KR102516869B1 - 레이저 광원을 이용한 충격파 및 레이저 치료 장치 - Google Patents

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Abstract

레이저 광원을 이용한 충격파 및 레이저 치료 장치가 개시된다. 치료 장치는 레이저를 생성하는 레이저 광원; 레이저 또는 충격파를 외부로 출력하는 핸드 피스; 레이저를 핸드 피스로 전달하는 케이블을 포함할 수 있다. 핸드 피스는 미리 정의된 모드별로 레이저의 광로를 조정하는 광학계 및 광학계로부터 레이저를 입력받아 충격파를 생성하는 충격파 생성부를 포함할 수 있다. 핸드 피스는 광학계가 제1 모드일 때 레이저를 외부로 출력하고, 광학계가 제2 모드일 때 충격파를 외부로 출력할 수 있다.

Description

레이저 광원을 이용한 충격파 및 레이저 치료 장치{DEVICE FOR SHOCKWAVE AND LASER THERAPY USING LASER LIGHT SOURCE}
아래 실시예들은 레이저 광원을 이용한 충격파 및 레이저 치료 장치를 제공하는 기술에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 하나의 장치만으로 고강도 레이저 치료(High Intensity Laser Therapy, HILT)와 체외 충격파 치료(Extracorporeal Shock Wave Therapy, ESWT)를 모두 수행할 수 있는 치료 장치에 관한 것이다.
체외 충격파 치료(Extracorporeal Shockwave Therapy, ESWT)는 환부에 강력한 충격파를 가하는 치료법이다. 혈액순환 및 대사를 증진시킴으로써 힘줄/인대/조직의 회복, 통증 완화, 기능 개선 등의 효과를 가져오는 것으로 알려져 있다. 체외 충격파는 초점형과 방사형으로 나뉜다. 초점형 체외 충격파는 특정 부위에 충격파를 집중시키는 치료 방식이다. 방사형 충격파는 근육, 조직, 관절 등에 전반적으로 체외 충격파를 전달하는 효과가 있다. 또한, 통상의 ESWT 장치의 충격파 생성 방식으로는 전기수압식(EH), 압전기식(Piezo), 전자기식(EM, Coil)이 있다. 전기수압식은 전극에서 스파크를 발생시켜 반사경을 통해 충겨파를 모으는 방식이다. 압전기식은 포물선 형으로 배열된 압전 소자에 전압을 가하여 충격파를 생성하여 모으는 방식이다. 전자기식 또는 코일식은 코일에 고전압을 인가하여 자기장을 생성하여 충격파를 만드는 방식이다.
한편, 고강도 레이저 치료(High Intensity Laser Therapy, HILT)는 높은 강도의 빛(레이저)을 이용한 치료법이다. 레이저가 체내에 침투하여 에너지를 전달함으로써 혈액순환, 조직회복, 근섬유회복 등의 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 레이저를 이용하는 HILT와 충격파를 이용하는 ESWT를 순차적으로 진행하면 치료 시너지 효과가 있는 것으로 알려져 있어, 정형외과 등에서는 HILT 이후 ESWT를 진행하는 식으로 치료를 해오고 있다.
이를 위해, 정형외과 등에서는 HILT 장치와 ESWT 장치를 각각 구비하여 했다. 통상적으로 HILT에 이용되는 고강도 레이저와 ESWT에 이용되는 충격파가 서로 다른 소자를 이용해서 생성되기 때문이다. HILT 장치는 고강도 레이저 출력이 핵심으로, 장치의 핵심부가 광학 소자인 반면, ESWT 장치는 충격파 출력이 핵심으로, 장치의 핵심부가 압전 소자 또는 코일이다. 별개의 소자인 광학 소자와 압전 소자 또는 코일을 합칠 경우, 전원을 지나치게 많이 소비할 수 있다. 또한, 고강도 레이저를 발생시키는 레이저 광원과 충격파를 발생시키는 압전 소자 또는 코일은 모두 전자기적 장치이다. 이들은 동작 시 외부로 전기장과 자기장을 방출하며, 외부 전기장 및 자기장의 영향을 받기도 한다. 따라서 차폐수단 없이 좁은 공간 안에 레이저 발생원과 충격파 발생원을 무리하게 배치할 경우 각 발생원은 서로의 전기장 및 자기장에 영향을 받을 수 있고, 이로 인해 출력이 미세하게나마 변경될 수 있다. 이는 안정성이 중요시되는 의료기구에 치명적인 하자일 수 있다. 나아가, 압전 소자 또는 코일을 포함하는 핸드 피스는 통상 크고 무거운데, 광학적 구성까지 추가될 경우 지나치게 사용감이 불편해질 우려가 있다.
실시예들과 관련된 배경기술로, 대한민국 등록특허공보 KR 10-2377259 B1은 압전식 체외충격파와 레이저의 복합 발생장치 및 이를 포함하는 복합 치료장치를 개시한다. 구체적으로, 선행문헌에 따른 압전식 체외충격파와 레이저 복합 발생장치는, 손잡이와, 상기 손잡이의 일단에 결합되며 압전 소자가 배치되는 헤드부와, 상기 헤드부의 전방에 착탈되는 피에조 어플리케이터와, 상기 손잡이에 배치되는 레이저 모듈 및 상기 레이저 모듈과 상기 헤드부 사이에 배치되는 광 섬유를 포함할 수 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 KR 10-0792513 B1은 체외 충격파 치료기를 개시한다. 구체적으로, 선행문헌의 체외 충격파 치료기는 체외 충격파 치료와 광조사 치료 및 저주파 치료를 동시에 시행할 수 있는 체외 충격파 치료기에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 하우징 외연에 광원에 의해 빛을 발산하는 광조사부를 결합하고 환부에 부착되는 패드와 전기적으로 접촉되어 저주파를 발생시키는 통전부재를 충격파전달체 전방에 결합함으로써 물리적인 체외 충격파 치료와 동시에 광조사 치료 및 저주파 치료를 시행할 수 있다.
그러나 선행문헌들은 레이저 광원을 이용하여 충격파를 생성할 수 있는 장치를 개시·시사·암시하지 않는다. 또한, 선행문헌들은 고강도 레이저 및 충격파를 생성하는 에너지 소스를 레이저 광원으로 통일함으로써, 레이저 치료와 충격파 치료를 모두 수행할 수 있는 장치의 크기와 무게를 경량화 할 수 있는 장치를 개시·시사·암시하지 않는다. 나아가, 선행문헌들은 하나의 장치만 이용하면서도, 레이저 치료와 충격파 치료를 동시에 진행하는 것이 아닌 모드별로 순차적으로 진행할 수 있는 장치를 개시·시사·암시하지 않는다.
이에 따라, 상기 선행문헌들에 개시·시사·암시되지 않은 기술적 과제를 해결하기 위한 기술의 구현이 요청된다.
실시예들은 레이저 광원을 이용하여 충격파를 생성할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.
실시예들은 고강도 레이저 및 충격파를 생성하는 에너지 소스를 레이저 광원으로 통일함으로써, 레이저 치료와 충격파 치료를 모두 수행할 수 있는 장치의 크기와 무게를 경량화 할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.
실시예들은 하나의 장치만 이용하면서도, 레이저 치료와 충격파 치료를 동시에 진행하는 것이 아닌 모드별로 순차적으로 진행할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.
나아가, 실시예들은 배경 기술에서 언급한 과제들 및 본 명세서에서 드러나는 해당 기술 분야의 과제들을 해결하기 위한 레이저 광원을 이용한 충격파 및 레이저 치료 장치를 제공하고자 한다.
일실시예에 따른 레이저 광원을 이용한 충격파 및 레이저 치료 장치는 레이저를 생성하는 레이저 광원; 상기 레이저 또는 충격파를 외부로 출력하는 핸드 피스; 상기 레이저를 상기 핸드 피스로 전달하는 케이블을 포함하고, 상기 핸드 피스는, 미리 정의된 모드별로 상기 레이저의 광로를 조정하는 광학계; 상기 광학계로부터 상기 레이저를 입력받아 충격파를 생성하는 충격파 생성부를 포함하고, 상기 핸드 피스는 상기 광학계가 제1 모드일 때 상기 레이저를 외부로 출력하고, 상기 광학계가 제2 모드일 때 상기 충격파를 외부로 출력할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 광학계는 공통 광로, 제1 광로, 제1 거울, 제1 렌즈, 제2 광로, 제2 거울, 제2 렌즈를 포함하고, 상기 공통 광로와 상기 제1 광로는 동일한 축 상에 위치하고, 상기 제1 거울은 상기 공통 광로와 상기 제1 광로 사이에 위치하고, 상기 제1 렌즈는 상기 제1 광로 일단에 위치하고, 상기 제2 광로는 상기 제1 광로와 평행하게 위치하고, 상기 제2 거울은 상기 광학계가 상기 제2 모드일 때 상기 제1 거울로부터 반사된 빛이 상기 제2 광로로 진입하도록 위치하고, 상기 제2 렌즈는 상기 제2 광로 일단에 위치할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 광학계가 상기 제1 모드일 때, 상기 제1 거울은 상기 공통 광로에서 나오는 상기 레이저가 상기 제1 광로로 진입하되, 상기 제2 거울로는 입사하지 않도록 위치하고, 상기 레이저는 상기 제1 렌즈를 거쳐 상기 핸드 피스로부터 출력될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 광학계가 상기 제2 모드일 때, 상기 제1 거울은 상기 공통 광로에서 나오는 상기 레이저가 상기 제2 거울로 입사하되, 상기 제1 광로로는 진입하지 않도록 위치하고, 상기 레이저는 상기 제2 렌즈를 거쳐 상기 충격파 생성부로 진입할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 충격파 생성부는 상기 레이저의 에너지를 전달받아 버블이 생성되고, 상기 버블이 생기거나 터질 때 상기 충격파가 생성되는 매질; 상기 충격파를 반사시키는 소재로 이루어진 충격파 반사면; 상기 충격파를 통과시키는 소재로 이루어진 막을 포함하고, 상기 충격파 반사면과 상기 막은 폐공간을 형성하여 상기 매질을 가둔다.
일실시예에 따르면, 상기 충격파 반사면은 제1 초점 및 제2 초점을 가지는 타원면을 포함하고, 상기 제1 초점은 상기 매질 내에 위치하고, 상기 제2 초점은 상기 핸드 피스 외부에 위치할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 충격파 반사면은 제1 초점 및 제2 초점을 가지는 쌍곡선면을 포함하고, 상기 제1 초점은 상기 매질 내에 위치하고, 상기 제2 초점은 상기 매질 바깥의 상기 핸드 피스 내부에 위치할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 막은 편광소재를 포함할 수 있다.
실시예들은 레이저 광원을 이용하여 충격파를 생성할 수 있는 장치를 제공할 수 있다.
실시예들은 고강도 레이저 및 충격파를 생성하는 에너지 소스를 레이저 광원으로 통일함으로써, 레이저 치료와 충격파 치료를 모두 수행할 수 있는 장치의 크기와 무게를 경량화 할 수 있는 장치를 제공할 수 있다.
실시예들은 하나의 장치만 이용하면서도, 레이저 치료와 충격파 치료를 동시에 진행하는 것이 아닌 모드별로 순차적으로 진행할 수 있는 장치를 제공할 수 있다.
한편, 실시예들에 따른 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일실시예에 따른 치료 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 2c는 일실시예에 따른 핸드 피스를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 광학계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4은 일실시예에 따른 광학계를 설명하기 위한 또 다른 도면이다.
도 5은 일실시예에 따른 충격파 생성부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 충격파 생성부를 설명하기 위한 또 다른 도면이다.
도 7은 일실시예 따른 막을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안 된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용 시 또는 동작 시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 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.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일실시예에 따른 치료 장치를 설명하기 위한 도면이다.
치료 장치(100)는 전원부(110), 입출력부(120), 레이저 광원(130), 케이블(140), 핸드 피스(150) 등을 포함할 수 있다. 또한, 치료 장치(100)는 통상의 체외 충격파 치료(Extracorporeal Shockwave Therapy, ESWT) 장치 또는 고강도 레이저 치료(High Intensity Laser Therapy, HILT) 장치에 포함되는 구성들을 포함할 수 있다. 치료 장치(100)는 정형외과 등에서 수행하는 석회성 또는 비석회성 건염, 주관절의 외상과염 또는 내상과염, 슬개건염, 아킬레스 건병증, 근위부 족저근막염 및 어깨통증, 팔꿈치통증, 무릎통증, 발목통증, 기타 관절통증, 신경 및 근육통 등의 치료에 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
전원부(110)는 통상의 체외파 충격파 치료 장치 또는 고강도 레이저 치료 장치에 사용되는 전원 장치일 수 있다. 입출력부(120)는 통상의 터치스크린 등일 수 있으며, 그 외 버튼, 스위치, 스피커 등의 입력 수단과 오디오, 보조 모니터 등의 출력 수단을 포함할 수 있다.
레이저 광원(130)은 레이저를 생성할 수 있다. 이를 위해, 레이저 광원(130)은 레이저 방출 소자, 제어부, 펄스폭 조절부 등을 포함할 수 있다. 레이저 광원(130)의 레이저 방출 소자는 시드 레이저(Seed Laser)를 방출한다. 레이저 방출 소자는 Nd:YAG(1064nm), Ho:YAG(2100nm), Er:YAG(2.9μm), Ruby(694nm), Alexandrite(755nm), CO2(10.6μm), Frequency doubled YAG(532nm) 등일 수 있다(괄호 안 숫자는 중심 파장을 의미함). 또는, Er fiber laser(1.5μm), Yb fiber laser(1.0μm) 등의 광섬유 레이저일 수 있다(괄호 안 숫자는 중심 파장을 의미함). 레이저 광원(130)의 레이저 방출 소자는 위 예시들에 제한되는 것은 아니며, 실시예에 따라 목적에 맞는 레이저 방출 소자가 얼마든지 채용될 수 있다.
레이저 광원(130)은 레이저 펄스를 생성할 수 있다. 레이저 광원(130)은 Q-Switching을 이용한 방법, On/Off 제어를 이용한 방법, 광간섭을 이용한 방법, AOM(acousti optic modulator) 및 EOM(elasto optic modulator) 등의 외부 모듈레이터(modulator)를 이용한 방법, pulse picker를 이용한 방법 등을 통해 레이저 펄스를 생성할 수 있다. 레이저 광원(130)의 레이저 펄스 생성 방식은 위 예시들에 제한되는 것은 아니며, 실시예에 따라 목적에 맞는 레이저 펄스 생성 방식이 얼마든지 채용될 수 있다.
레이저 광원(130)에서 생성된 펄스는 100피코초(ps) 내지 수십밀리세컨초(ms)의 펄스폭으로 가변될 수 있다. 레이저 광원(130)에서 생성되는 레이저 펄스는 제어부의 입력 신호에 따라 펄스폭 조절부에서 실시간으로 레이저 펄스의 폭을 가변할 수 있다. 레이저 광원(130)은 위와 같은 방식으로 단일 또는 복수의 레이저 펄스를 생성할 수 있다. 가령, 레이저 광원(130)에 의해 생성된 Q-Switched Nd: YAG 레이저는 파장 1064nm, 에너지 35mJ, 펄스 지속지간 10ns일 수 있다. 레이저 광원(130)의 구성은 위 실시예에 한정되지 않으며, 레이저 광원(130)의 세부 구성은 사용 목적에 따라 얼마든지 달라질 수 있다.
케이블(140)은 레이저 광원(130)에서 생성된 레이저를 핸드 피스(150)로 전달할 수 있다. 이를 위해, 케이블(140)은 광섬유를 포함할 수 있다. 또한, 케이블(140)은 전원부(110)에서 핸드 피스(150)로 전기를 공급할 수 있다. 이를 위해, 케이블(140)은 도체 전선을 포함할 수 있다. 케이블(140)은 용이한 사용을 위해 길이 조절이 가능할 수 있다. 케이블(140)은 치료 장치(100)의 받침대에 의해 지지되는 구조일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
핸드 피스(150)는 케이블(140)로부터 레이저를 입력받을 수 있다. 이어서, 핸드 피스(140)는 레이저 또는 충격파를 외부로 출력할 수 있다. 핸드 피스(150)에 대한 자세한 설명은 이후 도면을 참조하여 후술된다.
도 2a 내지 2c는 일실시예에 따른 핸드 피스를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 일실시예에 따른 핸드 피스 사시도이다.
핸드 피스(150)는 핸드 피스 바디(210), 스위치(220), 출력부(230) 등을 포함할 수 있다.
사용자는 핸드 피스 바디(210)를 잡고 레이저 또는 충격파를 환자의 환부에 조사할 수 있다. 핸드 피스 바디(210)는 통상의 ESWT 장치의 핸드 피스보다 작고 가벼울 수 있다. 통상의 ESWT 장치의 핸드 피스는 전기 또는 자기 방식을 이용하여 충격파를 생성하며, 이를 위해 압전 소자, 코일 등을 포함하고 있다. 따라서 통상의 ESWT 장치의 핸드 피스는 광학적 소자만을 필요로 하는 통상의 HILT 장치의 핸드 피스보다 부피가 크고 무겁다. 그러므로 ESWT 장치는 HILT 장치보다 사용이 불편한 것이 일반적이다. 그러나 일실시예에 따른 핸드 피스(150)는 전기 또는 자기 방식이 아닌 레이저를 이용하여 충격파를 생성하므로, 핸드 피스 바디(210)의 부피 및 무게는 통상의 HILT 장치의 핸드 피스 수준일 수 있다. 따라서 사용편의성이 개선될 수 있다.
스위치(220)는 도 2c를 참조하여 후술되는 광학계(240)의 모드를 변경할 수 있다. 사용자의 스위치(220) 조작에 따라 광학계(240)의 모드가 변경될 수 있다. 가령, 스위치(220)는 버튼처럼 누르는 형태일 수 있다. 사용자가 스위치(220)를 한 번 누르면 광학계(240)는 제1 모드가 될 수 있다. 제1 모드는 HILT 모드(고강도 레이저 치료 모드) 일 수 있다. 핸드 피스(150)는 광학계(240)가 제1 모드일 때 레이저를 외부로 출력할 수 있다. 사용자가 스위치(220)를 다시 누르면 광학계(240)는 제2 모드가 될 수 있다. 제2 모드는 ESWT 모드(체외 충격파 치료 모드)일 수 있다. 광학계(240)가 제2 모드일 때 핸드 피스(150)는 충격파를 외부로 출력할 수 있다. 한편, 스위치(220)가 광학계(240)의 모드를 경해 줄 수만 있다면, 스위치(220)의 위치, 형태, 동작 방식 등에는 특별한 제한이 없다.
출력부(230)는 제1 출력부(231) 및 제2 출력부(232)를 포함할 수 있다. 제1 출력부(231)는 레이저를 출력할 수 있다. 제2 출력부(232)는 충격파를 출력할 수 있다. 출력부(230)는 도시된 형태에 제한되지 않으며, 레이저와 충격파가 따로 출력될 수 있는 방식이라면 얼마든지 다양한 형태로 구성될 수 있다.
도 2b는 일실시예에 따른 핸드 피스 사용 예시도이다.
핸드 피스(150)는 케이블(140)을 통해 레이저를 입력받을 수 있다. 이어서, 핸드 피스(140)는 레이저 또는 충격파를 외부로 출력할 수 있다. 사용자는 핸드 피스 바디(210)를 잡고 레이저 또는 충격파를 환부(200)에 조사할 수 있다. 광학계(240)가 제1 모드인 경우, 환자에게 HILT 치료를 수행할 수 있다. 광학계(240)가 제2 모드인 경우, 환자에게 ESWT 치료를 수행할 수 있다.
치료 장치(100)는 레이저 및 충격파 생성을 위해 레이저 광원(130)만 사용하므로, 하나의 장치로 HILT와 ESWT를 모두 수행할 수 있다. 나아가, 핸드 피스(150)가 통상의 ESWT 장치의 핸드 피스에 비해 작고 가벼울 수 있다.
HILT는 빛(레이저)을 이용한 치료법으로, 레이저가 체내에 침투하여 에너지를 전달함으로써 혈액순환, 조직회복, 근섬유회복 등의 효과가 있는 것으로 알려져 있다. ESWT는 환부에 강력한 충격파를 가하여 혈액순환 및 대사를 증진시킴으로써 힘줄/인대/조직의 회복, 통증 완화, 기능 개선 등의 효과를 가져오는 것으로 알려져 있다. 한편, 레이저를 이용하는 HILT와 충격파를 이용하는 ESWT를 순차적으로 진행하면 치료 시너지 효과가 있는 것으로 알려져 있어, 정형외과 등에서는 HILT 이후 ESWT를 진행하는 식으로 치료를 해오고 있다.
이를 위해, 정형외과 등에서는 HILT 장치와 ESWT 장치를 각각 구비하여 했다. HILT 장치는 고강도 레이저 출력이 핵심으로, 장치의 핵심부가 광학 소자로 구성되는 반면, ESWT 장치는 충격파 출력이 핵심으로, 장치의 핵심부가 압전 소자 또는 코일로 구성되었기 때문이다. 광학 소자와 압전 소자 또는 코일을 합칠 경우, 전원을 지나치게 많이 소비할 수 있다. 또한, 레이저 광원과 압전 소자 또는 코일의 에너지 소스 간섭을 일으킬 수 있어, 사용 안정성이 떨어질 수 있고 심지어 위험할 수 있다. 또한, 압전 소자 또는 코일을 포함하는 핸드 피스는 통상 크고 무거운데, 광학적 구성까지 추가될 경우 지나치게 사용감이 불편해질 우려가 있다.
그러나 일실시예에 따른 치료 장치(100)는 레이저 광원(130)으로부터 고강도 레이저 및 체외 충격파를 모두 생성할 수 있다. 따라서 HILT와 ESWT를 수행하는 수단을 하나의 장치로 구성할 수 있게 된다. 치료 장치(100)는 스위치(220)의 간단한 조작을 통해 HILT 모드에서 ESWT 모드로(또는 반대로) 바뀔 수 있다. HILT와 ESWT의 순차적 치료를 하나의 기기로 진행할 수 있으므로, 치료 장치(100)를 사용하는 사용자의 사용편의성을 도모할 수 있다. 또한, 종래에는 정형외과 등에서는 HILT 장치와 ESWT 장치를 각각 구매하여야 했으나, 치료 장치(100)는 하나만 구입하면 HILT와 ESWT를 모두 수행할 수 있으므로 병원의 경제적 이익도 도모할 수 있다.
도 2c는 일실시예에 따른 핸드 피스 내부 모습에 대한 개념도이다.
핸드 피스(150)는 내부에 광학계(240) 및 충격파 생성부(250)를 포함할 수 있다. 레이저는 케이블(140)을 통해 핸드 피스(150)로 진입한 후, 광학계(240)를 지나 외부로 출력되거나, 광학계(240)를 지나 충격파 생성부(250)로 입력될 수 있다.
광학계(240)는 미리 정의된 모드에 따라 레이저의 광로를 조정할 수 있다. 핸드 피스(150)는 광학계(240)가 제1 모드일 때 레이저를 외부로 출력할 수 있다. 레이저는 제1 출력부(231)를 통해 외부로 출력될 수 있다.
또한, 핸드 피스(150)는 광학계(240)가 제2 모드일 때 충격파를 외부로 출력할 수 있다. 충격파 생성부(250)는 광학계(240)로부터 레이저를 입력받아 충격파를 생성할 수 있다. 충격파는 제2 출력부(232)를 통해 외부로 출력될 수 있다.
광학계(240) 및 충격파 생성부(250)에 대한 자세한 설명은 이후 도면을 참조하여 후술된다.
도 3은 일실시예에 따른 광학계를 설명하기 위한 도면이다.
광학계(240)는 공통 광로(310), 제1 광로(311), 제1 거울(312), 제1 렌즈(313), 제2 광로(321), 제2 거울(322), 제2 렌즈(323)를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 구성 외에도, 광학계(240)는 모드별로 레이저(300)의 경로를 변경하여 HILT 모드인 제1 모드에서는 레이저(300)가 외부로 출력되도록 하고, ESWT 모드인 제2 모드에서는 레이저(300)가 충격파 생성부(250)로 진입하도록 하는 어떠한 구성으로도 이루어질 수 있다.
공통 광로(310)는 광학계(240)의 모드에 관계없이 레이저(300)가 공통으로 지나는 경로일 수 있다. 제1 광로(311)는 광학계(240)가 제1 모드일 때 레이저(300)가 지나는 경로일 수 있다. 공통 광로(310)와 제1 광로(311)는 동일한 축 상에 위치할 수 있다. 제1 거울(312)은 공통 광로(310)와 제1 광로(311) 사이에 위치할 수 있다. 제1 렌즈(313)는 제1 광로(311) 일단에 위치할 수 있다. 제1 렌즈(313)는 도 2a-c에 도시된 제1 출력부(231)와 맞닿아 있을 수 있다. 제1 렌즈(313)를 통과한 레이저(300)는 외부로 출력될 수 있다. 제1 렌즈(313)는 볼록 렌즈일 수 있으며, 실시예에 따라 달리 채용될 수도 있다.
제2 광로(321)는 제1 광로(311)와 평행하게 위치할 수 있다. 제2 거울(322)은 광학계(240)가 제2 모드일 때 제1 거울(312)로부터 반사된 레이저(300)가 제2 광로(321)로 진입하도록 위치할 수 있다. 제2 렌즈(323)는 제2 광로(321) 일단에 위치할 수 있다. 제2 렌즈(323)는 충격파 생성부(250)와 맞닿아 있을 수 있다. 제2 렌즈(323)를 통과한 레이저(300)는 충격파 생성부(250)로 진입할 수 있다. 제2 렌즈(323)는 볼록 렌즈일 수 있으며, 실시예에 따라 달리 채용될 수도 있다.
광학계(240)는 제1 모드에서 제2 모드로 변경하는 모드변경수단(314)을 구비할 수 있다. 광학계의 모드 변경은 기계적 방식; MEMS, fiber 기반, 위상 변조 기반 등의 optical switch를 이용하는 방식; polarization rotation을 이용하는 방식 등으로 구현될 수 있다. 모드변경수단(314)은 위 예시들에 국한되지 않으며, 실시예에 따라 목적에 맞는 모드변경수단을 얼마든지 채용할 수 있다.
도 3 및 4에서는 설명의 편의를 위해 광학계(240)가 기계적 방식의 모드변경수단(314)을 구비한 경우에 대해 대표적으로 설명한다. 광학계(240)가 optical switch를 이용한 방식 또는 polarization rotation을 이용한 방식의 모드변경수단(314)을 구비한 경우에도 후술 설명과 본질적으로 동일한 기능을 수행한다.
도 3 및 4는 광학계(240)가 기계적 방식의 모드변경수단(314)을 구비한 경우에 대해 대표적으로 도시하고 있다. 광학계(240)가 기계적 방식의 모드변경수단(314)을 구비한 경우, 모드를 변경할 경우, 모드변경수단(314)은 회전축, 전자식 회전 장치, 기계식 힌지 등일 수 있다. 모드변경수단(314)은 제1 거울(312)에 일단에 설치되어 제1 거울(312)의 각도를 기울일 수 있다. 모드변경수단(314)의 제어는 도 2a-c를 참조하여 설명한 스위치(220)의 조작을 통해 이루어질 수 있다.
예를 들어, 사용자가 스위치(220)를 한 번 누르면 모드변경수단(314)은 제1 거울(312)을 미리 설정된 제1 각도로 기울일 수 있다. 제1 각도는 제1 거울(312)이 공통 광로(310)에서 제1 광로(311)로 진입하는 레이저(300)를 간섭하지 않는 각도일 수 있다. 이를 통해, 광학계(240)는 제1 모드가 될 수 있다.
도 3처럼 광학계(240)가 제1 모드일 때, 제1 거울(312)은 공통 광로(310)에서 나오는 레이저(300)가 제1 광로(311)로 진입하되, 제2 거울(322)로는 입사하지 않도록 위치할 수 있다. 레이저(300)는 공통 광로(310)에서 제1 광로(311)를 거쳐 제1 렌즈(313)로 진입할 수 있다. 제1 렌즈(313)를 통과한 레이저(300)는 도 2a-c에 도시된 제1 출력부(231)를 통해 외부로 출력될 수 있다.
도 4은 일실시예에 따른 광학계를 설명하기 위한 또 다른 도면이다.
도 3과 비교하여, 도 4는 광학계(240)가 제2 모드일 때를 도시하고 있다. 광학계(240)가 제1 모드인 상태에서 사용자가 스위치(220)를 다시 누르면, 모드변경수단(314)은 제1 거울(312)을 미리 설정된 제2 각도로 기울일 수 있다. 제2 각도는 제1 거울(312)이 공통 광로(310)에서 나오는 레이저(400)를 제2 거울(312)로 반사시키는 각도일 수 있다. 이를 통해, 광학계(240)는 제2 모드가 될 수 있다.
광학계(240)가 제2 모드일 때, 제1 거울(312)은 공통 광로(310)에서 나오는 레이저(400)가 제2 거울(322)로 입사하되, 제1 광로(311)로는 진입하지 않도록 위치할 수 있다. 레이저(400)는 공통 광로(310)를 거쳐 제1 거울(312)로 입사한 후, 제1 거울(312)로부터 반사되어 제2 거울(322)로 입사할 수 있다. 제2 거울(322)로부터 반사된 레이저(400)는 제2 광로(321)을 거쳐 제2 렌즈(323)로 진입할 수 있다. 제2 렌즈(323)를 통과한 레이저(400)는 충격파 생성부(250)로 진입할 수 있다.
제2 렌즈(323)는 충격파 생성부(250) 내부에서 레이저(400)를 한 초점으로 응집할 수 있다. 응집된 레이저(400)에 의해 충격파 생성부(250) 내부 매질은 국소적인 기화 또는 플라즈마화가 발생하며, 그 결과 버블(410)이 순간적으로 생성되었다가 터질 수 있다. 버블(410)이 순간적으로 생성될 때 충격파 생성부(250) 내부에서 1차로 충격파가 생성되며, 버블(410)이 터질 때에도 충격파 생성부(250) 내부에서 1차로 충격파가 생성될 수 있다.
충격파는 충격파 생성부(250) 내부에서 직진 및 반사하여 외부로 출력될 수 있다. 충격파 반사면이 타원형인 경우, 충격파 경로(410)는 외부 초점으로 모일 수 있다. 충격파 파면(420)은 충격파 경로(410)에 수직하게 형성될 수 있다. 충격파 파면(420)은 외부 초점에 위치한 환부(421)에 충격파를 가할 수 있다.
한편, 레이저(400)는 광량(Power)조절, 충격파 발생 위치 조절(Focusing Point 조절), 파면 조절(점 또는 선으로 집속 가능)등이 용이하여, 생성되는 충격파의 상태(충격파의 세기, 형태, 지속 시간 등)을 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 충격파 생성에 이용되는 레이저(400)가 소비하는 전력은 압전 소자 또는 코일을 이용하여 충격파를 생성하는 통상의 ESWT 장치에 비해 크지 않은 이점이 있다.
도 5은 일실시예에 따른 충격파 생성부를 설명하기 위한 도면이다.
충격파 생성부(250)는 매질(510), 막(520), 충격파 반사면(530) 등을 포함할 수 있다. 매질(510)은 레이저로부터 에너지를 전달받아 버블(410)이 생성되고, 버블(410)이 생성되거나 터질 때 충격파가 생성될 수 있다. 막(520)은 충격파를 통과시키는 소재로 이루어질 수 있다. 충격파 반사면(530)은 충격파를 반사시키는 소재로 이루어질 수 있다. 충격파 반사면(530)과 막(520)은 폐공간을 형성하여 매질(510)을 가둘 수 있다. 매질(510), 막(520), 충격파 반사면(530)의 소재는 통상의 전기 수력(electrohydraulic) 방식의 ESWT 장치에 사용되는 소재가 차용될 수 있다.
도 5를 참조하여 설명되는 실시예는 초점형 체외 충격파 치료에 이용될 수 있다. 초점형 체외 충격파는 특정 부위에 충격파를 집중시키는 치료 방식이다. 초점형 체외 충격파를 출력하기 위해, 충격파 반사면(530)은 타원면의 일부로 이루어질 수 있다. 타원면은 제1 초점(531) 및 제2 초점(532)를 가질 수 있다. 제1 초점(531)은 매질 내에 위치할 수 있다. 제2 초점은 핸드 피스(150) 외부에 위치할 수 있다.
구체적으로, 레이저는 도 4를 참조하여 설명한 광학계(250)를 지나 제1 초점(531)으로 응집할 수 있다. 응집된 레이저에 의해 매질(510)은 국소적인 기화 또는 플라즈마화가 발생하며, 그 결과 버블이 순간적으로 생성되었다가 터질 수 있다. 버블이 순간적으로 생성될 때 매질(510)에서 1차로 충격파가 생성되며, 버블(410)이 터질 때에도 매질(510)에서 1차로 충격파가 생성될 수 있다. 이를 통해, 제1 초점(531)은 충격파가 발산하는 소스가 될 수 있다.
이렇게 생성된 충격파의 에너지 플럭스 밀도(energy flux density)는 0.004~0.6 mJ/mm2 범위일 수 있다. 충격파의 초점 거리는 10~50mm일 수 있다. 그러나 충격파의 물리량은 상기 수치들에 제한되는 것은 아니며, 실시예에 따라 달리 선택될 수 있다.
타원면의 제1 초점(531)으로부터 발산하는 파동이 타원면에서 반사되면, 반사된 파동은 제2 초점(532)으로 수렴하는 성질을 가진다. 따라서 제1 초점(531)으로부터 발산한 충격파(540)는 타원면으로 이루어진 충격파 반사면(530)에서 반사된 후 제2 초점(532)으로 응집할 수 있다. 즉, 충격파 반사면(520)이 타원면 형상인 경우, 충격파 경로(540)는 제2 초점(532)으로 모일 수 있다. 충격파 파면(541)은 충격파 경로(540)에 수직하게 형성될 수 있다. 충격파 파면(540)은 제2 초점(532)에 위치한 국소적인 환부(550)에 초점형 체외 충격파를 가할 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 충격파 생성부를 설명하기 위한 또 다른 도면이다.
충격파 생성부(250)는 레이저(400)의 매질(610), 막(620), 충격파 반사면(630) 등을 포함할 수 있다. 매질(610), 막(620), 충격파 반사면(630)의 소재는 도 5와 동일할 수 있다.
도 6을 참조하여 설명되는 실시예는 방사형 체외 충격파 치료에 이용될 수 있다. 방사형 충격파는 근육, 조직, 관절 등에 전반적으로 체외 충격파를 전달하는 효과가 있다. 방사형 체외 충격파를 출력하기 위해, 충격파 반사면(630)은 쌍곡면의 일부로 이루어질 수 있다. 쌍곡면은 제1 초점(631) 및 제2 초점(632)를 가질 수 있다. 제1 초점(631)은 매질 내에 위치할 수 있다. 제2 초점(632)은 충격파가 외부로 출력되는 방향의 반대 방향에 위치할 수 있다. 즉, 제2 초점(632)은 매질 바깥의 핸드 피스(150) 내부에 위치할 수 있다.
구체적으로, 레이저는 도 4를 참조하여 설명한 광학계(250)를 지나 제1 초점(631)으로 응집할 수 있다. 응집된 레이저에 의해 매질(610)은 국소적인 기화 또는 플라즈마화가 발생하며, 그 결과 버블이 순간적으로 생성되었다가 터질 수 있다. 버블이 순간적으로 생성될 때 매질(610)에서 1차로 충격파가 생성되며, 버블(410)이 터질 때에도 매질(610)에서 1차로 충격파가 생성될 수 있다. 이를 통해, 제1 초점(631)은 충격파가 발산하는 소스가 될 수 있다.
쌍곡면의 제1 초점(631)으로부터 발산하는 파동이 쌍곡면에 반사되면, 반사된 파동은 마치 제2 초점(632)으로부터 발산하는 것 같이 진행하는 성질을 가진다. 따라서 제1 초점(631)으로부터 발산한 충격파(540)는 쌍곡면으로 이루어진 충격파 반사면(630)에서 반사된 후 제2 초점(632)으로부터 발산하는 것 같이 퍼져 나갈 수 있다. 즉, 충격파 반사면(620)이 쌍곡면 형상인 경우, 충격파 경로(640)는 제2 초점(632)으로부터 퍼져 나가는 것처럼 진행할 수 있다. 충격파 파면(641)은 충격파 경로(540)에 수직하게 형성될 수 있다. 충격파 파면(540)은 넓은 범위의 환부(650)에 방사형 체외 충격파를 가할 수 있다.
도 7은 일실시예 따른 막을 설명하기 위한 도면이다.
충격파 생성부(250)의 막(520, 620)은 편광소재를 포함할 수 있다. 구체적으로, 막(520, 620)은 편광방향이 서로 수직한 두 개의 편광판(711, 712)을 포함할 수 있다. 그 외에, 막(520, 620)은 두 개의 편광판(711, 712) 바깥에 패드(720)를 포함할 수 있다. 패드(720)는 ESWT 장치 핸드 피스 출력부에 사용되는 통상의 젤 소재 패드일 수 있으며, 두께는 10mm, 15mm, 20mm, 25mm, 30mm, 40mm 등 실시예에 따라 다르게 채용될 수 있다.
광학계(240)가 제2 모드인 ESWT 모드로 사용될 때, 충격파 생성부(250) 내부는 레이저(730)와 충격파(740)가 함께 있는 상태가 된다. 그러나 제2 출력부(232)로는 충격파(740)만 나와야 올바른 체외 충격파 치료가 이루어질 수 있다. 따라서 막(520, 620)은 레이저(730)는 차단하되 충격파(740)는 통과시킬 수 있는 구성을 가질 필요가 있다.
구체적으로, 막(520, 620)은 서로 수직한 두 개의 편광판(711, 712)을 포함할 수 있다. 각각의 편광판(711, 712)은 편광 방향이 서로 반대인 레이저(730) 성분을 차단할 수 있다. 제1 편광판(711)은 레이저(730) 중에서 y 방향으로 편광된 빛을 차단할 수 있다. 제1 편광판(711)을 통과한 레이저(730)는 x 방향으로 편광된 빛만 남으므로 강도가 절반이 된다. 이어서, 제2 편광판(712)은 x 방향으로 편광된 빛을 차단할 수 있다. 레이저(730) 성분 중 x 방향으로 편광된 빛마저 차단됐으므로, 제2 편광판(712) 이후 레이저(730)의 강도는 무시할 수 있는 수준이 될 수 있다. 한편, 편광판(711, 712)은 충격파(740)를 차단하지는 않으므로, 충격파(740)의 강도는 줄어들지 않거나 무시할 수 있는 수준으로만 줄어들 수 있다.
이상의 구성을 통해, 제1 편광판(711), 제2 평광판(712) 및 패드(720)로 이루어진 막(520, 620)은 레이저(730)의 출력을 차단하되 충격파(740)의 출력은 막지 않을 수 있다. 따라서, 핸드 피스(150)를 ESWT 모드로 사용할 때 레이저(740)는 출력되지 않으면서 충격파(730)만 출력되도록 할 수 있다. 이를 통해, 사용자는 레이저의 간섭을 받지 않는 온전한 ESWT 치료를 환자에게 수행할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
100: 치료 장치
110: 전원부
120: 입출력부
130: 레이저 광원
140: 케이블
150: 핸드 피스
210: 핸드 피스 바디
220: 스위치
231: 제1 출력부
232: 제2 출력부
240: 광학계
250: 충격파 생성부
310: 공통 광로
311: 제1 광로
312: 제1 거울
313: 제1 렌즈
314: 모드변경수단
321: 제2 광로
322: 제2 거울
323: 제2 렌즈
510, 610: 매질
520, 620: 막
530, 630: 충격파 반사면
711, 712: 편광판

Claims (8)

  1. 레이저를 생성하는 레이저 광원;
    상기 레이저 또는 충격파를 외부로 출력하는 핸드 피스;
    상기 레이저를 상기 핸드 피스로 전달하는 케이블
    을 포함하고,
    상기 핸드 피스는,
    미리 정의된 모드별로 상기 레이저의 광로를 조정하는 광학계;
    상기 광학계로부터 상기 레이저를 입력받아 충격파를 생성하는 충격파 생성부
    를 포함하고,
    상기 핸드 피스는
    상기 광학계가 제1 모드일 때 상기 레이저를 외부로 출력하고,
    상기 광학계가 제2 모드일 때 상기 충격파를 외부로 출력하고,
    상기 광학계는
    공통 광로, 제1 광로, 제1 거울, 제1 렌즈, 제2 광로, 제2 거울, 제2 렌즈를 포함하고,
    상기 공통 광로와 상기 제1 광로는 동일한 축 상에 위치하고,
    상기 제1 거울은 상기 공통 광로와 상기 제1 광로 사이에 위치하고,
    상기 제1 렌즈는 상기 제1 광로 일단에 위치하고,
    상기 제2 광로는 상기 제1 광로와 평행하게 위치하고,
    상기 제2 거울은 상기 광학계가 상기 제2 모드일 때 상기 제1 거울로부터 반사된 빛이 상기 제2 광로로 진입하도록 위치하고,
    상기 제2 렌즈는 상기 제2 광로 일단에 위치하는
    레이저 광원을 이용한 충격파 및 레이저 치료 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광학계가 상기 제1 모드일 때,
    상기 제1 거울은 상기 공통 광로에서 나오는 상기 레이저가 상기 제1 광로로 진입하되, 상기 제2 거울로는 입사하지 않도록 위치하고,
    상기 레이저는 상기 제1 렌즈를 거쳐 상기 핸드 피스로부터 출력되는,
    레이저 광원을 이용한 충격파 및 레이저 치료 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광학계가 상기 제2 모드일 때,
    상기 제1 거울은 상기 공통 광로에서 나오는 상기 레이저가 상기 제2 거울로 입사하되, 상기 제1 광로로는 진입하지 않도록 위치하고,
    상기 레이저는 상기 제2 렌즈를 거쳐 상기 충격파 생성부로 진입하는,
    레이저 광원을 이용한 충격파 및 레이저 치료 장치.
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  6. 삭제
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