KR101901181B1 - 입체 인식을 통한 균일 조사가 가능한 저출력 광 치료 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 임상시험이나 전임상시험에 사용되는 저출력 광원에서 나오는 빛이 피사체에 균일하게 조사되어 치료에 필요한 정량 용량 조사가 가능하도록 구현한 입체 인식을 통한 균일 조사가 가능한 저출력 광 치료 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
상기 저출력 광 치료 시스템은, DLP(Digital Light Processing) 3D 스캐너; 및 상기 DLP 3D 스캐너와 상호 통신하면서 제어하는 복합제어장치(30-1);를 포함하고, 상기 DLP 3D 스캐너는, 세포 배양 웰 또는 치료 부위로 스캐닝 광의 패턴을 투사하고, 상기 세포 배양 웰 또는 상기 치료 부위에 의학용 저출력 광 치료에 사용되는 치료 광을 조사하는 DLP 프로젝터; 및 상기 스캐닝 광의 패턴이 상기 배양 웰 또는 상기 치료 부위에 투사된 영상 정보를 상기 복합제어장치로 전송하는 카메라;로 구성되며, 상기 복합제어장치는 상기 스캐닝 광의 패턴이 상기 배양 웰 또는 상기 치료 부위에 투사된 영상 정보의 수신, 상기 배양 웰 또는 상기 치료 부위의 3D 이미지 생성, 상기 치료 광의 광세기 및 광 형태 조건설정, 상기 치료 광의 조사를 제어하는 프로그램이 탑재된 것을 특징으로 한다.

Description

입체 인식을 통한 균일 조사가 가능한 저출력 광 치료 시스템{LOW LEVEL LASER THERAPY SYSTEM FOR UNIFORMLY IRRADIATING LIGHT USING RECOGNIZING THREE DIMENSIONAL STRUCTURE}

본 발명은 의학용 저출력 광 치료 시스템 (Low Level Light Therapy System) 에 관한 것으로, 특히 임상시험이나 전임상시험에 사용되는 저출력 광원에서 나오는 빛이 피사체에 균일하게 조사되어 치료에 필요한 정량 조사가 가능하도록 구현한 입체 인식을 통한 균일 조사가 가능한 저출력 광 치료 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 의학용으로 사용되는 저출력 광 치료의 광원(e.g., LED, 레이저 등) 의 출력 파워는 조직이 손상되지 않는 범위 내에서 빛이 피부 표면을 투과하여 신체 내부로 전달되도록 하여 세포의 손상을 치유하거나 환부의 고통을 완화하는 생체촉진효과를 발생시킨다. 여기서, 생체 촉진 효과에는 면역 억제, 진통, 항염증, 혈관확장, 상처 치유등으로서, 이를 이용하여 여드름 치료, 아토피 치료, 두피 및 탈모 치료, 통증치료, 화상치료, 창상치료 등에 적용하고 있다.

특히, 저출력 광 치료의 저출력 레이저는 그 효과 확인을 위한 세포 배양시험 (in-vitro) 또는 동물시험 (in-vivo 또는 ex-vivo)과 같은 의학적인 전임상시험에도 크게 활용된다.

일례로, 세포가 배양되고 있는 세포배양 웰(cell culture well)과 저출력 광원 치료 장치를 세팅하고, 저출력 광원 치료의 출력광원은 저출력 광치료 시스템의 광 조사단 앞단에서 측정한 광 출력 파워를 기준으로, 광 출력 파워를 조절하여 세포 배양 웰에 조사시켜 세포의 생체촉진효과를 발생시키는 방식이다. 이때 광출력이 조절되어 세포배양 웰에 조사된 저출력 광원은 가우시안의 방출 빔 패턴으로 발생된다.

한국 특허공개공보 제10-2012-0100861(2012년09월12일)

하지만, 종래의 저출력 광 치료 장치를 이용한 시험은 다음과 같은 한계성을 가질 수밖에 없다.

첫째, 빛 조사량 산출 방식의 한계성이다. 이러한 이유는, 빛의 조사량 결정이 단지 광원이 방출되는 단에서 광원의 파워를 측정함으로써 실질적으로 세포, 동물모델, 또는 인체에 치료를 위해 직접적으로 조사되어지는 정확한 빛의 조사량을 산출할 수 없다. 즉, 저출력 광 치료방법이 효율적임에도 불구하고, 치료를 위한 적정 용량의 산출 방식이 정규화 되어 있지 못하다.

특히, 복수개의 세포배양 웰 어레이로 인해 조사부위가 대면적인 경우 대면적을 위해 다수의 광원을 배열함으로써 정확한 광조사량 산출의 어려움이 배가될 수밖에 없다.

이는 치료를 위해 약을 복용할 때, 병을 치료하면서 인체에 유해하지 않는 정확한 치료약의 용량을 제시하지 못하고 있는 것과 동일한 것이다.

둘째, 저출력 치료 장치에 사용되는 광원의 방출 패턴의 한계성이다. 이러한 이유는, 도 11에 예시된 바와 같이 세포배양 웰(100-1)에 조사된 가우시안 빔 패턴이기 때문이다. 가우시안 빔 패턴은 중앙 스팟(centered spot) 대부분의 방출된 광의 파워가 집중되어 있으며 중앙에서 거리가 멀어질수록 파워가 급격히 떨어진다. 그러므로, 가우시안 패턴으로 빛이 조사된 세포, 동물, 또는 인체의 조사부위에서는 그 중앙부위에 대부분의 광의 에너지가 집중되고, 다른 위치에는 약한 빛이 조사됨으로써 조사부위 전체로 균일한 조사가 불가능할 수밖에 없다. 특히, 도 12에 예시된 바와 같이 세포배양 웰(100-1)이 복수개로 배열된 광(100)을 사용한다 할지라도 광의 방출 면적은 증가되었을 지라도, 본질적으로 광원에서 방출되는 가우시안 패턴에 의한 영향이 동일할 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 DMD(digital micromirror device) 미러를 지닌 DLP(Digital Light Processing) 프로젝터와 입체 인식을 위한 카메라를 통해 피사체를 3차원 형상의 입체적인 3D 이미지로 인식하고, 3D 이미지의 크기, 모양, 곡률 및 경계면을 반영하여 저출력 광원의 광출력을 3차원 데이터를 기반으로 조정하여 가우시안 패턴을 균일한 광조사 패턴으로 변경해줌으로써 세포시험 (In-vitro), 전임상시험 (preclinical), 임상시험(clinical trials)의 피사체 크기와 형태 및 곡률에 무관하게 치료가 필요한 부위에 빛의 균일 조사되어 정확한 조사 용량을 산출해 낼 수 있는 입체 인식을 통한 균일 조사가 가능한 저출력 광 치료 시스템의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 빛의 균일 조사를 위한 저출력 광 치료 시스템은,

DLP(Digital Light Processing) 3D 스캐너; 및

상기 DLP 3D 스캐너와 상호 통신하면서 제어하는 복합제어장치(30-1);를 포함하고,

상기 DLP 3D 스캐너는,

세포 배양 웰 또는 치료 부위로 스캐닝 광의 패턴을 투사하고, 상기 세포 배양 웰 또는 상기 치료 부위에 의학용 저출력 광 치료에 사용되는 치료 광을 조사하는 DLP 프로젝터; 및

상기 스캐닝 광의 패턴이 상기 배양 웰 또는 상기 치료 부위에 투사된 영상 정보를 상기 복합제어장치로 전송하는 카메라;로 구성되며,

상기 복합제어장치는 상기 스캐닝 광의 패턴이 상기 배양 웰 또는 상기 치료 부위에 투사된 영상 정보의 수신, 상기 배양 웰 또는 상기 치료 부위의 3D 이미지 생성, 상기 치료 광의 광세기 및 광 형태 조건설정, 상기 치료 광의 조사를 제어하는 프로그램이 탑재된 것을 특징으로 한다.

상기 DLP 프로젝터는,

상기 스캐닝 광을 생성시켜 조사하는 스캐닝용 광원부와, 상기 치료 광을 생성시켜 조사하는 치료용 광원부를 구비하는 광원부;

상기 스캐닝용 광원부와 상기 치료용 광원부를 각각 온오프 제어하여 상기 스캐닝 광과 상기 치료 광을 각각 발생시켜주는 광원 제어부; 및

DLP 프로젝터는 화면에 하나의 픽셀을 표현하도록 반도체에 집적된 미세 거울의 방향을 제어하여 상기 스캐닝 광이나 상기 치료 광의 외부 출력과 광세기 및 광 형태를 조절하는 DMD(Digital Micromirror Device) 미러부;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 치료용 광원부는;

외부로 조사되는 치료 광을 안내하는 광섬유를 고정하는 광섬유홀더;

방사상으로 결합되는 다수의 레이저다이오드모듈;

상기 레이저다이오드모듈로부터 출력되는 광을 반사시켜 상기 광섬유에 입사되도록 하는 미러;

상기 미러를 고정하는 미러홀더;

상기 광섬유홀더와 레이저다이오드모듈과 미러홀더를 결합시키는 몸체;를 포함하여 구성되는 빔컴바이너로 구성될 수 있다.

상기 빔컴바이너는 동일한 파장을 가진 다수의 치료 광을 결합시켜 광파워를 증가시키거나, 서로 다른 파장의 다수의 치료 광을 결합시키도록 구성될 수 있다.

상기 광원 제어부는,

상기 스캐닝 광의 발생 시 상기 치료 광의 발생을 중단하고, 상기 치료 광의 발생 시 상기 스캐닝 광의 발생을 중단하도록 구성될 수 있다.

상기 광원부의 스캐닝 광 또는 치료 광은,

레이저, LED, 백색광 중 어느 하나의 광일 수 있다. 가능한 경우에는 상기 스캐닝 광과 치료 광은 동일한 광일 수 있다.

상기 복합제어장치는,

상기 프로그램이 탑재된 컴퓨터, 노트북, 또는 휴대용 임베디드 시스템 중 어느 하나일 수 있다.

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이러한 본 발명은 저출력 레이저를 사용하여 비 임상 시험이나 임상시험의 피사체를 광조사함에 있어서 3차원 스캐닝 기술로 피사체 일부 또는 전체의 형태와 함께 입체적인 형상 및 위치 파악이 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명은 피사체의 3D 이미지로부터 모양과 형상의 경계면을 기반으로 DLP 프로젝터에서 나오는 의학용 저출력 광을 경계면 사이즈에 맞춰 비 가우시안 패턴으로 정확한 위치를 표적하여 균일하게 빛이 조명될 수 있다.

또한, 본 발명은 DLP 프로젝터에 의한 저출력 레이저의 출력광 조절로 필요시 조사할 부분에 전체적으로 균일한 빛을 조명할 수 있을 뿐만 아니라 사용자의 필요에 따라 일부 부위에는 더 강하거나 혹은 더 약한 빛을 조사할 수 있다.

또한, 본 발명은 임상시험 시 피사체의 여러 곳에 레이저를 동시에 조사해야 할 경우 여러 대의 DLP 프로젝터를 원형 등 각각 다른 위치에 배치하여 조사함으로써 넓은 부위에도 한 번에 조사가 가능하여 임상이나 비임상 시간을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 입체 인식을 통한 균일 조사가 가능한 저출력 광 치료 시스템의 구성.
도 2는 본 발명에 따른 저출력 광 치료 시스템에 적용된 3차원 입체 스캐닝과 치료 부위에 균일한 광조사를 위해 스캐닝 광원과 치료용 광원을 이원화한 저출력 광 치료 시스템의 블록 구성도.
도 3은 치료용 광원으로서 DMD 미러에 입사될 출력 광파워를 증가시키거나 다수의 파장을 사용하기 위해 사용되는 빔컴바이너의 사시도.
도 4는 도 3의 빔컴바이너의 분해 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 저출력 광 치료 시스템에서 빛의 균일 조사를 위한 방법의 순서도.
도 6은 본 발명에 따른 저출력 광 치료 시스템의 피사체 3D 스캐닝을 위한 동작 상태도.
도 7은 본 발명에 따른 3차원 피사체 이미지를 이용한 DLP 프로젝터의 비 가우시안 패턴 (균일 조사 광패턴) 설정의 예를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 DLP 프로젝터가 비 가우시안 패턴으로 복수개로 어레이된 피사체에 빛을 균일하게 조사하는 상태를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 DLP 프로젝터가 비 가우시안 패턴으로 1개의 피사체에 빛을 균일하게 조사하는 상태를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 DLP 프로젝터가 비 가우시안 패턴으로 환자의 병변에 빛을 균일하게 조사하는 상태를 나타내는 도면.
도 11은 일반적인 가우시안 빔 패턴의 예를 나타내는 도면.
도 12는 대면적의 세포배양 웰 어레이에 일반적인 가우시안 빔 패턴이 다수의 광원에서 조사된 예를 나타내는 도면.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 단어 "예시적인" 은 "예로서, 일례로서, 또는 예증으로서 역할을 한다."라는 것을 의미하기 위해 이용된다. "예시적"으로서 본 명세서에서 설명된 임의의 양태들은 다른 양태들에 비해 반드시 선호되거나 또는 유리하다는 것으로서 해석되어야 하는 것만은 아니다.

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. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 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 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 입체 인식을 통한 균일 조사가 가능한 저출력 광 치료 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 저출력 광 치료 시스템에 적용된 3차원 입체 스캐닝과 치료 부위에 균일한 광 조사를 위해 스캐닝 광원을 생성하는 스캐닝용 광원부(23A)와 치료용 광을 생성하는 치료용 광원부(23B)를 이원화한 저출력 광 치료 시스템(1)의 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 저출력 광 치료 시스템(1)은 피사체(100)에 스캐닝 광을 투사하는 DLP(Digital Light Processing) 스캐너(10), DLP 3D 스캐너(10)와 상호 통신하는 복합제어장치(30-1)를 포함한다.

구체적으로, 상기 피사체(100)는 세포를 배양하는 세포배양 웰(100-1) 또는 도 10과 같이 건선, 백반증, 아토피 피부염, 습진, 유아 황달, 여드름 등과 같은 다양한 광 감응성 피부질환을 병변(100-2)으로 갖고 있는 환자이다.

구체적으로, 상기 DLP 3D 스캐너(10)는 레이저, LED, 백색광 등을 광원으로 사용하여, 공간 변조장치 혹은 DLP 프로젝터 등을 이용하여 1차원 내지는 2차원 패턴을 발생시키고, 이를 3차원 형상화 하고자 하는 피사체에 스캔 방식의 투사 혹은 일시 투사한 후, CCD(Charge-Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary metal ?? oxide -semiconductor) 기반 카메라(20-2)를 이용하여 패턴이 투사된 피사체의 정보를 촬영하여 디지털화 하고, 이를 이용하여 3차원 형상을 구현해 내는 3D 스캐닝 기술을 구현한다. 그러므로 상기 3D 스캐너(10)는 TOF(Time of Flight) 방식이나 백색광 방식의 3차원 스캔 기술을 적용할 수 있으나, 본 실시 예에서는 레이저(sweeping laser)를 이용해 선(line)형태의 1차원 패턴이나 그리드(grid) 또는 스트라이프 무늬의 2차원 패턴을 피사체(100)에 프로젝션시켜 주는 DLP(Digital Light Processing) 또는 LCD(Liquid Crystal Display) 프로젝터 방식이 적용된다.

이를 위해, 상기 DLP 3D 스캐너(10)는 피사체(100)의 전신 또는 부분으로 1차원 패턴이나 2차원 패턴을 프로젝션시켜 주는 스캐닝 광을 조사하고 피사체(100)의 특정부위에 치료 광을 조사하도록 복합제어장치(30-1)로 제어되는 DLP 프로젝터(20-1), 피사체(100)의 크기에 따라 적절한 거리를 두고 위치하여 스캐닝 광의 투사된 패턴으로부터 광 삼각법 등을 이용하여 구해진 피사체(100)의 3차원 입체 정보를 복합제어장치(30-1)로 전송하는 CCD 또는 CMOS 기반 카메라(20-2)로 구성된다. 이러한 구성의 상기 DLP 3D 스캐너(10)는 1개 또는 2개 이상으로 구성될 수 있다.

상기 복합제어장치(30-1)는 DLP 프로젝터(20-1)의 스캐닝 광과 치료 광을 선택하여 조사하면서 치료 광의 광조사영역과 광량조절(또는 세기조절)을 다단계로 제어하며, 카메라(20-2)에서 전송된 스캔 데이터의 디지털 데이터 처리로 3D 병변 이미지를 생성한다. 특히 상기 복합제어장치(30-1)는 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 표적 광선 치료가 구현되는 프로그램이 포함되고, 상기 프로그램이 탑재된 전용 제어장치나 컴퓨터와 같은 노트북일 수 있다.

한편, 도 2의 DLP 프로젝터(20-1)의 상세 구성을 참조하면, 상기 DLP 프로젝터(20-1)는 광원 제어부(21), 광원부(23), 광학계(25), 디지털 미세 거울 반도체(27), 렌즈(29)로 구성된다.

구체적으로, 상기 광원부(23)는 레이저, LED, 백색광 등을 스캐닝 광으로 생성시키는 스캐닝용 광원부(23A)과 치료 광(또는 세포 배양 광)으로 생성시키는 치료용 광원부(23B)으로 구성되고, 치료 광원은 치료의 효율을 높이고 다지점 혹은 대면적 치료를 위해 DMD 미러를 통해 확대되어 치료가 필요한 부위에 균일 조사되기 때문에, 치료부위까지의 조사되는 경로상의 손실을 보상하기 위해 DMD 미러의 입력광원이 강해야 하므로, 빔컴바이너 (2b)를 통해 동일한 파장의 여러 광원의 출력 광원을 결합하여 출력되는 광세기를 높이거나 서로 다른 여러 파장의 치료 광원을 사용하는 방식으로 치료광원이 구성될 수 있고, 두 광원의 필요에 따른 제어는 광원 제어부(21)로 스캐닝용 광원부(23A)과 치료용 광원부(23B)가 ON/OFF 제어된다. 상기 광학계(25)는 스캐닝용 광원부(23A)의 스캐닝 광과 치료용 광원부(23B)의 치료 광을 내보낸다. 상기 디지털 미세 거울 반도체(27)는 개별적으로 구동되는 미세 거울(27a)을 집적한 반도체를 통해 각 픽셀의 빛을 켜고 끄며, 하나의 미세 거울(27a)이 프로젝터 화면상에 하나의 픽셀을 표현함으로써 각 픽셀에 해당하는 미세 거울(27a)에 의해 빛이 출력되도록 반사하거나 빛이 외부로 출력되지 않도록 미세거울의 방향을 바꾸는 방법으로 화면상의 픽셀을 표현한다.

상기 렌즈(29)는 디지털 미세 거울 반도체(27)에서 출력된 빛(스캐닝 광 또는 치료 광)을 피사체(100)로 내보낸다.

따라서 상기 DLP 프로젝터(20-1)는 백색광원 혹은 3원색(빨강,녹색, 파랑)의 삼색광원을 사용하는 일반적인 DLP 프로젝터와 달리 스캐닝과 치료를 1개의 DLP 프로젝터에서 동시에 진행하는 이원화된 광원부(23)와 스캐닝 광과 치료 광을 선택하도록 광원부(23)를 ON/OFF 제어하는 광원 제어부(21)로 구성된다.

특히, 상기 DLP 프로젝터(20-1)는 복합제어장치(30-1)과 연계한 광원 제어부(21)로 치료용 광원부(23B)을 동작시키는 경우, 치료용 광원의 빛의 세기를 미세 거울(27a)이 켜고 꺼지는 스위칭 시간(switching time)에 따라 조절한다. 일례로, 치료용 광원의 세기를 강하게 하기 위해서는 미세 거울(27a)이 픽셀로 빛을 출력시키는 시간을 늘리고 꺼지는 시간을 짧게 하여 구동 시키는 반면 치료용 광원의 빛의 세기를 줄이기 위해서는 미세 거울(27a)이 픽셀로 빛을 출력시켜 켜지는 시간보다 꺼지는 시간을 길게 함으로써 출력광의 세기조절이 이루어진다.

도 3은 치료용 광원으로서 DMD 미러에 입사될 출력 광파워를 증가시키기 위해 사용되는 빔컴바이너의 사시도이고, 도 4는 도 3의 빔컴바이너의 분해 사시도이다.

도 3 및 도 4와 같이, 치료용 광원부(23B)는 광세기를 증가시키거나 서로 다른 여러개의 파장을 사용하기 위한 빔컴바이너로 구성될 수 있다. 상기 빔컴바이너(200)는 다수의 레이저 다이오드 모듈(210), 몸체(220), 미러홀더(230) 및 광섬유홀더(240)를 포함하여 구성된다.

상기 레이저다이오드모듈(210)은 이를 위해 상기 레이저다이오드모듈(210)은 광원제어부(210)의 제어에 따라 레이저를 생성하는 레이저다이오드(211)와 렌즈(212)와 렌즈홀더(213) 중간홀더(214) 및 미러(215)가 순차적으로 결합되어 구성된다. 상술한 구성의 레이저다이오드모듈(210)은 미러홀더(230)를 중심으로 방사상으로 결합되어 다수의 레이저 다이오드의 광을 결합시키는 것에 의해 광파워를 증가시키거나 서로 다른 여러 개의 파장의 광을 사용하게 된다.

상기 미러홀더(230)는 상기 몸체(220)와 광섬유홀더(240) 사이에서 나사 결합 또는 억지끼움 결합 또는 핀 고정 등에 의해 상기 몸체와 광섬유홀더를 결합시켜 고정시키도록 구성된다.

상기 광섬유홀더(240)는 외부로 조사하는 광을 안내하는 광섬유를 고정하도록 구성된다.

상술한 바와 같이, 상기 치료용 광원부(23B)가 빔컴바이너(200)로 구성되는 경우, 도 2의 광학계(25)는 DMD미러부(27)로 광을 조사하도록 하는 광섬유가 된다.

도 5는 본 발명에 따른 저출력 광 치료 시스템에서 빛의 균일 조사를 위한 방법의 순서도이고, 도 6은 본 발명에 따른 저출력 광 치료 시스템의 피사체 3D 스캐닝을 위한 동작 상태도이며, 도 7은 본 발명에 따른 3차원 피사체 이미지를 이용한 DLP 프로젝터의 비 가우시안 패턴 (균일 조사 광패턴) 설정의 예를 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 DLP 프로젝터가 비 가우시안 패턴으로 복수개로 어레이된 피사체에 빛을 균일하게 조사하는 상태를 나타내는 도면이며, 도 9는 본 발명에 따른 DLP 프로젝터가 비 가우시안 패턴으로 1개의 피사체에 빛을 균일하게 조사하는 상태를 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 DLP 프로젝터가 비 가우시안 패턴으로 환자의 병변에 빛을 균일하게 조사하는 상태를 나타내는 도면이다.

도 5와 같이, 스캐닝 기술을 이용한 입체 인식을 통한 균일 조사가 가능한 저출력 광 치료 방법은, 3D 스캔과 광 치료는 DLP 프로젝터(20-1)와 카메라(20-2)에 연계된 복합제어장치(30-1)의 제어로 설명되나 필요 시 DLP 프로젝터(20-1)나 카메라(20-2)의 각각과 연계된 마이크로 프로세서 (microprocessor)의 형태로 구현될 수도 있다. 또한, 피사체(100)는 세포배양 웰(100-1)을 적용하나 광 감응성 피부질환이 발생한 사람에게도 동일하게 적용된다.

도 5에서, S10은 저출력 광 치료 시스템(1)을 세팅하는 단계이다. 도 6을 참조하면, 저출력 광 치료 시스템(1)의 세팅은 다수의 세포배양 웰(100-1)이 어레이된 피사체(100)에 DLP 프로젝터(20-1)와 카메라(20-2)를 설치하고, 이에 복합제어장치(30-1)를 연계하는 작업이다. 이때, DLP 프로젝터(20-1)와 카메라(20-2)는 피사체(100)의 크기에 따라 적절한 거리를 두고 위치시켜 준다.

이어, 저출력 광 치료 시스템(1)은 S20 내지 S40을 통해 피사체(100)에 대한 영상 촬영 및 영상 정보의 디지털 이미지 생성을 수행한다. 이는, S20의 3D 스캐너인 DLP 스캐너(10) 세팅 및 DLP 프로젝터(20-1)의 스캐닝모드 전환 후 가동 단계, S30의 3D 스캐너인 DLP 3D 스캐너(10) 세팅 및 DLP 프로젝터(20-1)의 스캐닝모드 전환 후 DLP 프로젝터(20-1)가 피사체(100)의 영상을 촬영하는 단계, S40의 카메라(20-2)가 영상 정보를 전송하는 단계로 구분된다.

S20의 3D 스캐너인 DLP 3D 스캐너(10) 세팅 및 DLP 프로젝터(20-1)의 스캐닝모드 전환 후 가동 단계는 도 2를 참조하면, 복합제어장치(30-1)와 연계된 DLP 프로젝터(20-1)의 광원 제어부(21)가 치료용 광원부(23B)를 OFF로 전환시키고 스캐닝용 광원부(23A)를 ON으로 전환함으로써 스캐닝용 광원부(23A)의 스캐닝 광이 광학계(25)와 디지털 미세 거울 반도체(27) 및 렌즈(29)를 거쳐 피사체(100)에 투사되도록 하고 카메라(20-2)는 영상을 촬영한다.

S30의 DLP 프로젝터(20-1)가 피사체(100)에 어레이된 복수개의 세포배양 웰(100-1)을 스캔하는 단계에서 카메라(20-2)는 스캐닝 광의 투사된 패턴 영상을 촬영하고, S40의 영상 정보를 복합제어장치(30-1)로 전송하는 단계로 이루어진다..

S50의 전송된 영상 정보를 3차원 입체 정보로 디지털 데이터화하는 단계에서 복합제어장치(30-1)는 탑재된 프로그램을 이용하여 입력된 패턴 영상을 광 삼각법 등을 이용하여 구해진 피사체(100)의 3차원 입체 정보를 디지털 데이터화한다. 그 결과, 세포배양 웰(100-1)의 각각에 대한 3차원 입체 정보를 디지털 데이터로 획득한다.

이어, 저출력 광 치료 시스템(1)은 S60 내지 S90을 통해 3D 웰 이미지에 조사되는 조사광의 세기와 광 형태를 산출한다. 저출력 광 치료 시스템(1)은 S60을 통해 피사체(100)에 대한 3D 이미지를 생성한다. 도 6을 참조하면, 복합제어장치(30-1)는 탑재된 프로그램을 이용하여 카메라(20-2)가 전송한 세포배양 웰(100-1)의 각각에 대한 디지털 데이터를 통해 3D 이미지를 생성한다. 그 결과, 세포배양 웰(100-1)의 각각의 모양과 크기는 도 7의 좌측 도면과 같이 3D 웰 이미지로부터 모양과 크기의 데이터가 수치화된다. S70의 세포 배양 웰 또는 치료 부위의 경계면을 설정한 후, S80의 3D 이미지에 기반하여 각 세포배양 웰의 크기와 형태를 계산하고, S90의 크기와 형태 및 경계면에 의한 저출력 광조사량 계산단계로 구분된다.

도 7의 왼쪽 형상을 참조하면, 복합제어장치(30-1)는 세포배양 웰(100-1)의 3D 웰 이미지에서 세포배양 웰 외부와 구분하는 경계면을 구분하고(S70), 구분된 경계면을 이용하여 모양과 형태에 대해 계산하고(S80), 계산된 결과로 단위 면적당 입사되는 빛의 조사량을 결정하여 구분된 경계면으로 세포배양 웰(100-1)로 조사되는 빛의 세기를 조절한다(S90). 일례로, 도 7의 오른쪽 그래프를 참조하면, 복합제어장치(30)는 계산된 사이즈를 구획하는 경계면에 대해 A 그래프와 같은 형태 또는 B 그래프와 같은 형태 또는 C 그래프와 같은 형태로 빛의 세기를 조절한다. 그 결과, DLP 프로젝터(20-1)로부터 출력되어 세포배양 웰(100-1)에 조명되는 빛의 세기가 조절되면서 특히 조절된 빛의 패턴은 중앙 스팟(Centered spot)에 대부분의 레이저 파워가 집중되어 있으며 중앙에서 거리가 멀어질수록 파워가 급격히 떨어지는 가우시안 빔 패턴이 아닌 균일한 광 조사 패턴을 형성한다.

이후, 저출력 광 치료 시스템(1)은 S100의 DLP 프로젝터 세포배양모드세팅단계를 거쳐 S110의 복수개 세포배양 웰로 DLP 프로젝터의 저출력 광 조사단계를 수행함으로써 세포배양 웰(100-1)로 DLP 프로젝터(20-1)의 치료 광(또는 배양 광)을 조사하고, 이를 S120과 같이 세포배양 또는 치료가 완료될 때 까지 수행한다.

도 8은 피사체(100)에 어레이된 복수개의 세포배양 웰(100-1)에 대한 광조사 상태로서, 이 경우 복합제어장치(30-1)와 연계된 DLP 프로젝터(20-1)의 광원 제어부(21)는 스캐닝용 광원부(23A)을 OFF한 상태에서 치료용 광원부(23B)을 ON으로 전환함으로써 치료 광원(23B)의 치료 광(또는 배양 광)이 광학계(25)와 디지털 미세 거울 반도체(27) 및 렌즈(29)를 거쳐 세포배양 웰(100-1)에 투사되도록 한다. 그러면, 상기 DLP 프로젝터(20-1)에서 나오는 치료 광(또는 배양 광)은 적합한 세기와 함께 비 가우시안 패턴으로 복수개의 세포배양 웰(100-1)에 균일하게 투사되어 모든 세포를 효과적으로 배양하거나 치료한다.

또한, 도 9는 1개의 세포배양 웰(100-1)에 대한 광조사 상태로서, 이 경우 복합제어장치(30-1)과 연계된 DLP 프로젝터(20-1)의 광원 제어부(21)는 스캐닝용 광원부(23A)을 OFF한 상태에서 치료용 광원부(23B)을 ON으로 전환함으로써 치료용 광원부(23B)의 치료광이 광학계(25)와 디지털 미세 거울 반도체(27) 및 렌즈(29)를 거쳐 세포배양웰(100-1)에 투사되도록 한다. 그러면, 상기 DLP 프로젝터(20-1)에서 나오는 치료 광은 적합한 세기와 함께 비 가우시안 패턴으로 세포배양 웰(100-1)에 집중적으로 투사되어 세포를 효과적으로 배양(또는 치료)한다.

한편, 도 10을 참조하면, DLP 프로젝터(20-1)의 광은 사람의 병변(100-2)을 치료할 때 비 가우시안 패턴으로 균일하게 병변(100-2)에 조사됨으로써 병변(100-2)에 일치하는 위치로 빛을 조명하는 효과가 구현될 수 있다. 그러므로 저출력 광 치료 시스템(1)은 DLP 프로젝터(20-1)와 카메라(20-2) 및 복합제어장치(30-1)을 동일한 구성요소로 하여 3차원 스캐닝 기술과 저출력 광이 기반된 광 감응성 피부질환을 정상 피부에 끼치는 영향 없이 병변치료효과의 질을 크게 높이는데 사용될 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 빛의 균일 조사를 위한 저출력 광 치료 시스템은 세포 배양 웰(100-1)로 스캐닝 광을 투사하고 의학용 저출력 광을 치료 광(또는 배양 광)으로 조사하도록 광원 제어부(21)로 ON/OFF 제어되는 스캐닝용 광원부(23A)과 치료용 광원부(23B) 및 픽셀을 표현하는 미세 거울(27a)이 적용된 디지털 미세 거울 반도체(27)로 구성된 DLP 프로젝터(20-1)가 포함되고, 상기 DLP 프로젝터(20-1)를 이용하여 세포 배양 웰(100-1) 또는 병변(100-2)으로 스캐닝 광의 투사, 세포 배양웰(100-1) 또는 병변(100-2)의 3차원 입체 스캔정보에 의한 3D 웰 이미지 생성이나3D 병변 이미지 생성 이루어지며, 특히 세포 배양 웰(100-1) 또는 병변(100-2)에 조사되는 치료 광(또는 배양 광)의 광세기 및 광 형태가 비 가우시안 패턴으로 변경되어 세포 배양 웰(100-1)의 세포 배양 또는 병변(100-2)의 치료가 촉진됨으로써 비 임상 시험이나 임상시험의 피사체 크기와 형태 및 곡률에 무관하게 빛의 균일 조사가 이루어진다.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

1 : 저출력 광 치료 시스템
10 : DLP(Digital Light Processing) 스캐너
20-1 : DLP 프로젝터 20-2 : 카메라
21 : 광원 제어부 23 : 광원부
23A : 스캐닝 광원 23B : 조사 광원
25 : 광학계 27 : 디지털 미세 거울 반도체
27a : 미세 거울 29 : 렌즈
30 : 복합제어장치
100: 피사체 100-1 : 세포배양 웰
100-2 : 병변

Claims (12)

1. DLP(Digital Light Processing) 3D 스캐너; 및
   상기 DLP 3D 스캐너와 상호 통신하면서 제어하는 복합제어장치(30-1);를 포함하고,
   상기 DLP 3D 스캐너는,
   세포 배양 웰 또는 치료 부위로 스캐닝 광의 패턴을 투사하고, 상기 세포 배양 웰 또는 상기 치료 부위에 의학용 저출력 광 치료에 사용되는 치료 광을 조사하는 DLP 프로젝터; 및
   상기 스캐닝 광의 패턴이 상기 배양 웰 또는 상기 치료 부위에 투사된 영상 정보를 상기 복합제어장치로 전송하는 카메라;로 구성되며,
   상기 복합제어장치는 상기 스캐닝 광의 패턴이 상기 배양 웰 또는 상기 치료 부위에 투사된 영상 정보의 수신, 상기 배양 웰 또는 상기 치료 부위의 3D 이미지 생성, 상기 치료 광의 광세기 및 광 형태 조건설정, 상기 치료 광의 조사를 제어하는 프로그램이 탑재하여, 상기 세포 배양 웰 또는 상기 치료 부위의 3D 이미지에서 세포배양 웰 또는 상기 치료 부위와 외부를 구분하는 경계면을 구분하고, 구분된 경계면을 이용하여 모양과 형태에 대해 계산하며, 계산된 결과로 단위 면적당 입사되는 빛의 조사량을 결정하여 구분된 경계면으로 세포배양 웰 또는 상기 치료 부위로 조사되는 빛의 세기를 조절하여 가우시안 빔 패턴이 아닌 균일한 광 조사 패턴을 형성하도록 구성된 저출력 광 치료 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,상기 DLP 프로젝터는,
   상기 스캐닝 광을 생성시켜 조사하는 스캐닝용 광원부와, 상기 치료 광을 생성시켜 조사하는 치료용 광원부를 구비하는 광원부;
   상기 스캐닝용 광원부와 상기 치료용 광원부를 각각 온오프 제어하여 상기 스캐닝 광과 상기 치료 광을 각각 발생시켜주는 광원 제어부; 및
   DLP 프로젝터는 화면에 하나의 픽셀을 표현하도록 반도체에 집적된 거울의 방향을 제어하여 상기 스캐닝 광이나 상기 치료 광의 외부 출력과 광세기 및 광 형태를 조절하는 DMD(Digital Micromirror Device) 미러부;를 포함하여 구성되는 저출력 광 치료 시스템.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 치료용 광원부는;
   외부로 조사되는 치료 광을 안내하는 광섬유를 고정하는 광섬유홀더;
   방사상으로 결합되는 다수의 레이저다이오드모듈;
   상기 레이저다이오드모듈로부터 출력되는 광을 반사시켜 상기 광섬유에 입사되도록 하는 미러;
   상기 미러를 고정하는 미러홀더;
   상기 광섬유홀더와 레이저다이오드모듈과 미러홀더를 결합시키는 몸체;를 포함하여 구성되는 빔컴바이너로 구성되고,
   상기 빔컴바이너는 동일한 파장을 가진 다수의 치료 광을 결합시켜 광파워를 증가시키거나, 서로 다른 파장의 다수의 치료 광을 결합시키도록 구성되는 저출력 광 치료 시스템.
   
4. 청구항 2에 있어서, 상기 광원 제어부는,
   상기 스캐닝 광의 발생 시 상기 치료 광의 발생을 중단하고, 상기 치료 광의 발생 시 상기 스캐닝 광의 발생을 중단하도록 구성되는 저출력 광 치료 시스템.
   
5. 청구항 2에 있어서, 상기 광원부의 스캐닝 광 또는 치료 광은,
   레이저, LED, 백색광 중 어느 하나의 광인 저출력 광 치료 시스템.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 복합제어장치는,
   상기 프로그램이 탑재된 컴퓨터, 노트북, 또는 휴대용 임베디드 시스템 중 어느 하나인 저출력 광 치료 시스템.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   세포 배양 웰 또는 치료 부위에 DLP 프로젝터의 스캐닝 광을 투사하고, 카메라에서 상기 스캐닝 광의 투사된 영상 정보가 상기 복합제어장치에 전송되고,
   상기 복합제어장치에서 상기 영상 정보로부터 상기 세포 배양 웰 또는 상기 치료 부위의 디지털 이미지를 생성하고 상기 세포 배양 웰 또는 상기 치료 부위의 3D(dimension) 이미지를 생성하며,
   상기 복합제어장치에서 입체적 데이터를 생성하고, 상기 3D 이미지의 모양과 형상으로 상기 세포 배양 웰 또는 치료 부위의 경계면을 확정하며, 상기 3D 이미지를 기반으로 상기 세포 배양 웰 또는 치료 부위의 크기와 형태를 계산하여 상기 세포 배양 웰로 조사되는 의학용 저출력 조사광의 광 세기와 광 형태가 산출되며, 상기 광 세기와 상기 광 형태로 치료 광 조건설정이 이루어지고,
   상기 치료 광 조건설정에 맞춘 치료 광이 상기 DLP 프로젝터에서 비 가우시안 패턴으로 상기 세포 배양 웰 또는 상기 치료 부위로 조사되어 상기 세포 배양 웰의 세포를 배양시키거나 치료하는 것을 특징으로 하는 저출력 광 치료 시스템.
   
8. 청구항 7에 있어서, 상기 3D 이미지는,
   상기 복합제어장치가 상기 영상 정보를 디지털 이미지화하고, 상기 디지털 이미지를 스캐닝 패턴에 기반한 세포 배양 웰 또는 치료 부위의 영상을 분석하며, 상기 세포 배양 웰 또는 치료 부위 영상 분석 결과로 상기 3D 이미지를 생성하는 것에 의해 생성되는 저출력 광 치료 시스템.
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