KR100904252B1 - Ultrafast laser device and method for selective ablation of angiogenetic blood vessels - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기존의 뛰어난 정밀도를 갖고 있는 초고속 레이저 초미세 공정 기술 및 광학적인 방법을 이용하여 신생 혈관에 집속함으로써 선택적이고 안전하게 신생 혈관 제거하는 신생혈관 선택적 제거용 수술장치 및 신생혈관 선택적 제거방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 초고속 레이저를 이용한 신생혈관 선택적 제거용 수술장치는 레이저 빔을 발생시키는 레이저 시스템; 상기 레이저 광원으로부터의 레이저 빔을 집속하기 위한 광학계; 신생혈관을 포함하는 집속 대상 개체를 위치제어하는 스테이지; 및 신생혈관을 포함한 조직을 모니터링하는 모니터링 장치; 를 포함하며, 상기 레이저 빔 시스템은 하기식을 만족하는 레이저 빔 플루언스를 조절하는 레이저 제어부를 포함한다.The present invention relates to a surgical device for selective neovascularization and a neovascular selective removal method to selectively and safely remove neovascularization by focusing on neovascularization using an existing ultra-fast laser ultra-fine processing technology and optical method. As, the surgical device for neovascular selective removal using an ultra-fast laser according to the present invention comprises a laser system for generating a laser beam; An optical system for focusing the laser beam from the laser light source; A stage for positioning the focused object including the neovascular vessel; And a monitoring device for monitoring tissue including neovascularization; Includes, the laser beam system includes a laser control unit for adjusting the laser beam fluence satisfying the following equation.
Dn < F < Dt (1)D n <F <D t (1)
[F는 조사되는 레이저 빔 플루언스이고, Dn은 레이저 빔 조사에 의하여 신생혈관을 제거할 수 있는 하는 정도의 레이저 빔 플루언스이고, Dt는 상기 레이저 빔 조사과정에서 손상된 정상혈관이 자발적으로 정상 재생하며, 신생혈관과 정상혈관을 제외한 조직세포가 레이저 빔 조사에 의한 손상이 발생되지 않는 정도의 레이저 빔 플루언스이다.][F is the laser beam fluence to be irradiated, D n is the laser beam fluence to the extent that neovascularization can be removed by laser beam irradiation, and D t is the normal blood vessel damaged by the laser beam irradiation process spontaneously. It is a laser beam fluence of normal regeneration and the extent to which tissue cells except neovascular and normal blood vessels are not damaged by laser beam irradiation.]
초고속 레이저, 신생혈관, 신생혈관 제거, 플루언스, 단일펄스, 펨토초 Ultra Fast Laser, Neovascularization, Neovascularization, Fluence, Single Pulse, Femtosecond
Description
도 1은 본 발명의 초고속 레이저 수술 장치의 구성도.1 is a block diagram of the ultra-fast laser surgical apparatus of the present invention.
도 2은 제브라피쉬(zebra-fish) 배아의 혈관 부위를 초고속 레이저로 조사한 후의 혈관의 상태 변화에 대한 배아 단계별 공촛점 이미지.FIG. 2 is a confocal image of an embryonic stage of changes in the state of blood vessels after irradiation of a blood vessel region of a zebra-fish embryo with an ultrafast laser; FIG.
도 3는 제브라피쉬 배아의 신생혈관을 초고속레이저를 이용하여 제거한 후에 배아의 상태에 대한 배아의 발달 단계별 광학 사진. Figure 3 is an optical photograph of the developmental stage of the embryo for the state of the embryo after removing the neovascularization of the zebrafish embryo using ultrafast laser.
도 4과 제브라피쉬 배아의 혈관에 초고속 레이저를 조사한 후에 혈관의 상태를 배아의 발달 단계에 따라 분류한 그래프. 4 and a graph of the state of blood vessels classified according to the developmental stage of the embryo after the ultrafast laser irradiation to the blood vessels of zebrafish embryos.
도 5는 제브라피쉬 배아의 혈관에 초고속 레이저를 조사한 후에 혈관의 상태를 배아의 발달 단계에 따라 분류한 다른 그래프. 5 is another graph classifying the state of blood vessels according to the developmental stage of the embryo after irradiating ultrafast laser to blood vessels of zebrafish embryo.
도 6는 제브라피시의 배아의 발달 단계별로 수술에 사용된 레이저의 플루언스의 통계적인 데이터 그래프.6 is a statistical data graph of the fluence of lasers used in surgery for the developmental stages of zebrafish embryos.
도 7은 제브라피시의 배아의 발달 단계별에 따른 사용 레이저 플루언스 평균치의 의존성 그래프.7 is a graph of the dependence of the average laser fluence used according to the developmental stage of the embryo of zebrafish.
*도면의 주요 부분에 대한 상세한 설명** Detailed description of the main parts of the drawings *
(1) : Ti: sapphire 레이저 시스템(1): Ti: sapphire laser system
(2) : IBM compatible PC와 레이저 빔 스캔 프로그램 (2): IBM compatible PC and laser beam scan program
(3) : 고속광학 셔터 (4) : 갈바노미터 스캐너(3): high speed optical shutter (4): galvanometer scanner
(5) : 대물렌즈 (6) : Beam splitter(5): Objective lens (6): Beam splitter
(7) CCD 카메라 (8) 광전증배관(7) CCD camera (8) Photomultiplier
(9) 아르곤 이온 레이저 (10) 핀홀(9) argon ion laser (10) pinhole
(11) 45 deg 이색 미러(800 nm) (12) 45 deg 이색 미러(488 nm)(11) 45 deg dichroic mirror (800 nm) (12) 45 deg dichroic mirror (488 nm)
(13) 45 deg 전반사 미러(13) 45 deg total reflection mirror
본 발명은 기존의 뛰어난 정밀도를 갖고 있는 초고속 레이저 초미세 공정 기술 및 광학적인 방법을 이용하여 신생 혈관에 집속함으로써 선택적이고 안전하게 신생 혈관 제거하는 신생혈관 선택적 제거용 수술장치 및 신생혈관 선택적 제거방법에 관한 것이다.The present invention relates to a surgical device for selective neovascularization and a neovascular selective removal method to selectively and safely remove neovascularization by focusing on neovascularization using an existing ultra-fast laser ultra-fine processing technology and optical method. will be.
초고속 레이저 제거 수술 및 공정법은 기존의 비교적 긴 레이저 펄스를 응용하는 각종 제거법 기술에 비하여 열적-기계적 손상이 최소화 할 수 있으므로, 특히 초미세 공정 기술에 뛰어나 많은 응용성을 갖고 있다고 알려져 있다. 또한 전자빔 및 플라즈마 등 고 에너지 입자에 기반 된 미세가공 기술은 대상 물체를 구성하고 있 는 소재의 열적-화학적-물리적 손상으로부터 자유롭지 않고, 특히 가공 소재의 종류에 따라 가공이 전혀 불가능한 경우가 많으므로 이에 대한 대응 기술을 개발하고자 하는 노력의 일환으로써 초고속 레이저 제거 기법 기술에 대한 개발 노력이 활발하게 진행되고 있다. 특히 생체와 같은 대상물의 경우 진공 속에 거치하여 미세 공정을 할 수 없으므로 이들 방법을 적용할 수 없다. 그러나 내시경이나 이에 탑제된 다양한 형태의 OCT (Optical Coherence Tomography)와 같은 비선형 분광학적인 기술과 같은 다양한 형태의 광학적인 방법, 또는 초음파 및 핵자기 공명원리에 기인하는 다양한 2-D 및 3-D 바이오-이미지화 및 임상학적인 진단 기술의 발전은 더욱더 작은 부위에서의 병적인 형태의 비정상적인 조직을 조기 진단 할 수 있는 기술 발전을 가속화 하고 있다. 그러나 이러한 급속한 진단 기술의 발전과 함께 반드시 임상학적으로 필요한 제거 수술 기술은 기존의 메스와 같은 기계적인 방법이나 전통적으로 사용되어온 나노초 이상의 비교적 긴 펄스의 레이저나 자외선 영역에서 발진하는 레이저 수술기술들로는 그 정밀도의 한계가 있어 이를 극복할 수 있는 새로운 기술의 발명이 시급한 실정이다.Ultra-fast laser ablation surgery and process method is known to have a large number of applications, particularly excellent in ultra-fine process technology because the thermal-mechanical damage can be minimized compared to the various removal techniques using a relatively long laser pulse. In addition, micromachining techniques based on high energy particles such as electron beams and plasmas are not free from thermal, chemical, and physical damages of the material constituting the target object, and in particular, processing is not possible at all depending on the type of processed material. As part of the effort to develop a response technology, the development efforts of the ultra-fast laser ablation technique have been actively progressed. In particular, objects such as living bodies cannot be applied to these methods because they cannot be subjected to a micro process by placing them in a vacuum. However, various forms of optical methods, such as endoscopy and nonlinear spectroscopic techniques such as various forms of optical coherence tomography (OCT), or various 2-D and 3-D bio-duals due to ultrasonic and nuclear magnetic resonance principles, Advances in imaging and clinical diagnostics are accelerating advances in the early detection of pathologically abnormal tissue in smaller areas. However, with the rapid development of this diagnostic technique, the clinically necessary surgical removal technique is precisely achieved by mechanical methods such as scalpels or laser surgery techniques that can be oscillated in the laser region of the ultra-long pulse or the ultra-nanosecond pulse that have been used conventionally. There is a limit to the invention of a new technology that can overcome this situation is urgent.
특히 특정 조직에 관한 레이저 수술 기법은 매우 많이 알려져 있으나, 이들은 대부분 특정 부위에 레이저를 조사하여 광열 효과를 유발 하거나 혹은 특정 색소를 특정조직에 흡착 시켜 이를 광여기 (photoexcitation) 함으로써 광화학 반응을 유발하여 조직에 대한 제거 반응 혹은 생물학적인 기능을 못하도록 하는 방법을 사용하였다. 이러한 경우 목적한 특정 부위뿐만 아니라 타 조직으로의 열확산 (thermal diffusion) 혹은 목적한 부위이외에서의 부가적인 화학반응 등 피할 수 없는 부차 적인 광유발 반응에 의하여 목적한 이외의 부분까지 영향을 주는 side effect가 동반되는 폐해가 항상 지적 되어왔다. 이상의 한계를 극복하는 새로운 기술의 선결조건은 반드시 열적 및 기계적 손상으로부터 자유로운 새로운 레이저 수술 및 제거법이 개발 되어야하며 동시에 선택적이고 안전한 제거 수술 기법이 개발 되어야 한다는 것이다. In particular, laser surgery techniques for specific tissues are very well known, but most of them induce photothermal effects by irradiating a laser to a specific site or by adsorbing a specific pigment to a specific tissue to photoexcitation it to induce a photochemical reaction. The method of eliminating or eliminating biological function was used. In this case, side effects affecting parts other than the intended ones by inevitable secondary photoinduced reactions, such as thermal diffusion into other tissues or additional chemical reactions other than the desired part, as well as specific target areas. The accompanying harms have always been pointed out. The prerequisite for overcoming these limitations is that new laser surgery and removal methods that are free from thermal and mechanical damage must be developed, while at the same time selective and safe removal techniques must be developed.
한편, 안구 내 망막에 발생하는 신생혈관에 의하여 야기되는 황반변성의 치료법으로는 크게 수술요법과 약물요법이 있다. 그러나 황반변성에 의한 시력상실은 망막 바깥 부위를 덮고 있는 맥락막 (안구혈관막)의 신생혈관 생성을 억제하는 것이 치료의 관건이지만, 아직까지 완치법은 없다고 알려져 있다. 최근의 제안된 방법 중 약물요법으로는 다국적 제약기업인 노바티스에서 시판하고 있는 "비쥬다인"이라는 약물을 주입 후에 레이저를 조사하는 방식의 광역학 치료법이 신생 혈관에 의하여 발병하는 질환 중 하나인 황반변성에 의한 질환 중 일부의 경우에 효과적으로 알려져 있다. 한편 가장 일반적인 경우인 건성 환자의 경우 약물 치료법이 전혀 알려져 있지 않다. 수술법으로는 레이저 광응고술과 절제술이 있으며, 기체레이저 (Ar ion, Kr ion lasers)를 이용한 망막의 일부를 일종의 화상을 입혀 흉터(scar)를 만들어 더 이상의 신생혈관을 자라지 못하게 하는 방법을 채용하고 있으나, 상기 방법은 응고된 분분의 크기가 황반의 크기에 비하여 무시하지 못할 정도로 크므로, 심각한 시력 장애 및 근본적인 병인을 제거하지 못하므로 새로운 치료 기술이 요구되고 있다. On the other hand, the treatment of macular degeneration caused by neovascularization occurring in the intraocular retina is largely surgery and drug therapy. In macular degeneration, however, it is known that the treatment of neovascularization of the choroid (eye vessel) covering the outer retina is the key to treatment, but there is no cure. Among the recently proposed methods, pharmacotherapy is based on macular degeneration, one of the diseases caused by neovascularization, which is a photodynamic therapy in which a laser is irradiated after the injection of a drug called bijudine, sold by Novartis, a multinational pharmaceutical company. It is effectively known in some cases of the disease. On the other hand, there is no known drug treatment for dry patients, the most common case. Surgical methods include laser photocoagulation and resection, and some of the retinas using a gas laser (Ar ion, Kr ion lasers) are used to cause scars by causing a kind of burn to prevent the growth of new blood vessels. Since the size of the coagulated powder is so large that it cannot be neglected compared with the size of the macula, new methods of treatment are required because it does not eliminate severe vision disorders and the underlying etiology.
본 발명자들은 놀랍게도 특정한 조건에서의 초고속 레이저 장치를 이용하여 신생혈관에 레이저 빔을 조사하는 경우 일정 범위의 플루언스 내에서는 신생혈관을 제거되지만 상기 신생혈관에 인접함으로 인하여 레이저 빔 조사에 의하여 정상혈관이 손상받더라도 다시 정상적인 기능을 하는 정상혈관으로 자발적으로 회복됨을 확인하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The present inventors surprisingly, when irradiating a laser beam to neovascularization using a ultrafast laser device under specific conditions, the neovascularization is removed within a certain range of fluence, but due to its proximity to the neovascularization, Even if damaged, it was confirmed that the spontaneous recovery to normal blood vessels that function again to complete the present invention.
따라서, 본 발명에서는 이상의 기존의 수술 혹은 약물 요법으로 도달할 수 없는 정도의 손상 및 수술 유발 장애의 정도를 최소화 하면서 신생혈관을 제거할 수 있는 초고속 레이저를 이용한 신생혈관 선택적 제거용 수술장치와 초고속 레이저를 이용한 신생혈관 선택적 제거 방법을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 또 다른 목적은 신생혈관 주변의 조직이나 부위의 정상 혈관에는 손상을 주지 않으며 신생혈관만을 선택적으로 제거할 수 있게 함으로써 기존의 기술적인 방법들에서 문제가 되는 부가적인 장애를 최소화 할 수 있는 방법을 제공하는 것이며, 기존의 제거기법에서 피할 수 없었던 기계적 열적인 손상으로부터 자유로운 장점을 이용하여 본 발명에서는 초고속 레이저를 이용하여 살아있는 개체의 조직이나 특정 부위에 비정상적으로 성장하거나 병적으로 발생한 대상을 선택적이고 안전하게 제거하는 새로운 방법을 제공하는 것이다.Therefore, in the present invention, a surgical device for selective removal of neovascularization using ultrafast laser and ultrafast laser that can remove neovascularization while minimizing the degree of damage and surgical-induced disorder that cannot be reached by the conventional surgery or drug therapy. To provide a neovascular selective removal method using. In addition, another object of the present invention is to damage the normal blood vessels of the tissues or regions around the neovascularization and to selectively remove only the neovascularization by minimizing the additional disorder that is a problem in the existing technical methods. By using the advantage of free from mechanical thermal damage that could not be avoided in the conventional removal technique, the present invention uses an ultrafast laser to target an abnormally grown or pathological target in a tissue or a specific part of a living individual. It provides a new way to remove selectively and safely.
본 발명은 기존의 뛰어난 정밀도를 갖고 있는 초고속 레이저 초미세 공정 기술 및 광학적인 방법을 이용하여 신생 혈관에 집속함으로써 선택적이고 안전하게 신생 혈관 제거하는 신생혈관 선택적 제거용 수술장치 및 신생혈관 선택적 제거방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 초고속 레이저를 이용한 신생혈관 선택적 제거용 수술장치는 레이저 빔을 발생시키는 레이저 시스템; 상기 레이저 광원으로부터의 레이저 빔을 집속하기 위한 광학계; 신생혈관을 포함하는 집속 대상 개체를 위치제어하는 스테이지; 및 신생혈관을 포함한 조직을 모니터링하는 모니터링 장치; 를 포함하며, 상기 레이저 빔 시스템은 하기식을 만족하는 레이저 빔 플루언스를 조절하는 레이저 제어부를 포함한다.The present invention relates to a surgical device for selective neovascularization and a neovascular selective removal method to selectively and safely remove neovascularization by focusing on neovascularization using an existing ultra-fast laser ultra-fine processing technology and optical method. As, the surgical device for neovascular selective removal using an ultra-fast laser according to the present invention comprises a laser system for generating a laser beam; An optical system for focusing the laser beam from the laser light source; A stage for positioning the focused object including the neovascular vessel; And a monitoring device for monitoring tissue including neovascularization; Includes, the laser beam system includes a laser control unit for adjusting the laser beam fluence satisfying the following equation.
Dn < F < Dt (1)D n <F <D t (1)
[F는 조사되는 레이저 빔 플루언스이고, Dn은 레이저 빔 조사에 의하여 신생혈관을 제거할 수 있는 하는 정도의 레이저 빔 플루언스이고, Dt는 상기 레이저 빔 조사과정에서 손상된 정상혈관이 자발적으로 정상 재생하며, 신생혈관과 정상혈관을 제외한 조직세포가 레이저 빔 조사에 의한 손상이 발생되지 않는 정도의 레이저 빔 플루언스이다.][F is the laser beam fluence to be irradiated, D n is the laser beam fluence to the extent that neovascularization can be removed by laser beam irradiation, and D t is the normal blood vessel damaged by the laser beam irradiation process spontaneously. It is a laser beam fluence of normal regeneration and the extent to which tissue cells except neovascular and normal blood vessels are not damaged by laser beam irradiation.]
조사되는 레이저 빔 플루언스(F)의 범위는 신생혈관을 제거할 수 있는 정도이어야 하지만, 신생혈관에의 레이저빔 조사 과정에서 신생혈관에 인접한 조직 또는 정상혈관에 필연적으로 레이저 빔이 조사될 수밖에 없기 때문에 상기 신생혈관에 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 플루언스를 일정 범위 이상으로 하는 경우 신생혈관을 제거되지만 상기 신생혈관에 인접함으로 인하여 레이저 빔 조사에 의하여 손상받는 정상혈관은 레이저 빔 조사 후 다시 정상적인 기능을 하는 정상혈관으로 회복하지 못하고, 또한 레이저 빔 조사시 신생혈관 또는 정상혈관 이외의 조직세포 에 손상을 주어 상기 조직의 복구할 수 없는 손상을 야기하기 때문에 본 발명에 따른 신생혈관 선택적 제거용 수술장치에 있어서 조사되는 레이저 빔의 플루언스(F)의 채용범위는 본 발명의 수술장치의 목적하는 바를 달성하는 데 있어서 가장 중요한 구성이다. The range of the laser beam fluence (F) to be irradiated should be such that the neovascularization can be removed, but inevitably the laser beam is irradiated to the tissue or the normal blood vessel adjacent to the neovascularization during the laser beam irradiation to the neovascularization. Therefore, when the laser beam fluence for irradiating the neovascularization to the laser beam is above a certain range, the neovascularization is removed, but the normal blood vessel damaged by the laser beam irradiation due to adjacent to the neovascularization is returned to normal function after the laser beam irradiation. Surgical device for selective removal of neovascularization according to the present invention because it fails to recover to normal blood vessels, and damages neovascular blood cells or tissues other than normal blood vessels when irradiated with a laser beam, thereby causing irreparable damage of the tissues. The range of application of the fluence F of the laser beam irradiated in The most important component in achieving what the purpose of the patients surgical devices.
상기 본 발명에 따른 레이저 빔 플루언스의 범위는 처치하고자 하는 동물의 종류와 부위에 따라 달라질 수 있으나, 10 내지 200 J/cm2 범위의 레이저 빔 플루언스라면 본 발명에 따른 신생혈관을 제거할 수 있는 하는 정도의 레이저 빔 플루언스이고, 또한 상기 신생혈관의 제거과정에서 손상된 정상혈관이 자발적으로 회복되며, 레이저빔 조사 시 신생혈관과 정상혈관을 제외한 조직세포의 손상을 일으키지 않는 정도의 레이저 빔 플루언스이다.The range of the laser beam fluence according to the present invention may vary depending on the type and region of the animal to be treated, but if the laser beam fluence is in the range of 10 to 200 J / cm 2 , the neovascularization according to the present invention can be removed. It is a laser beam fluence of the degree, and the damaged normal blood vessels spontaneously recover during the removal of the neovascularization, and the laser beam flu that does not cause damage to tissue cells except neovascular blood and normal blood vessels when the laser beam is irradiated. It's Enshi.
정상혈관의 회복 및 조직세포에의 미손상 범위의 레이저 빔 플루언스로서 더욱더 바람직한 범위는 30 내지 170 J/cm2이다.Even more preferred range of 30 to 170 J / cm 2 as laser beam fluence of normal blood vessel recovery and intact range of tissue cells.
본 발명에 따른 신생혈관 선택적 제거용 수술장치에서 채용되는 레이저 빔은 근적외선 영역의 레이저 빔이며, 바람직한 것은 단일 펄스 레이저 빔이고, 더욱 바람직하게는 펨토초 단일 펄스 레이저 빔이다. 조직에 펄스가 반복적으로 조사되는 경우, 직전에 조사된 펄스에 의해 일정한 온도의 상승이 유발되고 계속되어지는 펄스의 도달 이전에 열적 평형상태로 돌아가지 않는 경우 계속된 열의 축적에 의한 온도의 상승이 있을 수 있다. 이러한 광열역학적인 손상 및 광화학적인 손상의 축 적을 최소화 할수 있는 방법이 단일 펄스 레이저 빔을 사용하는 것이며, 더욱 바람직하게는 펨토초 단일 펄스 레이저 빔을 사용하는 것이다. The laser beam employed in the neovascular selective surgical removal apparatus according to the present invention is a laser beam in the near infrared region, preferably a single pulse laser beam, more preferably a femtosecond single pulse laser beam. If the tissue is repeatedly irradiated with pulses, a rise in temperature due to continued accumulation of heat will occur if a constant temperature rise is caused by the immediately irradiated pulse and does not return to thermal equilibrium prior to the arrival of the continuing pulse. There may be. The method of minimizing the accumulation of photo-thermodynamic damage and photochemical damage is to use a single pulse laser beam, more preferably to use a femtosecond single pulse laser beam.
본 발명에 따른 초고속 레이저를 이용한 신생혈관 선택적 제거용 수술장치는 상기 초고속 레이저빔 기 레이저 광원으로부터의 레이저 빔을 집속하기 위한 광학계와 신생혈관을 포함하는 집속 대상 개체를 위치제어하는 스테이지와 신생혈관을 포함한 조직을 모니터링하는 모니터링 장치를 포함한다. Surgical apparatus for selective neovascularization removal using ultrafast laser according to the present invention comprises a stage and neovascularization for positioning a focused object including an optical system and neovascularization for focusing the laser beam from the ultrafast laser beam group laser light source. It includes a monitoring device for monitoring the tissue containing.
상기 광학계는 초고속 레이저 광원으로부터 생성되는 빔을 처리하고 경로를 조정하여 집속시키기 위하여 채용된 것으로, 통상의 레이저빔 광학계를 모두 포함할 수 있으며, 파장에 따라 빛을 선택적으로 반사시키는 이색 미러(dichroic mirror), 대물 렌즈(objective lens), 노치 필터를 포함한 광 필터를 이용하여 순수 단파장의 레이저 빔의 경로를 조절하고 집속할 수 있으며, 중성농도 필터(neutral density filter)를 이용하여 레이저빔의 세기를 조절하고, 빠른 광학 셔터를 이용하여 레이저 빔의 펄스 열로부터 단일 펄스만을 추출할 수 있다. The optical system is adopted to process the beam generated from the ultra-fast laser light source and adjust the path to focus, and may include all of the conventional laser beam optical systems, and a dichroic mirror for selectively reflecting light according to the wavelength. ), The optical filter including the objective lens and the notch filter can be used to control and focus the path of the pure short wavelength laser beam, and the intensity of the laser beam can be controlled using the neutral density filter. In addition, only a single pulse can be extracted from the pulse train of the laser beam using a fast optical shutter.
신생혈관을 포함하는 집속 대상 개체를 위치제어하는 스테이지는 신생혈관이 위치하는 부위에의 정확한 레이저 빔 조사를 위하여 레이저 빔의 조사위치 설정을 제어하기위하여 채용하는 것으로서, 상기 위치제어 스테이지는 신생혈관에 대한 갈바노스캔 또는 혈관 조영술을 이용하여 구동하게 된다. 레이저 빔의 조사위치 설정을 제어하기위해 집속 대상 개체를 실시간 이미지로 관찰할 수 있는 장치를 포함하는 것이 바람직하다. 실시간 이미징 장치로 일반적인 공촛점 이미징 장치를 사용할 수 있으며 가시광대역의 레이저빔, 바람직하게는 아르곤 이온 레이저빔의 광원, 광원의 2차원 조사를 위한 갈바노-스캐너 미러, 전반사 미러(total mirrir) 및 이색 미러(dichroic mirror)를 포함하는 미러, 보정 렌즈(correction lens)를 포함하는 렌즈, 간섭 필터(interference filter)를 포함하는 필터, 핀홀, 광도전 소자 및 광전자 증배관를 포함하는 광검출기가 구비되는 것이 바람직하다. The stage for positioning the focused object including the neovascular vessel is employed to control the irradiation position setting of the laser beam for accurate laser beam irradiation to the site where the neovascularization is located, and the position control stage is applied to the neovascular vessel. It is driven using galvanoscopy or angiography. In order to control the irradiation position setting of the laser beam, it is preferable to include a device that can observe the object to be focused in real time image. As a real-time imaging device, a common confocal imaging device can be used, which is a light source of a visible light beam, preferably an argon ion laser beam, a galvano-scanner mirror for two-dimensional irradiation of the light source, a total mirror and dichroism Preferably, a mirror including a dichroic mirror, a lens including a correction lens, a filter including an interference filter, a photodetector including a pinhole, a photoconductive element and a photomultiplier tube are provided. Do.
신생혈관을 포함한 조직을 모니터링하는 모니터링 장치로 상기 실시간 이미징 장치를 활용할 수 있으며, 광 분할기(beam splitter)에 의해 분할된 광발광 신호를 검출하는 CCD(charge coupled device) 카메라가 구비될 수 있다. The real-time imaging device may be used as a monitoring device for monitoring tissues including neovascularization, and a charge coupled device (CCD) camera may be provided to detect a photoluminescence signal split by a beam splitter.
이때, 갈바노스캔(갈바노-스캐너 미러), 광검출기, 광학 셔터 및 CCD 카메라는 디지털 프로세서에서 구동되는 제어 프로그램과 연동하여 제어되는 것이 바람직하다.At this time, the galvano scan (galvano-scanner mirror), the photodetector, the optical shutter, and the CCD camera are preferably controlled in conjunction with a control program driven by the digital processor.
본 발명에 따른 초고속 레이저를 이용한 신생혈관 선택적 제거용 수술장치로 제거가능한 신생혈관은 망막 바깥 부위를 덮고 있는 맥락막에서 생성되는 신생혈관을 포함하여, 신생 혈관이 매우 심각하게 관여하는 다양한 질병에 대하여 적용할 수 있다. The neovascular vessel that can be removed by the surgical device for selective removal of neovascular vessels using the ultrafast laser according to the present invention is applied to various diseases in which neovascular vessels are very seriously involved, including neovascular vessels generated in the choroid covering the outer retina. can do.
본 발명은 초고속 레이저를 이용한 인간을 제외한 동물의 신생혈관 선택적 제거 방법을 포함하며, 본 발명에 따른 신생혈관 선택적 제거 방법은 다음의 단계를 특징으로 한다.The present invention includes a method for selectively removing neovascularization of animals other than humans using an ultrafast laser, and the method for selectively removing neovascularization according to the present invention is characterized by the following steps.
a) 신생혈관과 정상혈관을 포함하는 수술부위에 하기 식 (1)을 만족하는 레이저 빔을 조사하는 단계;a) irradiating a laser beam satisfying the following formula (1) to a surgical site including neovascular and normal blood vessels;
Dn < F < Dt (1)D n <F <D t (1)
[F는 조사되는 레이저 빔 플루언스이고, Dn은 레이저 빔 조사에 의하여 신생혈관을 제거할 수 있는 하는 정도의 레이저 빔 플루언스이고, Dt는 상기 레이저 빔 조사과정에서 손상된 정상혈관이 자발적으로 정상 재생하며, 신생혈관과 정상혈관을 제외한 조직세포가 레이저 빔 조사에 의한 손상이 발생되지 않는 정도의 레이저 빔 플루언스이다.][F is the laser beam fluence to be irradiated, D n is the laser beam fluence to the extent that neovascularization can be removed by laser beam irradiation, and D t is the normal blood vessel damaged by the laser beam irradiation process spontaneously. It is a laser beam fluence of normal regeneration and the extent to which tissue cells except neovascular and normal blood vessels are not damaged by laser beam irradiation.]
b) 상기 신생혈관의 제거과정에서 손상된 정상혈관이 자발적으로 정상 재생되도록 하는 단계.b) spontaneously regenerating normal blood vessels damaged during the removal of the neovascularization.
상기 a) 단계에서 조사되는 레이저 빔은 근적외선 영역의 레이저 빔이며, 펨토초 단일 펄스 레이저 빔을 특징으로 하며, 조사되는 레이저 빔의 플루언스(F)는 10 내지 200 J/cm2의 범위가 바람직하며, 30 내지 170 J/cm2의 범위가 더욱더 바람직하다.The laser beam irradiated in step a) is a laser beam in the near infrared region, and is characterized by a femtosecond single pulse laser beam, and the fluence (F) of the irradiated laser beam is preferably in the range of 10 to 200 J / cm 2 . Even more preferred is a range from 30 to 170 J / cm 2 .
신생혈관에의 레이저 빔을 집속하는 단계에 있어서 집속 대상 신생혈관의 위치제어는 신생혈관에 대한 갈바노스캔 또는 혈관 조영술에 의하여 수행하는 것이 바람직하다.In the step of focusing the laser beam on the neovascularization, the control of the position of the neovascularization to be focused is preferably performed by galvanoscopy or angiography for the neovascularization.
이하 본 발명에 따른 선택적이고 안전하게 신생 혈관 제거하는 신생혈관 선택적 제거용 수술장치 및 신생혈관 선택적 제거방법에 대하여 구체적인 예를 들어 설명하나, 하기의 설명이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.Hereinafter, the neovascularization selective removal apparatus and the neovascularization selective removal method for selectively and safely removing neovascularization according to the present invention will be described with specific examples, but the following description does not limit the scope of the present invention.
도 1은 신생 혈관을 선택적이고 안전하게 제거하고자 고안된 초고속 레이저 수술 장치의 구성도이며, 도 2은 제브라피쉬(zebra-fish) 배아의 혈관 부위를 초고속 레이저로 조사한 후의 혈관의 상태 변화에 대한 배아 단계별 공촛점 이미지이고, 도 3는 제브라피쉬 배아의 신생혈관을 초고속레이저를 이용하여 제거한 후에 배아의 상태에 대한 배아의 발달 단계별 광학 사진이며, 도 4과 도 5는 제브라피쉬 배아의 혈관에 초고속 레이저를 조사한 후에 혈관의 상태를 배아의 발달 단계에 따라 분류한 그래프이고, 도 6는 제브라피시의 배아의 발달 단계별로 수술에 사용된 레이저의 플루언스의 통계적인 데이터를 히스토그램이며, 도 7은 제브라피시의 배아의 발달 단계별에 따른 사용 레이저 플루언스 평균치의 의존성 그래프이다. 1 is a block diagram of an ultrafast laser surgical device designed to selectively and safely remove neovascularization, and FIG. 2 is an embryonic step-by-step view of changes in the state of blood vessels after irradiation of a blood vessel region of a zebra-fish embryo with an ultrafast laser. Focused image, Figure 3 is an optical photo of the developmental stage of the embryo for the state of the embryo after removing the neovascularization of the zebrafish embryo using ultrafast laser, Figure 4 and Figure 5 is a high-speed laser irradiation to the blood vessels of zebrafish embryo Later, the state of blood vessels is a graph classified according to the developmental stage of the embryo, Figure 6 is a histogram of the statistical data of the fluence of the laser used in the operation for the developmental stage of the embryo of zebrafish, Figure 7 is a zebrafish embryo This is a graph of the dependence of the laser fluence mean used over different stages of development.
본 발명에서는 비교적 소상히 알려져 있는 제브라피쉬 배아의 각각의 발달 단계에서의 혈관의 형성과정에 따라 목적한 신생혈관 형성 부분을 초고속레이저로 조사-제거하는 과정을 바탕으로 본 발명에 따른 초고속 레이저를 이용한 신생혈관 선택적 제거용 수술장치 및 수술방법의 구현예를 설명한다. In the present invention, angiogenesis using the ultrafast laser according to the present invention is performed based on the process of irradiating and removing the target neovascularization part with an ultrafast laser according to the formation of blood vessels in each developmental stage of a zebrafish embryo, which is relatively well known. An embodiment of a surgical device and a method for vascular selective removal will be described.
본 발명을 구현하기위하여 예시되는 실시예에서는 동일 부위에 대한 동일한 레이저 파워 및 조사 시간과 조사할 때 사용되는 광학 장치 등 모든 동일 제거 수 술 실험 조건하에서 제브라피쉬 배아의 발달 조기 상태 하에서의 제거 수술의 경과 상태와 배아의 발달과 함께 진행되는 혈관의 발달 정도가 진행됨에 따라 각각 진행한 레이저 조사에 의한 제거 수술의 경과를 실험적으로 관찰함으로써 신생혈관의 발달 과정에 따른 초고속레이저의 조사에 의한 신생혈관의 선택적인 제거효과를 확인하였으며, 특히 제브라피쉬의 배아발달 진행 과정에서 레이저빔을 조사한 영역의 혈관이 시간의 경과에 대하여 어떻게 반응하는지에 관한 광학적인 이미지를 획득 관찰함으로써 혈관의 자가 치료과정에 관한 정보를 획득함으로써 초고속레이저 신생 혈관 제거 수술의 선택성 및 안전성에 관한 정보를 수집하였다. In the embodiment exemplified for implementing the present invention, the progress of ablation surgery under the early developmental state of zebrafish embryos under all identical ablation surgery experimental conditions, such as the same laser power and irradiation time for the same site and the optical device used for irradiation Selection of neovascularization by ultra-fast laser irradiation according to the development of neovascularization by experimentally observing the progress of removal surgery by laser irradiation as the degree of development of blood vessels progressed along with the condition and embryo development In this study, we obtained optical images of how blood vessels in the area irradiated with the laser beam responded to the passage of time during the embryo development of zebrafish. Ultrafast laser neovascularization by acquiring Information on the selectivity and safety of the surgery was collected.
또한 혈관의 발달이 진행됨에 따라 국부적인 혈관의 손상이 전체 배아의 발달에 미치는 영향을 평가하기 위하여 배아가 발달하여 성체로 성장 유무를 레이저 빔 조사를 한 모든 배아를 대상으로 관찰 조사하였다. In order to evaluate the effect of local vascular injury on the development of whole embryos as the development of blood vessels progressed, all the embryos with laser beam irradiation were examined for the growth of embryos.
[실시예 1]Example 1
본 발명에서 따른 구현예의 대상으로서 사용된 제브라피쉬(zebra-fish, Tg(fli1:EGFP) y1 )는 ZIRC (The zebrafish international resource center, U.S.A.)를 통해 용이하게 입수가능하다. 상기 제브라피쉬는 내피세포(endothelial cell) 내를 조절하는 fil1 프로모터에 녹색형관단백질(Green fluorescent protein, GFP)을 발현하도록 유전자를 조작하여 살아있는 알에서 혈관을 민감하게 장기간 이미징 작업이 가능하다 (Lawson, N.K. and Weinstein, B.M. (2002), Dev. Biol. 248, 307-318). 또한 각각의 발달단계에서의 혈관의 형성에 관한 이전의 관찰 및 연구가 비교적 소상하게 이루어져있으므로 (Isogai, S. et al (2003), Dev. Biol. 130(21) : 5218-5290) 본 발명에서 구현하는 신생혈관의 형성과정에서의 초고속레이저의 선택적인 제거 수술법의 고안 및 이의 실험적인 실현에 매우 좋은 in-vivo 실험재료이다. 예를 들어 정상적인 온도 및 환경 하에서 수정 후 약 16.5 시간 후에 배아의 상태는 15 somite 단계로 명명지어 지며, 동체의 중심부 (trunk midline)에서 신생혈관세포가 선형상태로서 분명하게 시각적으로 형성되고 동맥을 형성하기 시작하며 28 somite 단계에서는 관의 내부가 형성되기 시작하는 것으로 알려져 있다. The zebra-fish ( Tg (fli1: EGFP) y1 ) used as the subject of an embodiment according to the present invention is readily available through the ZIRC (The zebrafish international resource center, USA). The zebrafish can manipulate the gene to express Green fluorescent protein (GFP) in the fil1 promoter, which regulates endothelial cells, allowing sensitive long-term imaging of blood vessels in living eggs (Lawson, NK and Weinstein, BM (2002), Dev. Biol. 248, 307-318). In addition, since previous observations and studies on the formation of blood vessels at each developmental stage are relatively small (Isogai, S. et al (2003), Dev. Biol. 130 (21): 5218-5290 ) It is a very good in-vivo experimental material for the design and the experimental realization of selective ablation of ultrafast laser in the formation of neovascularization. For example, about 16.5 hours after fertilization under normal temperature and conditions, the embryo's condition is named 15 somite stages, and in the trunk midline, neovascular cells are clearly visible in a linear state and form arteries. It is known that the inside of the tube begins to form at the 28 somite stage.
본 실시예 및 실시예 2에서 사용한 초고속 레이저 수술 장치는 도 1의 구성을 가지며, 도 1의 초고속레이저는 Ti:Sapphire amplifier system으로서 150 fs의 펄스폭, 1 kHz 반복률, 800 nm 파장을 갖는 것으로서, 레이저 빔은 ND-필터를 이용하여 레이저 세기를 조절하였으며, 1 kHz의 레이저 펄스열로부터 단일 펄스만을 뽑아내기 위하여 열림 지연 시간이 0.5 ms보다 빠른 광학셔터를 사용하였다. 이렇게 조절된 펨토초레이저 단일 펄스를 초점거리 3 mm이고 63 배의 대물 랜즈를 통하여 특정 부위의 신생 혈관 부위에 집속하여 미세 제거 공정이 이루어질 수 있도록 하였다. The ultrafast laser surgical apparatus used in this embodiment and Example 2 has the configuration of FIG. 1, and the ultrafast laser of FIG. 1 is a Ti: Sapphire amplifier system having a pulse width of 150 fs, a repetition rate of 1 kHz, and a wavelength of 800 nm. The laser beam was controlled by using an ND filter, and an optical shutter with an opening delay of more than 0.5 ms was used to extract only a single pulse from a laser pulse train of 1 kHz. This femtosecond laser single pulse was adjusted to a focal length of 3 mm and 63 times objective lens to focus on neovascularization of a specific region, so that the microscopic removal process could be performed.
제브라피쉬 배아의 신생 혈관의 부위를 실시간으로 이미징하기 위하여 자체 제작되어 수술장치에 결합한 공촛점 이미징 장치를 활용하였다. GFP-발현되는 내피 세포(endothelial cell)에서의 형광을 관찰하기 위하여 도 1과 같이 아르곤 이온 레이저빔을 갈바노-스캐너 미러(Galvano-scanner mirror)를 통하여 2차원으로 주사하고 주사한 빔의 위치를 변경되는 점을 두개의 계산된 거리에 놓아진 보정렌즈를 통하여 보정하였다. 이렇게 보정된 레이저 빔의 변화하지 않는 점을 대물랜즈의 입구에 거치함으로써 자연스럽게 집속된 레이저 빔이 보정된 상태에서 2차원적으로 주사할 수 있게 된다. 집속된 레이저 빔은 갈바노-스캐너 미러를 통하여 고속으로 동작하며 이때 집속된 부위에서 발생하는 레이저 광발광 신호는 동일한 광학 장치 및 경로를 통하여 시준-집속(collimation-focusing)되어 광 검출기로써 사용되는 광전증배관 (Photomultiplier Tube)으로 신호가 검출되도록 하였다. 이때 검출되는 광신호 중에 광원으로 사용한 아르곤 이온 레이저의 레이저 빔 신호는 간섭형 광학 필터를 사용함으로써 효과적으로 제거하였다. 상기의 방식으로 검출된 신호는 갈바노-스캐너 미러 동작에 의한 레이저 빔의 주사신호와 동기화하여 컴퓨터의 시그널 프로세서에 동작시킴으로써 최대 1초당 7장의 이미지를 얻을 수 있도록 하였다. 또한 상기 이미징 시스템의 동작 중에 광학적으로 펨토초 레이저와의 간섭현상(interference)이 없도록 고안함으로써 선택적이고 안전한 신생 혈관 제거법을 효율적으로 수행될 수 있도록 하였다.A self-contained confocal imaging device combined with a surgical device was used to image the site of neovascularization of zebrafish embryos in real time. In order to observe fluorescence in GFP-expressing endothelial cells, an argon ion laser beam was scanned in two dimensions through a galvano-scanner mirror as shown in FIG. The point of change was corrected through a correction lens placed at two calculated distances. The unchanged point of the corrected laser beam is mounted at the entrance of the objective lens so that the naturally focused laser beam can be scanned two-dimensionally in the corrected state. The focused laser beam operates at high speed through the galvano-scanner mirror, where the laser photoluminescence signal generated at the focused area is collimated-focused through the same optical device and path and used as a photodetector. The signal was detected by a photomultiplier tube. At this time, the laser beam signal of the argon ion laser used as a light source among the detected optical signals was effectively removed by using an interference type optical filter. The signal detected in the above manner is synchronized with the scanning signal of the laser beam by the galvano-scanner mirror operation, which is operated by the signal processor of the computer to obtain a maximum of 7 images per second. In addition, the optical system is designed to be free from interference with the femtosecond laser during the operation of the imaging system, so that selective and safe neovascularization can be efficiently performed.
유전자 조작된 제브라피쉬 배아의 발달 단계에서 혈관 부위를 초고속레이저로 선택적으로 조사한 후에 혈관의 상태가 변화하는 것으로 고속으로 모니터링하였 다. 총445개의 제브라피쉬의 배아를 이용하여 총 445개의 배아는 각각 Somite 14, Somite 20, Somite 25, Prim 16, Prime 20 단계에서 시간적으로 선별하여 혈관을 실시간으로 이미징하면서 초고속레이저를 혈관에 선택적으로 조사하였으며, 모든 배아의 경우 혈관을 제거 시술한 후 혈과의 상태를 분모의 항에 기록하고 분자 항에는 배아가 혈과 수술이 단행된 이후 발달을 끝마치지 못하고 죽음에 이른 경우를 분자 항에 기록하였다. 이때 혈관의 수술 후 상태는 위에서 정의 한 상태, 즉 Complete Disruption, Half recovery, Perfect Recovery등 세 단계로 나누어 처리하였으며, 비록 형태가 변형되었더라도 치어로써 발달을 마치 경우는 살아있음으로 정의하고 통계 처리를 시도하였다. 표 1은 그 결과를 기재한 것이며, 도 2과 도 3는 시술결과에 대한 광학 사진들이며, 도 4과 도 5는 그 결과를 그래프로 도시한 것이다. In the developmental stages of genetically engineered zebrafish embryos, the vascular site was selectively irradiated with an ultrafast laser and then monitored rapidly for changes in vascular status. Using a total of 445 zebrafish embryos, a total of 445 embryos were screened at the
[표 1] 총 445 배아 수술결과 ( 총 사망 배아수 / 시술 배아수)[Table 1] Total 445 Embryonic Surgery Results (Total Number of Embryos / Early Embryos)
도 2은 공촛점 형광 이미지로 얻은 것으로서, 도 2의 (a)는 somite 14단계에 서 초고속레이저를 조사한 전 후의 혈관의 형태가 변화하는 과정을 관찰한 결과이다. 이때 관찰된 광발광 신호의 세기는 파란색 부위는 신호량이 적은 부분을, 빨간 색으로 갈수록 신호가 세지는 것이다. 즉 수술 전 이미지에서 우측 상단에서 좌측 하단으로 길게 드리워진 부분이 내피세포가 군집의 형태를 이루며 신생 혈관의 형태를 갖추고 있는 모습이며, 이렇게 획득된 이미지를 바탕으로 초고속레이저를 검은색 화살표로 표시한 부분에 선택적으로 조사하고 시간의 간격을 1 초로 하여 제거 수술한 부위를 관찰하였다. 도 2의 (a)에서 보는 바와 같이 발달의 단계가 빠른 Somite 14 단계의 경우 혈관의 형태가 레이저 조사한 부분을 중심으로 매우 분명하게 제거되고 시간이 지남에 따라 혈관 형태의 모습이 분리되어 가는 것이 확연하게 관찰 되었다. (이후 이러한 수술 경과를 "혈관의 Complete Disruption"이라 한다.) Figure 2 is obtained by confocal fluorescence image, Figure 2 (a) is a result of observing the process of changing the shape of the blood vessels before and after irradiating the ultra-fast laser in
도 2의 (b)는 제브라피쉬가 Somite 14 단계보다 보다 발달이 좀더 진행된 Somite 20 단계에서의 초고속 레이저 절제 수술 경과에 대한 결과이다. 검은색 화살표로 표기된 부분에 동일한 조건의 펨토초 레이저를 조사한 후 1초간의 시간 간격을 갖고 관찰하면 레이저를 조사한 직후에는 조사 부위의 내피세포의 제거에 의하여 광발광 신호가 현저하게 감소하였음을 확연하게 보여준다. 그러나 수초 후에 레이저가 조사된 부위의 형태가 변화하여 이전에 보였던 분명한 제거 흔적이 다소 사라지는 현상을 관찰하였고 궁극적으로는 혈관의 형태는 제거 수술 전의 이미지와는 완전히 동일하지는 않으나 여전히 혈관의 형태를 갖추고 있음을 확인할 수 있으며, 부분적으로 혈관의 수술 부위가 자발적으로 회복되는 현상을 보여주는 것이다. (이하 이러한 수술 경과를 "혈관의 Half Recovery"라 한다)Figure 2 (b) is the result of the ultrafast laser ablation procedure in
도 2의 (c)는 좀더 진행된 배아의 발달단계인 Somite 25에서의 생성된 혈관의 제거 수술 전후의 경과에 대한 시간적인 추이를 보여주는 전형적인 광발광 형광 이미지를 보여주고 있으며, 이로부터 초고속레이저를 검은색 화살표가 지시하는 부분에 대하여 이상의 경우와 동일한 조건으로 집속하여 조사한 경우 조사 직후에는 조사된 부분이 부분적으로 분명하게 제거되는 것을 확인할 수 있다. 그러나 레이저 빔 조사에 의한 제거법을 사용한 후 수 초안에 혈관의 형태가 레이저 조사 전과 완전하게 같은 형태로 복구되는 현상이 관찰된다. (이하 이러한 수술 경과를 "혈관의 Perfect Recovery"라 한다.)Figure 2 (c) shows a typical photoluminescence fluorescence image showing the time course of the progress before and after the removal of blood vessels generated in
실시예 1의 결과로부터 배아의 발달 단계와 함께 발달의 정도가 확인되는 혈관의 형성과정에서의 혈관에 대한 국부적인 초고속레이저의 조사를 통하여 발달이 시작하는 경우에서는 혈관을 효율적으로 제거할 수 있으며, 제거법 시행 이후에도 혈관이 재 복구되지 않고 파괴되는 현상을 관찰할 수 있는 반면에, 혈관의 발달 단계가 진전됨에 따라 혈관의 제거는 미숙한 발달단계의 혈관에서 같이 효율적으로 제거할 수 있으나 수초 내에 수술 전의 형태가 적어도 흡사하거나 완전히 동일한 형태로 복구되는 현상을 관찰할 수 있음을 알 수 있다. 이로부터 본 발명에 따른 초고속 레이저를 이용한 신생혈관 선택적 제거용 수술장치 및 제거방법을 이용하면 신생혈관을 선택적으로 제거 가능하며, 어느 정도 발달이 충분하게 이루어진 혈관에 대하여서는 레이저 빔에 의한 손상이 있더라도 자발적 회복에 의하여 궁극적으로 손상을 가지 않게 할 수 있는 안전성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있으며, 이러한 선택적이며 안전성이 보장된 신생혈관 제거방법은 초고속 레이저가 이전의 종래의 비 교적 긴 레이저 펄스 폭을 갖는 펄스형 레이저나 연속파 레이저 혹은 자외선 영역의 레이저가 피할 수 없는 열적-기계적인 부가적 손상으로부터 완전하게 자유로운 제거 수술이 가능함에 의하여 실현될 수 있음을 보여주는 것이다. When the development starts through the irradiation of the local ultrafast laser to the blood vessels during the formation of blood vessels in which the degree of development is confirmed with the developmental stage of the embryo from the result of Example 1, the blood vessels can be efficiently removed. After the removal, the vessels can be observed to be destroyed without reconstruction. On the other hand, as the development of the vessels progresses, the vessels can be removed as efficiently as in the immature vessels. It can be seen that phenomena at least resemble or recover to exactly the same form. From this, by using the surgical device and the removal method for neovascular selective removal using ultrafast laser according to the present invention, neovascularization can be selectively removed, even if the blood vessels are sufficiently developed, even if the damage is caused by the laser beam. It can be seen that the voluntary recovery can ensure the safety that ultimately prevents damage. This selective and safe neovascular removal method is characterized by the fact that ultra-fast lasers can achieve It is shown that a pulsed laser, continuous wave laser, or laser in the ultraviolet region can be realized by a completely free removal operation from inevitable thermal-mechanical additional damage.
도 3은 제브라피쉬 배아의 각각의 발달단계에서 초고속레이저를 이용하여 신생혈관의 제거 수술을 한 후에 각각의 발달 단계에서의 혈관 제거 수술한 이후의 배아의 상태를 관찰한 것으로, 도 3의 (a)는 배아의 발달 단계가 somite 14로써 혈관의 상태가 초기 신생 혈과의 경우에 제거 수술을 시행 한 경우 배아가 전혀 발달을 하지 못한 경우이며, (b)는 어느 정도의 발달이 진행된 이후에 발달이 정지되어 죽음에 이른 경우를 보여 주고 있다. 도 3의 (c)는 배아의 발달 단계가 somite 20에 이르렀을 때 혈관을 초고속레이저로 제거 수술한 후에 어느 특정한 경우 발달이 지속하여 완전한 치어 상태로 발달과정을 마쳤으나, 그 형태가 평범하지 않고 변형된 경우 및 (d)의 경우는 배아의 발달이 어느 정도 진행된 이후 (예를 들어 somite 25 단계) 혈관이 초고속레이저로써 제거 수술 한 이후에 배아의 발달이 어떠한 손상의 흔적이 없이 발달을 지속하여 완전한 치어의 형태를 갖는 경우로 진행한 전형적인 경우를 보여 주고 있다. 이러한 결과는 배아의 발달단계와 강한 상관성을 갖는 혈관의 상태 하에서 초고속 레이저로써 제거 수술을 한 경우 발달이 미숙한 혈광의 경우는 매우 효과적으로 제거됨으로써 배아 자체가 발달을 지속할 수 없음을 명확하게 보여주는 것이다. FIG. 3 is a diagram illustrating the state of an embryo after angiovascular removal at each developmental stage after the removal of neovascularization using ultrafast laser at each developmental stage of zebrafish embryos. The embryo development stage is
또한 배아의 발달이 진행됨에 따라 동시에 발달이 더욱 성숙된 혈관을 초고속 레이저로써 제거 시술을 한 경우, 비록 수술 직후 수 초 내에서는 혈관 중 목적한 부 위를 성공적으로 제거할 수 있었으나, 혈관의 재생 현상에 의하여 배아자체의 발달에는 궁극적으로 전혀 손상을 가하지 않고 매우 안전하고 효과적으로 치어로써 발달 과정을 무사히 마칠 수 있다는 것을 보여주는 것이다.. In addition, when the development of the embryos progressed, the more mature blood vessels were removed with ultra-fast laser, although the target area of the blood vessels could be successfully removed within a few seconds immediately after the surgery. This shows that the development of the embryo itself can be safely and effectively done without damaging the development of the embryo itself.
도 4는 시술된 총 445개의 배아에 대한 수술 후 혈관의 반응의 정도 즉 상태를 배아의 발달 단계 즉 혈관의 발달 정도에 따라 도시한 결과이다. 대상 배아의 발달 단계가 Somite 14에서 Somite 20, Somite 25, Prim 16, Prime 20 등으로 진전됨에 따라 수술 후 혈관의 제거 및 손상 정도가 확연하게 줄고 있음을 분명하게 보여 주고 있으며, 극단적으로 Prim 20 단계의 배아의 혈관은 동일 조건에서 수초 이내에 완전하게 손상을 극복하고 재생됨을 보여주고 있다. Figure 4 is a result showing the degree of response of the blood vessels after surgery on the total 445 embryos treated according to the developmental stage of the embryo, that is, the degree of blood vessel development. As the developmental stage of the target embryo progresses from
도 5는 혈관의 수술 이후의 상태에 대한 배아 자체의 발달과정에 대한 이상 유무를 알기 위하여 상기 표 1의 결과를 도시한 것으로서, 혈관이 완전하게 손상을 극복하고 재생된 경우에는 94.75 % 이상의 배아는 발달 과정을 지속하여 치어의 형태를 갖도록 발달과정을 끝마친 반면, 혈관이 완전하게 끊어진 배아의 경우는 그중 25 %이상이 발달 과정을 마치지 못하고 죽음에 이루는 경우를 보여 준다.Figure 5 shows the results of Table 1 in order to know the abnormality of the development process of the embryo itself for the postoperative state of the blood vessels, 94.75% or more of the embryos when the vessels completely overcome damage and regenerated In the case of embryos that have completely broken blood vessels, more than 25% of them are dying without completing the developmental process.
[실시예 2]Example 2
도 1의 장치를 이용하여 신생혈관의 게저 및 정상혈관의 자발적 회복과 시술에 사용되는 레이저 플루언스의 의존성을 알아보기 위하여 시술 도중 실시간으로 모니터링하고 있는 공촛점현미경 이미징 상에서 혈관에 손상이 발생하는 최소의 값을 측정하였으며, 그 결과를 도 6 및 도 7에 도시하였다. In order to determine the dependence of laser fluence used for the procedure and spontaneous recovery of neovascular vascular and normal vessels using the apparatus of FIG. 1, minimal damage to blood vessels on confocal microscope imaging monitored in real time during the procedure Was measured and the results are shown in FIGS. 6 and 7.
도 6와 도 7을 바탕으로 보면 사용된 레이저 플루언스는 Somite 14에서 Somite 25 영역 내에서의 신생혈관은 근사적으로 30-50 J/cm2범위 의 플루언스에서 손상을 가할 수 있으며, 좀 더 발달된 배아인 Prim 16 및 Prim 20상태에서는 170-180이상의 플루언스가 필요함을 알 수 있다. 이는 embryo의 초기 발달 단계에서는 매우 50 J/cm2 낮은 플루언스로도 신생혈관을 충분히 손상 시킬 수 있으며 도 6에서 보여주는 바와 같이 궁극적으로 수술된 신생혈관은 궁극적으로 영구 손상을 받아서 이를 성공적으로 제거할 수 있음을 보여준다. 반면 아주 높은 170 J/cm2 플루언스 영역에서 손상되었던 비교적 발달정도가 진행된 Prim16과 Prim 20 단계 배아의 혈관의 경우 이러한 극한적인 상황에서도 혈관이 성공적으로 다시 자발적으로 재생됨을 알 수 있다. 따라서 이는 본 발명에 따른 펨토초레이저 기반의 초고속 레이저를 이용한 신생혈관 선택적 제거용 수술장치와 수술방법이 신생혈관을 안전하고 선택적으로 제거하고 정상혈관은 자발적으로 재생되는 작용효과에 대한 유의성 및 신뢰성을 보여준다.Based on Figures 6 and 7, the laser fluence used can cause neovascularization within the
본 발명에 따른 초고속 레이저를 이용한 신생혈관의 선택적 제거용 수술장치 및 방법은 신생혈관만을 선택적이고 안전한 방법으로 제거할 수 있으면서 동시에 타 조직 특히 기존의 정상 혈관에는 그 손상 정도가 최소로 유지함으로써 다양한 신생혈관 관련 질병의 치료에 적용가능하며, 기존에 메스나 혹은 비교적 긴 펄스의 나 노초 레이저 혹은 연속파 레이저, 자외선 레이저 수술법에서 도달할 수 없었던 정밀도를 갖는 초정밀 수술에 적용이 가능하다. Surgical device and method for selective removal of neovascularization using ultrafast laser according to the present invention can remove only neovascularization by selective and safe method while at the same time maintaining various damages in other tissues, especially existing normal blood vessel It can be applied to the treatment of vascular diseases, and it can be applied to ultra-precision surgery with precision that has not been achieved by conventional scalpel or relatively long pulsed nano laser, continuous wave laser and ultraviolet laser surgery.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5707403A (en) | 1993-02-24 | 1998-01-13 | Star Medical Technologies, Inc. | Method for the laser treatment of subsurface blood vessels |
US6524330B1 (en) * | 2000-10-27 | 2003-02-25 | Bahram Khoobehi | Method of ocular treatment |
US6579283B1 (en) * | 1998-05-22 | 2003-06-17 | Edward L. Tobinick | Apparatus and method employing a single laser for removal of hair, veins and capillaries |
KR20070036044A (en) * | 2004-04-29 | 2007-04-02 | 아이싸이언스 인터벤셔날 코포레이션 | Apparatus and method for ocular treatment |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5707403A (en) | 1993-02-24 | 1998-01-13 | Star Medical Technologies, Inc. | Method for the laser treatment of subsurface blood vessels |
US6579283B1 (en) * | 1998-05-22 | 2003-06-17 | Edward L. Tobinick | Apparatus and method employing a single laser for removal of hair, veins and capillaries |
US6524330B1 (en) * | 2000-10-27 | 2003-02-25 | Bahram Khoobehi | Method of ocular treatment |
KR20070036044A (en) * | 2004-04-29 | 2007-04-02 | 아이싸이언스 인터벤셔날 코포레이션 | Apparatus and method for ocular treatment |
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