KR101894150B1 - 다광자 특성을 이용한 안과용 진단 및 치료장치 - Google Patents

다광자 특성을 이용한 안과용 진단 및 치료장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101894150B1
KR101894150B1 KR1020160152135A KR20160152135A KR101894150B1 KR 101894150 B1 KR101894150 B1 KR 101894150B1 KR 1020160152135 A KR1020160152135 A KR 1020160152135A KR 20160152135 A KR20160152135 A KR 20160152135A KR 101894150 B1 KR101894150 B1 KR 101894150B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
diagnostic
treatment
diagnostic light
power
Prior art date
Application number
KR1020160152135A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180054319A (ko
Inventor
김기현
김명준
이준호
이승훈
제갈욱
Original Assignee
포항공과대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 포항공과대학교 산학협력단 filed Critical 포항공과대학교 산학협력단
Priority to KR1020160152135A priority Critical patent/KR101894150B1/ko
Priority to PCT/KR2016/014599 priority patent/WO2018092973A1/ko
Publication of KR20180054319A publication Critical patent/KR20180054319A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101894150B1 publication Critical patent/KR101894150B1/ko

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/13Ophthalmic microscopes
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/06Radiation therapy using light
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/06Radiation therapy using light
    • A61N5/0601Apparatus for use inside the body
    • A61N5/0603Apparatus for use inside the body for treatment of body cavities
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/06Radiation therapy using light
    • A61N5/0613Apparatus adapted for a specific treatment
    • A61N5/0624Apparatus adapted for a specific treatment for eliminating microbes, germs, bacteria on or in the body
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6402Atomic fluorescence; Laser induced fluorescence
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
    • G01N21/6458Fluorescence microscopy
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/18Arrangements with more than one light path, e.g. for comparing two specimens

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

본 발명은, 플루오로퀴놀론계의 항생제가 투여된 안구에 진단광을 조사하며, 플루오로퀴놀론계의 항생제의 작용으로 형광 발현된 원인균에 치료광을 조사하도록 구성되는 안과용 진단 및 치료장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 안과용 진단 및 치료장치는 플루오로퀴놀론계의 항생제를 이용하여 진균을 이광자 현미경으로 신속하게 확인이 가능하고, 펨토초 레이저를 이용하여 치료가 가능하므로 신속하고 정확한 치료를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

다광자 특성을 이용한 안과용 진단 및 치료장치{THE APPARATUS OF OPTICAL DIAGNOSIS AND TREATMENT USING MULTI-PHOTON PROPERTY}
본 발명은 안과용 진단 및 치료장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 형광 발현된 원인균을 찾고 치료하는 안과용 진단 및 치료장치에 관한 것이다.
각막을 비롯한 인체기관에서 세균, 진균 등에 의한 감염이 있는 경우 이의 정확한 감염 원인균의 반별을 위해서 시료를 채취, 배양 및 염색을 통해 원인균을 구별하는 방법이 널리 이용되고 있다. 그러나 이는 검사결과 확인까지 수 일 이상 걸리게 되어 많은 리소스 활용이 요구된다. 한편, 각막염의 치료는 조기 치료가 매우 중요하므로 많은 시간이 소요되는 기존의 검사방법은 성공적인 치료결과를 보증할 수 없게 된다. 나아가 진균 각막염의 경우 항진균제 기반 치료법은 치료기간이 길며, 깊은 염증의 경우 치료의 어려움이 있었다.
최근에는 각막염의 조기 진단을 위해 공초점 현미경(CONFOCAL MICROSCOPY)의 고해상도 영상을 통해 각막 원인균을 동정하는 진단법이 전임상과 임상에서 사용되고 있다. 또한 각막염 치료시 항생제 또는 항 진균제 등 약물을 기반으로 한 각막염 치료법을 보완하는 레이저 치료법이 개발되어 적용되고 있으며, 레이저 치료와 약물 치료를 병행하여 항균제의 침투력을 높이는 치료에 대한 연구가 진행이 되고 있다.
이러한 종래기술과 관련하여 펨토초 레이저로 안과 질환을 치료하는 장치가 대한민국 등록특허 제1,315,736호에 개시되어 있다. 그러나 종래에 공초점 현미경 기반 원인균 동정법은 염증으로 인해 혼탁해진 각막에서는 광산란으로 영상품질이 저하되어 세포와 진균의 구별이 어려운 경우가 있었으며, 레이저 치료법의 경우 레이저광이 조사되는 부분이 필요이상으로 넓게 손상되어 흉터가 발생하는 등의 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제1,315,736호
본 발명은 종래의 각막염 진단 및 치료시에 발생하는 진균의 구별의 어려움 및 필요이상으로 손상되는 문제점을 해결하기 위한 펨토초 레이저를 이용하는 이광자 현미경 기반의 각막염 진단 및 레이저 치료 시스템을 제공하는 것에 있다.
상기 과제의 해결 수단으로서, 플루오로퀴놀론계의 항생제가 투여된 안구에 진단광을 조사하며, 플루오로퀴놀론계의 항생제의 작용으로 형광 발현된 원인균에 치료광을 조사하도록 구성되는 안과용 진단 및 치료장치가 제공될 수 있다.
이때, 진단광은 펨토초(femtosecond) 범위의 펄스 지속시간을 가지는 레이저이며, 형광 발현된 원인균은 다광자 현미경(multiphoton-photon microscopy) 영상으로 확인될 수 있다.
그리고 치료광은 진단광보다 큰 파워를 전달하여 원인균을 사멸할 수 있도록 구성될 수 있다.
나아가 진당광 및 치료광은 플로오로퀴놀론계의 항생제의 이광자 형광 혹은 삼광자 형광 특성에 따라 다르게 사용한다. 이광자의 경우 티타늄-사파이어 레이저와 같은 800nm 대 파장의 펨토초 레이저를 사용하며, 삼광자의 경우 기존의 라식 및 라섹 레이저 절개시스템에 적용되는 안과 각막 수술기계의 광원인 1030nm, 1050nm 파장을 사용될 수 있다.
진단광은 6mW 이하의 파워의 펨토초 레이저일 수 있다.
한편, 이광자 현미경으로 형광 발현된 원인균의 위치를 파악하며, 치료광은 원인균의 위치에 국소적으로 조사되어 원인균을 사멸시키도록 구성될 수 있다.
이때, 플루오로퀴놀론계 항생제는 목시플록사신(Moxifloxacin)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 원인균은 진균(aspergillus fumigatus)를 포함할 수 있다.
나아가, 진균은 이광자 현미경 영상으로 확인시 자가 형광 기반인 경우보다 10배 이상의 영상신호를 획득 가능하도록 목시플록사신(Moxifloxacin)을 포함한 플루오로퀴놀론계 항생제를 안구에 투여한 뒤 10분 내지 30분 사이에 진단광을 조사하도록 구성될 수 있다.
그리고, 진단광 및 치료광은 레이저 조사부로부터 조사되며, 이광자 현미경은 레이저 조사부와 경로의 일부를 공유하도록 구성될 수 있다.
여기서 레이저 조사부는, 레이저 발생부, 감쇠기(attenuator), 셔터, 콜리메이터(collimator), x-y 스캐너, 대물렌즈를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 이광자 현미경은 대물렌즈를 통하여 수광된 광이 x-y 스캐너와 대물렌즈 사이에 구비된 다이클로익 미러(dichroic mirror)에 의해 광 경로로부터 분리되어 수광될 수 있다.
또한 이광자 현미경은 광전증배관(photomultiplier tube) 또는 CCD 센서를 통하여 영상화하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 안과용 진단 및 치료장치는 플루오로퀴놀론계의 항생제를 이용하여 진균을 이광자 현미경으로 신속하게 확인이 가능하고, 펨토초 레이저를 이용하여 치료가 가능하므로 신속하고 정확한 치료를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예인 안과용 진단 및 치료장치의 개념도이다.
도 2는 제1 실시예의 사용예이다.
도 3은 목시플록사신 및 가티플록사신의 구조식 및 화학식이 도시된 도면이다.
도 4는 목시플록사신의 이광자 여기 및 스펙트럼 그래프이다.
도 5는 진균의 이광자 현미경 데이터이다.
도 6은 토끼 각막염 Ex-vivo 이광자 현미경 데이터이다.
도 7은 본 발명에 따른 제2 실시예의 개념도이다.
도 8은 본 발명에 따른 제3 실시예의 개념도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 안과용 진단 및 치료장치에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예인 안과용 진단 및 치료장치의 개념도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 실시예인 안과용 진단 및 치료 장치는 레이저 조사부(100)와 다광자 현미경(200)을 포함하여 구성될 수 있다.
레이저 조사부(100)는 펨토초 레이저를 발생시켜 조사할 수 있도록 구성되고, 다광자 현미경(200)은 조직으로부터 수광된 광을 레이저 조사부(100)의 광 경로와 분리하여 처리할 수 있도록 레이저 조사부(100)와 광경로의 일부를 공유한다.
레이저 조사부(100)는 레이저 발생부(110), 감쇠기(attenuator), 셔터, 콜리메이터(collimator), x-y 스캐너, 다이클로익 미러(120)(dichroic moirror), 대물렌즈(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
레이저 발생부(110)는 후술할 진단광 및 치료광으로 사용되는 펨토초 레이저를 선택적으로 발생시킬 수 있도록 구성되며, 이하에서는 780nm의 파장을 갖는 펨초토 레이저를 적용한 실시예에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.
진단광과 조사광은 780nm의 파장을 갖는 펨초토 레이저를 사용할 수 있으며, 이때 파워를 변화시켜 조사시와 치료시 효과를 달리하도록 구성된다. 조사광은 진균의 위치파악을 위해 사용되며, 불필요한 세포의 손상을 초소화 할 수 있도록 제1 파워 이하의 파워로 조사된다. 이후 진균의 위치가 파악되는 경우 진균을 사멸시킬 수 있도록 제1 파워보다 큰 제2 파워로 조사된다. 한편 이러한 제1 파워 및 제2 파워는 필요에 따라 변화될 수 있으므로 상세한 수치에 대한 설명은 생략하도록 한다.
레이저 발생부(110)에서 발생한 레이저는 감쇠기(attenuator)에서 이광자 형광 영상의 촬영을 위하여 레이저 발생부(110)에서 발생된 레이저를 낮은 에너지로 감소되며, 셔터, 콜리메이터를 거친 후 x-y 스캐너로 광학영상을 위한 빔 스캐닝이 되도록 구성된다. 이후 레이저 빔은 각종 렌즈와 다이클로익 미러(120)(dichroic mirror), 대물렌즈(130)를 거쳐 안구(10)에 초점이 맺도록 조사된다.
이광자 현기명은 레이저 발생부(110)와 레이저 경로의 일부를 공유하며, 대물렌즈(130)로부터 스캐닝동안 안구(10)에서 발생된 항생제 형광신호 및 각막의 콜라겐에 의한 SHG(Second- Harmonic Generation) 신호가 다이클로익 미러(120)에서 구분되어 광센서인 광전증배관(Photomultiplier tube:PMT)이나 CCD 센서를 이용하여 영상화되도록 구성된다. 한편, 이러한 다광자 현미경을 구성하는 구성요소는 공개된 구성요소와 동일하게 구성될 수 있어 더 이상의 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 2는 제1 실시예의 사용예이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 실시예는 각막염의 원인균(20)을 형광염색하며, 조사광을 조사하여 스캐닝하고 치료광을 조사하도록 구성될 수 있다.
형광염색은 플루오로퀴놀론계 항생제를 이용하여 수행될 수 있으며, 목시플록사신, 가티플록사신, 페플록사신, 디플록사신, 노플록사신, 시프로플록사신, 오플록사신 및 엔로플록사신 등이 이용될 수 있다. 이 중 가시광선 영역에서 발현되거나, 가시광선 영역을 포함하는 다광자 형광의 발현이 가능한 항생제를 이용하여 수행되는 것이 바람직하며, 특히 가장 신호가 강한 항생제를 이용하는 것이 신속한 진단에 도움이 된다.
이후 낮은 파워의 펨토초 레이저인 조사광을 병변부위에 조사하여 스캐닝하고 원인균(20)을 파악하게 된다. 이후 치료시에는 높은 파워의 펨토초 레이저인 치료광을 원인균(20)의 위치하는 부분에 국소적으로 조사하여 불필요한 각막세포 파괴를 최소화 하면서 원인균(20)을 사멸시킬 수 있게 된다.
도 3은 목시플록사신(a) 및 가티플록사신(b)의 구조식 및 화학식이 도시된 도면이며, 도 4는 목시플록사신의 이광자 여기 및 스펙트럼 그래프이다. 여기서 도면에 사용된 scale bar 는 모두 100㎛ 이다.
플루오로퀴놀론계 항생제는 하나의 고에너지 입사 광자로 하나의 형광광자를 발생시키는 단광자 형광을 가지고 있다. 이때 비선형 형광인 이광자 형광, 삼광자 형광 등 저에너지 입사 광자들이 공조를 통해 하나의 형광 광자를 발생시키는 다광자 형광 특성 또한 가지므로 이를 이용하여 원인균 진단에 이용하게 된다.
도 4의 (a)는 목시플록사신 및 가티플록사신의 여기 스펙트럼(excitation spectrum)을 보여준다. 여기서 X축은 실험에서 사용된 펨토초 레이저광원의 파장(nm)을 나타내며, Y축은 펨토초 레이저 파장의 측정 범위인 700nm 내지 800nm에서의 이광자 여기 형광(two-photon excited fluorescence, TPF)의 정도(a.u.)이다. 여기서 목시플록사신 및 가티플록사신은 700 ~ 800 nm 범위의 광원을 흡수한 경우, 파장이 길어질 수 록 파장에 따라 형광의 정도가 작아지게 된다. 따라서 파장이 긴 경우 동일한 여기 형광 정도를 발현하기 위해 더 큰 파워를 인가하는 것이 바람직 하다.
도 4의 (b)는 펨토초 레이저를 목시플록사신 및 가티플록사신에 가하였을 때, 각 항생제의 형광 발현 정도를 나타내는 스펙트럼 (emission spectrum)을 보여준다. X축은 파장(nm), Y축은 이광자 여기 형광(two-photon excited fluorescence, TPF)의 정도(a.u.)를 나타낸다. 이와 같이 펨토초 레이저를 가하는 경우, 목시플록사신과 가티플록사신은 주로 450 ~ 650 nm 사이의 파장의 형광 신호가 주로 발현되며, 약 520 nm의 파장이 가장 강하게 발현되는 것이 확인되었다. 또한 목시플록사신이 가티플록사신을 비교하면 목시플록사신의 형광 발현이 훨씬 뛰어나므로 신속한 진단을 위하여 목시플록사신을 이용하는 것이 바람직 할 것이다.
한편, 목시플록사신은 높은 aqueous solubility와, 높은 lipophilicity를 가지고 있어 각막에 점안하면 각막을 잘 투과하고, 각막 내 세포 및 다른 세포들에 높은 농도를 가지게 되며 다광자 현미경(200)의 각막 내 세포 영상화에 도움이 된다. 이때 안구(10)에 목시플록사신을 투여한 뒤 10분 내지 30분의 염색시간을 거친 후 영상화를 수행하는 것이 바람직하다.
도 5는 진균의 다광자 현미경(200) 데이터이다. 도 5 (a) 내지 (c)는 aspergillus fungus에 대한 다광자 현미경(200) 데이터이며, 도 5 (d) 내지 (f)는 candida fungus에 대한 다광자 현미경(200) 데이터 이다.
aspergillus fungus와 관련하여, 필라멘트 모양의 구조가 5 (a) 자가 형광의 이미지, 도 5 (b)는 목시플록사신으로 염색한 경우 여기 형광에서 확인할 수 있게 된다. 도 5 (c)에는 자가형광과 목시플록사신으로 염색한 경우 여기형광의 신호 크기 차이가 9배 이상 발생되는 결과가 나타나 있다.
candica fungus와 관련하여, 원형으로 이루어진 구조를 확인할 수 있으며, aspergillus fungus의 경우와 유사하게 5 (d) 자가 형광의 이미지, 도 5 (e)는 목시플록사신으로 염색한 경우 여기 형광에서 확인할 수 있게 된다. 도 5 (f)에는 자가형광과 목시플록사신으로 염색한 경우 여기형광의 신호 크기가 12배 이상 차이가 난 결과가 나타나 있다.
이와 같이 목시플록사신을 사용한 다광자 현미경(200) 영상은 자가형광 기반의 다광자 현미경(200) 형상과 유사하게 획득될 수 있으며, 이때 펨토초 레이저의 조사광을 조사한 이후에는 자가 형광의 경우보다 약 10배 정도 또는 그 이상의 영상신호가 증대된다.
한편 이와같은 자가형광시의 영상신호를 획득하기 위해서 조사된 펨토초 레이저는 780nm 파장을 기준으로 목시플록사신으로 염색하지 않은 경우 30mW의 파워로 인가되었으며, 목시플록사신으로 염색된 경우에는 6mW의 파워로 인가되었다. 이때, 전술한 바와 같이, 진단광 자체는 파워가 높은 경우 건강한 세포의 불필요한 파괴를 야기할 수 있어 낮은 파워의 레이저를 이용하는 것이 바람직한데, 목시플록사신으로 염색된 경우 자가 형광인 경우의 1/5 정도의 파워로도 강한 신호를 획득할 수 있게 된다.
나아가 동일한 품질의 영상을 획득하는 시간도 10배 이상 단축될 수 있어 candica fungus및 aspergillus fungus에 대하여 실시간으로 파악 및 사멸이 가능하다.
도 6은 토끼 각막염 Ex-vivo 다광자 현미경(200) 데이터이다. 토끼의 각막에 aspergillus fungus의 감염을 시킨 후 다광자 현미경(200) 영상을 획득한 영상 및 그래프가 도시되어 있다.
도 6 (a) 내지 (c)는 자가형광인 경우에 영상이며 도 6의 (d) 내지 (f)는 목시플록사신으로 염색한 후의 여기 형광인 경우의 영상이다. (a)와 (d), (b) 와 (e), (c) 와 (f) 는 각각 대응되는 부분의 영상이며 목시플록사신으로 염색한 이후의 경우에 필라멘트 형상의 aspergillus fungus cell을 용이하게 파악할 수 있다. 이때 도 6 (g)에는 목시플록사신으로 염색한 경우 영상신호의 크기가 깊이에 무관하게 5배 내지 10배 정도가 될 수 있다.
전술한 실시 예에서는 780nm의 파장을 갖는 펨초토 레이저를 이용하여 진단광과 치료광을 조사하는 안과용 진단 및 치료장치에 대하여 설명하였으나, 이하에서는 다른 파장의 진단광 및 치료광을 적용하는 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명에 따른 제2 실시예의 개념도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제2 실시예는 이광자 특성을 이용하여 진단하며, 1030nm 또는 1050nm 의 파장을 갖는 치료광을 이용하게 된다.
본 발명에 따른 제2 실시예는 두 개의 다른 파장을 갖는 레이저를 진단광과 치료광으로 사용할 수 있도록 레이저 발생부가 진단광 발생부 및 치료광 발생부를 포함하여 구성될 수 있다.
진단광 발생부는 이광자 특성을 이용할 수 있도록 780nm 의 파장을 갖는 펨초토 레이저를 발생시켜 목시플록사신으로 염색된 병변부위를 촬영할 수 있도록 구성된다. 이때 진단광의 파워는 전술한 실시예에서와 동일하게 6mW 이하로 설정될 수 있다.
치료광 발생부는 안과에서 쓰이고 있는 1030nm 내지 1050nm 의 파장을 갖는 펨토초 레이저를 발생시킨다. 이때 진단광과 치료광은 광경로의 대부분을 공유하여 안구에 조사된다.
한편, 이광자 특성에 의한 형광발현을 촬영하기 위하여 다광자 현미경이 구비되며, 이와 관련된 구성은 제1 실시예와 동일하게 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 제3 실시예의 개념도이다. 도시된 바와 같이, 삼광자 특성을 이용하여 진단을 할 수 있도록 구성되며, 이때 진단광과 치료광은 1030nm 또는 1050nm로 동일한 파장을 이용할 수 있게 된다. 다만, 진단광은 병변부위의 손상을 방지할 수 있도록 치료광보다 낮은 파워로 인가될 수 있도록 구성된다.
이와 같이 구성된 경우 기존 장비의 출력을 조절하여 목시플록사신으로 염색된 원인균의 위치를 신속하고 정확하게 파악할 수 있게 된다. 이때 이광자 특성을 이용하는 경우 780nm 파장으로 6mW 이하의 파워를 이용하게 되나, 도 4 (a)에서 설명한 바와 같이, 1030nm 또는 1050nm에서는 여기 형광 의 정도가 낮아 더 큰 파워를 인가해야 한다. 이때 이광자 특성을 이용할 때와 유사한 형광 발현을 얻기 위해서는 1030nm 또는 1050nm의 파장 및 약 30mW의 파워의 레이저가 인가될 수 있다. 이후 치료광의 조사는 진단광의 30mW 보다 큰 파워로 인가된다.
한편, 본 실시예에서도 촬영을 위하여 다광자 현미경이 구비될 수 있으며, 그 구성은 전술한 실시예와 동일하게 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 안과용 진단 및 치료장치는 목시플록사신에 의해 염색된 후 레이저를 조사하고, 다광자 특성을 이용하여 여기 형광을 발현하여 원인균의 위치를 파악하고 치료할 수 있어 신속하고 정확한 치료가 가능한 효과가 있다.
10: 안구
20: 원인균
100: 레이저 조사부
110: 레이저 발생부
111: 진단광 발생부
112: 치료광 발생부
120: 다이클로익 미러
130: 대물렌즈
200: 다광자 현미경

Claims (16)

  1. 플루오로퀴놀론계의 항생제가 투여된 뒤 소정시간이 지난 안구에 진단광을 조사하며,
    상기 플루오로퀴놀론계의 항생제의 작용으로 다광자(multi-photon) 특성에 의해 형광 발현된 원인균에 치료광을 조사하도록 구성되는 안과용 진단 및 치료장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 진단광은 상기 다광자 특성을 이용하여 상기 원인균을 400nm 내지 700nm 파장으로 형광 발현시키며,
    현미경을 이용하여 상기 형광 발현된 원인균의 위치를 파악하며,
    상기 치료광은 상기 원인균의 위치에 국소적으로 조사되어 상기 원인균을 사멸시키는 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 플루오로퀴놀론계 항생제는 목시플록사신(Moxifloxacin)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 원인균은 진균(aspergillus fumigatus)를 포함하는 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 진균은 영상으로 확인시 자가 형광 기반인 경우보다 10배 이상의 영상신호를 획득 가능하도록 목시플록사신(Moxifloxacin)을 포함한 플루오로퀴놀론계 항생제를 안구에 투여한 뒤 10분 내지 30분 사이에 진단광을 조사하는 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 진단광은 상기 원인균에 이광자 특성 또는 삼광자 특성에 의해 형광 발현될 수 있도록 700nm 내지 1050nm 중 하나의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 치료광 및 상기 진단광을 발생시키는 레이저 발생부를 더 포함하며,
    상기 치료광과 상기 진단광은 동일한 파장의 레이저이며,
    상기 치료광의 파워는 상기 진단광의 파워보다 센 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 진단광을 발생시키는 진단광 발생부 및
    상기 치료광을 발생시키는 치료광 발생부를 더 포함하며,
    상기 진단광과 상기 치료광의 파장은 서로 다른 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  9. 제7 항 또는 제8 항에 있어서,
    상기 진단광은 펨토초(femtosecond) 펄스폭을 가지며, 상기 원인균에 이광자 특성을 발현시킬 수 있도록 티타늄-사파이어 레이저 광원을 이용하여 발생되는 780nm 의 파장의 레이저인 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 진단광의 파워는 6mW이하이며, 상기 치료광의 파워는 상기 진단광의 파워보다 큰 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  11. 제7 항 또는 제8 항에 있어서,
    상기 진단광은 상기 원인균에 삼광자 특성을 발현시킬 수 있도록 1030nm 또는 1050nm 의 파장의 레이저인 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 진단광의 파워는 50mW 이하이며, 상기 치료광은 상기 진단광의 파워보다 큰 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  13. 제7 항에 있어서,
    상기 진단광의 광 조사 경로는 상기 치료광의 광 조사 경로와 동일하며,
    촬영시에는 대물렌즈로부터 수광된 광을 다이클로익 미러(dichroic mirror)에 의해 상기 광 조사 경로로부터 분리된 광을 수광하는 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 진단광의 광 조사 경로는 상기 치료광의 광 경로중 동일한 부분을 일부 포함하며,
    상기 진단광의 경로를 구성하는 진단광 조사부는 진단광 발생부, 감쇠기(attenuator), 셔터, 콜리메이터(collimator), x-y 스캐너, 대물렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 영상의 획득은 상기 대물렌즈를 통하여 수광된 광이 상기 다이클로익 미러(dichroic mirror)에 의해 상기 광 경로로부터 분리된 광을 촬영하여 수행되는 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  16. 제7 항 또는 제8 항에 있어서,
    상기 영상의 획득은 광전증배관(photomultiplier tube) 또는 CCD 센서를 통하여 영상화하는 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
KR1020160152135A 2016-11-15 2016-11-15 다광자 특성을 이용한 안과용 진단 및 치료장치 KR101894150B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160152135A KR101894150B1 (ko) 2016-11-15 2016-11-15 다광자 특성을 이용한 안과용 진단 및 치료장치
PCT/KR2016/014599 WO2018092973A1 (ko) 2016-11-15 2016-12-13 다광자 특성을 이용한 안과용 진단 및 치료장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160152135A KR101894150B1 (ko) 2016-11-15 2016-11-15 다광자 특성을 이용한 안과용 진단 및 치료장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180054319A KR20180054319A (ko) 2018-05-24
KR101894150B1 true KR101894150B1 (ko) 2018-08-31

Family

ID=62145531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160152135A KR101894150B1 (ko) 2016-11-15 2016-11-15 다광자 특성을 이용한 안과용 진단 및 치료장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101894150B1 (ko)
WO (1) WO2018092973A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10859498B2 (en) * 2019-02-28 2020-12-08 Postech Academy-Industry Foundation Method for visualization of conjunctival cells using fluoroquinolone antibiotics and method for diagnosis of ocular lesions using the same
CN111678895B (zh) * 2020-05-30 2021-09-21 华南理工大学 一种近红外双光子、三光子多色光光学成像系统和方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002159447A (ja) * 2001-11-13 2002-06-04 Santen Pharmaceut Co Ltd 眼組織におけるキノロン系抗菌剤の定量法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7353829B1 (en) * 1996-10-30 2008-04-08 Provectus Devicetech, Inc. Methods and apparatus for multi-photon photo-activation of therapeutic agents
NZ336113A (en) * 1996-12-11 2000-12-22 Pharmacyclics Inc Use of a texaphyrin in ocular diagnosis and therapy
KR101118146B1 (ko) * 2009-12-04 2012-03-12 한국표준과학연구원 레이저를 이용한 안구 질환 치료 장치 및 레이저를 이용한 안구 질환 진단 장치
KR101315736B1 (ko) 2011-05-30 2013-10-14 주식회사 한빛나노바이오테크 펨토레이저를 이용한 안구 치료 장치
CN105579063A (zh) * 2013-06-05 2016-05-11 法尔哈德·哈菲泽 包括光活化活性组分的施用组合物的方法和具有给予药物组合物的方案的药物组合物

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002159447A (ja) * 2001-11-13 2002-06-04 Santen Pharmaceut Co Ltd 眼組織におけるキノロン系抗菌剤の定量法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018092973A1 (ko) 2018-05-24
KR20180054319A (ko) 2018-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10292865B2 (en) Nonlinear optical photodynamic therapy (NLO-PDT) of the cornea
KR101781261B1 (ko) 플루오로퀴놀론계 항생제의 용도
KR101894150B1 (ko) 다광자 특성을 이용한 안과용 진단 및 치료장치
US20110224519A1 (en) Low-oxygen-region-analysis method and apparatus by time-resolved-measurement of light-induced-autofluorescence from biological-sample
Masihzadeh et al. A multiphoton microscope platform for imaging the mouse eye
CN106214323A (zh) 激光治疗装置
Peterson et al. Detection of singlet oxygen luminescence for experimental corneal rose bengal photodynamic antimicrobial therapy
Wang et al. Corneal multiphoton microscopy and intratissue optical nanosurgery by nanojoule femtosecond near-infrared pulsed lasers
Ammar et al. Imaging the intact mouse cornea using coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS)
Wang et al. Multiphoton microscopy for monitoring intratissue femtosecond laser surgery effects
Hong et al. Noninvasive and noncontact sequential imaging of the iridocorneal angle and the cornea of the eye
Wang et al. Imaging directed photothermolysis through two‐photon absorption demonstrated on mouse skin–a potential novel tool for highly targeted skin treatment
Jayabalan et al. Retinal safety evaluation of two-photon laser scanning in rats
KR102100697B1 (ko) 플루오로퀴놀론계 항생제를 이용한 생체 조직 촬영 방법 및 이를 위한 생체 조직 촬영 장치
KR102559712B1 (ko) 플루오로퀴놀론계 항생제를 이용한 결막 내 세포영상 검사방법, 이를 이용한 안구 병변에 대한 정보제공방법과 안구병변 치료제 효능 검출방법 및 이를 위한 결막 내 세포영상 검사장치
JP2004113322A (ja) 眼科用治療装置
Podlipec et al. Two-photon retinal theranostics by adaptive compact laser source
US20220260820A1 (en) Combined reflectance confocal and two-photon microscopy system for high-speed high-contrast cellular examination of living tissue and method for high-speed/high-contrast cellular examination of living tissue using the same
KR20180056415A (ko) 플루오로퀴놀론계 항생제의 삼광자 여기현상을 이용한 생체조직 영상화 방법
Newberry et al. Progress on bimodal adaptive optics OCT and two-photon imaging
KR20180056153A (ko) 플루오로퀴놀론계 항생제의 삼광자 여기현상을 이용한 생체조직 영상화 방법
König 1 Brief history of fluorescence lifetime imaging
McAleer et al. Deep machine learning-assisted multiphoton microscopy to reduce light exposure and expedite imaging
KR101867711B1 (ko) 생체조직 영상화 방법 및 장치
Stachowiak et al. In vivo imaging of the human eye using a 2-photon-excited fluorescence scanning laser ophthalmoscope

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant