KR101897869B1 - 비구면거울이 내장된 레이저수술장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 비구면거울이 내장된 레이저수술장치는, 볼록면과 오목면이 안장구조로 굴곡된 단면을 가진 비구면거울; 비구면거울이 내장되고, 인체조직을 잡았다 놓았다 하는 관절 구조를 가진 조직그립부; 및 조직그립부에 연결되어, 비구면거울로 레이저빔을 조사하는 레이저빔조사부를 포함하고, 레이저빔은 한 개의 비구면거울에 의해 확산 및 집속이 동시에 일어나면서 라인빔으로 변환되어 조직그립부에 잡힌 인체조직으로 조사되는 것이 바람직하다.

Description

비구면거울이 내장된 레이저수술장치{Laser Surgery Device equipped with aspherical mirror}
본 발명은 비구면거울이 내장된 레이저수술장치에 관한 것이며, 상세하게는 레이저빔이 반사되는 부분이 소정의 곡률을 가진 볼록면과 오목면으로 이루어진 비구면거울이 내장된 레이저수술장치에 관한 것에 관한 것이다.
기존 생체조직 절제용 수술기기에서는 전류를 생체조직에 인가해, 생체조직을 가열해 절제하는 방식이 사용됐다. 다만, 전류를 이용하는 방식은 절단부위에 과도한 열이 전달되거나, 주변 부위까지 손상되는 문제가 있었다. 이에, 최근 생체조직 절제용 수술기기를 위한 기술은 초음파를 이용하는 방식과 레이저빔을 이용하는 방식으로 발전하고 있다.
초음파를 이용한 생체조직 절제 기술은 압전 결정(piezoelectric crystal)에 수만 Hz의 고주파를 인가하고, 결정에서 생긴 초음파가 기구 끝의 칼날을 움직이고, 칼날이 생체 조직을 절단하는 방식으로 작동한다. 칼날이 고주파로 작동하기 때문에 주변 조직의 손상이 최소화되며, 초음파에 의해 발생하는 열을 이용해 주변 생체조직의 출혈을 즉시 지열할 수 있다.
다만, 초음파 에너지원을 이용한 장비는 초음파 진동에 의한 열을 이용하는 장비로 절제 시간이 짧고, 혈관의 봉합과 커팅 동작이 동시에 이루어지기 때문에 사용하기 편하다는 장점이 있으나, 기구의 진동이 전후방향으로 움직일 수밖에 없기 때문에 기구의 관절화가 불가능한 문제가 있다.
한편, 레이저빔을 이용한 생체조직 절제 기술은 레이저빔이 생체조직에 흡수되면 조직의 온도가 올라가고, 온도가 100℃에 도달하면 조직 내부의 수분이 끓으며 급격히 팽창하고, 수증기 기포에 의해 조직이 터지며 절제되는 방식이다.
레이저빔을 이용한 생체조직 절제 기술은 레이점빔을 0.1 mm까지 매우 작게 집속할 수 있고, 펄스 변조를 통해 조직 내 열 확산 속도보다 짧게 가열할 수 있기 때문에 주변 생체조직의 손상을 최소화할 수 있다. 또한, 절제 직후 레이저빔을 주변 조직에 조사해 즉시 지혈할 수 있다.
다만, 기존 설계에서는 구면 렌즈와 원통형 렌즈를 이용해 한 선상에 레이저빔을 집속하고, 집속된 광을 평면거울을 이용해 생체 조직으로 전달하는 방식이 사용되고 있다. 이러한 방식의 경우에, 구면렌즈, 원통형 렌즈와 거울의 크기에 해당하는 설치 공간과, 구면렌즈의 초점거리 및 원통형 렌즈의 초점거리에 해당하는 공간이 요구된다. 이로 인해, 기존의 광학계에서는 전체길이를 수 cm 이하로 줄이는 소형화 설계가 제한되었다.
일본출원번호 JP2014061214A에는 레이저 핸드피스가 개시되어 있다.
본 발명은 레이저빔이 반사되는 부분이 소정의 곡률을 가진 볼록면과 오목면으로 이루어져, 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울이 내장된 레이저수술장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기존 광학계와 달리 구형렌즈 및 원통형 렌즈의 사용없이도, 레이저빔을 선형으로 집속할 수 있는 비구면거울이 내장된 레이저수술장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
아울러, 본 발명은 하나의 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울만을 이용하여 광섬유에서 제공된 레이저빔을 라인빔으로 변환하여, 광학계의 크기가 최소화된 비구면거울이 내장된 레이저수술장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
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본 발명의 일 실시예에 따른 비구면거울이 내장된 레이저수술장치는, 볼록면과 오목면이 안장구조로 굴곡된 단면을 가진 비구면거울; 비구면거울이 내장되고, 인체조직을 잡았다 놓았다 하는 관절 구조를 가진 조직그립부; 및 조직그립부에 연결되어, 비구면거울로 레이저빔을 조사하는 레이저빔조사부를 포함하고, 레이저빔은 한 개의 비구면거울에 의해 확산 및 집속이 동시에 일어나면서 라인빔으로 변환되어 조직그립부에 잡힌 인체조직으로 조사되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 볼록면에서 반사된 레이저빔은 볼록면의 곡률에 대한 반사각이 가변됨에 따라 선형으로 긴 라인빔을 이루고, 오목면에서 반사된 레이저빔은 오목면의 곡률에 대한 반사각이 가변되어 라인빔 상의 어느 한점에서 집속되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 조직그립부는, 빔전달부가 내장된 제 1 하우징; 및 제 1 하우징에 집게구조로 연결된 제 2 하우징을 포함하고, 제 1 하우징과 제 2 하우징의 집게 동작으로 인체조직을 잡는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제 1 하우징에는 인체조직을 잡는 면에 라인빔이 통과하는 투과개구가 마련되고, 투과개구는 제 1 하우징의 길이방향을 따라 마련된 것이 바람직하다.
본 발명인 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울은 기존 광학계와 달리 구형렌즈 및 원통형 렌즈의 사용없이도, 볼록면과 오목면을 이용하여 광섬유에서 제공된 레이저빔을 라인빔으로 변환할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 레이저빔을 라인빔으로 변환하는 광학계의 전체적인 크기를 최소화할 수 있다. 즉, 본 발명은 기존에 여러 개의 렌즈와 하나의 거울을 이용하여 레이저빔을 라인빔으로 변환하는 경우와 비교하여, 여러 개의 렌즈 간의 초점거리가 반영된 렌즈의 설치공간을 제거하여, 광학계의 크기를 최소화할 수 있다.
아울러, 본 발명은 하나의 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울만을 이용하여 레이저빔을 라인빔으로 변환하는 구조를 통해, 레이저빔이 여러 개의 렌즈를 거치면서 라인빔 형태로 집속되는 과정에서 발생되는 레이저빔의 손실을 방지할 수 있다.
본 발명인 비구면거울이 내장된 레이저수술장치는 관절 구조를 통해 수술 부위에의 접근 및 편리성을 극대화하여 복강뿐만 아니라 경부 등에도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울의 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 A 방향에서 바라본 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울의 측면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 B 방향에서 바라본 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울의 평면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울으로 조사된 레이저빔의 경로를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울의 볼록면에서 반사된 레이저빔의 경로를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울의 오목면에서 반사된 레이저빔의 경로를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울에서 반사된 레이저빔이 도 5 및 도 6에 도시된 경로를 따라 라인빔 형태로 변환된 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울이 내장된 비구면거울이 내장된 레이저수술장치의 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 비구면거울이 내장된 레이저수술장치의 내부에 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울이 내장된 상태에서, 광섬유에서 레이저빔이 조사된 경우에 레이저빔의 경로를 개략적으로 도시한 것이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비구면거울이 내장된 레이저수술장치에 대해 설명하기로 한다.
우선, 이하에서는 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A 방향에서 바라본 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울의 측면도이고, 도 3은 도 1의 B 방향에서 바라본 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울의 평면도이다. 그리고, 도 4 내지 도 6은 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울으로 조사된 레이저빔의 경로를 개략적으로 도시한 것이다.
레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울(100)은 조사된 레이저빔(L1)을 반사하는 거울이다. 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울(100)은 안장구조로 굴곡된 형상을 가진다. 이러한 형상에 의해, 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울(100)의 표면은 소정의 곡률로 올록볼록하게 만곡된 볼록면(111a, 111b)과 오목면(112)으로 구분될 수 있다.
본 명세서에서, 볼록면(111a, 111b)은 도면부호로 지시된 것 이외에, 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울(100)의 전체적인 형상으로 살펴봤을 때 볼록한 모든 부분을 지칭한다. 물론, 오목면(112)도 본 명세서에서 도면부호로 지시된 것 이외에, 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울(100)의 전체적인 형상으로 살펴봤을 때 오목하게 굴곡된 모든 부분을 지칭한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 볼록면(111a, 111b)은 소정의 곡률로 볼록하게 만곡된 면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 볼록면(111a, 111b)은 볼록거울의 형태로, 조사된 레이저빔(L1)을 확산 반사하는 반사면이다. 레이저빔(L1)은 레이저빔조사부(240)에 의해 조사된다. 레이저빔조사부(240)에 대해서는 후술하기로 한다.
레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울(100)의 볼록면(111a, 111b)은 레이저빔(L1)을 단순히 반사하는 것이 아니라, 볼록면의 곡률에 따라 레이저빔(L1)이 확산되도록 반사한다. 볼록면(111a, 111b)에서 반사된 레이저빔(L2)은 선형으로 긴 라인빔(10)을 이룬다.
도 4에 도시된 바와 같이, x축 방향으로 조사된 레이저빔(L1)은 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울(100)의 볼록면(111a, 111b)에 반사되어, z축 방향을 따라 위로 올라가게 반사되면서, x축 방향을 따라 길게 확산된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 볼록면(111a, 111b)에서 반사된 레이저빔(L2)은 볼록면(111a, 111b)의 곡률에 따라 입사각과 반사각이 가변되면서, 도 7에 도시된 바와 같이 선형으로 긴 라인빔(10)을 이룬다. 도 7은 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울에서 반사된 레이저빔이 도 5 및 도 6에 도시된 경로를 따라 라인빔 형태로 변환된 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 오목면(112)은 어느 하나 볼록면(111a)과 이에 인접한 다른 하나의 볼록면(111b) 사이에 굴곡되게 마련된다. 오목면(112)은 소정의 곡률로 오목하게 만곡된 면이다. 오목면(112)은 오목거울의 형태이다.
도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 오목면(112)으로 조사된 레이저빔(L1)은 오목면(112)의 곡률에 따라 입사각과 반사각이 가변되면서 반사된다. 오목면(112)에서 반사된 레이저빔(L3)은 한 점(10a)에서 집속된다. 본 실시예에 따른 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울(100)은, 오목면(112)에서 반사된 레이저빔(L3)이 집속되는 지점(10a)이 라인빔(10) 상에 위치되도록 설계되는 것이 바람직하다.
오목면(112)에서 반사된 레이저빔(L3)이 집속되는 지점(10a)은 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울(100)의 설치되는 광학계의 크기 및 종류에 따라 다양하게 가변될 수 있는바, 본 실시예에서는 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울(100)의 오목면(112)의 볼록면(111a, 111b)의 곡률에 대해서는 특별히 한정하지 않기로 한다.
이하에서는 비구면거울(100)이 내장된 레이저수술장치(200)에 대해 설명하기로 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 비구면거울이 내장된 레이저수술장치(200)는 조직그립부(230), 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울(100) 및 레이저빔조사부(240)로 이루어진다. 비구면거울이 내장된 레이저수술장치(200)는 레이저빔(L1)을 에너지원으로 하여, 조직그립부(230)가 잡은 인체조직을 절제 또는 지혈하는데 사용된다.
레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울(100)은 조직그립부(230)에 내장된다. 레이저빔조사부(240)에서 조사된 레이저빔(L1)은 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울(100)의 볼록면(111a, 111b)과 오목면(112)을 경계로 반사되어 라인빔(10) 형태로, 조직그립부(230)에 의해 잡힌 인체조직으로 조사된다.
레이저빔조사부(240)는 연장부(235)에 내장되어, 레이저빔발생부에 연결된다. 레이저빔조사부(240)는 레이저빔발생부(210)에서 전달된 레이저빔(L1)을 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울(100)으로 조사한다. 레이저빔조사부(240)로는 광섬유가 사용될 수 있다. 레이저빔발생부(210)는 전원인가시 레이저빔(L1)을 생성하는 부재이다. 레이저빔발생부(210)는 컨트롤부재(220)에 의해 레이저빔(L1)의 세기가 조절될 수 있다.
조직그립부(230)는 인체로 삽입되어, 집게 구조로 혈관과 같은 인체조직을 잡았다 놓았다 작동된다. 조직그립부(230)는 제 1 하우징(231)과 제 2 하우징(232)을 구비한다. 제 1 하우징(231)과 제 2 하우징(232)은 조작와이어(237a)에 조작부재(237)에 연결된다.
제 1 하우징(231)과 제 2 하우징(232)은, 조작부재(237)가 조작와이어(237a)를 잡아당기면 접힘상태가 되면 인체조직을 잡고, 조작부재(237)가 조작와이어(237a)를 놓으면 펼침상태가 되어 잡았던 인체조직을 놓도록 작동된다.
제 1 하우징(231)에는 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울(100)이 내장된다. 제 1 하우징(231)에는 인체조직을 잡는 면, 즉 집게동작시 제 2 하우징(232)과 맞닿는 면에 투과개구(231a)가 마련된다.
투과개구(231a)는 제 1 하우징(231)의 길이방향을 따라 마련된다. 투과개구(231a)는 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울(100)에서 반사된 레이저빔(L1)이 통과되는 부분이다. 투과개구(231a)는 레이저빔(L1)이 투과되는 재질을 가진 투과소재(미도시)에 의해 실링된다.
조직그립부(230)에는 연장부(235)와 조작부재(237)가 연결된다. 연장부(235)는 인체 내부로 삽입되는 조직그립부(230)와 외부에 설치된 레이저빔발생부(210)를 연결하고, 인체의 외부에서 조작부재(237)가 연장부(235)에 연결된다.
연장부(235)는 플렉시블하게 이동가능한 관형구조를 가진다.
조작부재(237)는 조직그립부(230)의 집게동작을 조작한다. 조작부재(237)는 조작와이어(237a)에 의해 조직그립부(230)에 연결된다. 조직그립부(230)의 집게동작을 조작하는 것은 공지된 기술로서, 본 명세서에서는 조작부재(237)에 대한 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
비구면거울이 내장된 레이저수술장치(200)는 기존의 광학계와 달리 레이저빔을 확산하는 구면렌즈와 레이저빔을 집속하는 원통형 렌즈 등 여러 개의 렌즈의 사용없이도, 한 개의 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울(100)만을 이용하여 레이저빔(L1)의 확산 및 집속을 동시에 행하여, 레이저빔(L1)을 라인빔(10)으로 변환할 수 있다.
이에 따라, 비구면거울이 내장된 레이저수술장치(200)는, 기존의 광학계에서 여러 개의 렌즈와 한 개의 미러에 의해 수행되던 레이저빔(L1)의 라인빔(10)으로의 변환을, 한 개의 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울(100)만을 이용하여 수행함으로써, 광학계의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 비구면거울이 내장된 레이저수술장치(200)는 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울(100)을 이용하여 레이저빔(L1)의 확산과 집속을 한 번에 수행하여, 기존의 광학계에서 레이저빔(L1)이 여러 개의 렌즈를 통과하면서 발생되는 에너지 손실을 줄일 수 있고, 이에 따라 인체조직의 절제효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 연장부(235)의 유연하게 움직이는 구조를 통해, 조직그립부(230)의 수술부위로의 접근성을 증대시켜, 절제하고자 하는 부분에서 정확하게 절제하여 수술성공률을 증대시킬 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 수술진행자인 의사의 피로도를 줄이고, 의사의 수술집중도를 향상시킬 수 있고, 수술시간을 단축시켜 수술후 환자의 회복도를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 조직그립부(230)의 집게구조, 연장부(235)의 플렉시블한 구조를 통해, 수술 부위에의 접근 및 편리성을 극대화하여 복강뿐만 아니라 경부 등에도 적용할 수 있다.
상기와 같은 구조를 가진 본 발명을 이용하여 혈관절제 및/또는 혈관지혈시술을 진행하는 경우에, 의사는 컨트롤부재(220)를 통해 인체조직의 종류에 따라, 지혈인지 절제인지 여부에 따라 레이저빔(L1)의 세기를 미세하게 조절하여, 인체조직을 정교하게 절제 또는 지혈할 수 있고, 종래에 과도한 레이저빔(L1)을 조사함에 따라 절제하지 않아도 되는 부분까지 절제되는 등 레이저빔(L1)에 의한 주변조직의 손상을 방지할 수 있다.
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
100: 레이저빔을 선형으로 집속하는 비구면거울
111a, 111b: 볼록면 112: 오목면
200: 비구면거울이 내장된 레이저수술장치
210: 레이저빔발생부 220: 컨트롤부재
230: 조직그립부 231: 제 1 하우징
232: 제 2 하우징 235: 연장부
237: 조작부재 240: 레이저빔조사부

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 볼록면과 오목면이 안장구조로 굴곡된 단면을 가진 비구면거울;
    상기 비구면거울이 내장되고, 인체조직을 잡았다 놓았다 하는 관절 구조를 가진 조직그립부; 및
    상기 조직그립부에 연결되어, 상기 비구면거울로 레이저빔을 조사하는 레이저빔조사부를 포함하고,
    상기 레이저빔은 한 개의 상기 비구면거울에 의해 확산 및 집속이 동시에 일어나면서 라인빔으로 변환되어 상기 조직그립부에 잡힌 상기 인체조직으로 조사되는 것을 특징으로 하는 비구면거울이 내장된 레이저수술장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 볼록면에서 반사된 레이저빔은 상기 볼록면의 곡률에 대한 반사각이 가변됨에 따라 선형으로 긴 라인빔을 이루고,
    상기 오목면에서 반사된 레이저빔은 상기 오목면의 곡률에 대한 반사각이 가변되어 상기 라인빔 상의 어느 한점에서 집속되는 것을 특징으로 하는 비구면거울이 내장된 레이저수술장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 조직그립부는,
    상기 비구면거울이 내장된 제 1 하우징; 및
    상기 제 1 하우징에 집게구조로 연결된 제 2 하우징을 포함하고,
    상기 제 1 하우징과 상기 제 2 하우징의 집게 동작으로 상기 인체조직을 잡는 것을 특징으로 하는 비구면거울이 내장된 레이저수술장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 하우징에는 상기 인체조직을 잡는 면에 상기 라인빔이 통과하는 투과개구가 마련되고,
    상기 투과개구는 상기 제 1 하우징의 길이방향을 따라 마련된 것을 특징으로 하는 비구면거울이 내장된 레이저수술장치.
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