KR100848391B1

KR100848391B1 - 치료용 광원 및 이를 이용하는 방법

Info

Publication number: KR100848391B1
Application number: KR1020010027810A
Authority: KR
Inventors: 화이트허스트콜린
Original assignee: 포토 세라퓨틱스 리미티드
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2008-07-24
Also published as: KR20020088833A

Abstract

예컨대 광역학 치료(PDT, photodynamic therapy)와 같은 치료용 광원은 공냉식 LED(L_x,y) 어레이를 포함하며, 공기는 상기 어레이의 근처로 배출된다. 상기 어레이는 침투성 치료에 적당한 핸드 피스의 원단부에 장착될 수 있다. 상기 LED는 광가이드(W,L)와 연결될 수 있다. 상기 LED의 방출 스펙트럼은 실질적으로 550 내지 660nm, 바람직하게는 590 내지 640nm, 560 내지 644nm, 650 내지 660nm 및 550 내지 570nm 중의 하나의 범위에 한정될 수 있다. 상기 치료용 광원은 치료 또는 진단되는 외부 부위의 형태에 맞추어진 발광 다이오드(L)의 비평면 어레이를 포함할 수 있다. 상기 치료용 광원은 유연성 지지재 상에 장착되며, 독립적으로 켜고 끌 수 있는 적색 및 청색 발광 다이오드(L_R, L_B)의 비평면 어레이를 포함할 수 있다.

발광 다이오드, 광역학 치료

Description

치료용 광원 및 이를 이용하는 방법{Therapeutic light source and method using the same}

도 1은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 사용된 불연속 LED의 평행-시리즈 매트릭스를 나타낸다.

도 2는 제1 실시예의 투시도이다.

도 3은 제1 실시예의 단면도이다.

도 4는 제1 실시예의 출력의 단면에서의 광도의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 5는 제2 실시예의 단면도이다.

도 6은 제3 실시예의 단면도이다.

도 7은 제4 실시예의 단면도이다.

도 8은 제5 실시예의 단면도이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 사용하기에 적합한 LED의 두개의 예시에 대한 방출 스펙트럼 및 PpIX의 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.

도 10a 및 도 10b는 각각 안면 치료에 관한 제6 실시예에서 LED 어레이의 측면 및 정면도이다.

도 11a, 도 11b 및 도 11c는 환자 팔꿈치의 치료를 위한 제7 실시예에서 LED 어레이의 환자 팔의 평면에 대한 단면도, 평면도 및 환자 팔에 대한 수직 횡단면도이다.

도 12는 발의 치료를 위한 제8 실시예에서 LED 어레이의 측면도이다.

도 13은 다리 하부 치료를 위한 제9 실시예에서 LED 어레이의 측면도이다.

도 14 및 도 15는 각각 안면 및 침대에 누운 환자의 일부 부위의 치료를 위한 제10 및 제11 실시예에서 LED 어레이의 배열을 나타낸다.

도 16a 및 도 16b는 환자의 한쪽 면의 치료를 위한 제12 실시예에서 동종류의 LED 어레이 세트의 정면 및 측면을 각각 나타낸다.

도 17a 및 도 17b는 환자의 한쪽 면의 치료를 위한 제13 실시예에서 LED 어레이의 정면 및 측면을 각각 나타낸다.

도 18a 및 도 18b는 누워 있는 환자의 한쪽 면의 치료를 위한 제14 실시예에서 동종류의 LED 어레이 세트의 측면 및 저면을 각각 나타낸다.

도 19a 및 도 19b는 누워 있는 환자의 일부 부위의 치료를 위한 제15 실시예에서 LED 어레이의 측면 및 저면을 각각 나타낸다.

도 20a 및 도 20b는 안면 및/또는 머리의 치료를 위한 제16 실시예에서 LED 어레이 배열의 평면 및 측면을 각각 나타낸다.

도 21은 누워 있는 환자의 안면 및/또는 머리의 치료를 위한 제17 실시예에서, 도 20a 및 도 20b의 배열과 유사한 배열을 나타낸다.

도 22a, 도 22b 및 도 22c는 손, 전완 및/또는 팔꿈치의 치료를 위한 제18 실시예에서 슬리브 내에 배열된 LED 어레이의 측면, 횡단면 및 길이 방향의 단면을 각각 나타낸다.

도 23a, 도 23b 및 도 23c는 제19 실시예에서 유연성 LED 어레이의 두가지 다른 형태 및 환자 피부에 패치로서 부착된 유연성 어레이를 나타낸다.

도 24는 제20 실시예에서 원통형 관경내 탐침의 측면에 배열된 LED 어레이를 나타낸다.

도 25는 제21 실시예에서 구형 관경내 탐침의 표면에 배열된 LED 어레이를 나타낸다.

도 26은 제19 실시예에서 유연성 LED 어레이의 더욱 구체적인 예시를 나타낸다.

본 발명은 광역학 치료(PDT, photodynamic therapy) 등의 치료에 사용되는 비간섭 광원에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발광 다이오드(LED)를 이용한 비간섭 광원에 관한 것이다.

광역학 치료는 감염 부위에 감광성 약품을 투여한 다음 빛으로 조사하는 것을 포함한다.-예컨대 B C 윌슨(Wilson) 및 M S 패터슨(Patterson)의 'The Physics of Photodynamic Therapy' in Medicine & Biology 31(1986) April No.4, London GB 참조.

영국 특허 제 2,212,010호는 레이저 또는 레이저 다이오드 대신에 불연속 LED 어레이(array)를 사용한 치료용 광원에 대해 개시하고 있다. 상기 LED의 출력은 필요한 광도를 제공하기 위해 집중된다.

국제 특허 제 WO 94/15666호는 핸드 피스(hand piece)의 원단부에 집적된 LED 어레이를 가지며 특히 PDT에 사용되는 치료용 광원에 대해 개시하고 있다. 상기 LED는 필요한 광도를 공급하기 위해 과부하가 걸리며 상기 핸드 피스를 따라 지나가는 폐루프(closed loop)의 주위를 흐르는 냉각수에 의해 냉각된다. 미국 특허 제 5728090호는 여러가지 다른 형태의 헤드를 포함하는 집적 LED 매트리스와 다소 유사한 장치에 대해 개시하고 있다. 이러한 장치는 복잡한 액체 냉각 회로를 필요로 하며, 이는 장치의 비용 및 핸드 피스의 크기를 증가시키기 때문에 널리 사용되지 않는다.

상기 미국 특허 제 5728090호에는 상기 LED의 파장은 300nm 내지 1300nm이며 PDT동안에 사용되는 특정 감광성 염료에 기초하여 선택된다고 기재되어 있다. 그러나 PDT를 위해 필요한 광도를 공급할 수 있는 LED의 파장은 상기 영역 내에서 임의로 선택될 수 없다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광역학 치료(PDT, photodynamic therapy) 등의 치료에 사용되는 발광 다이오드(LED)를 이용한 비간섭 광원과 공냉식 LED 어레이를 포함하는 치료용 광원 및 상기 치료용 광원을 이용하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 하기 치료 및/또는 진단용 광원과 이를 사용한 치료방법을 제공한다.

본 발명의 일면에 따르면, 치료 또는 진단되는 외부 부위의 형태에 맞추어진 비평면 발광 다이오드 어레이를 포함하는, 치료 및/또는 진단용 광원이 제공된다.

본 발명의 다른 일면에 따르면, 제1 발광 다이오드 어레이 및 이동 가능하게 이와 연결된 제2 발광 다이오드 어레이를 포함하는, 치료 및/또는 진단용 광원이 제공된다.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 환자 신체의 적어도 일부를 덮도록 배열된 하우징의 곡선의 내부 표면에 장착된 발광 다이오드 어레이를 포함하는, 치료 및/또는 진단용 광원이 제공된다.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 하우징 내부에 배열된 발광 다이오드 어레이 및 상기 하우징 내로 환자 신체의 일부가 들어가도록 하는 입구를 포함하며, 상기 하우징 내로 환자 신체의 일부가 들어가면 빛이 이에 조사되도록 배열된, 환자 치료 및/또는 진단용 광원이 제공된다.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 슬리브에 환자의 팔 및/또는 손의 일부가 들어가면 이에 빛이 조사되도록 하기 위하여 슬리브 내에 배치된 발광 다이오드 어레이를 포함하는, 환자 치료 및/또는 진단용 광원이 제공된다.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 그 표면에 불연속 발광 다이오드 어레이가 장착된 관강내 탐침을 포함하는, 환자 치료 및/또는 진단용 광원이 제공된다.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 공기가 상기 어레이의 주변을 순환하도록 되어 있는 공냉식 LED 어레이를 포함하는 치료용 광원이 제공된다. 하나의 실시예에서는, 상기 어레이는 광범위한 치료에 적합한 핸드 피스의 원단부에 장착된다.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 치료되어야 하는 부위에 빛을 전달하는 광가이드(light guide)에 연결된 LED 어레이를 포함하는 치료용 광원이 제공된다. 상기 LED는 중간의 광학 장치 없이 연결되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 방출 스펙트럼이 실질적으로 550 내지 660nm에 한정되며, 바람직하게는 590 내지 640nm, 560 내지 644nm, 650 내지 660nm 및 550 내지 570nm 중의 하나의 범위에 한정되는 LED 어레이를 포함하는 치료용 광원이 제공된다.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 최대 방출 스펙트럼이 약 430nm, 470nm, 505nm 또는 525nm인 LED 어레이를 포함하는 치료용 광원이 제공된다. 제1 실시예의 치료용 광원에 있어서, 도 1 내지 도 5에서 나타낸 바와 같이, 전류 제한 저항기를 통해 전압원(+V)와 연결된 LED(L)의 평행 시리즈 매트릭스로부터 빛이 방출된다. 상기 LED 매트릭스는 팬 어레이(F)와 평행하고 지지 로드(support rod)에 의해 간격이 떨어져 있는 히트 싱크(heatsink) 어레이(H)에 장착되어 있다. 공기는 상기 팬 어레이(F)에 의해 히트 싱크 어레이(H)에 가해진다.

도 3에서 더욱 상세히 나타나 있는 바와 같이, 상기 히트 싱크 어레이(H)는 LED의 지지부 말단에 장착된 복수의 개개 히트 싱크(h)를 포함하며, 이는 지지 플레이트(P)를 통해 통과한다. 개개의 지지부는 동일한 컬럼에 있는 다른 LED의 인접 지지부와 결합되어 있다. 상기 지지 플레이트(P)는 공기가 상기 히트 싱크(h) 및 상기 LED(L)의 주위를 더 자유로이 흐를 수 있도록 구멍이 나있다.

상기 LED(L)은 광선 발산을 선택하고 LED의 간격을 띄는 것에 의해 치료 부위에 걸쳐 ±10% 또는 그 이하의 공간 강도 변화를 갖는 실질적으로 균일한 조도를 제공할 수 있도록 배열되어 있으며, 이로 인해 이들의 개개 광선은 실질적인 피크 또는 파곡을 유발하지 않고 중첩되게 된다. 도 4에 나타나 있는 실시예에서, ±6%의 균일도를 얻을 수 있다. 이 실시예에서는, LED와 환자 사이에 여하한 광학 시스템도 필요치 않으며; 대신에, LED로부터 환자에게로 빛이 직접 방출된다. 상기 빛이 여하한 광학 시스템에 의해서도 집약되지 않기 때문에, 상기 LED는 치료부위에 필요한 유동율(출력 강도: fluence rate)로서 스펙트럼의 적색 영역에서는 30mW/cm²이상, 청색 영역에서는 10mW/cm²이상을 제공하기 위해 각각 5mW 이상, 바람직하게는 10mW 이상의 출력을 가진다.

하나의 특정 실시예에서는, 치료 부위의 45mW/cm²에서 8W의 전체 광출력을 제공하기 위해 288 'Super flux' LED의 직경 15cm 어레이를 사용하였다. 상기 LED는 팬(F)으로부터의 강제 공기 대류에 의해 냉각되는 동안, 이들의 규격보다 높은 전류 부하로 구동되었다. 상기 특정 실시예에서, 전류는 다이오드 컬럼 당 90mA로 제한되었지만 만일 증가된 광출력이 필요하다면 120mA 이상으로 증가될 수도 있다. 개개의 컬럼에서, 시리즈 내의 다이오드 개수는 전체 포워드(forward) 작동 전압이 가능한한 전원 공급장치의 출력 전압에 유사하도록(그러나 작지는 않도록) 선택되며, 이 경우에는 48V이다. 이러한 배열은 불필요한 인서큐이트 (incircuit) 가열을 방지하고 상기 전기 시스템의 작동 효율을 최대화한다.

화학선/태양선 케라토스(keratose), 보웬 병, 얕은 기저 세포암, 인설성 기저암, 상피내 암종, 균상식육종, T-세포 림프종, 여드름 및 피지루, 습진, 건선, 지루 모반, 위소장 이상(예를 들면, Barratt's 식도 및 결장직장암종), 부인병(예를 들면, VIN, CIN 및 과도 자궁 출혈), 구강암(예를 들면, 전암성 또는 디플라스틱(dyplastic) 병변 및 인설성 기저암), 단순포진과 같은 바이러스성 감염, 전염성 연속종, 및 사마귀(난치성 사마귀, 심상성 사마귀 또는 족저 사마귀), 원형 탈모증, 또는 다모증의 경우와 같은 종양성 및 비종양성 피부 질환에 대해 제1 실시예를 이용한 치료 방법을 이하에 설명한다. 5-ALA(5-aminolevulinic acid)와 같은 감광성 약품을 포함하는 크림 또는 용액을 환자의 피부 중 감염 부위에 의사의 지시에 따라 국소적으로 도포하거나, 정맥 주사 또는 경구 투여한다. 광범위한 부위에 도포하는 다른 방법에서는, 환자의 몸을 용액조 내에 담근다. 그 다음으로, 약물과 담체의 제거 또는 태양빛에 의한 활성화를 방지하기 위해 상기 감염된 부위를 3 내지 6시간 동안, 또는 만일 치료가 다음날까지 계속되어야 한다면 24시간 이상까지 덮는다. 상기 부위를 덮은 것을 벗겨내고 제1 실시예에 의한 램프로부터의 빛에 15 내지 30분 동안 노출시킨다. 상기 치료는 필요하다면 총 1 내지 3회 반복할 수 있다. 이러한 방법은 광범위한 부위에 걸쳐 퍼져 있는 매우 큰 병변 또는 복합의 병변을 앓는 환자의 치료에 특히 적합하다.

제1 실시예의 장치를 사용한 치료 방법에서는, LED 어레이를, 치료를 요하는 환자의 외부 감염 부위와 도 4에 나타낸 바와 같이 균일한 조도에 충분한 간격(예컨대 2 내지 5cm)을 두고 대략 평행하게 위치시킨다. 상기 장치는 포도주색 모반 제거 및 모발 복원/제거용 감광성 약품과 함께는 물론, 피부 재생, 주름제거 또는 생체 자극(상처 치료 포함)용 감광성 약품을 사용하지 않고도 미용 또는 부분적으로 미용을 위한 치료에 사용될 수도 있다.

상기 램프는 형광 검출에도 사용될 수 있다(광진단, photodiagnosis).

도 5에 나타낸 바와 같이, 예컨대 아크릴(예로써 Perspex^TM) 또는 유리로 제조되며, 본 실시예에서 연장된 지지 로드(R)에 의해 지지되는 프루스토-코니칼 (frusto-conical) 도파관(W)을 추가하는 것에 의해, 제1 실시예는 제2 실시예에서 변경될 수도 있다. 상기 도파관(W)은 높은 광도를 가지고 보다 작은 부위에, LED에 의해 방출되는 빛을 집약시키기 위해 배열된다. 이러한 배열은 보다 작은 외부 표면의 치료에 적합하다.

제2 실시예는 도 6에 나타난 바와 같이, 내부 치료를 위해 도파관(W)으로부터의 빛을 광가이드(L)로 전달시키기 위해 제3 실시예에서 변경될 수도 있다. 광섬유 또는 섬유 다발 또는 액체 광가이드 등의 상기 광가이드(L)는 광가이드 용기 또는 어댑터(A)에 고정되어 있으며, 이는 접합부 내 또는 상기 도파관(W)의 좁은 말단과 직접적으로 관련하여, 예컨대 Olympus, Storz, ACMI 또는 Wolf light cable fittings과 호환될 수 있다. 상기 광가이드(L)는 직경이 3, 5 또는 8mm이다. 상기 지지 로드(R)는 상기 도파관(W) 및 광가이드(L)의 광축을 정렬하여 상기 도파관(W)에서 방출되는 빛이 상기 광가이드(L)로 나아가도록 한다. 제3 실시예에서, 빛은 도파관에 의해 집약되며, 경구, 부인, 위소장 또는 관강 치료를 위해 체강(body cavities)에 삽입될 수 있는 상기 광가이드(L)의 원단부에 있는 작은 부위에 방출 된다.

제3 실시예는 도 7에 나타난 바와 같이, 제4 실시예에서 변경될 수 있다. 여기에서, 불연속 LED 어레이는 지지 플레이트(P)/히트 싱크(H)상에 장착된 집적 멀티-다이(multi-die) LED 매트릭스(IM)(예를 들면, AMS Optotech, Bristol, UK 제조, 부품번호 OD 6380, OD 6624, OD 6680)에 의해 대체될 수 있다. 펠티어 (Peltier) 효과 열전 냉각기(PC)는 지지 플레이트(P)의 반대 면과 열적으로 접촉하여 장착되고, 그 가열된 면은 팬(F)에 의해 냉각된다. 상기 광가이드(L)의 기부 말단은 집적 LED 매트릭스(IM)과 직접적으로 인접하거나 접촉하고 있으며, 방출되는 빛을 상기 광가이드(L)로 보내는데 도파관이 필요치 않도록, 그 단면이 유사하다.

제5 실시예는 도 8에 나타낸 바와 같이, PDT치료 등의 경부 치료를 위해 특별히 디자인된다. 상기 제5 실시예는 아크릴 또는 폴리카보네이트로 만들어지며, 속이 빈 스템(stem, S)을 갖는 핸드 피스의 형태를 띠고, 이를 통해, 상기 기부 말단에 장착된 팬(F)에 의해 저압에서 공기를 가한다. 상기 말단은 하우징(지지 플레이트(P)/히트 싱크(H) 상에 있는 불연속 LED 어레이가 그 내부에 장착된)을 포함하는 헤드부(HP)를 가진다. 공기는 이들로부터의 열을 빼앗기 위해 상기 속이 빈 스템(S)을 통해 히트 싱크(H)로 들어가며, 다음으로 상기 하우징의 기부 측상의 개구부(AP)를 통해 배출된다. 상기 하우징의 원단부는 오목하며 경부 C(cervix C)의 말단과 꼭 맞게끔 하기 위해 크기가 조절된다. 예를 들면, 아크릴 또는 유리로 만들어진 투명 말단 윈도우(W)는 상기 LED의 침윤을 방지한다. 전력은 아크릴 스템(S)의 벽면에 장착된 전선(미도시)을 통해 LED로 공급된다. 사용시에는, 상기 원단부 가 환자의 경부에 꼭 맞게끔 상기 핸드 피스가 위치되며, 이 핸드 피스는 치료 시간 동안 고정된다.

제1 내지 제4 실시예 중의 어느 하나를 사용하는, 적합한 PDT용 불연속 LED의 선택에 대해서, 이하 다이(die) 물질에 따라 분류하며 설명한다.

첫 번째로 적당한 LED의 형태는 투명 기재(TS, transparent subsrate) 또는 흡수 기재(AS, absorbing substrate)의 알루미늄 인듐 갈륨 포스파이드/갈륨 포스파이드(AlInGaP/GaP)를 주성분으로 한다. 출력파는 590 내지 640nm이며, 피크 방출 파장은 590, 596, 605, 615, 626, 630 및 640nm이다. 상업적으로 입수할 수 있는 것으로는, 자동차 산업, 옥외 상업 광고 및 트래픽 매니지먼트용으로 디자인 된 Hewllet Packard 사의 'Sunpower'^TM또는 'Precision Optical Power'^TM시리즈를 들 수 있다. 적합한 LED는 SMT(surface mount technology)로서 예컨대, HSMA, HSMB, HSMC, HSML 시리즈, 바람직하게는 HSMB HR00R1T20 또는 HSMB HA00R1T2H를 들 수 있고; Axial로서 예를 들어 HLMA 또는 HLMT 시리즈가 있으며; T1으로서 예컨대, HLMP 시리즈, 바람직하게는 HLMP NG05, HLMP NG07, HLMP J105가 있고; T13/4로서 HLMP 시리즈, 바람직하게는 HLMP DG08, HLMP DG15, HLMP GG08, HLMP DD16를 들 수 있으며; Superflux^TM 로서 예컨대, HPWA 또는 HPWT시리즈, 바람직하게는 HPWA (MH/DH/ML/DL) 00 00000. HPWT (RD/MD/DD/ BD/RH/MH/DH/BH/RL/ML/DL/BL) 00 00000, 가장 바람직하게는 HPWT (DD/DH/DL/ MH/ML/MD) 00 00000가 있고; SnapLED^TM 로서 예를 들어 HPWT, HPWS, HPWL시리즈, 바람직하게는 HPWT(SH/PH/SL/PL) 00, HPWT (TH/FH/TL/FL) 00 또는 HPWS(TH/FH/TL/ FL) 00을 들 수 있다. 다른 제조사로부터의 적합한 제품은 Advanced Products Inc의 SMT 타입으로서 (API) 부품번호 HCL4205AO; American Bright Optoelectronics사의 T1 타입으로서 (ABO) 부품번호 BL BJ3331E 또는 BL BJ2331E; Superflux 타입으로서 ABO 부품번호 BL F2J23, BL F2J33 및 BL F1F33을 들 수 있다.

두 번째로 적당한 LED의 형태는 알루미늄 인듐 갈륨 포스파이드/갈륨 비소(AlInGaP/GaAs)계 타입이며, 방출 파장은 560 내지 644nm이고 피크 방출 파장은 562nm, 574nm, 590nm, 612nm, 620nm, 623nm 및 644nm이다. Toshiba사의 T1 패키지에서 상업적으로 입수 가능한 것의 예를 들면, TLRH, TLRE, TLSH, TLOH 또는 TLYH 시리즈, 바람직하게는 TLRH 262, TLRH 160, TLRE 160, TLSH 1100, TLOH 1100, TLYH 1100 또는 S4F4 2Q1; 또는 T13/4 패키지 중에서는 TLRH 또는 TLSH 시리즈, 바람직하게는 TLRH 180P 또는 TLSH 180P가 있다. 또 다른 예로서는 Kingbright사의 L934SURC-E를 들 수 있다.

세 번째로 적당한 LED의 형태는 알루미늄 갈륨 비소계 타입(AlGaAs)이고, 방출 파장은 650 내지 660nm이다. T1 패키지의 예시는 Toshiba사의 TLRA 시리즈, 바람직하게는 TLRA 290P 또는 TLRA 293P 와 Kingbright사의 L934SRCG, L934SRCH 및 L934SRCJ를 포함하며, T13/4 패키지 중에서 Kingbright사의 L53 SRCE를 포함한다.

네 번째로 적당한 LED의 형태는 갈륨 포스파이드(GaP)계 타입이며, 방출 파장은 550 내지 570nm이다.

다섯 번째로 적당한 LED의 형태는 인듐 갈륨 나이트라이드(InGaN)계이다. 525nm의 방출 파장을 갖는 타입에서, 상업적으로 입수 가능한 것의 예시는 SMT 패키지 중에서 API's HCL 1513AG; T1 패키지 중에서 Farnell's #942 467, Radio Spare's #228 1879 및 #249 8752, API's HB3h 443AG와 Plus Opto's NSPG500S를 포함한다. 470 및 505nm의 방출 파장을 가지는 T1 패키지 타입중에서, 예시로는 Farnell's #142 773, Radio Spare's #235 9900 및 American Bright Optoelectronics사의 BL BH3PW1을 들 수 있다.

여섯 번째로 적당한 LED의 형태는 갈륨 나이트라이드/실리콘(GaN/Si)계이며, 방출 파장은 430nm이다. 상업적으로 입수 가능한 예로서, Siemens사의 LB3336 (RS#284 1386으로도 알려져 있다)을 들 수 있다.

상기 각각의 LED 타입은 이하의 표 1에 나열하고 있는 하나 이상의 통상적인 감광제의 흡수 스펙트럼과 실질적으로 일치하는 방출 스펙트럼을 갖도록 선택되며, 따라서 이러한 LED를 갖는 실시예는 PDT에 적합하다. 예를 들어, 도 9는 505nm, 545nm, 580nm 및 633nm의 피크를 포함하는 PpIX(protoporphyrin IX) 흡수 스펙트럼을 나타낸다. 삽입된 그림은 피크 광도 및 동일한 파장 축을 가지는 방출 스펙트럼이며, 590nm의 피크는 LED 부품번호 HPWA DL00이고, 630nm의 피크는 LED 부품번호 HPWT DH00이며, 상기 피크는 PpIX 흡수 스펙트럼의 580nm 및 633nm 피크 각각과 실질적으로 중첩되기에 충분한 넓이를 가진다.

감광제	적색흡수밴드(nm)	적색피크(nm)	청색/녹색피크(nm)
나프탈로시아닌	780-810
칼코게노피릴륨 염료	780-820
프탈로시아닌(예컨대 ZnII Pc)	670-720	690
틴 에티오푸르푸린(SnET₂)	660-710	660-665	447
클로린(예컨대, N-아스파틸 클로린 e6 또는 NPe6)	660-700	664
벤조포르피린 유도체(BPD)		685/690	456
루테늄 넥사프린(Lu-Tex)		735
Al(S₁/S₂/S₃/S₄)Pc	660-710	670/685	410, 480
포르피린		625/630	405
프로토포르피린 IX(PpIX)-5δ아미노애불린산(5ALA)으로부터		635	410, 505, 540,580
테트라 m-히드록시페닐 클로린 (mTHPC)		650	440, 525

상기 불연속 LED 어레이는 하나 이상의 다른 타입의 LED를 포함할 수 있으며, 이들 각각은 상기 선택된 감광제의 별개의 흡수 밴드와 조화되도록 선택된 다른 방출 스펙트럼을 가진다. 각각의 LED 타입은 독립적으로 켜질 수 있다. 상기 관입 깊이(즉, 상기 광도가 e^-1로 약해지는 깊이)는 적합한 방출 밴드를 선택하기 위해 상기 어레이의 단지 하나의 LED 타입을 켜는 것에 의해 변화될 수 있으며, 이는 상기 관입 깊이가 파장의 함수이기 때문이다.

상기 LED 어레이는 개개의 대체가능하며 공간적으로 구분되는 LED 부분으로 구성된다. 선택된 부분은 상기 매트릭스 어레이의 전체 면적 내에서 환자의 선택된 부위를 치료하기 위해 켜질 수 있다.

상기 램프는 전달되는 빛의 양을 측정하고, 목표량에 도달하면 상기 빛 방출을 끄기 위하여 배열된 전자 광학 검출기를 포함할 수 있다. 택일적 또는 선택적으로, 상기 검출기는 순간적인 광도를 측정하고, 소정의 한계 내에서 상기 광도를 유 지시키기 위해, 상기 튜브에 공급되는 전력을 변화시키고, 그리고/또는 최대 한계를 초과한다면 상기 빛 방출을 끄도록 배열된다.

환자의 다른 부위의 치료에 적합한 LED 어레이의 여러 다른 배열에 대하여 이하 설명한다. 상기 LED는 전술한 바와 같이, 불연속 LED이다. 별도의 언급이 있지 않은 한, 상기 LED는 집적 팬을 이용하여 팬 냉각될 수 있다.

도 10a 및 도 10b는 제 6 실시예의 LED(L) 어레이를 나타내며, 이는 환자의 안면 치료를 위해 곡선 복면 형상의 지지대(P) 상에 배열되어 있다. 상기 어레이는 헤드 밴드(HB) 또는 환자가 쓰고 있는 다른 헤드 웨어에 의해 환자의 얼굴 정면에 지지된다.

도 11a 내지 도 11c는 제7 실시예에서 한면에 두개의 유사한 개구부(AP)를 갖는 입방형 하우징(HO) 내에 배열된 LED(L) 어레이를 나타내며, 상기 개구부는 팔꿈치가 상기 하우징(HO)에 들어갈 수 있게 한다. 상기 개구부(AP)의 모서리는 팔을 편안하게 하기 위해 쿠션처리되어 있다. 상기 하우징(HO) 내에는, 도 11c에 나타낸 바와 같이 팔의 면으로 휘고 그 면에 수직인 표면(SU)이 배열되어 있다. 상기 LED(L)는 이 표면(SU) 상에 장착되어 이로부터 방출되는 빛이 환자의 팔꿈치에 집중되도록 한다.

도 12는 제8 실시예에서 지지 플레이트(P) 상에 장착되고, 치료 중에 환자의 발을 올려 놓도록 투명하거나 반투명인 커버로 덮여져 있는 LED 어레이(L)를 나타낸다.

도 13은 제9 실시예에서 지지 플레이트(P) 상에 장착되고, 환자의 다리 치료 를 위해 배열된 LED 어레이(L)를 나타낸다.

도 14 및 도 15는 상부 내면에 LED가 있고 하부 면은 환자에게 빛을 조사할 수 있도록 개방되어 있는 사다리꼴 프리즘 형태의 하우징(HO) 내에 장착된 LED 어레이(L)를 나타낸다. 상기 측면은 반사성이거나 추가적인 LED 어레이가 장착될 수 있다. 도 14에 나타나 있는 제10 실시예에서는, 상기 하우징(H0)은 침대의 어느 한쪽 말단에 장착되며 침대 위에 누워 있는 환자의 안면 치료를 위해, 침대 위로 그 높이를 조절할 수 있도록 되어 있다. 도 15에 나타나 있는 제11 실시예에서는, 침대 위에 누워 있는 환자의 안면을 치료하기 위해, 상기 하우징(H0)이 스탠드(ST) 상에 장착되어 있으며 높이 조절이 가능하다.

도 16a 및 도 16b는 제12 실시예에서 환자의 한쪽 면의 치료를 위해 배열된 일련의 4개의 공면(coplanar) LED 어레이(L)를 나타낸다. 각각의 상기 어레이는 치료 받는 환자의 선택된 부위를 치료할 수 있도록 독립적으로 켜고 끌 수 있다.

도 17a 및 도 17b는 제13 실시예에서 환자의 한쪽 면의 치료를 위해 배열된 단일 LED 어레이(L)를 나타낸다.

도 18a 및 도 18b는 제14 실시예에서 누워 있는 환자의 한쪽 면의 치료를 위해 배열된 일련의 3개의 공면 LED 어레이(L)를 나타낸다. 각각의 상기 어레이는 치료 받는 환자의 선택된 부위를 치료할 수 있도록 독립적으로 켜고 끌 수 있다.

도 19a 및 도 19b는 제15 실시예에서 추가의 LED 평면 어레이 상에 누워 있는 환자의 모든 부위의 치료를 위해, 곡선 하우징(HO)의 내부면에 장착된 LED 어레이(L)를 나타낸다. 상기 하우징(HO)은 환자의 선택된 부위를 치료하기 위해, 환자 의 신체를 따라 이동 가능하다. 상기 LED 평면 어레이의 일부분은 선택된 부분만을 조사할 수 있게끔 켜고 끌 수 있다.

도 20a 및 도 20b는 정면으로부터 환자의 얼굴에 빛을 조사하기 위한 제 1 고정 어레이(L_F), 머리에 빛을 조사하기 위한 제 4 고정 어레이(L_S) 및 좌우 안면에 빛을 조사하기 위한 어레이로서, 예컨대 힌지에 의해 이동 가능하게, 제 1 고정 어레이(L_F)의 한쪽 엣지 및 다른 엣지에 각각 이동 가능하게 연결된 제 2 고정 어레이(L_L) 및 제 3 고정 어레이(L_R)를 포함하는 제16 실시예를 나타낸다. 상기 제 1 고정 어레이(L_F)는 바람직하게는 환자가 앉아 있을 때, 환자 머리 높이에 알맞도록 수직으로 이동 가능하게 부착되어 있다. 또한 상기 제 4 고정 어레이(L_s)는 상기 제 1 고정 어레이(L_F)의 또 다른 엣지에 이동가능하게 연결되어 있다.

도 21은 누워 있는 환자의 안면 및/또는 머리의 치료를 위해 배열되어 있다는 것을 제외하고는 도 20a 및 도 20b의 배열과 유사한 제17 실시예를 나타낸다. 스탠드(ST)는 세워져 있는 대신에 침대 위에 장착되어 있으며, 상기 어레이는 환자가 누워있을 때 머리 위치에 맞도록 90°회전할 수 있다.

도 22a, 도 22b 및 도 22c는 슬리브 내에 있는 손, 전완 및/또는 팔꿈치에 빛을 조사할 수 있도록 상기 슬리브(SL) 내면에 LED 어레이(L)가 장착된 제18 실시예를 나타낸다.

도 23a, 도 23b는 제19 실시예에서, 도 23c에 나타난 바와 같이 전완의 일부 등 환자의 치료 부위에, LED면을 안쪽으로 하여 부착시킬 수 있도록, 유연성 지지재(FB) 상에 장착된 각각의 정사각형 및 직사각형 LED 어레이(L)를 나타낸다. 이에 의해 상기 LED 어레이는 치료 부위의 윤곽에 따르게 된다. 상기 유연성 지지재(FB) 는 이와 분리되어 있거나, 그 주위에 고정되어 있는 유연성 멤브레인에 의해 상기 지지재와 연결되어 있는 팬에 의해 냉각될 수 있으며 상기 유연성 멤브레인은 팬으로부터의 공기를 상기 지지재로 흐르게 하며 이를 통해 상기 공기가 배출된다.

도 24는 제20 실시예에서 원통형 관경내 탐침의 표면에 배열된 LED 어레이를 나타내며, 도 25는 제21 실시예에서 구형 관경내 탐침의 표면에 배열된 LED 어레이를 나타낸다. 상기 탐침은 질, 자궁경부, 자궁내막, 방광, 위소장, 경구, 외이도 및/또는 기도의 치료를 위해 크기가 조절된다.

본 발명자가 행한 테스트에서, LED로부터의 적색(대략 630nm) 방출을 이용한 PDT의 유효성이 피하 유방암 재발 지연도 측정법을 이용한 생체내 비교 연구에 의해 입증되었다. 방사선 생물학적 종말점을 이용하여, 고체 상태 원형(prototype) 유효성이 통상적인 PDT용 고가 레이저의 그것에 뒤지지 않음이 밝혀졌다(즉, 유의 차가 없었다. p=0.21). 이러한 결과는 보웬 병 및 기저 세포 암종의 치료에 대한 임상 실험에서, 레이저 PDT와 비교할 때 상당히 완벽한 반응 속도가 얻어진다는 것에 의해 추가로 확인 되었다.

도 26은 제19 실시예에서 유연성 LED 어레이의 더욱 구체적인 예시를 나타내며, 이는 전술한 바와 같이 여러가지 형태의 LED로 구성된 불연속 LED 어레이를 형성하기 위해, 일련의 적색 LED(L_R)와 간격을 두고 배열된 일련의 청색 LED(L_B)로 이루어진다. 상기 청색 LED(L_B)는 마찬가지로 켜거나 끌 수 있는 적색 LED(L_R)와 독립적으로 켜거나 끌 수 있다. 이러한 방식으로, 치료의 형태 및 필요한 투과 깊이에 따라 적색 또는 청색 조도가 선택될 수 있다.

상기 청색 LED(L_B)는 실질적으로 370 내지 450nm, 바람직하게는 400 내지 430nm 영역의 방출 파장(예컨대, 반높이 띠나비(full width half maximum bandwidth))을 가진다. 이러한 영역은 특히 광선 각화증에 있어서 전암(pre-cancerous) 질병의 치료에 매우 적합하다.

상기 적색 LED(L_R)는 실질적으로 620 내지 700nm 영역의 방출 파장(예컨대, 반높이 띠나비(full width half maximum bandwidth))을 가진다. 이러한 영역은 기저 세포 또는 인설 세포 암종, 또는 균상식육종과 같은 비흑색종의 치료에 특히 적합하다.

본 발명에 따르면, 공냉식 LED 어레이를 포함하는 치료용 광원이 제공되기 때문에 복잡한 액체 냉각 회로를 필요로 하지 않으며, 이는 장치의 비용 및 핸드 피스의 크기면에서 매우 유리하다. 또한 본 발명에 따른 치료용 광원을 사용하여 통상적인 고가의 레이저 PDT와 동일한 치료 효과를 거둘 수 있다.

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발광 다이오드의 제1 고정 어레이, 상기 제1 어레이의 한쪽 엣지에 이동 가능하게 연결되어 있는 발광 다이오드의 제2 고정 어레이 및 상기 제1 어레이의 또 다른 엣지에 이동 가능하게 연결되어 있는 발광 다이오드의 제3 고정 어레이를 포함하고 상기 각 어레이는 상기 다이오드를 강제 공기 대류에 의해 냉각시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 치료 또는 진단, 또는 치료와 진단을 위한 발광 장치.
제65항에 있어서, 상기 제1 어레이의 또 다른 엣지에 이동 가능하게 연결되어 있는 발광 다이오드의 제4 어레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제65항에 있어서, 상기 발광 장치가 안면 또는 머리, 또는 안면과 머리의 치료를 위해 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제65항에 있어서, 상기 발광 장치가 상기 발광 다이오드로부터의 빛이 치료 부위에 직접 입사되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제68항에 있어서, 상기 각 어레이는 발광 다이오드로부터의 빛이 적어도 10mW/cm²의 출력 강도와 10% 이하의 공간 강도 변화로 치료 부위에 입사되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
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제69항에 있어서, 상기 공간 강도 변화는 6% 이하인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
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제65항에 있어서, 상기 발광 다이오드는 불연속적으로 장착되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제73항에 있어서, 상기 발광 다이오드는 평행 시리즈 매트릭스에서 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제65항에 있어서, 상기 발광 다이오드는 하나 이상의 히트싱크(heatsink)에 열적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제75항에 있어서, 상기 다이오드는 개개의 히트싱크의 어레이에 열적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제76항에 있어서, 상기 발광 다이오드 및 히트싱크는 지지 플레이트에 장착되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제77항에 있어서, 상기 발광 다이오드 및 히트싱크는 상기 지지 플레이트의 반대 면에 장착되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제77항에 있어서, 상기 지지 플레이트는 공기가 상기 히트싱크 및 발광 다이오드 주위를 흐르는 것을 허용하도록 구멍이 나있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제65항에 있어서, 상기 발광 다이오드로부터의 빛은 광학 시스템에 의해 집약되지 않는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제65항에 있어서, 상기 발광 다이오드는 370 내지 450nm 영역의 방출 파장을 갖는 특징으로 하는 발광 장치.
제81항에 있어서, 상기 발광 다이오드는 400 내지 430nm 영역의 방출 파장을 갖는 특징으로 하는 발광 장치.
제65항에 있어서, 상기 발광 다이오드는 550 내지 660nm 영역의 방출 파장을 갖는 특징으로 하는 발광 장치.
제83항에 있어서, 상기 발광 다이오드는 590 내지 640nm 영역의 방출 파장을 갖는 특징으로 하는 발광 장치.
제65항에 있어서, 상기 발광 다이오드는 550 내지 660nm 영역의 방출 파장을 갖는 특징으로 하는 발광 장치.
제65항에 있어서, 상기 치료가 환자의 미용 치료인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제86항에 있어서, 상기 치료는 피부 재생을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제86항에 있어서, 상기 치료는 주름 제거를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제86항에 있어서, 상기 치료는 생체자극을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.