주파수 영역 간섭법을 이용하여 광 영상화를 수행하는 방법및 장치 document_id A220623042278

종래 기술분야에서 알려진 바와 같이, 광 간섭 반사 측정법은 생물학적 샘플 또는 다른 샘플에 대한 비 침습성(non-invasive), 고 해상도(~10 ㎛) 및 단층적 영상화를 수행해서 반사, 흡수, 산란, 감쇠, 복굴절 및 스펙트럼 분석 등의 마이크로 구조적 광 특성들을 시각화할 수 있는 강력한 도구이다. 종래 기술분야에서 알려진 다수의 간섭 영상화 기술들이 있다. 이러한 기술들은 일반적으로 (ⅰ) 시간 영역 기법, 및 (ⅱ) 주파수 영역 기법의 2개의 주요한 카테고리로 분류될 수 있다. 저 간섭성(干涉性) 간섭법(low coherence interferometry("LCI"))은 시간 영역 기법중 하나이다. 이러한 기법은 기준 암(reference arm) 길이를 변화시켜서 검출기에서 간섭 신호를 얻기 위해 스캐닝 시스템을 이용한다. 그러면, 프린지 패턴(fringe pattern)이 복조되어 소스 상관 함수의 간섭성 포락선을 얻을 수 있다. 광 간섭성 단층 촬영(optical coherence tomography("OCT"))은 LCI를 이용하여 2 또는 3 차원 영상들을 얻기 위한 기법이다. OCT는 Swanson 등에게 특허된 미국특허 제5,321,501호에 개시되어 있다. OCT 기법의 다수의 변형들이 개시되어 있으나, 신호 대 잡음비("SNR")가 최적화되지 못하므로, 해상도가 최적화되지 못하고, 영상 프레임 율이 낮으며, 또한 침투 깊이가 낮아진다. 전력 사용이 위의 영상화 기법에 작용하는 요인 중 하나이다. 예를 들어, 안과적 사용에 있어서, 열적 손상이 일어날 수 있기 전까지 수 밀리와트의 전력만을 견딜 수 있다. 따라서 이러한 환경에 있어서 SNR을 증가시키기 위해 전력을 상승시키는 것은 불가능하다. 그렇지만 전력 요건을 크게 증가시키지 않고, 우수한 SNR을 갖는 영상화 방법을 실현하는 것이 바람직하다. 또한 SNR이 불충분하면 OCT를 높은 프레임 율에서 사용할 수 없게 되는데, 이 프레임 율은 모션 아티팩트(motion artifacts)를 방지하며 또한, 예를 들어 생체내의 혈관 영상화를 위한 경우와 같이 활용가능한 짧은 측정 시간 윈도우를 해소하는데에 중요하다. 따라서 SNR 및 영상화 속도(예를 들어, 프레임 율)를 개선하는 방법이 필요하다. 스펙트럼 간섭법 또는 스펙트럼 레이더는 주파수 영역 영상화 기법의 하나이다. 스펙트럼 레이더에 있어서, 샘플 및 기준 암 광의 교차 스펙트럼 밀도의 실제 부분이 분광계에 의해 측정된다. 깊이 프로파일 정보는 교차 스펙트럼 밀도 변조에 의해 부호화된다. LCI 및 OCT의 SNR을 증가시키도록 스펙트럼 레이더 개념을 사용하는 기법은 이미 공지되어 있다. 이러한 기법은 거의 밀리미터의 스캔 범위에 이르도록 다수의 픽셀들(1000 정도)을 갖는 전자 결합 소자("CCD")를 사용한다. CCD 장치의 고속 판독으로 고속 영상화가 가능하다. 그러나, CCD 장치의 사용에 관련된 여러 가지 단점들이 있다. 첫째, CCD 장치들은 단일 소자 광 수신기에 비해 비교적 고가이다. 둘째, 이미 전술한 방법은 데이터의 획득에 단일 CCD를 사용한다. 전하 저장 용량이 제한되므로, 기준 암 전력을 대략 샘플 암 전력과 같은 레벨로 저하시켜서 샘플 암 광에 대한 자동 상관 노이즈를 제공할 필요가 있다. 또한, 반송파가 생성되지 않으므로, 1/f 노이즈가 시스템내의 노이즈를 지배하게 된다. 셋째, 종래의 CCD 기법의 짧은 집적 시간에도 불구하고, 간섭계에서의 위상 불안정성으로 인해 교차 스펙트럼 밀도 변조의 프린지 가시성이 저하하게 된다. 이러한 단점은 상기 기법을 모션 아티팩트들에 대해 취약하게 만든다. 간섭성 주파수 변조 연속파 반사 측정법(coherent frequency-modulated continuous-wave reflectrometry; C-FMCW)은 종래 기술분야에서 공지된 다른 주파수 영역 기법이다. Swanson 등의 미국특허 제5,956,355호는 이러한 방법을 사용하는 광 영상화 방법 및 장치를 기술하고 있다. 이미 전술한 영상화 방법은 광원으로서 연속 조정 단일 주파수 레이더를 사용하는 것에 기반을 두고 있다. 조정 파장 범위는 100 미크론 이하의 범위의 해상도를 달성하도록 수십 나노미터로 될 필요가 있다. 레이저의 순시 선폭(linewidth)은 거의 1.0mm의 검출 범위를 얻도록 대략 0.1mm이하로 되어야 한다. 조정 율은 고속(예를 들어 비디오 율) 영상화를 위해 10kHz 이상이어야 한다. 수십 나노미터에 걸쳐서 모드 홉 프리(mode-hop-free) 단일 주파수 조정을 얻기 위해 외부 캐비티 반도체 레이저가 구성될 수 있지만, 기계적 안정성의 엄격한 요건 때문에 조정 율은 1Hz 이하로 된다. 이러한 속도 문제를 해소하는 방법이 바람직하다. 따라서, 종래의 LCI 및 OCT의 소스 활용성 및 스캔 속도 단점들을 해소할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.