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마이크로 내시경 및 첨단 광 단층촬영기법을 이용한 생체 이미징
Endoscopic Bio-Imaging Using Optical Coherence Tomography 원문보기

비파괴검사학회지 = Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, v.31 no.5, 2011년, pp.466 - 471  

Ahn, Yeh-Chan (Department of Biomedical Engineering, Pukyong National University) ,  Brenner, Matthew (Beckman Laser Institute, University of California at Irvine) ,  Chen, Zhongping (Beckman Laser Institute, University of California at Irvine)

초록
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광 단층촬영기법은 의료영상진단 기기로 최근에 주목받고 있는 분야이다. 현재 병원 초음파보다 공간 해상도가 10-100배 우수하지만 침투깊이가 조직 내에서 1-2 mm로 얇기 때문에 인체 내 장기 이미징을 위하여서 반드시 내시경 기법을 동반하여야 한다. 본 연구를 통하여 고속 광 단층촬영기법을 소개하고 초소형 기전공학 기술을 바탕으로 개발된 내시경을 사용하여 New Zealand white rabbit의 식도와 위장 벽을 3차원으로 이미징한 결과를 고찰하였다. 개발된 내시경에는, 2축 스캔 반사경이 정전기력에 의하여 구동하는 구 동부 위에 위치하여, 입력광을 2축으로 스캔할 수 있도록 하는 구조를 포함하고 있다. 내시경의 외경은 6 mm이며 스캔 반사경의 직경은 1.2 mm 였다. 3.5초 동안 스캔하면서 3차원 이미지를 획득하였다. 3차원 이미지는 200개의 2차원 이미지를 쌓아서 구현되었으며 각각의 2차원 단면이미지는 $200{\times}500$ 픽셀들로 구성되었다. 이미지의 공간해상도는 공기 중에서 8 ${\mu}m$ 였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Optical coherence tomography(OCT) is an emerging medical diagnostic tool that draws great attention in medical and biological fields. It has a 10-100 times higher spatial resolution than that of the clinical ultrasound but lower imaging depth such as 1-2 mm. In order to image internal organs, OCT ne...

주제어

#광 단층촬영기법   #내시경   #2축 스캔 반사경   #초소형 기전공학기술   #소화기 내시경 단층촬영  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문을 통하여 먼저 최신 의료 영상기기인 Optical coherence tomography(OCT)의 원리를 소개하였다. OCT는 침투깊이의 한계로 인하여 생체 내부 장기의 단층 촬영을 위하여서는 내시경이 필요한데 본 연구에서는 생체 내부 장기의 고속단층촬영을 위하여 반복성 및 고속성을 발휘하는 OCT 내시경을 제작하였다. 제작된 내시경은 초소형 기전공학기술을 사용한 2축 스캔 반사경을 기반으로 하였다.
  • MEMS 기술은 OCT 분야에도 응용이 가능하여 1축반사경을 사용한 경우[8,9], 마이크로모터를 이용한 회전모드를 사용한 경우[10], 전기능동형 폴리머를 사용한 경우[11] 등 기초적인 연구가 시작되었다. 본 연구에서는 MEMS 기술을 사용하여 2축으로 스캔 가능한 초소형, 고속스캔 반사경과 이를 사용한 OCT 내시경에 대해 소개할 것이다.
  • 한편 조기에 암의 퍼진 정도를 파악하기 위해서 3차원 단층촬영이 필요해짐에 따라 고속스캔 및 재현성이 확보되는 3차원 OCT 내시경이 필요하게 되었다. 본 연구에서는 체적운동을 동반하지 않으며, 고속운전이 가능하며, 재현성이 뛰어난 3차원 OCT 내시경을 초소형기계기술(MEMS technology)을 이용하여 개발[3]하였고 이를 이용하여 촬영된 3차원 이미지를 고찰하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현재 조직의 이상 유무는 어떻게 판단하는가? Optical coherence tomography(OCT)는 광을 이용한 첨단 실시간 단층촬영기법으로서 생체조직을 고해상도, 비침습적으로 촬영할 수 있는 기술이다[1]. 현재 조직의 이상 유무는 일부 조직을 떼어 내어 고정 시키고 염색하여 현미경 하에서 진단하는 일련의 생검 과정을 거쳐 판단하게 된다. 그러나 떼어낸 조직 샘플의 수가 한정적일 수밖에 없으므로 조직검사의 정확도는 의사의 경험에 상당히 의존한다.
OCT이란 무엇인가? Optical coherence tomography(OCT)는 광을 이용한 첨단 실시간 단층촬영기법으로서 생체조직을 고해상도, 비침습적으로 촬영할 수 있는 기술이다[1]. 현재 조직의 이상 유무는 일부 조직을 떼어 내어 고정 시키고 염색하여 현미경 하에서 진단하는 일련의 생검 과정을 거쳐 판단하게 된다.
내시경 전체를 기계적으로 움직여 2차원 이미지를 획득하는 형태의 OCT 내시경의 단점은 무엇인가? 현재 OCT 내시경은 내시경 전체를 기계적으로 움직여 (직선운동 또는 회전운동) 2차원 이미지를 획득하는 형태가 대부분을 차지한다. 그러나 이런 체적운동을 동반한 내시경은 고속운전이 불가능하기 때문에 이미지 획득에 걸리는 시간이 길고, 히스테리시스 같은 문제로 인해 재현성이 떨어진다. 한편 조기에 암의 퍼진 정도를 파악하기 위해서 3차원 단층촬영이 필요해짐에 따라 고속스캔 및 재현성이 확보되는 3차원 OCT 내시경이 필요하게 되었다.
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참고문헌 (15)

  1. D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory and C. A. Puliafito, "Optical coherence tomography," Science, Vol. 254, pp. 1178 (1991) 

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  2. Z. Yaqoob, J. Wu, E. J. McDowell, X. Heng, and C. Yang, "Methods and application areas of endoscopic optical coherence tomography," J Biomed Opt., Vol. 11, No. 6, pp. 063001 (2006) 

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  3. W. Jung, D. T. McCormick, Y.-C. Ahn, A. Sepehr, M. Brenner, B. Wong, N. C. Tien and Z. Chen, "In vivo three-dimensional spectral domain endoscopic optical coherence tomography using a microelectromechanical system mirror," Opt. Lett., Vol. 32, No. 22, pp. 3239-3241 (2007) 

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  4. S. Kwon, G. L. Liu, K.-H. Jeong and L. P. Lee, "Micro confocal line scanning system for high density microfluidics," Proc. IEEE/LEOS Optical MEMS, Hawaii, USA, pp. 10-11 (2003) 

  5. Y. C. Pei, W. Wilson, J. C. Liao and M. C. Wu, "Cell addressing and trapping using novel optoelectronic tweezers," Proceedings MEMS, Maastricht, The Netherlands, pp. 21-24 (2004). 

  6. W. Piyawattanametha, R. P. J. Barretto, T. H. Ko, B. A. Flusberg, E. D. Cocker, H. Ra, D. Lee, O. Solgaard and M. J. Schnitzer, "Fast-scanning two-photon fluorescence imaging based on a microeletromechanical systems two dimensional scanning mirror," Opt. Lett., Vol. 31, pp. 2018-2020 (2006) 

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  7. D. T. McCormick and N. C. Tien, "A mems based optical fiber scanning probe," Proc. IEEE/LEOS Optical MEMS, Lugano, Switzerland, pp. 207-208 (2002) 

  8. Y. Pan, H. Xie and G. K. Fedder, "Endoscopic optical coherence tomography based on a microelectromechanical mirror," Opt. Lett., Vol. 26, pp. 1966-1968 (2001) 

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  9. J. M. Zara, S. Yazdanfar, K. D. Rao, J. A. Izatt and S. W. Smith, "Electrostatic micromachine scanning mirror for optical coherence tomography," Opt. Lett., Vol. 28, pp. 628-630 (2003) 

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  10. P. H. Tran, D. S. Mukai, M. Brenner and Z. Chen, "In vivo endoscopic optical coherence tomography by use of a rotational microelectromechanical system probe," Opt. Lett., Vol. 29, pp. 1236-1238 (2004) 

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  11. Y. Wang, M. Bachman, G. P. Li, S. Guo, B. J. F. Wong and Z. Chen, "Low voltage polymer-based scanning cantilever for in vivo optical coherence tomography," Opt. Lett., Vol. 30, pp. 53-55 (2005) 

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  12. A. Garnier, T. Bourouina, E. Orsier, T. Masuzawa, H. Fujita, T. Hiramoto and J. C. Peuzin, "A fast, robust and simple 2-D micro-optical scanner based on contactless magnetostrictive actuation," IEEE. 13th Conference on MEMS, Miyazaki, Japan, pp. 715-720 (2000) 

  13. E. Thielicke and E. Obermeier, "Microactuators and their technologies," Mechatronics, Vol. 10, pp. 431-455 (2000) 

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  14. H. Toshiyoshi, W. Piyawattanametha, C. T. Chan and M. C. Wu, "Linearization of electrostatically actuated surface micro-machined 2D optical scanner," J Microelectromech Syst., Vol. 10, (2001) 

  15. R. A. Conant and R. S. Muller, "Cyclic fatigue testing of surface-micromachined thermal actuators," ASME Internation Mechanical Engineering Congress and Exposition, Anaheim, USA, Vol. 66, pp. 273-277 (1998) 

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