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광간섭단층영상(OCT)은 조직 내부의 미세 구조를 비침습적으로 고해상도 단면 이미지를 생성해 낼 수 있어 임상에서 중요한 이미징 양식으로 자리 잡았다. 또한 OCT는 이미징에 필요한 빛의 세기가 상대적으로 낮아 눈과 같은 민감한 조직의 이미징에 사용할 수 있고 광섬유 기반의 프로브를 통해 위장이나 혈관 등의 이미징에도 사용할 수 있다. OCT가 개발되고 가장 널리 사용된 분야는 안과 분야였다. 그 후 연구를 통해 생리학적 질병 진단, 내시경을 통한 혈관 진단, 충치 진단 등 여러 분야에서 활용되고 있다. 의료분야뿐만 아니라 ...

광간섭단층영상(OCT)은 조직 내부의 미세 구조를 비침습적으로 고해상도 단면 이미지를 생성해 낼 수 있어 임상에서 중요한 이미징 양식으로 자리 잡았다. 또한 OCT는 이미징에 필요한 빛의 세기가 상대적으로 낮아 눈과 같은 민감한 조직의 이미징에 사용할 수 있고 광섬유 기반의 프로브를 통해 위장이나 혈관 등의 이미징에도 사용할 수 있다. OCT가 개발되고 가장 널리 사용된 분야는 안과 분야였다. 그 후 연구를 통해 생리학적 질병 진단, 내시경을 통한 혈관 진단, 충치 진단 등 여러 분야에서 활용되고 있다. 의료분야뿐만 아니라 레이저 용접 평가, 디스플레이 불량 평가 같은 산업분야에서의 활용 방법도 연구되고 있으며 식물의 병충해에 대한 검사 같은 농업 분야에서의 활용성도 입증되고 있다. PAT는 광음향 효과를 기반으로 광학 대비와 초음파 이미지 형성을 결합하여 3차원 이미징을 구현하는 기술이다. PA 효과는 펄스 또는 강도 변조된 광 에너지가 물체에 흡수되어 열에너지로 변환되고 변환된 열에너지에 의해 열탄성 팽창이 발생하여 음파를 방출하는 현상을 말한다. 광학 산란 매체와 생물학적 조직에서의 기능성 PA 이미징의 효용성이 입증되면서, 오늘날 PAT는 생물 의학 이미징 분야에서 가장 큰 연구분야 중 하나가 되었다. 이렇듯 OCT와 PAT의 이미지 방식은 물질의 서로 다른 특성 대비에 기인한다. OCT는 샘플에서의 후방 산란 또는 후방 반사를 기반으로 하고 PAT는 샘플의 광 흡수도를 기반으로 한다. OCT는 샘플 내부의 다양한 미세 구조에 대해 우수한 이미징 능력을 가지고 있지만 특정 물질을 대상으로 하는 기능성 이미징 능력은 부족하다. 반면에 PAT는 내인성 발색단 및 외인성 조영제와 같이 여기 빔의 파장에서 대해 높은 광 흡수도를 가진 샘플을 대상으로 한 기능성 이미징에 적합하다.
OCT 및 PAT의 다중 모드 시스템은 미세 구조 이미지와 기능 이미지를 동시에 제공할 수 있으며 그 효과는 이미 많은 연구 그룹에서 입증되었다. 그러나 생성된 PA 신호를 압전 트랜스듀서로 수신하는 방식의 다중 모드 시스템은 초음파의 특성으로 인해 신호 수신을 위해 물이나 초음파 젤과 같은 접촉 영역이 필요하다. 이러한 제약으로 인해 트랜스듀서를 사용하는 다중 모드 시스템은 화상 부위 진단 또는 뇌 수술 진단과 같이 접촉이 불가능한 환부에 대한 이미징에 비실용적이다. 또한 신호 수신을 위해 접촉 없이 영상화할 수 있는 OCT의 장점을 충분히 활용할 수 없게 된다. 이 문제를 해결하기 위해 다양한 유형의 비접촉식 PA 기술과 결합된 OCT 기술이 도입되었는데 광학 방식으로 광 음향 신호를 감지하는 기술은 대부분은 간섭계를 사용하여 표면 진동을 감지하는 방식이다. 이러한 간섭 신호는 산란, 원치 않는 진동 및 복잡한 진폭 반사 변조와 같은 복잡한 메커니즘의 혼합일 수 있으며 원치 않는 간섭으로 인해 간섭 신호가 발생할 수도 있다. 최근 새롭게 제안된 비접촉식 PA 방식은 간섭계 방식을 사용하지 않고 탄성 광 굴절률의 변화에 따른 조사 광의 반사 변화를 측정하는 방식이다. 비간섭 광 음향 원격 감지(PARS) 현미경이라고 하는 새로운 방식은 저 간섭 프로브 빔을 사용하여 의도적으로 위상 변조 감도를 제거하여 강도 반사율 변화를 측정하고 신호 대비 잡음비(SNR)가 높은 실시간 이미지를 얻는 이점이 있다. 특히 비간섭 광음향 원격 감지(PARS) 현미경 방식은 조사 광에 저간섭 연속파(CW) 광원을 사용하기 때문에 동일한 특성의 연속파 광원을 사용하는 SD-OCT와 결합에 용이하다.
본 논문에서 우리는 PARS 현미경과 OCT를 결합한 시스템을 제안한다. 먼저 2장에서는 일반적인 스펙트럼 영역 OCT(SD-OCT)를 이용하여 샘플 내부의 미세구조에 대해 비침습 검사를 수행하고 OCT의 효용성을 입증하였다. OCT를 활용해 레이저 투과 용접된 열가소성 플라스틱 샘플을 검사하고 2차원, 3차원 영상을 통해 검사 값을 정량화한 평가가 가능함을 입증하였다. 3장에서는 PARS 현미경과 OCT를 결합한 시스템을 제안한다. 비간섭계 방식인 PARS 현미경의 특성을 유지하기 위해 간섭계로 향하는 광 경로와 PARS 시스템의 광 경로는 분리하여 각각 영향을 받지 않도록 구성하였다. 또한 샘플단에서는 동일한 광경로를 사용하여 별도의 스테이지 이동 및 이미지 후처리 작업 없이 같은 영역에 대한 이미징이 가능하도록 하였다. 완성된 시스템을 통해 5% 아가로스 젤에 넣은 탄소 섬유 네트워크를 영상화하고 시스템의 효용성을 입증하였다.