KR20010106697A

KR20010106697A - 레이저를 이용한 암치료시스템

Info

Publication number: KR20010106697A
Application number: KR1020000027600A
Authority: KR
Inventors: 임현수
Original assignee: 임현수
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2001-12-07
Also published as: WO2001089404A1; KR100406317B1

Abstract

본 발명은 제품의 경량화, 간편한 이동 및 설치, 치료 등을 용이하게 도모할 수 있는 광역학적 암치료(Photodynamic Therapy)를 위한 레이저시스템에 관한 것으로, 이는 예컨데 600∼1000nm의 레이저파장과 10W 이하(연속출력), 100W(피크출력)의 레이저출력을 가진 다이오드 레이저공진기를 설치하고 이에 적합한 레이저전원공급부를 회로구성하게 되므로 사용상의 편리성을 향상시킨 레이저를 이용한 암치료시스템에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 시스템본체(17)에 숫자키(21), DEL키(22), CANCEL키(23), UP키(24), DOWN키(25), ENTER키(26) 및 LCD출력창(11)으로 된 키보드(3), 냉각팬(6), 인터락(9) 및 광섬유(10)등이 구비되어, DC ±12V, 5V의 전원부(12), 레이저 방사모드를 구현을 위한 원칩마이컴(13)과 제어부(14), 스위치모드 파워써플라이구조로 레이저의 출력 및 방사모드를 제어하는 레이저전원공급부(15) 및, 다이오드레이저 또는 골드베이퍼 레이저를 매질로 600∼1000nm의 레이저파장을 가진 레이저공진기(16)로 구성된 레이저를 이용한 암치료시스템.

Description

레이저를 이용한 암치료시스템 {A treatment system of cancer by laser}

본 발명은 제품의 경량화, 간편한 이동 및 설치, 치료 등을 용이하게 도모할 수 있는 광역학적 암치료(PhotoDynamic Therapy)를 위한 레이저시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 예컨데 600∼1000 nm의 레이저파장과 10W 이하(연속출력), 100W(피크출력)의 레이저출력을 가진 다이오드 레이저공진기를 설치하고 이에 적합한 레이저전원공급부를 회로구성하게 되므로 사용상의 편리성을 향상시킨 레이저를 이용한 암치료시스템에 관한 것이다.

종양은 일반적인 염증, 괴형성, 출혈 등에 의한 종창(Swelling)과 구별하기 위해 현미경적 검사를 필요하게 되고 국소질환으로 시작하여 전신으로 퍼지게 된다.

종양세포가 발생부위의 표면에만 국한되거나 표면을 지나 주위조직을 침윤하였더라도 1 mm 에서 2cm 까지의 작은 경우는 임파절이나 전신으로 전이되는 경우가 드물다. 임상에서 진단을 하는 경우에는 증상과 증후를 조사하고, 철저한 의학적 검사후에, 혈관조영술, CT, 초음파검사, MRL, 내시경, 면역적 검사, 세포검진 및 병리학적 검사를 통해 병변을 판별한다.

종양의 광학특성으로서 종양조직은 헤모글로빈 및 종양내의 혈관형성으로 인한 미세혈관 용적의 증가로 인하여 흡수계수가 증가하고, 미토콘드리아 등에 의하여 감쇠된 산란계수가 높아지고, 정상조직과 마찬가지로 흡수보다는 산란이 주도적으로 일어난다. 한편, 광이 물질에 입사하면 물질에서는 광의 흡수, 산란 및 투과 등의 반응이 일어나게 되는 바, 이는 광이 생체 조직에 입사할 때에도 같은 반응이 일어나게 된다. 그리하여 생체조직과 반응하여 2 차로 생성되는 광은 그 생체조직의 고유한 정보를 나타내게 되고, 그 정보를 취득하여 재구성하면 그 생체조직의 상태를 진단할 수 있게 된다.

따라서, 생체조직의 광학특성차이를 이용한 검진기술은 기존의 위험성과 비효율성에서 벗어나 검진이 가능하다는 이점을 갖고 있다.

연부조직(Soft Tissue)의 광학적특성은 생체조직내의 생리적 현상에 대한 정보를 제공하여 줄 수 있고, 600∼1000nm 사이의 광은 보통 세포 구성성분의 낮은 흡수도 때문에 대부분의 인체조직에서 최고의 투과력을 갖고 세포기관에 의해서 상대적으로 비효율적으로 산란된다.

생체조직은 가시광선이나 적외선 영역의 광은 흡수가 잘되지 않는 반면, 산란은 잘되는 광학특성을 갖는다. 그러므로, 생체조직의 표면에서 방사하거나 산란하는 광의 색상을 분석함으로써 어떤 상태에 있는 지를 평가할 수 있었다.

종래의 레이저기기는 헬륨네온(He-Ne) 레이저로써 레이저파장 630nm에서 파장대를 선택하여 사용하고 있으나, 이 헬륨네온 레이저는 저출력의 단점을 가지고 있어 고출력의 레이저시스템이 필요로 하고 있다.

또한, 상기 헬륨네온 레이저는 제품크기가 커서 설치면적을 고려해야할 뿐만아니라 이동함에도 여러 제약을 받게 된다는 결점이 있었다.

본 발명은 상기와 같이 종래의 헬륨네온 레이저기기가 갖고 있는 사용상 불편함을 해소하기 위해 발명한 것으로, 제품의 경량화, 간편한 이동 및 설치, 치료 등을 기할 수 있도록 다이오드레이저(Diode Laser) 또는 골드베이퍼( Gold Vaper) 레이저(GoldVapour Laser)의 광역학적 암치료를 위한 레이저시스템을 이용하여 예컨데 600∼1000nm의 레이저파장과 10W 이하, 100W의 레이저출력을 가진 레이저공진기, 이에 적합한 레이저전원공급부 및 원칩마이컴등의 회로구성으로 다양한 레이저출력시키게 되므로 정확도 및 정밀도를 향상시킬 수 있는 레이저를 이용한 암치료시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 관한 레이저를 이용한 암치료시스템을 나타낸 전체외관도

도 2 는 본 발명의 레이저를 이용한 암치료시스템을 도시해 놓은 블록도

도 3 은 도 2 에 도시된 원칩마이컴과 제어부를 상세히 도시해 놓은 회로도

도 4 는 도 2 에 도시된 레이저전원공급부를 상세히 도시해 놓은 회로도

도 5 및 도 6 은 본 발명에 관한 레이저를 이용한 암치료시스템을 설명하기 위한 흐름도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 〉

1 : 전원램프 2 : 키스위치

3 : 키보드 6 : 냉각팬

9 : 인터락 10 : 광섬유

11 : LCD 출력창 12 : 전원부

13 : 원칩마이컴 14 : 제어부

15 : 레이저전원공급부 16 : 레이저 공진기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저를 이용한 암치료시스템은, 시스템본체(17)에는 숫자키(21), DEL키(22), CANCEL키(23), UP키(24), DOWN키(25), ENTER키(26) 및 LCD출력창(11)으로 된 키보드(3), 냉각팬(6), 인터락(9) 및 광섬유(10)등이 구비되어, DC ±12V, 5V의 전원부(12), 레이저 방사모드를 구현을 위한 원칩마이컴(13)과 제어부(14), 스위치모드 파워써플라이구조로 레이저의 출력 및 방사모드를 제어하는 레이저전원공급부(15) 및, 다이오드레이저 또는 골드베이퍼 레이저를 매질로 600∼1000nm의 레이저파장을 가진 레이저공진기(16)로 구성된 것을 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 관한 레이저를 이용한 암치료시스템을 나타낸 전체외관도로서, 본 발명의 레이저를 이용한 암치료시스템은 예컨데 600∼1000nm의 레이저파장과 10W 이하(연속출력), 100W(피크출력)의 레이저출력을 가진 다이오드 레이저공진기를 시스템본체(17)내에 설치하고 이에 적합한 레이저전원공급부를 회로구성한 광역학적 암치료를 위한 레이저시스템인 것이다.

본 발명의 광역학 암치료를 위한 레이저시스템에서 중요한 부분은 파장대의 선택인 데, 여기서 광파장의 선택기준은 피부조직의 투과 깊이와 포토센시티저(Photosensitizer)의 흡수율이고, 광감작제로서 포토프린(Photofrin) 또는 HPD, 포토겜(Photogem)이 사용되고 있다.

상기 시스템본체(17)는 뒤면으로 AC 220V의 전원을 입력하는 전원입력부(8), 내부장치의 이상으로 과도한 전류가 흐를 경우 장비를 보호하기 위한 휴즈(7), 내부에서 발생하는 열량을 외부로 빼내기 위한 냉각팬(6) 및, 레이저빔으로부터 보호하기 위하여 설치된 단자로 설치된 방이나 공간에 센서나 스위치를 설치하여 인터락에 연결하여 임의의 신호에 의해 장비의 동작을 차단하여 레이저빔이 발생하지 못하도록 하는 인터락(9)등이 각각 설치되어 있다.

상기 시스템본체(17)의 전면에는 전원을 인가하기 위한 키스위치(2)를 동작시킬 경우 전원이 인가된 상태를 나타내는 전원램프(1), 각종 데이터의 입력이나 신호를 입력받은 키보드(3), 방사되는 레이저를 전달하는 레이저전달장치인 광섬유(10), 레이저가 방사되는 것을 알려주는 방사경고램프(4) 및 비상시에 장비의 전원을 신속히 차단하기 위한 비상스위치(5)가 각각 설치되어 있다.

상기 키보드(3)는 도 5 및 도 6 에 도시된 흐름도에 의해 진행되는 도중에 필요한 값 등을 입력하기 위한 숫자키(21)으로 레이저의 출력을 설정하거나 설정된 출력을 불러올 때 필요하다. DEL키(22)는 잘못 입력한 수치를 지울 때 사용하는 버튼이고, CANCEL키(23)는 실행취소/이전메뉴로 이동시키며, UP키(24)는 상위 메뉴선택, 메모리 인덱스증가 및 입력값 증가시키며, DOWN키(25)는 하위 메뉴선택, 메모리 인덱스감소 및 입력값 감소시키고, ENTER키(26)는 실행/입력설정(출력, ON/OFF TIME, DURATION TIME)/선택된 메뉴로 이동시킨다. 그리고 LCD출력창(11)에는 출력, 방사모드 및 출력시간등이 디스플레이된다.

도 2 는 본 발명의 레이저를 이용한 암치료시스템을 도시해 놓은 블록도로서, 도 1 에 도시된 시스템본체(17)내에는 레이저공진기(16)가 설치되어 예컨데 600∼1000nm의 레이저파장과 10W 이하(연속출력), 100W(피크출력)의 레이저출력을 광섬유 또는 굴절암(10)으로 레이저빔으로써 출력해주는 바, 이 레이저공진기(16)는 다이오드레이저 또는 골드베이퍼 레이저를 매질로 600∼1000nm의 레이저파장을 가지고, 온도에 대한 특성이 좋고 순간 과전류에 대한 보호기능도 갖추며 열을 외부로 발산해 주는 방열판위에 설치되어 있다.

상기 레이저공진기(16)에는 레이저전원공급부(15)가 연결되어 있어, 이 레이저전원공급부(15)는 레이저 방사모드를 구현을 위한 원칩마이컴(13)과 제어부(14)로부터 받은 신호에 따라 레이저의 출력을 안정되게 하기 위해 레이저공진기(16)로부터 출력을 감지하여 레이저공진기(16)의 출력값을 수시로 제어한다. 따라서, 원하는 출력을 선택적으로 발생할 수 있을 뿐만 아니라 발생 가능한 저출력에서 최대출력까지 가변할 수 있다.

상기 원칩마이컴(13)과 제어부(14)는 도 5 및 도 6 의 흐름도에 따른 처리과정을 거처서 상기 레이저전원공급부(15)에 레이저의 출력세기에 대한 정보와 레이저 방사를 제어하는 신호를 보내게 되고, 이때 레이저의 방사신호와 함께 방사경고램프(4)를 점등시키게 된다.

상기 원칩마이컴(13)에 각기 연결된 키보드(3)와 LCD 출력창(11)은 원칩마이컴(13)와 입출력 정보를 주고 받게 된다. AC 220V의 상용전원을 입력받아서 휴즈(7), 키스위치(2), 인터락(9)과 비상스위치(5)를 거쳐서 전원램프(1), 냉각팬(6), DC ±12V, 5V의 전원부(12) 및 레이저전원공급부(15)로 각각 전원을 보내게 된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 예컨데 600∼1000nm의 레이저파장과 10W 이하, 100W의 레이저출력을 가진 레이저공진기(16), 이에 적합한 레이저전원공급부(15) 및 원칩마이컴(13) 등을 이용하여 다양한 레이저출력시키게 되므로 정확도 및 정밀도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 다이오드레이저 또는 골드베이퍼 레이저 등을 선택하여 사용할 수 있는 잇점도 있다.

도 3 및 도 4 은 도 2 에 도시된 원칩마이컴(13)과 제어부(14), 그리고 레이저전원공급부(15)를 상세히 도시해 놓은 회로도로서, 원칩마이컴(13)은 도 5 및 도 6 에 도시된 흐름도에 의해서 출력, 방사모드 및 출력시간의 입출력데이터를 처리하고, 콘트롤칩(18)은 레이저의 출력을 시간적으로 제어하기 위한 부분이며, 변환기(19)는 상기 원칩마이컴(13)에 의해 256등분된 레이저출력의 세기를 디지털신호에서 아날로그신호로 변환해주는 부분이다. 2 개의 OP앰프(20, 20')는 아날로그로 변환된 신호를 트랜지스터(Q)를 통해 도 2 에 도시된 레이저전원공급부(15)로 전달하기 위해 전압 및 전류를 증폭해주는 부분이다.

상기 레이저전원공급부(15)에는 자체주파수 발진기능과 전압, 전류를 피드백받아서 보정해주는 전류모드 PWM제어기(27)가 설치되어 스위치모드 전원공급장치로 초기의 과도전류를 적절히 제어하도록 하고 도 2 에 도시된 레이저공진기(16)에 전달되는 손상을 최소화하며, 또 출력의 제어하고 시간적인 제어를 효과적으로 할 수 있다. 입력된 전원은 상기 전류모드 PWM제어기(27)에서 발생된 신호에 의해 FET(Q1, Q2)를 통해 고주파 트랜스포머(T2)를 상기 레이저공진기(16)로 출력하게 된다.

이때 원칩마이컴(13)과 제어부(14)에서 발생된 레이저출력 제어신호를 받아들여 상기 전류모드 PWM제어기(27)에서 처리하여 FET(Q1, Q2)를 동작시키게 되고, 상기 레이저공진기(16)를 통하여 흐르는 전류와 전압을 감지하여 레이저출력을 제어하게 된다.

도 5 및 도 6 은 본 발명에 관한 레이저를 이용한 암치료시스템을 설명하기 위한 흐름도로서, 레이저 방사모드 제어프로그램은 도 2 에 도시된 원칩마이컴(13)과 제어부(14)으로부터 받은 출력데이터를 이용하여 원하는 레이저출력을 만들어 내고, 출력된 레이저출력을 검출, 비교하여 정확한 출력을 만들어 낼수 있으며, 또한 원하는 방사형태로 출력하기 위하여 각종 방사모드를 낼 수 있다.

즉, 상기 원칩마이컴(13)과 제어부(14)에서 원하는 출력과 방사형태를 입력받아 레이저전원공급부(15)를 구동되도록 제어하게되는 바, 도 1 에 도시된 시스템본체(17)의 키보드(3)로 변수를 초기화시킨 다음 데이터설정메뉴(1.디폴트(Default), 2.리콜, 3.설정값)를 해당 키패드에서 입력을 받는다.

상기 입력값은 ENTER키(26)로 1.디폴트, 2.리콜, 3.설정값에 따라 각기 달리 설정하고, 상기 1.디폴트와 2.리콜에서는 상기 원칩마이컴(13)내 메모리에 저장된 데이터를 읽으며, 그리고 3.설정값에서는 전력값(일례로 1∼255mW)과 동작시간(일례로 1초∼30분)을 각각 설정한 다음 레이저타입메뉴[1.연속(CONTINUOUS), 2.펄스, 3.버스트(BURST)펄스]로한다. 여기서 UP키(24)와 DOWN키(25)로 메뉴증가/감소를 행한다.

이때 입력값은 ENTER키(26)로 1.연속, 2.펄스, 3.버스트펄스로하여 DRUATION(일례로1∼60초)설정과 ON/OFF TIME(일례로 1m초∼10초)설정한다.여기서 UP키(24)와 DOWN키(25)로 메뉴증가/감소를 행할 수 있다.

그리고,디폴토값을 저장에 따라 상기 원칩마이컴(13) 내 메모리에 설정하고, 설정값표시를 펄스 타입(PULSE TYPE), 파워/타임(POWER/TIME), 온/오프 타임 (ON/OFF TIME) 및 듀레이션 타임(DURATION TIME) 등으로 하여 본 발명의 암치료 시스템을 실행시킬 수 있고 해당시간 계산을 한다음 종료한다.

따라서 본 발명의 암치료 시스템은 상기와 같은 레이저 방사 제어프로그램을 통해 원칩마이컴(13), 레이저전원공급부(15) 및 레이저 공진기(16)를 동작시켜 외부의 광섬유(10) 또는 굴절암으로 레이저 출력인 레이저 빔을 발생시켜 암치료를행할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 제품의 경량화, 간편한 이동 및 설치, 치료 등을 기할 수 있도록 다이오드레이저 또는 골드베이퍼 레이저의 광역학적 암치료를 위한 레이저시스템을 이용하여 예컨데 600∼1000nm의 레이저파장과 10W 이하, 100W의 레이저출력을 가진 레이저공진기, 이에 적합한 레이저전원공급부 및 원칩마이컴등의 회로구성으로 다양한 레이저출력시키게 되므로 정확 및 정밀도를 향상시킬 수 있는 레이저를 이용한 암치료시스템을 제공할 수 있다.

Claims

시스템본체(17)에는 숫자키(21), DEL키(22), CANCEL키(23), UP키(24), DOWN키(25), ENTER키(26) 및 LCD출력창(11)으로 된 키보드(3), 냉각팬(6), 인터락(9) 및 광섬유(10)등이 구비되어, DC ±12V, 5V의 전원부(12), 레이저 방사모드를 구현을 위한 원칩마이컴(13)과 제어부(14), 스위치모드 파워서플라이구조로 레이저의 출력 및 방사모드를 제어하는 레이저전원공급부(15) 및, 다이오드레이저 또는 골드베이퍼 레이저를 매질로 600∼1000nm의 레이저파장을 가진 레이저공진기(16)로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 암치료시스템.
청구항 1 에 있어서, 상기 레이저공진기(16)는 다이오드레이저 또는 골드베이퍼 레이저 등으로 선택하여 사용한 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 암치료시스템.
출력, 방사모드 및 출력시간의 입출력데이터를 처리하는 원칩마이컴(13), 레이저의 출력을 시간적으로 제어하기 위한 콘트롤칩(18), 상기 원칩마이컴(13)에 의해 256등분된 레이저출력의 세기를 디지털신호에서 아날로그신호로 변환해주는 변환기(19), 아날로그로 변환된 신호를 트랜지스터(Q)를 통해 레이저전원공급부(15)로 전달하기 위해 전압 및 전류를 증폭해주는 2 개의 OP앰프(20, 20')로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 암치료시스템.
청구항 3 에 있어서, 상기 레이저전원공급부(15)에는 전류모드 PWM제어기(27)가 설치되어 초기의 과도전류를 적절히 제어하도록 하고 레이저공진기(16)에 전달되는 손상을 최소화하며, 입력된 전원은 상기 전류모드 PWM제어기(27)에서 발생된 신호에 의해 FET(Q1, Q2)를 통해 고주파 트랜스포머(T2)를 상기 레이저공진기(16)로 출력하게 된 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 암치료시스템.
청구항 3에 있어서, 콘트롤 칩(18)이 마이크로프로세서를 이용하여 레이저의 출력을 시간적으로 제어함을 특징으로 하는 레이저를 이용한 암치료 시스템.
청구항 3에 있어서, 레이저의 출력형태가 연속출력(Continuous Wave), 펄스(Pulse), 버스트 펄스(Burst Pulse) 및 슈퍼펄스(Super Pulse)로 명명된 방사형태를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 암치료시스템.