제점이 있다.

한국공개특허공보 제10-2015-0012243호 (2015년 02월 03일 공개)

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 광 검출기에서 검출된 편광 신호를 기초로, 다수의 층을 가지고 각 층의 광학축(optical axis)이 랜덤한 복굴절 물질에 대하여 존스 행렬을 이용하여 각 층의 로컬 위상지연값을 산출할 수 있도록 하는 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 광 검출기, 및 상기 광 검출기에서 검출된 편광 신호를 기초로, 다수의 층을 가지고 각 층의 광학축(optical axis)이 랜덤한 복굴절 물질에 대하여 존스 행렬을 이용하여 상기 각 층의 로컬 위상지연값을 산출하는 제어부를 포함하는 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치를 제공한다.

제어부는 상기 로컬 위상지연값의 절대값을 정량화한 기울기를 피부 노화 지표로 결정할 수 있다.

제어부는 N번째 레이어와 (N+1)번째 레이어까지의 편도 존스 행렬 및 왕복 존스 행렬을 이용하여 상기 N번째 레이어까지의 동일한 광학축을 갖는 깊이 별 누적 편도 위상지연값과 누적 광학축을 산출하고, 상기 동일한 광학축을 갖는 깊이 별 누적 편도 위상지연값과 누적 광학축을 이용하여 상기 (N+1)번째 레이어의 로컬 위상지연값을 산출할 수 있다.

제어부는 상기 N번째 레이어를 변경하며 상기 로컬 위상지연값을 산출하는 과정을 반복하여 수행하고, 다수의 로컬 위상지연값의 절대값을 누적하여 정량화한 기울기를 피부 노화 지표로 출력할 수 있다.

제어부는 상기 특정 레이어의 다음 레이어((N+1) layer)까지의 왕복 존스 행렬을 이용하여 상기 다음 레이어의 상기 로컬 위상지연값을 결정할 수 있다.

편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치는 피부와 접촉하는 프로브를 더 포함하고, 제어부는 상기 프로부를 통해 상기 피부로 광원으로부터 출력된 입사광을 전달하고, 상기 피부로부터 반사된 편광 신호를 획득하고, 상기 획득한 편광 신호를 이용하여 로컬 위상지연값을 산출할 수 있다.

광 검출기는 상기 프로브 내부에 형성될 수 있다.

제어부는 상기 프로브를 통해 획득한 편광 신호를 이용하여 상기 입사광이 전달된 복굴절 물질의 레이어 층수와 피부 표면으로부터의 깊이를 더 검출할 수 있다.

제어부는 상기 광 검출기에서 검출된 편광 신호를 디지털 신호로 변환하여 수신하고, 상기 디지털 신호의 수직 편광 신호와 수평 편광 신호 각각을 푸리에 변환하여 크기와 위상값을 결정할 수 있다.

편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치는 광원으로부터 입사된 빛을 기준 암(reference arm)과 샘플 암(sample arm)으로 각각 분배하는 광 커플러를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 다수의 층을 가지고 각 층의 광학축(optical axis)이 랜덤한 복굴절 물질을 통과하고 광 검출기를 통해 출력된 편광 신호를 수신하는 단계, N번째 레이어와 (N+1)번째 레이어까지의 편도 존스 행렬 및 왕복 존스 행렬을 이용하여 상기 N번째 레이어까지의 동일한 광학축을 갖는 깊이 별 누적 편도 위상지연값과 누적 광학축을 산출하는 단계, 및 상기 동일한 광학축을 갖는 깊이 별 누적 편도 위상지연값과 누적 광학축을 이용하여 상기 (N+1)번째 레이어의 로컬 위상지연값을 산출하는 단계를 포함하는 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치의 제어방법을 제공한다.

본 발명에 따른 이동 단말기 및 그 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 랜덤한 광학축을 고려하여 피부의 노화 지표를 정량화할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 조직을 비파괴적인방법에 의해 검사하고 조직 특성에 대한 추가적인 정보를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명과 관련된 PS-OCT 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명과 관련된 PS-OCT장치의 개략적인 구성도이다.
도 3 내지 도 4는 본 발명과 관련된 PS-OCT 장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명과 관련된 PS-OCT 장치의 사용 상태를 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명과 관련된 PS-OCT 장치의 제어방법을 설명하기 위한 도면들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영(PS-OCT; Polarization Sensitive Optical Coherence Tomography) 장치(이하, 'PS-OCT 장치'라 함) 및 그 제어방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

PS-OCT 장치는 광원으로부터 편광 빔을 EO 변조기(i.e.편광 변조기 또는 전기 광학 변조기)에 의해 연속적으로 변조하고, 연속적으로 변조한 편광빔을 나누어 일방을 입사 빔으로 주사하여 샘플 조직에 조사하고, 그 반사광을 획득하고, 변조한 편광빔의 다른 일방을 참조광으로 하여 양자의 스펙트럼 간섭에 의해 OCT 계측을 수행할 수 있다.

또한, PS-OCT 장치는 스펙트럼 간섭 성분 중 수직 편광 성분(H)과 수평 편광 성분(V)을 동시에 두 개의 광 검출기로 측정하여 샘플 조직의 편광 특성을 나타내는 존스 벡터 또는 존스 행렬을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 PS-OCT 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명과 관련된 PS-OCT장치의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, PS-OCT 장치(100)는 광원(110), 편광자(120), EO 변조기(130), 광 커플러(140), 참조 암(150), 샘플 암(160), 분광기(170) 및 제어부(180)를 포함하여 구성될 수 있다.

광원(110)은 광대역 스펙트럼을 가지는 SLD(Super Luminescent Diode)를 사용하거나 펄스 레이저로 형성되고, 편광자(120), EO 변조기(130) 및 광 커플러(140) 등이 순차적으로 접속되어 있다.

편광자(120)는 광원(110)으로부터 입사한 광을 직선으로 편광 시킬 수 있고, EO 변조기(130)는 진상축을 45도 방향으로 고정하고, 입력되는 전압을 정현적으로 변조함으로써 진상축과 그것에 직교하는 지상축 사이의 위상차를 연속적으로 바꿀 수 있다. 상기의 구성에 의하여, 광원(110)으로부터 입사한 광을 편광자(120)에서 직선 편광시켜, EO 변조기(130)에 입사시킴으로써 변조 주기에 따라 직선 편광, 타원 편광, 직선 편광 등의 순서로 변조될 수 있다.

광 커플러(140)는 EO 변조기(130)에서 변조된 광을 참조 암(150)과 샘플 암(160)으로 분기할 수 있다.

참조 암(150)은 편파 컨트롤러(polarization controller)(151), 콜리메이트 렌즈(152), 편광자(153), 집광 렌즈(154) 및 고정 거울(155)을 포함하여 구성될 수 있다.

샘플 암(160)은 편파 컨트롤러(161), 콜리메이트 렌즈(162), 고정 거울(163), 갈바노 거울(164) 및 집광 렌즈(165)를 포함하여 구성될 수 있다. 광 커플러(140)로부터 입사된 빔이 2축의 갈바노 거울(164)에 의해 주사되어 샘플(190)에 조사될 수 있다. 샘플(190)로부터 반사된 반사광은 다시 광 커플러(140)를 통해 참조광과 중첩되어 간섭빔으로 분광기(170)로 수신될 수 있다.

분광기(170)는 순차적으로 접속된 편파 컨트롤러(171), 콜리메이트 렌즈(172), 회절 격자(173), 푸리에 변환 렌즈(174), 편광 빔 스플리터(175) 및 광 검출기(176)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 광 검출기(176)는 CCD카메라가 사용될 수 있다. 광 커플러(140)로부터 수신된 간섭빔은 콜리메이트 렌즈(172)에 의해 콜리메이트되어 회절 격자(173)에 의해 간섭 스펙트럼으로 분광될 수 있다. 회절 격자(173)는 분광된 간섭 스펙트럼 빔을 푸리에 변환 렌즈(174)로 푸리에 변환하여 편광 빔 스플리터(175)로 수평 및 수직 성분으로 나누고, 광 검출기(176)를 통해 검출할 수 있다. 광 검출기(176)는 수평 및 수직 편광 신호 양쪽의 위상 정보를 검지할 수 있다.

광원(110), 참조 암(150), 샘플 암(160) 및 분광기(170)는 각각 편파 컨트롤러가 설치되어 광원(110)으로부터 보내지는 각각의 빔의 초기 편광 상태를 조정할 수 있다. EO 변조기(130)로 연속적으로 변조된 편광 상태가 참조광과 물체광에 있어서도 서로 일정한 진폭과 일정한 상태 편광 상태의 관계가 유지되고, 광 커플러(140)에 접속된 분광기(170)에 있어서 일정한 진폭과 일정한 상태 편광 상태를 유지하도록 제어할 수 있다.

분광기(170)를 교정할 때는 EO 변조기(130)를 정지시키고, 참조광을 블록하고 슬라이드 글라스와 반사경을 샘플 암(160)에 둠으로써 수평 편광 신호와 수직 편광 신호의 피크 위치가 동일하도록 조절할 수 있다. 또한, 슬라이드 글라스의 뒷면과 반사경으로부터 OCT 신호는 분광기(170)에서 검지되며, OCT 신호의 피크 위상를 모니터링할 수 있다.

제어부(180)는 광 검출기(176)에서 검출된 편광 신호를 기초로, 다수의 층을 가지는 복굴절 물질의 각 층의 위상지연값과 각 층의 광학축(optical axis)을 측정할 수 있다. 제어부(180)는 각 층의 광학축이 랜덤한 복굴절 물질에 대하여 존스 행렬을 이용하여 각 층의 로컬 위상지연값을 산출할 수 있다.

이때, 제어부(180)는 광 검출기(176)에서 검출된 편광 신호를 디지털 신호로 변환하여 수신하고, 디지털 신호의 수직 편광 신호와 수평 편광 신호 각각을 푸리에 변환하여 크기와 위상값을 결정할 수 있다.

제어부(180)는 로컬 위상지연값의 절대값을 정량화한 기울기를 피부 노화 지표로 결정할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 피부 노화 지표를 정량적인 수치로 출력할 수 있다. 정량적인 수치가 클수록 콜라겐 함량이 많은 피부 조직이므로 피부 노화 정도가 상대적으로 낮은 것으로 판단할 수 있다.

구체적으로, 제어부(180)는 N번째 레이어와 (N+1)번째 레이어까지의 편도 존스 행렬 및 왕복 존스 행렬을 이용하여 N번째 레이어까지의 동일한 광학축을 갖는 깊이 별 누적 편도 위상지연값과 누적 광학축을 산출할 수 있다. 즉, 제어부는 다수의 층 각각의 광학축이 동일한 경우를 가정하여 깊이 별 누적 편도 위상지연값과 누적 광학축을 산출할 수 있다. 이 값은 각 층의 광학축이 다른 경우에는 부정확한 위상지연값이 될 수 있다.

다음으로, 제어부(180)는 동일한 광학축을 갖는 깊이 별 누적 편도 위상지연값과 누적 광학축을 이용하여 (N+1)번째 레이어의 로컬 위상지연값을 산출할 수 있다. 구체적으로, 제어부(180)는 특정 레이어의 다음 레이어((N+1) layer)까지의 왕복 존스 행렬을 이용하여 (N+1)번째 레이어의 로컬 위상지연값을 결정할 수 있다.

도 2를 참조하면, PS-OCT 장치는 디스플레이부(192) 및 입력부(194)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

디스플레이부(192)는 정량화한 기울기값을 표시하거나 정량화한 기울기값에 대응하는 피부 상태를 표시할 수 있다. 디스플레이부(192)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-li quid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

사용자 입력부(194)는 편광 민감성 광간섭성 단층 촬영 장치의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시킬 수 있다. 입력부(194)는 키 패트(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드, 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.

또한, PS-OCT 장치의 광 검출기는 프로브 내부에 형성되고, 프로브를 통해 피부로 광원으로부터 출력된 입사광을 전달하고, 피부로부터 반사된 편광 신호를 획득할 수 있다.

제어부(180)는 프로브를 통해 획득한 편광 신호를 이용하여 입사광이 전달된 복굴절 물질의 레이어 층수와 피부 표면으로부터의 깊이를 더 검출할 수 있다.

도 3 내지 도 4는 본 발명과 관련된 PS-OCT 장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

제어부(180)는 다수의 층을 가지고 각 층의 광학축(optical axis)이 랜덤한 복굴절 물질을 통과하고 광 검출기(176)를 통해 출력된 편광 신호를 수신할 수 있다(S110).

구체적으로, 제어부(180)는 광 검출기(176)에서 검출된 편광 신호를 디지털 신호로 변환하여 수신하고, 디지털 신호의 수직 편광 신호와 수평 편광 신호 각각을 푸리에 변환하여 크기와 위상값을 결정할 수 있다.

다음으로, 제어부(180)는 N번째 레이어와 (N+1)번째 레이어까지의 편도 존스 행렬 및 왕복 존스 행렬을 이용하여 상기 N번째 레이어까지의 동일한 광학축을 갖는 깊이 별 누적 편도 위상지연값과 누적 광학축을 산출할 수 있다(S120).

구체적으로, 제어부(180)는 N번째 부 물질 레이어와 관련된 존스 행렬을 [수학식 1]과 같이 선형 지연자(Linear Retarder)로 표현할 수 있다. 이때, 부 물질은 입사한 빛의 수평 성분 신호와 수직 성분 신호의 강도 감소 비율이 동일하다는 전제가 필요하며, 샘플의 두께가 얇은 경우 감쇄 비율의 차이는 발생하지 않기 때문에 피부의 콜라겐을 부 물질로 하는 경우 문제되지 않는다.

여기서, R(α_n)은 좌표축 회전 행렬을 나타내고, Λ(δn)은 수평 성분 신호와 수직 성분 신호 사이의 위상 지연 행렬로 [수학식 2]와 같다.

또한, 1번째 레이어부터 N번째 레이어까지 누적 편도 존스행렬(Cumulative Single-Trip (ST) Jones Matrix, J_ST(n))은 각 레이어와 관계된 선형 지연자의 곱으로 [수학식 3] 과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, R(φ_n)은 1번째 레이어에서 N번째 레이어까지 서로 다른 광학축을 가진 부 물질 레이어들과 관련된 존스행렬의 곱에 의해 형성된 광학축 회전을 의미하며, J_L(β_n, k_n)은 서로 동일한 광학축을 가진 부 물질 레이어들과 관련된존스행렬의 곱에 의해 형성된 누적 위상지연값 β_n과 누적 광학축 k_n을 가진 선형 지연자를 의미한다.

R(φ_n)은 PS-OCT 장치에서 직접 측정할 수 없는 값이지만, J_ST(n)의; 전치 대칭(Transpose Symmetric) 특징에 의해, 1번째 레이어에서 N번째 레이어까지 누적 왕복 존스행렬(Cumulative Round-Trip (RT) Jones Matrix, J_RT(n))에서 R(φ_n)가 제거되는 관계식을 [수학식 4]와 같이 얻을 수 있다.

PS-OCT 장치를 통해 1번째 레이어부터 N번째 레이어까지 누적 위상지연값 β_n과 누적 광학축 k_n을 [수학식 1] 및 [수학식 4]를 이용하여 계산할 수 있다.

또한, (N+1)번째 로컬 위상지연값을 (N+1)번째 레이어까지누적 왕복 존스행렬인 [수학식 5]을 이용하여 [수학식 6]과 같이 계산할 수 있다.

여기서, J(n+1)과 (N+1)번째 레이어의 왕복 존스행렬은 유사변환 관계이므로 J(n+1) 행렬의 고유치(Eigenvalue)를 이용하여 (N+1)번째 레이어의 로컬 위상지연값을 얻을 수 있다.

최종적으로, 제어부(180)는 동일한 광학축을 갖는 깊이 별 누적 편도 위상지연값과 누적 광학축을 이용하여 (N+1)번째 레이어의 로컬 위상지연값을 산출할 수 있다(S130).

제어부는 샘플 조직에 대한 z_ref 레이어부터 z 레이어까지의 누적 존스행렬른 [수학식 7]과 같이 나타낼 수 있다.

I_i _,p의 i는 1 또는 2번째 입사빔과 관련된 수평 편광 신호 또는 수직 편광 신호이고, H_ref와 V_ref는 검출된 기준 암(reference arm)의 수평 편광 신호 또는 수직 편광 신호를 나타내고, η_H와 η_V는 각각 수평 편광 신호와 수직 편광 신호의 Responsibility를 환산하여 광자 수로 나는 양자효율을 나타낸다.

또한, [수학식 7]을 [수학식 4]에 적용하면, [수학식 8]과 같이 나타낼 수 있고, 누적 편도 위상지연값(δ_z)와 누적 광학축값(θ_z)를 [수학식 9]와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, _λ1, λ₂는 고유값이며, τ는 v₁₂ _, v₁₁의 위상차를 의미한다.

따라서, 누적 편도 위상지연값(δ_z)와 누적 광학축값(θ_z)을 [수학식 6]에 적용하여 로컬 위상지연값을 획득할 수 있다.

도 4를 참조하면, 제어부(180)는 복굴절 물질의 설정된 레이어까지 로컬 위상지연값이 획득되었는지 판단할 수 있다(S140).

제어부(180)는 설정된 레이어까지 로컬 위상지연값이 획득된 경우(예), 다수의 로컬 위상지연값의 절대값을 누적하여 정량화하고(S150), 정량화한 기울기를 피부 노화 지표로 출력할 수 있다(S160).

반면, 제어부(180)는 설정된 레이어까지 로컬 위상지연값이 획득되지 않은 경우(아니오), S130 레이어를 증가시키며(S170) 단계를 반복하여 수행할 수 있다.

즉, 제어부는 기준 레이어부터 레이어를 점차적으로 증가시키며, 각 레이어의 로컬 위상지연값을 산출하고, 각 로컬 위상지연값의 절대값을 누적하여 정량화한 기울기를 피부 노화 지표로 결정할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 피부 노화 지표를 정량적인 수치로 출력할 수 있다. 정량적인 수치가 클수록 콜라겐 함량이 많은 피부 조직이므로 피부 노화 정도가 상대적으로 낮은 것으로 판단할 수 있다.

도 5는 본 발명과 관련된 PS-OCT 장치의 사용 상태를 나타내는 도면이고, 도 6 내지 도 8은 본 발명과 관련된 PS-OCT 장치의 제어방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 5를 참조하면, PS-OCT 장치의 프로브를 피부 노화 정도를 측정할 피부 상에 위치시킨 후 피부 노화 정도를 측정할 수 있다.

구체적으로, 프로브(P1)는 피부 표면에 위치하며, 광원으로부터 출력된 입사광이 프로부(P1)를 통해 피부로 전달되고, 피부에서 반사된 편광 신호가 프로브(P1)를 통해 검출될 수 있다.

제어부는 표피 아래의 진피(A)에 포함된 콜라겐(B)을 통과하여 반사된 편광 신호를 이용하여 각 콜라겐 층의 로컬 위상지연값을 앞서 설명한 수학식에 따라 산출할 수 있다.

도 6내지 도 8을 참조하면, 다층의 복굴절 물질의 광학축이 동일한 경우(도 6의 (a))와 광학축이 랜덤하게 배치된 경우(도 6의 (b)), 누적 위상지연값의 기울기가 서로 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있다.

도 7의 (a)를 참조하면, 다층의 복굴절 물질의 광학축이 동일한 경우(도 6의 (a)), 수학식에 의한 계산값(M)과 실제 측정값(T)이 오차범위 내에서 동일하게 산출되는 것을 확인할 수 있다.

도 7의 (b)를 참조하면, 다층의 복굴절 물질의 광학축이 랜덤한 경우(도 6의 (b)), 수학식에 의한 계산값(M)과 실제 측정값(T)이 크게 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있다.

도 8을 참조하면, 다층의 복굴절 물질의 광학축이 랜덤한 경우(도 6의 (b)), 각 레이어의 로컬 위상지연값을 각각 산출하여 이를 누적한 누적 위상지연값의 계산값(M)은 실제 측정값(T)인 0.0375 [radian/pixel]과 오차범위 내에서 동일하게 산출되는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 광학축이 랜덤한 다층의 복굴절 물질에 대하여 랜덤한 광학축을 고려한 누적 위상지연값을 획득할 수 있으므로, 랜덤한 광학축에 따른 부정확성을 제거할 수 있다.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부(180)를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100: PS-OCT 장치 110: 광원
176: 광 검출기 180: 제어부
192: 디스플레이부 194: 사용자 입력부

Claims

광 검출기; 및
상기 광 검출기에서 검출된 편광 신호를 기초로, 다수의 층을 가지고 각 층의 광학축(optical axis)이 랜덤한 복굴절 물질에 대하여 존스 행렬을 이용하여 상기 각 층의 로컬 위상지연값을 산출하고, N번째 레이어와 (N+1)번째 레이어까지의 편도 존스 행렬 및 왕복 존스 행렬을 이용하여 상기 N번째 레이어까지의 동일한 광학축을 갖는 깊이 별 누적 편도 위상지연값과 누적 광학축을 산출하고,
상기 동일한 광학축을 갖는 깊이 별 누적 편도 위상지연값과 누적 광학축을 이용하여 상기 (N+1)번째 레이어의 로컬 위상지연값을 산출하는 제어부;
를 포함하는 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 로컬 위상지연값의 절대값을 정량화한 기울기를 피부 노화 지표로 결정하는 것을 특징으로 하는 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 N번째 레이어를 변경하며 상기 로컬 위상지연값을 산출하는 과정을 반복하여 수행하고, 다수의 로컬 위상지연값의 절대값을 누적하여 정량화한 기울기를 피부 노화 지표로 출력하는 것을 특징으로 하는 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 N번째 레이어의 다음 레이어((N+1) layer)까지의 왕복 존스 행렬을 이용하여 상기 다음 레이어의 상기 로컬 위상지연값을 결정하는 것을 특징으로 하는 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치.
제1항에 있어서,
피부와 접촉하는 프로브;를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 프로브를 통해 상기 피부로 광원으로부터 출력된 입사광을 전달하고, 상기 피부로부터 반사된 편광 신호를 획득하고, 상기 획득한 편광 신호를 이용하여 로컬 위상지연값을 산출하는 것을 특징으로 하는 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치.
제6항에 있어서,
상기 광 검출기는, 상기 프로브 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치.
제6항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 프로브를 통해 획득한 편광 신호를 이용하여 상기 입사광이 전달된 복굴절 물질의 레이어 층수와 피부 표면으로부터의 깊이를 더 검출하는 것을 특징으로 하는 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 광 검출기에서 검출된 편광 신호를 디지털 신호로 변환하여 수신하고, 상기 디지털 신호의 수직 편광 신호와 수평 편광 신호 각각을 푸리에 변환하여 크기와 위상값을 결정하는 것을 특징으로 하는 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치.
제1항에 있어서,
광원으로부터 입사된 빛을 기준 암(reference arm)과 샘플 암(sample arm)으로 각각 분배하는 광 커플러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치.
다수의 층을 가지고 각 층의 광학축(optical axis)이 랜덤한 복굴절 물질을 통과하고 광 검출기를 통해 출력된 편광 신호를 수신하는 단계;
N번째 레이어와 (N+1)번째 레이어까지의 편도 존스 행렬 및 왕복 존스 행렬을 이용하여 상기 N번째 레이어까지의 동일한 광학축을 갖는 깊이 별 누적 편도 위상지연값과 누적 광학축을 산출하는 단계; 및
상기 동일한 광학축을 갖는 깊이 별 누적 편도 위상지연값과 누적 광학축을 이용하여 상기 (N+1)번째 레이어의 로컬 위상지연값을 산출하는 단계;
를 포함하는 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치의 제어방법.
제11항에 있어서,
상기 (N+1)번째 레이어의 로컬 위상지연값을 산출하는 단계를 상기 복굴절 물질의 설정된 레이어까지 반복하여 수행하는 단계;
상기 산출한 다수의 로컬 위상지연값의 절대값을 누적하여 정량화하는 단계; 및
상기 정량화한 기울기를 피부 노화 지표로 출력하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 민감도 광간섭성 단층 촬영 장치의 제어방법.