발명의 배경과 필요성

기술의 배경과 문제점

• 기존 내시경 시스템은 영상 획득 장치와 광원 장치를 모두 탐침에 포함하여, 탐침의 크기가 일정 수준 이상으로 커질 수밖에 없는 구조적 한계를 가집니다.

• 단일 파장의 광원을 사용하는 경우, 별도의 조치 없이는 고품질의 고 대비(High-contrast) 영상을 얻기 어렵습니다.

기술의 필요성

• 피험자의 불편과 신체적 부담을 최소화하는 최소 침습 시술의 중요성이 증대됨에 따라, 내시경 탐침의 크기를 줄이는 기술이 필요합니다.

• 정확한 진단과 치료를 위해 조직의 미세 구조를 선명하게 구분할 수 있는 고 대비 영상 획득 기술에 대한 의료 현장의 요구가 높습니다.

구현 방법

기술의 원리

• 내시경 시스템을 광원 모듈, 렌즈 모듈, 영상 획득 모듈로 분리하여 구성합니다.

• 광원을 피험체 외부에 배치하고, 초소형 렌즈 모듈(탐침)만 체내에 삽입하여 탐침의 크기를 획기적으로 줄입니다.

• 서로 다른 시간 또는 파장을 가진 복수의 광원을 사용하여 획득한 이미지를 조합하여 고 대비 위상차 영상을 생성합니다.

구체적인 구현 방법

1. 피험체 외부의 광원 모듈(LED 또는 레이저)이 피험체 내부로 빛을 조사합니다.

2. 피험체 내부에 삽입된 초소형 렌즈 모듈(GRIN 렌즈)이 산란된 빛으로부터 이미지를 획득합니다.

3. 획득된 이미지는 광섬유 다발을 통해 외부의 영상 획득 모듈로 전달됩니다.

4. 영상 획득 모듈이 여러 이미지를 정규화(Normalization)하고 산술하여 최종 고 대비 영상을 생성합니다.

기술의 장점

• 탐침의 크기를 수백 μm 수준으로 최소화하여 최소 침습 시술이 가능합니다.

• 외부 광원의 위치를 자유롭게 변경할 수 있어 피험체 내부에서 탐침의 움직임이 자유롭습니다.

• 복수의 이미지를 조합하여 고 대비 영상을 획득함으로써 진단의 정확성을 높일 수 있습니다.

• 24 프레임 속도 이상의 비디오 영상 수준의 실시간 영상 획득이 가능합니다.

실험 및 결과

실험의 목적

본 발명의 핵심 원리인 복수의 표면 조명을 이용하여 획득한 개별 이미지를 조합했을 때, 실제로 고 대비 영상이 생성되는지를 검증하는 것을 목적으로 합니다.

실험 방법 및 과정

1. 세포주를 배양하고 2개의 표면 조명(제 1 광원, 제 2 광원)을 준비합니다.

2. 각 광원을 개별적으로 조사하여 두 개의 저 대비 이미지를 획득합니다.

3. 획득한 두 이미지를 조합하여 고 대비 영상 이미지를 생성하고 결과를 비교 분석합니다.

실험 결과

실험 결과, 개별 광원으로 촬영한 이미지(A, B)에서는 세포 주변과 대비가 거의 없어 형태를 구분하기 어려웠으나, 두 이미지를 조합한 결과(C)에서는 세포의 모습을 명확하게 식별할 수 있는 고 대비 영상을 성공적으로 획득했습니다.

활용 방안 및 기대효과

기술 완성도 및 이전 조건

(출처: https://fliphtml5.com/jpdnn/xquc/%ED%8C%90%EB%A7%A4_%EA%B8%B0%EC%88%A0_%EC%86%8C%EA%B0%9C%EC%A7%91_/)

활용 방안

• 최소 침습이 요구되는 다양한 의료 분야의 진단 및 시술용 내시경

• 산업 현장에서 미세한 관이나 틈을 검사하는 비파괴 검사 장비

• 생물학 연구에서 살아있는 세포나 조직을 실시간으로 관찰하는 현미경 시스템

기대효과

• 기술적 측면: 탐침의 소형화 및 유연성 증대로 기존 내시경의 물리적 한계를 극복합니다.

• 의료적 측면: 환자의 부담을 최소화하고, 고 대비 영상으로 진단의 정확성을 높여 치료 효과를 증대시킵니다.

• 산업적 측면: 새로운 형태의 고성능 내시경 시장을 창출하고 관련 산업의 경쟁력을 강화합니다.

시장 동향

시장 규모 및 성장 전망

세계 내시경 장비 시장은 꾸준한 성장세를 보이고 있습니다. 2019년 25.59억 달러 규모였던 시장은 연평균 6.6% 성장하여 2024년에는 35.23억 달러에 이를 것으로 전망됩니다.

(출처: https://fliphtml5.com/jpdnn/xquc/%ED%8C%90%EB%A7%A4_%EA%B8%B0%EC%88%A0_%EC%86%8C%EA%B0%9C%EC%A7%91_/)

산업 동인 및 기회 요인

1. 고령화 및 만성 질환 증가: 인구 고령화로 인해 내시경을 통한 조기 진단 및 검사의 중요성이 부각되고 있습니다.

2. 최소 침습 시술 선호도 증가: 환자의 회복 시간을 단축하고 흉터를 최소화하는 최소 침습 시술에 대한 수요가 높아지면서, 더 작고 정교한 내시경 기술의 필요성이 커지고 있습니다.

3. 기술 발전과 융합: 영상 처리 기술, AI 기반 진단 보조 시스템 등 첨단 기술과의 융합이 내시경 장비의 성능을 고도화하고 새로운 시장 기회를 창출하고 있습니다.