KR100504990B1 - 선택적 광열분해 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주변 조직 내에 존재하는 외과 수술에서의 목표 조직을 선택적으로 광열분해하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 목표 조직 및 주변 조직은 약 60℃까지 가열된다. 그 후에 목표 조직은 바람직하게는 단일 파장 광원에 의해 응고 온도까지 가열된다. 응고 목표 조직과 주변 조직 간의 온도 차는 목표 조직으로 확산되는 열이 정맥류 등과 같은 비교적 큰 목표 조직의 경우에서도 주변 조직을 손상시키지 않도록 충분히 작다.

Description

선택적 광열분해 장치{APPARATUS FOR SELECTIVE PHOTOTHERMOLYSIS}

본 발명은 피부 수술에 관한 것이며, 더 명확하게는 현재의 공지된 방법으로는 주변의 건강한 조직을 손상시키지 않으면서 파괴하기에는 지나치게 큰 정맥류(varicose vein) 등과 같은 목표 조직을 파괴할 수 있는 선택적 광열분해법에 관한 것이다.

선택적 광열분해법은 1983년 앤더슨과 패리쉬(Anderson and Parrish)에 의해 ("선택적 광열분해: 펄스 방사선의 선택적 흡수에 의한 정확한 미세수술법", 과학지 제220권 524~527 페이지) 소개되었으며, 주변의 건강한 조직의 손상을 최소화하면서 피부 상의 또는 피부에 가까운 곳의 병들거나 보기 흉한 특정 조직을 파괴하기 위한 외과 수술법이다. 파괴되는 조직은 전자 방사선의 소정 파장에서의 광학적 흡수가 주변 조직보다 더 큰 것을 특징으로 하여야 한다. 상기 방법은 목표 조직에 우선적으로 흡수되는 펄스 전자 방사선(대개, 가시광선)으로 목표 조직과 주변 조직을 조사하는 것으로 이루어진다. 펄스의 지속 시간 및 에너지는 목표 조직의 단백질 응고점인 약 70℃ 내지 약 80℃로 목표 조직을 가열시키는 정도이다. 목표 조직이 주변 조직보다 입사 방사선을 훨씬 강하게 흡수하기 때문에, 주변 조직은 거의 가열되지 않는다.

일반적으로, 광원은 레이저, 예를 들어, 플래시 램프-펄스 색소 레이저이다. 레이저 광원은 본래 단일 파장이라는 잇점이 있다. 다른 광원은 예를 들어, 구스타프슨(Gustaffson)의 특허인 WO 91/15264에 기술된 바와 같이, 협대역 필터와 같이 사용되는 광대역 광원을 포함한다. "Photoderm-VL" 라 명명된 유사한 장치가 ESC 메디컬 시스템즈사에 의해 제조되었다.

선택적 광열분해에 적합한 목표 조직으로는 모반(birthmarks), 포도주색 반점(port-wine stains), 거미상 정맥(spider vein) 및 정맥류 등을 포함하며, 이들 모두는 산화 헤모글로빈을 함유하는 적혈구의 농도가 높기 때문에 높은 농도로 인해 주변의 조직보다 더 빨간 경향이 있다. 앤더슨과 패리쉬는 577 nm의 산화 헤모글로빈 흡수 밴드에 상응하는 577 nm 파장의 광선을 사용하였다. 그 후에 585 nm 파장이 사용하기에 더 효과적인 것으로, 타이언, 모리슨 및 커반에 의해 밝혀졌다("포도주색 반점의 치료에 적합한 585 nm", 성형 및 복원 수술, 제86권, 제6호, 1112~1117 페이지).

펄스 지속 시간에 대한 한가지 제한 사항은 주변 조직의 응고가 시작되는 온도까지 주변 조직을 가열하여서는 안된다는 것이다. 목표 조직이 가열될 때, 열은 목표 조직으로부터 주변의 보다 차가운 조직으로 확산되기 시작한다. 주변 조직이 손상 온도까지 가열되지 않도록 하기 위해, 펄스 지속 시간은 목표 조직의 열 완화 시간과 비슷하게 유지되어야 한다. 모반, 포도주색 반점 및 거미상 정맥 등과 같이 비교적 작은 목표 조직의 경우, 통상의 펄스 지속 시간은 수백 마이크로초 정도이다. 정맥류의 경우, 밀리초 정도의 펄스 지속 시간이 사용되어야 한다.

선택적 광열분해법으로 정맥류를 치료할 때, 합병증이 발생할 수 있다. 일반적으로, 정맥류 주변의 정상 조직은, 정맥류보다는 훨씬 적지만 입사 방사선을 또한 흡수하며 그 열 완화 기간이 훨씬 짧은 다른 혈관, 특히 모세혈관을 포함한다. 따라서, 상기 다른 혈관으로부터 주변 조직으로 확산되는 열은 주변 조직을 손상 온도까지 가열하기 쉽고, 이로 인해, 흉터가 생긴다.

따라서, 주변의 손상 없이, 정맥류 등과 같은 큰 외과 수술에 있어서 목표 조직을 제거하는데 효과적인 선택적 광열분해법이 매우 유익하며 그 필요성도 널리 인식되고 있다.

도 1은 단일 파장 광선의 광원이 레이저인 본 발명에 의한 장치의 바람직한 실시예의 개략도이며,

도 2는 도 1에 도시된 장치의 펄스 스케쥴(pulse schedule)이고,

도 3은 단일 파장 광선의 광원이 광대역 광선의 광원과 동일한 본 발명에 의한 장치의 바람직한 실시예의 개략도이며,

도 4는 도 3에 도시된 장치의 펄스 스케쥴이고,

도 5는 도 4의 장치의 변형예이며,

도 6은 도 5에 도시된 장치의 펄스 스케쥴이다.

본 발명에 따르면, (a) 정상 체온 보다 높게 목표 조직 및 주변 조직을 가열하는 단계와, (b) 목표 조직을 약 70℃ 내지 약 80℃로 가열하는 단계를 포함하는, 주변 조직 내에 존재하는 목표 조직의 선택적 광열분해법이 제공된다.

본 발명에 따르면, (a) 광대역 전자 방사선 발생 수단과, (b) 상기 광대역 전자 방사선과 각각 실질적으로 동시에 존재하는 실질적으로 단일 파장인 하나 이상의 전자 방사선 펄스 발생 수단을 포함하는, 주변 조직 내에 존재하는 목표 조직의 선택적 광열분해 장치가 제공된다.

본 발명의 방법은 따뜻한 물체로부터 차가운 물체로의 열 확산 속도가 이들 물체들 간의 열 구배에 비례한다는 사실을 기초로 한다. 따라서, 주변 조직을 정상 체온보다는 높지만 주변 조직에 손상을 일으킬 정도로 높지 않은 온도까지 가열하고, 그 후에 목표 조직을 단지 응고점까지만 가열하면, 한편으로는 목표 조직과 주변 혈관 사이의 열구배, 다른 한편으로는 목표 조직과 다른 주변 조직과의 열구배가 주변 조직이 손상되지 않을 정도로 충분히 작은 환경을 형성한다. 본 발명의 문맥에서 "정상 체온보다 높은"은 약 40℃ 이상의 온도를 의미하지만, 약 55℃ 내지 약 65℃ 인 것이 바람직하다. 또한, 목표 조직은 보다 높은 초기 온도에서 가열되기 때문에, 목표 조직을 가열하는 데 사용되는 단일 파장광 펄스는 종래 기술보다 지속 시간이 더 짧고 동력이 더 낮을 수 있다.

본 발명의 장치는 광대역 전자 방사선을 사용하여 주변 조직을 가열함으로써 상기 목적을 달성한다. 본 발명의 범위에는 전자 방사선의 모든 유효 파장이 포함되고, 상기 목적에 유효한 스팩트럼 밴드에는 마이크로파 방사선이 포함되지만, 주변 조직과 목표 조직 자체 모두를 가열하는 데 바람직한 스펙트럼 밴드는 가시광선이다. 광대역(백색) 광선을 발생시키는 바람직한 장치는 크세논 아크 램프 등과 같은 고광도 램프이다. 상기 장치는 상기 램프로부터의 광선을 펄스화시키는 기구를 포함한다. 이러한 기구는 램프에 공급되는 전류를 제어하는 회로를 포함할 수도 있고(예를 들어, 상기 기구는 램프를 점멸함으로써 작동될 수 있음), 기계적인 셔터를 포함할 수도 있다.

목표 조직을 가열하는 데 사용되는 실질적으로 단일 파장인 방사선 발생 수단으로는 2개의 바람직한 수단이 있다. 제1 수단은 필요한 파장, 바람직하게는 약 570 nm 내지 약 610 nm의 파장으로 작동하는 레이저이다. 제2 수단은 고광도 램프로부터의 광선을 협대역 필터 또는 모노크로미터(monochrometer) 등과 같은 적절한 파장 선택 장치를 통과시키는 것이다.

본 발명의 장치는 당업계에 널리 알려진 수단으로 단일 파장의 펄스를 광대역 전자 방사선과 함께 동기시켜 목표 조직을 더 가열하고자, 단일 파장의 펄스를 켜기 전에 주변 조직이 충분히 가열되는 것과, 주변 조직이 냉각되기 전에 목표 조직을 더 가열하는 것을 보장한다. 일반적으로, 이는 광대역 전자 방사선이 펄스화될 때, 각 단일 파장의 펄스가 광대역 펄스와 실질적으로 동시에 존재하는 것을 의미한다. 본 명세서에 기재된 "실질적으로 동시에"란, 광대역 펄스가 켜져 있는 동안, 또는 이 광대역 펄스가 꺼진 거의 직후에 상기 단일 파장 펄스가 켜지는 것을 의미한다.

본 발명은 단지 예로서 첨부 도면을 참조로 하여 설명된다.

본 발명은 비교적 큰 외과 수술 목표 조직을 선택적으로 광열분해하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 건강한 주변 조직의 손상을 최소화하면서 정맥류 및 이와 유사하게 병들거나 보기 흉한 조직을 제거하는 데 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 선택적 광열분해 방법 및 장치의 원리 및 작동은 도면과 그에 관한 설명을 참조하여 더 잘 이해될 것이다.

도면을 참조하면, 도 1은 본 발명에 의한 장치의 바람직한 실시예의 개략도이다. 고광도 램프(10)는 광대역(백색) 광선(14)의 공급원으로서 작동한다. 램프(10)는 모든 방향으로 빛을 방사하기 때문에, 포물선형 반사체(12)와 오목 렌즈(16)가 광대역 광선(14)을 평행하게 하도록 마련되어, 램프(10)에 의해 방출된 실질적으로 모든 에너지가 목표 조직 및 주변 조직을 향하게 된다. 레이저(20)는 실질적으로 단일 파장의 광선(24)을 방출하며, 바람직하게는 파장이 585 nm이고, 목표 조직 및 주변 조직을 향하는 광선을 방출한다. 제어 시스템(30)은 램프(10) 및 레이저(20)에 동력을 공급하며, 또한 도 2에 도시된 펄스 스케쥴에 따라 램프(10) 및 레이저(20)를 점멸한다.

램프(10)는 크세논 아크 램프인 것이 바람직하다. 레이저(20)는 플래시 램프-펄스 색소 레이저, 예를 들어 매사추세츠주 웨이랜드 소재의 칸델라 코포레이션에서 제작한 스클레로 레이저(ScleroLASER)가 바람직하다.

도 2는 도 1에 도시된 장치의 펄스 스케쥴이다. 도 2의 실선은 광대역 광선(14) 펄스의 강도 및 지속 시간을 나타낸다. 도 2의 점선은 단일 파장 광선 펄스의 강도 및 지속 시간을 나타낸다. 광대역 광선(14)은 T₀에서 켜지며, 목표 조직 및 주변 조직을 약 60℃ 까지 가열할 만큼 충분히 길게 T₂까지 유지된다. 주변 조직의 온도가 희망 최종치에 이르면, 단일 파장 광선(24)이 T₁에서 켜지며, 목표 조직에 응고가 일어날 정도로 길게, 하지만 주변 조직이 손상을 입을 정도로는 길지 않게 T₃까지 유지된다. 단일 파장 펄스의 지속 시간은 약 0.1 밀리초 내지 약 10 밀리초인 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 의한 장치의 또 다른 바람직한 실시예의 개략도이다. 이 실시예에서, 램프(10)는 목표 조직 및 주변 조직에 입사하는 광대역 방사선 및 단일 파장 방사선 모두의 광원으로서의 역할을 한다. 이 실시예에서는, 기계적인 셔터(32)가 광대역 광선(14)을 막거나 통과시키는 역할을 하여, 장치로부터 방출하는 광선을 펄스화시킨다. 백색 섹션(36)과 유색 섹션(38) 2개의 섹션을 갖는 회전 원형 필터(34)는 셔터(32)를 통과한 광대역 펄스를 필터링하는 기능을 한다. 백색 섹션(36)은 모든 파장을 실질적으로 동일한 정도로 감쇠시켜, 목표 조직 및 주변 조직을 약 60℃까지 가열하기에 적절한 강도와 지속 시간을 갖는 광대역 펄스를 제공한다. 유색 섹션(38)은 585 nm의 파장을 중심으로 하는 좁은 스펙트럼 밴드의 광선을 제외하고는 모두 감쇠시킨다. 제어 시스템(30)은 셔터(32)와 필터(34)의 동작을 동기시켜, 도 4의 펄스 스케쥴에 따른 광선 펄스를 제공한다.

도 3의 실시예에서, 램프(10)는 목표 조직을 응고시키기 위하여 585 nm 정도의 충분한 스펙트럼 출력을 제공해야 하므로, 램프(10)는 도 1의 실시예에서보다 도 3의 실시예서 더 강력하여야 하는 것을 유념해야 한다. 이러한 이유 때문에, 이 실시예에서는 필터(34)의 백색 섹션(36)이 필요하다.

도 4는 도 3에 도시된 장치의 펄스 스케쥴이다. 도 2에서와 같이, 실선은 광대역 펄스를 나타내고, 점선은 단일 파장 펄스를 나타낸다. T₀에서, 필터(34)는 백색 섹션(36)이 광대역 광선(14)의 광로에 있도록 위치 결정되며, 셔터(32)는 광대역 광선(14)이 통과하여 백색 섹션(36)에 의해 감쇠될 수 있도록 개방된다. 필터(34)는 유색 섹션(38)이 광대역 광선(14)을 차단하기 시작하는 T₁까지 회전된다. T₂에서는, 모든 광대역 광선(14)이 유색 섹션(38)을 통과하므로, 장치로부터 방사된 광선은 실질적으로 단일 파장이다. T₃에서는, 셔터(32)가 폐쇄되어 단일 파장 펄스를 차단한다.

도 5는 도 3에 도시된 장치의 변형예의 개략도이다. 도 5의 장치에서는, 셔터(32)를 통과한 광선을 고정 미러(41) 및 모노크로미터(42)로 편향시키는 가동 미러(40)가 마련된다. 도 5의 장치는 도 6의 펄스 스케쥴에 따라서 펄스를 발생시키며, 상기 펄스 스케쥴에서도 실선은 광대역 펄스를 나타내고 점선은 단일 파장 펄스를 나타낸다. T₀에서 가동 미러(40)는 후퇴하고, 셔터(32)는 개방되어 광대역 광선(14)이 감쇠 필터(44)를 통과하여 목표 조직 및 주변 조직까지 이를 수 있다. 필터(34)의 백색 영역(36)과 유사하게, 감쇠 필터(44)는 모든 파장을 실질적으로 동일한 정도로 감쇠시켜, 목표 조직 및 주변 조직을 약 60℃까지 가열하기에 적절한 강도와 지속 시간을 갖는 광대역 펄스를 제공한다. T₁에서, 가동 미러(40)는 광대역 펄스를 차단하고 광대역 광선(14)이 고정 미러(41)를 경유하고 모노크로메이터(42)를 통과하도록 상기 광대역 광선을 편향시키는 위치로 이동되어, 단일 파장 펄스가 발생한다. 따라서, 단일 파장 펄스는 실질적으로 광대역 펄스가 차단된 직후 발생한다. 모노크로미터(42)는 585 nm의 파장을 중심으로 하는 좁은 스펙트럼 밴드의 광선만을 목표 조직으로 통과시킨다. T₂에서, 셔터(32)는 폐쇄되어 단일 파장 펄스를 차단한다.

본 발명은 한정된 수의 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 다양한 변형예, 수정예 및 다른 응용예가 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (24)

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14. 피부의 목표 조직의 선택적 광열분해 장치로서,

    피부의 목표 조직 및 그 주변 조직을 가열하는 펄스화 가능한 열원과,

    상기 주변 조직에 비해 상기 목표 조직을 선택적으로 가열하는 협대역 전자 방사선으로 피부를 조사하는 펄스화 가능한 협대역 전자 방사선의 공급원

    을 포함하는 것인 선택적 광열분해 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 펄스화 가능한 열원은 이 열원과 피부 사이의 공기에 온도 구배를 발생시키는 것인 선택적 광열분해 장치.
16. 제14항에 있어서, 상기 열원은 피부를 가열하는 광대역 전자 방사선의 공급원을 포함하는 것인 선택적 광열분해 장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 광대역 전자 방사선의 공급원은 레이저를 포함하는 것인 선택적 광열분해 장치.
18. 제16항에 있어서, 상기 광대역 전자 방사선의 공급원은 마이크로파 공급원을 포함하는 것인 선택적 광열분해 장치.
19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 협대역 전자 방사선 공급원은 펄스화되는 단일 파장 전자 방사선 공급원을 포함하는 것인 선택적 광열분해 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 협대역 전자 방사선은 파장이 약 570 nm 내지 610 nm 인 것인 선택적 광열분해 장치.
21. 제19항에 있어서, 상기 협대역 전자 방사선 공급원은 램프와, 파장 선택용 기구를 포함하는 것인 선택적 광열분해 장치.
22. 제21항에 있어서, 상기 파장 선택용 기구는 하나 이상의 필터를 포함하는 것인 선택적 광열분해 장치.
23. 제21항에 있어서, 상기 파장 선택용 기구는 하나 이상의 모노크로미터(monochrometer)를 포함하는 것인 선택적 광열분해 장치.
24. 제14항에 있어서, 상기 열원과 협대역 전자 방사선 공급원의 작동 순서를 조정하기 위해, 상기 열원과 협대역 전자 방사선 공급원을 제어하는 제어 시스템을 포함하는 것인 선택적 광열분해 장치.