KR101957219B1 - 렌즈를 이용해 레이저를 조향 가능한 레이저 수술 장치 - Google Patents

Abstract

레이저 수술 장치는 길게 연장된 카테터와, 상기 카테터의 팁 전방으로 레이저를 조사하는 광 조사체와, 상기 광 조사체의 전방에 배치되어 상기 레이저가 통과하는 렌즈와, 상기 렌즈의 일 측을 당겨 상기 렌즈를 조향하는 와이어와, 상기 와이어의 장력에 대항하여 상기 렌즈를 원위치로 복귀시키는 탄성력을 제공하는 탄성체를 포함하고, 상기 렌즈를 조향함에 따라, 상기 레이저가 상기 렌즈를 통과하며 방향이 굴절된다.

Description

렌즈를 이용해 레이저를 조향 가능한 레이저 수술 장치{Laser operation device capable of steering the laser using a lens}

본 발명은 레이저 수술 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 렌즈를 이용해 레이저의 조사 방향을 조절할 수 있는 삽입형 레이저 수술 장치에 관한 것이다.

환자의 수술 후유증을 최소화하기 위해서, 디스크 제거 수술 등과 같은 수술은 체내로 얇고 긴 카테터를 삽입하여 최소 침습적으로 시행하는 방법이 널리 이용되고 있다.

디스크 제거 수술은 주로 꼬리뼈를 통해 카테터를 삽입하는 수술법과, 옆구리를 통해 카테터를 삽입하는 수술법 등이 있다.

디스크를 제거하기 위해 카테터를 통해 약물을 주입하기도 하지만, 효과가 즉각적이고 정밀하지 못해서, 레이저를 이용해 디스크를 제거하는 방법이 예전부터 이용되고 있다.

일반적으로, 꼬리뼈를 통해 카테터를 삽입하고 레이저를 이용해 디스크를 제거하는 수술을 SELD(Sacrum Epiduroscopic Laser Decompression) 수술로 칭하고, 옆구리를 카테터를 삽입하고 레이저를 이용해 디스크를 제거하는 수술을 TELA(Transforaminal Epiduroscopic Laser Annuloplasty) 수술로 칭한다.

레이저를 이용한 디스크 제거 수술 장치는 체내의 좁은 공간으로 삽입될 수 있는 긴 카테터 내부에 레이저 빔 전달을 위한 광섬유가 삽입되어 카테터의 팁(tip)을 통해 레이저가 타겟으로 조사되는 구조를 가진다.

디스크 제거 수술 과정 등에서 레이저의 조사 방향과 타켓의 위치가 일치하지 않는 경우, 레이저의 조사 방향을 바꿀 필요가 있다.

SELD 수술의 경우, 카테터가 유연한 굴절 가능 재질로 이루어져 있어, 일반적으로 카테터 또는 광섬유의 팁을 굴절시키는 방법을 이용해 레이저를 조향한다. 하지만, 팁의 방향 제어가 힘들고, 무리한 굴절로 광섬유가 파손될 수 있으며, 조직 손상이나 환자의 고통을 유발할 수 있다.

TELA 수술의 경우, 카테터는 단단한 서스(Sus)로 이루어져 있어, 레이저의 조향을 위해서는 레이저 빔의 조사 방향이 다른 광섬유로 수술 도중 교체하여야 하는 불편함이 있다.

미국특허 제5,242,439호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 카테터의 팁 방향 제어 또는 레이저 조사 툴(tool)의 교체 없이도 레이저의 조향이 가능한 레이저 수술 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 길게 연장된 카테터와, 상기 카테터의 팁 전방으로 레이저를 조사하는 광 조사체와, 상기 광 조사체의 전방에 배치되어 상기 레이저가 통과하는 렌즈와, 상기 렌즈의 일 측을 당겨 상기 렌즈를 조향하는 와이어와, 상기 와이어의 장력에 대항하여 상기 렌즈를 원위치로 복귀시키는 탄성력을 제공하는 탄성체를 포함하고, 상기 렌즈를 조향함에 따라, 상기 레이저가 상기 렌즈를 통과하며 방향이 굴절되는 레이저 수술 장치가 제공된다.

일 실시예에 따르면, 상기 렌즈는 볼록부가 상기 카테터의 팁을 향해 배치되거나 상기 카테터의 팁과 반대방향을 향해 배치되는 평 볼록 렌즈(plano-convex lens)이고, 상기 렌즈의 전방에서 상기 레이저가 집속되는 초점이 형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 렌즈는 적어도 일면이 볼록한 볼록 렌즈이고, 상기 렌즈를 조향함에 따라 상기 레이저의 조사 방향이 연속적으로 변화한다.

일 실시예에 따르면, 레이저 수술 장치는 상기 카테터의 팁에 끼워지는 어댑터를 더 포함하고, 상기 탄성체는 상기 카테터를 감싸도록 상기 어댑터에 수용되는 코일 스프링이며, 상기 렌즈는 상기 코일 스프링의 전단에 부착되고, 상기 와이어는 상기 코일 스프링의 전단에 연결된다.

일 실시예에 따르면, 상기 어댑터는 상기 와이어의 장력에 의해 구부러지지 않도록 형성되고, 상기 와이어가 연결된 상기 코일 스프링의 일 측이 상기 와이어를 당김에 따라 상기 어댑터의 길이 방향으로 수축하여 상기 렌즈가 상기 어댑터에 대해 회전한다.

일 실시예에 따르면, 상기 와이어가 연결되지 않는 상기 코일 스프링의 타 측은 상기 어댑터의 내면에 접착된다.

일 실시예에 따르면, 상기 와이어는 상기 카테터의 후방에서 연장되어 상기 코일 스프링의 전단을 감고 다시 상기 카테터의 후방으로 연장되며, 상기 카테터의 외면과 상기 어댑터의 내면에는 상기 와이어가 수용될 수 있는 홈이 그 길이방향으로 형성된다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 수술 장치의 구성도이다.
도 3은 도 1의 레이저 수술 장치의 전방 일부를 도시한 절개도이다.
도 4는 도 3의 A-A 선을 따라 바라본 단면도이다.
도 5는 도 3의 레이저 수술 장치의 렌즈가 조향되는 모습을 도시한 것이다.
도 6 및 도 7은 도 3의 레이저 수술 장치에서 렌즈를 통해 레이저의 방향이 굴절되는 모습을 도시한 것이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 수술 장치를 설명하는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 수술 장치(1)의 구성도이다.

본 실시예에 따른 레이저 수술 장치(1)는 생체 내로 삽입되어 생체 내의 타겟(예를 들어, 디스크)에 레이저를 조사하여 수술을 수행할 수 있는 장치이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저 수술 장치(1)는 길게 연장되는 카테터(10)와, 카테터(10)의 팁에 끼워지는 어댑터(20)와, 상기 카테터(10)의 내부에 길이방향으로 삽입되는 광 조사체(60)와, 상기 광 조사체(60)의 전방에 배치되는 렌즈(30)를 포함한다.

또한, 레이저 수술 장치(1)는 렌즈(30)의 일 측을 당겨 렌즈(30)를 조향하는 와이어(50)와, 상기 와이어(50)의 장력에 대항하여 렌즈(30)를 원위치로 복귀시키는 탄성력을 제공하는 탄성체(40)를 포함한다.

본 실시예에 따르면, 광 조사체(60)로서 광 섬유가 이용되며, 그 후방 단부에 연결된 레이저 광원(2)으로부터 조사된 레이저(L)가 광 섬유 내부를 통해 전달되어 카테터(10)의 팁 전방으로 조사된다.

도 3은 레이저 수술 장치(1)의 전방 일부를 도시한 절개도이고, 도 4는 도 3의 A-A 선을 따라 바라본 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 카테터(10)는 그 몸체(11)의 중앙에 길이방향으로 통공(14)이 형성되고, 통공(14)에는 광 조사체(60)가 삽입되어 카테터(10)의 전방 팁까지 연장된다.

원통형인 카테터(10)의 몸체(11)의 위아래에는 반구형의 홈(12, 13)이 카테터(10)의 길이방향을 따라 형성되어 있다. 반구형의 홈(12, 13)은 와이어(50)가 연장될 수 있는 가이드 홈 역할을 하게 된다.

도 2에서는 어댑터(20)의 후방 부분부터는 반구형 홈(12)이 외부로 노출되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 와이어(50)를 정위치시키고 보호하기 위해 카테터(10)의 둘레로 시쓰(sheath)가 형성될 수도 있다.

본 실시예와 같이 하나의 와이어(50)가 렌즈(30)의 조향에 이용되는 경우, 홈(12, 13)이 위아래 모두 형성될 필요는 없으며, 홈은 와이어(50)가 통과하는 부분에만 형성되도록 할 수도 있다.

카테터(10)의 팁에는 원통형의 몸체(21)를 가지는 어댑터(adapter)(20)가 끼워진다.

어댑터(20)의 내면에는 카테터(10)의 홈(12, 13)에 대응하여 길이방향을 따라 반구형의 홈(22, 23)이 형성되어 있다.

도 4에 잘 도시된 바와 같이, 카테터(10)의 홈(12)과 어댑터(20)의 홈(22)은 서로 마주하여 배치되어 와이어(50)가 왕복하여 통과할 수 있는 경로를 형성하고, 와이어(50)가 어댑터(20) 내의 정위치에서 이탈하는 것을 방지한다.

본 실시예에 따른 탄성체(40)는 코일 스프링이다. 코일 스프링(40)은 카테터(10)와 어댑터(20) 사이에 배치된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 코일 스프링(40)은 카테터(10)의 외면을 감싸도록 어댑터(20) 내부에 수용되어 있다.

렌즈(30)는 접착재 등을 이용해 코일 스프링(40)의 전단에 부착되어 있다.

와이어(50)는 코일 스프링(40)의 전단에 연결된다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 와이어(50)는 카테터(10)의 후방에서부터 연장되어 코일 스프링(40)의 전단을 감고 다시 카테터(10)의 후방으로 연장된다. 이에 따라서, 접착재나 다른 고정 수단을 이용하지 않고도 와이어(50)를 코일 스프링(40)과 결합시킬 수 있다.

본 실시예에 따르면, 와이어(50)를 후방으로 당김으로써, 초기 위치에 있는 렌즈(30)를 조향시킬 수 있다. 와이어(50)는 서보 모터(3)(도 1 참조)에 의해 당겨질 수도 있으나, 이에 한정되지 않으며, 사용자가 수동으로 잡아당기도록 하는 것도 가능하다.

도 5는 와이어(50)에 의해 렌즈(30)가 조향되는 모습을 도시한 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 와이어(50)를 후방으로 당기면 와이어(50)가 연결된 코일 스프링(40)이 당겨지게 된다. 이때, 와이어(50)는 코일 스프링(40)의 일 측에 연결되어 있으므로, 와이어(50)가 힘을 가하는 코일 스프링(40)의 일 측이 와이어(50)가 연결되지 않은 타 측에 비해 촘촘하게 압축된다.

본 실시예에 따르면, 어댑터(20)는 이러한 와이어(50)의 장력에 의해 구부러지지 않는 강도를 가지도록 형성된다.

따라서, 와이어(50)가 코일 스프링(40)을 당길 때 코일 스프링(40) 자체가 구부러지는 것이 어댑터(20)에 의해 방지되며, 코일 스프링(40)의 일 측은 어댑터(20)의 길이 방향으로 수축하게 된다.

와이어(50)의 힘에 의해 코일 스프링(40)의 일 측은 수축하고 타 측은 실질적으로 수축하지 않으므로, 코일 스프링(40)의 전단에 결합된 렌즈(30)는 실질적으로 제자리에서 피봇(pivot) 회전을 하게 된다.

이와 같은 구성에 따르면, 피봇 축을 별도로 형성하지 않았음에도 불구하고, 피봇 운동을 하는 효과를 얻을 수 있어, 장치의 구성을 간소화할 수 있다. 또한, 렌즈(30)를 조향할 때, 어댑터(20)로 인해 코일 스프링(40)이 굴절하지 않아 렌즈(30)와 광 조사체(60)와의 정렬이 어긋나는 일을 방지할 수 있다.

렌즈(30)가 정면 위치에서 회전하여 조향됨에 따라 압축된 코일 스프링(40)의 탄성력은 와이어(50)의 장력 방향과 반대 방향으로 작용하게 된다.

따라서, 와이어(50)를 당기는 힘을 풀어주면, 코일 스프링(40)의 탄성력에 의해 렌즈(30)는 다시 정면을 향하는 원위치로 복귀한다.

두 개의 와이어(50)를 코일 스프링(40)의 양측에 하나씩 연결하여, 두 와이어의 장력을 상반되게 조절함으로써 렌즈(30)를 양방향으로 조향하도록 구성하는 것도 가능하다.

다만, 코일 스프링(40)의 일 측에 연결된 와이어(50)를 당길 때, 정도가 크지는 않지만 코일 스프링(40)의 타 측이 함께 압축되는 일을 발생할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 코일 스프링(40)의 일 측에만 와이어(50)를 연결하고 와이어(50)가 연결되지 않는 코일 스프링(40)의 타 측에는 접착재(41)를 발라 어댑터(20)에 내면에 접착한다(도 4 참조).

이에 따라서, 와이어(50)가 연결되지 않은 코일 스프링(40)의 타 측이 압축하는 것이 방지되고, 와이어(50)가 연결된 코일 스프링(40)의 일 측의 압축만이 보장되어 렌즈(30)를 정확하게 조향할 수 있다.

하나의 와이어(50)를 구비하더라도, 카테터(10) 자체를 그 길이방향 축에 대해 회전시켜 렌즈(30)를 전방위로 조향하는 것이 가능하다.

본 실시예에 따르면, 광 조사체(60)의 전방에 렌즈(30)를 배치하여 광 조사체(60)가 조사하는 레이저가 렌즈(30)를 통과하여 진행하게 된다. 이때, 상술한 구조에 의해 렌즈(30)를 조향함에 따라, 레이저(L)가 렌즈(30)를 통과하며 방향이 굴절된다.

도 6 및 도 7은 렌즈(30)를 통해 레이저(L)의 방향이 굴절되는 모습을 도시한 것이다.

본 실시예에 따르면, 렌즈(30)는 적어도 일면이 볼록한 볼록 렌즈이고, 더 적절하게는 일면은 평평하고 다른 일면은 볼록한 평 볼록 렌즈(plano-convex lens)이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 렌즈(30)는 그 볼록부가 카테터(10)의 팁과 반대 방향으로 향해 배치된다.

평 볼록 렌즈를 이용하면 양 면이 볼록한 볼록 렌즈에 비해 레이저의 굴절 각도가 커지는 효과가 있다.

평 볼록 렌즈를 이용하면 광 조사체(60)로부터 조사된 레이저(L)를 렌즈(30)의 전방에서 초점(f)에 집속시킬 수 있게 된다.

따라서, 수술 타겟 위치를 초점 위치와 근접시킴으로써, 더 고밀도의 레이저 시술이 가능할 수 있다. 아울러, 레이저의 밀도보다는 넓은 범위에 레이저를 조사할 필요가 있는 경우에는, 수술 장치의 위치를 타겟 위치로부터 조금 뒤로 후퇴시켜 레이저의 조사 영역을 확대하는 것도 가능하다.

도 7에 도시된 바와 같이, 렌즈(30)를 조향하면, 그 조향 방향에 대응하여 레이저(L)가 굴절되면서 조향된다.

프리즘 등의 다른 광학 수단과 달리, 렌즈(30)의 특성으로 인해 렌즈(30)의 방향을 조향하면 그에 대응하여 상기 레이저의 조사 방향이 변화하게 되므로, 렌즈(30)의 조향에 의해 레이저의 조사 방향을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 따라서, 넓은 범위에 걸쳐 효율적인 수술 내지 시술이 가능하다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 수술 장치를 설명하기 위한 것이다.

앞서 설명한 실시예와 달리, 본 실시예에서는 평 볼록 렌즈(30')가 카테터(10)의 팁을 향해 배치되어 있다. 평 볼록 렌즈의 배치 방향 외에 다른 구성은 앞선 실시예와 동일하므로 도시 내지 설명은 생략한다.

본 실시예에 따르면, 도 9에 도시된 바와 같이, 렌즈(30')의 조향 방향과 반대 방향으로 레이저(L)가 조향된다.

본 실시예에 따르면, 앞선 실시예와 비교하여, 초점거리가 비교적 짧아지는 대신, 굴절율이 높아진다. 따라서, 수술 장치(1)를 타겟 위치에 보다 근접하여 위치시키면서도 더 넓은 범위에 대한 레이저 수술 내지 시술이 가능하다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 복잡한 메커니즘 없이도 레이저를 조향할 수 있게 된다.

또한, 어댑터(20)를 끼워 넣는 구조를 이용하므로, 종래의 광 섬유가 내장된 카테터의 전방에 어댑터(20)를 끼워 넣는 간단한 방법으로 레이저의 조향 메커니즘을 형성할 수 있게 된다.

Claims (7)

1. 길게 연장된 카테터;
   상기 카테터의 팁 전방으로 레이저를 조사하는 광 조사체;
   상기 광 조사체의 전방에 배치되어 상기 레이저가 통과하는 렌즈;
   상기 렌즈의 일 측을 당겨 상기 렌즈를 조향하는 와이어;
   상기 와이어의 장력에 대항하여 상기 렌즈를 원위치로 복귀시키는 탄성력을 제공하는 탄성체; 및
   상기 카테터의 팁에 끼워지는 어댑터를 포함하고,
   상기 렌즈를 조향함에 따라, 상기 레이저가 상기 렌즈를 통과하며 방향이 굴절되며,
   상기 탄성체는 상기 카테터를 감싸도록 상기 어댑터에 수용되는 코일 스프링이고,
   상기 렌즈는 상기 코일 스프링의 전단에 부착되고, 상기 와이어는 상기 코일 스프링의 전단에 연결되며,
   상기 어댑터는 상기 와이어의 장력에 의해 구부러지지 않도록 형성되고,
   상기 와이어가 연결된 상기 코일 스프링의 일 측이 상기 와이어를 당김에 따라 상기 어댑터의 길이 방향으로 수축하여 상기 렌즈가 상기 어댑터에 대해 회전하며,
   상기 와이어가 연결되지 않는 상기 코일 스프링의 타 측은 상기 어댑터의 내면에 접착되는 것을 특징으로 하는 레이저 수술 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 렌즈는 볼록부가 상기 카테터의 팁을 향해 배치되거나 상기 카테터의 팁과 반대방향을 향해 배치되는 평 볼록 렌즈(plano-convex lens)이고,
   상기 렌즈의 전방에서 상기 레이저가 집속되는 초점이 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 수술 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 렌즈는 적어도 일면이 볼록한 볼록 렌즈이고,
   상기 렌즈를 조향함에 따라 상기 레이저의 조사 방향이 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 레이저 수술 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 길게 연장된 카테터;
   상기 카테터의 팁 전방으로 레이저를 조사하는 광 조사체;
   상기 광 조사체의 전방에 배치되어 상기 레이저가 통과하는 렌즈;
   상기 렌즈의 일 측을 당겨 상기 렌즈를 조향하는 와이어;
   상기 와이어의 장력에 대항하여 상기 렌즈를 원위치로 복귀시키는 탄성력을 제공하는 탄성체; 및
   상기 카테터의 팁에 끼워지는 어댑터를 포함하고,
   상기 렌즈를 조향함에 따라, 상기 레이저가 상기 렌즈를 통과하며 방향이 굴절되며,
   상기 탄성체는 상기 카테터를 감싸도록 상기 어댑터에 수용되는 코일 스프링이고,
   상기 렌즈는 상기 코일 스프링의 전단에 부착되고, 상기 와이어는 상기 코일 스프링의 전단에 연결되며,
   상기 와이어는 상기 카테터의 후방에서 연장되어 상기 코일 스프링의 전단을 감고 다시 상기 카테터의 후방으로 연장되고,
   상기 카테터의 외면과 상기 어댑터의 내면에는 상기 와이어가 수용될 수 있는 홈이 그 길이방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 수술 장치.

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