This paper is about developing and optimizing a non-invasive and non-contact DOT (Diffuse Optical Tomography) system using the near-infrared light from 700nm to 900nm. The specific characteristic of NIR is to penetrate into tissues for about 5-6cm because protein and water have very small absorption coefficient of the light in the NIR region. However, the light cannot move in the straight direction because scattering is dominant in this region. Solving the light diffusion equation in tissue with sufficient information about various tissue components, we can reconstruct the image inside the tissue. For the delivery of light to the head, the previous DOT system requires multiple fiber optical probes that are attached to the forehead. For newly-born infants, it would be impossible to place the rigid probe on the soft baby's head. It can not be applied to the detection for monitoring of human brain during the brain surgery. Furthermore, the probe's manufacturing is difficult due to the intricacy of the construction of fiber optics attached to prisms and its time consuming calibration. Therefore, we are trying to develop a non-contact DOT system based on the scanning system which offers the advantage of performing non-invasive and cost effective measurement.
In order to construct the non-contact DOT, we analyzed the effect of the incident angle of light source, and developed the non-contact detection system. Non-contact detection system was constructed with dual NIR CCD cameras and multiple lens system. We can reconstruct images from intensity information of CCD camera by using a Rytov method which is general method to solve diffusion equation for the non-homogeneous medium. We performed a systematic test to quantify the precision and accuracy of the DOT system and the reconstruction method using paraffin phantom block.
본 연구는 근적외선을 이용하여 인체 내부 영상을 추출하기 위한 비접촉 주사 확산 광학 장치 개발에 대한 내용이다. 최근, 인체 내부 영상을 비침습적으로 측정할 수 있는 새로운 기술 개발에 대한 관심이 커지고 있다. 이러한 연구 중에서 700nm~900nm사이 근적외선 영역의 빛을 이용한 확산 광학 장치는 근적외선의 깊은 투과도를 이용하여 인체 내부에 대한 다양한 정보를 추출할 수 있다. 대부분의 흡수는 헤모글로빈에 의해 이루어지므로 인체 조직으로부터 산란 방출되는 빛을 측정하여 인체 내부의 헤모글로빈 분포 영상을 추출하는데 기반을 두고 있다. 이를 기초로 하여 인체 조직 내부의 영상을 추출할 수 있을 뿐만 아니라 기능적 특성을 평가할 수 있다. 근적외선 영역의 빛은 인체 내부에서 단순히 직진하지 않고 복잡한 경로로 이동하게 되기 때문에 인체 조직 내에서 근적외선의 확산 모델에 대하여 연구하고, 검증된 모델을 조직 내의 광특성 계수 추출에 이용하게 된다. 이에 대한 충분한 연구를 바탕으로 측정 시스템을 구성한다. 시스템 개발은 크게 세 부분으로 나누어서 진행된다. 첫 번째로 비접촉 DOT(Diffusion Optical Tomography) 시스템 구성, 두 번째로 DOT로부터 측정된 광량 정보를 통해 인체 내부 영상을 추출하기 위한 광 확산 알고리즘을 개발, 세 번째로 비접촉 시스템을 안정화 시키기 위한 입사각 영향 평가 및 해석이 수행된다. 이를 바탕으로 하여 고체 파라핀으로 구성된 인체 모형에 대한 광 확산 영상 추출 실험을 수행한다.
