KR20240086153A

KR20240086153A - Biomarker measurement laser system for optical ultrasound imaging device

Info

Publication number: KR20240086153A
Application number: KR1020220171396A
Authority: KR
Inventors: 안재성; 박웅규
Original assignee: 한국광기술원
Priority date: 2022-12-09
Filing date: 2022-12-09
Publication date: 2024-06-18
Also published as: WO2024123118A1

Abstract

본 발명은 광초음파 영상기기용 생체지표 측정 레이저 시스템에 관한 것으로, 복수 개의 레이저 광원; 각각의 상기 레이저 광원에서 출력되는 레이저 빔 중 일부는 반사시키고 나머지는 투과시키도록 구비되는 빔 스플리터; 상기 빔 스플리터를 투과한 각각의 레이저 빔이 집속되면 외부로 출력하는 커플링 광학계; 복수 개의 상기 레이저 광원 중 적어도 어느 하나의 상기 레이저 광원에서 출력된 레이저 빔이 상기 커플링 광학계로 집속되기 전 파장을 변조시키도록 구비되는 KTP 크리스탈; 및 상기 KTP 크리스탈에 의해 파장이 변조된 상기 레이저 빔을 컬러를 변조시키도록 구비되는 고체염료셀 공진기를 포함한다.The present invention relates to a biomarker measurement laser system for an optical ultrasound imaging device, comprising: a plurality of laser light sources; a beam splitter provided to reflect some of the laser beam output from each of the laser light sources and transmit the rest; a coupling optical system that outputs to the outside when each laser beam passing through the beam splitter is focused; a KTP crystal provided to modulate the wavelength of a laser beam output from at least one of the plurality of laser light sources before it is focused on the coupling optical system; And a solid dye cell resonator provided to modulate the color of the laser beam whose wavelength is modulated by the KTP crystal.

Description

Biomarker measurement laser system for optical ultrasound imaging device}

본 발명은 광초음파 영상기기용 생체지표 측정 레이저 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 파장의 레이저를 교차하여 출력할 수 있는 광초음파 영상기기용 생체지표 측정 레이저 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a biomarker measurement laser system for an optical ultrasound imaging device, and more specifically, to a biomarker measurement laser system for an optical ultrasound imaging device that can output lasers of different wavelengths in alternating directions.

광초음파영상기술은 비침습적으로 생체조직에 대한 영상 촬영이 가능하여 이를 이용한 영상 의료기기를 개발하고자 하는 시도가 활발히 이루어지고 있다.Optical ultrasound imaging technology allows non-invasive imaging of biological tissue, and attempts are being made to develop medical imaging devices using it.

광초음파 신호를 생성하기 위해서는 나노초(nanosecond) 단위의 시간 동안 밀리줄(millijoule) 단위의 에너지를 가지는 레이저 펄스를 좁은 범위에 집속해야 한다. In order to generate an optical ultrasound signal, a laser pulse with energy in millijoule units must be focused in a narrow range for a time in nanosecond units.

이를 가능하게 하는 레이저 시스템으로는 주로 큐스위치 엔디야그 기반의 레이저 시스템이 이용되고 있다. The laser system that makes this possible is mainly a Q-switch NDYAG-based laser system.

최근 단일 파장의 레이저를 이용한 광초음파영상기술 이외에 여러 파장의 레이저를 이용한 광초음파영상기술을 활용하여 기존에 단순하게 신체조직의 구조적 정보만을 획득한 것이 비해 보다 복합적인 생체정보(예를 들면, 혈류량, 혈중산소포화도 등)를 획득하는 연구가 이루어지고 있다.Recently, in addition to optical ultrasound imaging technology using a single-wavelength laser, optical ultrasound imaging technology using multiple wavelength lasers has been used to obtain more complex biometric information (e.g., blood flow) compared to the existing simple structural information of body tissue. , blood oxygen saturation, etc.), research is being conducted.

다파장 고출력 펄스 레이저 구현을 위한 방법으로는 주로 OPO(Optical parametric oscillator)를 활용하는 레이저 시스템이 활용되고 있다. A laser system using an optical parametric oscillator (OPO) is mainly used as a method to implement a multi-wavelength, high-output pulse laser.

그러나 OPO를 기반으로 하는 레이저 시스템은 광학계가 복잡하고 외부 환경 요인에 의해 빔 성질이 쉽게 바뀌며 부피가 크기 때문에 사용하는데 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해 기존에 광초음파신호 생성에 안정적으로 활용한 큐스위치 엔디야그를 이용한 다파장 고출력 펄스 레이저를 개발하고자 하는 시도가 이루어지고 있다.However, OPO-based laser systems are difficult to use because their optical system is complex, beam properties easily change due to external environmental factors, and their volume is large. To solve this problem, attempts are being made to develop a multi-wavelength, high-output pulse laser using Q-switch ND YAG, which has been previously used reliably to generate optical ultrasound signals.

본 발명은 서로 다른 파장의 레이저를 교차하며 출력함으로써 다양한 생체지표를 실시간으로 측정할 수 있는 광초음파 영상기기용 생체지표 측정 레이저 시스템을 제공하는 것이다.The present invention provides a biomarker measurement laser system for an optical ultrasound imaging device that can measure various biomarkers in real time by outputting lasers of different wavelengths in alternating directions.

본 발명의 일 실시예에 따르면 본 발명은, 복수 개의 레이저 광원; 각각의 상기 레이저 광원에서 출력되는 레이저 빔 중 일부는 반사시키고 나머지는 투과시키도록 구비되는 빔 스플리터; 상기 빔 스플리터를 투과한 각각의 레이저 빔이 집속되면 외부로 출력하는 커플링 광학계; 복수 개의 상기 레이저 광원 중 적어도 어느 하나의 상기 레이저 광원에서 출력된 레이저 빔이 상기 커플링 광학계로 집속되기 전 파장을 변조시키도록 구비되는 KTP 크리스탈; 및 상기 KTP 크리스탈에 의해 파장이 변조된 상기 레이저 빔을 컬러를 변조시키도록 구비되는 고체염료셀 공진기를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, the present invention includes: a plurality of laser light sources; a beam splitter provided to reflect some of the laser beam output from each of the laser light sources and transmit the rest; a coupling optical system that outputs to the outside when each laser beam passing through the beam splitter is focused; a KTP crystal provided to modulate the wavelength of a laser beam output from at least one of the plurality of laser light sources before it is focused on the coupling optical system; And a solid dye cell resonator provided to modulate the color of the laser beam whose wavelength is modulated by the KTP crystal.

또한, 상기 커플링 광학계로 수집되는 각각의 레이저 빔의 사이즈를 균일하거나 초점을 일치시킬 수 있도록 구비되는 텔레스코프 렌즈를 더 포함한다.In addition, it further includes a telescope lens provided to uniformly match the size or focus of each laser beam collected by the coupling optical system.

또한, 상기 복수 개의 레이저 광원은, 제1 레이저 광원; 및 상기 제1 레이저 광원으로부터 이격되어 구비되는 제2 레이저 광원을 포함하며, 상기 복수 개의 레이저 광원은 큐스위치 엔디야그를 포함한다.Additionally, the plurality of laser light sources include: a first laser light source; and a second laser light source provided to be spaced apart from the first laser light source, wherein the plurality of laser light sources include a Q switch ND YAG.

또한, 상기 빔 스플리터에서 반사된 각각의 레이저 빔의 출력을 모니터링하도록 구비되는 광 검출기를 더 포함한다.In addition, it further includes a light detector provided to monitor the output of each laser beam reflected from the beam splitter.

또한, 상기 KTP 크리스탈은, 상기 제1 레이저 광원 및 상기 제2 레이저 광원 중 어느 하나의 레이저 광원에서 출력되는 레이저 빔의 파장을 2차 고조파로 변조시킨다.Additionally, the KTP crystal modulates the wavelength of a laser beam output from any one of the first laser light source and the second laser light source into a second harmonic.

또한, 상기 고체염료셀 공진기는 상기 KTP 크리스탈을 통해 2차 고조파로 변조된 레이저 빔을 적색 파장으로 변조시킨다.Additionally, the solid dye cell resonator modulates the second harmonic laser beam modulated into a red wavelength through the KTP crystal.

또한, 각각의 상기 레이저 광원에서 출력된 각각의 레이저 빔이 상기 커플링 광학계로 집속될 수 있도록 각각의 레이저 빔의 이동 경로를 변경시키도록 구비되는 복수 개의 경로변경부를 더 포함한다.In addition, it further includes a plurality of path change units provided to change the movement path of each laser beam so that each laser beam output from each laser light source can be focused on the coupling optical system.

또한, 상기 경로변경부는 상기 제1 레이저 광원에서 출력되는 레이저 빔의 이동 경로를 상기 커플링 광학계를 향하는 방향으로 변경하는 제1 반사미러유닛을 포함한다.Additionally, the path change unit includes a first reflection mirror unit that changes the movement path of the laser beam output from the first laser light source in a direction toward the coupling optical system.

또한, 상기 경로변경부는 상기 제2 레이저 광원에서 출력되는 레이저 빔의 이동 경로를 상기 KTP 크리스탈을 향하는 방향으로 변경하는 제2 반사미러유닛을 더 포함한다.In addition, the path change unit further includes a second reflection mirror unit that changes the movement path of the laser beam output from the second laser light source in a direction toward the KTP crystal.

또한, 상기 경로변경부는 상기 KTP 크리스탈을 통과한 레이저 빔의 이동 경로를 상기 고체염료셀 공진기를 향하는 방향으로 변경하는 제3 반사미러유닛을 더 포함한다.In addition, the path change unit further includes a third reflection mirror unit that changes the movement path of the laser beam that has passed through the KTP crystal in a direction toward the solid dye cell resonator.

또한, 상기 경로변경부는 상기 고체염료셀 공진기를 통과한 레이저 빔의 이동 경로를 상기 커플링 광학계를 향하는 방향으로 변경하는 제4 반사미러유닛을 더 포함한다.In addition, the path change unit further includes a fourth reflection mirror unit that changes the movement path of the laser beam that has passed through the solid dye cell resonator in a direction toward the coupling optical system.

또한, 상기 커플링 광학계는, 집속된 상기 레이저 빔을 출력하기 위한 광섬유 케이블을 포함한다.Additionally, the coupling optical system includes an optical fiber cable for outputting the focused laser beam.

본 발명의 다른 실시예에 따르면 본 발명은, 복수 개의 레이저 광원; 각각의 상기 레이저 광원에서 출력되는 각각의 레이저 빔 중 일부는 반사시키고 나머지는 투과시키도록 구비되는 빔 스플리터; 각각의 레이저 빔 중 상기 빔 스플리터에 반사된 일부를 통해 각각의 상기 레이저 광원의 출력을 모니터링하는 광 검출기; 상기 빔 스플리터를 투과한 각각의 레이저 빔이 집속되면 외부로 출력하는 커플링 광학계; 복수 개의 상기 레이저 광원 중 적어도 어느 하나의 상기 레이저 광원에서 출력된 레이저 빔이 상기 커플링 광학계로 집속되기 전 파장을 변조시키도록 구비되는 KTP 크리스탈; 상기 KTP 크리스탈에 의해 파장이 변조된 상기 레이저 빔을 컬러를 변조시키도록 구비되는 고체염료셀 공진기; 및 상기 빔 스플리터를 투과하여 상기 커플링 광학계로 집속되는 레이저 빔과 상기 KTP 크리스탈 및 상기 고체염료셀 공진기를 투과하여 상기 커플링 광학계로 접속되는 레이저 빔의 사이즈를 균일하게 하거나 초점을 일치시킬 수 있도록 구비되는 복수 개의 텔레스코프 렌즈를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, the present invention includes: a plurality of laser light sources; a beam splitter provided to reflect some of the laser beams output from each of the laser light sources and transmit the rest; a light detector that monitors the output of each laser light source through a portion of each laser beam reflected by the beam splitter; a coupling optical system that outputs to the outside when each laser beam passing through the beam splitter is focused; a KTP crystal provided to modulate the wavelength of a laser beam output from at least one of the plurality of laser light sources before it is focused on the coupling optical system; a solid dye cell resonator provided to modulate the color of the laser beam whose wavelength is modulated by the KTP crystal; And to uniformize or focus the laser beam that passes through the beam splitter and is focused on the coupling optical system and the laser beam that passes through the KTP crystal and the solid dye cell resonator and is connected to the coupling optical system. It includes a plurality of telescopic lenses.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명에 따른 광초음파 영상기기용 생체지표 측정 레이저 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.The biomarker measurement laser system for optical ultrasound imaging equipment according to the present invention has the following effects.

첫째, 서로 다른 파장의 레이저들을 대상자의 동일 지점에 반복적으로 조사할 때 획득하는 영상들의 차이를 직접 비교할 수 있어, 실시간으로 혈중산소포화도, 맥박과 같은 생체지표를 빠르게 측정할 수 있는 효과를 갖는다.First, it is possible to directly compare the differences in images obtained when lasers of different wavelengths are repeatedly irradiated to the same point of the subject, which has the effect of quickly measuring biomarkers such as blood oxygen saturation and pulse in real time.

둘째, 다 파장의 레이저들 중 적어도 하나의 레이저는 고체염료셀을 지나 출력되는데, 고 반복률로 장시간동안 안정적인 출력을 유지할 수 있으므로 신속한 측정 및 측정 정확도, 신뢰도를 확보할 수 있는 장점을 갖는다.Second, at least one of the multi-wavelength lasers is output after passing through a solid dye cell, and can maintain stable output for a long time at a high repetition rate, so it has the advantage of ensuring rapid measurement and measurement accuracy and reliability.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광초음파 영상기기용 생체지표 측정 레이저 시스템의 구성이 도시된 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광초음파 영상기기용 생체지표 측정 레이저 시스템의 구성이 도시된 평면도이다.Figure 1 is a block diagram showing the configuration of a biomarker measurement laser system for an optical ultrasound imaging device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a plan view showing the configuration of a biomarker measurement laser system for an optical ultrasound imaging device according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.Please note that the drawings are schematic and not drawn to scale. The relative dimensions and proportions of parts in the drawings are shown exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the drawings, and any dimensions are illustrative only and are not limiting. And for identical structural elements or parts that appear in two or more drawings, the same reference numerals are used to indicate similar features.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.The embodiments of the present invention specifically represent ideal embodiments of the present invention. As a result, various variations of the diagram are expected. Accordingly, the embodiment is not limited to the specific shape of the illustrated area and also includes changes in shape due to manufacturing, for example.

이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 광초음파 영상기기용 생체지표 측정 레이저 시스템에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the biomarker measurement laser system for an optical ultrasound imaging device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.

본 발명의 일 실시예에 따른 광초음파 영상기기용 생체지표 측정 레이저 시스템(1000)은 복수 개의 레이저 광원(110, 120), 빔 스플리터(131, 132), 커플링 광학계(140), KTP 크리스탈(150) 및 고체염료셀 공진기(160)를 포함한다. The biomarker measurement laser system 1000 for an optical ultrasound imaging device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of laser light sources 110 and 120, beam splitters 131 and 132, a coupling optical system 140, and a KTP crystal ( 150) and a solid dye cell resonator 160.

상기 레이저 광원(110, 120)은 레이저를 출력하는 것으로, 본 실시예에서 상기 레이저 광원(110, 120)은 큐스위치 엔디야그가 적용된다. 본 실시예에서 상기 레이저 광원(110, 120)은 제1 레이저 광원(110) 및 상기 제1 레이저 광원(120)으로부터 설정 거리만큼 이격되어 구비되는 제2 레이저 광원(120)을 포함한다. 본 실시예에서는 두 개의 레이저 광원이 구비되는 것을 예로 들어 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니므로 필요에 의해 레이저 광원이 구비되는 개수는 변경될 수 있다.The laser light sources 110 and 120 output laser light, and in this embodiment, the laser light sources 110 and 120 are Q switch ND YAG. In this embodiment, the laser light sources 110 and 120 include a first laser light source 110 and a second laser light source 120 that is spaced apart from the first laser light source 120 by a set distance. In this embodiment, two laser light sources are provided as an example, but the present invention is not limited to this, so the number of laser light sources may be changed as needed.

본 실시예에서 상기 제1 레이저 광원(110) 및 상기 제2 레이저 광원(120)에서 출력되는 레이저 빔은 1064nm의 파장을 갖는 레이저 빔이다. In this embodiment, the laser beam output from the first laser light source 110 and the second laser light source 120 is a laser beam with a wavelength of 1064 nm.

상기 빔 스플리터(130)는 각각의 상기 레이저 광원(110, 120)에서 출력되는 레이저 빔 중 일부는 반사시키고, 나머지는 투과시키도록 구비되는 것이다. 본 실시예에서는 상기 제1 레이저 광원(110) 및 상기 제2 레이저 광원(120)으로 구비되므로 상기 빔 스플리터(131, 132)도 제1 스플리터(131) 및 제2 스플리터(132)를 포함한다. 본 실시예에 따른 상기 빔 스플리터(131, 132)는 1% 미만의 반사율을 갖는다. The beam splitter 130 is provided to reflect some of the laser beams output from each of the laser light sources 110 and 120 and transmit the rest. In this embodiment, since it is provided with the first laser light source 110 and the second laser light source 120, the beam splitters 131 and 132 also include the first splitter 131 and the second splitter 132. The beam splitters 131 and 132 according to this embodiment have a reflectivity of less than 1%.

상기 제1 레이저 광원(110) 및 상기 제2 레이저 광원(120)에서 각각 출력되는 제1 레이저 빔의 일부(1% 미만) 및 제2 레이저 빔의 일부(1% 미만)는 상기 제1 빔 스플리터(131) 및 상기 제2 빔 스플리터(132)에 반사되고, 나머지는 투과된다.A portion (less than 1%) of the first laser beam and a portion (less than 1%) of the second laser beam output from the first laser light source 110 and the second laser light source 120 are generated by the first beam splitter. 131 and the second beam splitter 132, and the remainder is transmitted.

상기 제1 빔 스플리터(131) 및 상기 제2 빔 스플리터(132)를 투과한 상기 제 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔은 상기 커플링 광학계(140)로 집속된 후 생체지표를 측정하기 위한 대상자에게 출력된다. The first laser beam and the second laser beam that passed through the first beam splitter 131 and the second beam splitter 132 are focused by the coupling optical system 140 and then sent to the subject for measuring biomarkers. It is output.

상기 광초음파 영상기기용 생체지표 측정 레이저 시스템(1000)은 광 검출기(180)를 더 포함한다. 상기 광 검출기(180)는 상기 제1 빔 스플리터(131)에 반사된 상기 제1 레이저 빔의 일부 및 상기 제2 빔 스플리터(132)에 반사된 상기 제2 레이저 빔의 일부를 검출하여 상기 제1 레이저 광원(110) 및 상기 제2 레이저 광원(120)을 모니터링 한다.The biomarker measurement laser system 1000 for an optical ultrasound imaging device further includes an optical detector 180. The optical detector 180 detects a part of the first laser beam reflected by the first beam splitter 131 and a part of the second laser beam reflected by the second beam splitter 132 to detect the part of the first laser beam reflected by the first beam splitter 131. The laser light source 110 and the second laser light source 120 are monitored.

즉, 상기 제1 레이저 광원(110) 및 상기 제2 레이저 광원(120)에서 레이저 빔이 균일한 파워로 출력되는지를 모니터링 한다. 상기 생체지표 측정용 모니터링 시스템(1000)은 초음파 기기(미도시)와 융합하여 사용된다. 상기 제1 레이저 광원(110) 및 상기 제2 레이저 광원(120)에서 출력되는 레이저의 세기에 따라 영상의 세기가 세지거나 영상의 대비가 낮아지기 때문에 이를 보정하기 위해 상기 광 검출기(180)로 상기 제1 레이저 광원(110) 및 상기 제2 레이저 광원(120)의 출력을 모니터링 한다.That is, it is monitored whether the laser beam is output with uniform power from the first laser light source 110 and the second laser light source 120. The monitoring system 1000 for measuring biomarkers is used in combination with an ultrasound device (not shown). Since the intensity of the image increases or the contrast of the image decreases depending on the intensity of the laser output from the first laser light source 110 and the second laser light source 120, the light detector 180 is used to correct this. 1 Monitor the output of the laser light source 110 and the second laser light source 120.

한편, 상기 제1 레이저 광원(110)에서 출력된 상기 제1 레이저 빔은 상기 제1 빔 스플리터(131)를 투과한 후 상기 커플링 광학계(140)로 집속되지만, 상기 제2 레이저 광원(120)에서 출력된 상기 제2 레이저 빔은 상기 KTP 크리스탈(150) 및 상기 고체염료셀 공진기(160)를 투과하면서 파장이 변조된 후 상기 커플링 광학계(140)로 집속된다.Meanwhile, the first laser beam output from the first laser light source 110 passes through the first beam splitter 131 and is focused on the coupling optical system 140, but the second laser light source 120 The second laser beam output from passes through the KTP crystal 150 and the solid dye cell resonator 160, has its wavelength modulated, and is then focused on the coupling optical system 140.

상기 제1 빔 스플리터(131)를 투과한 상기 제1 레이저 빔이 상기 커플링 광학계(140)로 집속되기 위해서는 상기 제1 레이저 빔의 이동 경로를 변경할 수 있어야 한다. 본 실시예에 따른 상기 광초음파 영상기기용 생체지표 측정 레이저 시스템(1000)은 경로변경부를 더 포함하여 상기 제1 레이저 빔의 이동 경로를 변경한다.In order for the first laser beam that has passed through the first beam splitter 131 to be focused into the coupling optical system 140, the movement path of the first laser beam must be able to be changed. The biomarker measuring laser system 1000 for an optical ultrasound imaging device according to this embodiment further includes a path change unit to change the movement path of the first laser beam.

상기 경로변경부는 먼저 상기 제1 빔 스플리터(131)를 투과한 레이저 빔의 이동 방향을 상기 커플링 광학계(140)를 향하는 방향으로 변경하는 제1 반사미러유닛(210)을 포함한다. The path change unit first includes a first reflection mirror unit 210 that changes the moving direction of the laser beam that has passed through the first beam splitter 131 toward the coupling optical system 140.

상기 제1 반사미러유닛(210)은 제1 반사미러(211) 및 제2 반사미러(212)를 포함한다. 상기 제1 반사미러(211)는 상기 제1 레이저 광원(110)에서 출력되는 상기 제1 레이저 빔의 경로를 상기 제1 레이저 광원(110)에서 출력되는 방향과 교차하는 방향으로 변경한다. 즉, 상기 제1 빔 스플리터(131)를 투과한 레이저 빔의 경로가 90°각도로 꺾여 이동하도록 한다.The first reflecting mirror unit 210 includes a first reflecting mirror 211 and a second reflecting mirror 212. The first reflection mirror 211 changes the path of the first laser beam output from the first laser light source 110 to a direction that intersects the direction output from the first laser light source 110. That is, the path of the laser beam passing through the first beam splitter 131 is bent at an angle of 90° and moves.

상기 제2 반사미러(212)는 상기 제1 반사미러(211)를 통해 반사된 상기 제1 레이저 빔의 경로를 상기 커플링 광학계(140)를 향하는 방향으로 변경한다. 본 실시예에서는 도 2를 참조하는 바와 같이, 상기 제1 레이저 빔이 상기 제2 반사미러(212)에 반사되면 90°로 꺾여 상기 커플링 광학계(140)로 집속된다.The second reflection mirror 212 changes the path of the first laser beam reflected through the first reflection mirror 211 toward the coupling optical system 140. In this embodiment, as shown in FIG. 2, when the first laser beam is reflected by the second reflection mirror 212, it is bent at 90° and focused on the coupling optical system 140.

전술한 바와 같이 상기 제2 레이저 광원(120)에 출력된 상기 제2 레이저 빔은 상기 KTP 크리스탈(150) 및 고체염료셀 공진기(160)를 투과하면서 변조된다.As described above, the second laser beam output from the second laser light source 120 is modulated while passing through the KTP crystal 150 and the solid dye cell resonator 160.

상기 KTP 크리스탈(150)은 상기 제2 레이저 광원(120)에서 출력된 상기 제2 레이저 빔의 파장을 2차 고조파로 변조시킨다. 구체적으로는 상기 제2 레이저 광원(120)에서 출력된 제2 레이저 빔의 파장은 상기 KTP 크리스탈(150)을 투과하면서 반 파장 변화하여 2차 고조파로 변조되는 것이다. 상기 제2 레이저 빔은 2차 고조파로 변조되면서 파장이 650nm로 변화된다.The KTP crystal 150 modulates the wavelength of the second laser beam output from the second laser light source 120 into a second harmonic. Specifically, the wavelength of the second laser beam output from the second laser light source 120 changes by half a wavelength while passing through the KTP crystal 150 and is modulated into a second harmonic. The second laser beam is modulated with a second harmonic and the wavelength changes to 650 nm.

상기 KTP 크리스탈(150)을 통과하여 2차 고조파로 변조된 상기 제2 레이저 빔은 상기 고체염료셀 공진기(160)로 전달된다. 상기 제2 레이저 빔은 상기 고체염료셀 공진기(160)를 투과하면서 적색 파장으로 변조된다. 상기 제2 레이저 빔을 적색 파장으로 변조시키는 것은 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔이 광초음파 영상기기에 여기될 때 상기 제1 레이저 빔에 의해 여기된 초음파 영상과 상기 제2 레이저 빔에 의해 여기된 초음파 영상의 강도(intensity) 차이를 분석할 수 있도록 하기 위해서이다. 광초음파 영상기기에서는 전술한 바와 같이 초음파 영상의 강도 차이를 분석하여 혈중산소포화도를 측정한다. The second laser beam modulated with second harmonic waves passes through the KTP crystal 150 and is transmitted to the solid dye cell resonator 160. The second laser beam is modulated to a red wavelength while passing through the solid dye cell resonator 160. Modulating the second laser beam to a red wavelength causes the ultrasound image excited by the first laser beam and the second laser beam to be transmitted when the first laser beam and the second laser beam are excited by the optical ultrasound imaging device. This is to be able to analyze the difference in intensity of the ultrasound image excited by . As described above, optical ultrasound imaging devices measure blood oxygen saturation by analyzing intensity differences in ultrasound images.

본 실시예에서는 적색 파장으로 변조되는 것을 예로 들어 설명하였으나 이제 한정되는 것은 아니므로 레이저 빔의 색은 필요에 따라 다양한 색으로 변조될 수 있다. In this embodiment, modulation with a red wavelength has been described as an example, but this is not limited, so the color of the laser beam can be modulated into various colors as needed.

적색 파장으로 변조된 상기 제2 레이저 빔은 상기 커플링 광학계(140)로 집속되어 외부로 출력되며, 이때 상기 제1 레이저 광원(110)에서 출력되는 상기 제1 레이저 빔의 파장과 다른 파장(650mn 파장)의 레이저가 출력되는 것이다. The second laser beam modulated with a red wavelength is focused by the coupling optical system 140 and output to the outside. At this time, the wavelength (650 mn) is different from the wavelength of the first laser beam output from the first laser light source 110. wavelength) of the laser is output.

한편, 전술한 바와 같이 상기 제2 레이저 광원(120)에서 출력된 상기 제2 레이저 빔이 상기 KTP 크리스탈(150) 및 상기 고체염료셀 공진기(160)를 투과한 후 상기 커플링 광학계(140)로 집속되기 위해서는 상기 제2 레이저 빔의 이동 방향을 변경시킬 수 있어야 한다. Meanwhile, as described above, the second laser beam output from the second laser light source 120 passes through the KTP crystal 150 and the solid dye cell resonator 160 and then is transmitted to the coupling optical system 140. In order to be focused, the direction of movement of the second laser beam must be changed.

전술한 상기 경로변경부는 제2 반사미러유닛(220), 제3 반사미러유닛(230) 및 제4 반사미러유닛(240)을 더 포함하며, 상기 제2 반사미러유닛(220), 상기 제3 반사미러유닛(230) 및 상기 제4 반사미러유닛(240)이 상기 제2 레이저 빔의 이동 방향을 변경시키는 역할을 한다.The above-described path change unit further includes a second reflection mirror unit 220, a third reflection mirror unit 230, and a fourth reflection mirror unit 240, and the second reflection mirror unit 220 and the third reflection mirror unit 240 The reflecting mirror unit 230 and the fourth reflecting mirror unit 240 serve to change the moving direction of the second laser beam.

상기 제2 반사미러유닛(220)은 상기 제2 레이저 광원(120)과 상기 KTP 크리스탈(150) 사이에 구비되어 상기 제2 레이저 광원(120)에서 출력된 상기 제2 레이저 빔의 이동 방향을 변경한다.The second reflection mirror unit 220 is provided between the second laser light source 120 and the KTP crystal 150 to change the moving direction of the second laser beam output from the second laser light source 120. do.

상기 제2 반사미러유닛(220)은 상기 제3 반사미러(221) 및 상기 제4 반사미러(222)를 포함한다. 상기 제3 반사미러(221)는 상기 제2 레이저 광원(120)에서 출력되고 상기 제2 빔 스플리터(133)를 투과한 상기 제2 레이저 빔을 반사시켜 상기 제2 레이저 빔의 이동 방향을 변경한다. The second reflecting mirror unit 220 includes the third reflecting mirror 221 and the fourth reflecting mirror 222. The third reflection mirror 221 changes the direction of movement of the second laser beam by reflecting the second laser beam output from the second laser light source 120 and passing through the second beam splitter 133. .

상기 제3 반사미러(221)에 의해 변경된 상기 제2 레이저 빔의 이동 방향은 상기 제2 레이저 광원(120)에서 출력되는 방향과 90°각도로 교차하는 방향이다.The moving direction of the second laser beam changed by the third reflection mirror 221 is a direction that intersects the direction output from the second laser light source 120 at an angle of 90°.

상기 제4 반사미러(222)는 상기 제3 반사미러(221)에서 반사된 상기 제2 레이저 빔의 이동 방향을 상기 KTP 크리스탈(150)을 향하도록 변경한다. 이에 의해 상기 제2 레이저 빔이 상기 KTP 크리스탈(150)을 투과할 수 있다.The fourth reflection mirror 222 changes the moving direction of the second laser beam reflected from the third reflection mirror 221 to point toward the KTP crystal 150. As a result, the second laser beam can pass through the KTP crystal 150.

상기 제3 반사미러유닛(230)은 상기 KTP 크리스탈(150)과 상기 고체염료셀 공진기(160) 사이에 구비되어 상기 KTP 크리스탈(150)을 통과한 상기 제2 레이저 빔의 이동 방향을 변경한다.The third reflection mirror unit 230 is provided between the KTP crystal 150 and the solid dye cell resonator 160 to change the direction of movement of the second laser beam passing through the KTP crystal 150.

상기 제3 반사미러유닛(230)은 제5 반사미러(231) 및 제6 반사미러(232)를 포함한다. 상기 제5 반사미러(231)는 상기 KTP 크리스탈(150)을 투과한 상기 제2 레이저 빔을 반사시켜 상기 제2 레이저 빔의 이동 방향을 변경한다.The third reflecting mirror unit 230 includes a fifth reflecting mirror 231 and a sixth reflecting mirror 232. The fifth reflection mirror 231 reflects the second laser beam that has passed through the KTP crystal 150 and changes the direction of movement of the second laser beam.

상기 제5 반사미러(231)에 의해 변경된 상기 제2 레이저 빔의 이동 방향은 상기 KTP 크리스탈(150)을 투과하는 방향과 90°각도로 교차하는 방향이다.The moving direction of the second laser beam changed by the fifth reflection mirror 231 is a direction that intersects the direction passing through the KTP crystal 150 at an angle of 90°.

상기 제6 반사미러(232)는 상기 제5 반사미러(231)에서 반사된 상기 제2 레이저 빔의 이동 방향을 상기 고체염료셀 공진기(160)를 향하도록 변경한다. 이에 의해 상기 제2 레이저 빔이 상기 고체염료셀 공진기(160)를 투과한다.The sixth reflection mirror 232 changes the moving direction of the second laser beam reflected from the fifth reflection mirror 231 to point toward the solid dye cell resonator 160. As a result, the second laser beam passes through the solid dye cell resonator 160.

상기 제4 반사미러유닛(240)은 상기 고체염료셀 공진기(160)와 상기 커플링 광학계(140) 사이에 구비되어 상기 고체염료셀 공진기(160)를 투과한 상기 제2 레이저 빔의 이동 방향을 변경한다.The fourth reflection mirror unit 240 is provided between the solid dye cell resonator 160 and the coupling optical system 140 to determine the moving direction of the second laser beam that has passed through the solid dye cell resonator 160. change

상기 제4 반사미러유닛(240)은 제7 반사미러(241) 및 제8 반사미러(242)를 포함한다. 상기 제7 반사미러(241)는 상기 고체염료셀 공진기(160)를 통과한 상기 제2 레이저 빔을 반사시켜 상기 제2 레이저 빔의 이동 방향을 변경한다.The fourth reflecting mirror unit 240 includes a seventh reflecting mirror 241 and an eighth reflecting mirror 242. The seventh reflection mirror 241 reflects the second laser beam that has passed through the solid dye cell resonator 160 and changes the direction of movement of the second laser beam.

상기 제7 반사미러(241)에 의해 변경된 상기 제2 레이저 빔의 이동 방향은 상기 고체염료셀 공진기(160)를 투과하는 방향과 90° 각도로 교차하는 방향이다.The moving direction of the second laser beam changed by the seventh reflection mirror 241 is a direction that intersects the direction passing through the solid dye cell resonator 160 at an angle of 90°.

상기 제8 반사미러(242)는 상기 제7 반사미러(241)에서 반사된 상기 제2 레이저 빔의 이동 방향을 상기 커플링 광학계(140)를 향하도록 변경한다. 이에 의해 상기 제2 레이저 빔이 상기 커플링 광학계(140)에 집속된다.The eighth reflection mirror 242 changes the moving direction of the second laser beam reflected from the seventh reflection mirror 241 to face the coupling optical system 140. As a result, the second laser beam is focused on the coupling optical system 140.

한편, 상기 커플링 광학계(140)에 집속될 때 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔은 확산이 되는 정도나 빔 사이즈가 달라진다. 특히, 상기 제2 레이저 빔의 경우 상기 고체염료셀 공진기(160)를 투과하면서 상기 제2 레이저 빔의 확산 정도가 달라진다. Meanwhile, when focused on the coupling optical system 140, the degree of diffusion and beam size of the first laser beam and the second laser beam are different. In particular, in the case of the second laser beam, the degree of diffusion of the second laser beam changes as it passes through the solid dye cell resonator 160.

따라서 상기 커플링 광학계(140)로 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔이 집속될 때 확산 크기 또는 빔 사이즈를 조절하고, 상기 커플링 광학계(140)의 전방에 구비되는 상기 광섬유 케이블에 초점이 맺힐 때 초점 위치를 일치시키기 위해 상기 텔레스코프 렌즈(170)가 구비된다. Therefore, when the first laser beam and the second laser beam are focused by the coupling optical system 140, the spread size or beam size is adjusted and the optical fiber cable provided in front of the coupling optical system 140 is focused. The telescope lens 170 is provided to match the focus position when the focus is focused.

본 실시예에서는 도 2를 참조하는 바와 같이 3개의 상기 텔레스코프 렌즈(170)가 구비된다. 하나의 상기 텔레스코프 렌즈(170)는 상기 제1 반사미러(211) 및 상기 제2 반사미러(212) 사이에 구비된다. 상기 제1 레이저 광원(110)에서 출력된 후 상기 제1 반사미러(211)에 반사된 상기 제1 레이저 빔은 상기 제2 반사미러(212)로 이동하는 동안 상기 텔레스코프 렌즈(170)를 통과하여 상기 제1 레이저 빔의 사이즈를 조절한다. In this embodiment, as shown in FIG. 2, three telescopic lenses 170 are provided. One telescopic lens 170 is provided between the first reflecting mirror 211 and the second reflecting mirror 212. The first laser beam output from the first laser light source 110 and then reflected by the first reflecting mirror 211 passes through the telescope lens 170 while moving to the second reflecting mirror 212. Thus, the size of the first laser beam is adjusted.

다른 하나의 상기 텔레스코프 렌즈(170)는 상기 KTP 크리스탈(150)과 상기 제5 반사미러(231) 사이에 구비된다. 상기 제2 레이저 빔은 상기 KTP 크리스탈(150)를 통과하면서 2차 고조파로 변조되므로 빔 사이즈에 변화가 발생할 수 있다. 따라서 상기 KTP 크리스탈(150)을 통과한 후에는 상기 텔레스코프 렌즈(170)를 통과하면서 상기 제2 레이저 빔의 사이즈를 조절한다.Another telescopic lens 170 is provided between the KTP crystal 150 and the fifth reflection mirror 231. Since the second laser beam is modulated with a second harmonic while passing through the KTP crystal 150, a change in beam size may occur. Therefore, after passing through the KTP crystal 150, the size of the second laser beam is adjusted while passing through the telescope lens 170.

또 다른 하나의 상기 텔레스코프 렌즈(170)는 상기 커플링 광학계(140)에 구비된다. 전술한 바와 같이 상기 제2 레이저 빔은 상기 고체염료셀 공진기(160)를 통과하기 때문에 확산 정도가 상기 제1 레이저 빔과 달라진다. 따라서 상기 커플링 광학계(140)로 집속된 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔이 상기 광섬유 케이블을 통해 외부로 출력될 수 있도록 상기 텔레스코프 렌즈(170)를 통과하면서 상기 광섬유 케이블을 향한 초점을 일치시킨다. Another telescopic lens 170 is provided in the coupling optical system 140. As described above, since the second laser beam passes through the solid dye cell resonator 160, the degree of diffusion is different from that of the first laser beam. Therefore, the first laser beam and the second laser beam focused by the coupling optical system 140 focus toward the optical fiber cable while passing through the telescope lens 170 so that they can be output to the outside through the optical fiber cable. Match.

전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 상기 광초음파 영상기기용 생체지표 측정 레이저 시스템은 서로 다른 두 파장의 레이저(제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔)를 동일 지점에 반복적으로 조사할 수 있다. 이에 따라 혈중산소포화도, 맥박과 같은 생체지표를 빠르게 측정할 수 있다. The biomarker measurement laser system for an optical ultrasound imaging device configured as described above can repeatedly irradiate lasers of two different wavelengths (a first laser beam and a second laser beam) to the same point. Accordingly, biomarkers such as blood oxygen saturation and pulse can be quickly measured.

특히, 두 파장의 레이저는 교차로 조사되기 때문에 실시간으로 두 파장의 레이저에 의한 영상차를 실시간으로 비교할 수 있게 되는 장점을 갖는다. 즉, 종래와 같이 레이저 신호를 연산하는 등의 후처리가 필요하지 않게 되므로 생체지표를 실시간으로 측정할 수 있다.In particular, since the two wavelengths of laser are irradiated at intersections, it has the advantage of being able to compare the image differences caused by the two wavelengths of laser in real time. In other words, since there is no need for post-processing such as calculating laser signals as in the past, biomarkers can be measured in real time.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the attached drawings, those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. will be.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the claims described later, and the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts are derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts. All resulting changes or modified forms should be construed as falling within the scope of the present invention.

1000: 광초음파 기기용 생체지표 측정 레이저 시스템
110: 제1 레이저 광원
120: 제2 레이저 광원
131: 제1 빔 스플리터
132: 제2 빔 스플리터
140: 커플링 광학계
141: 광섬유 케이블
150: KTP 크리스탈
160: 고체염료셀 공진기
171: 제1 텔레스코프 렌즈
172: 제2 텔레스코프 렌즈
173: 제3 텔레스코프 렌즈
180: 광 검출기
210: 제1 반사미러유닛
220: 제2 반사미러유닛
230: 제3 반사미러유닛
240: 제4 반사미러유닛1000: Biomarker measurement laser system for optical ultrasound devices
110: first laser light source
120: second laser light source
131: first beam splitter
132: second beam splitter
140: Coupling optical system
141: fiber optic cable
150: KTP Crystal
160: Solid dye cell resonator
171: first telescopic lens
172: second telescopic lens
173: Third telescopic lens
180: light detector
210: First reflection mirror unit
220: Second reflection mirror unit
230: Third reflection mirror unit
240: Fourth reflection mirror unit

Claims

A plurality of laser light sources;
a beam splitter provided to reflect some of the laser beam output from each of the laser light sources and transmit the rest;
a coupling optical system that outputs to the outside when each laser beam passing through the beam splitter is focused;
a KTP crystal provided to modulate the wavelength of a laser beam output from at least one of the plurality of laser light sources before it is focused on the coupling optical system; and
A biomarker measurement laser system for an optical ultrasound imaging device including a solid dye cell resonator provided to color modulate the laser beam whose wavelength is modulated by the KTP crystal.

According to paragraph 1,
A biomarker measurement laser system for an optical ultrasound imaging device, further comprising a telescope lens provided to uniformly adjust the size or focus of each laser beam collected by the coupling optical system.

According to paragraph 2,
The plurality of laser light sources are,
a first laser light source; and
It includes a second laser light source provided to be spaced apart from the first laser light source,
The plurality of laser light sources are a biomarker measurement laser system for an optical ultrasound imaging device including a Q-switch NDYAG.

According to paragraph 1,
A biomarker measurement laser system for an optical ultrasound imaging device, further comprising an optical detector provided to monitor the output of each laser beam reflected from the beam splitter.

According to paragraph 3,
The KTP crystal is,
A biomarker measurement laser system for an optical ultrasound imaging device that modulates the wavelength of a laser beam output from any one of the first laser light source and the second laser light source into a second harmonic.

According to clause 5,
The solid dye cell resonator is a biomarker measurement laser system for an optical ultrasound imaging device that modulates a laser beam modulated into a second harmonic wave through the KTP crystal into a red wavelength.

According to paragraph 3,
A biometric indicator for an optical ultrasound imaging device, further comprising a plurality of path change units provided to change the moving path of each laser beam so that each laser beam output from each of the laser light sources can be focused on the coupling optical system. Measuring laser system.

In clause 7,
The path change unit includes a first reflection mirror unit that changes the movement path of the laser beam output from the first laser light source in a direction toward the coupling optical system.

In clause 7,
The path change unit further includes a second reflection mirror unit that changes the movement path of the laser beam output from the second laser light source in a direction toward the KTP crystal.

According to clause 9,
The path change unit further includes a third reflection mirror unit that changes the movement path of the laser beam passing through the KTP crystal in a direction toward the solid dye cell resonator.

According to clause 10,
The path change unit further includes a fourth reflection mirror unit that changes the movement path of the laser beam that has passed through the solid dye cell resonator in a direction toward the coupling optical system.

According to paragraph 1,
The coupling optical system is,
A biomarker measurement laser system for an optical ultrasound imaging device including an optical fiber cable for outputting the focused laser beam.

A plurality of laser light sources;
a beam splitter provided to reflect some of the laser beams output from each of the laser light sources and transmit the rest;
a light detector that monitors the output of each laser light source through a portion of each laser beam reflected by the beam splitter;
a coupling optical system that outputs to the outside when each laser beam passing through the beam splitter is focused;
a KTP crystal provided to modulate the wavelength of a laser beam output from at least one of the plurality of laser light sources before it is focused on the coupling optical system;
a solid dye cell resonator provided to modulate the color of the laser beam whose wavelength is modulated by the KTP crystal; and
Provided to equalize or focus the laser beam that passes through the beam splitter and is focused on the coupling optical system and the laser beam that passes through the KTP crystal and the solid dye cell resonator and is connected to the coupling optical system. A biomarker measurement laser system for optical ultrasound imaging equipment that includes a plurality of telescopic lenses.