KR20040032822A - 광역학적 치료용 램프 - Google Patents

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KR20040032822A KR10-2003-7016016A KR20037016016A KR20040032822A KR 20040032822 A KR20040032822 A KR 20040032822A KR 20037016016 A KR20037016016 A KR 20037016016A KR 20040032822 A KR20040032822 A KR 20040032822A
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그로세쓰모르텐
스케이드스볼자를
웨드베르그토롤프씨.
브라엔덴존에릭
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포토큐어 에이에스에이
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Abstract

광역학적 치료용 램프는 덮개(10,11,12,13)를 가지며, 이들은 LED(21)들의 2 개 배열(20)로부터 형성된 광 소스를 구비한다. LED 들은 하니콤 패턴으로 배치되며 630-640 nm 의 피크 파장을 가진다. LED 아래에는 각 LED 에 대한 렌즈(23)를 구비하는 렌즈 팩(22)이 있다. 그 아래에는 확산부(7)가 있다. 렌즈들은 하니콤 패턴으로 배치되며 광을 실질적으로 평행하고 좁은 비임으로 집중시키는 역할을 한다.

Description

광역학적 치료용 램프{Photodynamic therapy lamp}
광역학적 치료(PDT)는 발전되고 있는 치료법이며 오늘날 다양한 암의 치료를 위해서도 사용되고, 또한 감염, 상처의 치료 및, 다양한 피부과 질병을 포함하는 악성이 아닌 질병을 위해서도 사용된다. 그러한 방법은 산소와 광의 특정한 광감각제(photosensitizer)의 상호 작용에 기초하고 있다. 임상적인 경험에 따르면 PDT 가 몇 가지 병리학적인 상태의 치료에 대하여 다른 치료법보다 장점을 가지는데, 이것은 좌창의 각질 섬유 및, 다양한 피부암들에 대해서 그러하다. PDT 의 임상적인 사용의 일반적인 배경은 US 6,225,333, US 6,136,841, US 6,107,466, US 6,036,941, US 5,965,598 및, US 5,952,329에서 찾을 수 있다.
몇가지 광감각제들이 상업적으로 이용 가능하며 5-아미노레불리닉 애시드(aminolevulinic acid)(5-ALA), 5-ALA 유도체 및, 포피린 유도체(porphyrin derivative)를 포함하는 것이 임상 이전이거나 또는 임상 개발중에 있다. 다른 광감각제들이 선행 기술에 제안되어 있는데, 예를 들면 뉴로치루지아 폴스카(Neurochirurgia Polska) 34,973 (2000)의 뉴로로지아(Neurologia)에서해럿(Harat), M 등과, FASEB 저널 15, 612 (2001)에서 페르비즈(Pervaiz), S. 와, 쎄라퓨티세 움샤우(Therapeutische Umschau) 58, 28 (2001)에서 코너 스티볼트(Korner-Stifbold), U. 와, 브릿 제이 옵쌀몰로지(Brit. J. Ophthalmology) 85, 483 (2001)에서 소브란(Soubrane), G. 등과, J. Fr. 옵쌀몰로지(Ophthalomologie) 24, 82 (2001)에서 데스퍼트르(Despettre), T. 등과, 알리멘트리 파마콜로지 & 쎄라퓨틱스(Alimentary Pharmacology & Therapeutics) 15, 311 (2001)에서 바아(Barr), H. 등과, 옵쌀멀러지(Ophthalmologie) 98, 216 (2001)에서 슈미트-어퓨츠(Schmidt-Erfurth), U 등과, 써큘레이션(Circulation) 102, 591 (2000)에서 록산(Rockson), S. G. 등이 개시한바 있다.
안전하고 효과적인 PDT 에서의 중요한 한가지 요소는 광 소스(source)이다. 임상적으로 유용한 광 소스는 몇가지 기준을 충족시켜야 한다. 광의 강도가 높아야 하고(즉, 높은 방사 플럭스); 광의 투여량(light dose)을 설정하기가 용이해야 하며; 관심 영역내에서 방사 스펙트럼의 피이크(peak) 파장이 있어야 하고; 관심 영역내에서 균일한 방사 광 강도가 있어야 하며; 저가의 작동 비용과 단순한 구조로써 신뢰성 있는 구성을 가져야 한다.
선행 기술에 개시된 PDT를 위한 몇가지 광 소스가 있다. US 5,441,531 (DUSA)에는 정확한 파장을 선택하고 적외선 방사를 제거하도록 필터와 다이크로익 미러(dichroic mirror)를 포함하는 단계를 구비하는 PDT를 위한 방법이 개시되어 있고, US 5,782,895 호(DUSA)에는 구체 유지구, 필터 및, 다이크로익 미러를 구비하는 PDT를 위한 조명기가 개시되어 있고, US 5,961,543 (Herbert Waldman)에는 램프 반사기, 필터 장치 및, 한쌍의 송풍기를 가진 PDT 조사용 장치가 개시되어 있고, US 5,634,711 (Kennedy)에는 PDT를 위한 휴대용 광 조사 장치가 개시되어 있고, US 5,798,523 (Theratechnologies)에는 PDT를 위한 모터화된 장치가 개시되어 있고, US 5,843,143 (Cancer Research Campaign Technology)는 제곱 센티미터당 75mW 이상의 출력 강도와 0 내지 30 Nm 범위의 대역을 가진 고 강도 램프를 구비한 비 레이저 광원을 청구하고 있고, US 5,849,027 (MBG Technologies)에는 약 300 내지 400 W 의 광범위 파장 조사 에너지를 발생시킬 수 있는 비간섭성 전자기 에너지 소스가 개시되어 있고, US 6,007,225 (Advanced Otical Technologies)에는 원추형 광 편향기를 사용하는 배향된 조명 시스템이 개시되어 있고, US 6,048,359 (Advanced Photodynamic Technologies)에는 피부 질병의 진단을 위한 광 시스템에 관한 방법 및, 장치가 개시되어 있고, US 6,096,066 (Light Science Limited Partnership)에는 광 치료 패치(patch)에 대해서 개시되어 있고, US 6,128,525 (Zeng et al)에는 PDT 의 선량 측정(dosimetry)을 제어하는 장치가 개시되어 있고, WO 00/00250 (Genetronics)에는 세포의 일렉트로포레이션(electroporation)과 일렉트로포레이션 처리된 세프의 광 활성화를 위한 장치가 개시되어 있다. WO 99/10046 (Advanvced Photodynamic Technologies)에는 중합체 재료로 제조된 쉘(shell)과 라이너(liner)를 구비하는 광 조사 처리 장치가 개시되어 있다. WO 98/04317 (Light Science Limited Partnership)에는 광 치료의 효율을 향상시키도록 발열 요법을 적용하는 장치를 제안하고, WO 85/00527 (M. Utzhas)는 특히 피부과적인 응용을 위해여 복수개의 필터를 가진 조사 장치가 개시되어 있고, WO 99/56827 (DUSA)에는 복수개의 광 소스를 구비한 윤곽을 가진 표면을 위한 광 소스가 개시되어 있고, EPO 604 931 (Matushita Electric Industrial Co.)에는 의료용 레이저 장치가 개시되어 있고, WO 99/06113 (Zeng 등)에는 PDT 의 선량 측정을 제어하는 장치가 개시되어 있고, WO 84/00101 (The John Hopkins University)에는 PDT 의 효과를 모니터하고 치료용 광 방사의 정확한 광량을 처방하는 장치가 개시되어 있다. WO 45/32441 (미합중국 정부)에는 광 섬유를 가진 광 전달 장치가 개시되어 있고, WO 00/25866 (Garat)에는 광 대역에서 방사 에너지를 발생시키기 위한 필터링 및, 포커싱 수단을 가진 비간섭성 광에너지의 소스를 사용하는 PDT 용 장치가 개시되어 있다.
광역학적 치료의 다른 장치들은 US 4,576,173 (Johns Hopkips University), US 4,592,361 (Johns Hopkins University), US 4,973,848 (J. McCaugahn), US 5,298,742 (Dep. Health, USA), US 5,474,528 (Dusa), US 5,489,279 (DISA, US 5,500,009 (Amron), US 5,505,726 (DUSA), US 5,519,435 (미국 정부), US 5,521,392 (EFOS), US 5,533,508 (PDT 시스템), US 5,643,334 (ESC 메디컬 시스템 리미티드) 및, US 5,814,008 (Light Science Limited Partnership) 에 개시되어 있다.
통상적인 램프를 사용하는 대신에, 선행 기술의 수개의 특허들은 광 조사 다이오드들(LEDS)에 기초한 광역학적 치료를 위한 램프를 제안한다. 예를 들면, WO 94/15666 (PDT 시스템), FR 2492666 (Maret), WO 95/19812 (Markham), US 5,259,380 (Amcor), EP 0266038 (Kureha Kagaku Kogyo), US 5,698,866 (PDT 시스템), US 5,420,768 (Kennedy), US 5,549,660 (Amron) 및, US 6,048,359 (AdvancedPhotodynamic Technologies)등이다.
종래의 램프를 사용하는 대신에 LED 기술을 사용하면 많은 장점이 있는 것으로 믿어진다. 예를 들면, LED 의 배열은 넓은 면적을 포괄하도록 형성될 수 있다. 더욱이, 그것의 높은 효율은 열의 방산을 덜 필요로 하는 것을 보장한다. 또한, LED 들은 장시간의 안정성을 가지며 따라서 수만 시간의 작동에 적절한 램프를 설계하기가 용이하다. 다른 장점은 가동과 유지의 낮은 비용, 안정성을 증가시키는 낮은 구동 전압, 그들의 기계적으로 튼튼한 특성, 집약적으로 모듈화된 경량의 구조 및, 이동과 전달의 용이성등이다.
그러나, 이러한 현저한 장점들에도 불구하고, 광역학적 치료를 위해 선행 기술에서 개시된 LED 기술을 사용하는데는 몇가지 단점이 있으며, 이것은 PDT에서 LED 램프의 유용성에 타격을 준다.
2 차원적인 배열로 LED 램프를 사용하는 것의 주된 단점은 광의 균일성이 안전하고 효과적인 PDT 처리를 획득하기에 충분할 정도로 좋지 않다는 점이다. 이는 LED 들로부터의 광 패턴이 예를 들면 넓은 출력의 각도를 가진 박쥐 날개의 형상일 수 있기 때문이다. 공지의 PDT-LED 기술을 사용하는 다른 단점들은 다음과 같은 점을 포함한다. 액체에 기초한 냉각 시스템이 필요하기 때문에 상대적으로 높은 비용과 복잡성을 가지고, 상대적으로 넓은 광 스펙트럼(600-700 nm)을 가지며, 제한된 광 출력량을 가져서 오랜 치료 시간을 초래한다.
본 발명은 광역학적 치료(PDT)에 사용되는 조명기 소스(illuminator source)(또한 램프로도 지칭됨)에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명의 제 1 구현예에 대한 사시도이며 그것의 장착용 아암을 도시하다.
도 2 는 도 1 의 제 1 구현예를 아래로부터 본 사시도이다.
도 3 은 도 1 의 구현예를 위로부터 본 사시도이다.
도 4 는 도 1 의 구현예의 (도 2 에 대응하는) 분해도이다.
도 5 는 도 1 의 구현예를 아래와 일 측부로부터 본 분해도이다.
도 6 은 도 1 의 구현예를 아래로부터 그리고 일 측부로부터 본 분해도이다.
도 7 은 본 발명의 제 2 구현예를 위로부터 본 사시도이며 그것의 장착용 아암을 도시한다.
도 8 은 도 7 의 구현예를 아래로부터 본 사시도이다.
도 9 는 도 7 의 구현예를 아래로부터 본 사시도이다.
도 10 은 도 7 의 구현예를 위로부터 본 분해도이다.
도 11 은 도 7 의 구현예를 아래로부터 본 분해도이다.
도 12 는 양쪽 구현예들에서 사용된 광학을 나타내는 개략적인 광선의 다이아그램이다.
도 13 은 구현예들에서 LED 들의 배치를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 14 는 구현예들에서 사용된 렌즈의 사시도이다.
도 15a 와 도 15b 는 본 발명의 구현예들에서 사용된 렌즈의 효과를 도시한다.
도 16 은 피이크 파장에서 변화하는 LED 접합 온도의 효과를 나타낸다.
본 발명에 따르면 2 차원적인 배열의 LED (발광 다이오드) 들을 구비하고LED 들로부터 조사된 광을 집속시키는 수단을 더 구비하는 광역학적 치료에서 사용되는 조사 소스를 제공한다.
이러반 방식으로 광을 집속시킴으로써, 조사 소스로부터의 거리와 함께 광 강도가 변화하는 것이 크게 감소하며, 이것은 환자와 광원 사이의 거리가 수신된 광량에 결정적인 영향을 미치지 않는다는 것을 의미한다. 이들 모두는 처리를 단순화시키며 평면이 아닌 표면에 대한 효과적이고 균일한 치료를 가능하게 한다. 더욱이, 광 강도는 소스로부터의 상당한 거리에서도 증가되며 본 발명은 또한 훨씬 균일한 조사 패턴이 발생될 수 있게 한다.
집속은 LED 와 함께 렌즈를 사용함으로써 가장 효과적으로 달성되며 각 LED 램프가 관련된 부가적인 렌즈 시스템을 가지는 경우에 가장 바람직스럽다. 이러한 방식으로 가장 균일한 광이 신체로부터의 그 어떤 작업 거리에서 얻어질 수 있다.
비록 다중 요소의 렌즈들이 사용될 수 있을지라도, 바람직스럽게는 단일의 부가적인 렌즈가 각 LED를 위해서 제공된다. 본 발명에서 사용되는 바람직스러운 렌즈는 관심 면적에 걸쳐서 균일한 광 강도를 보장하기 위하여 광을 배향시킬 수 있는 렌즈이다. 통상적인 렌즈들은 합성 재료들 또는 유리로 제작된 렌즈이다. 가장 바람직스러운 렌즈의 유형은 액시콘(axicon) 집속 광 가이드이다. 그러한 렌즈는 집속된 비임에 근접한 곳의 외측에서 광을 상실되게 하는 산란 효과를 감소시키도록 설계되므로 가장 바람직스럽다.
지금까지 설명된 장치들이 선행 기술에 비해 현저한 장점을 제공할지라도, 균등한 특성의 더욱 넓은 광 피일드(field)를 더 보장하도록, 렌즈 시스템은 6 각형의 패턴으로 함께, 바람직스럽게는 다이오드 매트릭스상에서 근접하게 포장될 수 있는 6 각형 렌즈 유니트로 제작되는 것이 바람직스럽다. 따라서, 개별의 렌즈들은 바람직스럽게는 6 각형이거나, 또는 실질적으로 평면상에서 6 각형이다. 이것은 그 자체가 발명성이 있는 것으로 믿어지며 따라서 본 발명의 다른 특징으로부터 본 발명은 하니콤(honeycomb) 패턴으로 배치된 전체적으로 6 각형의 렌즈의 배열을 구비하는 PDT 램프를 제공한다.
관심 부위에 걸친 광 강도에서의 변화는 +/- 15% 보다 작아야만 하며, 바람직스럽게는 +/- 10 %, 가장 바람직스럽게는 +/- 7 % 보다 작아야만 한다.
필요하다면 보다 낮은 출력이 사용될 수 있을지라도, 본 발명에 따른 소스는 바람직스럽게는 적어도 20 mW/cm2을 제공한다. 또한 출력이 약 18 nm 의 전체적인 폭의 절반 최대(Full Width Half Maximum (FWHM))에 기초하여 5 cm 의 공칭 거리에서 100 mW/cm2보다 크지 않는 것이 바람직스럽다. 바람직스럽게는 장시간의 치료 시간을 회피하도록 출력이 5 cm 의 거리에서 40 mW/cm2보다 크지 않다.
비록 실질적인 LED 들의 수가 1 과 3000 사이에 있을지라도, LED 의 수는 조사 면적에 따라서 변화할 수 있다. 가장 바람직스러운 수는 4 와 512 사이이며 가장 바람직스러운 수는 8 과 256 LED 들 사이에 있다.
조사 면적은 렌즈의 배치와 LED 들의 수에 따라서 변화할 수 있지만, 이것은 바람직스럽게는 1 m2와 3000 cm2사이에 있다.
40 mm X 50 mm 의 조사를 위한 램프는 예를 들면 16 다이오드를 가질 수 있다. 90 mm X 190 mm 의 조사를 위한 램프는 예를 들면 128 다이오드를 가질 수 있다. 다이오드들 사이의 거리는 광의 강도에 따라서 2 mm 내지 20 mm 의 범위에 있는 것이 바람직스럽다.
PDT 에서 유용하도록, 광의 피이크 파장은 바람직스럽게는 625 - 640 nm 이고, 가장 바람직스럽게는 630 - 640 nm 이며, 예를 들면 포토포피린 IX (Photoporphyrin IX)와 함께 사용된다. 그러나, 램프는 포토프린(Photofrin), 포피세네스(Phorphycenes), Sn-에티오푸린(Etiopurin), m-THPC, NpE6, Zn-프탈로시아닌(Phtalocyanine) 및, 벤조로피린(Benzoporphyrin)과 같은 다른 광감각제의 피이크 부위를 포괄하는 상이한 LED 로써 상이한 파장을 가질 수 있다.
비록 램프에 기초한 LED 가 다른 유형의 광 소스보다 자체적으로 열을 덜 발생시킨다 할지라도, 램프에는 환자의 목표 환부를 냉각시키기 위한 환자용 팬(fan)이 선택적으로 구비될 수 있다. 바람직스럽게는 그것이 램프 자체를 위한 냉각 시스템과 조합된다. 따라서, 예를 들면, 램프에는 냉각용 팬이 제공되는데, 이것은 LED 들을 (직접적으로 또는 간접적으로) 냉각시키도록 그리고 환자의 조사된 부분이 냉각될 수 있도록 조사된 광과 같은 전체 방향에서 램프를 벗어나도록 양쪽으로 공기를 배향시킨다.
다이오드들은 바람직스럽게는 히트 싱크(heat sink)와 관련되어서 이것이 다시 팬에 의해 제공된 공기의 흐름에 의해 냉각될 수 있다. 이것은 연속적이거나 또는 간단한 자동 온도 조절 스위치에 의해서 제어될 수 있지만, 바람직스럽게는 예를 들면 온도 센서로부터의 입력에 기초하여 마이크로프로세서로 제어된다. 필요하다면, LED 들의 온도가 피크 출력 주파수를 변화시키도록 제어될 수 있다. 그러한 제어는 NTC 레지스터에 의해서 제공될 수 있어서, 예를 들면 입력을 마이크로프로세서에 제공한다. 통상적인 주파수 변화는 0.2 nm/K 이다.
이러한 개념은 자체적으로 발명성이 있는 것으로 믿어지며 따라서 다른 특징으로 보았을 때 광 소스가 LED 의 배열을 구비하고 LED 의 출력 주파수가 그들의 온도를 제어함으로써 변화되는, PDT 에서 사용되기 위한 광 소스가 제공된다.
바람직스럽게는 부가적으로 또는 대안으로서, 투여량(dose) 타이머 및/또는 (전체적인 사용 시간에 기초하여) 램프의 수명을 결정하는 타이머가 제공될 수 있도록 램프가 마이크로프로세서로 제어된다. 또한 소스로부터의 거리로써 광 강도의 나머지 변화를 교정하도록 조사 투여량이 (자동으로 또는 수동으로) 조절될 수 있게 자동의 거리 측정 기구가 제공될 수도 있다.
또한, 광 소스의 변조를 위한 수단이, 다시 바람직스럽게는 마이크로프로세서 제어하에 제공될 수 있어서, 광의 진폭 또는 주파수가 시간에 걸쳐서, 예를 들면 컴퓨터 메모리 안에 저장된 프로그램에 따라서 변화될 수 있다. 그러한 변조는 특정의 상황에서 훨씬 효과적인 처리를 제공할 수 있다. 예를 들면, 잠시의 멈춤에 이어지는 광의 펄스 트레인(pulse train)은 세포가 보다 많은 산소를 픽업(pick up)할 수 있게 한다. 바람직스럽게는 사용자가 변조를 프로그램할 수 있다. 변조 가능한 램프의 제공은 (바람직스럽게는 방금 기술된 바와 같이) 그 자체가 발명성이 있는 것으로 믿어지며 본 발명의 다른 특징을 형성한다. 따라서, 본 발명의 다른 특징에서 보았을 때 사용중에 변조될 수 있는 복수개의 LED 광 소스를 가지는 PDT 용의 램프를 제공한다.
다른 바람직한 특징은 조명된 면적의 감소를 위한 분할 수단의 제공이다. 따라서, 예를 들면, 8 개 그룹의 LED 들이 선택적으로 비활성화되거나 또는 마스크가 램프 안에 제공될 수 있어서 선택된 LED 들로부터의 광이 환자에 도달하는 것을 방지한다.
본 발명에 의해서 제공되고, 특히 그것의 바람직한 형태로서 제공되는 광이 그 어떤 PDT 적용예에 대해서도 충분히 균일할 수 있을지라도, 집속된 각 비임이 목표 표면에 걸쳐서 움직이도록 LED 의 기계적인 진동을 제공함으로써 균일성이 더 향상될 수 있다. 예를 들면 근접한 비임의 광축의 이전 위치(즉, 움직임이기 전의 위치)에 의해서 목표물상에 한정된 지점을 향하여 하나의 비임의 광축을 중간 정도 이동시킬 수 있도록 단지 작은 정도의 움직임이 필요하다는 점이 이해될 것이다. 다시, 이러한 개념은 독립적으로 발명성이 있는 것으로 믿어지며 본 발명의 다른 특징을 형성하고, 따라서 본 발명의 다른 특징으로 보았을 때 진동하도록 배치된 광 소스의 배열을 구비하는 PDT 용의 램프가 제공된다.
본 발명은 또한 PDT 를 제공하는 방법으로도 연장되며, 따라서 본 발명의 다른 특징에서 보았을 때 본 발명의 그 어떤 다른 특징에 따른 램프 또는 광 소스의 사용을 포함하는 PDT 의 방법을 제공한다. 바람직스럽게는 그러한 방법이 본 발명의 바람직한 형태에 따른 램프 또는 소스의 사용을 포함한다.
본 발명의 특정한 구현예들은 주어진 첨부된 도면을 참조하여 단지 하나의예로서만 설명될 것이다.
도 1을 참조하면, 광 치료 요법 램프(1)는 램프(미도시)를 가진 평형화된 지지용 아암(2), 외부 전원 공급부(미도시) 및, 램프 헤드(3)로 구성된다. 이러한 도면은 본 발명의 제 1 구현예를 도시하지만, 제 2 구현예에도 유사한 아암이 제공된다 (도 7 참조). 아암은 램프를 예를 들면 의사의 상담실 안에 있는 테이블과 같은 표면에 고정될 수 있게 한다. 아암은 실질적으로 통상적인 것이며 램프 헤드가 치료되어야 하는 환자의 신체 일부분 위의 위치로 움직일 수 있게 한다.
이제 도 2를 참조하면, 제 1 구현예의 램프 헤드(3)는 측부 아암(2a)에 피봇되게 장착된 것으로 도시될 수 있다. 상기 측부 아암은 램프 헤드의 외측 형상에 전체적으로 일치하도록 형상화되어 있다. (이것은 도 5 에서 보다 명확하게 알 수 있으며 여기에서는 측부 아암(2a)이 피봇 핀(2c)과 맞물린 것으로 도시되어 있다.) 측부 아암은 자체적으로 회전 고리 조인트(swivel joint, 4)를 통하여 메인 아암(2b)에 연결된다. 회전 고리 조인트(4)는 2 개의 직각 축을 중심으로 하는 움직임을 허용하며 램프 헤드에 대한 측부 아암의 피봇 장착은 부가적인 운동을 제공한다.
하우징(6)은 그것의 하부 표면에 개구를 가지며 여기에서 광 소스(5)는 얇은 확산부(7)를 통하여 볼 수 있다. 도 3 으로부터 하우징(6)의 상부 부분에 공기 유출부(8)가 제공된 것을 알 수 있으며, 공기 유출부는 하우징 자체에 형성된 환기슬롯의 형태이다.
이제 도 4 내지 도 6 을 참조하면, 하우징(6)은 몇가지의 성형 플라스틱 구성부로부터 형성되는데, 이것은 상부 덮개(10, 하부 덮개(11) 및, 단부 덮개(12,13)를 구비한다. 양쪽 단부 덮개들에는 환기 슬롯이 제공되어서 사용중에 램프를 통한 공기의 유동이 가능하며, 단부 덮개(13)상의 환기 슬롯들은 공기 흡입구이고 단부 덮개(12)상의 환기 슬롯들은 유출부이다.
하우징 안에는 몇 개의 LED, 제어 유니트, 냉각 시스템 및, 하우징 안에 제공된 렌즈 시스템으로 구성된 광 소스가 있다. 이들 구성부들은 이후에 보다 상세하게 설명될 것이다.
광 소스는 모듈의 2 개 배열(20)로부터 형성되는데, 각각은 64 LED 들(21)을 구비한다. LED 들은 도 13 에 도시된 바와 같이 하니콤 패턴(즉, 6 각형 배열)으로 배치된다. LED 들은 각각 630 - 640 nm 범위의 피크 파장과 5cm 에서 60 W/cm2의 출력을 가진다.
LED 배열(20)의 아래에는 각 LED 에 대하여 렌즈(23)를 구비하는 렌즈 팩(22)이 있다. 그 아래에는 다시 얇은 확산부(7)가 있는데, 이것은 하부 덮개(11) 안의 개구 안에 요부에 위치된다.
도 14 는 렌즈(23)들중 하나를 도시하며 도 12 는 그것의 작동을 나타내는 광선의 다이아그램이다. LED(21)는 도면의 저부에 있으며 렌즈(23)는 그 위에 있다. 확산부(7)는 도면의 명확성을 위해서 생략되었다. 광선 다이아그램(raydiagram)으로부터 볼 수 있는 바와 같이, LED(21)로부터 실질적으로 모든 광이 실질적으로 평행하게 집중되어 좁은 비임이 렌즈와 LED 의 광축상에 중심을 맞춘다. 이후에 설명되는 바로서, 렌즈들의 효과는 도 15a 및, 도 15b 에 도시되어 있다.
LED 모듈에 대한 전류는 통상적인 전원 공급부에 의해서 제공되며 따라서 마이크로프로세서에 기초한 제어 유니트(25)를 통하여 더 이상 설명되지는 않을 것이다. LED(21)들에 대한 전류의 공급을 제어할 뿐만 아니라, 제어 유니트는 또한 전기 냉각 팬(27)과, 램프 수명 모니터, 투여량 타이머등과 같은 다양한 다른 특징부들을 제어한다.
소기의 출력 방사 주파수를 유지하기 위하여, LED (21)들은 너무 따뜻하게 되지는 않지만 안정된 온도에서 제어될 수 있게 하는 것이 중요하다. 따라서 팬은 LED 패널의 배면에 장착된 히트 싱크(28)를 더 구비하는 공기 냉각 시스템의 일부이다. 팬은 공기가 덮개(13) 안의 공기 흡입구를 통하여, LED 배열(20)을 넘어서 그리고 덮개(12) 안의 유출부를 통하여 밖으로 냉각용 리브(rib)를 통해 움직이도록 강제한다. 작동 온도는 센서(미도시)를 통하여 감지되며 마이크로프로세서가 이러한 온도를 제어하도록 피드백 시스템이 제공된다.
필요하다면, LED 들의 온도는 LED 의 출력 피크 파장을 조절하기 위하여 변화될 수 있다. LED 접합 온도와 파장 사이에는 대략 선형의 관계가 있다. 도 16 은 그것을 나타내는 실험 결과를 도시한다. 이러한 실험에 있어서, 상이한 LED 접합 온도들에서의 LED 의 스펙트럼이 기록되었으며 피이크 파장은 LED 접합 온도에 대하여 플로팅(plotting)되었다. 피이크 파장이 접합 온도에 비례한다는 것이 도 16에 도시되어 있다. 데이터 지점에 가장 선형적으로 적합한 것은 1 ℃ 당 0.208 nm 의 비례를 제공한다. 따라서, 접합 온도는 LED 램프에서 제어될 수 있으며 광감각제의 흡수 스펙트럼(예를 들면, 프로토포피린 IX (protoporphyrin IX))과 LED 조사 스펙트럼 사이의 중첩을 보장한다.
공기의 흐름은 사실상 흡기시에 2 개의 경로로 나뉘어진다. 하나의 경로는 히트 싱크(28)로 배향되며 다른 경로는 공기를 환자의 피부 위로 송풍하도록 배치된다. 이것은 화학 약품의 작용에 의해서 도입된 고통을 경감시키는 냉각 효과를 제공한다.
사용에 있어서, 램프는 아암(2a,2b)과 클램프(미도시)를 통해서 표면에 고정된다. 램프는 다음에 조사가 이루어져야할 환자의 피부 부위 위에 위치된다.
램프에 대한 제어는 제어 패널/디스플레이 유니트(9)에서 발견된다.
시스템은 온/오프 버튼을 눌러서 스위치가 온(on)과 오프(off)된다. 시스템을 온 상태로 두었을 때, 버튼이 눌려져서 "CURELIGHT V x.x, Ser. no:0100XXXX" 가 디스플레이 윈도우에 나타날때까지 유지된다. 몇 초 뒤에, "남아있는 램프 수명"("REMAINING LAMP LIFE) XXhXX" 가 디스플레이된다. 이것은 남아있는 풀 라이트(FULL LIGHT) 작동 시간을 나타내며, 마이크로프로세서가 계산하는 바로서 시간 및, 분으로 표시한다. 타이머가 0h00을 나타낼 때, 더 이상의 사용이 불가능하다. 투여량 타이머(dose timer)도 제공되어서 특정의 치료 시간 동안에 램프가 얼마나 더 오래 온(on)이 되어있을지를 나타낸다.
시스템은 온/오프 버튼을 다시 한번 더 누름으로써 스위치가 오프된다. 버튼을 누르면 삑하는 소리가 나며, 시스템은 스위치 오프 상태가 된다.
램프를 치료되어야 하는 부위에 정확하게 위치시키기 위하여, 작업자는 가이드 라이트(GUIDE LIGHT) 버튼을 눌러서 램프를 낮은 동력으로 스위치 온 상태가 되게 하다. 그러면 램프는 피부의 정확한 부위가 조명하에 있도록 움직일 수 있다. 비록 투여량 타이머의 현재 값이 도시되지 않았을지라도, 타이머들은 로우 라이트 모드(LOW LIGHT MODE)에서 영향을 받지 않을 것이다. 정상적으로는, 만일 계속되는 풀 라이트(FULL LIGHT) 치료가 정지되지 않았다면, 이러한 타이머는 0:00 이 될 것이다. 가이드 라이트(GUIDE LIGHT) 버튼을 다시 한번 누름으로써, 광은 스위치 오프된다.
가이드 라이트(GUIDE LIGHT) 버튼을 누르기 전에 램프가 풀 라이트 모드(FULL LIGHT mode)에 있었다면, 램프는 가이드 라이트로 변환되며 타이머는 정지할 것이다.
또한 정지(PAUSE) 버튼이 제공되어서 치료를 일시적으로 정지시키도록 사용될 수 있다. 이러한 버튼을 다시 누르면 그것이 남겨진 곳으로부터 치료를 계속하게 될 것이다.
필요하다면 광의 투여량을 조절하기 위하여 투여량 설정(SET DOSE) 기능을 선택하도록 사용된 모드 버튼(MODE BUTTON)도 있다. 버튼들은 투여량의 값을 조절하도록 투여량 설정 기능과 함께 사용된다. +/- 버튼들은 투여량을 1 J/cm2의 단계로 조절하며, 대응하는 투여량 시간이 분과 시간으로서 동시에 계산되어 표시될 것이다. 버튼들을 눌러서 유지함으로써 급속한 상승 또는 하강의 조절이 발생할 것이다. 37 J/cm2의 광 투여량이 가장 효과적인 것으로 믿어진다. 모드 버튼은 조명된 부위의 구획을 감소시키는 것과 같이 (보다 적은 치료 부위) 다른 기능을 작용시키도록 사용될 수도 있다.
램프가 정확하게 배치된 이후에, 작업자는 시작(START) 버튼을 눌러서 램프를 치료 강도로 변환시킨다. 투여량 타이머와 램프 타이머는 램프가 풀 라이트 모드에 있을 때 초읽기를 하게 된다. 단지 투여량 타이머만이 디스플레이된다.
투여량 타이머가 0:00 으로 될 때, 광은 자동적으로 스위치 오프 상태가 되며 "투여량의 종료(END OF DOSE)"와 같은 번쩍이는 메시지가 표시된다. 재설정(RESET) 버튼(아래 참조)이 가압될때까지 맥동하는 음이 방출된다.
정지/재설정 버튼은 계속되는 작동을 중지하도록 또는 "투여량의 종료" 또는 에러 메시지를 지우도록 사용될 수 있다.
본 발명의 제 2 구현예는 그것이 도 7 내지 도 11에서 알 수 있는 바와 같이 상이한 외관과 구조를 가지고 있을지라도 대부분의 작동상의 특징에 있어서 제 1 의 구현예와 유사하다. 특히, 측부 아암이 없이도 아암(2)이 하우징의 측부에 직접적으로 회전 고리 조인트(4)를 통하여 연결되도록 하우징은 90 도로 효과적으로 회전된다. 더욱이, 공기의 흡입구와 유출부가 단부 덮개(12,13)에 제공되는데 이들은 여기에서 조인트(4)의 대향하는 측에서 발견된다.
도 10 및, 도 11에서 알 수 있는 바로서, 램프 헤드(3)는 하우징을 가지는데이것은 2 개의 단부 덮개(12,13)와 전면 및, 배면 덮개(명확하게 하도록 도면들에서는 도시되지 않음)로부터 형성된 것이다.
도 11 은 광 소스 장치를 가장 잘 도시하는데, 이것은 이전의 구현예와 같이 얇은 확산부(7), 렌즈 배열(22), LED 배열(20) 및, 히트 싱크(28)를 구비한다. 그러나, LED 들과 렌즈의 수는 훨씬 감소되며 따라서 이러한 램프는 피부의 보다 작은 부위에 사용되도록 의도된다는 점이 이해될 것이다. 덮개의 부가적인 부분은 광을 둘러싸는 부분(29)을 형성한다.
도면의 가장 좌측을 향하여, 팬(27)은 이전에 설명된 바와 같이 공기를 흡기부를 통하여 유인하며 히트 싱크(28)의 핀(fin)의 위로 배향시킨다.
히트 싱크의 위에, 제어 시스템과 디스플레이가 제공된다. 이들은 도 10 에 보다 명확하게 나타나 있다.
제 2 구현예의 램프는 제 1 구현예와 관련하여 위에서 설명된 것과 같은 방식으로 작동된다.
마지막으로, 양쪽 구현예들에서 사용된 렌즈들중 하나의 예는 도 14 에 도시되어 있다. 렌즈들은 도 13 에 도시된 6 각형(하니콤)의 배치로 포장될 수 있도록 6 각형의 외측 형태를 가진다. 렌즈는 액시콘 집속 광 가이드(axicon collimating lightguide)이며, 도 12 에 도시된 바와 같이 실질적인 집속 비임을 제공하도록 형상화된다.
도 15a 및, 도 15b 는 렌즈 배열(22)의 효과를 나타내도록 실험의 결과를 도시한다. 렌즈가 있는 LED 배열(도 15a)과 렌즈가 없는 LED 배열(도 15b)들이 프로스티드 글래스(frosted glass) 아래에 놓여져서 프로스티드 글래스와 카메라 사이의 동일한 거리에서 촬영되었다. 도 15a 로부터 알 수 있는 바로서, 렌즈들은 광을 한정된 피일드 안으로 집중시킨 반면에, 도 15b 에서는 광이 훨씬 분산되어 있다.
이전에 설명된 바와 같이, 비임이 효과적으로 집속되기 때문에 램프와 환자 사이의 거리는 전달된 투여량(광 에너지)에 중요한 것이 아니다. 이것은 램프가 환자의 피부로부터 정확한 거리로 위치될 필요가 없다는 것을 의미할 뿐만 아니라, 또한 상승된 부위와 낮은 부위 사이에서 투여량의 현저한 변화 없이도 평탄하지 않은 표면들이 효과적으로 치료될 수 있다는 점을 의미한다.
본 발명은 PDT 치료에서 사용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 2 차원의 LED (발광 다이오드) 배열을 구비하고, LED 들로부터 조사된 광을 집속시키는 수단을 더 구비하는 광역학적 치료 요법에서 사용되는 조사용 소스(irradiation source).
  2. 제 1 항에 있어서,
    각 LED 램프는 관련된 부가적인 렌즈 시스템을 가지는 것을 특징으로 하는 조사용 소스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    단일의 부가적인 렌즈가 각 LED 를 위해서 제공되는 것을 특징으로 하는 조사용 소스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    개별 렌즈들은 6 각형이거나, 또는 실질적으로 평면에서 6 각형인 것을 특징으로 하는 조사용 소스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    렌즈 시스템은 바람직스럽게는 6 각형의 패턴으로 함께 근접하게 포장된 6각형의 렌즈 유니트로 구성되는 것을 특징으로 하는 조사용 소스.
  6. 전기한 항들중 어느 항에 있어서,
    램프는 마이크로프로세서로 제어됨으로써, 투여량 타이머(dose timer) 및/또는 램프의 수명을 결정하는 타이머가 제공되는 것을 특징으로 하는 조사용 소스.
  7. 전기한 항들중 어느 항에 있어서,
    램프는 환자의 목표 부위의 냉각을 위한 환자용 팬을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 조사용 소스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    환자용 팬은 램프 자체를 위한 냉각 시스템과 조합되는 것을 특징으로 하는 조사용 소스.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    램프는 냉각용 팬을 구비하여 냉각용 팬은 LED 를 냉각시키도록, 그리고 환자의 조사된 부분이 냉각될 수 있도록 조사된 광과 같은 일반적인 방향으로 램프를 벗어나게끔 공기를 양쪽으로 배향시키는 것을 특징으로 하는 조사 소스.
  10. 전기한 항들중 어느 항에 있어서,
    공기의 흐름은 다이오드의 온도를 제어하도록 제공되며, 공기의 흐름은 마이크로프로세서로 제어되는 것을 특징으로 하는 조사 소스.
  11. 전기한 항들중 어느 항에 있어서,
    LED 들의 출력 주파수는 그들의 온도를 제어함으로써 변환되는 것을 특징으로 하는 조사 소스.
  12. 전기한 항들중 어느 항에 있어서,
    광 소스는 변조 가능한 것을 특징으로 하는 조사 소스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    광의 진폭 또는 주파수는 마이크로프로세서 제어하에서 변조 가능한 것을 특징으로 하는 조사 소스.
  14. 전기한 항들에 따른 조사 소스의 사용을 구비하는 광 역학적 치료 방법.
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