KR101163370B1 - 다중 파장 레이저 침 장치 - Google Patents
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Abstract
서로 다른 파장을 가지는 복수의 반도체 레이저를 독립적으로 제어할 수 있고 각각의 반도체 레이저가 최대 출력에서도 안정적인 특성을 가지도록 하는 다중 파장 레이저 침 장치가 개시된다. 다중 파장 레이저 침 장치는 제공된 전원을 제1 정전류로 변환하고 피드백된 제1 전압 신호에 상응하여 제공되는 제1 정전류의 크기를 제어하는 제1 정전류 공급부와, 제1 정전류에 상응하여 제1 파장을 가지는 레이저 빔을 출력하는 제1 반도체 레이저와, 제1 파장을 가지는 레이저 빔의 출력에 상응하는 제1 전압 신호를 생성하여 제1 정전류 공급부에 제공하는 제1 전류 보상부 및 종단부가 침습형 또는 비침습형 침의 형태를 가지며 제1 반도체 레이저와 연결되어 제1 파장을 가지는 레이저 빔을 전달하는 광 전송부를 포함한다. 따라서, 반도체 레이저가 최대 출력에서도 안정적인 특성을 가질 수 있고, 이로 인해 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
반도체 레이저, 레이저 침, 정출력, 프로세서, 보사법, 지통, 펄스, 연속
Description
본 발명은 레이저 침에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보사법 및 지통 치료에 적용될 수 있는 다중 파장 레이저 침 장치에 관한 것이다.
최근 의학 기술의 발전과 여러 가지 복합적인 치료 기능을 가지는 신약 개발이 활발하게 진행됨에 따라 평균 수명의 연장 및 고령화 현상이 지속되는 가운데 노인성 질환이 증가하고 있다. 또한, 바쁜 직장 생활과 여가 활동의 반복적인 성향은 청장년층의 식 습관 및 생활 습관의 불균형을 초래하여 건강이 손상되고 있으며 이에 따라 지속적인 건강 관리의 필요성이 부각되고 있다.
최근들어 대부분의 환자들은 비수술적인 치료를 원하고 있으며 그 결과 전통 한의학 및 한방 치료에 대한 관심이 고조되고 있고 오랜 전통을 지닌 한방 의학이 새로운 고부가가치 산업으로 성장하고 있다.
한방 의학에서 최근 활발하게 응용되고 있는 광선 치료 요법은 광 기반의 기계 또는 장비들을 이용하여 경락(經絡)을 자극하고 기(氣)와 혈(血)의 흐름을 원활하게 하여 질병을 치료하는 요법으로서 자연적 또는 인공적인 광선을 사용하고 있다. 상기 광선 치료 요법에는 주로 자외선, 가시광선, 적외선 및 레이저 등이 이 용되고 있으며 이러한 광선들이 환부에 조사되어 경락을 자극하면 전체적으로 경락이 조정되어 치료가 되는 것으로 알려져 있다.
한방 의학에서 활용되고 있는 광선 치료 요법 중 저출력 레이저 요법(Low Level Laser Therapy: LLLT)은 한의학의 치료법 범주 중 침요법과 온경락요법(溫經絡療法)을 결합한 치료법에 속하는 것으로 볼 수 있다. 저출력 레이저 치료(照射, 留鍼)는 "益氣補腎, 溫煦命門之火"의 작용과 유사한 것으로, 한방 의학에서 혈락(血絡)을 이용한 치료 방법으로 혈락에 분포된 기(衛氣)와 혈(血)을 자극하여 질병을 예방 및 치료하는 방법에 해당하는 것으로 볼 수 있다.
이러한 저출력 레이저 치료 요법과 관련된 국내?외 연구 동향을 살펴보면 중국의 경우, 저출력 레이저 치료는 허혈성 뇌질환, 두부 손상, 척수 손상, 치매, 전간(癲癎), 정신분열증과 같은 신경계 질환과 부정맥, 심근경색, 협심증과 같은 심혈관계 질환의 연구가 가장 많고 이 외에 만성 신장염, 신기능 저하, 요독증과 같은 비뇨기계 질환과 폐렴, 기관지천식, 기관지염 등의 호흡기계 질환, 당뇨, 폐색성 정맥염, 류마토이드 관절염, 피부궤양, 시신경 유두염, 진통, 연조직 손상, 화상 등의 다양한 질환에 광범위하게 이용되고 있다. 국내의 경우, 주로 고지혈증, 고중성지방혈증, 고콜레스테롤혈증, 고피브리노겐혈증, 고리포프로테인혈증, 두통 현훈, 중풍 환자의 치료에 응용되고 있다.
상기한 바와 같이 저출력 레이저 조사에 의해 다양한 병변 치료가 가능함에도 불구하고 한방 의학에서는 아직도 그 효용성에 대한 기초 연구가 미진한 실정이다. 이에 대한 가장 큰 이유 중 하나는 현재까지 개발된 레이저 침 장치들은 대부 분 레이저빔을 피부 표면에 직접 조사하는 무통(無痛), 무출혈(無出血)의 비침습형(非侵襲形) 방식으로, 이러한 치료 방법은 경혈(經穴)에 조사되어야 하는 레이저 에너지의 대부분이 피부 표면에서 반사 및 산란 등으로 손실되어 표피층 아래에 있는 경락(經絡) 또는 경혈까지 쉽게 전달되지 못하기 때문에 금속 침을 이용하는 침습형(侵襲形) 시술에 비하여 치료 효과가 월등히 떨어지기 때문이다.
또한, 기존의 저출력 레이저 침 치료용 광원은 대부분 632.8 nm의 적색 파장을 가지는 헬륨-네온(He-Ne) 레이저였다. He-Ne 레이저는 우수한 품질의 저출력 기체 레이저로서 출력이 상당히 안정적일 뿐만 아니라 직진성이 우수하고 결맞음 길이(coherence length)가 기타 레이저 광원에 비해 상대적으로 길기 때문에 광선 치료에 자주 이용되고 있다. 그러나, 시스템의 소형화 및 경량화를 위해 최근에 개발되는 저출력 레이저 광선 치료기는 반도체 레이저를 광원으로 이용하고 있다. 반도체 레이저는 취급이 용이하고 광섬유와 같은 광 전송 매체들과의 호환성이 뛰어나므로 그 효용 가치가 높다.
한편, 침의 효과를 극대화시키기 위해 시술자는 침구학에서 말하는 보사법(補瀉法)에 따라 침술을 시행하게 되는데 해당 경락이 약하면 보(補)를 행하고 경락에 기운이 넘치면 사(寫)를 행하게 된다. 보사법 중 염전보사법(捻轉補瀉法)에서는 침지 후 우전(右轉)을 하면 보법(補法), 좌전(左轉)을 하면 사법(瀉法)으로 보고 있는데 색체 치료분야에서는 여러 가지 파장의 레이저 중에서 630 nm 내지 690 nm의 적색 계열 레이저는 보법, 530 nm 내지 555 nm의 녹색 계열 레이저는 사법의 효과가 있다는 보고가 있다. 또한, 800 nm 내지 890 nm의 근적외선 계열의 레이저 는 통증을 완화시키는 지통(止痛) 효과가 있다는 보고 역시 존재한다. 이러한 파장에 해당하는 반도체 레이저는 현재 상용화 되어 있으며 출력도 다양하므로 각각의 질병 치료에 적합한 파장 및 출력을 가지는 반도체 레이저를 선택적으로 이용하면 병변 치료에 효과적인 작용을 할 수 있다.
초창기에 개발된 레이저 광선 치료기의 경우, 레이저로부터 발진된 빔은 직접적으로 환부에 조사되거나 또는 빔 가이드와 그 종단부에 부착된 집광 렌즈를 이용하여 조사하는 방식으로 시술을 하였다. 그러나 최근에는 레이저 빔을 광섬유에 집속한 뒤 환부까지 광 손실 없이 그대로 가져와서 시술하는 방식을 취하고 있다. 이러한 구조의 장점은 레이저 빔이 광섬유 내부로 전달되어 오기 때문에 시술자 또는 피시술자가 레이저 침 치료 구동 장치와 인접하여 있지 않아도 되며 레이저 빔을 피시술자의 환부에 자유스럽게 조사할 수 있다. 그러나 레이저로부터 나온 빔을 광섬유에 입사시키기 위해서는 잦은 광 정렬이 요구되며 이를 위해서는 집광 렌즈와 광 정렬용 장비가 시스템 내부에 반드시 구축되어야 한다.
도 1은 종래의 헬륨-네온 레이저를 이용한 레이저 침의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 헬륨-네온 레이저로(100)부터 발진된 레이저 빔은 집광 렌즈(110)를 통해 집속되며 광섬유(150)에 효율적인 입사를 위해 광정렬장치(120)를 이용하여 레이저 빔의 위치가 제어된다.
광섬유(150)에 입사된 레이저 빔은 거의 손실 없이 피시술자의 환부까지 전달된다. 광섬유(150)를 통해 전송된 레이저 빔은 광섬유(150) 끝단에서 발산각을 가지고 퍼지게 되는데 이러한 형태의 빔은 침의 효과를 줄이기 때문에 환부에 조사되기 전에 다시 집광 렌즈(130)를 통하여 집속된 후 원하는 부위에 조사된다.
종래의 헬륨-네온 레이저(100)를 이용한 레이저 침에서 광섬유(150)를 이용하지 않는 경우, 헬륨-네온 레이저(100)로부터 발진된 레이저 빔은 다수의 반사 거울이 부착된 빔 가이드(151)를 통해 환부까지 전달되며 광섬유(150)를 이용할 때와 마찬가지로 환부에 조사되기 전에 집광 렌즈(130)를 통해 집속된다.
상기와 같은 종래의 헬륨-네온 레이저를 이용한 레이저 침은 레이저 빔의 집광을 위한 집광 렌즈(110)와 광정렬장치(120)를 필수적으로 요구하고 있다. 집광 렌즈(110)와 광정렬장치(120)를 제거할 경우에는 광전송 수단으로 복잡한 구조의 빔 가이드(151)를 필요로 하기 때문에 시술이 불편할 뿐만 아니라 잦은 광정렬이 요구되는 단점이 있다.
상기한 헬륨-네온 레이저를 이용한 레이저 침의 단점을 해결할 수 있는 방안으로 반도체 산업의 급진적인 성장과 함께 다양한 파장 영역에서 발진이 가능한 반도체 레이저(semiconductor laser 또는 laser diode)가 개발되어 레이저 침에 사용되었고, 그에 따라 임상 치료에 활용될 수 있는 레이저 파장이 점점 확대되었다.
도 2는 종래의 반도체 레이저를 이용한 레이저 침의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 반도체 레이저를 이용한 레이저 침은 반도체 레이저(160)에서 발진된 레이저 빔이 광섬유(150)를 통해 바로 환부(140)까지 전송되는데 헬륨-네온 레이저(100)를 이용할 때와 마찬가지로 침의 효과를 극대화하기 위해 집광 렌즈(130)를 통해 집속된 후 환부(140)에 조사된다.
또한, 반도체 레이저(160)를 연속 발진시키기 위해서는 정전류 공급 회로(170)가 반드시 필요하며, 반도체 레이저(160)를 펄스 발진시키기 위해서는 변조 회로(170)가 필요하다.
도 2에서 정전류 공급 회로(170)는 반도체 레이저(160)로 유입되는 전류의 세기를 저항의 변화를 이용하여 제어하는 방법을 사용하므로 레이저 출력의 조절이 쉽다는 장점이 있다. 그러나 반도체 레이저(160)는 그 자체적으로 출력이 안정적이지 못하고 외란에 의해 쉽게 출력이 변하므로 레이저 광선 치료를 위해서는 정전류 모드가 바람직하지 못하다.
또한, 변조회로(180)를 통해 변조된 전압 신호(예를 들면 사인파)에 의한 펄스 구동 시 아날로그 신호 자체의 떨림이나 잡음 등에 의해 변조된 광펄스 신호가 깨끗하지 못하고 SNR (signal to noise ratio, 신호 대비 잡음의 비) 값이 상당히 작다는 단점을 지닌다.
도 2에 도시된 바와 같은 반도체 레이저를 이용한 레이저 침은 다양한 파장의 선택이 가능하고 시스템을 소형화할 수 있으며 인가되는 전류만으로 레이저를 발진시킬 수 있기 때문에 조작이 간단할 뿐만 아니라, 헬륨-네온 레이저에 비해 펄스 구동이 용이하기 때문에 현재 제조되는 레이저 침의 대부분을 차지하고 있다. 또한, 최근에는 광섬유가 반도체 레이저에 부착된 일체형 레이저 다이오드(Pigtailed laser diode)들도 많이 생산되기 때문에 레이저 빔을 광섬유에 입사하기 위한 별도의 장치가 요구되지 않으므로 전체 시스템을 더욱 간략화할 수 있 다.
그러나, 반도체 레이저는 주입되는 직류 전류의 불안정한 동작 및 제조 특성에 따라 출력의 변화가 상당히 심하며 특히 최대 출력으로 갈수록 그 특성은 더욱 감소된다. 예를 들면, 650 nm 대역의 반도체 레이저는 그 구성 화합물이 인듐(Indium), 갈륨(Gallium), 알루미늄(Aluminium) 및 인(Phosphorus)인데 여기서 알루미늄 성분이 광자 효율을 급격하게 떨어뜨리기 때문에 광자들이 공진기 내부에서 잘 갇혀있지 못하고 쉽게 빠져 나옴으로써 발진되는 출력 특성이 불안정하게 된다.
또한 반도체 레이저의 펄스 구동 시, 외부에서 전압 신호(주로 사인파 혹은 TTL 신호)를 인가하여 광 신호를 얻어 내는 직접 변조 방식을 취하기 때문에 전압 신호의 안정도에 따라 광 출력의 특성이 결정된다.
또한 종래의 반도체 레이저를 이용한 레이저 침에서는 반도체 레이저의 펄스 구동 시 펄스폭, 펄스빈도수 및 펄스첨두값의 자유로운 조절이 어려울 뿐만 아니라 다양한 파장의 반도체 레이저를 이용할 경우, 각 레이저를 발진시키기 위한 별도의 전류 공급장치를 마련하지 않고 하나의 전류 공급장치를 이용하기 때문에 파장별로 서로 다른 발진 조건을 가지는 반도체 레이저의 경우, 선택적으로 제어가 되지 못하고 이로 인해 각 레이저의 최대 출력에서 발진이 어렵다는 단점이 있다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 서로 다른 파 장을 가지는 복수의 반도체 레이저를 독립적으로 제어할 수 있고, 각각의 반도체 레이저가 최대 출력에서도 안정적인 특성을 가지도록 하는 다중 파장 레이저 침 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 다중 파장 레이저 침 장치는, 제공된 전원을 제1 정전류로 변환하고 피드백된 제1 전압 신호에 상응하여 제공되는 상기 제1 정전류의 크기를 제어하는 제1 정전류 공급부와, 상기 제1 정전류에 상응하여 제1 파장을 가지는 레이저 빔을 출력하는 제1 반도체 레이저와, 상기 제1 파장을 가지는 레이저 빔의 출력에 상응하는 상기 제1 전압 신호를 생성하여 상기 제1 정전류 공급부에 제공하는 제1 전류 보상부 및 종단부가 침습형 또는 비침습형 침의 형태를 가지며 상기 제1 반도체 레이저와 연결되어 상기 제1 파장을 가지는 레이저 빔을 전달하는 광 전송부를 포함한다. 상기 제1 반도체 레이저는 상기 제1 정전류에 상응하여 턴 온 되어 상기 제1 파장을 가지는 레이저 빔을 출력하고 상기 제1 파장을 가지는 레이저 빔의 출력을 측정한 후 측정된 출력에 상응하는 광전류값을 상기 제1 전류 보상부에 제공할 수 있다. 상기 제1 전류 보상부는 상기 제1 반도체 레이저로부터 제공된 상기 광전류값을 기준 광 전류값과 연산하여 전류 증가분 또는 전류 감소분에 상응하는 제1 전압 신호를 생성한 후 생성된 상기 제1 전압 신호를 상기 제1 정전류 공급부에 제공할 수 있다. 상기 제1 반도체 레이저는 635 nm, 650 nm, 654 nm, 655 nm, 658 nm, 660 nm, 670 nm 및 690 nm 파장 중 어느 하나의 파장을 가지는 레이저 빔을 출력할 수 있다. 상기 광 전송부는 광섬유로 구 성되고, 상기 광섬유의 종단에는 상기 제1 파장을 가지는 레이저 빔을 집속하기 위해 한 집광 렌즈 또는 GRIN 렌즈가 상기 광섬유의 축방향으로 정렬되어 고정될 수 있다. 상기 광 전송부는 일측 종단이 경사진 광섬유로 구성되고, 상기 광섬유의 일측 종단은 천자침의 내부에 고정되며, 상기 천자침의 종단부에는 상기 광섬유를 통해 전송된 레이저 빔이 상기 광섬유의 축방향과 수직인 방향으로 방출되도록 하는 홈이 형성될 수 있다. 상기 레이저 침 장치는, 상기 제공된 전원을 제2 정전류로 변환하고 피드백된 제2 전압 신호에 상응하여 상기 제2 정전류의 크기를 제어하는 제2 정전류 공급부와, 상기 제2 정전류에 상응하여 제2 파장을 가지는 레이저 빔을 출력하는 제2 반도체 레이저 및 상기 제2 파장을 가지는 레이저 빔의 출력에 상응하는 상기 제2 전압 신호를 생성하여 상기 제2 정전류 공급부에 제공하는 제2 전류 보상부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 반도체 레이저는 530 nm 내지 555 nm 에 속하는 파장을 가지는 녹색 계열의 레이저 빔을 제공할 수 있다. 상기 제2 반도체 레이저는 800 nm 내지 890 nm에 속하는 파장을 가지는 적외선 계열의 레이저 빔을 제공할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 다중 파장 레이저 침 장치는, 펄스 신호를 제공하고, 피드백된 제1 디지털 신호에 기초하여 상기 제공되는 펄스 신호를 제어하는 프로세서와, 상기 프로세서로부터 제공되는 펄스 신호를 제1 전류 펄스로 변환하는 제1 정전류 공급부와, 상기 제1 전류 펄스에 상응하여 턴 온되어 제1 파장을 가지는 레이저 빔을 출력하는 제1 반도체 레이저와, 상기 제1 반도체 레이저의 레이저 빔 출력에 상응하는 상기 제1 디 지털 신호를 생성하고, 생성된 상기 제1 디지털 신호를 상기 프로세서에 제공하는 제1 전류 보상부 및 종단부가 침습형 또는 비침습형 침의 형태를 가지며 상기 제1 반도체 레이저와 연결되어 상기 제공된 레이저 빔을 전달하는 광 전송부를 포함한다. 상기 프로세서는 제공된 전원에 기초하여 사인파 또는 TTL 신호를 생성하며 주파수 및 펄스 첨두값에 기초하여 상기 사인파 또는 TTL 신호를 변조할 수 있다. 상기 제1 반도체 레이저는, 상기 제1 전류 펄스에 상응하여 턴 온되어 상기 제1 파장을 가지는 레이저 빔을 출력하고, 상기 레이저 빔의 출력을 측정한 후 측정된 출력에 상응하는 광전류값을 제1 전류 보상부에 제공할 수 있다. 상기 제1 전류 보상부는 상기 광전류값을 기준 광 전류값과 연산하여 전류 증가분 또는 전류 감소분에 상응하는 제1 전압 신호를 생성한 후, 생성된 상기 제1 전압 신호를 상기 제1 디지털 신호로 변환하여 상기 프로세서에 제공할 수 있다. 상기 제1 반도체 레이저는 635 nm, 650 nm, 654 nm, 655 nm, 658 nm, 660 nm, 670 nm 및 690 nm 파장 중 어느 하나의 파장을 가지는 레이저 빔을 출력할 수 있다. 상기 레이저 침 장치는 상기 프로세서로부터 제공되는 펄스 신호를 제2 전류 펄스로 변환하는 제2 정전류 공급부와, 상기 제2 전류 펄스에 상응하여 턴 온되어 제2 파장을 가지는 레이저 빔을 출력하는 제2 반도체 레이저 및 상기 제2 반도체 레이저의 레이저 빔 출력에 상응하는 상기 제2 디지털 신호를 생성하고, 생성된 상기 제2 디지털 신호를 상기 프로세서에 제공하는 제2 전류 보상부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 반도체 레이저는 530 nm 내지 555 nm 에 속하는 파장을 가지는 녹색 계열의 레이저 빔 또는 800 nm 내지 890 nm에 속하는 파장을 가지는 적외선 계열의 레이저 빔을 제공할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 다중 파장 레이저 침 장치는, 보사법 치료를 위한 적색 및 녹색 반도체 레이저와 지통 치료를 위한 적외선 반도체 레이저를 구비하고, 각 반도체 레이저를 개별적으로 연속 모드 또는 펄스 모드로 동작시킬 수 있고, 전류 보상기를 통해 레이저 빔의 출력을 제어하여 정출력 모드로 구동함으로써 피시술자의 환부 또는 경혈에 안정적인 레이저 빔을 조사할 수 있다.
또한, 각각의 반도체 레이저를 펄스 모드로 구동하는 경우에는 프로세서에서 사인파 또는 TTL 신호를 변조하고 제어함으로써 잡음이 없는 신호 처리가 가능하며 의료기기로서의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 각 반도체 레이저와 연결되어 각 반도체 레이저로부터 발진되는 레이저 빔을 피시술자에게 전달하는 광 전송부는 시술자 및 피시술자의 치료방법 또는 병변에 따라 침습형 또는 피침습형으로 구성될 수 있기 때문에 더욱 높은 치료 효과를 기대할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치의 구성을 나타내는 블록도로서, 반도체 레이저가 연속 구동 모드로 동작하는 경우의 구성을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치는 전원 공급부(210), 제1 정전류 공급부(251), 제2 정전류 공급부(254), 제3 정전류 공급부(257), 적색 반도체 레이저(261), 녹색 반도체 레이저(264), 적외선 반도체 레이저(267), 제1 전류 보상부(271), 제2 전류 보상부(274), 제3 전류 보상부(277) 및 광 전송부(281, 282, 283)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치는 적색 반도체 레이저(261), 녹색 반도체 레이저(264) 및 적외선 반도체 레이저(267)를 각각 독립적으로 구동하여 레이저 빔을 발생시킨다.
적색 반도체 레이저(261)는 보법 치료 효과를 가지는 것으로 보고된 약 630 nm 내지 약 690 nm 에 속하는 635 nm, 650 nm, 654 nm, 655 nm, 658 nm, 660 nm, 670 nm 및 690 nm 파장 중 어느 하나의 파장을 가지는 적색 계열의 레이저 빔을 발생시킬 수 있다.
녹색 반도체 레이저(264)는 사법 치료 효과를 가지는 것으로 보고된 약 530 nm 내지 약 555 nm 에 속하는 532 nm의 파장을 가지는 녹색 계열의 레이저 빔을 발생시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치에서 보사법 시술 적용을 위해 선택된 두 개의 반도체 레이저는 예를 들어 658 nm 파장을 가지는 적색 반도체 레이저(261)와 532 nm 파장을 가지는 녹색 반도체 레이저(264)를 사용할 수 있다.
또한, 적외선 반도체 레이저(267)는 지통에 효과가 있다고 보고된 800 nm 내지 890 nm에 속하는 808 nm의 파장을 가지는 적외선 계열의 레이저 빔을 발생시킨다.
전원 공급부(210)는 반도체 레이저의 연속 구동을 위해 필요한 전원을 제1 내지 제3 정전류 공급부(251, 254, 257)에 제공한다. 전원 공급부(210)는 예를 들어 +5V의 전압을 상기 제1 내지 제3 정전류 공급부(251, 254, 257)에 제공할 수 있다. 또한, 전원 공급부(210)로부터 제공되는 전압은 별도의 스위치(미도시)를 통해 스위칭됨으로써 제1 내지 제3 정전류 공급부(251, 254, 257) 중 어느 하나의 정전류 공급부에만 선택적으로 제공되도록 구성될 수도 있다.
제1 정전류 공급부(251)는 적색 반도체 레이저(261) 및 제1 전류 보상 부(271)와 연결되고, 전원 공급부(210)로부터 제공된 전압을 제1 정전류로 변환하여 적색 반도체 레이저(261)에 제공함으로써 상기 적색 반도체 레이저(261)를 턴 온(turn on) 시킨다. 또한, 제1 정전류 공급부(251)는 제1 전류 보상부(271)로부터 제공된 제1 전압 신호에 기초하여 적색 반도체 레이저(261)에 공급되는 제1 정전류를 증가 또는 감소시킴으로써 적색 반도체 레이저(261)의 출력이 시술자가 설정한 출력과 일치하도록 한다.
제2 정전류 공급부(254)는 녹색 반도체 레이저(264) 및 제2 전류 보상부(274)와 연결되고, 전원 공급부(210)로부터 제공된 전압을 제2 정전류로 변환하여 녹색 반도체 레이저(264)에 제공함으로써 상기 녹색 반도체 레이저(264)를 턴 온(turn on) 시킨다. 또한, 제2 정전류 공급부(254)는 제2 전류 보상부(274)로부터 제공된 제2 전압 신호에 기초하여 녹색 반도체 레이저(264)에 공급되는 제2 정전류를 증가 또는 감소시킴으로써 녹색 반도체 레이저(264)의 출력이 시술자가 설정한 출력과 일치하도록 한다.
제3 정전류 공급부(257)는 적외선 반도체 레이저(267) 및 제3 전류 보상부(277)와 연결되고, 전원 공급부(210)로부터 제공된 전압을 제3 정전류로 변환하여 적외선 반도체 레이저(267)에 제공함으로써 상기 적외선 반도체 레이저(267)를 턴 온(turn on) 시킨다. 또한, 제3 정전류 공급부(257)는 제3 전류 보상부(277)로부터 제공된 제3 전압 신호에 기초하여 적외선 반도체 레이저(267)에 공급되는 제3 정전류를 증가 또는 감소시킴으로써 적외선 반도체 레이저(267)의 출력이 시술자가 설정한 출력과 일치하도록 한다.
적색 반도체 레이저(261)는 제1 정전류 공급부(251)로부터 제공된 제1 정전류에 상응하여 턴온되고 소정 파장(예를 들어 658 nm)을 가지는 레이저 빔을 출력한다. 상기 출력되는 레이저 빔의 일부는 적색 반도체 레이저(261) 내부에 포함된 광 수신기(미도시)를 통해 연속적으로 측정된 후, 이에 상응하는 광전류값이 제1 전류 보상부(271)에 제공된다. 또는 내부에 광 수신기를 포함하지 않는 상대적으로 높은 최대 출력을 가지는 반도체 레이저의 경우에는 99:1의 비율로 레이저 빔 출력을 분배할 수 있는 광분배기를 이용하여 1%의 출력이 나오는 광분배기 종단에 광수신기를 부착하여 상기와 같이 레이저 빔의 출력을 측정한 후 이에 상응하는 광전류값을 제1 전류 보상부(271)에 제공하도록 구성될 수도 있다.
또한, 적색 반도체 레이저(261)의 출력은 외부에 연결된 전위차계(미도시)를 통해 용이하게 조절될 수 있도록 구성될 수 있다.
녹색 반도체 레이저(264)는 제2 정전류 공급부(254)로부터 제공된 제2 정전류에 상응하여 턴온되고 소정 파장(예를 들어 532 nm)을 가지는 레이저 빔을 출력한다. 상기 출력되는 레이저 빔의 일부는 녹색 반도체 레이저(264) 내부에 포함된 광 수신기(미도시)를 통해 연속적으로 측정된 후, 이에 상응하는 광전류값이 제2 전류 보상부(274)에 제공된다. 여기서, 녹색 반도체 레이저(264)의 출력은 외부에 연결된 전위차계(미도시)를 통해 용이하게 조절될 수 있도록 구성될 수 있다.
적외선 반도체 레이저(267)는 제3 정전류 공급부(257)로부터 제공된 제3 정전류에 상응하여 턴온되고 소정 파장(예를 들어 808 nm)을 가지는 레이저 빔을 출력한다. 상기 출력되는 레이저 빔의 일부는 적외선 반도체 레이저(267) 내부에 포 함된 광 수신기(미도시)를 통해 연속적으로 측정된 후, 이에 상응하는 광전류값이 제3 전류 보상부(277)에 제공된다. 여기서, 적외선 반도체 레이저(267)의 출력은 외부에 연결된 전위차계(미도시)를 통해 용이하게 조절될 수 있도록 구성될 수 있다.
제1 전류 보상부(271)는 적색 반도체 레이저(261)로부터 제공된 광전류값을 기준 광 전류값과 연산하여 전류 증가분 또는 전류 감소분에 상응하는 전압신호를 생성한 후 제1 정전류 공급부(251)에 제공한다.
제2 전류 보상부(274)는 녹색 반도체 레이저(264)로부터 제공된 광전류값을 기준 광 전류값과 연산하여 전류 증가분 또는 전류 감소분에 상응하는 전압신호를 생성한 후 제2 정전류 공급부(254)에 제공한다.
제3 전류 보상부(277)는 적외선 반도체 레이저(267)로부터 제공된 광전류값을 기준 광 전류값과 연산하여 전류 증가분 또는 전류 감소분에 상응하는 전압신호를 생성한 후 제3 정전류 공급부(257)에 제공한다.
광 전송부(281, 282, 283)는 각각 적색 반도체 레이저(261), 녹색 반도체 레이저(264) 및 적외선 반도체 레이저(267)로부터 발진된 레이저 빔을 환부 또는 경혈(290)에 손실 없이 전송한다. 광 전송부(281, 282, 283)는 도 10 내지 도 11을 참조하여 상세하게 설명한다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치의 동작을 적색 반도체 레이저(261)를 예를 들어 설명한다.
먼저, 전원 공급부(210)로부터 제공된 전압에 상응하여 제1 정전류 공급 부(251)가 적색 반도체 레이저(261)에 제1 정전류를 공급하면 적색 반도체 레이저(261)가 턴 온되어 소정 파장(예를 들면, 658 nm)을 가지는 레이저 빔이 발진된다.
적색 반도체 레이저(261)로부터 발진되는 레이저 빔 출력의 일부는 적색 반도체 레이저(261) 내부에 장착된 광 수신기(미도시)를 통해 연속적으로 측정된다. 만약 시술자가 적색 반도체 레이저(261)의 출력을 20 mW에 설정하였다고 가정하면, 레이저 출력이 20 mW 이상으로 발진되면 광 수신기에서 도출되는 광 전류값은 증가하게 되고, 제1 전류 보상부(271)에서는 20 mW 출력에 해당하는 기준 광 전류값과 적색 반도체 레이저(261)로부터 제공된 광 전류값을 연산 하여 전류 증가분에 상응하는 전압 신호를 제1 정전류 공급부(251)에 제공하고, 제1 정전류 공급부(251)는 제공받은 상기 전압 신호에 기초하여 적색 반도체 레이저(261)에 제공되는 제1 정전류를 20 mW의 출력에 해당하는 전류보다 미리 설정된 값만큼 적은 값의 전류를 공급하게 된다.
또는, 적색 반도체 레이저(261)로부터 발진되는 레이저 출력이 20 mW보다 감소하게 되면 제1 전류 보상부(271)에서는 전류 감소분에 상응하는 전압 신호를 제1 정전류 공급부(251)에 제공하고, 제1 정전류 공급부(251)는 제공받은 상기 전압 신호에 기초하여 적색 반도체 레이저(261)에 제공되는 제1 정전류를 20 mW의 출력에 해당하는 전류보다 미리 설정된 값만큼 많은 전류를 공급하게 된다.
상기와 같은 방법으로 작동되는 동작 모드를 정출력 모드라 칭하며, 상기 적색 반도체 레이저(261)의 동작과 동일한 원리로 녹색 반도체 레이저(264)와 제2 정 전류 공급부(254), 적외선 반도체 레이저(267)와 제3 정전류 공급부(257)가 각각 해당 제2 전류 보상부(274) 및 제3 전류 보상부(277)를 통해 정출력 모드로 동작되도록 제어된다.
도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치의 구성을 나타내는 블록도로서, 반도체 레이저가 펄스 구동 모드로 동작하는 경우의 구성을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치는 전원 공급부(210), 프로세서(230), 제1 정전류 공급부(252), 제2 정전류 공급부(255), 제3 정전류 공급부(258), 적색 반도체 레이저(262), 녹색 반도체 레이저(265), 적외선 반도체 레이저(268), 제1 전류 보상부(272), 제2 전류 보상부(275), 제3 전류 보상부(278) 및 광 전송부(281, 282, 283)를 포함한다.
전원 공급부(210)는 반도체 레이저의 펄스 구동을 위해 필요한 전원을 프로세서(230)에 공급한다. 전원 공급부(210)는 예를 들어 +5V의 전원을 프로세서(230)에게 공급할 수 있다.
프로세서(230)는 전원 공급부(210)로부터 전원을 제공받고, 외부에서 설정된(예를 들면, 시술자가 전위차계를 통해 설정) 펄스폭, 펄스 첨두값 및/또는 펄스 빈도수에 따라 사인파 또는 TTL 신호를 생성 및 변조하여 제1 정전류 공급부(252), 제2 정전류 공급부(255) 및 제3 정전류 공급부(258) 중 미리 설정된 어느 하나의 정전류 공급부에 제공한다. 여기서, 프로세서(230)에 의해 변조되는 주파수는 1Hz 내지 300Hz의 범위를 가질 수 있고, 펄스 첨두값은 -10V에서 +10V 사이에서 제어될 수 있다. 사인파 또는 TTL 신호의 주파수 및 첨두값은 외부에 연결된 전위차계로 조정이 가능하도록 구성될 수 있다.
또한, 프로세서(230)는 제1 전류 보상부(272), 제2 전류 보상부(275) 또는 제3 전류 보상부(278)로부터 제공된 디지털 신호에 기초하여 사인파 또는 TTL 신호를 제어한 후 제1 정전류 공급부(252), 제2 정전류 공급부(255) 및 제3 정전류 공급부(258) 중 해당 정전류 공급부에 제공한다.
제1 정전류 공급부(252)는 프로세서(230)로부터 제공된 사인파 또는 TTL 신호를 적색 반도체 레이저(262)의 펄스 구동을 위한 제1 전류 펄스로 변환한 후 적색 반도체 레이저(262)에 제공한다.
제2 정전류 공급부(255)는 프로세서(230)로부터 제공된 사인파 또는 TTL 신호를 녹색 반도체 레이저(265)의 펄스 구동을 위한 제2 전류 펄스로 변환한 후 녹색 반도체 레이저(265)에 제공한다.
제3 정전류 공급부(258)는 프로세서(230)로부터 제공된 사인파 또는 TTL 신호를 적외선 반도체 레이저(268)의 펄스 구동을 위한 제3 전류 펄스로 변환한 후 적외선 반도체 레이저(268)에 제공한다.
적색 반도체 레이저(262)는 제1 정전류 공급부(252)로부터 제공된 제1 전류 펄스에 상응하여 턴 온되고 제1 전류 펄스의 펄스폭, 펄스 첨두값 및 펄스 빈도수로 레이저 빔을 발진시킨다. 또한, 출력되는 레이저 빔의 일부는 적색 반도체 레이저(262) 내부에 포함된 광 수신기(미도시)를 통해 측정된 후, 이에 상응하는 광 전 류값을 제1 전류 보상부(272)에 제공한다.
녹색 반도체 레이저(265)는 제2 정전류 공급부(255)로부터 제공된 제2 전류 펄스에 상응하여 턴 온되고 제2 전류 펄스의 펄스폭, 펄스 첨두값 및 펄스 빈도수로 레이저 빔을 발진시킨다. 또한, 출력되는 레이저 빔의 일부는 녹색 반도체 레이저(265) 내부에 포함된 광 수신기(미도시)를 통해 측정된 후, 이에 상응하는 광 전류값을 제2 전류 보상부(275)에 제공한다.
적외선 반도체 레이저(268)는 제3 정전류 공급부(258)로부터 제공된 제3 전류 펄스에 상응하여 턴 온되고 제3 전류 펄스의 펄스폭, 펄스 첨두값 및 펄스 빈도수로 레이저 빔을 발진시킨다. 또한, 출력되는 레이저 빔의 일부는 적외선 반도체 레이저(268) 내부에 포함된 광 수신기(미도시)를 통해 측정된 후, 이에 상응하는 광 전류값을 제3 전류 보상부(278)에 제공한다.
제1 전류 보상부(272)는 적색 반도체 레이저(262)로부터 제공된 광 전류값을 기준 광 전류값과 연산하여 출력 변화에 상응하는 전압 신호를 생성한 후 생성된 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 프로세서(230)에 제공한다. 이를 위해 제1 전류 보상부(272)는 내부에 아날로그-디지털 변환모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 적색 반도체 레이저(262)로부터 제공된 광 전류값은 적색 반도체 레이저(262)의 평균 출력이 될 수 있고, 상기 기준 광 전류값은 설정된 주파수 및 펄스 첨두값에 상응하는 광 전류값이 될 수 있다.
제2 전류 보상부(275)는 아날로그-디지털 변환모듈을 포함할 수 있고, 녹색 반도체 레이저(265)로부터 제공된 광 전류값을 기준 광 전류값과 연산하여 출력 변 화에 상응하는 전압 신호를 생성한 후 생성된 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 프로세서(230)에 제공한다. 여기서, 상기 녹색 반도체 레이저(265)로부터 제공된 광 전류값은 녹색 반도체 레이저(265)의 평균 출력이 될 수 있고, 상기 기준 광 전류값은 설정된 주파수 및 펄스 첨두값에 상응하는 광 전류값이 될 수 있다.
제3 전류 보상부(278)는 아날로그-디지털 변환모듈을 포함할 수 있고, 적외선 반도체 레이저(268)로부터 제공된 광 전류값을 기준 광 전류값과 연산하여 출력 변화에 상응하는 전압 신호를 생성한 후 생성된 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 프로세서(230)에 제공한다. 여기서, 상기 적외선 반도체 레이저(268)로부터 제공된 광 전류값은 적외선 반도체 레이저(268)의 평균 출력이 될 수 있고, 상기 기준 광 전류값은 설정된 주파수 및 펄스 첨두값에 상응하는 광 전류값이 될 수 있다.
광 전송부(281, 282, 283)는 도 3에 도시된 바와 동일한 기능을 수행하므로 중복을 피하기 위해 설명을 생략한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치의 구성을 나타내는 블록도로서, 연속 구동 모드 및 펄스 구동 모드 중 선택적으로 반도체 레이저를 동작시킬 수 있는 레이저 침의 구성을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치는 전원 공급부(210), 제1 모드 선택 스위치(221), 제2 모드 선택 스위치(223), 제3 모드 선택 스위치(225), 프로세서(230), 제1 정전류 공급부(253), 제2 정전류 공급부(256), 제3 정전류 공급부(259), 적색 반도체 레이저(263), 녹색 반도체 레이저(266), 적외선 반도체 레이저(269), 제1 전류 보상부(273), 제2 전류 보상부(276), 제3 전류 보상부(279) 및 광 전송부(281, 282, 283)를 포함한다.
전원 공급부(210)는 연속 구동 모드 및 펄스 구동 모드 동작에 필요한 전원을 제1 모드 선택 스위치(221), 제2 모드 선택 스위치(223) 및 제3 모드 선택 스위치(225)에 제공한다.
제1 모드 선택 스위치(221)는 모드 선택 신호(M1)에 기초하여 전원 공급부(210)로부터 제공된 전원을 제1 정전류 공급부(253) 또는 프로세서(230)에 제공한다.
제2 모드 선택 스위치(223)는 모드 선택 신호(M2)에 기초하여 전원 공급부(210)로부터 제공된 전원을 제2 정전류 공급부(256) 또는 프로세서(230)에 제공한다.
제3 모드 선택 스위치(225)는 모드 선택 신호(M3)에 기초하여 전원 공급부(210)로부터 제공된 전원을 제3 정전류 공급부(259) 또는 프로세서(230)에 제공한다.
여기서, 상기 모드 선택 신호(M1, M2, M3)는 다중 파장 레이저 침 장치를 운용하는 시술자 또는 운영자에 의해 제공될 수 있도록 구성될 수 있다.
제1 모드 선택 스위치(221)가 제1 정전류 공급부(253)에 전원을 공급하도록 선택되는 경우에는 도 3에 도시되고 설명된 바와 같이 적색 반도체 레이저(263)는 연속 구동 모드로 동작하며, 제1 모드 선택 스위치(221)가 프로세서(230)에 전원을 공급하도록 선택되는 경우에는 도 4에 도시되고 설명된 바와 같이 적색 반도체 레이저(263)는 도 4에 도시되고 설명된 바와 같이 펄스 구동 모드로 동작한다.
예를 들어, 제1 모드 선택 스위치(221)가 제1 정전류 공급부(253)에 전원을 공급하는 경우에는, 적색 반도체 레이저(263)가 턴 온되어 소정 파장(예를 들면, 658 nm)을 가지는 레이저 빔이 발진되고, 발진되는 레이저 빔 출력의 일부는 적색 반도체 레이저(261) 내부에 장착된 광 수신기(미도시)를 통해 연속적으로 측정되어, 이에 상응하는 광 전류값이 제1 전류 보상부(273)에 제공된다. 제1 전류 보상부(273)는 상기 광 전류값과 기준 광 전류값을 연산하여 이에 상응하는 전압 신호를 제1 정전류 공급부(253)에 제공하고, 제1 정전류 공급부(253)는 상기 전압 신호에 기초하여 적색 반도체 레이저(263)로 공급되는 정전류를 조절함으로써 적색 반도체 레이저(263)가 정출력 모드로 동작하도록 한다.
또는 제1 모드 선택 스위치(221)가 프로세서(230)에 전원을 공급하는 경우에는, 프로세서(230)는 외부에서 설정된 펄스폭, 펄스 첨두값 및/또는 펄스 빈도수에 따라 사인파 또는 TTL 신호를 생성 및 변조하여 제1 정전류 공급부(253)에 제공하고, 제1 정전류 공급부(253)는 사인파 또는 TTL 신호를 이에 상응하는 전류 펄스로 변환한 후 적색 반도체 레이저(263)에 제공한다. 적색 반도체 레이저(263)는 제공된 상기 전류 펄스에 상응하여 레이저 빔을 발생시키고 이와 동시에 출력되는 레이저 빔의 일부를 측정하여 광 전류값을 제1 전류 보상부(273)에 제공한다. 제1 전류 보상부(273)는 제공된 광 전류값에 상응하여 출력변화에 상응하는 전압 신호를 생성한 후 생성된 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 프로세서(230)에 제공하고 프 로세서(230)는 제공받은 상기 디지털 신호에 기초하여 제1 정전류 공급부(253)에 제공되는 사인파 또는 TTL 신호를 제어한다.
제2 모드 선택 스위치(223)가 제2 정전류 공급부(256)에 전원을 공급하도록 선택되는 경우에는 도 3에 도시되고 설명된 바와 같이 녹색 반도체 레이저(266)는 연속 구동 모드로 동작하며, 제2 모드 선택 스위치(223)가 프로세서(230)에 전원을 공급하도록 선택되는 경우에는 도 4에 도시되고 설명된 바와 같이 녹색 반도체 레이저(266)는 도 4에 도시되고 설명된 바와 같이 펄스 구동 모드로 동작한다.
또한, 제3 모드 선택 스위치(225)가 제3 정전류 공급부(259)에 전원을 공급하도록 선택되는 경우에는 도 3에 도시되고 설명된 바와 같이 적외선 반도체 레이저(269)는 연속 구동 모드로 동작하며, 제3 모드 선택 스위치(225)가 프로세서(230)에 전원을 공급하도록 선택되는 경우에는 도 4에 도시되고 설명된 바와 같이 적외선 반도체 레이저(269)는 도 4에 도시되고 설명된 바와 같이 펄스 구동 모드로 동작한다.
도 4 내지 도 6에 도시된 제1 정전류 공급부, 제2 정전류 공급부, 제3 정전류 공급부, 프로세서, 제1 전류 보상부, 제2 전류 보상부 및 제3 전류 보상부는 각각 개별적인 펌웨어로 구성될 수 있다. 따라서, 다중 파장 레이저 침 장치에 새로운 파장의 반도체 레이저가 도입되는 경우 이에 상응하는 정전류 공급부 및 전류 보상부를 펌웨어로 구성하여 추가함으로써 다중 레이저 침 장치를 용이하게 확장시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치의 외형 사진을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 다중 파장 레이저 침 장치의 내부에는 +5 V용 전원공급부(210)와, 프로세서(230), 복수의 정전류 공급장치(253, 256, 259), 복수의 전류 보상부(273, 276, 279)가 설치되어 있으며, 보사 시술 적용을 위해 광섬유가 체결된 658 nm의 파장을 가지는 적색 반도체 레이저(263)와 532 nm의 파장을 가지는 녹색 반도체 레이저(266) 및 지통 치료를 위한 808 nm의 파장을 가지는 적외선 반도체 레이저(269)가 설치되어 있다.
또한, 다중 파장 레이저 침 장치의 케이스 전면에는 각 반도체 레이저의 온 오프 제어 및 구동 모드 선택을 위한 스위치와 펄스 폭, 펄스 첨두값 및 펄스 빈도수를 조작할 수 있도록 하는 스위치가 마련되어 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치의 출력 특성을 나타내는 그래프로서, 적색 반도체 레이저의 출력 특성을 나타낸다.
도 7의 (a)는 입력 전류에 대한 레이저 출력 특성을 나타낸 것으로, 658 nm의 파장을 가지는 적색 레이저 빔이 발진되기 시작하는 문턱 전류(threshold current)는 약 50 mA이며, 50 mA 보다 큰 전류에서는 레이저 빔의 출력이 선형적으로 잘 나타남을 알 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치에서 658 nm의 파장을 가지는 적색 반도체 레이저는 150 mA의 최대 인가전류에서 60 mW의 최대 출력을 가진다.
또한, 도 7의 (b)는 적색 반도체 레이저의 구동 모드에 따른 출력의 특성을 나타내는 그래프로서, 20 mW의 출력에서 약 2시간 동안 종래의 방법인 정전류 모드(Constant current mode)와 본 발명의 일 실시예에 따른 정출력 모드(Constant power mode)로 구동시키며 10분 간격으로 출력의 변화를 측정한 결과를 나타낸다. 결과적으로 전류의 보상이 없는 정전류 모드에서는 출력의 변화가 심하지만 전류 보상부에 의해 출력의 증감분에 상응하여 전류가 제어되는 정출력 모드에서는 출력의 변화가 1% 이내로 안정적인 동작 특성을 가짐이 확인되었다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치의 출력 특성을 나타내는 그래프로서, 녹색 반도체 레이저의 출력 특성을 나타낸다.
도 8의 (a)는 입력 전류에 대한 레이저 출력 특성을 나타낸 것으로, 532 nm의 파장을 가지는 녹색 레이저 빔이 발진되기 시작하는 문턱 전류는 약 150 mA이며, 150 mA 보다 큰 전류에서는 레이저 빔의 출력이 선형적으로 잘 나타남을 알 수 있다. 또한, 도 8의 (b)는 녹색 반도체 레이저의 구동 모드에 따른 출력의 특성을 나타내는 그래프로서, 20 mW의 출력에서 약 2시간 동안 종래의 방법인 정전류 모드(Constant current mode)와 본 발명의 일 실시예에 따른 정출력 모드(Constant power mode)로 구동시키며 10분 간격으로 출력의 변화를 측정한 결과를 나타낸다. 결과적으로 전류의 보상이 없는 정전류 모드에서는 출력의 변화가 심하지만 전류 보상부에 의해 출력의 증감분에 상응하여 전류가 제어되는 정출력 모드에서는 출력이 안정적으로 나타남을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치의 출력 특성을 나타내는 그래프로서, 적외선 반도체 레이저의 출력 특성을 나타낸다.
도 9의 (a)는 입력 전류에 대한 레이저 출력 특성을 나타낸 것으로, 808 nm의 파장을 가지는 적외선 레이저 빔이 발진되기 시작하는 문턱 전류는 약 80 mA이며, 80 mA 보다 큰 전류에서는 레이저 빔의 출력이 선형적으로 잘 나타남을 알 수 있다. 또한, 도 9의 (b)는 적외선 반도체 레이저의 구동 모드에 따른 출력의 특성을 나타내는 그래프로서, 20 mW의 출력에서 약 2시간 동안 종래의 방법인 정전류 모드(Constant current mode)와 본 발명의 일 실시예에 따른 정출력 모드(Constant power mode)로 구동시키며 10분 간격으로 출력의 변화를 측정한 결과를 나타낸다. 결과적으로 전류의 보상이 없는 정전류 모드에서는 출력의 변화가 심하지만 전류 보상부에 의해 출력의 증감분에 상응하여 전류가 제어되는 정출력 모드에서는 출력이 안정적으로 나타남을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 파장을 가지는 레이저 침에서는 광 전송부(281, 282, 283)의 종단에 연결되는 침의 형태에 따라 비침습형 또는 침습형 레이저 침으로 구분될 수 있다. 즉, 피부위에 레이저 빔이 조사되어 온열 효과를 나타낼 수 있도록 침을 구성할 경우에는 비침습형 레이저 침이 되며, 표피 아래에 있는 경혈에 침지 후 레이저 빔이 조사되도록 침을 구성하는 경우에는 침습형 레이저 침이 된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습형 레이저 침의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 10을 참조하면, 광 전송부(281, 282, 283)는 광섬유(500)로 구성될 수 있고 광섬유(500)의 종단부에는 광 커넥터(520)와 페룰(ferrule, 830)이 부착되어 있다. 광 커넥터(520)는 그립(Grip, 510) 속에 삽입되며 내부에 제작된 나사산에 고정된다. 레이저 빔의 집속을 위한 집광 렌즈(540) 또는 GRIN(Gradient Index) 렌즈(550)는 그립(510)의 종단에 고정되며 페룰(530)은 집광 렌즈(540) 또는 GRIN 렌즈(550)와 축방향으로 정렬되어 고정된다. 상기한 바와 같이 구성된 비침습형 침을 피부 상의 필요한 지점에 고정시킬 때는 실리콘 패드와 같은 접착성이 있는 인체에 무해한 장치가 이용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 침습형 레이저 침의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 11을 참조하면, 침습형 레이저 침은 피부 아래에 있는 경혈에 침습되어 레이저 빔이 조사되는 방식으로, 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이 광전송부(281, 282, 283)의 종단부가 경사지게 가공된 혈관용 주사기(610)와 같은 바늘 구조 내부에 광섬유(600)을 삽입한 후 고정용 접착제(620)를 이용하여 침습이 가능하도록 제조될 수 있다.
또는, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이 광전송부(281, 282, 283)의 종단부가 뾰족한 구조의 천자침(640)과 같은 바늘 구조 내부에 종단이 경사진 광섬유(630)를 삽입한 후 고정용 접착제(620)로 고정하고 천자침(640)의 종단에 홈을 가공하여 레이저 빔이 상기 홈으로부터 방출되도록 구성될 수 있다. 이 때 레이저 빔이 측면으로 방출되면 시술자가 침지 후 취구를 회전시킴으로써 레이저 빔이 큰 원을 그리며 조사되기 때문에 피시술자의 환부 또는 경혈의 넓은 부위에 광선 자극이 가능하게 되어 더욱 치료 효과를 극대화 시킬 수 있다는 장점을 가진다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 헬륨-네온 레이저를 이용한 레이저 침의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 종래의 반도체 레이저를 이용한 레이저 침의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치의 외형 사진을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치의 출력 특성을 나타내는 그래프로서, 적색 반도체 레이저의 출력 특성을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치의 출력 특성을 나타내는 그래프로서, 녹색 반도체 레이저의 출력 특성을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다중 파장 레이저 침 장치의 출력 특성을 나타내는 그래프로서, 적외선 반도체 레이저의 출력 특성을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습형 레이저 침의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 침습형 레이저 침의 구성을 나타내는 개념도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
210 : 전원 공급부 221 : 제1 모드 선택 스위치
223 : 제2 모드 선택 스위치 225 : 제3 모드 선택 스위치
230 : 프로세서 251 : 제1 정전류 공급부
254 : 제2 정전류 공급부 257 : 제3 정전류 공급부
261 : 적색 반도체 레이저 264 : 녹색 반도체 레이저
267 : 적외선 반도체 레이저 271 : 제1 전류 보상부
274 : 제2 전류 보상부 277 : 제3 전류 보상부
281 : 광 전송부
Claims (16)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 전원을 공급하는 전원공급부;제1 모드 선택 신호에 기초하여 상기 전원공급부로부터 제공된 전원을 스위칭하는 제1 모드 선택 스위치;제2 모드 선택 신호에 기초하여 상기 전원공급부로부터 제공된 전원을 스위칭하는 제2 모드 선택 스위치;상기 제1 모드 선택 스위치 또는 상기 제2 모드 선택 스위치의 스위칭에 따라 제공된 전원에 기초하여 펄스 신호를 제공하고, 피드백된 제1 또는 제2 펄스제어신호에 기초하여 상기 제공되는 펄스 신호를 제어하는 프로세서;상기 제1 모드 선택 스위치의 스위칭에 따라, 상기 전원공급부로부터 제공된 전원을 제1 정전류로 변환하고 피드백된 제1 전압제어신호에 상응하여 제공되는 상기 제1 정전류의 크기를 제어하거나, 상기 프로세서로부터 제공된 펄스 신호를 제1 전류 펄스로 변환하는 제1 정전류 공급부;상기 제1 정전류 또는 상기 제1 전류 펄스에 상응하여 턴 온되어 제1 파장을 가지는 레이저 빔을 출력하는 제1 반도체 레이저;상기 제1 반도체 레이저의 빔 출력에 상응하는 상기 제1 전압제어신호 또는 상기 제1 펄스제어신호를 생성하는 제1 전류 보상부;상기 제2 모드 선택 스위치의 스위칭에 따라, 상기 전원공급부로부터 제공된 전원을 제2 정전류로 변환하고 피드백된 제2 전압제어신호에 상응하여 제공되는 상기 제2 정전류의 크기를 제어하거나, 상기 프로세서로부터 제공된 펄스 신호를 제2 전류 펄스로 변환하는 제2 정전류 공급부;상기 제2 정전류 또는 상기 제2 전류 펄스에 상응하여 턴 온되어 제2 파장을 가지는 레이저 빔을 출력하는 제2 반도체 레이저;상기 제2 반도체 레이저의 빔 출력에 상응하는 상기 제2 전압제어신호 또는 상기 제2 펄스제어신호를 생성하는 제2 전류 보상부; 및종단부가 침습형 또는 비침습형 침의 형태를 가지며 상기 제1 반도체 레이저또는 상기 제2 반도체 레이저와 연결되어 제공된 레이저 빔을 전달하는 광 전송부를 포함하는 레이저 침 장치.
- 제10항에 있어서, 상기 프로세서는제공된 전원에 기초하여 사인파 또는 TTL 신호를 생성하며 주파수 및 펄스 첨두값에 기초하여 상기 사인파 또는 TTL 신호를 변조하는 것을 특징으로 하는 레이저 침 장치.
- 제10항에 있어서, 상기 제1 반도체 레이저는,상기 제1 전류 펄스에 상응하여 턴 온되어 상기 제1 파장을 가지는 레이저 빔을 출력하고, 상기 레이저 빔의 출력을 측정한 후 측정된 출력에 상응하는 광전류값을 제1 전류 보상부에 제공하는 것을 특징으로 하는 레이저 침 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 제1 전류 보상부는상기 광전류값을 기준 광 전류값과 연산하여 전류 증가분 또는 전류 감소분에 상응하는 제1 전압제어신호를 생성한 후 상기 제1 정전류 공급부에 제공하거나, 상기 생성된 제1 전압제어신호를 상기 제1 펄스제어신호로 변환하여 상기 프로세서에 제공하는 것을 특징으로 하는 레이저 침 장치.
- 제10에 있어서, 상기 제1 반도체 레이저는635 nm, 650 nm, 654 nm, 655 nm, 658 nm, 660 nm, 670 nm 및 690 nm 파장 중 어느 하나의 파장을 가지는 레이저 빔을 출력하는 것을 특징으로 하는 레이저 침 장치.
- 삭제
- 제10항에 있어서, 상기 제2 반도체 레이저는530 nm 내지 555 nm 에 속하는 파장을 가지는 녹색 계열의 레이저 빔 또는 800 nm 내지 890 nm에 속하는 파장을 가지는 적외선 계열의 레이저 빔을 제공하는 것을 특징으로 하는 레이저 침 장치.
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