초록 ▼

■ 내시경은 인체 내부를 관찰할 수 있는 기구로써 질병을 진단하고 치료하는데 사용한다. 최근에는 위나 대장뿐만이 아닌 척추와 뇌와 같이 매우 민감한 부위를 관찰하고 침생검을 대체하기 위해 미세내시경을 개발하려는 연구가 활발하다. 미세내시경의 경우 직경이 1 mm 이하의 광학 프로브를 사용함으로써 최소침습술을 가능하게 하고 기존의 침생검을 대체하여 실시간으로 병리학적인 검사를 가능하게 해준다. 현재 국내외의 연구경향은 그린렌즈(Graded-index)이나 이미지 번들 파이버 (image bundle fiber)을 프로브로 사용하여 형

■ 내시경은 인체 내부를 관찰할 수 있는 기구로써 질병을 진단하고 치료하는데 사용한다. 최근에는 위나 대장뿐만이 아닌 척추와 뇌와 같이 매우 민감한 부위를 관찰하고 침생검을 대체하기 위해 미세내시경을 개발하려는 연구가 활발하다. 미세내시경의 경우 직경이 1 mm 이하의 광학 프로브를 사용함으로써 최소침습술을 가능하게 하고 기존의 침생검을 대체하여 실시간으로 병리학적인 검사를 가능하게 해준다. 현재 국내외의 연구경향은 그린렌즈(Graded-index)이나 이미지 번들 파이버 (image bundle fiber)을 프로브로 사용하여 형광 이미징을 하는 방식을 택하고 있다.
■ 형광 이미징의 경우 측정기제가 단순하고 영상의 대조도가 높다는 장점이 있으나 형광표지로 인해 뇌와 같이 민감한 부위에 사용할 수 없고 독성에 관한 연구가 충분히 이루어지지 않아 실제 응용에 사용하기에는 적합하지 않다. 따라서 형광물질과 같은 별도의 표지물질을 사용하지 않는 대면적 이미징이 가능한 반사 내시경 시스템이 필요하다. 그러나 이 경우 공기와 프로브 끝단의 굴절률 차이로 인해 강하게 반사되는 조명빛이 물체의 신호 대 잡음비를 떨어뜨려서 영상의 대조도가 저하되는 문제가 있다. 기존의 내시경은 조명부와 측정부를 따로 구축함으로써 이 문제를 피해왔다. 본 연구진은 직경 300 μm 인 한 가닥의 이미지 번들 파이버를 이용하여 하나의 코어에 집속하여 물체를 조명하고 파이버의 전체면적으로 측정하는 집속조명-대면적측정 방법을 제안하여 이 문제를 해결하였다. 물체에 조명하기 위해 한 개의 코어에 집속조명할 경우 파이버의 나머지 코어에서는 물체의 신호만 전달되고 반사노이즈는 하나의 코어에서만 강하게 발생하므로 영상 처리과정에서 효율적으로 제외시킬 수 있었다. 기존의 대면적 조명과 비교하였을 경우, 각 코어를 통해 전달되는 신호 대 잡음비는 5배 이상 증가하였다.
■ 본 연구진은 측정한 물체의 신호로부터 영상을 얻기 위해 파이버의 투과행렬(transmission matrix)을 측정하고 역행렬계산을 통해 물체면에서의 영상을 복원할 수 있었다. 이를 통해 별도의 렌즈를 부착하지 않고도 작동거리(working distance)를 얻을 수 있었고, 파이버의 개구수(numerical aperture)에 해당하는 범위까지 투과행렬을 스캔함으로써 번들 파이버의 일반적인 분해능인 코어직경(~2.5 μm)보다 더 낮은 분해능(~1 μm)을 얻을 수 있었다.
■ 본 과제의 수행을 통해 Nature Photonics 1편, Optics Letters 2편, Optics Express 2편 등 총 6 편의 SCI 논문을 출판하였고 1개의 특허를 등록하였다.
■ 본 연구진이 제안한 집속조명-대면적측정방법은 비표지 미세내시경에서 영상 대조도와 분해능을 획기적으로 높일 수 있는 길을 열었다고 할 수 있다.
(출처:요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 13