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보고서 상세정보

안과 수술용 근적외선 입체 현미경 부품 모듈 개발

  • 과제명

    안과 수술용 근적외선 입체 현미경 부품 모듈 개발

  • 주관연구기관

    엠지비엔도스코피(주)
    MGB Endoscopy Co.,Ltd

  • 연구책임자

    송원국

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2015-09

  • 과제시작년도

    2014

  • 주관부처

    산업통상자원부

  • 사업 관리 기관

    한국산업기술진흥원

  • 등록번호

    TRKO201600002062

  • 과제고유번호

    1415138192

  • 키워드

    Surgical microscope,3D image,Near-infrared,3D Optics,Ophthalmology

  • DB 구축일자

    2016-05-28

  • 초록 


    ...


    1. 기술개발개요
    ○ 본 연구 개발에서는 안과 수술용 근적외선 입체 현미경 시스템 및 이를 위한 부품 모듈을 개발함
    ○ 용도 및 적용 분야
    (용도) 안과 질환 수술시 전량 수입에 의존하는 기존 안과용 수술현미경을 수...

    1. 기술개발개요
    ○ 본 연구 개발에서는 안과 수술용 근적외선 입체 현미경 시스템 및 이를 위한 부품 모듈을 개발함
    ○ 용도 및 적용 분야
    (용도) 안과 질환 수술시 전량 수입에 의존하는 기존 안과용 수술현미경을 수입대체하는 모듈 및 제품을 개발하는 것임
    (적용분야) 백내장 수술을 비롯한 안과 분야의 모든 수술에 적용이 가능함

    2. 개발내용 및 결과
    [ (주)엠지비엔도스코피 ]
    ○ 1차년도
    계획
    ∙ 3D 광학계 모듈상세 사양 확정
    - 기존 수술 현미경 분석
    - 현미경과 카메라를 이용한 인터페이스 시험
    ∙ 3D용 광학계 설계
    - 최소 영상 왜곡 특성을 갖는 대물렌즈 설계
    결과(실적)
    ∙ 기존 현미경을 이용하여 카메라와 인터페이스
    ∙ 적외선을 이용한 실험 영상 확인
    ∙ 3D 광학계 컨셉 디자인 및 대물렌즈 설계

    ○ 2차년도
    계획
    ∙ 현미경 3D 광학계 모듈별 개발
    ∙ 3D 카메라 자동 초점 기초기술 확보
    ∙ SIP 개발 및 시스템 구현
    - 수동
    - 3D Creator 및 Formatter 개발
    결과(실적)
    ∙ 현미경 3D용 광학게 구현 및 모듈 기능 구현
    - 6배수 렌즈, 동기식 스테레오 줌 커플러 렌즈 시스템 구현
    - 정밀 광학계 정렬 기술 구현
    ∙ 3D 카메라 자동 초점 기초 기술 연구
    - 3D 카메라 자동초점 분석을 통한 컨버전스 개발
    ∙ SIP 보드 개발 및 제작
    - 수동 컨버전스 알고리즘 개발
    - 3D 영상처리 전용 플랫폼 개발

    ○ 3차년도
    계획
    ∙ 3D 광학계 모듈 시제품 설계/제작
    - 3D 비디오 어댑터 광학계 개발
    - 3D 영상 획득용 Coupler 광학계 개발
    - 수술 현미경용 NIR & 컬러 3D 카메라 개발
    ∙ 의료용 고화질 3D 영상처리 및 디스플레이 기술
    - SIP 하드웨어 및 소프트웨어 기술 개발
    - 3D 디스플레이 기술
    - 화질평가 기술
    결과(실적)
    ∙ Zeiss안과 수술현미경용 3D 광학계 모듈 시제품 설계/제작
    - 3D 비디오 어댑터 광학계
    - 3D Coupler (B/S)
    - NIR & 컬러 3D HD 카메라
    ∙ SIP 설계/개발
    - 3D Formatter
    - 3D Storage
    - 3D Processor
    ∙ 3D 디스플레이 기술
    - 안과 수술현미경에 적합한 3D 디스플레이기술 분석

    ○ 4차년도
    계획
    ∙ 3D 광학계 모듈 성능 개선 및 안정화
    ∙ 전임상 및 임상 을 통한 성능개선 및 안정화
    ∙ 시제품 수정 및 최종 완성
    결과(실적)
    ∙ 임상 수술을 위한 준비
    - 기존 시술을 통한 수술용 영상 시스템의 안정성 확보
    - KFDA 승인을 위한 검사 필수 항목의 신뢰성 확보
    ∙ 시스템 통합 및 동작의 안정화
    - 각 모듈별 개선을 통한 신뢰성 확보
    - 근적외선 안과수술용 현미경 제조기술 안정화
    ∙ 시제품 수정 및 최종 완성
    - 근적외선 수술현미경 시제품 개발

    [ 한양대학교 ]
    ○ 1차년도
    계획
    ∙ 3D 광학계 모듈상세 사양 확정
    - 기존 수술 현미경 분석
    - 현미경과 카메라를 이용한 인터페이스 시험
    ∙ 3D용 광학계 설계
    - 최소 영상 왜곡 특성을 갖는 대물렌즈 설계
    결과(실적)
    ∙ 기존 현미경을 이용하여 카메라와 인터페이스
    ∙ 적외선을 이용한 실험 영상 확인
    ∙ 3D 광학계 컨셉 디자인 및 대물렌즈 설계

    ○ 2차년도
    계획
    ∙ 전체 광량을 조절하기 위한 전기 회로 기반의 광량조절기 구현
    ∙ 파장별 일정한 광량을 갖게 하기 위한 광섬유 기반의 가변 감쇄기 구현
    ∙ 개발된 광원모듈과 광량조절기의 모듈화
    결과(실적)
    ∙ SLD 광원 모듈의 광량 조절을 위한 전류 조정 프로그램 개발
    ∙ 출력 파장의 세기를 일정하게 하기 위한 장주기 광섬유 격자 및 Sagnac 간섭계 기반의 파장 평탄화 감쇄기 개발
    ∙ 파장 평탄화 감쇄기가 적용된 SLD 광원의 모듈화 구현
    ∙ SLD 및 LED를 통합한 스테레오 출력단 광학계 모듈 구현

    ○ 3차년도
    계획
    ∙안구 손상의 최소화를 위한 빔형상 최적화 광학계 개발 및 구현
    - 빔형상 최적화를 위한 다중 초점 형성 광소자 개발
    - 출력광의 목표 빔 크기 구현을 위한 출력단 광학계 구현
    - 광학계의 모듈화 구현 및 현미경과의 결합 시험
    결과(실적)
    ∙ 안구 손상의 최소화 및 선명한 현미경 입체영상 구현을 위한 빔형상 최적화 광학계 구현
    - 다중 초점 형성을 위한 광소자 설계 및 이론적 분석
    - 다중 초점 형성 광소자 및 출력단 광학계를 이용한 빔형상 최적화 광학계 설계 및 구현
    - Light pipe 기반의 빔형상 최적화 광학계 설계 및 구현
    - 선명한 입체영상 구현을 위한 현미경 동축광 결합 구조 설계
    - 광원의 기능성 향상을 위한 적외선과 가시광선의 복합 광원 구현
    - 현미경과의 결합을 위한 광학계의 모듈화 및 현미경 결합을 통한 광원 시험

    ○ 4차년도
    계획
    ∙ 기능성 광원 모듈의 성능 개선 및 안정화
    ∙ 광학계 모듈화 구현
    ∙ 광학계 모듈의 현미경 결합
    결과(실적)
    ∙ 기능성 광원 모듈의 성능 개선 및 안정화
    - 광원 모듈의 출력 향상을 위한 광출력 통합 구조 구현
    - 출력단 광학계 개선을 통한 빔 크기 확대 구현
    - 소형빔 중첩 수 증가를 통한 flatness의 안정성 확보
    ∙ 광학계 모듈화 구현
    - 광학계 구조의 소형화 및 경량화
    - 광원과 광학계의 개별 모듈화 패키징 구현
    ∙ 광학계 모듈의 현미경 결합
    - 기능성 광원 모듈과 현미경 본체와 결합
    - 안과 임상실험 실시

    [ 연세대학교 ]
    ○ 1차년도
    계획
    ∙ 3차원 광학계 분석 및 문제점 파악
    ∙ 3차원 영상처리 및 디스플레이 방법 분석
    ∙ 근적외선 현미경 광학계 모듈 선정 및 구성
    ∙ 안구 영상화 최적 파장 조사
    결과(실적)
    ∙ 문헌 조사를 바탕으로 기존 3차원 광학계 분석을 통한 문제점 파악
    ∙ 문헌조사를 통한 기존의 3차원 영상 display 방법 제시
    ∙ 근적외선 현미경 광학계 모듈 선정을 위한 광학계 분석 및 구성
    ∙ 안구 영상화를 위한 최적파장 범위 제시 (700~1100 nm)

    ○ 2차년도
    계획
    ∙ 3D 근적외선 광학계 최적화 및 효율연구
    결과(실적)
    ∙ bench-top 단채널 NIR 3D 현미경 광학계 구성
    - 광원, 렌즈, 광 편향기, 카메라, 기구물
    - ex-vivo 동물 안구의 근적외선 영상 획득
    ∙ 근적외선 현미경 광학계 특성 시험
    - 구성 광학계의 파장, 반사, 투과 효율
    - 전체 광학계의 효율 연구

    ○ 3차년도
    계획
    ∙ 3D 근적외선 광학계 최적화 및 효율 연구
    결과(실적)
    ∙ 단일채널 NIR 3D 현미경 광학계 최적화
    - 광원, 렌즈, 광 편향기, 카메라, 기구물 구성 변경을 통한 시스템 소형화
    - ex-vivo 동물 안구의 근적외선 영상 획득
    - 2차년도 3D 시스템을 기반으로 하여 수직적으로 광학계 설계

    ○ 4차년도
    계획
    ∙ 단일채널 광학계 최적화 및 적용
    결과(실적)
    ∙ 단일채널 광학계 최적화
    - 내부 구성 변경을 통한 최적화 및 안정화
    ∙ 단일채널 광학계 적용
    - 개발된 광학계에 대물렌즈와 접안렌즈 접목을 통한 현미경 구성
    - 화질평가를 위한 동물 안구 영상 촬영 및 설문을 통한 화질검증
    - 주시각 제어 정밀도 평가

    [ 금오공대 ]
    ○ 1차년도
    계획
    ∙ 수술용 현미경에 관한 국내외 표준현황 조사
    ∙ 수술용 현미경의 신뢰성 평가 프로세스 개발
    결과(실적)
    ∙ 수술용 현미경 신뢰성 평가방법의 국내외 표준 현황 조사와 표준규격과 수술용현미경과의 관계 분석
    ∙ 현재까지 정립되지 않는 안과수술용 근적외선 입체 현미경에 대한 신뢰성 평가 프로세스를 정립함

    ○ 2차년도
    계획
    ∙ 전문 인증기관을 통한 모듈별 검증 준비
    ∙ 제품 기능 및 성능 검증표를 기준으로 자체 검증 및 인증 준비
    ∙ 개발 단계에 필요한 규격요소와 신뢰성 평가 요소 반영
    결과(실적)
    ∙ 제품 인허가를 위한 의료기기 제조품목 신고서 작성과 품질관리기준 적합인증서 작성을 통한 모듈별 검증
    ∙ 안과수술용 근적외선 입체 현미경에 대한 신뢰성 평가 프로세스 개발

    ○ 3차년도
    계획
    ∙ 3D 영상 표준화 및 가이드라인 동향 파악
    ∙ 의료기기용 고화질 3D 영상 평가를 위한 측정 방법론 확립
    ∙ Prototype 현미경에서 획득한 3D 영상 평가
    결과(실적)
    ∙ 3D 휴먼 팩터 관련 국내 및 국제 표준화 현황 조사 및 가이드라인 파악
    ∙ 현재까지 정립되지 않는 안과수술용 근적외선 3D 현미경에 대한 영상 평가 프로세스 구축
    ∙ 3D 영상 피로도 측정 방법의 휴먼팩터 연구
    ∙ 3D 영상의 적합성에 대한 통계적 유의성 검정

    ○ 4차년도
    계획
    ∙ 3D 근적외선 수술의 우수성 검증
    ∙ 최종 Prototype의 3D 영상화질 평가
    결과(실적)
    ∙ 3D 영상의 객관적인 화질 평가를 위한 국제 표준 방식 조사
    ∙ 본 과제에 적합한 국제 평가 방법론 선택 후 최종 Prototype에 맞게 수정
    ∙ 3D 근적외선 현미경 수술의 우수성 검증을 위한 휴먼팩터 실험 및 통계적 유의성 검정
    ∙ 최종 Prototype의 3D 영상 화질 평가를 위한 실험 및 통계적 유의성 검정

    [ (주)웰크론한텍 ]
    ○ 1차년도
    계획
    ∙ 시스템 장착 및 구동장치 설계
    결과(실적)
    ∙ 시장조사를 통한 시스템 지지부 개발 방향 설정
    ∙ 지지부 설계도 작성
    ∙ 설계 확인을 위한 개별 부분품 제작 착수 및 테스트

    ○ 2차년도
    계획
    ∙ 구동장치 및 기구부 재설계/재작
    결과(실적)
    ∙ 기구부 및 구동장치부 설계 개선 및 제작
    ∙ 제어부 재설계 및 제작
    ∙ 초도품 제작 및 테스트

    ○ 3차년도
    계획
    ∙ 1차 시작품 설계 및 제작
    결과(실적)
    ∙ 1차 시작품 설계 및 제작
    - 기구부, 구동장치부, 제어부
    - 테스트

    ○ 4차년도
    계획
    ∙ 2차 시제품 설계 및 제작
    결과(실적)
    ∙ 2차 시제품 설계 및 제작
    - 산업 디자인 적용
    - 공인시험기관을 통한 검증완료
    3. 기술 및 경제적 성과
    □ 기술성과

    [ (주)엠지비엔도스코피 ] - 현미경 광학 모듈 및 시스템 통합
    1차년도
    - 카메라 고정용 시료 제작
    - 적외선 카메라 housing 제작
    - SIP 개발 (3D Creator, 3D Formatter, Convergence)
    - Stereo Micro 설계 및 제작

    2차년도
    - 현미경 3D용 광학계 구현 및 모듈 기능 구현
    - 3D 카메라 자동 초점 기초기술 연구
    - 3D 보드 개발(SIP)
    - 통합 인테그레이션

    3차년도
    - Zeiss용 3D 영상획득용 광학 모듈 설계 및 제작 (근적외선 및 컬러영상 획득용 수술 현미경용 3D 카메라 모듈)
    - Stand alone type SIP 설계 제작
    - 동물실험을 통한 시제품 검증

    4차년도
    - 3D 입체영상 획득 모듈의 성능 개선 및 신뢰성 확보
    - 입체영상 처리장치 (SIP) H/W 및 S/W 개선
    - 임상실험
    - 시스템 통합 및 동작의 안정화

    [ 한양대 ] - 기능성 광원장치
    1차년도
    - 안과 수술용 근적외선 광원 사양조사 및 분석
    - 안과 수술용 근적외선 입체 현미경 광원의 구성 및 광원의 출력 특성
    - 근적외선 입체 현미경용 SLD기반 광원 모듈화
    - 근적외선 입체 현미경의 최적화된 출력광 형상을 위한 광학계 설계

    2차년도
    - SLD 광원 모듈에 입력 전류 조절 기능 구현
    - 광섬유 기반의 파장평탄화 감쇄기 개발
    - 파장평탄화 감쇄기와 SLD 광원의 모듈화 구현
    - SLD 및 LED 광원의 통합 출력단 광학계 모듈 구현

    3차년도
    - 다중 초점 형성 광소자를 통한 빔형상 최적화 광학계 구현
    - 현미경의 선명한 입체영상 구현을 위한 동축광 결합 구조 설계
    - 광원 기능성 향상을 위한 적외선과 가시광선의 복합 광원 구현
    - 광학계 모듈화 및 현미경 결합 동물실험

    4차년도
    - 기능성 광원 모듈의 성능 개선 및 안정화 구현
    - 현미경 입체시야 지원을 위한 스테레오 동축광 구현
    - 광학계의 소형 경량화 및 현미경 장착
    - 기능성 광원의 현미경 장착 임상실험

    [ 연세대 ] - 3D 영상처리
    1차년도
    - 3차원 광학계 분석 및 문제점 조사
    - 3차원 영상 획득 및 display 방법
    - 안구 영상화 최적 파장 조사
    - 근적외선 현미경 광학계 모듈 선정 및 구성

    2차년도
    - bench-top 단채널 NIR 3D 현미경 광학계 구성
    - 광학 구성 부품 확인 및 성능 분석
    - ex-vivo 동물 안구의 근적외선 영상 획득
    - ex-vivo 동물 안구의 가시광선 영상 획득 (추가 사항)
    - 근적외선 현미경 광학계 특성 분석

    3차년도
    - 다중 초점 형성 광소자를 통한 빔형상 최적화 광학계 구현
    - 현미경의 선명한 입체영상 구현을 위한 동축광 결합 구조 설계
    - 광원 기능성 향상을 위한 적외선과 가시광선의 복합 광원 구현
    - 광학계 모듈화 및 현미경 결합 동물실험

    4차년도
    - 광학계 구성 변경을 통한 최적화
    - 접안렌즈, 대물렌즈, Optical rotating deflector로 구성된 현미경 구현
    - 영상처리 S/W 개선

    [ 금오공대 ] - 시스템 시뮬레이션 및 신뢰성 검증, 3D 영상평가
    1차년도
    - 수술용 현미경 신뢰성 평가방법의 국내외 표준현황 조사 및 분석
    - 안과수술용 근적외선 입체 현미경에 대한 신뢰성 평가 프로세스 개발

    2차년도
    - 제품 인허가를 위한 의료기기 제조품목 신고서와 품질관리기준 적합인증서 작성
    - 통합시제품의 신뢰성 확보를 위한 신뢰성 평가 프로세스 개발 완료

    3차년도
    - 의료기기용 3차원 영상 평가 방법론 수립
    - 3D 수술용 현미경 영상 피로도 측정 방법 연구
    - 획득한 3D 영상의 안과수술 적합성 검정

    4차년도
    - 3D 근적외선 현미경 수술의 우수성 검증
    - 최종 Prototype에서 획득한 3D 영상 화질 평가

    [ 웰크론한텍 ] - 회전 이동형 Arm 설계 및 제작
    1차년도
    - 현미경 헤드 지지부에 대한 기구학적 설계 기술 개발
    - 현미경 헤드 이송을 위한 제어 시스템 기술 개발
    - 개발 기술 검증을 위한 설계품 제작 및 테스트 수행

    2차년도
    - 현미경 헤드 지지부에 대한 기구학적 설계 기술 개발
    - 현미경 헤드 이송을 위한 제어 시스템 기술 개발
    - 개발 기술 검증을 위한 설계품 제작 및 테스트 수행

    3차년도
    - 로테이팅 암 기초 디자인
    - 기초 디자인을 바탕으로 한 로테이팅 암 구조 개선 설계
    - 현미경 헤드 이송용 x-y 이송장치 내부 구조 개선 설계
    - 로테이팅 암 시제품 제작
    - x-y 이송장치 시제품 제작
    - x-y 이송장치 컨트롤러 제작

    4차년도
    - 상품화 디지인 개발
    - 헤드이동에 대한 소음저감 및 이동정밀도 향상기술 개발
    - 산업디자인을 적용한 제품형태의 시제품 개발
    □ 경제성 성과
    - 노인성 안과 질환의 증가로 시장 수요 증가
    - 안과용 수술시스템의 국산화로 수입대체
    - 국내 IT 기술을 활용한 경쟁력 있는 제품의 개발 : 전통 현미경 + 3D 기술 접목
    - 근적외선 방식을 사용한 환자 친화적 시스템임
    - 3D 기술을 적용하여 수술 정밀도를 높일 수 있음
    - 다른 분야 수술용 현미경 시장으로 확산이 가능함


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ... 1
    2. 제출문 ... 2
    3. 광역경제권거점기관지원사업 최종보고서 초록 ... 3
    4. 기술개발사업 주요 연구 성과 ... 12
    5. 목차 ... 18
    6. 제 1 장 서론 ... 20
    7. 제 1 절 개발기술의 개요 및 필요성 ... 20
    8. 제 2 절 국내·외 관련 기술의...
    1. 표지 ... 1
    2. 제출문 ... 2
    3. 광역경제권거점기관지원사업 최종보고서 초록 ... 3
    4. 기술개발사업 주요 연구 성과 ... 12
    5. 목차 ... 18
    6. 제 1 장 서론 ... 20
    7. 제 1 절 개발기술의 개요 및 필요성 ... 20
    8. 제 2 절 국내·외 관련 기술의 현황 ... 24
    9. 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적·경제적 파급 효과 ... 31
    10. 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 33
    11. 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 33
    12. 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 40
    13. 1. 1차년도 기술개발 내용 및 범위 ... 40
    14. 2. 2차년도 기술개발 내용 및 범위 ... 129
    15. 3. 3차년도 기술개발 내용 및 범위 ... 243
    16. 4. 4차년도 기술개발 내용 및 범위 ... 314
    17. 제 3 장 기술개발결과 및 사업화 계획 ... 380
    18. 제 1 절 기술개발 결과 ... 380
    19. 제 2 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 387
    20. 1. 국내·외 기술 현황 ... 387
    21. 2. 국내·외 시장 현황 ... 388
    22. 3. 국내·외 경쟁업체 현황 ... 388
    23. 제 4 장 사업성과관리 ... 390
    24. 제 1 절 연구성과(지재권, 논문, 고용 등 유·무형 성과전체 기재) ... 390
    25. 제 2 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 392
    26. 제 3 절 사업화를 위한 수요기업과의 협력 ... 393
    27. 부 록 : 시험성적서, 도면, 설계도 등 ... 395
    28. 끝페이지 ... 429
  • 참고문헌

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