KR101530650B1 - 의료용 레이저 조사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 의료용 레이저 조사 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 레이저 광을 발생시키는 레이저다이오드의 냉각을 위해 사용되는 물의 상태를 실시간으로 모니터링하여 문제가 발생하였을 시 즉각 알려줄 수 있도록 함으로써, 고가의 장비가 손상되거나 시술 시 환자에게 통증이 유발되는 것을 사전에 방지할 수가 있다.

Description

의료용 레이저 조사 장치{Medical laser irradiation device}

본 발명은 의료용 레이저 조사 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 피부에 조사되는 광을 발생시키는 레이저다이오드의 냉각을 위한 물의 상태를 실시간으로 모니터링 하여 이상 발생시 경고를 발생시켜 유지 관리가 편리하도록 하는 기술에 대한 것이다.

여드름, 기미, 검버섯, 잡티, 흉터, 악성종양 등의 각종 피부 질환 치료나 원치 않는 털의 영구적인 제거를 위해 레이저 광을 이용한다.

레이저를 이용한 의학적 치료 시에는 광의 파장, 조사 시간 및 출력강도의 조절을 통해 특성에 맞는 치료에 적용된다. 예컨대 제모용 레이저는 색소 선택성을 이용하는데, 레이저의 빔은 피부를 통과하여 모낭에서 열로 전환이 된다. 파장이 길면 투과성이 좋으므로 대부분의 레이저는 적외선 영역을 사용하고, 원리는 모낭의 멜라닌 색소를 태우는 방식이다.

레이저 시술시 사용되는 레이저 광은 레이저 조사 장치의 고출력 레이저다이오드에서 발생된다. 이때 레이저다이오드가 구동될 때에는 높은 열이 발생하며, 이를 식혀주기 위한 냉각 수단이 필요하다.

레이저다이오드의 냉각을 위해 다양한 방식이 적용될 수 있는데, 물을 이용한 수냉방식이 효율이 좋다. 즉 배관을 통해 물을 순환시켜 레이저다이오드와 접촉시켜 열기를 식혀주는 것이다.

하지만 레이저 조사 장치를 장시간 사용할 경우 물의 냉각 효율이 떨어지거나 물의 흐름에 이상이 발생할 수 있는데, 이를 즉시 인지하지 못하고 방치할 경우 고가의 레이저다이오드가 손상되거나 더 나아가 높은 온도에 의해 환자에게 통증이 유발될 수 있는 문제점이 있다.

한편, 의료용 레이저 조사 장치와 관련된 종래기술로는 대한민국 공개특허 제10-2011-0118026호 등이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 레이저다이오드의 냉각을 위해 사용되는 물의 상태를 모니터링하여 문제가 발생하였을 시 즉각 알려줄 수 있도록 함으로써 고가의 장비가 손상되거나 시술 시 환자에게 통증이 유발되는 것을 사전에 방지할 수 있도록 하는 의료용 레이저 조사 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 의료용 레이저 조사 장치는, 광을 발생시키는 레이저다이오드; 상기 레이저다이오드를 구동시키기 위한 전원을 공급하는 드라이버; 상기 레이저다이오드를 냉각시키기 위한 물이 이동되는 배관; 상기 배관으로 공급하기 위한 물을 저장하는 수조; 상기 물을 여과하는 필터; 상기 물을 냉각시키는 냉각수단; 상기 수조에 저장된 물 및 상기 배관을 이동하는 물의 상태를 측정하는 센서부; 및 상기 센서부의 측정값을 통해 상기 물의 상태에 이상이 발생한 것을 확인하면 경고 신호를 출력하는 컨트롤러;를 포함한다.

여기서, 상기 센서부는, 상기 수조의 수위를 측정하는 수위센서; 상기 수조에 저장된 물의 온도를 측정하는 수온센서; 및 상기 배관을 따라 이동하는 물의 유속을 측정하는 유속센서;를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 센서부에서 측정한 수위, 수온 또는 유속이 기준치를 벗어날 경우 경고 신호를 출력할 수 있다.

또한, 상기 센서부는, 상기 물의 저항값을 측정하는 물저항측정센서;를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 센서부에서 측정한 물 저항값이 기준치를 벗어날 경우 상기 필터의 교체시기를 알리는 경고 신호를 출력할 수 있다.

또, 상기 드라이버 및 컨트롤러는 하나의 보드에 통합하여 제작될 수 있다.

본 발명에 따른 의료용 레이저 조사 장치는 레이저 광을 발생시키는 레이저다이오드를 냉각시키기 위한 물의 상태를 실시간 모니터링하고 이상이 발생하면 즉시 경고함으로써, 장시간 사용에 따라 냉각 성능이 저하되어 장비가 손상되거나 환자에게 통증을 유발시킬 수 있는 문제점을 해결할 수가 있다.

특히 냉각 효율을 높이기 위해서는 마이크로관을 통해 접촉 면적을 넓혀주는 것이 좋은데, 장시간 사용에 따라 물이 이온화되면 마이크로관을 통한 흐름이 방해될 수 있다. 이를 위해 유속센서를 통해 물의 흐름 속도를 감시하는 것은 물론, 탈이온화필터를 통해 물이 초극순수로 유지될 수 있도록 하되, 물저항측정센서를 통해 물의 저항값이 떨어지면 즉시 경고를 발생시킴으로써 필터를 즉시 교체하여 성능을 유지시킬 수가 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 의료용 레이저 조사 장치를 설명하기 위한 사시도.
도2는 도1에 도시된 의료용 레이저 조사 장치에서 본체의 구성을 설명하기 위한 블록도.
도3은 도1에 도시된 의료용 레이저 조사 장치에서 핸드피스의 구성을 설명하기 위한 도면.
도4는 레이저다이오드에 적용되는 마이크로관의 일례를 설명하기 위한 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 의료용 레이저 조사 장치를 설명하기 위한 사시도이다. 도1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 의료용 레이저 조사 장치는 본체(100)와 핸드피스(200)로 구성된다.

핸드피스(200)는 시술 부위에 접촉시켜 핸드피스(200)에 마련된 레이저다이오드(211)에서 발생하는 레이저 광을 피부에 조사하기 위해 마련된다. 핸드피스(200)는 연결부(240)와 커넥터(230)를 통해 본체(100)의 접속부(180)에 결합되며, 연결부(240)에 마련된 배관(120)을 통해 냉각수를 공급받거나 케이블을 통해 구동 신호와 전원을 공급받을 수 있다. 핸드피스(200)에 대해서는 도3을 통해 이하에서 다시 설명토록 한다.

본체(100)는 핸드피스(200) 측으로 구동 신호와 전원을 공급하고 핸드피스(200)의 레이저다이오드(211)를 냉각시키기 위한 물을 공급한다.

도2는 본체(100)의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도2에 도시된 바와 같이 본체(100)는 수조(110), 배관(120), 팬(130), 펌프(140), 필터(150), 센서부(111,112,113,160), 통합제어모듈(170) 및 접속부(180)를 포함한다.

수조(110)는 핸드피스(200)에 마련된 레이저다이오드(211)를 냉각시키기 위한 물을 저장하기 위해 마련된다. 수조(110)에는 출수구와 입수구가 각각 마련되어 있으며, 출수구와 입수구에 배관(120)이 연결되어 핸드피스(200) 측으로 물을 보내거나 더워진 물이 회수된다.

배관(120)은 수조(110)와 핸드피스(200)의 레이저다이오드(211) 및 다른 구성들을 연결하여 물이 이동되는 통로를 마련해준다.

팬(130)은 신선한 외부 공기를 본체(100) 내에 유입시키고 더운 공기를 외부로 배출시키기 위해 마련된다. 또한 팬(130)은 레이저다이오드(211)를 거쳐 온도가 올라간 물을 다시 냉각시킨다.

펌프(140)는 수조(110)에 저장된 물을 강제로 순환시켜 핸드피스(200) 측으로 공급하기 위해 마련된다.

필터(150)는 물을 여과하여 초극순수 상태로 유지시켜주기 위해 마련된다. 이를 위해 본 실시예에서는 물의 장시간 사용에 따른 이온화를 방지하기 위해 탈이온화필터(150)가 사용된다.

센서부(111,112,113,160)는 레이저다이오드(211)를 냉각시키기 위해 순환하는 물의 상태를 실시간 모니터링하기 위해 마련된다. 이러한 센서부(111,112,113,160)로 본 실시예에서는 수위센서(111), 물저항측정센서(112), 수온센서(113) 및 유속센서(160)가 사용된다.

수위센서(111)는 수조(110)의 수위를 측정하여 측정된 신호를 통합제어모듈(170)로 전송한다. 즉 지속적인 방열 작용으로 물이 증발하여 수조(110)의 수위가 낮아질 수 있는데, 수위센서(111)를 통한 모니터링으로 수위를 항상 일정 수준으로 유지시킬 수가 있다.

물저항측정센서(112)는 물의 저항값을 측정하여 측정된 신호를 통합제어모듈(170)로 전송하며, 통합제어모듈(170)에서는 물의 저항값을 통해 초극순수 상태를 유지하고 있는지 확인하고 이상이 발생하면 경고하여 탈이온화필터(150)가 교체될 수 있도록 한다.

수온센서(113)는 수조(110)에 저장된 물의 온도를 측정하여 측정된 신호를 통합제어모듈(170)로 전송한다. 즉 장치를 장시간의 방열 작용으로 수온이 상승할 경우 원활한 냉각 성능이 발휘되지 못하게 되는데, 수온센서(113)를 통해 수온 상승을 감시할 수가 있다.

유속센서(160)는 배관(120)의 일 지점에 설치되며, 배관(120)을 통해 흐르는 물의 속도를 측정하여 측정된 신호를 통합제어모듈(170)로 전송한다. 즉 물이 이온화하여 이물질이 발생하면 레이저다이오드(211)에 적용된 마이크로관(212)을 막아 물의 흐름이 방해될 수 있고, 또한 수조(110)에 물이 부족할 경우에도 물의 흐름에 이상이 발생할 수 있는데, 유속센서(160)를 통한 물의 흐름 감시를 통해 물의 유속을 항상 일정하게 유지하여 최적의 상태에서 기기를 운용할 수가 있다.

통합제어모듈(170)은 핸드피스(200)에 마련된 레이저다이오드(211)를 구동시키기 위한 전원을 공급하는 드라이버와 센서부(111,112,113,160)에서 측정된 값을 통해 물의 이상 상태를 확인하고 경고 신호를 출력하는 컨트롤러가 하나의 보드에 통합 제작된 것이다. 드라이버와 컨트롤러가 하나의 보드에 통합 제작됨으로써 구성을 단순화시키고 본체(100)의 크기를 소형화할 수가 있다.

도3은 핸드피스(200)의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도3에 도시된 바와 같이 핸드피스(200)는 크게 레이저 광을 발생시키기 위한 레이저다이오드모듈(210)과, 시술 과정에서 피부에 가해지는 열을 식혀주기 위한 펠티어소자모듈(220)로 구성된다.

레이저다이오드모듈(210)은 도4에 도시된 바와 같이 레이저다이오드(211)를 포함하며, 통합제어모듈(170)로부터 전원이 공급되면 레이저다이오드(211)가 구동하여 레이저 광을 발생시킨다. 레이저다이오드(211)는 시술 목적에 따라 다른 파장을 갖는 광을 발생시키는데, 제모용으로 제작될 경우 808nm의 레이저 광이 출력되도록 설계된다. 또한 레이저다이오드(211)는 다이오드 레이저 바가 복수로 적층 결합된 것이 사용될 수 있으며, 레이저다이오드(211)에서 발생되는 광은 크리스탈 사파이어(미도시)를 통해 집광되고, 크리스탈 사파이어에 코팅된 광필터를 통해 808nm의 특정 파장대 빛만 통과되어 피부로 조사된다.

펠티어소자모듈(220)은 피부에 직접 접촉되는 알루미늄 재질의 접촉팁(222)과 접촉팁(222) 내측에 마련되는 펠티어소자(P1)로 구성된다. 즉 레이저다이오드(211)에서 발생된 광이 피부에 조사되면 피부에 열이 발생하여 통증을 느낄 수 있는데, 펠티어소자(P1)의 구동으로 발생하는 냉기가 접촉팁(222)을 통해 전달되어 피부를 식혀주게 된다.

이상에서 설명한 의료용 레이저 조사 장치의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 수조(110)에 초극순수, 즉 증류수를 적정 수위로 채워 넣는다. 이후 핸드피스(200)의 접촉팁(222)을 시술 부위에 접촉시킨 후 핸드피스(200)의 레버를 당기면 통합제어모듈(170)에서 레이저다이오드(211)를 구동시키기 위한 전원을 공급한다. 전원을 공급받은 레이저다이오드(211)는 레이저 광을 발생시키며, 발생된 빛은 크리스탈 사파이어(미도시)를 거쳐 집광되고, 광필터를 통해 특정 파장대 빛만 통과하여 접촉팁(222) 사이의 피부로 조사된다.

이때 피부에 레이저 광이 가해지면 열이 발생하여 통증이 느껴질 수 있는데, 펠티어소자(P1)의 구동으로 발생된 냉기가 접촉팁(222)을 통해 피부로 전달되어 열기를 식혀주게 된다.

또한 레이저다이오드(211)가 지속적으로 구동되면 고온의 열이 발생된다. 따라서 레이저다이오드(211)를 냉각시키기 위해 수조(110)의 물이 레이저다이오드(211) 측으로 공급된다.

즉 펌프(140)가 구동되어 수조(110)에 저장된 물이 배관(120)을 따라 이동하여 레이저다이오드(211)에 전달된다. 냉각 효율을 높여주기 위해서는 최대한 넓은 면적으로 물과 레이저다이오드(211)가 접촉되어야 한다. 이를 위해 본 실시예에서는 도4에 도시된 바와 같이 배관(120)을 따라 입수된 물이 레이저다이오드(211)에 적용된 마이크로관(212)을 통해 통과할 수 있도록 함으로써, 최대한의 접촉면적으로 열기를 흡수한 후 출수하여 다시 수조(110) 측으로 유입될 수 있도록 하고 있다.

레이저다이오드(211)를 냉각시키고 다시 수조(110)로 유입된 물은 지속적으로 순환되어 다시 레이저다이오드(211)로 전달되는데, 이때 더워진 물은 팬(130)을 통과하면서 냉각된다. 이때 배관(120)이 팬(130)을 통과할 시에도 여러개의 얇은 배관(120)으로 분산된 후 넓은 면적에서 냉기를 전달 받을 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다.

또한 장시간의 방열 작용으로 인해 물이 증발하여 수조(110)의 수위가 낮아질 수 있는데, 이는 수위센서(111)에서 측정하여 통합제어모듈(170)로 전달되고, 통합제어모듈(170)에서 수위가 일정 수준 아래로 낮아진 것을 감지하면 경고 신호를 출력하여 물이 보충될 수 있도록 한다.

또 물이 과도하게 가열되면 냉각 성능이 떨어질 수 있다. 따라서 수온센서(113)를 통해 실시간으로 수온을 감시할 수 있고, 유속센서(160)는 물이 원활한 흐름을 유지하고 있는지 감시한다.

한편 장시간 방열 작용으로 물이 이온화되어 오염되면 이물질에 의해 마이크로관(212)이 막혀 물의 흐름이 방해될 수 있다. 이를 위해 탈이온화필터(150)는 물을 탈 이온화시켜 초극순수 상태를 유지토록 한다. 하지만 필터(150)의 수명이 다하면 물의 여과 성능이 저하되어 이물질이 발생하게 되고, 마이크로관(212)이 막혀 냉각 효율이 급격하게 떨어질 수 있다.

이를 위해 물저항측정센서(112)는 물의 저항값을 측정하여 통합제어모듈(170)로 측정된 신호를 전달하고, 통합제어모듈(170)은 물 저항값이 기준치를 벗어날 경우 필터(150)의 교체시기가 다가왔음을 알린다. 즉 탈이온화필터(150)의 성능이 저하되어 물에 이물질 성분이 높아지면 물 저항값은 낮아진다. 따라서 통합제어모듈(170)은 물저항측정센서(112)에서 측정된 물 저항값이 미리 설정된 기준치 이하로 떨어지면 탈이온화필터(150)의 수명이 다하여 물이 오염되었다는 경고 신호를 발생시킴으로써 필터(150)의 교체가 이루어지도록 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 의료용 레이저 조사 장치는 레이저 광을 발생시키는 레이저다이오드(211)를 냉각시키기 위한 물의 상태를 실시간 모니터링하고 이상이 발생하면 즉시 경고함으로써, 장시간 사용에 따라 냉각 성능이 저하되어 장비가 손상되거나 환자에게 통증을 유발시킬 수 있는 문제점을 해결할 수가 있다.

특히 냉각 효율을 높이기 위해서는 마이크로관(212)을 통해 접촉 면적을 넓혀주는 것이 좋은데, 장시간 사용에 따라 물이 이온화되면 마이크로관(212)을 통한 흐름이 방해될 수 있다. 이를 위해 유속센서(160)를 통해 물의 흐름 속도를 감시하는 것은 물론, 탈이온화필터(150)를 통해 물이 초극순수로 유지될 수 있도록 하되, 물저항측정센서(112)를 통해 물의 저항값이 떨어지면 즉시 경고를 발생시킴으로써 필터(150)를 즉시 교체하여 성능을 유지시킬 수가 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

100 : 본체
110 : 수조
111 : 수위센서
112 : 물저항측정센서
113 : 수온센서
120 : 배관
130 : 팬
140 : 펌프
150 : 필터
160 : 유속센서
170 : 통합제어모듈
180 : 접속부
200 : 핸드피스
210 : 레이저다이오드모듈
211 : 레이저다이오드
212 : 마이크로관
220 : 펠티어소자모듈
P1 : 펠티어소자
222 : 접촉팁
230 : 커넥터
240 : 연결부

Claims (4)

1. 광을 발생시키는 레이저다이오드;
   상기 레이저다이오드를 구동시키기 위한 전원을 공급하는 드라이버;
   상기 레이저다이오드를 냉각시키기 위한 물이 이동되는 배관;
   상기 배관으로 공급하기 위한 물을 저장하는 수조;
   상기 물을 여과하는 필터;
   상기 물을 냉각시키는 냉각수단;
   상기 수조에 저장된 물 및 상기 배관을 이동하는 물의 상태를 측정하는 센서부; 및
   상기 센서부의 측정값을 통해 상기 물의 상태에 이상이 발생한 것을 확인하면 경고 신호를 출력하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 레이저 조사 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 센서부는,
   상기 수조의 수위를 측정하는 수위센서;
   상기 수조에 저장된 물의 온도를 측정하는 수온센서; 및
   상기 배관을 따라 이동하는 물의 유속을 측정하는 유속센서;를 포함하고,
   상기 컨트롤러는 상기 센서부에서 측정한 수위, 수온 또는 유속이 기준치를 벗어날 경우 경고 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 의료용 레이저 조사 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 센서부는,
   상기 물의 저항값을 측정하는 물저항측정센서;를 포함하고,
   상기 컨트롤러는 상기 센서부에서 측정한 물 저항값이 기준치를 벗어날 경우 상기 필터의 교체시기를 알리는 경고 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 의료용 레이저 조사 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 드라이버 및 컨트롤러는 하나의 보드에 통합하여 제작되는 것을 특징으로 하는 의료용 레이저 조사 장치.

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