KR20110099256A - 연부 조직의 광열 치료 - Google Patents
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Abstract
연부 조직 치료 기구 및 방법이 제공된다. 기구는 광원 및 2개 이상의 광학 어셈블리를 포함한다. 광학 어셈블리 각각은 1개 이상의 광학 엘리먼트 및 실질적으로 균일한 분포의 광을 투과하도록 구성된 광투과 접촉면을 포함한다. 기구는 광원과 2개 이상의 광학 어셈블리의 대응하는 하나 사이에 각각 배치된 2개 이상의 광투과 장치를 더 포함한다. 또한, 기구는 2개 이상의 광학 어셈블리이 부착되고, 2개 이상의 광학 어셈블리의 광투과 접촉면이 그 사이에 배치된 연부 조직과 접촉하도록 된 핸드피스를 포함한다. 방법은 2개의 대향하는 발광 광학 어셈블리의 광투과 접촉면 사이에서 편도선 조직의 일부를 압착해서 실질적으로 평평하게 하는 스텝, 광학 어셈블리 각각의 광학 엘리먼트로 광을 도입하는 스텝; 및 광학 엘리먼트로부터 광투과 접촉면을 통해 편도선 조직으로 실질적으로 균일한 광 분포로 다이렉트함으로써 편도선 조직을 조사하는 스텝을 포함한다.
Description
본 출원은 2008년 11월 24일에 출원된 미국 가출원 제61/117,279호의 이익을 주장한다.
상기 출원의 전체 내용은 참조에 의해 여기에 포함되어 있다.
편도선 절제술 관련 사망률의 제거를 위한 연구는 몇세대에 걸친 이비인후과 의사를 괴롭힌 것으로 진술되어 있다(Colen 2008). 소아과 인구에 있어서의 구개 편도선(이하에서 "편도선"이라 칭함)의 절제를 위한 지표는 회귀성 또는 만성 편도선염 및 수면 호흡 장애(OSDB)에 의한 비대성 편도선이다. 수면 무호흡에 의한 극심한 수면 호흡 장애는 심각한 사망률과 관련되고, 심각한 신경행동학적 사망률에 의한 저도 내지 중등도의 수면 호흡 장애는 기억력, 인식력, 학교 생활에 영향을 준다(Galland 2006). 최근, 편도선 비대증은 어린이들에게 있어서 편도선 절제술에 대한 제 1 지표로서 편도선염을 능가하고 있다. 성인에게 있어서 제 1 지표는 편도선염이다. 미국에서는 편도선 절제술이 연간 거의 900,000건이다.
편도선은 한 쌍의 거친 타원면 구조로 보이는 입인두의 내벽에 위치하는 보건에 있어서의 면역 시스템의 기관이다. 편도선의 측면을 커버링하는 결합조직의 얇고 밀집된 층인 편도 피막은 중요한 해부학적 기준점이다. 피막 바로 아래는 느슨한 결합조직층이고, 목넘김(swallowing)에 사용되는 인두 근육의 층이다. 피막에 인접한 이 근육은 편도오목(tonsillar bed)을 형성한다. 피막은 편도선의 노출된 치료면으로 연장되지 않고, 대신 나머지 인두 중앙부와 같은 편도선의 노출면이 언더라잉 프로프리아층(underlying lamina propria)에 의해 상피를 구성하는 점막층이다. 그러나, 편도선의 표면은 크기가 변경되지만 피막에 대한 깊이가 연장되는 다수의 게실(diverticula)["도움(crypts)")에 의해 구별된다. 피막은 차례로 편도선 조직으로 연장되어 다수의 림프조직 엽(multiple lymphatic tissue lobes)으로 편도선을 분할하는 섬유성 격막(fibrovascular septa)를 형성한다.
출생시에는 막 시작된 편도선만 있지만 그 후 곧 림프계 세포의 빠른 확산과 편도선 크기의 상응하는 확산이 있게 된다. 편도선의 면역 활동은 어린 시절에 가장 크다. 20대까지 편도선의 림프성 요소(lymphoid component)는 본래 상태로 돌아가기 시작하고, 피막의 섬유성 조직과 격막은 사람의 나이에 따라 편도선 위축 등에 비례하여 증가하고, 더 섬유증으로 되는 것뿐만 아니라 다시 더 작아지게 된다(Isaacson 2007).
편도선 질환이 없었던 1 내지 11세 아동의 MRI 연구(Arens 2002)에서는 양쪽 편도선의 중앙을 통과하는 기도(airway)를 거친 라인을 따른 평균 편도간 거리가 나이와 상관없이 거의 7mm로 보여진다. 이 라인을 따른 양 편도의 결합된 폭은 이 모집단(population)에서의 나이 증가와 함께 약 33mm로부터 42mm로 증가한다. 따라서, 통상의 성장에서도 젊은 아동의 편도선은 기도에 비해 매우 크다. 편도 비대증은 기도가 위험해지는 편도선의 림프성 요소의 비정상적인 확장을 포함한다. 성인도 통상적으로 수면 호흡 장애를 위한 UPPP 수술(uvulopalatopharyngoplasty procedure)의 일부로서 제거되는 편도선을 갖지만, OSDB의 원인으로서의 편도비대증(아데노이드 비대증과 함께 또는 아데노이드 비대증 없음)은 소아과 질환(pediatric condition)이다. 아동 수면 호흡 장애의 최소 유행은 거의 2 내지 3%로 산정된다(Young 2002). 미국에서만 최근 인구조사 데이터에 의거하고, 또한 4천만명의 9세 이하 아동만을 고려하면 이러한 유행은 OSDS를 가진 800,000 내지 1,200,000의 아동에 대응한다. American Academy of Pediatrics는 코골이에 대하여 최근 1세 이상의 모든 아동의 스크리닝(screening)을 권고한다.
편도선의 면역 세포가 병원균에 의해 압도되는 경우에 성인과 소아과 인구 모두에서 편도선염이 발생한다. 항생물질은 재발성 편도선염에 의한 환자에 있어서 극심한 편도선염을 방지하는데 종종 유효하지 않다. 이러한 효력 결핍의 이유는 편도선 도움(tonsillar crypts) 내의 박테리아에 의한 균막(biofilm)의 형성이 될 수 있다(Chole 2003). 염증은 재발성 또는 만성 편도선염 환자의 편도선에 섬유증(fibrosis) 또는 상처 조직의 생성이 일어나게 한다.
비대성 편도선의 병태생리학은 재발성, 만성 편도선염과 편도선은 다르다. 비대성 편도선으로 흐르는 혈액은 만성 편도선염에 있어서 혈액 흐름이 감소되는 노멀 컨트롤 톤실(normal control tonsil)로 흐르는 혈액보다 현저히 많다(Ozdemir 1985). 편도선 절제술을 받은 아동의 인두 중앙부의 형태학적 연구로부터의 데이터는 비대성 편도선은 편도선염 환자로부터의 편도선보다 밀도가 낮다는 것을 나타낸다(Brodsky 1989).
재발성, 만성 편도선염, 또는 편도선 비대증에 의한 환자에서의 편도선은 넓은 범위의 사이즈를 나타낸다. OSDB에 대한 처치된 31명의 아동으로부터 제거된 편도선은 부피가 5ml 내지 18ml의 범위, 평균 10.18ml이다(Arrarte 2007). 이 범위는 재발성 편도선염을 가진 45명의 아동에 있어서 편도선 질량(3 내지 18.2g, 평균 8.8g)의 범위와 유사하다(Stearns 1983). 편도선 비대증 또는 재발성이나 만성 편도선염을 가진 환자의 최근 연구에 있어서, 2 내지 12세의 50명의 환자는 4.0 내지 17.6g(평균 8.7g) 범위의 편도선 중량을 가졌고, 12 내지 47세의 50명의 환자는 4.8 내지 19.8g(평균 9.4g) 범위의 편도선 중량을 가졌다(Michel 2008).
편도선 절제술은 근본적으로 지표, 환자 나이, 또는 편도선의 크기와 동일하게 무관하다. 편도선은 편도선 피막과 편도오목의 인두 근육 사이의 느슨한 결합조직 내의 수술면(surgical plane)에 의해 절제된다. 이러한 방식으로, 편도선의 림프성 조직은 완전히 제거되고, 근육에 대한 데미지(damage)가 최소화된다.
예를 들면, 출혈을 제어하기 위한 묶음술(ligation) 또는 전기지짐(eletrocautery)과 함께 "콜드 스틸(cold steel)" 도구[나이프, 가위, 스네어(snare), 또는 외과용 칼], 또는 단극 또는 양극 전기지짐 및 레이저(CO2 또는 frequency doubled Nd:YAG) 등의 "핫(hot)" 기구 등의 상이한 다수의 커팅 툴이 편도선의 절제에 사용될 수 있다. 편도오목 내에 생성된 후유 열적 손상의 량(amount of residual termal dagame)에 의거한 이러한 방법들 사이의 차이점 : 전기지짐은 더 많은 나머지 손상을 생성하지만 최상의 외과수술의 전기지혈도 제공하는 반면 콜드 테크닉(cold techniques)은 더 적은 수술후의 고통과 적은 후유 손상 또는 전혀 없는 후유 손상과 관련된다. 최근 새로운 기술이 편도선염을 위해 개발되어 사용되고 있고; 이것은 ultrasonic dissection(Harmonic Scalpel, Ethicon Endo-Surgery, Cincinnate, OH), plasma-assisted radiofrequency ablation(Coblation, ArthroCare Corporation, Sunnyvale, CA), argon plasma coagulation(Erbe Elektromedizin GmbH, Tubingen, Germany), 및 pressure assisted tissue-welding(ENTceps, Starion Instruments Corporation, Sunnyvale, CA)을 포함한다. 사용되는 기술 및 상처를 최소화하기 위해 취해지는 간호에 상관없이 편도선 절제의 결과는 몇일의 기간동안의 2차 치유에 의해 치료되는 편도오목에서의 개방창(open wound)이다. 편도선 절제술로부터 치료되는 동안의 고통은 인두벽내의 근육 경련, 염증, 및 신경 자극에 기인할 수 있고, 감소된 구강 입구, 탈수, 및 감염으로도 유도할 수 있는 실질적인 사망률이다. 성인에 대한 최근 연구는 11일의 편도선 절제술 이후의 상당한 고통의 평균 기간을 나타내고, 그 고통은 수술후에 처음 5일동안 비교적 변경되지 않고 남아있게 된다(Salonen 2002). 성인은 종종 업무 복귀 전 편도선 절제술 후에 2주간의 회복을 필요로한다(Magdy 2008). 만성 또는 재발성 편도선 질환을 가진 다수의 성인은 연장되고 고통스런 회복을 겪기 위한 무의지 또는 무능력으로 인해 치료를 보류한다. 아동들은 고통 약물치료에도 불구하고 편도선 절제술 이후 적어도 2일간의 극심한 고통으로 경감되고, 통상적으로 보통의 활동을 재개하기 위해 몇일이 필요하다. 회복기 동안에 목넘김시의 고통은 탈수증과 병원으로의 재입원을 야기할 수 있다. 편도선 절제술 이후의 아동 간호는 부모가 일을 못하게 되는 것과 치료에 추가적인 경제적 비용을 포함한다. 편도선 절제술을 위한 지표로서의 증가된 비대성 편도선의 중요성은 최근 더 많은 젊은 환자로 유도되고 있다. 탈수증과 출혈의 위험은 작은 아동에 있어서 더 심각하고, 출력의 위험과 수술후의 고통을 최소화하는 수술을 찾기 위한 추가적인 동기가 되고 있다(Derkay 2006).
아동 및 성인 모두에 있어서, 편도선 절제술의 가장 심각한 문제는 출혈이다. 수술후 출혈의 지표는 거의 5%이고, 수술의 24시간 내에 발생하면 1차로 분류되고 나중이면 2차로 분류된다. 2차 출혈은 외과적 딱지의 형성이 편도선 혈관의 뿌리(stump)를 노출시킬 때 야기되고, 수술후 4 및 7일 사이에서 가장 자주 발생한다(Windfuhr 2008). 2차 출혈은 생명 위협이 될 수 있고, 환자가 직접 의료 간호로부터 멀어질 때 발생하기 때문에 특히 위험하다. 아동은 혈역학적 예비능이 더 작기 때문에 2차 출혈이 특히 위험하다(Okuyucu 2008). 수술후 2차 출혈의 빈도는 편도선 절제술에 있어서의 발전과 무관하게 1 내지 3%에 일정하게 남아있다(Colen 2008, Windfuhr 2008). 출혈에 의해 전체 환자의 거의 반이 수술실로 복귀한다(Bhattacharyya 2001).
인두편도절제술(adenoidectomy)은 종종 아동들에 대한 편도선 절제술로서 수행되지만 인두편도절제술은 낮은 고통과 출혈의 위험을 갖는다. 인두편도절제술에 의한 편도선 절제술에 이어지는 사망률은 수술의 편도선 절제술 부위에 기인한다.
편도선 절제술의 고유의 사망률로 인하여 외과의사가 대부분의 편도선을 제거하지만 피막 상의 조직의 장벽(barrier)를 남겨두는 부분적 편도선 절제술의 대안(Intracapsular tonsillectomy 또는 tonsillotomy로도 알려짐)에 최근 관심이 있다. 과거 15년간 부분적 편도선 절제술에서 편도선의 부피를 줄이기 위해 CO2 레이저, Coblation and powered microdebrider(Straightshot, Medtronic Xomed, Jacksonville, FL)를 포함하는 다양한 기술이 사용되었다. 그러나, 표준 편도선 절제술과 비교하면 부분적 편도선 절제술은 수술후 처음 2일 후에만 수술후 고통 감소를 나타낸다(Chang 2008). 부분적 편도선 절제술은 "생물학적 드레싱(biological dressing)"으로서 작용하는 조직을 보존하고, 인두 근육 염증과 자극을 감소시킬 수 있지만 수술후 2차적 의도에 의해 치료해야 할 편도오목에서 개방창이 여전히 남게 된다. 부분적 편도선 절제술은 수술후 2차 출혈의 문제를 제거하지 않는다.
최근의 편도선 절제술 문헌은 "수술 기술, 기구, 및 마취법에 있어서의 상당한 정밀도에도 불구하고 수술후 합병증과 비교적 느린 통상의 음식물과 활동으로의 복귀는 환자와 마찬가지로 외과의사에 대하여 상한한 도전으로 남아 있다"는 것을 진술하고 있다(Roth 2008). 이러한 매우 일반적인 수술의 사망률과 사회경제적인 부담은 상당하게 남아있다. 본 발명은 수술후 무출혈, 대폭 감소된 수술후 고통, 최소화 또는 전혀 없는 수술중 출혈, 더 빠른 수술후 통상 활동으로의 회복, 쉬운 사용과 짧은 러닝 커브(learning curve), 더 짧은 수술 시간, 감소된 비용과 경제적인 부담, 및 더 나이가 많은 아동 및 성인에 있어서 국부 마취하에서의 수행 가능성의 장점을 가진 편도선 질환의 치료를 위한 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 양상에 있어서, 본 발명은 연부 조직의 치료를 위한 기구에 관한 것이다. 상기 기구는 광원 및 2개 이상의 광학 어셈블리를 포함한다. 상기 광학 어셈블리 각각은 1개 이상의 광학 엘리먼트 및 실질적으로 균일한 분포의 광을 그것을 통해 투과하도록 구성된 광투과 접촉면을 포함한다. 상기 기구는 광원과 2개 이상의 광학 어셈블리의 대응하는 하나 사이에 각각 배치된 2개 이상의 광투과 장치를 더 포함한다. 또한, 상기 기구는 2개 이상의 광학 어셈블리가 부착되고, 2개 이상의 광학 어셈블리의 광투과 접촉면이 그 사이에 배치된 연부 조직과 접촉하도록 된 핸드피스를 포함한다.
본 발명의 다른 양상에 있어서, 기구는 실질적으로 균일한 분포의 광을 생성하도록 각각 구성된 2개 이상의 대향하는 광학 어셈블리를 포함한다. 상기 광학 어셈블리 각각은 광투과 장치에 의해 광원에 결합된다. 상기 광학 어셈블리는 광투과 장치로부터 광을 수용하도록 된 광학 엘리먼트 및 광을 연부 조직에 투과하도록 된 광투과 접촉면을 포함한다.
또 다른 양상에 있어서, 기구는 조직 표면을 조사한다. 상기 기구는 하우징, 추출 피쳐를 갖는 실질적인 강성 도광판, 및 광투과 접촉면을 갖는 접촉 엘리먼트를 포함한다. 또한, 상기 기구는 냉각 층으로 다이렉트되는 유체가 발광 전에, 발광 동안 및 발광 후에 열을 접촉면으로부터 제거하도록 접촉 엘리먼트에 인접한 냉각 층을 포함한다. 장치의 하우징으로 다이렉트되어 도광판의 측면 에지에 충돌하는 광은 조직 표면과 실질적으로 평행하고 상기 접촉면에서 방출되는 방향으로 실질적으로 평행한 조사에 의해 도광판을 전파한다.
또 다른 양상에 있어서, 기구는 하우징 및 추출 피쳐와 접촉면을 갖는 실질적인 강성 도광판을 포함한다. 또한, 상기 기구는 냉각 층으로 다이렉트되는 유체가 발광 전에, 발광 동안 및 발광 후에 열을 접촉면으로부터 제거하도록 접촉 엘리먼트에 인접한 냉각 층을 포함한다. 하우징으로 다이렉트되어 도광판에 충돌하는 광은 조직 표면과 실질적으로 평행하고 상기 접촉면에서 방출되는 방향으로 실질적으로 평행한 조사에 의해 도광판을 전파한다.
또 다른 양상에 있어서, 기구는 광원, 1개 이상의 광학 엘리먼트를 갖는 1개 이상의 광학 어셈블리 및 실질적으로 균일한 분포의 방사를 그것을 통해 투과하도록 구성된 광투과 접촉면을 포함한다. 또한, 상기 기구는 광원과 광학 어셈블리 사이에 접속된 1개 이상의 광투과 장치 및 2개 이상의 원위부를 갖는 핸드피스를 포함한다. 원위부는 연부 조직을 그 사이에서 그래스프하고(grasp) 광학 어셈블리의 광투과 접촉면이 연부 조직과 접촉하도록 되어 있다. 광학 어셈블리는 원위부 중 하나에 부착된다.
본 발명의 일 양상에 있어서, 방법은 2개의 대향하는 발광 광학 어셈블리의 광투과 접촉면 사이에서 편도선 조직의 일부를 압착해서 실질적으로 평평하게 하는 스텝, 광학 어셈블리 각각의 광학 엘리먼트로 광을 도입하는 스텝, 및 광학 엘리먼트로부터 광투과 접촉면을 통해 편도선 조직으로 실질적으로 균일한 광 분포로 광을 다이렉트함으로써 편도선 조직을 조사하는 스텝을 포함한다.
다른 양상에 있어서, 방법은 광투과 접촉면과 비발광면 사이에서 편도선 조직의 일부를 압착해서 실질적으로 평평하게 하는 스텝, 광학 엘리먼트로 광을 도입하는 스텝, 및 광학 엘리먼트로부터 광투과 접촉면을 통해 편도선 조직으로 실질적으로 균일한 분포로 광을 다이렉트함으로써 편도선 조직을 조사하는 스텝을 포함한다.
따라서, 편도선이 광투과 냉각면 사이에서 유지되고, 서서히 압착되며, 상기 냉각면으로부터의 광에 의해 조사될 수 있도록, 편도선 실질 조직이 가열되고 이미디어트(immediate) 그리고 딜레이드(delayed) 괴저성 세포 사멸 및 딜레이드 조직 퇴화를 포함하는 생물학적 반응이 유도되도록, 그리고 편도선의 점막층이 실질적으로 가열되지 않고 점막층의 열손상이 실질적으로 회피되도록 대향하는 광투과 냉각면을 갖는 핸드피스를 사용하는 편도선 치료 방법 및 장치가 제공된다.
상술한 것은 동일 참조 번호가 상이한 도면의 도처에 동일 부분을 언급하는 첨부 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시형태에 대한 이하의 더 특정한 설명으로부터 명백해질 것이다. 이 도면은 본 발명의 실시형태의 예시에 따라 위치되는 대신에 강조를 위해 스케일될 필요는 없다.
도 1은 인두중앙부의 개략도이며;
도 2는 편도선의 해부의 개략도이며;
도 3은 각종 연부 조직의 광침투의 계산된 1/e 깊이 및 희석 혈액 대 물의 흡수 계수의 비를 도시하며;
도 4는 옥시헤모글루빈, 디옥시헤모글루빈, 물, 전체 혈액, 및 드라이 젤라틴의 흡수 스펙트럼을 도시하며;
도 5는 900 내지 1300 nm 영역에서의 편도선 조직의 계산된 흡수 스펙트럼을 도시하며;
도 6은 조직에 대한 감소된 산란 계수를 도시하며;
도 7은 1 내지 7 분 동안 40 내지 70℃로 가열된 인간 편도선 조직의 조직학적 결과를 도시하며;
도 8은 냉각 사파이어 엘리먼트를 통해 2분 동안 10 W의 전력으로 20 mm 직경 집광빔에서의 1120 nm 광에 의해 편도선의 조사를 위한 모델 계산의 결과를 도시하며;
도 9는 냉각 사파이어 엘리먼트를 통해 6분 동안 7.5 W의 전력으로 20 mm 직경 집광빔에서의 1120 nm 광에 의해 편도선의 조사를 위한 모델 계산의 결과를 도시하며;
도 10은 2개의 발광 사파이어 접촉 엘리먼트 사이에서 두께 2 cm를 갖는 대략 평균 사이즈의 편도선의 경우에 대한 모델 계산의 결과를 도시하며;
도 11은 2개의 발광 사파이어 접촉 엘리먼트 사이에서 두께 2.4 cm를 갖는 큰 편도선의 경우에 대한 모델 계산의 결과를 도시하며;
도 12는 2개의 발광 사파이어 접촉 엘리먼트 사이에서 두께 1.1 cm를 갖는 작은 편도선의 경우에 대한 모델 계산의 결과를 도시하며;
도 13은 광학 어셈블리가 부착된 본 발명의 핸드피스의 세미개략도이며;
도 14는 본 발명의 기구의 도면이며;
도 15는 광학 어셈블리 및 그리드 엘리먼트(grid element)를 갖는 핸드피스 원위부의 도면이며;
도 16은 그리드 엘리먼트 센서 니들이 부착된 그리드 엘리먼트의 도면이며;
도 17은 광학 어셈블리가 부착되고 센서 니들을 갖는 칼라 엘리먼트가 부착된 핸드피스 원위부의 도면이며;
도 18은 광학 어셈블리가 부착되고 1회용 슬리브로 커버된 핸드피스의 도면이며;
도 19a 및 도 19b는 광학 어셈블리가 부착되고 1회용 슬리브로 커버된 핸드피스 원위부, 및 광학 어셈블리에 부착되는 그리드 엘리먼트를 도시하며;
도 20a-도 20d는 반사면을 갖는 복수의 프리즘을 포함하는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 21a-21c는 복수의 연장된 미러를 포함하는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 22a 및 도 22b는 복수의 연장된 미러 및 냉각 채널을 포함하는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 23a-도 23c는 복수의 미러를 포함하는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 24a 및 도 24b는 추출 피쳐를 갖는 도광판을 포함하는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 25a 및 도 25b는 일면에 추출 피쳐를 갖는 도광판의 개략도이며;
도 26a 및 도 26b는 도광판 및 냉각 층을 포함하는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 27은 도광판, 냉각 층, 및 냉각 층 윈도우를 포함하는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 28은 도광판 근위면에 인접하여 배치된 냉각 층과 도광판을 포함하는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 29는 도광판 및 반사판과, 반사판에 인접하여 배치된 냉각 층을 포함하는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 30a 및 도 30b는 반사판과 접촉하는 도광판의 추출 피쳐 또는 반사판 상의 코팅을 도시하며;
도 31은 도광판 및 포커싱 피쳐를 갖는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 32는 크로모포어 니들이 부착된 그리드 엘리먼트를 도시하며;
도 33은 상이한 양의 크로모포어 코팅을 갖는 크로모포어 니들에 의한 편도선 치료의 모델 계산의 결과를 도시하며;
도 34는 크로모포어 니들를 갖고 갖지 않은 편도선 치료의 모델 계산의 결과를 도시하며;
도 35는 증가된 표면 에리어를 위한 니들 단면 형상의 예를 도시하며;
도 36은 부분 손상을 초래하는 크로모포어 니들에 의한 조직 치료의 모델 계산의 결과를 도시하며;
도 37a는 제 2 예의 광학 어셈블리의 하우징을 도시하며;
도 37b는 제 2 예의 광학 어셈블리의 광학 적층의 엘리먼트를 도시하며;
도 37c 및 37d는 측벽의 코팅을 갖는 도광판을 도시하며;
도 37e는 제 2 예의 광학 어셈블리의 도광판의 추출 피쳐를 도시하며;
도 37f는 제 2 예의 광학 어셈블리를 위한 조사 도면을 도시하며;
도 38a는 제 3 예의 광학 어셈블리의 하우징을 도시하며;
도 38b는 제 3 예의 광학 어셈블리의 추출 피쳐를 갖는 도광판을 도시하며;
도 38c는 제 3 예의 광학 어셈블리의 조사 도면을 도시하고;
도 39는 제 4 예의 광학 어셈블리를 위한 조사 도면을 도시한다.
도 1은 인두중앙부의 개략도이며;
도 2는 편도선의 해부의 개략도이며;
도 3은 각종 연부 조직의 광침투의 계산된 1/e 깊이 및 희석 혈액 대 물의 흡수 계수의 비를 도시하며;
도 4는 옥시헤모글루빈, 디옥시헤모글루빈, 물, 전체 혈액, 및 드라이 젤라틴의 흡수 스펙트럼을 도시하며;
도 5는 900 내지 1300 nm 영역에서의 편도선 조직의 계산된 흡수 스펙트럼을 도시하며;
도 6은 조직에 대한 감소된 산란 계수를 도시하며;
도 7은 1 내지 7 분 동안 40 내지 70℃로 가열된 인간 편도선 조직의 조직학적 결과를 도시하며;
도 8은 냉각 사파이어 엘리먼트를 통해 2분 동안 10 W의 전력으로 20 mm 직경 집광빔에서의 1120 nm 광에 의해 편도선의 조사를 위한 모델 계산의 결과를 도시하며;
도 9는 냉각 사파이어 엘리먼트를 통해 6분 동안 7.5 W의 전력으로 20 mm 직경 집광빔에서의 1120 nm 광에 의해 편도선의 조사를 위한 모델 계산의 결과를 도시하며;
도 10은 2개의 발광 사파이어 접촉 엘리먼트 사이에서 두께 2 cm를 갖는 대략 평균 사이즈의 편도선의 경우에 대한 모델 계산의 결과를 도시하며;
도 11은 2개의 발광 사파이어 접촉 엘리먼트 사이에서 두께 2.4 cm를 갖는 큰 편도선의 경우에 대한 모델 계산의 결과를 도시하며;
도 12는 2개의 발광 사파이어 접촉 엘리먼트 사이에서 두께 1.1 cm를 갖는 작은 편도선의 경우에 대한 모델 계산의 결과를 도시하며;
도 13은 광학 어셈블리가 부착된 본 발명의 핸드피스의 세미개략도이며;
도 14는 본 발명의 기구의 도면이며;
도 15는 광학 어셈블리 및 그리드 엘리먼트(grid element)를 갖는 핸드피스 원위부의 도면이며;
도 16은 그리드 엘리먼트 센서 니들이 부착된 그리드 엘리먼트의 도면이며;
도 17은 광학 어셈블리가 부착되고 센서 니들을 갖는 칼라 엘리먼트가 부착된 핸드피스 원위부의 도면이며;
도 18은 광학 어셈블리가 부착되고 1회용 슬리브로 커버된 핸드피스의 도면이며;
도 19a 및 도 19b는 광학 어셈블리가 부착되고 1회용 슬리브로 커버된 핸드피스 원위부, 및 광학 어셈블리에 부착되는 그리드 엘리먼트를 도시하며;
도 20a-도 20d는 반사면을 갖는 복수의 프리즘을 포함하는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 21a-21c는 복수의 연장된 미러를 포함하는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 22a 및 도 22b는 복수의 연장된 미러 및 냉각 채널을 포함하는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 23a-도 23c는 복수의 미러를 포함하는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 24a 및 도 24b는 추출 피쳐를 갖는 도광판을 포함하는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 25a 및 도 25b는 일면에 추출 피쳐를 갖는 도광판의 개략도이며;
도 26a 및 도 26b는 도광판 및 냉각 층을 포함하는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 27은 도광판, 냉각 층, 및 냉각 층 윈도우를 포함하는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 28은 도광판 근위면에 인접하여 배치된 냉각 층과 도광판을 포함하는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 29는 도광판 및 반사판과, 반사판에 인접하여 배치된 냉각 층을 포함하는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 30a 및 도 30b는 반사판과 접촉하는 도광판의 추출 피쳐 또는 반사판 상의 코팅을 도시하며;
도 31은 도광판 및 포커싱 피쳐를 갖는 광학 어셈블리를 도시하며;
도 32는 크로모포어 니들이 부착된 그리드 엘리먼트를 도시하며;
도 33은 상이한 양의 크로모포어 코팅을 갖는 크로모포어 니들에 의한 편도선 치료의 모델 계산의 결과를 도시하며;
도 34는 크로모포어 니들를 갖고 갖지 않은 편도선 치료의 모델 계산의 결과를 도시하며;
도 35는 증가된 표면 에리어를 위한 니들 단면 형상의 예를 도시하며;
도 36은 부분 손상을 초래하는 크로모포어 니들에 의한 조직 치료의 모델 계산의 결과를 도시하며;
도 37a는 제 2 예의 광학 어셈블리의 하우징을 도시하며;
도 37b는 제 2 예의 광학 어셈블리의 광학 적층의 엘리먼트를 도시하며;
도 37c 및 37d는 측벽의 코팅을 갖는 도광판을 도시하며;
도 37e는 제 2 예의 광학 어셈블리의 도광판의 추출 피쳐를 도시하며;
도 37f는 제 2 예의 광학 어셈블리를 위한 조사 도면을 도시하며;
도 38a는 제 3 예의 광학 어셈블리의 하우징을 도시하며;
도 38b는 제 3 예의 광학 어셈블리의 추출 피쳐를 갖는 도광판을 도시하며;
도 38c는 제 3 예의 광학 어셈블리의 조사 도면을 도시하고;
도 39는 제 4 예의 광학 어셈블리를 위한 조사 도면을 도시한다.
본 발명의 실시형태의 설명은 다음과 같다.
본 발명은 편도선이 대향하는 광투과 냉각면 사이에서 유지되고, 서서히 압착되며, 상기 냉각면으로부터의 광에 의해 조사될 수 있도록, 편도선 실질 조직이 가열되고 이미디어트 그리고 딜레이드 괴저성 세포 사멸 및 딜레이드 조직 퇴화를 포함하는 생물학적 반응이 유도되도록, 그리고 편도선의 점막층이 실질적으로 가열되지 않고 점막층의 열손상이 실질적으로 회피되도록 대향하는 광투과 냉각면을 갖는 핸드피스를 사용하는 편도선 치료 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 편도선과 결합된 바이오필름을 손상시키거나 파열시키기 위해 편도선을 가열하는 기구 및 방법을 제공하는 것이다. 구체적으로, 편도선의 가열은 재발하는 감염의 잠재원 및/또는 편도선의 염증을 손상시키거나 제거하기 위해 편도선의 크립트 내에서, 편도선 실질 조직 내에서, 또는 편도선의 표면에서 또는 근방에서 바이오필름, 박테리아 또는 다른 감염 물질을 가열한다. 본 발명은 기존 바이오필름 또는 박테리아를 포함하는 감염 물질의 적어도 일부에서 편도선의 수축이 동시에 감소되게 하는데 사용될 수 있다. 대안으로, 본 발명은 편도선의 부분 또는 전부 수축을 동시에 유도하거나 유도하지 않고 기존 바이오필름 또는 박테리아를 포함하는 감염 물질의 적어도 일부의 양 또는 활동도에서 감소를 유도하기 위해 편도선을 치료하는데 사용될 수 있다.
편도선은 측면 인두 벽에 한 쌍의 구조로서 관찰될 수 있다. 도 1 은 편도선(1)를 시각하는데 사용되는 설압기(4)와 목젖(9) 및 혀(3)를 포함하는 인두중앙부의 개략도이다. 만성적인 또는 재발하는 편도선염 또는 비대의 결과로서 치료를 요하는 편도선은 편도선 당 약 3 ㎤ ~ 약 18 ㎤의 사이즈로 큰 범위를 나타낸다. 단순화를 위해 구형 형상을 가정하면, 편도선은 직경에 있어서 약 1.8 cm ~ 3.3 cm의 범위에 있다. 스페로이드 편도선이 평행한 평면 접촉면 사이에서 유지되어 압착될 때, 편도선은 대략 원통 형상을 취한다. 편도선이 18 ㎤의 사이즈를 가지면, 즉 매우 크고 구면 직경의 75%로 압착되면, 핸드피스의 접촉면은 개별적으로 2.4 cm일 것이다. 2개의 접촉면 각각은 압착된 편도선 표면 에리어를 최대로 커버하기 위해 직경에 있어서 3.1 cm 이상이어야 한다. 동일 편도선이 구면 직경의 60%로 압착되면 접촉 엘리먼트는 개별적으로 2.0 cm이고, 핸드피스의 접촉면은 직경에 있어서 3.4 cm 이상이어야 한다. 3 ㎤ 작은 편도선이 구면 직경의 75% 또는 60%로 압착되면, 평면 접촉 엘리먼트의 분리는 각각 1.3 cm 또는 1.1 cm이고, 접촉 엘리먼트는 각각 적어도 1.7 및 1.9 cm의 직경을 가져야 한다. 실제 편도선이 구면 형상으로부터 벗어나고 3 ㎤ ~ 18 ㎤의 범위 외에 있으며, 본 발명의 핸드피스의 접촉면이 반드시 평면 또는 평행일 필요는 없을 지라도, 본 발명의 접촉 엘리먼트에 의해 유지되어 서서히 압착되는 편도선은 이 추정에 근거해서 약 3 cm까지의 두께, 및 약 4 cm까지의 직경을 갖는 것으로 기대될 수 있다.
그러므로, 본 발명에 의하면, 직경에 있어서 약 4 cm까지의 광투과 접촉면을 갖는 핸드피스는 그 접촉면 사이에 배치된 약 3 cm까지의 두께를 갖는 편도선 조직을 조사하고 가열하는 광을 투과시키는데 사용될 수 있다.
또한, 편도선 조직 조성의 이종은 본 발명에서 고려되지 않는다. 도 2는 편도선으로 연장되고 브랜치 오프되는 크립트(100)를 포함하는 편도선(1)의 해부의 개략도이다. 섬유성 혈관 격벽(102a)은 편도선과 하부 소성 결합 조직(5)과 인두 벽의 근육 층(6) 사이에 놓이는 캡슐(102b)로부터 연장된다. 점막층(103)은 편도선의 전체 노출면을 커버한다. 편도선 실질 조직(101)은 여기서 하부 캡슐 및 편도선 표면의 점막층을 배제하는 편도선 조직(림프성 셀과 조직, 결합 또는 섬유 셀과 조직, 및 혈관과 혈관 셀을 편도선에 포함함)으로서 규정되어 있다. 편도선은 편도선 질환의 종류, 병 상태 또는 조건의 심각성, 환자의 나이, 및 개별 환자 변이성의 결과로서 혈기, 사이즈, 및 림프성 및 섬유성 조직의 상대적 양에 있어서 큰 변이성을 나타낸다. 본 발명은 편도선 질환의 넓은 스펙트럼에 걸쳐 이종 및 변이 편도선의 광열 치료를 가능하게 하는 방법, 장치, 시스템을 제공한다.
편도선 조직의 광학적 특성
광열 치료는 광에 의한 생물학적 조직의 상호작용을 수반한다(여기서 임의 파장의 전자 방사로 언급됨). 광은 조직 내의 내생적인(선천적인) 또는 외인성의(부가적인) 크로모포어(Chromophore)가 광의 일부 또는 모두를 흡수함으로써 조직에서 열을 생성해서 소망의 물리적 및/또는 생물학적 반응에 영향을 주도록 조직에 다이렉트된다. 조직 반응은 이미디어트 및/또는 딜레이될 수 있다. 광열 치료의 기초가 되는 원리는 당업자에게 알려져 있고, 이 원리는 다수의 기관, 조직 종류 및 의료 조건의 치료를 위해 수행된다. 치료에 수반되는 조직 또는 조직들의 생물학적 및 광학적(흡수 및 산란)의 지식은 특정 의료 문제에 대해 광열 치료의 원리의 적용을 위해 요구된다. 조직 크로모포어의 흡수 스펙트럼을 매칭하는 것에 더해서, 치료에 사용되는 광의 파장 또는 파장들도 광을 산란하고 흡수하는 조직 내의 침투의 깊이에 근거해서 선택되어야 한다. 더욱이, 조직에 전달되는 광의 양은 광의 흡수가 조직에서 소망의 온도 증가를 초래하도록 조직의 물리적 치수 및 열특성에 근거해서 선택되어야 한다. 또한, 상승된 온도로의 조직의 생물학적 반응의 지식이 요구된다. 더욱이, 생체 조직에 있어서 광의 상호작용에 관한 혈액의 관류의 효과가 고려될 수 있다.
그러므로, 광열 치료의 기초가 되는 일반적인 원리가 당업자에게 통상 알려져 있을 지라도 특정 의료 문제으로의 일반적인 원리의 적용에 요구되는 조직의 광학적, 열적, 및 생물학적 특성의 지식이 이용될 수 없다. 편도선을 치료하는 문제를 위해 광학적 특성에 관한 데이터가 실질적으로 부족하고, 중요한 파장 영역에서는 알려져 있지 않다. 특정 시간 동안 특정 온도로의 가열 함수로서의 편도선 조직의 생물학적 반응도 알려져 있지 않다. 이들 데이터없이 광 조사에 대한 편도선 조직의 반응이 예측될 수 없고, 편도선의 광열 치료의 최상의 파라미터 범위가 결정될 수 없다. 여기서, 광에 의한 편도선의 치료를 위한 방법 및 기술을 개발하는 제 1 스텝으로서 파장의 넓은 범위에 걸친 편도선 조직의 광학적 특성이 발견되었다. 더욱이, 편도선 병리에 있어서 광학적 특성의 예상된 변이성이 발견되었다.
광열 치료의 최적 결과를 위해, 광의 침투 깊이는 가열될 조직의 두께로서 동일 자리이어야 한다. 상술한 바와 같이, 치료에 요하는 편도선의 두께는 통상 본 발명에 따른 접촉면 사이에서 유지될 때 약 1 cm ~ 약 3 cm의 범위, 및 거의 4 cm까지의 직경의 표면 에리어에 있도록 기대될 수 있다. 고유 광학 상수(흡수 계수 μa, 산란 계수(μs), 및 이방성 계수(g))는 특정 조직 종류의 파장의 함수로서 알려질 때 그 조직에서 광의 침투의 깊이가 계산될 수 있다. 광학 상수는 근적외선(NIR)(Shah 2001)에 있어서 2개의 단일 파장(1064 nm 및 805 nm)에서만 편도선 조직을 위해 실험적으로 결정되었다. 이들 파장은 가장 상용가능한 수술 레이저(네오디뮴 YAG 및 반도체 다이오드)의 2개의 출력에 대응하고, 편도선의 광열 치료를 위한 최적 파장에 반드시 필요한 것은 아니다.
여기서, 편도선 치료의 문제를 해결하는 개시점으로서, 다른 연부 조직을 위한 공개된 데이터는 거의 센티미더 이상의 깊이로 침투해서 조직을 가열하는데 가장 유용한 파장의 범위를 찾도록 검사된다. 인간 진피, 인간 피부(표피 및 진피), 돼지 간, 및 인간 두뇌 등 다수의 연부 조직은 넓은 파장 범위에 걸쳐 광학적 특성의 이전 결정의 서브젝트이었다. 여기서, 그런 보고로부터의 그래픽 데이터는 상용가능한 소프트웨어(DigitizelT Version 1.5, Ingo Bormann, Rablstrasse 18, 81669, Munich, Germany) 및 각 조직 종류를 위해 결과적인 수치 데이터로부터 계산된 침투 깊이(ze)를 사용하여 디지털화되어 상이한 보고의 데이터로부터 파장의 함수로서 ze 값의 일관성있는 세트를 얻는다. 구체적으로, 조직에서의 플루언스율이입사 방사도(Φo)의 1/e(거의 37%)의 값으로 떨어지는 깊이(ze)는 식 ze=δ(l+ln(k))을 사용하여 계산되며, 여기서 δ=(3μa(μa+μs(l-g)))-1/2이고, k는 확산 반사율 Rd = exp(-7δμa) 에 의해 식 k=3+5.1Rd-2exp(-9.7Rd)를 사용하여 차례로 얻어지는 후방 산란 용어이다. 계산의 결과는 1064 nm 및 805 nm에서 편도선 조직에 보고된 광학 상수에 의거된 결과와 함께 도 3에 도시되어 있다. 각종 연부 조직 종류에 대한 ze의 절대 등급이 상이할 지라도, 각 종류에 대해 최대값은 거의 700 nm ~ 거의 1350 nm의 범위 내에 폭넓게 위치된다. 이 계산 결과는 600 nm ~ 1200 nm, 600 nm ~ 1000 nm, 600 nm ~ 1100 nm, 600 nm ~ 1400 nm, 등으로 다양하게 보고되는 생물학적 조직에서의 "치료 윈도우"가 존재하는 분야세 폭넓게 공지된 개념과 일치된다. 더 중요하게, 상기 영역에서, 1/e 침투 깊이(ze)는 도 3에 도시되어 있고 약 700 nm ~ 1350 nm의 영역에서 수밀리미터 ~ 2 cm의 범위에 있는 최대값을 갖는다. 그러므로, 본 발명에 의해 치료되는 편도선 조직을 포함하는 수밀리미터 ~ 3 cm의 두께를 갖는 연부 조직의 광열 치료를 위해 거의 700 nm ~ 거의 1350 nm의 범위 내의 광의 파장이 바람직하다.
혈기는 혈관 구조 및 편도선 내에 포함된 혈액의 양과 편도선으로 그리고 편도선으로부터 흐르는 혈액의 속도가 환자로부터 환자로 변화되기 때문에 다른 중요한 고려이다. 또한, 혈기는 편도선의 병적 상태에 의존한다. 편도선의 혈액 내용물에서의 변이성은 치료 메커니즘이 혈액에 의존하거나 영향을 받게 되면 치료 반응에서의 변이성을 도입한다. 혈액에 의해 강하게 흡수되는 파장에서 동작하는 레이저 또는 다른 광원은 더 높은 혈관 편도선에서 큰 온도 증가를 초래한다. 온도 증가는 편도선의 혈관에 국부화되어 이 구조를 응고하거나, 열은 둘러싸는 편도선 실질 조직을 가열하는 편도선 혈관으로부터 확산될 수 있다. 그러므로, 혈액에 의해 매우 흡수되는 광으로 편도선을 치료하는 것은 절차의 성과의 제어를 어렵게 한다.
편도선의 혈관 성질에 관련된 다른 어려움은 열 전달의 제어이다. 편도선을 관류하는 혈액은 기관으로부터 열을 캐리한다. 치료 방식이 광 또는 다른 에너지를 사용하여 편도선의 가열을 수반하면, 혈류는 기관의 모두 또는 일부에서 달성될 수 있는 온도 증가를 제한할 수 있어 예측되지 않는 방식으로 치료 반응을 제한한다.
도 3은 가시 NIR 스펙트럼 영역 도처에 혈액에 의한 광의 흡수와 물에 의한 흡수를 비교한다. 물은 편도선을 포함하는 대부분의 연부 조직의 1차 구성물이다. 이 도면에서 플롯된 혈액 흡수 계수는 넓은 파장 범위에 걸쳐 완전히 산소 처리된 희석 혈액(헤마토크릿 5%)의 공개된 스펨트럼을 디지털화함으로써 얻어진다. 희석된 혈액의 흡수 계수와 물의 흡수 계수의 비가 계산되어 도 3에 있어서 실선으로서 플롯된다. 거의 1100 nm로부터 거의 2500 nm로, 희석된 혈액과 물의 흡수 계수의 비는 비교적 작은 반면에(거의 2보다 작음), 거의 1100 nm보다 작은 파장에서 이 비는 실질적으로 크다. 짧은 파장에서의 높은 비는 물보다 훨씬 더 강한 가시 NIR 광을 흡수하는 혈액에서 크로모포어 옥시헤모글루빈의 존재로 인한 것이다. 거의 1100 nm보다 더 큰 긴 NIR 파장에서, 혈액 및 물은 유사한 흡수 특성을 갖는다. 흡수 계수의 비는 전체 희석되지 않은 혈액의 경우에 높아질 수 있지만, 비가 매우 높은 거의 1100 nm까지의 가시 NIR 파장으로 구성되는 영역, 및 비가 실질적으로 낮고 비교적 일정한 NIR에서 거의 1100 nm로부터 적어도 거의 2500 nm로의 영역으로 분할될 수 있다.
도 3에서의 흡수 계수의 계산된 비는 거의 1100 nm보다 짧은 광의 파장에 노출될 때, 편도선에서의 혈관이 둘러싸는 비혈관 편도선 조직보다 훨씬 더 강하게 흡수하는 것을 나타낸디. 거의 1100 nm보다 긴 파장에서, 혈관 및 비혈관 조직에 의한 흡수가 더 유사하다. 그러므로, 혈관 및 비혈관 조직은 짧은 파장에서 보다 거의 1100 nm ~ 적어도 거의 2500 nm의 파장에서의 조사에 일치하게 그리고 예측가능하게 더 반응한다. 혈관 및 비혈관 조직으로의 실질적으로 일치되는 반응은 처리될 조직의 혈관 성분이 환자들 사이에서 그리고 질환 조건에 따라 변화될 때 매우 바람직하다.
광의 깊은 침투에 대응하는 파장의 범위(거의 700 nm ~ 1350 nm)는 혈액과 물에 의한 흡수의 비가 매우 낮고 일정한 범위(거의 1100 nm 이상)를 오버랩한다. 오버랩 범위는 거의 1100 nm ~ 1350 nm이다. 그러므로, 본 발명의 더 바람직한 실시형태에 의하면, 거의 1100 nm ~ 거의 1350 nm의 범위에 있는 NIR 파장이 편도선의 광열 치료에 사용된다.
도 1의 모범적인 연부 조직이 파장의 함수로서 침투의 깊이에 있어서 유사한 트렌드를 도시할 지라도, 어떤 소정 파장을 위한 조직 종류 사이에서 실제 ze 값의 매우 큰 차이가 존재한다. 그러므로, 편도선에 1100 nm ~ 1350 nm 범위에서의 NIR 광의 효과를 더 특징화하기 위해 그리고 이 범위에서 가장 바람직한 파장뿐만 아니라 전달 전력, 조사 시간, 및 편도선의 광열 치료를 위한 다른 파라미터를 결정하기 위해, 편도선 조직을 위한 파장-특정 광학 상수가 요구된다. 그러나, 이전에 주목된 바와 같이, 편도선의 고유 광학 상수는 2개의 파장, 1064 nm 및 805 nm에서만 측정되었다. 이들 파장 모두는 여기서 결정된 바와 같이 약 1100 nm ~ 1350 nm의 바람직한 범위 외이다. 따라서, 바람직한 범위 내에서 광열 치료의 효과를 예측하기 위해 미지의 범위에서 편도선을 위한 광학 상수는 여기서 편도선 조직 구성물 및 크로모포어의 이용가능한 성질을 사용하는 접근법에 근거해서 발견된다. 상술한 바와 같이, 편도선 조직은 림프성, 점막, 및 섬유혈관 엘리먼트를 포함하므로 적절한 조직 크로모포어는 여기서 세포 및 세포밖 물, 혈액(또는 더 구체적으로 산호 공급된 그리고 산소 제거된 헤모글루빈), 및 결합 조직의 주요 콜라겐을 포함하는 단백질이 되도록 고려된다.
임의 산소 공급 레벨의 NIR 파장 범위에서 혈액의 스펙트럼 기여를 결정하기 위해 42.1% 헤마토크릿에 대응하는 헤모글루빈 농도를 위한 옥시헤모글루빈 및 디옥시헤모글루빈의 NIR 흡수가 계산된다. 결과는 물 흡수가 낮은 약 1100 nm보다 작은 오버랩의 영역에서 전체 혈액 데이터와 양호하게 일치한다(도 4). 연부 조직 물 함량에 대해 보고된 측정은 혈관 및 비혈관 조직에 존재되는 물 사이에서 구별되지 않는다. 이 이유로 연부 조직에서 혈액과 물의 조합을 나타내기 위해 헤모글로빈 함량과 전체 물 함량을 조합하는 것이 적절하다.
특정된 산소 포화 및 헤마토크릿의 혈액 내용물에 대해 상술한 바와 같이 계산된 파장의 함수로서의 옥시- 및 디옥시헤모글루빈의 적절한 혼합의 흡수 계수는 이 때 혈액, 물, 및 콜라겐의 구성에 근거해서 편도선 조직의 흡수 계수를 구성하는데 사용된다. 비지방 연부 조직에서의 전체 물의 부분 질량은 약 0.80이다. 혈액 내용물은 매우 가변적이지만 2 ~ 6%의 값은 정상 조직에 전형적이다. 42.1 퍼센트의 혈액 헤마토크릿은 정상이고 0.8의 산소 포화는 좋게 산소 공급된 조직의 전형적인 범위 내에 있다. 여기서, 조직의 나머지가 콜라겐인 것으로 가정된다. 조직의 흡수 계수는 이 때 전체 조직의 퍼센티지로 가중된 구성물의 흡수 계수로부터 계산될 수 있다. 콜라겐에 대해, 젤라틴 데이터가 사용된다(도 4에 도시됨). 이 계산의 결과는 콜라겐(젤라틴) 데이터가 이용가능한 전체 스펙트럼 영역(900 nm 내지 1300 nm)에 대해서 도 5에 도시되어 있다.
계산된 스펙트럼은 편도선 조직의 이전에 알려지지 않은 광학적 특성을 발견하기 위해 여기서 개발된 이론적 접근법의 유효성 및 정확성을 확인하기 위해 도 5에 도시된 바와 같이 1064 nm에서의 범위 내에서 문헌으로부터 이용가능한 편도선 조직의 하나의 실험적 값과 우수하게 일치하는 것으로 판명되었다. 문헌 값은 편도선 절제(Shah 2001)에서 절제된 편도선 표본으로부터의 측정 평균으로서 보고되었고, 편도선 절제를 필요로 하는 전형적인 인간 편도선에 대응하는 것으로 가정될 수 있다. 1064 nm에서의 인간 편도선에 의한 흡수 계수의 평균 실험값은 6%의 혈액 내용물을 갖는 조직에 대한 계산된 값에 가장 근접하지만, 거의 1100 nm ~ 1350 nm의 바람직한 영역 내에서 계산된 편도선 조직 흡수 계수가 혈액 내용물에 대해 실질적으로 불변이라는 것은 도 5로부터 알 수 있다. 따라서, 편도선 조직의 흡수 계수를 계산할 시에 결과는 편도선 혈기의 변동에 의해 영향을 받지 않는 치료를 제공하기 위해 본 발명의 바람직한 실시형태의 목적에 따르면 그 파장 범위 내에서 편도선 혈기에 거의 독립적이다.
상기 발견에 근거해서, 상술한 바와 같이 판명된 파장의 함수로서의 흡수 계수(μa)는 여기서 거의 1100 nm ~ 거의 1350 nm의 최적 파장 내에서 이전에 알려지지 않은 편도선 조직 값으로 사용된다.
각종 연부 조직의 문헌에 보고된 산란 계수(μs)(또는 감소된 산란 계수(μs')= μs(1 - g))의 실험적 측정은 파장에 따라 연속적인 감소를 나타낸다. 편도선의 이용가능한 데이터는 805 nm에서 μs = 72.7 ± 1.7 cm-1, g = 0.894 ± 0.003이고, 1064 nm에서 μs = 52.0 ± 0.65 cm-1, g = 0.901 ± 0.005이다(Shah 2001). 이들 데이터는 긴 파장에서 감소된 산란과 일치한다. 편도선 조직의 감소된 산란 계수(μs')는 진피 및 간의 μs'에 대한 문헌값과 함께 도 6에 도시되어 있다. 진피는 주로 결합 조직 및 높은 산란 때문에 선택되는 한편, 간의 실질 조직은 주로 세포이고 덜 산란되며; 그러나, 양 조직 종류에 대한 값은 800 nm ~ 1300 nm 범위에 걸쳐 거의 선형인 것을 알 수 있다. 세포 림프성 조직으로 주로 이루어지지만 점막층 및 섬유성 혈관 격벽에서 결합 조직의 적은 구성을 갖는 편도선은 세포 간의 것보다 약간 큰 산란 계수를 갖는다. 이 응답에 근거해서, 1100 nm ~ 1300 nm 영역의 파장에 대해서는 편도선의 μs의 값은 여기서 Shah 데이터 포인트로부터의 선형 보외법에 의해 추정되며; 0.9의 값은 이방성 계수(g)에 사용된다.
이하의 표는 상술한 방법에 따라 여기서 판명된 바와 같이 1100 nm ~ 1350 nm 영역 내에서 선택된 파장에서의 편도선 조직에 대한 고유 광학 상수의 완전한 세트를 요약한다. 또한, 이 고유 광학 상수로부터 1/e 계산된 침투 깊이(ze)가 제공된다.
가장 깊은 침투 파장은 1100 nm ~ 1130 nm 사이이고, ze는 거의 1 cm이고; 1150 nm ~ 1350 nm의 범위 내의 다른 파장은 수밀리미터의 ze 값을 갖는다. 그러므로, 본 발명에 따른 편도선 광선 요법의 가장 바람직한 파장 범위는 거의 1100 nm ~ 거의 1140 nm이다.
열에 대한 편도선 조직의 생물학적 반응
조직 종류에 따라 변화되는 온도 증가와 세포 사멸 사이의 상관 관계는 편도선 조직에 대해 이전에도 알려져 있지 않았다. 이 정보는 편도선 광열 치료의 목표 온도를 결정하는데 필요하다.
편도선 샘플은 조직 뱅크 인사부에 의해 사전 승인되었고 식별되지 않은 3세 내지 13세(평균 5.4세)인 전체 5명의 환자로부터 병원 조직 뱅크로부터 얻어졌다. 편도선은 편도선 절제의 완료의 1시간 내의 신선한 것을 받았고, 장축에 수직인 1.5 mm 증분으로 계속적으로 구분되었다. 환자 보호에 요구되는 조직 슬라이스가 취해진 후, 나머지 조직은 연구에 사용되었다. 슬라이스는 편도선의 중앙 단면을 나타내고, 가열 전에 실내 온도에서 식염수에 적신 거즈에서 유지되었다. 28개의 편도선 단면은 2 리터 서모스탯-제어 식염조(saline bath)를 사용하여 1, 3, 5, 및 7 분의 주기 동안 5℃간격으로 40 내지 70℃의 온도에 노출되었다. 식염조는 2개의 NIST 교정된 온도계를 사용하여 조직 가열 전에 5분 동안 상술한 온도에서 안정화되었다. 7개의 온도 각각의 노출은 단일 환자로부터의 조직을 사용하여 수행되었다. 5명의 환자 중 2명으로부터의 조직은 2개의 상이한 온도에 사용되기에 충분했다.
식염조로부터의 제거 후에, 단면은 5분의 주기 동안 4 ~ 10℃에서 식염수 1 리터에 즉시 침지된 다음, 2시간 동안 식염수에 적신 거즈에서 실내 온도로 유지되어 약화된 셀에서 세포 효소의 비활성화를 허용한다. 28 단면 각각은 OCT 임베딩 매체에서 -25℃로 냉동되었고 라벨된 차지 코팅 슬라이드 상에 7 마이크론으로 크라이요섹션되었다(cryosectioned). 모든 섹션은 조직 표면의 100 마이크론 내에 취해졌다(표면에서, 조직은 식염조에 의해 가장 신속히 평형화되었다). 크라이요섹션은 마이크로스코픽 분석을 위해 NBTC(nitroblue tetrazolium chloride)로 순차 착색되었다. NBTC에 의한 블루 착색은 미토콘드리아 효소 NADPH 디아포라아제 활동도를 나타내고; 엷은 노란색은 세포 사멸과 상관 관계된다.
도 7은 상술한 편도선 샘플의 결과를 제공한다. 그 도면은 단면의 4개의 ㅍ포토그래프를 각각 갖는 8개의 로우(row)를 포함한다. 각 로우는 특정 온도에 노출된 샘플의 단면을 포함한다. 예를 들면, 탑 로우는 40℃에 노출된 샘플을 나타내는 한편, 제 2 로우는 45℃에 노출된 샘플을 나타낸다. 각 칼럼은 노출 시간을 나타낸다. 예를 들면, 먼 좌측 칼럼은 1분간 노출된 샘플의 단면을 포함하는 한편, 먼 우측 칼럼은 7분간 노출된 샘플의 단면을 포함한다.
40 및 45℃의 온도에서, 조직은 모두 4시간 노출에서 완전한 생존력의 다크 블루 컬러 특성을 갖는다. 50℃에서, 가장 긴 시간 노출에서 매우 약간의 황변이 가능하다. 55 ~ 65℃의 온도에 노출된 조직은 블루-옐로우이고, 생존과 죽음 사이의 트랜지셔닝(transitioning)에 대응하며, 생존력이 감소함에 따라 노출 시간이 증가한다. 60℃ 7분 노출시에, 그리고 65℃ 1분 노출 시에 미색 에리어 내에 남아 있는 일부 블루 착색이 존재한다. 긴 노출에 노출에 대하여 70℃에서 그리고 65℃에서 조직은 균일하게 옐로우이고, 조직이 완전히 약화된 것을 지시한다.
예비 생체 밖 실험은 혈관 혈류 정지 및 허혈을 포함하는 제 2 메커니즘에 의해 생체 내에서 증가될 수 있는 직접적인 괴저성 세포 죽임을 특징화한다. 또한, 염증은 사이토카인 및 케모카인이 세포 괴저에 대한 반응으로 생성됨에 따라 발생된다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 온도/시간 조합이 사용될 수 있고, 이는 광열 조사가 완료된 후에 편도선의 실질 조직의 다른 괴저, 완전한 약화 및 퇴화가 시간에 걸쳐 생체 내에서 발생된다는 예상으로 조직, 즉 조사 완료 바로 직후에 적어도 일부 생존가능한 세포 및 적어도 일부 괴저성 세포를 포함하는 조직의 트랜지셔닝에 대응한다. 편도선 사이즈의 감소는 광열 치료에 이어지는 직접적인 수술 후 기간에 예상되지 않는다. 사이즈의 감소는 직접 죽은 세포로부터의 세포 물질이 흡수되고 더 많은 편도선 세포가 제 2 메커니즘에 의해 죽고 그 물질이 상처 치료 반응에 의해 브레이크 다운되어(broken down) 제거됨에 따라 치료 후에 며칠 내지 수주의 기간 동안 발생될 것이다.
편도선 조직을 가열하는 바람직하지 않은 결과는 열 고착에 의해 즉각적으로 완전한 세포 사멸일 수 있다. 그러한 조직은 응고되어 약간 수축되지만, 기능 맥관의 부족때문에 조직 브레이크다운 및 제거에 견딘다. 이물질 반응이 일어날 수 있다. 본 발명에 따르면, 편도선의 광열 치료는 편도선 실질 조직을 역 고착하는 높은 온도 및/또는 긴 조사를 회피해야 한다.
1 분 이상이고 7 분보다 많지 않은 가열 주기 동안, 이 실험은 편도선 조직이 50 ~ 65℃의 범위에서 유지되어 거의 전면적인 직접 세포 사멸 및 트랜지셔닝 조직을 유도하는 것을 지시한다. 1 분보다 적은 주기 동안, 60 ~ 65℃보다 높은 온도가 적절할 수 있다. 조직 온도 상승 시간이 전체 열 노출 시간에 비해 무시될 수 있는 수조 실험으로부터 얻어지는 발견은 본 발명의 기구를 사용하여 광열 처리의 경우에 상이한 것으로 기대되고, 여기서 접촉면으로부터 방출된 광의 편도선 조직에 의한 흡수는 조직 내에서 더 점차적인 온도 상승을 초래한다. 따라서, 상당한 상승 시간을 포함하고 65℃의 최대 온도를 초래하는 1 분 노출은 1 분간 65℃ 노출보다 적은 세포 사멸을 야기한다. 결과적으로, 실험은 여기서 본 발명의 방법 및 기구를 위해 1 분과 7 분 사이의 조사 시간이 사용될 때 편도선 실질 조직의 목표 온도는 적어도 50 ~ 65℃이어야 한다. 1 분보다 실질적으로 적은 조사 시간이 사용될 때, 실질 조직의 목표 온도는 적어도 거의 60 ~ 65℃이어야 한다. 여기서 정의된 바와 같이, 목표 온도는 적어도 일부 편도선 실질 조직의 이미디어트 직접적인 사멸 및 나머지 실질 조직 셀의 실질적인 부분의 딜레이드 사멸의 결과로서 편도선의 실질적인 수술 후 퇴화를 유도하기 위해 편도선의 조사 시간의 적어도 일부 동안에 요구되는 실질 조직 온도이다.
광을 이용한 편도선 치료 파라미터
여기서 이전에 언급된 바와 같이 발견된 광학 상수에 있어서, 완전히 생존가능한 조직과 조사가 완료된 시간의 포인트에서의 완전히 괴저성의 조직 사이의 트랜지션에 대응하는 상기 식별된 온도를 달성하기 위한 요건을 결정하기 위해 각종 사이즈 및 조건의 편도선에 대하여 광의 상호작용을 위한 모델 계산을 수행하는 것이 가능하다.
표에서의 상수는 통상 편도선 절제에 요하는 편도선의 조직에 대응한다. 비대에 있어서 편도선은 림프성 성분의 사이즈를 증가시킴으로써 사이즈가 확장되는 반면에, 반복된 편도선 감염 후에 일부 환자에서 발견되는 경화성 편도선은 결합 조직 성분에 상대적인 증가를가질 수 있는 것으로 공지되어 있다. 그러므로, 경화성 편도선은 소정 파장의 광이 덜 깊게 침투하도록 훨씬 많이 산란되는 것으로 기대될 수 있다. 따라서, 모델 계산은 산란 계수를 표의 값으로부터 변화시킴으로써 얼마간 경화성 편도선을 위해 수행될 수 있다.
여기서, 수술실 환경에서 단일 편도선을 위한 조사 시간의 근사적인 실제 상부 제한은 10 분으로 가정된다. 바람직하게는, 조사 시간은 5 분보다 적다. 더 바람직하게는, 조사 시간은 3 분보다 적다. 가장 바람직하게는, 수술실 환경에서의 조사 시간은 1 분보다 적다. 그러나, 임상 또는 오피스 세팅에서 다소 긴 조사 시간은 수술실에서보다 오히려 국소 마취 하에 치료의 다수의 다른 장점으로 인해 받아들여질 수 있는 것으로 인식된다.
이전에 언급된 편도선 조직 및 생체 염색을 사용한 실험은 편도선 세포 생존력이 온도에 매우 의존한다는 것을 나타낸다. 그러므로, 광열 치료로부터의 균일한, 완전한, 및 예측가능한 임상 성과를 위해, 목표 온도로의 실질적인 모든 편도선 실질 조직의 가열이 요구된다. 이 목적은 2개의 대향하는 광투과면으로부터 편도선 조직을 조사함으로써, 그리고 깊게 침투하는 파장을 갖는 광을 사용함으로써 바람직하게는 약 1100 nm와 1350 nm 사이에 있는 파장 또는 파장들을 사용함으로써 본 발명의 방법 및 기구에 의해 달성된다. 바람직하게는, 편도선은 조사 동안 일부 시간 포인트에서 적어도 일부 생존가능한 셀 및 적어도 일부 괴저성 셀을 포함하는 조직으로서 정의되는 트랜지셔닝 조직에 대응하는 목표 온도로 실질적으로 전체 폭에 걸쳐 대칭적으로 가열된다.
편도선 조직에 대하여 광의 상호작용의 초기 계산에서, 간단한 모델이 시행되고 임의 두께의 편도선 조직의 슬라브가 사파이어 윈도우 하에 위치된다. 1120 nm에서의 콜리메이트 광은 윈도우를 통해 편도선 조직으로 다이렉트된다. 조직 표면 상의 입사 빔 직경은 20 mm이었다. 이 조직은 37℃의 초기 생리학적 온도에 제공되었고, 그 열 성질에 대해서는 다른 림프성 조직, 인간 비장의 값이 사용되었다. 사파이어 윈도우는 30℃의 일정 온도에서 유지되었다. 도 8 및 도 9에서와 같이, 광자 전파의 몬테 카를로 계산 및 열 전달 계산은 입사 레이저 파워 및 전체 조사 시간을 변화시키는 상호작용 볼륨에 걸쳐 수행되었고, 최종 조직 온도가 플롯되었다. 10 W 입사 빔에 의해 60 ~ 65℃의 온도가 2분의 조사 후에 사파이어 표면 하에 약 4 mm에서 센터링된 편도선 조직의 영역에 걸쳐 도달되는 것이 판명되었다(도 8). 7.5 W 빔에 있어서, 그것은 60 ~ 65℃ 영역을 위해 6 분을 요구해서 형성하지만, 그 가열된 영역은 조직으로 더 깊게 연장된다(도 9). 5 W 빔에 있어서, 계산은 10 분 이하의 조사 시간을 갖는 윈도우 하에 60℃ 가열된 영역을 달성하는 것이 가능하지 않다는 것을 지시한다.
편도선 절제술에서 제거된 것에 대해 거의 평균인 사이즈, 9 ㎤를 갖고 2 cm로 분리되는 2개의 평평한 접촉 엘리먼트 사이에서 유지될 때 구면 직경의 약 75%의 두께로 압착되는 편도선의 경우를 고려하면, 상술한 초기 계산은 단지 하나의 접촉면으로부터 20 mm 원형 스폿에서의 1120 nm 방사의 방출에 의해 레이저 파워 및 조사 시간의 적절한 선택으로 편도선 조직의 전체 2 cm 두께를 통해 일부가 가열될 수 있는 것을 지시하지만, 가열이 전체 두께에 걸쳐 실질적으로 불균일하고 조사 시간이 상대적으로 긴 것을 지시한다. 레이저 조사 시간의 마지막에서의 최대 온도는 광투과 접촉 엘리먼트에 대해 포인트 5 mm 또는 근접해서 위치된다.
편도선의 전체 두께의 더 대칭적인 가열 분포를 생성할 시에 2개의 대향하는 접촉면으로부터 조사의 효과를 증명하기 위해 모델 계산은 2개의 평평한 광투과 접촉면 사이에서 유지될 때 편도선에 의해 취해지는 형태를 나타내는 원통 형상에 있어서 작은, 평균, 및 큰 사이즈의 편도선의 모범적인 경우에 대해 수행되었다.
도 10은 사파이어로 제조된 2개의 평행 광투과 윈도우 사이에서 유지될 때 두께 2 cm인 모범적인 평균 사이즈의 편도선에 대한 모델 계산 결과를 나타낸다. 이 두께는 9 g 편도선에 대해 2.6 cm의 구면 직경의 약 75%에 대응한다. 결과는 30℃의 온도에서 유지되는, 즉 생리학적 온도에 대해 약간 냉각되지만 여전히 룸 온도보다 높은 2개의 접촉 엘리먼트 사이에서 편도선의 중앙을 통해 축을 따라 광노출 시간의 마지막에서의 온도로서 제공된다. 각 접촉 엘리먼트로부터의 콜리메이트 20 mm 직경, 7.5 W 1120 nm 빔은 1 ~ 4 분의 노출 후 약 54℃ ~ 약 69℃의 범위인 온도에 의해 편도선의 중앙부에서 실질적으로 일정한 온도의 영역을 생성하는 것으로 판명되었다. 이 범위 내의 온도를 달성하기 위해 각 표면으로부터 10 W 빔을 사용하면 온도 분포는 대칭적이지만 전체 두께를 가로질러 덜 균일하다. 긴 조사 시간(낮은 입사 조사도)은 전체 전달된 광 에너지를 위해 더 균일한 분포의 깊이로 상대 가열을 증가한다. 이 계산은 20 와트 이하(2개의 발광 엘리먼트가 사용될 때 광투과 엘리먼트 당 10 와트 이하) 정도의 전체 레이저 파워를 갖는 1120 nm에서 편도선 절제로 통상 제거되는 사이즈의 편도선이 임상 또는 수술 세팅에 유리하도록 충분히 짧은 시간 주기에서 약 55 ~ 약 70℃의 온도로 실질적으로 가열될 수 있는 것을 나타낸다. 점막층의 근사 위치는 수직 점선에 의해 도 10에서 윤곽으로 도시되어 있다. 상피 및 고유 점막층을 포함하는 편도선 표면의 점막층의 위치에 대응하는 냉각 사파이어 표면에 인접한 첫번째 200 마이크론의 조직은 충분히 낮은 온도에서 유지되고 이 층은 방사에 의해 실질적으로 손상되지 않는 것으로 기대될 수 있다.
도 11은 사이즈 18 ㎤를 갖는 모범적인 큰 편도선에 대한 계산의 결과를 나타낸다. 사파이어 접촉 엘리먼트는 별개로 2.4 cm이다(구면 직경의 약 75%로의 편도선 압착). 여기서, 집광빔은 2개의 광투과 접촉 엘리먼트 사이에서 압착된 편도선 조직의 직경을 양호하게 매칭하기 위해 26 mm 직경으로 확장되었다. 10분 이하의 노출 시간은 각 접촉 엘리먼트로부터 6 ~ 8 W의 파워로 약 60℃의 편도선 온도를 야기한다. 점막층은 사파이어 접촉 엘리먼트가 조사 동안 37℃(생리적 조직 온도)에서 유지될 때 열 손상을 위한 역치 이하의 온도로 유지되는 것으로 판명되었다. 사파이어 온도가 37℃보다는 오히려 30℃에서 유지될 때, 계산은 편도선 점막 표면 및 내부 실질 조직이 동일한 조사 파라미터를 갖는 노출 동안 덜 가열되는 것을 나타낸다.
도 12는 사이즈 3 ㎤를 갖는 모범적인 작은 편도선에 대한 결과를 나타낸다. 이 경우에 수행된 모델 계산에서, 편도선은 사파이어 표면 1.1 cm 사이에서 개별로 유지된다(거의 60% 구면 직경에 대한 편도선의 압착). 직경에 있어서의 매칭 집광빔 1.6 cm는 각 접촉 엘리먼트로부터 편도선을 조사하는데 사용되었다. 편도선의 중심에서의 온도가 각 엘리먼트로부터의 7 W의 파워에서 두번째 조사 당 거의 0.5℃까지 증가되는 것을 알 수 있다. 따라서, 이들 모델 계산에 있어서, 편도선에서 적어도 목표 온도에 도달하도록 요구되는 전체 조사 시간이 유리하게도 짧은(1 분보다 작은) 동안 온도 증가율이 용이하게 모니터링될 수 있기에 충분히 느린 것으로 판명되었다.
이전에 언급된 바와 같이, 치료를 요하는 편도선은 사이즈에서뿐만 아니라 혈기 및 림프성 및 섬유성 혈관 또는 섬유증 조직의 상대적 양도 매우 가변될 수 있다. 치료 변수로서의 편도선 혈기는 혈액류 및 혈액량을 실질적으로 감소시키기 위해 편도선을 크게 압착하는 양상에 의한 본 발명에서 최소화된다. 그러나, 섬유증 또는 경화성 편도선, 또는 특히 다수의 및/또는 두꺼워진 섬유성 혈관 격벽을 갖는 편도선은 비교적 큰 결합 조직 성분에 의해 특징지워진 조성의 성질에 의한 것이다. 이 결합 조직 성분은 편도선 내에서 광의 증가된 산란을 야기한다. 편도선 조성에서의 변이성이 치료에 어떻게 영향을 미치는 지를 결정하기 위해 모델 계산은 전형적인 편도선을 위해 앞서 사용된 값보다 큰 1.5 배 또는 2.0 배인 산란 계수(μs)를 사용하여 모범적인 작은, 평균, 및 큰 편도선에 대해 수행되었다. 작은 편도선에 대한 결과는 도 12에 포함되어 있으며, 여기서, 산란 계수가 50 퍼센트(100 퍼센트)까지 증가되면 7 W 파워를 갖는 등가 가열에 요구되는 조사 시간은 20 퍼센트(40 퍼센트) 크다는 것을 알 수 있다. 크게 섬유증이 될 작은 편도선보다 적은 매우 큰 편도선(도 11)을 위해 거의 등가 가열은 동일 노출 시간에 파워를 증가시킴으로써 산란 계수에 있어서 50 퍼센트 증가에 의해 달성될 수 있다. 이 계산은 실질적으로 동일 가열 효과가 조사 시간, 레이저 파워, 또는 둘다를 증가시킴으로써 본 발명에서 많은 섬유증 편도선에 야기될 수 있는 것을 나타낸다.
상기 계산에 사용된 모델에서, 접촉 엘리먼트는 조사 동안 편도선 표면 역할을 하고 점막층에 대한 열 손상을 방지한다. 본 발명의 목적은 편도선의 내부에서 조직보다 적은 편도선의 점막층을 가열하는 것이다. 상피 및 하부 고유 점막층으로 이루어지는 점막층은 두께가 거의 200 마이크론이다. 본 발명에 따르면, 상피의 모두 또는 대부분은 실질적인 열 손상을 회피하기 위해 조사 동안 약 50℃보다 작은 온도에서 유지된다. 바람직하게는, 점막층의 모두 또는 대부분은 실질적인 열 손상을 회피하기 위해 레이저 조사 동안 약 50℃보다 작은 온도에서 유지된다. 상기 모델 계산은 사파이어로 제조된 광투과 접촉 엘리먼트의 사용을 나타내고, 큰 열 전달 계수를 갖는 재료는 상기 사파이어 엘리먼트가 37℃ 이하의 적당한 온도에서 유지될 때 점막층의 전체 두께가 조사 동안 약 50℃보다 작은 온도에서 유지되게 한다. 적당한 냉각 온도만을 갖는 편도선의 상피 및/또는 점막층을 보호하는 능력은 여기서 수학적 모델로서 1120 nm를 포함하는 1100 ~ 1350 nm 범위에서 깊게 침투하는 파장을 사용하는 중요한 장점이다. 더 표면적으로 흡수하는 파장이 사용될 때 더 적극적인 냉각은 편도선의 점막 표면 층 또는 상피에 대한 열 손상을 방지하기 위해 요구될 수 있다. 더 적극적인 냉각은 거의 조직의 빙점 이하의 온도에서 유지되는 사파이어 또는 다른 표면 재료에 의한 접촉 냉각, 또는 편도선 조직면에 대하여 직접적으로 극저온 유체 또는 냉가스의 적용을 포함한다. 표면적인 가열과 조직의 적극적인 냉각 또는 냉각 시스템의 고장 사이의 불균형은 의도되지 않은 조직 손상을 신속히 초래할 수 있다. 또한, 더 적극적인 냉각은 파워 소비, 장치 복잡성, 및 비용을 증가시킨다. 본 발명에 의하면, 접촉면은 냉각하기에 충분한 온도를 갖고 조사 동안 편도선의 점막층을 보호한다. 접촉면은 수동적으로 또는 능동적으로 점막층을 냉각시킬 수 있다. 수동적인 냉각 접촉면은 편도선과 접촉되기 전에 룸 온도에 있거나, 또는 편도선과 접촉하기 전에 냉각 환경에서의 배치에 의해 사전 냉각된 열전도 재료로 제조된 윈도우일 수 있다. 능동적인 냉각 접촉면은 조사 전, 동안, 및/또는 후 냉각 유체와 열 접촉될 수 있다. 바람직하게는, 접촉면의 냉각은 점막층을 보호하기에 충분하지만, 편도선 실질 조직을 가열하는데 요구되는 조사량을 실질적으로 증가시키는데 충분하지 않다.
본 발명의 다른 목적은 편도선 내에서 바이오필름을 손상시키거나 파열시키기 위해 편도선을 가열하는 기구 및 방법을 제공하는 것이다. 구체적으로, 편도선의 가열은 편도선의 재발하는 감염 및/또는 염증의 잠재원을 손상시키거나 제거하기 위해 편도선의 크립트 내에서 바이오필름 또는 박테리아 또는 다른 감염 물질을 가열할 수 있다. 본 발명은 박테리아를 포함하는 기존 바이오필름 또는 감염 물질의 적어도 일부에서 편도선의 퇴화를 동시에 감소시키는데 사용될 수 있다. 대안으로, 본 발명은 편도선의 부분적인 또는 완전한 퇴화를 동시 유도하고 또는 유지하지 않고 박테리아를 포함하는 기존 바이오필름 또는 감염 물질의 적어도 일부의 양 또는 활동도에서 감소를 유도하는 편도선을 치료하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 매우 중요한 양상은 광이 2개의 대향하는 광투과면을 사용하여 유리한 방향으로 편도선에 투과되는 것이다. 이 방향은 편도선을 통해, 하나의 편도선 외부 점막 표면으로부터 또 다른 표면으로, 편도선을 통한다기 보다는 오히려 하부 조직으로 광이 통과하는 상위 내지 하위 또는 어떤 다른 방향이 본 발명에 따라 사용될 수 있을 지라도 전방 내지 후방일 수 있다. 따라서, 편도선 베드 및 이 편도선 베드 하의 중요 혈관과 신경을 가열하거나 다르게 영향을 주는 위험은 최소화되고, 광은 편도선의 실질 조직 세포를 치료하는데 가장 효율적으로 사용된다.
모델 계산은 실제 레이저-조직 상호작용의 단순화 및 근사화를 수반하고, 모델 계산의 결과는 여기서 추정치인 것이 인식된다. 특히, 이 모델 계산은 온도에 관한 조직 광학 상수의 변화, 또는 조직 광학 또는 열 특성에서의 불균일성을 고려하지 않는다. 그러나, 특히 수십 초 또는 분의 비교적 긴 조사 시간을 갖는 레이저-조직 모델 계산을 수행할 시에 통상 상당한 복잡화 요인인 혈액의 관류는 본 발명에서 조직 압착 때문에 덜 중요하다.
조사 동안 조직의 가열을 제어하는 것에 더해서, 조사가 완료된 후에 조직의 온도를 제어하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이. 2개의 접촉 엘리먼트 사이에서 압착되면서 편도선이 조사되어 가열되고, 조사의 마지막에서 편도선이 릴리스되면 혈액의 관류는 복구되는 것으로 기대될 수 있고, 에어 및 인접한 조직과 접촉하는 편도선은 전도 및 대류 프로세스의 조합에 의해 냉각된다. 이 방식으로 냉각하는 편도선에 요하는 시간은 혈관 공급의 차이뿐만 아니라 사이즈로 인하여 실질적으로 변화된다. 큰 편도선은 작은 편도선보다 더 느리게 냉각되고, 큰 혈액 관류를 갖는 편도선은 더 빈약하게 관류된 편도선보다 빠르게 냉각된다. 편도선의 내부로부터의 열 확산은 조사가 완료된 후에 조직 표면에 대해 열 손상을 야기시킬 수 있다. 그러므로, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 편도선은 후-조사 조직 온도를 감소시키기 위해 조사가 완료된 후에 적어도 2개의 냉각된 접촉 엘리먼트에 의한 압착으로 유지된다. 구체적으로, 바람직한 실시형태의 양상에 따르면, 편도선은 실질적으로 전체 편도선이 거의 50℃ 이하의 온도로 냉각될 때까지 냉각된 접촉 엘리먼트에 의해 유지된다. 조사된 편도선 실질 조직의 제어된 냉각은 열 손상의 진행을 제한하고, 더 예측가능한 생물학적 반응을 야기하고, 점막 조직 표면 층에 대한 손상을 최소화한다. 또한, 거의 37℃와 거의 5℃ 사이의 온도에 대한 조사된 편도선 실질 조직의 제어된 냉각은 후-수술 팽창 및 고통의 위험을 최소화한다. 가장 바람직하게는, 본 발명에 의하면, 실질적으로 전체 편도선은 37℃의 통상 생리학적 온도 아래의 온도로 냉각되지만, 예를 들면 편도선 실질 조직을 결빙함으로써 불가역적인 동상을 야기시키는 낮은 온도로는 냉각되지 않는다.
요약하면, 편도선이 2개 이상의 광투과 접촉면 사이에서 유지되어 압착될 때 전체 두께에 걸쳐 실질적으로 가열될 수 있다는 것이 판명되었다. 1120 nm의 모범적인 파장을 사용하면, 접촉면 각각으로부터 방출된 광은 편도선의 사이즈 및 사용된 파워에 따라 거의 30 초 내지 거의 10 분 내에서 트랜지셔닝 온도에 대응하는 편도선에서 온도를 야기한다. 각 광투과 접촉면으로부터의 8 W의 파워에 있어서, 매우 큰 편도선은 4 분 동안에만 거의 60℃의 온도로 가열될 수 있다. 이 시간/온도 조합은 이전 부분에 기재된 생체 염색 실험에 의거해서 편도선을 치료하는데 효과적인 것으로 기대된다. 편도선 절제를 위한 평균 사이즈의 편도선은 7.5 W의 파워를 사용하여 3 분 동안, 또는 10 W를 사용하여 2 분 미만 동안 약 65℃의 온도로 가열될 수 있다. 이 조사 시간은 편도선 절제술에서 편도선을 절제하는데 요하는 시간과 비교해서 짧으므로 본 발명의 매우 유리한 양상이다. 편도선 점막 표면은 광투과 접촉 엘리먼트의 적당한 냉각에 의해 열 손상으로부터 보호될 수 있다. 각종 조직 조성 및 사이즈의 편도선은 전체 두께에 걸쳐 대칭적으로 가열될 수 있다. 접촉면을 사용한 편도선의 후-조사 냉각은 조직 온도의 다른 제어를 제공하고, 열 손상을 제한하고, 후-수술 고통과 팽창을 더 감소시킬 수 있다.
모델 계산이 조사 동안 또는 후의 어떤 시간에서 조사된 조직 내의 어떤 포인트에서의 온도를 그 출력으로서 가질 지라도 편도선의 실제 광열 치료에서 시간의 함수로서 조직 온도를 따르거나 모니터링하는 센서 또는 측정 장치를 사용하는 것이 유리하다. 그러므로, 본 발명에 따른 편도선을 치료할 때에 광열 치료 동안 및 후에 편도선 내의 1개 이상의 위치에서 조직의 온도를 측정하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 목표 온도가 편도선 실질 조직 내의 1개 이상의 위치에 도달될 때까지 온도가 모니터링되고 조사가 계속된다. 가장 바람직하게는, 온도는 편도선 실질 조직 내의 1개 이상의 위치에서, 또는 편도선 점막에, 상에 또는 인접한 1개 이상의 위치에서 측정된다. 가장 바람직하게는, 편도선 실질 조직 내의 1개 이상의 위치에서의 온도는 목표 온도가 실질 조직에 도달할 때까지 조사 동안 모니터링되고, 편도선 점막 상의 또는 내의 1개 이상의 위치에서의 온도는 조사 동안 모니터링되어 점막 온도가 조사 동안 거의 50℃보다 높게 증가되지 않는 것을 보장한다.. 가장 바람직하게는, 접촉면은 조사가 완료된 후에 편도선을 활동적으로 냉각하고, 편도선 실질 조직 내의 1개 이상의 위치에서의 온도가 모니터링되어 후-조사 냉각이 거의 37℃보다 작은 실질 조직 온도를 감소시키기에 충분한 것을 보장한다.
매우 작은 편도선을 위해, 또는 다수의 순차 치료가 수행되면 단일 광투과면을 사용한 편도선의 가열이 사용될 수 있는 것이 인식된다. 편도선은 2개의 대향하는 표면 사이에서 유지될 수 있고, 그 중 하나만이 광투과된다. 그 경우에, 앞서 상세히 기재된 2개의 대향하는 광투과면을 사용하는 경우에서와 같이, 광은 편도선 베드 및 이 편도선 베드 하의 크리티컬 혈관과 신경을 가열하는 위험이 최소이도록 편도선만을 통해 유리하게도 전방 내지 후방 방향으로 편도선에 투과된다. 비투과면이 냉각될 수 있고, 대향하는 표면에 의해 투과되는 파장 또는 파장들에 반사될 수 있다. 다른 대안은 2개의 광투과면을 사용하는 것이고, 치료 동안 활성화를 교대시킨다. 또 다른 대안은 단일 광투과면을 사용하는 것이고, 핸드피스의 오리엔테이션을 전환해서 편도선의 대향하는 측을 조사한다. 그 접근법은 추가적인 절차 시간 요구때문에 덜 유리하다. 대안으로, 편도선은 편도선의 중앙면과 접촉하는 단일 광투과면을 사용하여 조사될 수 있다. 그러한 치료는 광이 편도선을 통해 그리고 편도선 베드로 다이렉트되므로 바람직하지 않다.
본 발명의 일양상에 따르면, 편도선은 2개 이상의 접촉면 사이에서 유지된다. 상기 접촉면에 인접한 편도선 표면의 2개 이상의 영역은 실질적으로 평평하고,상기 접촉 엘리먼트 사이의 편도선 조직의 최대 두께는 인두중앙부 내의 정상 위치에서의 편도선의 조직과 비교해서 감소된다. 편도선이 상기 접촉면 사이에서 유지되고 광이 상기 면의 하나 이상으로부터 투과될 때 편도선은 평평하고 더 균일한 형상 및 감소된 두께 때문에 더 고르게 가열될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에서, 편도선은 충분히 인가된 압력으로 2개 이상의 접촉면 사이에서 유지되어 광이 편도선에 인가되고 있는 시간 동안 편도선 조직에서 혈액의 관류를 감소시킨다. 인가된 압력은 편도선 내에서 혈액의 흐름과 혈액의 볼륨을 감소시켜 광열 치료에 대하여 편도선 혈기의 영향을 완화한다. 실시형태의 일양상에서, 압력은 혈액의 관류를 감소시키기에 충분하지만 편도선 조직에 실질적인 세포 파열 및 다른 기계적 손상을 야기시키기에 충분히 크지 않다.
이전에 기재된 바와 같이, 편도선 혈기의 영향은 약 1100 nm ~ 약 1350 nm 범위 내의 파장의 선택에 의해 실질적으로 감소될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에서, 상기 파장의 범위 및 압력 인가는 편도선 혈기 및 혈액의 관류의 영향을 감소시킨다.
기구의 설명
일 양상에 있어서, 본 발명은 연부 조직 치료 기구에 관한 것이다. 일실시형태에서, 기구는 광원 및 2개 이상의 광학 어셈블리를 포함한다. 2개 이상의 광학 어셈블리 각각은 1개 이상의 광학 엘리먼트 및 광투과 접촉면을 포함한다. 광투과 접촉면은 실질적으로 균일한 분포의 광을 그것을 통해 투과하도록 구성되어 있다. 기구는 광원과 2개 이상의 광학 어셈블리 중 대응하는 하나 사이에 각각 배치된 2개 이상의 광투과 장치를 더 포함한다. 기구는 2개 이상의 광학 어셈블리가 부착되는 핸드피스를 더 포함한다. 핸드피스는 2개 이상의 광학 어셈블리의 광투과 접촉면이 그 사이에 배치된 연부 조직과 접촉하도록 되어 있다. 또한, 기구의 광학 어셈블리 각각은 광학 엘리먼트를 포함하고 보호하는 하우징을 포함할 수 있다.
도 13은 본 발명의 매우 간단한 실시형태의 개략도이다. 피벗 포인트(203)에 부착되는 제 1 원위부(201) 및 제 2 원위부(202)를 갖는 핸드피스(200)가 도시되어 있다. 핸드피스 원위부(201 및/또는 202)는 만곡되거나 직선일 수 있고, 인두중앙부의 경계 내의 편도선을 액세스하는데 편리한 어떤 사이즈, 직경, 또는 길이일 수 있다. 원위부(201 및 202)는 피벗 포인트(203) 주위에서 서로에 대해 이동되어 광투과 접촉면(211) 사이의 거리를 증가 또는 감소시키고, 상기 광투과면이 상기 표면 사이에 배치된 조직과 배치되게 한다. 1개 이상의 광학 엘리먼트를 적어도 부분적으로 포함하고 보호하는 하우징(212)을 각각 갖는 광학 어셈블리가 핸드피스의 2개의 원위부(201 및 202)의 각각의 원위 단부에 부착된다. 광투과 접촉면(211)은 광학 어셈블리의 표면이다. 하우징(212)은 핸드피스 원위부(201 및 202)에 접속된다. 하우징(212)은 플렉시블 광섬유(209)의 원위 단부에 대한 커넥션(208), 및 입구 냉각제 라인(210a)과 출구 냉각제 라인(210b)의 원위 단부에 대한 커넥션(205)을 갖는다. 냉각제 라인(210a 및 210b)은 플렉시블 튜브이다. 라인(210a 및 210b)의 근위 단부는 냉각제 유체를 광학 어셈블리에 제공하는 냉각 장치(도시되지 않음)에 접속된다. 광섬유(209)의 근위 단부는 광원(도시되지 않음)에 접속된다. 본 발명에 따르면, 광투과 접촉면(211)은 광섬유를 통해 광원으로부터 투과되는 파장 또는 파장들의 광에 실질적으로 통과되는 생체 적합성 재료로 제조된다. 일실시형태에서, 접촉 엘리먼트는 높은 열 전도율 및/또는 큰 열 전달 계수를 갖는 재료로 제조된다. 광투과 접촉면(211)은 이 도면에 도시된 바와 같이 실질적으로 평평할 수 있고, 서로에 대해 각을 갖고 배치된 다수의 평평한 표면 세그먼트를 가질 수 있거나, 또는 그 에리어의 모두 또는 부분에 걸쳐 만곡을 가질 수 있다. 각 또는 만곡은 오목 형상의 접촉면을 가질 수 있다. 다른 실시형태에서, 접촉면은 1개 이상의 에지 상에 만곡을 갖는 평평한 중앙 영역을 가져서 편도선의 홀딩 또는 리트랙트를 용이하게 한다. 라인(210a 및 210b)에 의해 운반되는 냉각제 유체는 광투과면(211)과 열 접촉된다.
핸드피스(200)는 그 수동 조작에 의해 광학 어셈블리가 인두중앙부 내에 위치되고 서로에 대해 그리고 편도선에 대해 위치되게 하도록 다수의 상이한 스타일 및 구성을 가질 수 있는 것이 이해되어야 한다. 핸드피스(200)는 유저에 의해 광투과면(211)이 편도선과 접촉되게 하는 임의의 핸드헬드 장치이다. 일부 실시형태에서, 한쪽 광투과면은 핸드피스 내의 고정 위치에 잔존하고 다른 쪽 광투과면은 이동가능하다. 다른 실시형태에서, 양 표면은 개별적으로 그리고 다른 쪽으로 이동될 수 있다. 핸드피스(200)는 광투과 접촉면(211)에 적당한 압력을 가하면서 편도선을 그래스프하고 편도선 베드로부터 떨어져서 그리고 인두중앙부의 벽으로부터 떨어져서 중앙 방향으로 리트랙트하는데 사용될 수 있다. 대안으로, 또는 일부의 경우에 집게, 지지고리, 또는 어떤 그래스핑 또는 리트랙팅 도구는 핸드피스(200)가 상기 편도선과 접촉하는데 사용되기 전에 중앙 방향으로 편도선을 먼저 리트랙트하는데 사용될 수 있다. 그러한 경우에, 본 발명의 핸드피스가 편도선과 접촉된 후 지지고리 또는 다른 스탠다드 도구는 광원 또는 냉각 장치의 활성화 전에 편도선으로부터 접속 해제되어 제거될 수 있다.
편도선을 액세스하기 위해 핸드피스는 하우징(212)이 편도선의 점막 표면에 인접한 공간에 위치될 수 있도록 구성되어야 한다. 편도선이 인두중앙부에서 정상적인 리트랙트되지 않은 위치에 있을 때, 전방 및 후방 편도선 필라(각각 글라소파라틴 근육 및 파린고파라틴 근육)는 편도선에 인접한다. 그러므로, 편도선이 상기 표면 사이에서 유지되어 조사될 때 편도선의 실질 조직의 실질적인 부분이 2개의 광투과 접촉면(211) 사이에 배치되도록 핸드피스의 원위부에 부착된 하우징(212)은 편도선의 점막 표면 사이에 삽입되도록 충분히 얇은 것이 유리하다. 대향하는 광투과면(211)은 편도선의 조사 동안 광이 편도선 실질 조직을 통과하도록 위치된다. 광은, 예를 들면 실질적으로 전방(전방 필라에 대하여) 내지 후방(후방 필라에 대하여) 방향으로 통과될 수 있거나, 예를 들면 면(211)을 사용하여 실질적으로 하위(혀의 베이스에 대하여) 내지 상위(여구개에 대하여) 방향으로 통과될 수 있다. 본 발명의 모든 실시형태에서, 핸드피스는 광이 편도선 t를 가로질러 통과하도록, 그리고 광이 인두중앙부의 벽을 향해 편도선 조직을 통해서 실질적으로 투과되지 않도록 구성된다. 그 일면이 광투과 접촉면인 1개 이상의 광학 엘리먼트를 포함하는 하우징(212)의 두께는 광투과 접촉면(211)으로부터 하우징(212)의 외면으로 광투과 접촉면에 수직인 최대 두께로서 정의된다. 상기 두께는 편도선이 광학 어셈블리의 광투과 접촉면에 의해 유지될 때 편도선 실질 조직의 실질적인 부분이 광투과면(211) 사이에서 배치될 수 있도록 충분히 작다. 예를 들면, 상기 두께는 편도선이 광투과 접촉면과 접촉될 때 하우징의 측면 에지가 인두중앙부의 벽에 인접하거나 근방에 있도록 하우징이 편도선에 인접하여 위치될 수 있기 위해 충분히 작다. 또는, 예를 들면, 두께는 거의 6 mm 이하일 수 있다. 또한, 예를 들면, 편도선 실질 조직의 볼륨의 약 20 내지 100 퍼센트는 대향하는 접촉면 사이에 직접 있어야 하고, 실질 조직의 약 80 퍼센트만이 접촉면 사이에서 직접 영역의 외측으로 연장되어야 한다. 일실시형태에서, 상기 두께는 편도선이 광학 어셈블리의 광투과 접촉면에 의해 유지될 때 실질적으로 모든 편도선 실질 조직이 광투과면(211) 사이에 배치될 수 있도록 충분히 작다. 바람직하게는, 편도선 실질 조직의 볼륨의 약 50 내지 100 퍼센트는 대향하는 접촉면 사이에 직접 있어야 하고, 실질 조직의 약 50 퍼센트만이 접촉면 사이에서 직접 영역의 외측으로 연장되어야 한다. 가장 바람직하게는, 편도선 실질 조직의 볼륨의 약 75 내지 100 퍼센트는 대향하는 접촉면 사이에 직접 있어야 하고, 실질 조직의 약 25 퍼센트만이 접촉면 사이에 직접 영역의 외측으로 연장되어야 한다. 일실시형태에서, 상기 두께는 약 6 mm보다 작다.
광투과 접촉면(211) 각각의 표면 에리어는 상기 표면으로부터 투과된 광이 표면 사이에서 서서히 압착되는 편도선의 실질적인 부분을 조사하도록 충분히 크다. 예를 들면, 편도선의 약 20 ~ 100 퍼센트는 대향하는 접촉면 사이에 직접 있어야 하고, 편도선의 약 80 퍼센트만이 접촉면 사이에서 직접 영역의 외측으로 연장되어야 한다. 예를 들면, 광투과면 각각의 표면 에리어는 적어도 약 20 ㎣이고 약 1250 ㎣까지이다. 일실시형태에서, 광투과면 각각의 표면 에리어는 약 100 ㎣와 1250 ㎣ 사이이다. 접촉면은 원형, 타원형, 연장형, 또는 다른 기하학 형상 또는 비기하학 형상일 수 있다.
광학 투과 엘리먼트의 근위 단부는 광원에 접속된다. 일실시형태에서, 핸드피스는 근위 단부에서 냉각 장치에 접촉되는 냉각제 라인을 포함한다. 냉각 장치는 예를 들면 재순환 칠러(recirculating chiller) 또는 냉기의 흐름을 야기하는 장치일 수 있다. 광원은 컨트롤 파워 전자 장치, 스위치, 유저 인터페이스 및 디스플레이를 포함하고, 광학 어셈블리의 광출력을 측정하기 위한 교정 포트를 포함할 수 있다. 본 발명의 기구는 광원, 1개 이상의 광투과 장치, 및 핸드피스를 포함할 수 있다. 본 발명의 기구의 매우 간단한 실시형태는 도 14에 도시되어 있다. 광원(250)은 광섬유(209)에 의해 핸드피스(200)에 접속된다. 광원(250)은 유저 인터페이스 디스플레이(251) 및 교정 포트(255)를 포함한다. 냉각 장치(260)는 냉각제 라인(210a 및 210b)에 의해 핸드피스(200)에 접속된다. 냉각제 라인 및 광섬유는 그 길이의 일부에 걸쳐 선공급(263) 내에 포함될 수 있다. 냉각 장치를 포함하는 본 발명의 실시형태에서 냉각 장치 및 광원은 단일 유닛으로 결합될 수 있거나, 분리 장치일 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 핸드피스(200)에 접속된 냉각 장치(260)가 활성화되어 단지 약 37℃의 온도를 갖는 냉각 유체가 광학 어셈블리의 하우징(212) 내에서 순환되어서 유체는 하우징의 1개 이상의 광학 엘리먼트의 광투과 접촉면(211)과 열 접촉된다. 냉각 장치의 활성화 전에, 동안에 또는 후에 핸드피스는 광투과면이, 예를 들면 표면 사이에서 편도선을 서서히 압착하면서 편도선과 접촉되도록 조작된다. 이어서, 광원은 편도선을 조사하기 위해 활성화된다. 조사가 완료된 후, 핸드피스는 광투과면을 조직과의 접촉으로부터 제거하도록 조작될 수 있다. 유리한 실시형태에서, 생리학적 온도 이하로 표면과의 접촉에 의해 편도선이 실질적으로 냉각되는 동안 편도선으로부터 조사의 완료 및 접촉면의 제거 사이의 지연이 있다. 냉각 장치에 의해 전달되는 냉각 유체의 온도는 조사가 완료된 후 그리고 편도선이 실질적으로 냉각될 때까지 약 3℃보다 작지 않은 온도로 더 감소될 수 있다. 예를 들면, 편도선은 37℃에 도달할 때까지 냉각될 수 있다. 또는, 예를 들면 편도선은 10℃에 도달할 때까지 냉각될 수 있다.
일실시형태에서, 1회용 엘리먼트는 본 발명의 기구에 부착될 수 있다. 이 1회용 엘리먼트는 하우징 또는 접촉면으로의 부착에 의해 광학 어셈블리에 부착가능한 그리드 엘리먼트(206)일 수 있다. 대안으로, 1회용 엘리먼트는 더 상세히 후술되는 1회용 슬리브에 의해 핸드피스에 부착될 수 있다. 그리드 엘리먼트는 도 15에 도시되어 있다. 그리드 엘리먼트는 하우징(212) 상의 그루브(223)에 그리고 그루브로부터 슬라이딩됨으로써 하우징(212) 또는 접촉면(211)으로부터 착탈될 수 있는 솔리드 또는 오픈 성분이다. 일실시형태에서, 그리드 엘리먼트는 편도선 조직이 핸드피스에 의해 유지될 때 상기 조직이 그리드의 오픈 에리어 내에서 광투과 접촉면을 터치하도록 오픈 에리어(225)를 갖는다. 그리드 엘리먼트는 교차부(222)에 면하는 스파인부(221)의 형태로 그리드부를 포함할 수 있다. 명백한 바와 같이, 다수의 다른 디자인 및 패턴은 그리드부의 스파인부, 교차부, 및 오픈 에리어의 형상에 사용될 수 있다. 예를 들면, 그리드는 규칙적인 또는 불규칙적인 간격으로 위치되는 일정한 또는 각종 사이즈의 구멍을 갖는 판형상 엘리먼트일 수 있다. 그리드 엘리먼트가 하우징 상의 그루브(223)로 슬라이딩됨으로써 부착되면 도 15에 도시된 바와 같이 각진 에지(220)를 가질 수 있다. 접촉 엘리먼트로의 부착을 위한 다른 수단은 하우징에, 접촉면에, 또는 둘 다에 위치딘 부착 포인트에 있어서 프레스 피팅 및 스냅 피팅을 포함할 수 있다. 도 15 및 도 16에서 도시된 그리드 엘리먼트가 직선브 또는 평면부로 구성될 지라도 본 발명의 다른 실시형태에서 그리드 엘리먼트의 모두 또는 일부는 광학 어셈블리의 비-평면 광투과 접촉면에 합치하는 형상을 가지며, 예를 들면 만곡된 접촉면과 접촉하는 그리드의 부분이 만곡될 수 있다.
도 16은 센서 니들(231)에 수용된 다수의 온도 센서가 부착될 수 있는 그리드 엘리먼트(206)를 도시한다. 센서 니들은 최소 조직 외상을 갖는 편도선에 침투하기 위해 뾰족하고, 경사지고, 각진 원위 팁(232)을 갖는다. 센서 니들(231)의 근위 단부(230)는, 예를 들면 그리드 엘리먼트이 구멍으로의 프레스 피팅에 의해 및/또는 생체 적합성 에폭시 또는 다른 접착제의 사용에 의해 그리드 엘리먼트에 삽입된다. 센서 니들의 길이는 약 1.5 cm이하이다. 일실시형태에서, 다수의 센서 니들이 그리드에 부착될 때, 개별 니들은 편도선 조직 내의 상이한 깊이에서 온도를 감지하기 위해 상이한 길이를 갖는다. 실시형태의 양상에 있어서, 1개 이상의 고정 온도 센서를 갖는 1개 이상의 그리드 엘리먼트는 편도선 치료 절차 전에 핸드피스 원위부에 부착될 수 있고, 절차가 완료된 후에 분리될 수 있다. 이러한 실시형태의 양상에서, 센서 니들을 갖는 그리드 엘리먼트는 1회용이다. 실시형태의 양상에서, 고정 센서를 갖는 그리드 엘리먼트는 무균 또는 살균가능한 컨테이너에서의 절차 전에 패키지된다.
본 발명에 의하면, 그리드 엘리먼트는 센서가 장치의 분리가능한 및/또는 1회용 부품의 엘리먼트가 되게 하면서 광투과 접촉면을 포함하는 광학 어셈블리의 광학 부품에 대하여 조직 내의 고정 위치에 온도 센서를 위치하기 위한 새로운 메커니즘의 역할을 한다. 그리드 엘리먼트의 디자인은 실질적으로 접촉 엘리먼트로부터 방출된 광의 모두 또는 대부분이 그리드의 오픈 에리어를 통해, 그리고 그리드가 투명하거나 또는 부분적으로 투명한 재료로 제조되면 그리드부를 통해서도 편도선의 표면에 도달하게 한다.
부착된 니들이 없을 때는 그리드 엘리먼트는 그리드부 내의 오픈 에리어의 불규칙에 의해 또는 거칠기 또는 표면 요철을 제공하는 그리드 엘리먼트의 표면 치료에 의해 접촉면의 그리핑 액션(gripping action)을 증대시키는 역할도 한다.
일부 실시형태에서, 이하 더 상세히 논의되는 바와 같이, 그리드 엘리먼트는 본 발명의 장치의 광학 출력을 수정하는 것이 유리할 수 있다.
일실시형태에서, 그리드 엘리먼트는 기구의 광원에 의해 방출되는 파장 또는 파장들의 광을 실질적으로 투과시키는 플라스틱 재료로 제조된다. 구체적인 실시형태에서, 그리드 엘리먼트는 폴리에테르이미드 수지, 예를 들면 Ultem®(SABIC Innovative Plastics)로 제조된다. 다른 구체적인 실시형태에서, 그리드 엘리먼트 는 폴리카보네이트 수지, 예를 들면 Makrolon®(Bayer MaterialScience)로 제조된다. 그리드의 오픈 에리어 내의 광투과 접촉면을 터치하는 편도선 조직면의 일부는 접촉면에 의해 직접 냉각될 수 있고, 그리드 엘리먼트의 일부를 터치하는 편도선 조직면의 일부는 접촉면에 의해 직접 냉각되는 인접한 편도선 조직으로부터 열 전달에 의해 그리드 엘리먼트와 차례로 접촉하는 그리드 엘리먼트와의 접촉에 의해 냉각될 수 있다. 따라서, 본 발명의 그리드 엘리먼트는 조직에 대한 또는 조직의 효과적인 냉각에 대한 광 전달을 실질적으로 방해하지 않는 수단에 의해 광학 어셈블리의 광투과 접촉면으로부터의 조직에서의 미리정의된 거리 및/또는 표면에 대한 조직에서의 미리정의된 위치에서 1개 이상의 온도 센서의 인서트를 제공한다. 부착된 니들이 접촉면과 수직인 방향으로 연장되도록 도시되는 도 16에서, 니들이 접촉면으로서 삽입되게 하는 배치는 편도선과 접촉되어 서서히 압착한다. 그리드 엘리먼트의 대체 실시형태가 구상될 수 있고, 예를 들면 니들은 U-형상의 근위 단부를 가질 수 있고, 부착된 광학 어셈블리 상의 측면 위치에 있는 그리드 엘리먼트의 일부에 위치된 채널에 근위 단부를 부착할 수 있다. 니들의 장축은 접촉면과 평행하고, 채널로 삽입되도록 U-형상 벤드에서 니들을 푸쉬하고 다르게 이동시킴으로써 편도선이 접촉면에 의해 그래스프화된 후에 니들은 측면 방향으로부터 편도선 조직으로 삽입된다.
그리드 엘리먼트는 광학 어셈블리에 부착가능하여 그리드 엘리먼트가 광투과 접촉면의 하나와 및/또는 인접하여 접촉하고, 그리드 엘리먼트가 광학 어셈블리 사이에 배치된 연부 조직과 접촉하게 되도록 채용될 수 있다. 부착된 센서를 갖는 그리드 엘리먼트는 배치를 위해 절차 전에 광학 어셈블리의 하우징 및/또는 접촉면에 부착되거나 절차 후에 분리될 수 있다. 환자에 재사용은 비실용적으로 부착된 센서 니들이나 다른 요소로부터 1개 이상의 광학 엘리먼트를 갖는 광학 어셈블리를 분리하는 이점이다. 상기 광학 엘리먼트는 비싸고 정밀한 상대적인 정렬을 요구할 수 있다. 본 발명에 의하면, 광학 어셈블리의 광학 엘리먼트는 대체로 완전하고 재사용될 수 있어 조직에 삽입되는 니들을 갖는 그리드 엘리먼트가 사용 후에 배치될 수 있어 절차가 편리하고, 실용적이고, 경제적인 이점이 있다.
대안으로, 1회용 엘리먼트는 도 17a 및 17b에 도시된 바와 같이, 1개 이상의 핸드피스 원위부(201 및 202)에 부착을 위한 칼라 엘리먼트일 수 있다. 이 실시형태에서, 1개 이상의 센서 니들(231)은 핸드피스의 원위부에 부착되는 칼라 엘리먼트(235)에 부착되어 센서 니드가, 예를 들면 핸드피스에 대한 칼라를 이동함으로써 기구의 광학 어셈블리 사이에 배치된 연부 조직과 접촉하게 될 수 있다. 도 17의 실시예의 칼라 엘리먼트는 세트 스크류(236)에 의해 죌때까지 핸드피스의 원위부에 이동가능하다. 센서 니들(231)은 칼라 이동의 방향에 장축과 대체로 평행하게 위치된다. 도 17a에 볼 수 있는 바와 같이, 센서 니들 원위 팁(232)과 광투과면(211) 사이의 거리는 칼라 슬라이드와 같이 일정하고, 칼라 엘리먼트의 사이즈와 칼라에 니들 근위 단부(230)의 부착 포인트에 의해 결정된다. 도 17b에 볼 수 있는 바와 같이, 니들(231)의 길이와 칼라(235)의 위치는 2개의 광투과면(211) 유지된 조직에서 니들 원위 팁(232)의 위치를 결정할 수 있다. 칼라 엘리먼트는 편평하거나 커브면을 갖는 광학 어셈블리를 사용하기 위해 채용할 수 있다. 칼라는 어떤 생체에 적합한 플라스틱이나 금속 재료로 이루어질 수 있다. 일실시형태에서, 칼라는 울템(ultem) 등의 생체에 적합한 레이저-저항 금형가능하거나 절삭가능한 재료로 이루어진다. 칼라 엘리먼트와 그리드 엘리먼트는 조사 전, 조사 동안, 및 조사 후에 편도선 조직 내에서 공지된 위치나 깊이에서 온도 측정을 제공하기 위한 양쪽의 대안의 수단이다. 칼라와 그리드 엘리먼트는 각각 본 발명의 핸드피스와 광학 어셈블리에 부착을 위해 채용된다.
본 발명에 의하면 센서 니들에 사용되는 적절한 온도 센서는 열전대나 서미스터를 포함한다. 작은 직경 피하주사 니들에 하우징된 열전대가 상업적으로 이용가능하다. 타입 T 열전대는 상업적인 소스(HYPO Mini-Hypodermic probe, Omega Engineering)로부터 200 마이크론 직경만큼 작은 스테인리스 스틸 피하주사 니들 프로브에 이용가능하다. 스테인리스 스틸 니들에서 온도 센서의 다른 실시예는 MLT1406 니들 마이크로브 열전대(ADInstruments), 및 MT-23 635 마이크론 직경 니들 프로브(Physitemp Instruments, Clifton, NJ)이다. 그러한 니들 프로브의 시간 상수는 대략 0.1s로 그들을 온도 모니터링과 컨트롤을 위해 적절하게 한다. 본 발명에서, 센서 니들은 대략 200 마이크론에서 대략 700 마이크론의 직경이다. 일실시형태에서, 센서 니들 직경은 대략 200 마이크론에서 대략 500 마이크론이다. 본 발명의 일실시형태에서, 센서 니들은 메디컬 그레이드 스테인리스 스틸(316, 316L, 또는 진공 용해된 형태 316L)로 이루어진다. 다른 실시형태에서, 센서 니들은 메디컬 그레이드 티타늄(비합금된 비상업적인 CP grades 1-4) 또는 티타늄 합금(Ti-6A1-4V ELI, Ti-6A1-4V, Ti-6A1-7Nb, Ti-3A1-2.5V, Ti-13Nb-13Zr, Ti-12Mo-6Zr-2Fe, Ti-15Mo를 포함)으로 이루어진다. 센서 니들을 만들기 위해 사용될 수 있는 다른 금속성 재료는 은, 백금, 탄탈럼, 니오븀, 지르코늄 및 지르코늄 합금, 니켈-티타늄 바이너리 시스템에 의거한 형상 메모리 합금, 텅스텐 및 텅스텐 브론즈, 및 코발트 합금(Elgiloy 및 MP35N)을 포함한다. 스테인리스 스틸을 포함하는 다수의 금속성 재료로 이루어지는 니들 프로브는 대략 1100㎚ ~ 1350㎚의 범위의 NIR 광을 포함하는 광을 흡수하여 직접 가열될 것이다. 그러므로, 일실시형태에서 니들은 대체로 NIR 광을 반사하는 금속으로 이루어지고, 다른 실시형태에서 NIR 광의 대단히 반사적인 금으로 이루어진다. 다른 실시형태에서, NIR 광을 반사하는 코팅은 대체로 센서 니들의 외표면, 외면, 및 내면에 어플라이된다. 예를 들면, 골드 코팅은 센서 니들의 표면에 어플라이된다. 골드 니들이나 골드 코팅 니들의 사용은 센서 니들에 의해 광의 직접적인 흡수 때문에 측정 인공물을 줄일 것이고, 방사 처리의 가장 정밀하고 신속한 컨트롤을 위해 조직 온도를 조직 조사와 동시에 측정되게 할 것이다. 반사적인 코팅의 부재에서, 방사 처리는 니들 프로브가 서라운딩 조직을 평형시킨 후에 온도의 측정을 때때로 정지할 수 있다. 정지하는 것은 전체 치료 시간이 결과적으로 약간 더 길어질 것이지만, 조사는 정확한 온도 측정을, 예를 들면 표준 스테인리스 스틸 니들 프로브로 하게 할 수 있다. 대안으로, 본 발명에 의하면, 정확한 온도 측정은 신호가 지수의 인공 신고를 분리하기 위해 처리되면 광을 흡수하는 스테인리스 스틸이나 다른 물질로 이루어지는 프로브로 이루어질 수 있다.
그리드 엘리먼트의 그리드부는 광학 어셈블리와 핸드피스로부터 떨어진 센서 니들의 온도 센서의 컨테이닝과 라우팅 리드선에 대한 구조를 제공한다. 이것들의 구조는 그리드부의 스플라인부와 인터섹션에서 폐쇄 또는 개방 채널이나 그루브일 수 있다. 바람직하게는, 이것들의 채널이나 그루브는 대체로 반사 재료로 코팅되거나 구성되어 리드선에 의해 광의 흡수를 방지한다. 대안으로, 리드선 자신들은 반사 재료로 코팅되거나 쉴딩될 수 있다.
본 발명의 일부 실시형태에서, 핸드피스는 오토클레러블하다(autoclavable). 본 발명의 일실시형태에서, 핸드피스는 도 18에 도시된 바와 같이, 사용하기 전에 1회용 슬리브로 커버링된다. 상기 슬리브(237)는 유연한 고분자 물질을 포함한다. 슬리브(237)는 장치의 광원의 파장에 실질적인 투명도로 대체로 완전하게 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 슬리브는 75% 투과도, 또는 90% 투과도를 가질 수 있다. 더 유리하게, 슬리브는 90% 이상의 투과도를 가질 수 있다. 또는, 슬리브(237)는 광학 어셈블리의 광투과 접촉면(211)과 정렬되어 채용되거나 접촉하는 비투명한 유연한 고분자 물질과 대체로 투명한 윈도우부를 포함할 수 있다. 슬리브(237)의 대체로 투명한 윈도우부는 유연한 투명한 플라스틱일 수 있지만 폴리에틸렌, 폴리이미드, 폴리우레탄, 라텍스, 폴리올레핀, 플루오로카본 폴리머에 한정되지 않고, 또는 윈도우 에리어는 리지드(rigid)나 세미 리지드 플라스틱일 수 있지만 아크릴, 폴리비닐 염화물, 또는 폴리카보네이트에 한정되지 않는다. 일실시형태에서, 무균 1회용 슬리브의 대체로 투명한 윈도우부는 필요보다 대체로 두껍지 않은 아크릴 또는 폴리카보네이트 등의 리지드나 세미리지드의 투명한 고분자 물질로 이루어져 기계적 강도와 무균 보호를 제공한다. 슬리브(237)는 핸드피스 원위 단부를 커버하기 위해 원위 단부에서 분기된 형상과 핸드피스를 조작하도록 채용되는 헐거운 인접한 부위를 가질 수 있다.
특정한 고분자 물질로 이루어지는 유연한 슬리브에 대해 광투과 접촉면을 커버하는 슬리브의 부분은 그 특정한 재료에 대해 그것의 배리어 기능의 적절한 강도와 유지를 위해 필요한만큼 얇을 수 있다. 투과도는 더 얇은 슬리브의 사용에 의해 유리하게 향상될 수 있다. 특히, 냉각된 광투과 접촉면으로부터 조직의 효과적인 냉각은 의료 장비에서 공통으로 이용되는 두께의 유연한 무균 1회용 슬리브를 통해서 이루어진다.
일실시형태에서, 그리드 엘리먼트(206)는 무균 슬리브(237) 핸드피스를 통해 배치된 후에 하우징이나 접촉면에 부착된다. 이 실시형태의 양상은 그리드의 부착이 광학 어셈블리의 광투과 접촉면(211)에 걸쳐 무균 슬리브의 대체로 투명한 에리어의 위치를 고정하는 것이다. 그리드 엘리먼트는 핸드피스에 부착가능하여 그리드 엘리먼트가 광투과 접촉면(211)을 커버링하는 1회용 슬리브의 윈도우부와 접촉하고, 그리드 엘리먼트가 광학 어셈블리 사이에 배치된 연부 조직과 접촉하게 한다. 그리드 엘리먼트(206)는 예를 들면 프레스 피팅이나 스냅핑에 의해 무균 슬리브에 걸쳐 하우징이나 접촉면에 부착될 수 있다.
일실시형태에서, 니들과 함께 또는 니들없이 그리드 엘리먼트(206)가 무균 슬리브(237)에 미리 부착되고, 무균 슬리브가 핸드피스의 적어도 원위 단부를 커버하도록 채용되어 미리 부착된 그리드 엘리먼트가 광학 어셈블리에 부착되기 전에 1회용 슬리브와 접촉한다. 다른 실시형태에서, 그리드 엘리먼트(206)는 1회용 슬리브의 투명한 윈도우부의 무균 슬리브에 미리 부착된다. 일부 실시형태에서, 그리드 엘리먼트는 무균 슬리브에 영구히 부착된다. 그러한 실시형태에서, 영구히 부착되거나 미리 부착된 1개 이상의 그리드 엘리먼트와 함께 슬리브는 핸드피스의 원위부에 걸쳐 배치되고 그리드 엘리먼트는, 예를 들면 하우징이나 접촉면에 프레스 피팅되거나 스냅 피팅된다.
1회용 엘리먼트가 칼라인 일부 실시형태에서, 칼라는 원위부가 무균 슬리브에 의해 커버링된 후에 핸드피스 원위부에 부착가능할 수 있다. 칼라는 1회용 슬리브에 미리 부착되거나 영구히 부착될 수도 있다.
본 발명의 실시에 광원이 이용될 수 있다. 먼저, 대략 1100㎚ ~ 1350㎚의 대부분의 파장 범위를 고려하면, 멀티와트아웃풋(multiwattoutput)을 발생할 수 있는 레이저 기술의 선택은 이테비움 도핑 파이버 레이저 및 퀀텀 도트 반도체 레이저를 포함할 수 있다. 멀티 킬로와트 전력을 생산하는 이테비움 파이버 레이저는 재료 작업과 자동차 제조에 사용하기 위해 도입되었고, 현재 어플리케이션을 위한 적절한 저전력 모델이 상업적으로 이용가능하다. 예를 들면, IPG Photonics(Oxford, MA)는 3 미터 딜리버리 케이블, 중심 파장 1120㎚, 대역폭 2㎚(fwhm), 및 비저블 조준선을 갖는 벤치탑(benchtop) 20W 에어 냉각 Yb 파이버를 생산한다. 시스템은 CW 모드나 외부에서 조절되는 펌프 변조로 동작될 수 있다. 파이버 레이저는 광대역 이득 대역폭을 갖기 때문에 다중 파장을 넘어 동작하거나 조정할 수 있는, 예를 들면 Yb 도프된 파이버 레이저의 경우에 1050㎚ ~ 1120㎚의 파장 내에서 메디컬 레이저를 개발할 가능성이 있고, 레이저가 현재 편도선 어플리케이션에 대해 1120㎚나 Nd:YAG 레이저가 이비인후과의학과 다른 메디컬 분야에서 공통으로 사용되는 어플리케이션에 대해 1064㎚에서 동작될 수 있다. Yb 파이버 레이저로부터 편광 출력의 주파수 배가로, 532㎚ 동작이 가능해서 장치는 매우 다양한 메디컬 시스템을 위한 KTP 레이저 어플리케이션에 대해 사용될 수도 있다.
1100㎚보다 짧고 대략 1280㎚보다 긴 파장은, 각각 GaAs 및 InP 다이오드 레이저를 사용하여 획득될 수 있지만 최근에 비로소 간섭 영역이 다이오드 소스로부터 쉽게 이용가능했다. 그러나, 과거 몇 년간 효율적이고 퀀텀 도트(QD) 나노테크놀로지에 의거한 고전력 반도체 레이저가 개발되었다. QD 레이저는 낮은 동작 전류, 높은 스펙트럼 순도(매우 좁은 대역폭), 및 최소 온도 효과에 대해 개선된 이득의 이점이 있다. Innolume, Inc.(Santa Clara, CA and Dortmund, Germany)는 최근에 모든 GaAs 기판 상에 AlGaAs 배리어를 구비한 GaAs의 InAs 양자점에 의거하여 QD 레이저를 상업화했다. 3㎚ fwhm 대역폭으로 1120의 중심 파장에 30W를 생산하는 이 소스로부터 퀀텀 도트 레이저 모듈에 결합된 파이버가 이용가능하다.
레이저에 더해서 인코히어런트 광원(incoherent light sources)이 이용될 수 있다. 하나의 그러한 인코히어런트 소스는 텅스텐 할로겐 램프이다. 할로겐 램프가 비저블 및 NIR에서 광대역 방사를 갖기 때문에 필터는 700㎚ ~ 1350㎚ 영역, 또는 보다 바람직하게 1100㎚ ~ 1350㎚ 영역 외부의 외부 광의 방사를 블록하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 1100㎚ ~ 1350㎚ 영역에서 방사하는 슈퍼루미네슨트(superluminescent) 다이오드가 증명되었고 사용될 수 있다.
대략 1100㎚ ~ 1350㎚의 파장 범위의 외부이지만 1064㎚에서 동작하는 네오디뮬 YAG 레이저는 메디컬 사용의 긴 역사를 갖고, 본 발명에 의해 사용될 수 있다. 상술된 바와 같이, 광학 어셈블리의 광투과 접촉면에 의해 편도선의 양쪽 압축에 의해서와 혈액(대략 1100㎚ ~ 1350㎚)에 의해 잘 흡수되지 않는 파장의 사용에 의해 편도선 맥관질의 효과를 제한하는 것이 바람직하지만, 그러나 단지 본 발명의 핸드피스를 사용하는 접촉 방사에 의한 압축은 혈액의 효과를 감소시키기에 충분하고, 대략 800㎚ ~ 1100㎚ 영역에서 파장이 사용될 수 있다. 1064㎚ YAG 레이저는 쉽게 현재 발명에서 광원으로서 사용되기에 필요한 범위에서 출력 전력을 생산하고, 파이버 옵틱 딜리버리에 매우 적합한 신뢰할 수 있고 비교적 값싼 레이저이다. 유사하게, 700㎚와 1100㎚ 사이의 810㎚, 940㎚, 980㎚, 및 다른 파장의 NIR 파장에서 고전력 다이오드 레이저가 비교적 낮은 비용으로 쉽게 이용가능하고, 본 발명에 의해 사용될 수도 있는 메디컬 및 외과용 어플리케이션에 대해 광원으로서 친숙하다.
본 발명의 광원은 광투과 엘리먼트에 접속된다. 광투과 엘리먼트는 대체로 유연하고, 광섬유, 광섬유 번들, 또는 광 가이드일 수 있다. 단일 광섬유는 광원과, 본 발명의 핸드피스에 차례차례 접속되는 2개의 다른 광섬유의 파이버 옵틱 빔스플리터에 접속된 상기 파이버의 말단부에 접속될 수 있다.
본 발명의 중요한 양상은 핸드피스가 구성되어 편도선이 핸드피스의 2개의 접촉면 사이에 배치될 수 있다. 편도선에 인접한 인두 중앙부와 스페이스에 액세싱하는 것은 핸드피스 원위 단부, 하우징과 광학 엘리먼트를 포함하는 핸드피스 원위 단부에 부착된 모든 엘리먼트를 메이킹함으로써 편리하게 하고, 상기 스페이스 내에 조작되고 삽입되는 것이 충분히 얇다. 모든 그러한 엘리먼트가 대략 6㎜ 또는 이하의 두께이면 가장 이점이다. 동시에, 유리하게 편도선의 빠른 광선치료법에 대해 마주하는 접촉면은 편도선이 조사된 때 상기 표면 사이에 직접 배치된 편도선의 실질부가 충분히 클 것이다. 예를 들면, 편도선 유조직의 볼륨의 대략 20 ~ 100 퍼센트는 바로 마주하는 접촉면 사이일 것이고, 단지 유조직의 대략 80 퍼센트가 바로 접촉면 사이의 영역의 외부로 연장된다. 더 유리하게, 편도선 유조직의 볼륨의 대략 50 ~ 100 퍼센트가 바로 마주하는 접촉면 사이일 것이고, 단지 유조직의 대략 50 퍼센트가 바로 접촉면 사이의 외부로 연장될 것이다. 가장 유리하게, 편도선 유조직의 볼륨의 대략 75 ~ 100 퍼센트가 바로 마주하는 접촉면 사이일 것이고, 단지 유조직의 대략 25 퍼센트가 바로 접촉면 사이의 영역의 외부로 연장될 것이다. 매우 큰 편도선에 대해, 압축된 유조직 볼륨의 100 퍼센트의 방사에 대응한 단일 광 전달 접촉면의 에리어는 대략 1250㎟만큼 클 수 있다. 또한, 접촉면에 의해 투과된 광은 편도선 유조직의 완전하고 일정한 열에 대해 평평하게 분산되고, 점막 표면 손상이 될 수 있는 핫 스폿을 피할 것이다. 또한, 바람직한 실시형태에서, 접촉면은 활발히 냉각될 것이다. 박약, 큰 에리어, 표면 냉각, 및 방사조도 균일성의 이것들의 공동 목적은 실시를 위해 새로운 광학 디자인을 요구한다. 여기에 도시된 바와 같이, 이것들의 목적을 충족시키는 다음의 2개의 접근이 있다: (1) 반사적인 옵틱 디자인, (2) 확산성의 옵틱 디자인. 양쪽의 접근은 이점이 있고 본 발명의 실시에 사용될 수 있다.
반사적인 옵틱 디자인
단순함을 위해 이 섹션에서 광학 디자인이 본 발명의 기구가 2개의 그러한 광학 어셈블리를 포함할 수 있는 이해와 함께 핸드피스의 단일 원위부에 접속될 수 있는 광학 엘리먼트를 도면에 도시한다.
실시형태가 기구의 광학 어셈블리 내에 1개 이상의 반사 장치를 아래에 채용해서 도시된다. 반사 장치는 하나 이상 프리즘이나 미러일 수 있다.
일실시형태에서, 기구는 각각의 반사 장치가 광투과 접촉면에서 분산된 광의 세그먼트 에리어에 대응하는 복수의 반사 장치를 포함한다. 다른 실시형태에서, 각각의 반사 장치는 광 전달 접촉면에 분산된 광의 복수의 세그먼트 에리어에 대응한다. 세그먼트 에리어에 대응하는 이것들이 이하에 더 도시된다. 특정 실시형태에서, 기구는 광학 어셈블리에 냉각제 유체를 제공하도록 구성된 냉각 장치를 포함해서 열을 1개 이상의 마주하는 광학 어셈블리의 광투과 접촉면으로부터 제거한다. 일실시형태에서, 냉각수는 복수의 반사 장치와 직접 접촉하게 된다. 다른 실시형태에서, 기구는 반사 장치와 직접 접촉해서 냉각 유체 플로우에 대한 1개 이상의 채널을 포함한다.
도 2Oa는 윈도우 엘리먼트(315)와 광섬유(309)를 포함하는 광학 디자인의 세미 개략도이다. 광학 엘리먼트는 광을 광섬유로부터 윈도우 엘리먼트에 투과하고 분산한다. 표면(311)은 광투과 접촉면이다. 도 20a에서 윈도우(315)는 대략 10㎜의 에지 길이의 사각형이다. 광섬유의 말단부로부터 광은 2:1 왜상의 빔세이퍼(316) 및 2개의 집광 렌즈(317a 및 317b), 접촉 윈도우(315)의 근위면에 배치된 1 (340) 및 제 2 (339) 프리즘에 투과된다. 프리즘 표면(340b 및 339b)은 각각 50% 및 100% 반사를 제공해서 코팅된다. 빔세이퍼와 집광 렌즈가 선택되어 광섬유로부터 광은 대체로 제 1 프리즘의 페이스(340a)를 채운다. 프리즘은 대략 5㎜의 높이(O), 그리고 1㎜의 두께(W) 윈도우를 갖는다. 광투과 접촉면(311)에서, 광은 대략 10㎜ 에지 길이(D)를 갖는 대략 정사각형 토탈 에리어(399)에 걸쳐 분산된다. 프리즘(340)을 통해 패싱하는 광은 세그먼트 에리어(399a)에 투과되고, 프리즘(339)을 통해 패싱한 광은 세그먼트 에리어(399b)에 투과된다. 제 1 프리즘(340)의 프록시말 페이스(340a)에서 제 2 집광 렌즈(317a)로부터 거리(L)는 대략 20㎜이다.
도 2Ob에 2~3 개의 프리즘의 수를 증가시킨 효과가 도시되었다. 프리즘 표면(340b, 339b, 및 338b)은 각각, 33%, 50%, 및 100%를 제공하도록 코팅된다. 그 밖에, 제 1 프리즘(340)의 제 2 집광 렌즈로부터 프록시말 페이스(340a)의 거리는 대략 20㎜이다. 광은 도 2Oa에 광투과 접촉면(311)에서 대략 10㎜의 에지 길이(D)를 갖는 대략 정사각형 토탈 에리어(399)에 걸쳐 분산된다. 프리즘(340, 339, 및 338)을 통해 패싱되는 광은, 각각 세그먼트 에리어(399a, 399b, 및 399c)에 투과된다. 그러나, 프리즘 높이(O)는 현저하게 더 얇은 광학 어셈블리를 고려하여 대략 3.5㎜로 감소된다. 1㎜ 사파이어 윈도우, 1㎜ 두께 하우징을 갖고 전체 두께는 5.5㎜이다.
도 2Oa 및 도 2Ob에 거리(L)는 접촉면(311)에 조사된 영역의 치수(D)보다 크다. 실제로, 이것은 파이버 방출면과 2cm 이상의 제 1 프리즘 사이의 핸드피스의 스트레이트, 강성부를 요구할 것이다. 이 거리(L)는 도 20c에 도시된 바와 같이 다른 집광 렌즈를 추가함으로써 유리하게 감소될 것이다. 3 렌즈(317a, 317b, and 317c)를 갖고 L은 대략 10㎜로 감소된다. 또한 도 20c에 도시된 바와 같이, 프리즘의 수는 각각 25%, 33%, 50%, 및 100%의 반사율을 갖는 4개의 표면(340b, 339b, 338b, 및 337b)으로 증가된다. 여기에서, 프리즘 높이(O)는 D가 대략 10㎜로 유지되는 동안 대략 2.5㎜로 감소된다. 1㎜ 사파이어 윈도우 및 1㎜ 두께 하우징을 갖고 전체 두께는 4.5㎜이다.
냉각 능력은 제 2 윈도우를 더함으로써 도 20a~도 20c의 장치에 더해져 도 20d에 도시된 바와 같이 냉각 유체가 도입될 수 있는 스페이스를 생성할 수 있다. 윈도우(314)는 윈도우(315)에 평행해서 냉각수층(345)이 형성된다. 냉각 유체 입구(310a) 및 출구(310b) 라인은 냉각수층(345)에 대해 하우징(312)에서 개구부에 커넥터(미도시)와 함께 재순환 칠러(미도시) 및 그들의 원위 단부 등의 냉각 장치에 대해 그들의 근위 단부에 접속된다. 하우징(312)은 프리즘(340, 339, 338, 및 337), 윈도우(314 및 315), 집광 렌즈(317a-c), 및 왜상 렌즈(316)를 포함한다. 윈도우(315), 냉각수층(345), 및 하우징(312)은 각각 대략 1㎜ 두께이다. 윈도우(314) 뒤의 보호 위치에서 윈도우(315)는 윈도우(314)보다 얇게 될 수 있다. 사파이어로 이루어진 윈도우와 함께 전체 윈도우 두께는 대략 1.5㎜일 것이다. 프리즘은 석영, 용융 실리카, 유리, 또는 어떤 다른 투명한 광학 재료로 이루어질 수 있다. 하우징 및 광학 엘리먼트의 전체 두께(H)는 오직 6㎜이다.
도 21a~도 21c에 도시된 바와 같이, 반사면의 수를 증가시킴으로써 전체 두께가 더 감소될 수 있다. 반사면은, 예를 들면 프리즘 등의 고체 광학 엘리먼트의 표면이 될 수 있고, 또는 미러 표면이 될 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 연장된 프리즘은 연장된 미러로 대체되고, 광은 섬유속으로부터 개별 섬유를 사용하여 미러 표면에 전달된다. 여기에 사용된 바와 같이, 용어 '연장된'은 광학 어셈블리의 대부분의 길이에 걸치기에 충분한 길이를 가진 반사 장치를 설명하는데 사용된다. 에지 길이 10mm를 가진 조사된 정사각형 영역을 생성하기 위해 5개의 연장된 미러(441, 442, 443, 444, 및 445)가 접속창(415)에 배치된다.
미러의 각이 진 반사면상의 25개의 원형 영역(498a-y)을 조사하기 위해 전체 25개의 개별 섬유(409a-y)가 배치된다. 섬유(409a-y)의 인접 단부는 광원(미도시)에 부착된 섬유속에 결합된다. 섬유(409a-y)의 원위 단부(419a-y)는 각 섬유로부터의 광이 연장된 미러를 향하여 다이렉트되어 미러 상의 원형 조사 세그먼트 에리어의 어레이를 형성하도록 하우징(412) 내의 채널에 배치된다. 이어서, 미러로부터의 반사는 광투과 접촉면(411) 상의 개별 세그먼트 에리어(499a-y)로부터 10mm의 D를 가진 어레이(499)를 생성한다. 도 21a 및 도 21b에 있어서, 실제로 섬유의 간단하게 갈라지거나 다듬어진 표면이 될 수 있는 섬유 원위 단부(419a-y)는 명확성을 위해 작은 실린더로 도시되어 있다. 에리어(499a-y)의 크기는 예를 들면 섬유 원위 단부와 미러 사이의 거리를 변경함으로써 변화될 수 있다.
냉각 능력은 도 20d의 장치에서와 같이 사이에 냉각층을 제공하기 위해 제 1 윈도우에 평행하게 제 2 윈도우를 추가함으로써 도 21의 장치에 추가될 수 있다. 그러나, 여기에서 미러에 인접하거나 미러를 둘러싼 공간은 핸드피스의 전체 두께의 바람직한 감소에 의해 광학 어셈블리를 냉각시키는데 사용될 수 있는 것으로 인정된다. 도 21a-도 21c에 도시된 바와 같이 동일 광학 레이아웃에 대하여 도 22a 및 도 22b에 상기 컨셉이 개략적으로 도시되어 있다. 간결함으로 위해 동일 숫자를 가진 엘리먼트는 다시 설명하지 않는다. 연장된 미러의 행 사이의 공간은 유체 유동을 위한 채널(416)을 제공한다. 광학 어셈블리의 에지에 냉각수 유동 리다이렉트 채널(416u)을 추가함으로써 윈도우 상에 균일하게 유체를 송달하고, 유체가 액체인 경우에 에어 포켓의 가능성 또는 교류를 최소화하는 냉각수 라인의 입구(410a)와 출구(410b) 사이의 냉각수를 위한 단일 연속 채널이 얻어질 수 있다. 본 실시형태에서의 사용을 위해 적합한 유체는 광원의 파장 또는 파장들에 거의 투명하고, 무독성이고 생물학적으로 적합한 모든 액체 또는 기체이다. 광원에 따라 차가운 공기, 물, 및 염수 중에서 바람직하게 선택된다. 다른 바람직한 선택은 Fluorinert™(3M, Minneapolis, MN) 등의 과불화탄소(perfluorocarbon)이다. 적합한 Fluorinerts™은 다른 것들 중에서 FC-70 및 FC-43을 포함한다. 하우징을 포함하는 도 22에 도시된 바와 같은 장치의 전체 두께는 매우 바람직한 두께인 약 4.5mm이다.
도 23a-도 23c는 본 발명의 다른 실시형태의 개략도이다. 도 23a 및 도 23b에 도시된 바와 같이, 광은 미러에 의해 반사되지만 본 발명에서는 섬유속으로부터의 각 개별 섬유를 위해 분리된 미러가 있다. 본 발명에 있어서 미러는 연장되지 않은 것으로 간주된다. 오히려, 몇개의 짧은 미러가, 도 23b에 도시된 바와 같이, 광학 어셈블리의 길이에 걸치도록 나란히 배열된다. 윈도우(515)는 12.5mm의 에지 길이를 갖고 둥근 모서리를 가진 정사각형이다. 19개의 미러(545a-s)와 19개의 개별 섬유(509a-s)가 각각 약 2.5mm 직경의 원형 조사 세그먼트 에리어(599a-s)를 생성하도록 배열되어 있다. 표면 상의 조사 에리어는 거의 12.5mm의 치수(D)를 가진 거의 균일한 조사의 육각형 에리어를 형성한다. 섬유(509a-s)의 원위 단부는 미러 사이의 공간 내에 배치되어 매우 얇은 3.5 내지 4.0mm로 전체 두께를 더 감소시킨다. 두께 증가 없는 실제 냉각 능력을 위해 냉각수 유체는 미러 사이에 배치될 섬유(509a-s)의 원위 단부를 위해 상기 파티션 내의 삽입 구멍에 의해 유체 유동을 가이드하기 위해 울템(Ultem) 또는 다른 레이저-저항물질로 이루어진 파티션에서 미러를 세팅함으로써 생성된 채널 또는 개별 미러의 주위에 있어서 하우징 내에서 순환될 수 있다.
인정될 수 있는 바와 같이, 접촉면에서의 조사 패턴 및 배열 크기와 형상은 미러를 재배치하거나 미러의 수를 증가 또는 감소시킴으로써 용이하게 변경될 수 있다. 반사 광학 디자인의 장점은 예를 들면 미러, 섬유 및 윈도우 등의 한정된 수의 표준화된 광학 부품을 사용하여 광범위의 접촉면 에리어와 형상을 가진 핸드피스를 생성함에 있어서의 유연성이다. 도 20-도 23에 도시된 본 발명의 실시형태의 하우징은 금속 또는 플라스틱을 포함하는 몰딩되거나 기계화될 수 있는 모든 공지의 생물학적으로 적합한 재료가 될 수 있다. 하우징의 내부는 반사를 위해 코팅될 수 있고, 또는 코팅되지 않을 수 있다. 하우징을 위해 바람직한 재료는 울템 또는 레이저 저항 플라스틱 재료 등을 포함한다.
핸드피스 원위 단부에 부착된 하우징 내의 광학 부품 어셈블리의 바람직한 두께를 얻기 위해 예를 들면 프리즘 또는 미러 등의 복수의 반사 장치가 사용될 수 있는 것이 밝혀졌다. 여기에 설명된 반사 광학 디자인을 사용하여 밝혀진 바와 같이, 광학 엘리먼트를 포함하는 하우징의 두께는 약 3.5mm 만큼 작아질 수 있다. 광투과면의 조사 에리어는 반사 장치의 수를 증가시킴으로써 두께 증가 없이 모든 크기로 증가될 수 있다. 본 발명의 반사 광학 디자인도 광원으로부터 광투가 접촉면으로의 높은 투과율의 중요한 장점을 갖는다. 반사방지 코팅에 의한 도 23a-도 23c의 디자인을 위해 프레넬 반사(Fresnel reflection)를 포함하는 손실, 미러의 흡수, 및 섬유속과 관련된 9%의 손실은 공기 냉각에 의해 86.5%의 전체 투과를 산출한다. 예를 들면 아주 투명한 과불화탄소 등의 냉각 유체의 바람직한 선택에 의해 액체 냉각 디자인은 유사한 고투과를 가질 수 있다.
반사 광학 디자인에 있어서, 광은 세그먼트에서 광원으로부터 광투과 접촉면으로 투과된다. 접촉면에서의 전체 광은 개별 세그먼트 에리어의 조합 또는 어레이의 형태이고, 각 세그먼트는 반사면 또는 반사면 상의 에리어에 대응한다. 예를 들면, 도 21b 및 도 21c에서는 25개의 세그먼트 에리어(499a-y)가 미러 상의 반사 에리어(498a-y)에 대응하고, 도 20a에서는 2개의 세그먼트 에리어(399a, 399b)가 프리즘(340, 339) 상의 반사에 대응한다. 상기한 바와 같이, 장치의 광투과 접촉면에서의 균일한 조사가 본 발명의 목적이다. 여기에 기재된 바와 같은 반사 광학을 사용하는 장치를 위해 균일성은 접촉면 에리어 내의 개별 세그먼트 에리어의 위치 또는 패턴, 개별 세그먼트 에리어의 수, 각 세그먼트 에리어 내의 광의 균일성, 세그먼트 에리어 사이의 오버랩 양, 및 개별 세그먼트 에리어 사이의 에리어에 있어서의 비조사면의 양을 포함하는 몇 가지 요인에 의해 영향을 받는다. 또한, 여기에서 설명하는 실시형태는 균일한 크기의 개별 세그먼트 에리어를 갖고 있지만 반사 광학 디자인은 상이한 사이즈의 세그먼트 에리어로 이루어지고 및/또는 상이한 광량을 전달하는 어레이를 생성하도록 구현될 수 있다. 따라서, 균일성을 규정하는 간단하고 실제적인 방법은 접촉면의 전체 에리어 내에 위치하는 모든 단일 원형 영역 내의 평균 조사를 고려하고, 상기 원형 영역은 전체 표면 에리어의 형상과 무관하게 전체 표면 에리어의 1/4 이상을 포함한다. 전체 에리어의 1/4을 포함하는 접촉면 상의 모든 단일 영역에 대하여 평균 조사는 바람직한 장치를 위해 전체 접촉면 상의 평균 조사의 50% 이상 또는 50% 이하가 되어야 한다. 더 바람직한 장치는 전체 접촉면 상의 평균 조사의 25% 이상 또는 25% 이하인 전체 표면 에리어의 1/4의 모든 단일 영역에 대하여 평균 조사를 갖는다. 가장 바람직하게는, 장치는 전체 접촉면 상의 평균 조사의 10% 이상 또는 10% 이하인 전체 표면 에리어의 1/4의 모든 단일 영역에 대하여 평균 조사를 갖는다.
상기 반사 디자인을 가진 광학 어셈블리가 광투과 접촉면 에리어 내의 조사 세그먼트 에리어의 어레이를 생성하는데 사용되는 본 발명의 실시형태에 있어서, 예를 들면 상기 세그먼트 에리어의 중심에 대응하는 위치에 센터링된 그리드 오픈 에리어를 구비함으로써 상기 표면과 접촉하기 위한 그리드 엘리먼트를 어뎁팅(adapting)하는 것이 바람직할 수 있다.
여기서 설명하는 바와 같이, 반사 광학 디자인은 목적 두께, 조사의 균일성, 냉각 능력, 및 큰 광투과 표면 에리어를 만족하는 것으로 밝혀졌다.
확산 광학 디자인
본 섹션에 있어서, 광학 어셈블리가 확산 엘리먼트를 포함하는 본 발명의 대체 실시형태를 설명한다. 특히, 방법 및 장치는 광투가 접촉면을 갖고 도광판을 포함하는 광학 부품을 가진 핸드피스를 사용하는 조사에 대하여 설명된다. 특히, 방법 및 장치는 조직 표면에 거의 평행한 방향으로 도광판 내에서 상기 광출력이 교차하여 전파되도록 광학 섬유의 광 출력을 장치의 도광판의 측면 입력면으로 투과하는 것에 대하여 설명된다. 상기 접촉면이 조사될 조직의 에리어에 인접하여 배치되는 경우에 상기 표면은 광을 투과하여 조직의 상기 에리어를 조사하도록 장치의 광학 엘리먼트의 접촉면 상으로 광학 섬유의 광출력이 분포된다. 상기 접촉면은 거의 도광판에 평행하다.
장치의 하우징 내에 배치 및 포함되고, 상기 광학 부품 사이에 배치된 에어 갭과 유체층뿐만 아니라 도광판, 윈도우, 및 다른 광학 부품을 포함하는 광학 섬유로부터의 광에 노출된 광학 엘리먼트를 집합적으로 본 섹션에서 설명하는 본 발명의 실시형태를 위한 광학 스택(optical stack)이라 하고, 상기 실시형태도 확산 광학 실시형태라 한다. 광학 스택은 1개 이상의 광학 부품을 포함한다. 여기서, 광학 스택의 모든 광학 부품에 대하여 상기 부품은 두개의 대향면을 갖고, 장치의 광투과 접촉면에 근접하고, 또는 광투과 접촉면인 부품 표면을 상기 부품의 원위면이라 한다. 마찬가지로, 장치의 광투과 접촉면으로부터 먼 부품 표면을 상기 부품의 근위면이라 한다. 광학 스택은 실질적인 반사면인 인접 단부 경계를 갖는다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 실질적 반사 경계면은 하우징의 내면이다. 다른 실시형태에 있어서, 실질적인 반사 경계면은 광반사 판이다. 본 발명의 장치는 하나 또는 그 이상의 광학 스택을 포함할 수 있다. 광학 스택은 핸드피스의 원위부에 부착된 하우징 내에 포함될 수 있다. 여기서, 광학 어셈블리는 광학 스택을 포함하는 하우징 또는 광학 스택이다.
광학 어셈블리 및 이것을 포함하는 1개 이상의 광학 스택은 본 발명의 확산 광학 실시형태에 있어서 다양한 형태 및 구조를 취할 수 있지만 각 광학 스택은 실질적으로 단단한 도광판을 포함한다. 실질적으로 단단한 도광판은 예를 들면 석영 또는 사파이어로 이루어진 판이다. 예를 들면, 아크릴 또는 폴리카보네이트 등의 광학 플라스틱으로 이루어진 광 가이드도 실질적으로 단단한 도광판의 예이다. 도광판은 광학 섬유로부터 측면 에지에서 광을 억셉팅하고, TIR에 의한 교차 전파를 위한 경로를 제공한다. 도광판은 시스템의 광원에 의해 발광된 광에 대하여 투명하고, 단단한 재료로 이루어질 수 있고, 또는 인접한 단단한 광학 부품에 의해 제한되어 속박되는 유체층 또는 유연층(flexible layer)이 될 수 있다. 광학 어셈블리도 상기 광학 어셈블리가 조직 표면을 조사하는 경우에 조직과 접촉하는 면인 광투과 접촉면을 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 광은 도광판의 원위면으로부터 도광판에 거의 평행하고 조직과 접촉하는 윈도우 엘리먼트의 접촉면으로 투과된다. 일부 실시형태에 있어서, 접촉면은 도광판의 표면이다. 도광판은 원위면 및 근위면에 평행한 평면이 될 수 있고, 또는 상기 판은 쐐기 형상을 위한 앵글(angle)에 형성된 평면을 가질 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 상기 각 표면의 에리어가 광학 섬유의 원위 단부의 출력면에 비해 크도록, 그리고 측면 입력 에지로부터의 광의 전파가 조직 표면에 대하여 거의 평행하도록 도광판의 원위면 또는 근위면 중 하나 또는 모두는 볼록면, 오목면, 또는 다른 모든 바람직한 형상을 가진 비평면(nonplanar)이 될 수 있다. 본 발명의 광학 어셈블리는 광학 어셈블리로부터의 조사의 균일성과 투과 효율이 치료되는 조직 표면의 형태에 의해 영향을 받지 않도록 실질적으로 단단한 도광판을 제공한다.
본 발명의 광학 어셈블리의 도광판은 교차 전파 중에 TIR을 디스럽팅(disrupting)하고 실질적으로 균일성을 가진 접촉면 상으로 광을 분산시키는 추출 피쳐(extraction features)를 갖는다. 추출 피쳐는, 예를 들면 에칭되고, 그라인딩되고, 밀링되고, 또는 에리어, 도트, 스팟, 라인 또는 홈을 제거함에 따라 도광판으로부터의 재료의 제거에 의해 도광판의 전체 또는 일부 상에 형성될 수 있고, 또는 예를 들면 에리어 또는 패턴으로 상기 표면에 분산 또는 확산 재료를 적용하거나 도트, 스팟, 라인 또는 홈을 분포시키는 등 도광판의 표면에 재료를 적용함으로써 형성될 수 있다. 상기 적용 재료는 도광판의 재료의 지수와 동일하거나 더 높은 반사 지수를 가지고, 또는 광학 섬유로부터 발광된 광의 파장 또는 파장들의 실질적으로 반사성 및 실질적으로 비흡수성인 물질 또는 물질들의 페인트 및/또는 포뮬레이션(formulation)을 포함할 수 있다. 이러한 물질은 황산바륨, 이산화티타늄, 이산화규소, 산화탄탈륨, 산화마그네슘, 산화알루미늄, 탄산칼슘, 황, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 유리, 및 이 물질의 혼합물을 포함할 수 있다. 적용 물질은 기계적 안정성을 위해 바인더를 포함할 수도 있다. 바인더는 유기물 또는 무기물이 될 수 있다. 반사 물질 및 바인더를 포함하는 적용 물질은 시스템의 광원의 파장 또는 파장들에서 실질적으로 반사적이다. 바람직하게는, 추출 피쳐의 적용 물질은 시스템의 광원의 파장 또는 파장들에서 적어도 거의 95%의 반사성을 갖는다. 대안으로서, 도광판의 추출 피쳐는 몰딩 처리 또는 몰딩, 제거, 및/또는 물질의 적용의 조합에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 양상에 있어서, 추출 피쳐의 크기, 형상, 패턴 또는 분포는 접촉면에서 거의 균일한 조사를 생성하기 위해 선택된다. 본 발명의 다른 양상에 있어서, 추출 피쳐의 패턴 또는 분포는 접촉면에서 거의 균일한 조사와 높은 투과율을 생성하기 위해 선택된다. 바람직하게는, 투과율은 50% 이상이고, 가장 바람직하게는 투과율은 80% 이상이다. 바람직하게는 접촉면에서의 조사는 거의 +25% 내지 -25% 또는 이보다 더 양호한 균일성을 갖는다. 가장 바람직하게는 조사는 +10% 내지 -10% 또는 이보다 더 양호한 균일성을 갖는다.
광학 어셈블리의 접촉면은 광학 어셈블리에 의해 조사 중에 조직 표면과 열접촉한다. 조사 중에 광의 흡수에 의해 조직에 생성된 열은 패시브 프로세스(passive process)에 있어서 조직으로부터 광학 어셈블리의 광학 스택의 하나 또는 그 이상의 엘리먼트로 전달된다. 수동적 냉각 광학 어셈블리의 접촉면의 광학 엘리먼트는 높은 열전도율을 가진 재료로 바람직하게 이루어진다. 가장 바람직하게는, 수동적 냉각 광학 어셈블리의 접촉면의 광학 엘리먼트는 사파이어로 이루어진다.
바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명의 장치는 냉각 장치를 포함하고, 광학 어셈블리는 냉각수층을 포함한다. 냉각수층은 광학 스택의 엘리먼트가 될 수 있고, 또는 광학 스택의 외부가 될 수 있다. 냉각수층은 광학 스택의 하나 또는 그 이상의 엘리먼트와 조사되는 조직을 능동적으로 냉각시킨다. 냉각수층은 기체 또는 액체가 될 수 있는 냉각 유체의 유동을 위해 어뎁팅된다. 냉각 유체의 온도는 광학 어셈블리에 접속되고, 광학 어셈블리의 냉각수층으로 들어가고, 냉각수층으로부터 나오는 냉각수 유체를 순환시키는 냉각 장치에 의해 거의 37 ℃의 생리학적 온도 또는 그 이하로 유지된다. 본 발명의 양상은 냉각 유체가 생물학적으로 적합하고, 무독성인 것이다. 바람직한 실시형태에 있어서, 냉각수층은 광학 스택에 대하여 외부에 있다. 바람직한 실시형태에 있어서, 냉각 유체는 물 또는 공기를 포함한다. 바람직하게는, 능동적 냉각 광학 어셈블리의 접촉면의 광학 엘리먼트는 고온 전도율에 적당한 물질로 구성된다. 바람직하게는, 능동적 냉각 광학 어셈블리의 접촉면의 광학 엘리먼트는 석영, 용융된 실리카(fused silica), 또는 사파이어 등으로 이루어진다.
본 발명의 일부 실시형태에 있어서, 광학 어셈블리의 광학 스택은 하나 또는 그 이상의 열전달층을 포함한다. 상기 열전달층은 광원에 의해 발광되는 광의 파장 또는 파장들에서 높은 열전도율과 거의 투명성을 가진 유체를 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 1개 이상의 열전달층은 윈도우 엘리먼트와 도광판 사이 또는 2개의 윈도우 엘리먼트 사이와 같은 광학 스택의 광학 부품 사이에 배치된다. 다른 실시형태에 있어서, 열전달층은 광학 스택의 인접 경계에서 광학 부품과 반사 판 사이에 배치된다. 본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 도광판의 추출 피쳐는 광학 스택의 인접 경계에서 반사 판에 에어 갭(air gap)을 통해 도광판으로부터 열을 전달하도록 구성된다.
본 발명의 양상에 있어서, 하우징은 예를 들면 울템 등의 실질적으로 단단한 성형가능 또는 기계화가능한 생물학적으로 적합한 재료로 이루어진다. 본 발명의 다른 양상에 있어서, 하우징의 내면은 광학 섬유에 접속된 소스의 파장 또는 파장들을 실질적으로 흡수하지 않는다. 본 발명의 다른 양상에 있어서, 하우징의 전체 또는 일부의 내면은 정반사성(specularly reflective) 또는 확산적인 반사성(diffusely reflective)이다. 본 발명의 일부 실시형태에 있어서, 내면의 전체 또는 일부는 광학 섬유에 의해 투과되는 광의 파장 또는 파장들의 확산적 반사성인 재료에 의해 코팅된다. 본 발명의 일부 실시형태에 있어서, 내면의 전체 또는 일부는 금 또는 다른 반사 재료로 이루어진 코팅을 갖는다. 본 발명의 일부 실시형태에 있어서, 광학 스택의 하나 또는 그 이상의 광학 부품의 측면 에지의 일부 또는 전체는 연마 또는 코팅된다.
본 발명의 양상에 의하면, 도광판 및/또는 광학 스택은 가능한 한 얇게 이루어진다. 광학 어셈블리의 두께를 감소시키는 것에 더하여 도광판 및/또는 광학 스택의 두께를 최소화 하는 것도 분산 이벤트(scattering event)의 수와 광학 섬유 원위 단부와 접촉면 사이의 광자의 평균 경로길이를 감소시켜서 광학 어셈블리의 효율이 향상된다.
본 발명은 목적, 즉 두께, 큰 광투과 접촉면 에리어, 표면 냉각, 및 조사의 균일성은 여기에 도시된 바와 같이 본 발명의 확산 광학 정책에 의해 만족된다. 광학 어셈블리와 광학 스택의 엘리먼트는 형상과 광학 및 열적 성능과 관련된 바람직한 품질의 조합을 달성하기 위해 새로운 방식으로 구성된다. 본 발명의 양상 및 장점은 이하의 실시형태의 상세한 설명으로부터 더 이해될 수 있다.
확산 광학 디자인은 특히 중요한 추가 장점이다. 광투과 접촉면으로부터의 출력은 Lambertian, 또는 거의 Lambertian, 즉 임의로 오리엔팅되고, 매우 발산되는 광선을 가진 것이 될 수 있다. 광선은 접촉면에서 직각으로 투과될 수 있고, 또는 접촉면에 거의 평행한 그레이징 앵글(grazing angle)을 포함하는 모든 앵글을 가질 수 있다. 역으로, 이전 섹션의 반사 광학 디자인은 예를 들면 거의 콜리메이트 빔, 발산 빔, 또는 다수의 약간 발산된 빔의 어레이 등의 더 높게 다이렉트되고, 더 적게 임의로 오리엔팅되는 광을 생성할 수 있다. 반사 디자인에 있어서, 여기서 전에 진술한 수학적 모델 계산의 콜리메이트 빔에 더 유사한 어레인지먼트(arrangement), 접촉면에 거의 직각인 방향으로 투과된다. 일반적으로, 확산 또는 Lambertian 빔과 같이 임의로 다이렉트되지 않는 콜리메이트된 또는 발산이나 수렴하는 빔은 광선 요법에 있어서 장점으로 보여진다. 이러한 빔은 용이하게 포커싱될 수 있고, 조직 내의 최대의 침투 깊이를 제공할 수 있다. 따라서, 이전 섹션의 반사 광학 디자인에 의해 생성된 바와 같은 콜리메이트된 또는 발산/수렴 빔 또는 빔들은 본 발명의 방법 및 장치에 의해 편도선과 다른 연부 조직의 치료에 적합하게 된다.
그러나, Lambertian 또는 확산 출력은 미리 인식되지 않는 장점을 갖는다. 본 발명에 있어서, 편도선은 2개의 광투과 접촉면 사이에 유지 및 압축될 수 있다. 유지된 편도선이 상기 표면의 에지를 넘어 연장되면 편도선의 1개 이상의 부분이 조사되지 않을 수 있다. 핸드피스가 조사되지 않는 편도선의 1개 이상의 부분에 재적용될 필요가 있거나, 더 바람직하게는, 전체 편도선을 치료하기에 충분히 큰 접촉면을 가진 광학 어셈블리를 가진 핸드피스가 사용된다.
그러나, 표면이 표면 사이에 유지되고 압축된 편도선의 에지를 넘어 연장된 접촉면이 충분히 크면, 예를 들면 비교적 작은 편도선이 조사의 하나의 애플리케이션을 가진 전체가 매우 큰 편도선을 치료하기 위해 충분히 큰 접촉면을 가진 광학 어셈블리를 구비한 핸드피스에 의해 유지되면, 작은 편도선은 접촉면 사이에 있지만 상기 표면과 접촉하지 않는 치료면 상의 점막 표면의 일부가 조사된다. 작은 편도선의 에지를 넘어 연장된 저촉면의 일부로부터 투과된 광은 상기 비접촉 편도선 점막 표면 부위에 충돌한다. 상기 편도선 점막 표면 부위가 접촉되지 않기 때문에 접촉면에 의해 냉각되지 않는다. 따라서, 더 큰 편도선에 적합한 광학 어셈블리를 가진 핸드패스에 유지된 더 작은 편도선의 비접촉 점막 표면 부위를 광이 가열할 가능성이 있다. 점막 표면에 대한 실제 손상이 발생하지 않도록 최초 글랜싱 앵글로 비접촉 점막 조직과 광이 교차할 수 있다. 그러나, 이러한 고려는 상이한 사이즈 범위의 편도선에 대하여 1개 이상의 접촉면 에리어를 가진 광학 어셈블리의 세트를 구비한 핸드피스를 사용하는 것이 바람직하지 않을 수 있다.
본 발명의 확산 광학 디자인은 다양한 디자인의 편도선을 치료하는 유익한 방법을 제공한다. 얼마간 떨어져 있는 Lambertian 소스로부터의 방사(radiation)에 대하여 노출된 조직은 콜리메이트된 소스에 노출된 조직보다 더 적은 광을 받는다. 콜리메이트된 소스에 의해 얼마간 떨어져 있는 조직 표면에서의 광의 밀도는 변경되지 않고, Lambertian 소스에 대해서는 광의 밀도가 거리의 제곱으로 감소된다. Lambertian 소스의 특성은 레이저 또는 다른 광원이 눈을 향해 우연히 다이렉트되는 경우에 눈의 손상을 방지하기 위해 피부병학을 위한 눈 보호 레이저의 발전에 사용된다. 그러나, 본 발명에 의하면, Lambertian, 거의 Lambertian, 또는 유사한 확산빔은 광투과 접촉면으로부터 떨어져 있는 조직이 광을 초과하지 않도록 조직의 계획적인 치료에 사용될 수 있다. 특히, 상기 접촉면이 작은 편도선의 치료 점막 표면을 넘어 연장된 각기 Lambertian, 거의 Lambertian, 또는 확산 출력에 의해 더 작은 편도선이 2개의 광투과 접촉면 사이에 유지되고 서서히 압축되면 2개의 접촉면의 연장 부분 사이의 공간에서의 광 밀도는 편도선의 치료 점막 표면에 충돌하기 전에 현저하게 떨어지게 되고, 이로 인해 높은 조사 전력이 사용되더라도 상기 표면의 잠재적인 원치않는 가열이 드물다.
따라서, 본 발명의 확산 광학 디자인은 광범위한 편도선 크기에 대한 치료를 제공하기 위한 다수의 광학 어셈블리에 대한 필요를 감소시키거나 제거하는 편도서 치료를 위한 방법 및 장치를 제공한다. 상기한 바와 같이, 조직 내의 광의 침투 깊이는 조직 표면에 보통의 광선을 가진 콜리메이트 빔을 사용함으로써 최대화된다. 그러나, 광의 광자는 편도선이 조직 내에 약 1mm 들어가는 약 (1-g)-1의 분산 이벤트 후에 원래 방향을 잃는다. 따라서, 확산 광학 디자인은 특히, 조사 중에 광투과 접촉 윈도우와 접촉하는 편도선 조직 표면에서의 광의 약간의 증가된 분산을 보상하기 위해 약간 향상된 냉각이 제공되면 반사 광학 디자인과 같이 접촉된 조직 내에서 유사한 결과에 의해 사용될 수 있다. 본 발명에 의한 편도선 조직의 냉각 필요 때문에 매우 적은, 예를 들면 약간의 냉각의 향상이 충분할 수 있다. 본 섹션에 있어서, 간략함을 위해 광학 디자인은 핸드피스가 2개의 원위 부분을 포함하는 것을 이해함으로써 단일 핸드피스 원위 부분과 관련된 광학 부품을 나타낸 것으로 도시되어 있다.
이하 설명되는 실시형태에 있어서, 장치의 광학 어셈블리는 광 확산 엘리먼트를 포함하고 이에 따라 장치는 확산 방사가 가능하게 된다. 또한, 광학 어셈블리 또는 광학 어셈블리의 광학 엘리먼트는 도광판을 횡단하는 광이 조직 표면에 거의 평행한 방향으로 도광판을 통해 전파되도록 측면에서 측면 광 입력면을 가진 도광판을 포함한다. 광 확산 엘리먼트는 추출 피쳐로부터 반사된 광이 거의 균일한 분포로 광투과 접촉면을 통해 투과되도록 도광판의 인접 표면 상에 추출 피쳐를 포함한다. 추출 피쳐는 도광판의 한쪽면 또는 양쪽면에 나타날 수 있다. 장치에는 도광판의 적어도 일부를 둘러싸는 하우징이 제공될 수 있다. 하우징은 도광판의 측면 광 입력면에 개구를 가질 수 있다.
이하 설명하는 실시형태의 이해로부터 다수의 다른 실시형태가 가능하다는 것이 자명하게 될 것이다.
제 1 실시형태
도 24a 및 도 24b는 본 발명의 장치의 간단한 제 1 실시형태의 개략도이다. 상세히 후술하는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서, 도광판의 원위면은 광투과 접촉면으로서 기능한다. 광학 엘리먼트는 도광판의 근위면에 인접한 에어 갭을 포함한다. 에어 갭은 광학 어셈블리 하우징의 내측면과 내저면에 의해 둘러싸인다.
도 24a는 광학 어셈블리의 원형 접촉면(611)을 나타낸다. 접촉면(611)은 장치 하우징(612)의 에지면(612e)과 플러싱(flushing)된다. 광학 섬유(609)는 커넥터(608)에 의해 하우징(612)에 대하여 발광 원위 단부에 또는 그 근방에 부착된다. 광학 섬유의 인접 단부는 레이저 또는 다른 광원(미도시)에 부착된다.
도 24b는 본 실시형태의 광학 스택과 하우징의 개략적 단면도이다. 하우징(612) 내부는 근위면(600a), 원위 또는 접촉면(611)을 가진 도광판(600)이다. 하우징(612)은 광학 섬유(609)로부터의 광의 입사를 위한 개구(612a)를 갖는다. 개구(612a)는 광학 섬유의 출력이 상기 도광판의 내측 입력면(600c)을 통해 도광판(600)으로 거의 투과되도록 배치된다. 하우징(612)은 도광판의 근위면(600a)과 내저면(612d) 사이에 작은 공간 또는 에어 갭(650)을 제공한다. 추출 피쳐(600e)는 상기 표면에 대하여 공간적으로 변하는 패턴 또는 분포로 도광판의 근위면(600a)의 전체 또는 일부에 적용된다. 도광판의 측면을 통해 광학 섬유로부터 투과된 광은 상기 광이 상기 도광판의 원위면으로부터 발광되도록 도광판 내에서 내부적으로 반사되고, 상기 도광판의 근위면 상의 추출 피쳐에 의해 분산된다. 하우징의 내저면(612d)과 내측면(612f)은 실질적으로 반사 재료에 의해 이루어지거나 코팅 또는 커버링된다.
광학 섬유의 출력면에 인접한 내측면(600c)을 제외한 도광판의 측면의 전체 또는 일부는 광학적으로 연마되거나 금으로 코팅되고, 또는 연마되지 않고 황산바륨 페인트 등의 확산 반사 물질에 의해 코팅된다. 내측면(600c)은 연마되거나 연마되지 않을 수 있지만 반사적이진 않다.
도광판 원위면(600b)으로부터 발광된 광은 거의 Lambertian, 즉 임의로 다이렉트되는 광선을 가진 것이다. 상기 표면에서의 조사는 거의 균일하다. 명확함을 위해, 도 24b는 광 가이드의 원위면 또는 접촉면으로부터 떨어진 조사 에리어(699)를 나타낸다. 도광판 원위면과 접촉하는 조직 표면 상의 조사 에리어(699)는 도광판 원위면과 실질적으로 동일한 형상 및 면적을 갖는다.
도광판(600)의 근위면(600a) 상의 추출 피쳐(600e)는 도 25a 및 도 25b의 개략도에 더 상세하게 도시되어 있다. 도 25a는 도광판의 근위면을 나타낸다. 광학 섬유(609) 출구면(exit face)(609b)은 도광판 내측면에 근접되어 있다. 도 24b의 타이틀드 뷰(titled view)는 도광판 측면 상의 광 입력 에리어(600c)를 나타낸다.
40e로 표시된 추출 피쳐는 도 25a 및 도 25b에서 명확함을 위해 확대되어 있고, 임의로 분포되어 있으며, 추출 피쳐의 실제 패턴 또는 크기를 묘사하는 것은 아니다. 광 분포의 높은 균일성과 높은 출력 효율을 가진 광학 어셈블리에 대응하는 추출 피쳐의 패턴 및 분포는 광학 스택의 외형과 광학 재료에 의존하고, 모든 장치의 광학 스택에 대하여 최선인 일반적인 패턴과 분포는 존재하지 않는다. 본 실시형태에 있어서의 도광판의 추출 피쳐는 상기 판의 근위면 상에 있다. 다른 실시형태에 있어서, 추출 피쳐는 상기 판의 근위면과 원위면 상에 있을 수 있다.
에어 갭(650)의 두께는 광원으로부터의 광의 파장 또는 파장들의 거의 2배보다 크고, 또는 도광판 근위면에서 TIR을 가능하게 하기에 충분하다.
제 1 실시형태의 양상은 도광판이 공기보다 높은 반사 지수를 가진 단단한 물질로 이루어진다는 것이다. 적합한 재료의 예는 유리, 용융 실리카, 석영, 아크릴, 및 사파이어를 포함한다. 바람직하게는, 도광판은 소정수의 개구(NA)의 광학 섬유로부터 발광된 광의 전체를 실질적으로 결합하기에 충분한 두께와 광 가이드 입력면으로부터의 거리를 갖는다. 바람직하게는, 도광판은 파손에 대한 만곡 강도와 저항도를 위해 요구되고, 광학 섬유로부터 발광된 광의 전체를 실질적으로 결합하기 위해 요구되는 것보다 실질적으로 더 두껍지 않다.
본 발명의 간단한 제 1 실시형태는 조직 표면과 열접촉하는 도광판에 의한 열의 전도에 의해 조직 표면을 수동적으로 냉각시키는 광학 어셈블리이다. 수동적 냉각 능력은 사파이어로 이루어진 도광판을 사용함으로써 향상될 수 있다. 사파이어는 58W/mK의 매우 높은 열전도율, 1200MPa의 높은 만곡 강도, 스크레칭에 대한 저항도(강도 1370 kg/mm2), 및 190nm으로부터 적외선으로의 매우 높은 투과로 인해 본 발명의 접촉 엘리먼트를 위해 매우 바람직한 재료이다. 사파이어가 도광판으로서 사용되면 이 물질의 강도는 약 4cm 직경까지의 발광면을 위해 사용될 거의 1mm의 최소 두께를 가능하게 하는 것으로 밝혀졌다.
사파이어는 몰딩될 수 없다. 그 강도로 인해 사파이어는 에칭에 대하여 비교적 내성을 갖는다. 추출 피쳐는 예를 들면 스크린 프린팅에 의해 확산 물질을 적용함으로써 만들어질 수도 있다. 적합한 확산 물질은 상기한 바와 같이 기계적 안정성을 제공하기 위한 다소의 바인더를 가진 반사성 물질의 포뮬레이션(formulation) 또는 페인트를 포함한다. 적합한 물질은 Duraflect, Spectraflect, 및 Labsphere 6080(Labsphere, North Sutton, NH) 등의 반사율 코팅을 위해 상업적으로 이용 가능한 황산바륨 페인트 또는 공개 방법에 따라 조제된 것을 포함한다.
도광판이 용융 실리카, 유리, 석영, 또는 아크릴이나 다른 투명한 플라스틱이면 추출 피쳐는 사파이어에 의한 케이스와 마찬가지로 스크린 프린팅에 의해 만들어질 수 있다. 대안으로서, 추출 피쳐는 에칭 또는 몰딩 프로세스에 의해 이러한 재료로 만들어질 수 있다. 몰딩은 볼륨에 있어서 저비용 프로세스이지만 실질적으로 밀리미터 스케일로 특성이 제한된다. 이러한 더 큰 스케일의 사용은 도광판의 크기와 형상에 따라 조사의 균일성을 제한할 수 있다. 에칭은 더 작고, 더 밀집되고, 더 복잡한 추출 피쳐의 생성을 수행할 수 있다. 용융 실리카, 유리, 플라스틱, 또는 석영으로 이루어진 도광판을 가진 제 1 실시형태의 광학 어셈블리는 사파이어보다 더 작은 크기라도 조직의 수동적 냉각을 제공한다. 이러한 모든 물질은 공기보다 더 높은 열전도율을 갖는다:석영은 7.5W/mK의 값, 용융 실리카는 1.4W/mK의 값, 유리는 0.51과 1.28W/mK 사이의 값, 및 폴리메틸메타크릴레이트는 거의 0.2W/mK의 값을 갖는다. 석영, 용융 실리카 및 유리는 가시광선과 적외선 근방에서 높은 투과성을 갖는다. 그러나, 이러한 물질에 의해 광 가이드의 두께는 파손을 방지하기에 충분하거나 거의 최소 2mm 이상이어야 한다. 플라스틱(아크릴, 폴리스티렌, 및 폴리카보네이트)은 거의 1100nm 또는 이보다 더 긴 파장에 의한 사용을 위해 덜 효율적인 거의 1100nm에서 시작하는 흡수 밴드를 갖는다. 플라스틱은 통상적으로 사파이어, 석영, 용융 실리카, 또는 유리보다 거의 1100nm 보다 더 짧은 가시광선 및 적외선 근방의 파장에서 낮은 투과율을 갖고, 도광판 재료로서의 사용은 광학 어셈블리에 대하여 비교적 열악한 효율을 나타낸다. 플라스틱의 비교적 낮은 열전도율(0.1 내지 0.3W/mK)로 인해, 플라스틱 도광판을 가진 제 1 실시형태의 시스템은 비교적 비효율적인 수동적 냉각을 제공한다. 열악한 효율과 열악한 냉각의 이유로 인해, 그리고 플라스틱 광학 부품이 고전력 광원에 의해 손상될 수 있기 때문에 플라스틱은 본 실시형태의 광학 어셈블리에 있어서 비교적 제한된 실용성을 갖는다. 더 바람직하게는, 도광판은 에칭되거나 몰딩된 추출 피쳐를 가진 유리, 용융 실리카, 석영, 또는 황산바륨 등의 반사성 물질을 포함하는 추출 피쳐가 적용된 사파이어이다.
제 1 실시형태의 장점은 수동적 냉각만을 요구하는 각막절제술 애플리케이션(phototherapeutic application)을 위한 간단함이다. 일부의 경우에 있어서, 제 1 실시형태의 광학 어셈블리는 수동적 냉각을 향상시키기 위해 사용 전에 얼음, 냉수, 또는 차가운 공기와 접촉하게 배치함으로써 미리 냉각될 수 있다.
제 2 실시형태
상세히 후술하는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서, 장치의 광학 엘리먼트는 도광판의 근위면에 인접한 에어 갭을 포함한다. 에어 갭은 광학 어셈블리 하우징의 내측면과 내저면에 의해 둘러싸여 있다. 광학 엘리먼트도 도광판의 원위면에 인접한 냉각층을 포함한다. 접촉 윈도우는 광학 어셈블리의 광투과 접촉면으로서 기능하는 노출된 원위면과 냉각 챔버에 인접한 근위면을 갖는다.
도 26a 및 도 26b는 능동 냉각 능력을 포함하는 본 발명의 실시형태의 개략도이다. 도 5a는 접촉 윈도우의 원형 광투과 원위면(611)을 나타낸다. 접촉면(611)은 장치 하우징(612)의 에지면(612e)과 플러싱된다. 광학 섬유(609)는 커넥터(608)를 가진 하우징(612)에 대하여 발광 원위 단부 또는 그 근방에 부착된다. 광학 섬유의 인접 단부는 레이저 또는 다른 광원(미도시)에 부착된다. 장치도 커넥터를 튜빙(tubing)하는 입구(605a)와 출구(605b)를 가진 하우징에 접속된 냉각 유체의 유동을 위한 입구(610a) 및 출구(610b) 라인을 갖는다. 냉각수 라인의 다른 단부는 냉각 장치(미도시)에 접속된다. 냉각 장치는 냉각 유체 저장소를 가진 재순환 칠러(recirculating chiller) 또는 냉기 생성 장치가 될 수 있다.
도 26b는 본 실시형태의 광학 스택과 하우징의 개략적 단면도이다. 하우징(612) 내부에는 도광판(600), 냉각층(630), 및 접촉 윈도우(670)가 있다. 도광판(600)은 근위면(600a)과 원위면(600b)을 갖는다. 하우징(612)은 광학 섬유(609)로부터의 광의 입사를 위한 개구(612a)를 갖는다. 개구(612a)는 광학 섬유의 출력이 상기 도광판의 내측면(600c)을 통해 도광판(600)으로 실질적으로 투과되도록 배치된다. 냉각수가 냉각층(630)으로 및 냉각층(630)으로부터 유동하도록 냉각수 유동 튜브를 위해 하우징 내에 개구가 배치된다. 입구 개구(612b)가 도시되어 있다. 하우징은 도광판의 내저면(612d)과 근위면(600a) 사이에 에어 갭(650) 또는 작은 공간을 제공한다. 접촉 윈도우(670)는 냉각층(630) 내의 냉각수와 접촉하는 근위면(670a)과 원위 접촉면(611)을 갖는다. 추출 피쳐(600e)는 상기 표면 상에 공간적으로 변경될 수 있는 패턴 또는 분포로 도광판의 근위면의 전체 또는 일부에 적용된다. 도광판의 내측면을 통해 광학 섬유로부터 투과된 광은 상기 광이 상기 도광판의 원위면으로부터 실질적으로 투과되도록 도광판 내에서 내부적으로 반사되고, 상기 도광판의 근위면 상의 추출 피쳐에 의해 분산된다. 하우징의 내저면(612d)과 내측면(612f)은 실질적으로 분산 물질로 이루어지거나 코팅 또는 커버링된다.
냉각층(630)으로 유동하는 냉각수는 접촉 윈도우를 냉각시키고, 상기 윈도우와 접촉하는 조직으로부터 열을 추출한다. 또한, 냉각수 유동은 하우징 내면을 포함하는 반사면과 광학 엘리먼트에 의한 광의 흡수와 내부 분산으로부터 야기되는 장치의 다른 부품의 모든 가열을 감소시킬 수 있다. 본 발명의 본 실시형태의 양상에 있어서, 유체는 냉각수 챔버를 통해 투과되는 광을 거의 흡수하지 않는다. 본 실시형태의 다른 양상에 있어서, 유체는 냉각수 챔버를 통해 투과된 광의 거의 25%보다 적은 광을 흡수한다. 바람직하게는, 유체는 상기 광의 거의 10%보다 적은 광을 흡수한다. 가장 바람직하게는, 유체는 상기 광의 거의 5% 이하를 흡수한다. 적합한 유체의 예는 광원 파장 또는 파장들에 따라 물, 염수, Fluorinert™(3M, Minneapolis, MN) 등의 과불화탄소, 및 공기를 포함한다. 예를 들면, 물이 냉각수층 두께에 대하여 5 또는 10%보다 큰 흡수를 갖는 파장 영역에서 더 바람직한 냉각 유체는 과불화탄소 또는 공기가 될 수 있다. 광학 어셈블리의 냉각 능력은 유체의 열전달 특성, 유체의 온도, 냉각층 내의 유체의 유동 속도에 의해 결정된다.
접촉 윈도우 원위면(611)으로부터 투과된 광은 실질적으로 Lambertian, 즉 임의로 다이렉트되는 광선이다. 상기 표면에서의 조사는 실질적으로 균일하다. 접촉 윈도우 원위면과 접촉하는 조직 표면 상에 조사된 스팟(699)은 실질적으로 접촉 윈도우와 동일한 형상과 면적이다.
본 실시형태의 다른 양상은 접촉 윈도우가 광학 섬유에 접속된 광원에 대하여 실질적으로 투명한 단단한 물질로 이루어지는 것이다. 접촉 윈도우에 적합한 물질의 예는 용융 실리카, 석영, 유리, 아크릴, 및 사파이어를 포함한다. 바람직하게는, 접촉 윈도우 물질은 높은 열전도율에 알맞게 된다. 접촉 윈도우 물질은 석영, 용융 실리카, 유리, 또는 사피이어가 될 수 있다. 바람직한 접촉 윈도우 물질은 높은 열전도율과 높은 만곡 강도를 갖는다. 가장 바람직하게는, 접촉 윈도우 물질은 사파이어이다.
본 발명의 양상에 있어서, 하우징의 내면은 광학 섬유에 접속된 소스의 광을 실질적으로 흡수하지 않는다. 본 발명의 바람직한 양상에 있어서, 내면의 전체 또는 일부는 광학 섬유에 의해 투과된 광의 파장 또는 파장들의 높은 반사성인 물질로 코팅된다.
제 2 실시형태의 양상은 도광판이 냉각 유체보다 높은 반사 지수를 가진 물질로 이루어지는 것이다. 적합한 물질의 예는 냉각 유체에 따라 용융 실리카, 석영, 아크릴, 및 사파이어를 포함한다. 바람직하게는, 도광판은 소정 NA의 광 섬유로부터 발광된 광의 전체를 실질적으로 결합하기에 충분한 두께와 광 가이드 입력면으로부터의 거리를 갖는다. 바람직하게는, 도광판은 손상에 대한 저항도와 만곡 강도를 위해 필요한 것과 광학 섬유로부터 발광된 광의 전부를 실질적으로 결합하기 위해 필요한 것보다 실질적으로 더 두껍지 않다. 접촉 윈도우가 사파이어이면 석영, 용융 실리카, 또는 유리로 이루어진 도광판은 상기 윈도우에 의한 손상으로부터 보호될 수 있고, 상기 도광판의 두께는 도광판이 노출된 제 1 실시형태에 비하여 감소될 수 있다.
제 2 실시형태의 사파이어 도광판은 추출 피쳐가 적용되고, 석영, 실리카, 아크릴 또는 유리 광 가이드는 제 1 실시형태의 경우에서 설명한 바와 같이 몰딩되고 에칭된 특성이 적용된다. 제 1 실시형태에서와 마찬가지로 에어 갭(650)의 두께는 광원으로부터의 광의 파장 또는 파장들의 거의 2배보다 더 크고, 또는 도광판 근위면에서 TIR를 가능하게 하기에 충분하다.
본 실시형태에 있어서, 도광판과 광학 스택의 두께가 최소화된다. 도광판 두께는 강도 요구에 의한 접촉 윈도우와 광원과의 결합 효율에 의해 결정된다. 냉각층은 물, 과불화탄소, 또는 공기에 의한 냉각을 위해 거의 1mm의 두께가 될 수 있다.
제 3 실시형태
상세히 후술하는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서, 광학 엘리먼트는 도광판의 근위면에 인접한 제 1 에어 갭을 포함한다. 제 1 에어 갭은 광학 어셈블리 하우징의 내측면과 내저면에 의해 둘러싸여 있다. 광학 엘리먼트는 도광판의 원위면과 냉각수층 윈도우의 근위면 사이에 제 2 에어 갭을 더 포함한다. 냉각수층은 냉각수층 윈도우와 접촉 윈도우의 근위면 사이에 있다. 노출된 원위 접촉면은 광투과 접촉면으로서 기능한다.
도 27은 본 발명의 제 3 실시형태의 광학 스택과 하우징의 개략적인 단면도이다. 제 2 실시형태와 마찬가지로 제 3 실시형태는 능동 냉각 능력을 갖지만 광학 스택은 광학 스택 내에서의 분산을 감소시키기 위해 냉각층 윈도우와 도광판 사이에 최소 에어 갭을 갖고 이에 따라 거의 동일 두께를 갖는 제 2 실시형태의 광학 스택에 비해 효율이 향상된다.
하우징(612) 내부에는 도광판(600), 냉각층 윈도우(680), 냉각층(630), 및 접촉 윈도우(660)가 있다. 도광판(600)은 근위면(600a)과 원위면(600b)을 갖는다. 하우징(612)은 광학 섬유(609)로부터의 광의 입사를 위한 개구(612a)를 갖는다. 개구(612a)는 광학 섬유의 출력이 상기 도광판의 내측면 상의 입력 에리어(600c)를 통해 도광판(600)으로 실질적으로 투과되도록 배치된다. 냉각수가 냉각층(630)으로 및 냉각층(630)으로부터 유동하도록 냉각수 유동 튜브를 위해 하우징 내에 개구가 배치된다. 입구 개구(612b)가 도시되어 있다. 하우징은 도광판의 내저면(612d)과 근위면(600a) 사이에 제 1 에어 갭(650) 또는 작은 공간을 제공한다. 냉각층 윈도우(680)는 냉각층(630) 내의 냉각 유체와 접촉하는 원위면(680b)과, 공기와 접촉하는 근위면(680a)을 갖는다. 냉각층 윈도우 근위면(680a)은 2 미크론 이상의 두께 또는 광원의 파장이나 파장들의 적어도 2배의 제 2 에어 갭(685) 또는 공간에 의해 도광판 원위면(600b)로부터 분리된다. 접촉 윈도우(660)는 냉각층(630) 내의 냉각수와 접촉하는 근위면(660a)과 원위 접촉면(611)을 갖는다. 추출 피쳐(600e)는, 상기한 바와 같이, 도광판의 근위면(600a)의 전체 또는 일부에 물질의 적용이나 제거 또는 몰딩에 의해 형성된다. 도광판의 내측면을 통해 광학 섬유로부터 투과된 광은 도광판 근위면(600a)과 원위면(600b)에 실질적으로 평행한 방향으로 도광판 내에서 TIR에 의해 전파된다. TIR은 광이 상기 도광판의 원위면(600b)으로부터 분산 및 발광되도록 상기 도광판의 근위면 상의 추출 피쳐(600e)에 의해 부분적으로 분열된다. 상기 발광된 광은 제 2 에어 갭(685), 냉각층 윈도우(680), 냉각층(630), 및 접촉 윈도우(660)을 통해 전파되어 접촉 윈도우와 접촉하는 조직 표면 상의 에리어(699)를 조사한다. 하우징의 내저면(612d)과 내측면(612f)은 실질적으로 반사성 물질에 의해 이루어지거나 코팅 또는 커버링된다. 접촉 윈도우와 냉각수 윈도우의 측면의 전체 또는 일부는 확산 또는 정상적인 반사성 물질에 의해 코팅 또는 커버링될 수 있다. 내측면을 제외한 도광판 측면의 전체 또는 일부는 확산 또는 정상적인 반사성 물질에 의해 코팅 또는 커버링될 수 있다.
본 발명의 이 실시형태의 양상에서, 유체는 냉각 층을 통해 투과되는 광에 대체로 투명하다. 이 실시형태의 다른 양상에서, 유체는 냉각 층을 통해 투과되는 광의 대략 20% 이하를 흡수한다. 바람직하게는, 유체는 상기 광의 대략 10% 이하를 흡수한다. 가장 바람직하게는, 유체는 상기 광의 대략 5% 이하를 흡수한다. 적절한 유체의 실시예는 광원의 파장에 따라 물, 염분, 퍼플루오루카본(perfluorocarbon), 및 에어를 포함한다.
제 3 실시형태의 양상은 도광판이 에어보다 높은 지수의 굴절률을 갖는 재료로 이루어지는 것이다. 적절한 재료의 실시예는 용융 실리카, 석영, 아크릴, 및 사파이어를 포함한다. 바람직하게는, 도광판은 광 가이드 투입면으로부터 정해진 NA와 거리의 광섬유로부터 방사된 대체로 모든 광을 결합하기에 충분한 두께를 갖는다. 바람직하게는, 도광판은 굽힘 강도와 파손에 저항과 광섬유로부터 방사된 모든 광을 결합하기에 필요한 것보다 대체로 두껍지 않다. 접촉 윈도우 및/또는 냉각 층 윈도우가 사파이어, 석영으로 이루어진 도광판, 용융 실리카, 또는 유리이면 상기 윈도우에 의해 손상으로부터 보호될 수 있어 상기 도광판의 두께가 감소될 수 있다.
접촉 윈도우 원위면(611)으로부터 투과된 광은 대체로 램버트(Lambertian), 즉 랜덤하게 다이렉트된 광선이다. 상기 표면에서 방사조도는 대체로 균일하다. 접촉 윈도우 원위면과 접촉하는 조직 표면에서 조사된 영역(699)은 대체로 접촉면으로서 같은 형상과 에리어이다.
본 발명의 이 실시형태의 양상에서, 도광판에서 추출 피쳐의 패턴이나 분포는 접촉 윈도우의 원위면에서 대체로 균일한 방사조도를 발생하기 위해 선택된다. 본 발명의 이 실시형태의 다른 양상에서, 추출 피쳐의 패턴이나 분포는 접촉 윈도우의 원위면에 높은 전도율과 대체로 균일한 방사조도를 생성하기 위해 선택된다. 바람직하게는, 전도율은 50% 이상이다. 가장 바람직하게는, 전도율은 80% 이상이다. 바람직하게는, 접촉 윈도우의 원위면에 방사조도는 대략 +25% ~ -25% 또는 더 좋은 균일성을 갖는다. 가장 바람직하게는, 상기 방사조도는 대략 +10% ~ -10% 또는 더 좋은 균일성을 갖는다.
제 4 실시형태
본 발명의 제 4 실시형태에서, 냉각 층은 도광판의 근위면과 하우징의 내면 사이에 배치될 수 있다. 특히, 냉각 층은 도광판의 근위면에 인접하고, 베이스 내면과 광학 어셈블리 하우징의 내면에 둘러싸인다. 본 발명의 이 실시형태의 이점은 도광판도 접촉 윈도우이어서 광학 적층의 두께는 능동 냉각을 제공하는 동안 감소된다. 광학 적층의 두께를 감소하는 것은 내부 산란을 줄이고 전도율을 증가시킬뿐만 아니라 장치를 유리하게 얇게 한다. 이 실시형태에서, 도광판의 원위면은 광투과 접촉면으로서 제공한다.
도 28은 이 실시형태의 하우징과 광학 적층의 개략적인 단면도이다. 하우징(612) 내부에서의 도광판(600)과 냉각 층(630)이다. 도광판(600)은 근위면(600a)과 원위면(600b)을 갖는다. 하우징(612)은 광섬유(609)로부터 광의 진입을 위한 개구부(612a)를 갖는다. 개구부(612a)는 광섬유의 출력이 상기 도광판의 내부 투입면(60℃)을 통해 도광판(600)에 대체로 투과되도록 위치된다. 냉각수 유관을 위한 하우징의 개구부는 냉각수가 냉각 층(630)으로 플로잉하도록 위치된다. 입구 개구부(612c)가 도시된다. 추출 피쳐(600e)는 상기 표면에 걸쳐 공간적으로 변화하는 패턴이나 분포로 도광판의 근위면(600a)의 모두 또는 전체에 어플라이된다. 도광판의 측면을 통해 광섬유로부터 투과되는 광은 도광판 내에 TIR에 의해 횡으로 전파되고, 상기 도광판의 근위면에 추출 피쳐에 의해 스케터링되어 상기 광이 상기 도광판의 원위 또는 접촉면(611)으로부터 대체로 방사된다. 하우징의 베이스 내면(612d)과 내면(612f)은 코팅되거나, 커버링되거나, 대체로 반사 재료로 이루어진다. 접촉 윈도우 원위면과 접촉하는 조직 표면에 조사된 스폿(699)은 접촉 윈도우와 같이 대체로 같은 형상과 에리어이다.
본 발명의 이 제 3 실시형태의 양상에서, 냉각제 유체는 냉각수 챔버를 통해 투과되는 광에 대체로 투명하다. 유체는 액체나 가스일 수 있다. 이 실시형태의 다른 양상에서, 광학 어셈블리를 통해 투과되는 광의 대략 20% 이하를 흡수한다. 바람직하게는, 유체는 상기 광의 대략 10% 이하를 흡수한다. 적절한 유체의 실시예는 광원의 파장에 따라 물, 염분, 퍼플루오루카본, 에어, 또는 질소 가스를 포함한다.
본 실시형태의 양상은 도광판이 냉각 챔버에서 냉각제 유체보다 높은 지수의 굴절률을 갖는 재료로 이루어진다. 적절한 재료의 실시예는 용융 실리카, 석영, 아크릴, 및 사파이어를 포함한다. 도광판은 광섬유로부터 방사된 대체로 모든 광을 결합하기에 충분한 두께를 가질 수 있다. 바람직하게는, 도광판은 광섬유로부터 방사된 대체로 모든 광을 결합하고, 강도에 대한 요구보다 대체로 두껍지 않다. 바람직하게는, 도광판 재료는 높은 열전도도에 적절하다. 도광판의 이점은 사파이어이고, 도광판의 추출 피쳐는 냉각 층의 유체에 저항하는 착색한 페인트나 안료의 형태로 어플라이되는 확산 재료이다. 예를 들면, 확산 재료는 Duraflect 코팅 재료(Labsphere, North Sutton, NH)의 형태로 어플라이되는 황산 바륨이고, 냉각 유체는 소스 파장에 따라 물, 염분, 퍼플루오루카본, 에어, 또는 질소 가스이다. 확산 재료는, 이점의 냉각 유체가 에어 또는 질소 가스인 경우에 플로잉 액체에 크게 저항하지 않는 형태, 예를 들면 Labsphere 6080 코팅 재료(Labsphere, North Sutton, NH)의 형태로 어플라이되는 황산 바륨 페인일 수 있다. 다른 이점의 도광판 재료는 석영, 용융 실리카, 또는 유리이고, 추출 피쳐는 재료의 어플리케이션이나 제거 또는 몰딩에 의해 형성된다. 추출 피쳐가 에칭이나 몰딩에 의해 형성되면, 도광판은 냉각 층에서 플로잉 액체나 가스에 노출될 수 있다. 석영, 용융 실리카, 또는 유리 도광판은 충분한 두께이고 파손에 적절한 저항을 제공한다. 본 발명의 본 실시형태는 미립자 불순물의 대체로 프리 냉각 유체를 요구하고, 도광판의 추출 피쳐의 오염을 최소화하는 여과 시스템을 포함할 수도 있다.
본 발명의 이 실시형태의 다른 양상에서, 추출 피쳐의 패턴이나 분포는 도광판의 원위면(611)에서 높은 전도율과 대체로 균일한 방사조도를 생성하기 위해 선택된다.
제 5 실시형태
본 발명의 제 5 실시형태에서, 반사판은 냉각 층과 도광판의 근위면 사이에 배치된다. 특히, 냉각 층은 광학 어셈블리 하우징의 베이스 내면과 내면, 및 반사판에 의해 둘러싸인다. 반사판과 추출 공간은 냉각 층과 도광판의 근위면 사이에 제공된다. 추출 공간은 도광판의 근위면에 인접한다. 이 반사판의 이점은 도광판 근위면에 추출 피쳐가 냉각 층의 플로잉 냉각수와 오염이나 반응에 의해 부식이나 용해로부터 보호되는 것이다. 반사판의 더 이점은 냉각 층이 광학 적층의 일부가 아니고 광에 노출되지 않는 것이다. 그러므로, 냉각제 유체는 광섬유로부터 방사되는 파장의 대체로 투명한 광인 가스나 용액에 한정되지 않는다. 결과적으로, 그 우수한 열 전달 능력, 낮은 비용, 및 생체적합성 때문에 유리한 냉각제 유체인 물은 물에 의해 광의 실질적 흡수되는 파장에서도 본 발명의 이 실시형태에 사용될 수 있다. 이 실시형태에서, 도광판의 원위면은 광 투과 접촉면으로서 제공한다.
도 29는 제 5 실시형태의 하우징과 광학 적층의 개략적인 단면도이다. 하우징(612) 내부에서의 도광판(600)과 냉각 층(630)이다. 도광판(600)은 근위면(600a)과 원위면(611)을 갖는다. 얇은 반사판(691)은 인접해서 배치되지만 도광판의 근위면(600a)과 접촉하지 않는다. 추출 공간(695)은 도광판(600)과 반사판(691) 사이에 제공된다. 추출 공간(695)은 적어도 2㎛의 두께이거나 적어도 광원의 파장의 2배이다. 하우징(612)은 광섬유(609)로부터 광의 진입을 위한 개구부(612a)를 갖는다. 개구부(612a)가 배치되어 광섬유의 출력이 상기 도광판의 내부 투입면(60℃)을 통해 도광판(600)에 대체로 투과된다. 냉각수 유관을 위한 하우징의 개구부가 배치되어 냉각수가 냉각 층(630)으로 플로잉한다. 입구 개구부(612b)가 도시된다. 추출 피쳐(600e)는 상기 표면에 걸쳐 공간적으로 변화하는 패턴이나 분포로 도광판의 근위면(600a)의 전체 또는 부분에 어플라이된다. 도광판의 측면을 통해 광섬유로부터 투과되는 상기 광이 도광판 내에 TIR에 의해 횡으로 전파되고, 상기 도광판의 근위면에 추출 피쳐(600e)에 의해 스케터링되어 상기 광이 상기 도광판의 원위 또는 접촉면(611)으로부터 대체로 투과된다. 하우징의 베이스 내면(612d)과 내면(612f)은 코팅되고, 커버링되고, 또는 대체로 비흡수 재료로 이루어진다. 접촉 윈도우 원위면과 접촉하는 조직 표면에 조사된 스폿(699)은 접촉 윈도우로서 대체로 같은 형상과 에리어이다.
본 발명의 제 5 실시형태의 다른 양상에서, 추출 공간(695)은 광섬유에 의해 투과되는 광에 대체로 투명하고, 도광판보다 낮은 굴절률을 갖는 에어, 가스, 또는 액체의 대체로 정적인 양을 포함할 수 있다. 높은 열전도도를 갖는 액체, 예를 들면 퍼플루오루카본(Fluorinert™, 3M, Minneapolis MN)을 포함하는 추출 공간에 대한 이점이다. 바람직하게는, 퍼플루오루카본은 다른 것들 중에서 Fluorinert™ FC-43 또는 FC-70 등의 실내 온도 훨씬 이상의 끓는점과 비교적 낮은 증기압을 갖는다. Fluorinert™은 통상적으로 10℃ 온도 증가마다 1%의 볼륨이 증가한다. 이 실시형태의 양상은 얇은 반사판(691)이 금속성이고 충분히 얇아 추출 공간(695)에 유체의 온도로 볼륨에 변화에 대해 제공한다. 접촉면에서 얼음 생성이나 조직 프리징을 방지하기 위해 요구된 대략 최소 온도인 2℃에서 유체의 냉각 층에서 순환은 대략 20℃에 의해 실내 온도에서 원래 실내 온도의 추출 공간(695)에서 정적 유체의 온도를 줄인다. 얇은 금속 반사판의 유연성은 추출 공간 내의 왜곡과 가능한 버블 형성 없이 액체 체적에서 대략 2% 변화로 적절하게 채용될 수 있다. 반사판은 추출층과 접촉하여 그 표면의 전체 또는 일부의 확산의 반사 재료로 폴리싱(polishe)되거나 코팅될 수 있다.
본 실시형태의 양상은 도광판이 추출 공간(695) 내에 재료보다 높은 지수의 굴절률을 갖는 재료로 이루어진다는 것이다. 적절한 재료의 실시예 용융 실리카, 석영, 아크릴, 및 사파이어를 포함한다. 도광판은 추출 피쳐가 어플라이된 사파이어, 석영, 에칭되거나 몰딩되는 추출 피쳐의 용융 실리카나 유리일 수 있다. 추출 공간과 도광판의 유체의 굴절 지수 사이의 차이가 비교적 작을 때, 예를 들면 유체 Fluorinert이고 도광판이 에칭된 석영, 용융 실리카나 유리이면, 에칭된 피쳐는 충분한 깊이로 만들어져 효과적으로 스캐터링(scatter)하고 도광판으로부터 광을 추출한다.
본 발명의 이 제 5 실시형태의 양상에서, 추출 피쳐의 패턴이나 분포는 도광판의 원위면에서 대체로 균일한 방사조도를 생성하도록 선택된다. 본 발명의 이 실시형태의 다른 양상에서, 추출 피쳐의 패턴이나 분포는 이미 규정된 바와 같이 도광판의 원위면에 높은 전도율과 대체로 균일한 방사조도를 생성하기 위해 선택된다.
본 실시형태는 최소의 두께에 대해 광학 적층에서 광학 엘리먼트만 포함하므로, 광학 적층의 외부에 냉각 층을 가져 냉각 유체에 의해 광흡수를 제거하고 냉각수로서 물을 사용하게 하고, 우수한 냉각 능력을 위해 높은 열전도도를 갖는 요소로 구성될 수 있는 다수의 이점을 갖는다.
제 6 실시형태
아래에 상세하게 기재되는 바와 같이, 이 실시형태에서 광학 엘리먼트는 광학 어셈블리 하우징의 베이스 내면과 내면에 의해 둘러싸이는 냉각 층을 포함한다. 광학 엘리먼트는 냉각수 챔버와 도광판 사이의 반사판을 더 포함한다. 반사판은 도광판의 근위면에 추출 피쳐와 접촉하는 면을 갖는다. 광학 엘리먼트는 반사판, 도광판의 근위면, 및 추출 피쳐에 의해 둘러싸인 1개 이상의 추출 공간을 여전히 더 포함한다.
제 6 실시형태에서, 반사판(691)은 도광판 근위면의 추출 피쳐와 열접촉한다. 추출 피쳐는 소스 파장의 대체로 높은 열전도도와 대체로 높은 반사율 양쪽의 재료를 포함한다. 추출 피쳐는 추출 공간에서 유체없이 도광판으로부터 냉각수 챔버에 효과적인 열 전달을 제공하는 반사판과 열접촉한다. 바람직하게는, 반사판(691)은 금속으로 이루어진다. 바람직하게는, 반사판은 폴리싱되고, 추출 피쳐와 접촉하는 면에 확산 반사성 코팅을 갖는다. 가장 바람직하게는, 반사판은 우수한 열 접촉을 위해 추출 피쳐와 접촉하는 면에 확산 반사성 코팅을 갖는다.
도 30a 및 도 30b는 이 실시형태의 개략적인 도면이다. 도 30a에서, 도광판(600)의 근위면(600a)의 추출 피쳐(600e)는 반사판과 접촉한다. 도 30b에서 추출 피쳐(600e)는 반사판(691)의 코팅(691a)과 접촉한다.
본 발명의 제 6 실시형태에 의하면, 추출 피쳐는 도광판에서 TIR을 방지와 도광판에서 반사판을 통한 냉각수층으로부터 열의 투과 양쪽의 목적을 제공한다. 이 실시형태의 이점은 추출 공간(695)에서 포함되어야 하는 어떤 액체도 없어 광학 적층 외부의 냉각제 유체와 접촉 윈도우 사이의 우수한 열 전달을 달성한다. 스크린 프린팅에 의해 어플라이된 페인트로서 어플라이된 재료로 형성되는 추출 피쳐는 반사판이 도트의 상면과 접촉할 때 적어도 2 마이크론의 광 가이드 근위면(600a)과 반사판 사이의 에어 갭을 제공하기에 보다 충분한 수십~수백 마이크론의 차수의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 이 실시형태의 중용한 양상은 추출 피쳐의 열 특성이다. 추출 피쳐의 생성에 사용되는 공식은 통상적으로 반사 재료, 바인더, 및 솔벤트로 구성된다. 솔벤트는 반사 재료와 바인더로 구성되는 피쳐의 프린티드 어레이를 리빙해서 공식 건조로서 증발할 것이다. 이 실시형태에서, 반사 물질은 광원의 파장에서 대체로 반사적이고, 열전도도를 갖는 물질은 추출 공간 [0.024W/(mK)]에서 대체로 서라운딩 에어보다 크다. 실시예는 황산 바륨, 이산화티타늄, 및 이산화지르코늄을 포함한다. 반사 물질은 대략 90% 이상의 반사율을 가질 수 있다. 더 높은 열전도도는 보다 이점이다.
제 7 실시형태
본 발명의 이 실시형태에서, 광학 어셈블리는 더 다이렉트된 방법으로 광을 방출하도록 채용된다. 특정 어플리케이션에 사용될 수 있는 이 실시형태의 이점은 더 콜리메이트되거나 다이렉트된 광이 조직으로 더 큰 관통의 깊이를 가질 수 있는 것이다.
도 31은 제 7 실시형태의 개략적인 도면이다. 이 도면은 도 7과 유사하고, 제 5 실시형태와 유사한 이 실시형태의 피쳐의 간결함을 위해 부여된 동일한 부호와 그들의 묘사는 여기에 반복되지 않는다. 실시형태의 새로운 양상은 도 31에 도시된 광투과면(611)의 콜리메이팅 피쳐(693)이다. 포커싱 피쳐는 일련의 리지, 그루브, 렌즈 배치 등일 수 있고, 투과된 광을 포커싱하고 발산하지 않게 한다. 이 실시형태에서, 도광판의 원위면의 포커싱 피쳐는 광투과 접촉면으로서 제공한다.
대안으로, 포커싱 피쳐는 그리드 엘리먼트, 리지, 그루부, 렌즈렛 배치 등의 형태일 수 있고, 그들의 피쳐를 갖지 않는 광 투과 접촉면에 부착된다.
어느 경우에나 포커싱 피쳐가 광학 어셈블리의 엘리먼트의 일부이거나 그리드 엘리먼트의 일부이든지 피쳐가 광투과 접촉면의 전체 또는 일부에 걸쳐 배치될 수 있다. 예를 들면, 피쳐가 접촉면의 중앙 근처에 배치될 수 있어 접촉면의 나머지로부터 투과된 광이 여전히 램버트이거나 거의 램버트이다.
크로모포어 엘리먼트
수학적 모형 레이저-조직 상호 작용 계산은, 여기에 기재된 바와 같이 본 발명에 의해 혈기와 섬유증에 대응하는 다양한 구성으로 편도선적출 절차에서 제거되는 사이즈 범위의 편도선이 몇 분 이하의 방사 기간에 열상에 대한 목표 온도로 가열될 수 있는 것으로 이미 기재되었다. 일반적으로, 방사 기간을 포함하는 전체 동작 시간을 가능한 한 줄이는 것이 바람직하다. 추가 개량으로서의 이 목적으로, 본 발명은 방사 전에 편도선 조직에서 삽입되고 치료가 완료된 후에 제거되는 크로모포어 엘리먼트를 갖는 실시형태를 포함한다. 이 크로모포어 엘리먼트도 후술되는 바와 같이, 조직에서 열 분포를 유리하게 수정할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 그리드 엘리먼트(706)는 도 32에 개략적으로 도시된 바와 같이, 요소로서 광 흡수 크로모포어로 이루어지거나 함께 부착된 니들(731)을 갖는다. 이들 니들은 본 발명의 크로모포어 엘리먼트이고, 근위 단부(733)와 말단부(732)를 갖는다. 어떤 수의 크로모포어 니들 엘리먼트도 사용될 수 있고 단일 그리드 엘리먼트에 센서 니들과 함께 결합될 수 있다. 대체로 광을 반사하는 표면을 갖는 크로모포어 니들의 근위 단부(733)에 대한 이점이다. 예를 들면, 크로모포어 니들의 근위 단부는 광을 반사해서 상기 니들 근위 단부와 접촉해서 편도선 조직의 점막 표면이 상기 근위 단부에 의해 열적으로 상처를 입지 않는다. 크로모포어 니들의 근위 단부를 반사하는 것은 적어도 점막 표면 두께만큼 길거나 대략 200㎛ 길이일 것이다. 점막 표면 두께, 예를 들면 대략 0.5㎜ 또는 1㎜ 길이보다 긴 근위 단부를 반사하기 위한 보다 큰 이점이다.
도 33은 편도선적출에서 제거되는 평균 사이즈의 편도선에 대한 모델 계산의 결과를 도시한다. 이들의 계산에서, 접촉 엘리먼트는 2.0㎝의 두께에 대응할 때 14g 편도선의 대략 전체 직경에 대응하는 2.6㎝ 직경이다. 모델에서, 4㎜ 에지 길이를 갖는 큐빅 패턴의 21 크로모포어 니들이 있다. 각 크로모포어 니들은 1㎜직경이다. 또한 이 실시예에서, 크로모포어 니들은 각각 10㎜ 길이이고, 말단부에 광 흡수 크로모포어 코팅, 근위 단부에 광 반사 코팅을 갖는다. 모델 계산에서, 크로모포어에 의해 코팅되는 말단부의 길이는 5 ~ 8㎜로 변화된다. 광은 편도선 조직과 크로모포어 니들의 원위면, 특히 광 흡수 크로모포어로 코팅되는 표면 부분 양쪽에 의해 흡수된다. 크로모포어 흡수 계수는 이들 계산에서 1000㎝-1이다. 니들 말단부의 깊이의 편도선 조직은 방사 시간이 크로모포어 니들의 열적 이완 시간보다 큰 크기의 순서이기 때문에 방사 동안 니들 사이의 영역에서 가열된다. τ이 열 확산이고, d는 직경인 표현 tr = d2/16τ는 실린더에 대한 열적 이완 시간을 준다. 스테인리스 스틸로 이루어지면, 직경 200 마이크론, 500 마이크론, 또는 1㎜의 원통 니들에 대한 각각의 열적 이완 시간은 0.6, 3.8, 및 15㎳이다. 니들이 티타늄으로 이루어지면, 각각의 열적 이완 시간은 0.3, 1.8, 및 7㎳이다. 각 니들은 그것의 근위 단부에 부착되는 그리드에 의해 다른 니들이나 센서 엘리먼트로부터 열적으로 분리된다. 니들은 특정한 어플리케이션에 대한 서라운딩 조직에 열 전달을 최적화하기 위해 요구되어 그것의 열 질량, 열 전달 계수, 및 열용량을 선택하기 위해 다른 재료로 이루어지거나 포함할 수 있다.
도 33에 도시된 바와 같이, 크로모포어 니들을 사용하는 본 발명에 의해 트리팅될 때 편도선 내에 열 분포는 니들에 광 흡수 크로모포어의 위치에 따를 것을 지시한다. 여기에서, 편도선의 표면에 가까운 편도선 조직은 크로모포어 니들의 근위 단부를 향해 가까운 크로모포어 코팅을 연장함으로써 더 가열될 수 있다.
도 34에 도시된 바와 같이, 니들의 존재는 편도선 조직이 어떤 니들도 사용되지 않을 때, 예를 들면 어떤 니들도 사용되지 않을 때 33% 이하인 시간 간격보다 대체로 짧은 시간 간격으로 가열되게 한다. 방사 시간의 감소는 전체 동작 시간을 감소시키는 중요한 이점이다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 크로모포어 니들의 그리드는 광학 어셈블리의 광투과 접촉면에 표준 니들의 세로축, 편도선의 그래스핑을 편리하게 하는 각도, 예를 들면 표준으로부터 45도 또는 이하의 각도로 핸드피스의 광학 어셈블리에 부착된다. 크로모포어 니들은 편도선이 접촉면에 의해 유지되고 압축될 때 충분한 길이이고, 크로모포어 니들의 말단부는 점막층 아래 깊이의 편도선 내의 위치에 삽입될 것이다. 바람직하게는, 크로모포어 니들은 0.2㎜과 20㎜ 길이 사이이다. 보다 바람직하게는, 크로모포어 니들은 1과 10㎜ 길이 사이이다. 본 발명의 양상에 의하면, 다른 길이의 크로모포어 니들은 단일 그리드 엘리먼트에 부착될 것이다. 다른 실시형태의 양상에 의하면, 일면 엘리먼트의 그리드에 부착되는 크로모포어 니들은 제 2 표면 엘리먼트의 그리드에 부착된 크로모포어 니들로부터 다른 길이 또는 길이일 것이다.
다른 실시형태에서, 크로모포어 니들은 접촉 엘리먼트에 그들의 평행한 축으로 오리엔팅된다. 본 발명의 또 다른 실시형태에서, 크로모포어 니들은 핸드피스에 부착되는 칼라 엘리먼트에 부착되어 크로모포어 니들이 접촉 엘리먼트에 그들의 평행한 축으로 오리엔팅된다.
또한 본 발명에 의하면, 크로모포어 니들은 대략 100 마이크론과 3㎜ 사이의 직경을 갖는다. 바람직하게는, 크로모포어 니들은 대략 200 마이크론과 1㎜의 직경을 갖는다. 크로모포어 니들의 직경은 인접 팁으로부터 원위 팁(distal tip)에 거리의 기능으로서 변화될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 직경은 크로모포어 니들의 길이에 걸쳐 대체로 일정하다. 다른 바람직한 실시형태에서, 크로모포어 니들의 말단부의 직경은 근위 단부의 직경보다 대체로 크다. 크로모포어 니들은 대체로 스트레이트하거나 그것이 전체 길이 전체 또는 일부에 걸쳐 굴곡의 각도일 수 있다.
본 발명에 의하면, 크로모포어 니들은 파손의 최소의 리스크를 갖는 편도선을 관통하는 충분한 강도와 강성을 갖는 생체에 적합한 재료로 이루어질 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 크로모포어 니들은 메디컬 그레이드 스테인리스 스틸(316, 316L 또는 진공 용해된 형태 316L)로 이루어진다. 다른 바람직한 실시형태에서, 크로모포어 니들은 메디컬 그레이드 티타늄(비합금된 비상업적인 CP grades 1-4) 또는 티타늄 합금(Ti-6A1-4V ELI, Ti-6A1-4V, Ti-6Al-7Nb, Ti-3A1-2.5V, Ti-13Nb- 13Zr, Ti-12Mo-6Zr-2Fe, Ti-15Mo을 포함)로 이루어질 수 있다. 크로모포어 니들을 메이킹하기 위해 사용될 수 있는 다른 금속성 재료는 금, 은, 백금, 탄탈럼, 니오븀, 지르코늄 및 지르코늄 합금, 니켈-티타늄 바이너리 시스템, 텅스텐 및 텅스텐 브론즈, 및 코발트 합금(Elgiloy 및 MP35N)에 의거한 형상 메모리 합금을 포함한다. 바람직한 실시형태의 양상에서, 크로모포어 니들을 메이킹하기 위해 사용되는 금속 또는 금속 합금은 NIR 광을 흡수하는 크로모포어로 코팅된다. 바람직한 실시형태의 다른 양상에서, 크로모포어 코팅은 크로모포어 니들의 원위부의 표면에 어플라이된다(용어 원위는 광원, 예를 들면 레이저 캐비티로부터 엘리먼트나 요소의 부위로 기재하기 위해 여기에 사용됨). 다른 바람직한 실시형태의 양상에서, 크로모포어 코팅은 크로모포어 니들의 전체면에 어플라이된다. 다른 바람직한 실시형태에서, 대체로 광을 반사하는 코팅은 크로모포어 니들의 인접한 부위에 어플라이된다.
크로모포어 니들은 세라믹 재료로도 이루어질 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 크로모포어 니들은 산화철로 도포되는 세라믹, 가장 바람직하게는, 마그네타이트의 형태로 산화철로 이루어진다.
크로모포어 니들의 말단부는 최소의 포스와 최소의 조직 트라우마로 편도선 실질 조직에 삽입되는 형상이 된다. 말단부 팁 형상은 당업자에게 공지된 포인트, 각도, 빗각, 및 피하주사 니들에 사용되는 어떤 다른 관통이나 커팅 팁 형상을 포함할 수 있다. 크로모포어 니들은 공동이나 고체일 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 크로모포어 니들은 고체이다. 다른 바람직한 실시형태에서, 공동 크로모포어 니들은 그 축 내에 열전대나 다른 온도 센서에 사용하거나 포함된다.
본 발명의 가장 바람직한 실시형태에서, 크로모포어 니들의 크로모포어 코팅은 탄소나 탄소 재료이다. 적절한 탄소나 탄소 재료는 비저블 및 근적외선, 생체적합성을 위해 높은 흡수 계수를 포함하는 프로퍼티를 갖는다. 다수의 탄소 및 탄소 재료는 엔지니어링 어플리케이션에 대해 합성되고, 광범위한 물리적 프로퍼티를 갖는다. 현재 어플리케이션에 대해 바람직한 재료는 천연 결정질 탄소 동소체의 프로퍼티를 고려함으로써 확인된다. 탄소 원자가 sp2 하이브리다이징된 흑연은 600㎚에서 적어도 2 마이크론의 파장 범위에 걸쳐 대략 2 x 105㎝-1의 매우 높고 거의 일정한 흡수 계수를 갖고, 이것은 sp3 하이브리다이즈 탄소로 구성되는 다이아몬드 동소체에 대조되고, 비저블 및 NIR 스펙트럼 범위에서 투명하다. 의치 임플란트에 대한 표면 재료로서 열분해의 사용이 당업자에게 공지되어 있다.
열분해 탄소 코팅으로 대다수의 광 리칭 크로모포어 니들은 코팅의 제 1 마이크론 두께에 의해 흡수될 것이다. 결과적으로, 크로모포어 니들에 의해 생성되는 열의 양은 니들의 표면 에리어에 비례될 것이다. 그러므로, 원형 단면을 갖는 원통형의 크로모포어 니들이 본 발명에 의해 사용될 것이고, 더 큰 상대적인 표면 에리어에 대응하는 형상의 니들을 사용하는 이점일 것이다. 이들 니들 형상의 일부가 도 35에 도시되었다. 예를 들면, 날카로운 원위 포인트와 날카로운 에지를 갖는 편평한 블레이드가 사용될 것이다. 대안으로, 원통 바디의 그루브 컷으로 니들이 사용될 수 있다. 바람직한 실시형태가 단면 형상이나 별 형상 단면 영역을 갖는 니들을 사용할 수 있어, 니들 길이를 따라 3 ~ 6 익스텐딩 에지가 있다. 에지가 특정한 니들의 길이에 관련된 다른 길이를 가질 수 있는 것을 알 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 광은 비교적 높은 전력과 짧은 펄스 지속으로 방사될 수 있어 열이 대체로 편도선의 가까운 곳에 위치된다. 도 36은 28㎜ 직경의 조사된 스폿으로 25 크로모포어 니들로 단일 5㎳, 1120㎚로 광의 40.6J 펄스로 조사된 편도선 조직의 경우에 모델 계산의 결과로서의 등고선도이다. 이 실시형태는 조직에 프랙셔널 손상이 발생한다. 또 다른 실시형태에서, 프랙셔널 손상은 낮은 전력/긴 광 노출과 짧은/높은 전력 광 펄스를 결합함으로써 편도선 실질 조직의 나머지에 실질적인 손상과 결합될 수 있다.
열분해 탄소로 코팅되고 광 방사 접촉 엘리먼트에 관련된 위치에 고정된 니들의 형태에 외인성의 크로모포어의 사용은 크로모포어의 공지된 양의 정확한 한정으로 편도선에 의해 방사선의 흡수를 향상시키고, 조직에 염료나 크로모포어 용액을 주입함으로써 연합된 잠재적인 안전성이나 유독성 문제를 제거한다. 비교적 좁은 파장 범위 내에서만 강하게 흡수하는 인도시아닌그린 등의 염료와 달리, 열분해 탄소는 매우 광범위한 파장의 매우 높은 흡수 계수를 갖고, 적절한 크로모포어를 비저블 및 근적외선 파장 범위를 통해 동작하는 레이저와 사용하게 해서 동작하는 파장이 최선의 조직 관통 깊이에 기초와 피 등의 내인성 크로모포어에 의해 흡수의 한계로 선택될 수 있다.
실시형태의 포커싱 피쳐는 그래스핑을 위해 향상된 능력을 제공하고, 편도선을 유지하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예
실시예 1
제 1 실시예에서, 본 발명의 장치는 275㎛ 코어 직경 0.22 NA 실리카 광섬유에 결합되는 1120-1125㎚로 동작하는 2OW CW 퀀텀 도트 다이오드 레이저를 포함한다. 이 레이저 광원은 Innolume GmbH(Dortmund, Germany)로부터 LD-1120-MCP-20W Multichip 레이저 다이오드 모듈로서 상업적으로 이용가능하다. 광섬유의 말단부는 50/50 무극성 빔스플리터 큐브(Oz Optics, Ottawa, ON, Canada)로 1120-1130㎚에 대해 1x2 파이버 옵틱 빔스플리터에 부착된다. 빔스플리터로부터 2개의 출력 파이버는 각각 10W로 수행하는 550/600㎛, 0.22NA 파이버이다.
양쪽 출력 파이버는 핸드피스에 부착된 광학 어셈블리에 SMA 커넥터를 사용해서 부착된다. 각 광학 어셈블리는 오목한 인풋 렌즈, 6각형 빔세이퍼, 각각 대략 0.3㎜의 직경과 0.34의 NA의 19 광섬유와, 폭 8㎜, 및 두께 1㎜, 18㎜ 길이의 사파이어 윈도우, 및 대략 2.5㎜의 높이를 갖고 18㎜ 길이의 3 직사각형 미러로 구성된다. 19 광섬유는 각각 15 ~ 20㎜ 길이이고, 그들의 근위 단부에 클래딩 없이 번들 형성된 6각형으로 결합되고, 6각형 빔세이퍼로부터 광을 어셉팅한다. 3개의 미러는 서로 평행한 미러 장축과 윈도우 장축으로 사파이어 윈도우에 평평하게 넓은 위치에 배치된다. 미러는 윈도우의 평면에 대해서 45도 각도로 경사진다. 광섬유의 6의 원위 단부는 제 1 미러에 평평하게 넓은 영역에 반사된 사파이어 윈도우의 롱 에지를 따라 각각 위치되고, 7 광섬유는 제 2 미러에 평평하게 넓은 영역에 반사되는 윈도우의 롱 에지를 따라 위치되고, 및 남아있는 6 파이버는 마찬가지로 제 3 미러에 반사를 위해 위치되고, 사파이어 윈도우의 표면에 대략 18㎜ X 8㎜의 전체 배치 형상으로 각각 2.5㎜ 직경 19 조사된 원형 스폿의 배치를 생성한다. 광학 엘리먼트를 포함하는 하우징은 6각형 빔세이퍼의 장축과 사파이어 윈도우의 단축 사이에 45도 굴곡을 갖는다. 사파이어 윈도우의 원위면은 광학 어셈블리의 광투과 접촉면이다. 광학 어셈블리의 두께는 대략 4 ~ 5㎜이다. 하우징은 재순환 칠러 형태 냉각 장치(ThermoCube 300, Solid State Cooling System, Pleasant Valley NY)로부터 냉각수 플로우 라인에 대해 입구와 출구 연결을 갖는다. 사용된 냉각 유체는 Fluorinert™ FC-43(3M, Minneapolis, MN)이고 사파이어 윈도우를 냉각하는 광학 어셈블리의 길어진 미러에 의해 형성된 채널을 통해 순환된다. 무균의 유연한 투명한 슬리브는 각각 대략 중앙 위치에 부착된 6㎜ 열전대 니들 프로브로 핸드피스와 Ultem 그리드의 원위부에 걸쳐 배치되고, 그 후 무균 슬리브에 걸쳐 스냅 피팅에 의해 접촉면에 부착되어 니들 프로브가 접촉면에 수직이다.
반복되는 편도선염에 대한 치료를 요구하는 환자는 오피스 세팅에서 실시예의 기구로 트리팅된다. 대상은 자리 위치에 남아있고, 인두 중앙부와 혀가 국소 마취를 위해 20% 벤조카인 스프레이로 스프레잉된다. 에피네프린(1:200,000)의 0.5% 리도카인의 5ml 2개가 국소 마취를 위해 편도선과 인두 근육의 측면 캡슐 사이의 평면에 주입된다. 냉각 장치가 활성화되고 온도는 35℃로 세팅된다. 제 1 편도선은 편도선 실질 조직에 삽입된 열전대 니들 프로브와 함께 핸드피스의 접촉면 사이에 그래스핑되고 온화하게 압축된다. 레이저가 활성화되고 편도선은 열전대 프로브 온도가 65℃나 다른 적절한 목표 온도로 모니터링되는 동안 가열된다. 그 때, 레이저가 터닝 오프되고, 냉각 장치 유체 온도는 5℃로 감소된다. 접촉 냉각은 편도선이 생리적인 온도로 리턴되거나 냉각될 때까지 핸드피스와 함께 지속된다. 그 후, 반대 편도선은 같은 방법으로 트리팅된다.
실시예 2
제 2 실시예에서, 본 발명의 기구는 2개의 출력 커넥터와 2개의 200㎛ 코어 직경, 0.53 NA 광섬유(Ceramoptic WF 200/220 HT 53)을 갖고, 각각 대략 18㎜ 길이와 8㎜ 폭의 2개의 광투과 접촉면과 핸드피스와 1120 ~ 1125㎚로 동작하는 CW 퀀텀 도트 다이오드 레이저를 포함한다. 이 실시예에서 광학 어셈블리는 실시예 1의 반사적인 옵틱 디자인보다는 분산된 옵틱 디자인이다.
도 37a는 이 실시예의 장치의 하우징을 도시한다. 하우징(812)은 대략 1㎜ 두께인 측벽(812a)과 베이스(812b)를 갖는다. 하우징은 코너에 3㎜ 필렛 반경, 및 대략 5㎜ 높이를 갖고, 18㎜ 길이와 8㎜ 폭의 내부 치수를 갖는다. 하우징의 측벽에 냉각제 유체의 입구와 출구에 대한 인접한 개구부(812c, 812d)이다. 이들 개구부는 1㎜ 직경에 있어서, 측벽의 편평한 세그먼트의 단부 가까이 위치된다. 측벽의 같은 편평한 세그먼트의 센터 가까이에 레이저의 광섬유로부터 광의 진입을 위한 0.55㎜ 직경 개구부(812e)이다. 하우징의 베이스 내면(812h)은 Labsphere 6080 황산 바륨 페인트(Labsphere, North Sutton, NH)로 완벽하게 코팅되고, 측벽 내면(812g)은 보호용 골드 코팅으로 시각적으로 반사하는 폴리시를 갖는다.
도 37b는 이 실시예의 장치의 광학 적층과 하우징의 단면도이다. 냉각수 플로우 개구부(812c, 812d)의 배치는 이 도면에서 프로젝션으로서 지시된다. 하우징(812b)의 뒤의 베이스 내면(812h)에 인접해서 1㎜ 두께 도광판(820)의 근위면(820b)이 있다. 1㎜ 두께 윈도우 판(870)의 근위면(870b)은 적어도 2 마이크론 두께의 에어스페이스(880)에 의해 도광판(820)의 원위면(820a)으로부터 분리된다. 표면 옵틱(840)과 접촉하는 1㎜ 두께 조직은 원위면(811)과 접촉하는 조직과 근위면(840b)과 접촉하는 냉각수를 갖는다. 도광판(820)과 냉각제 윈도우판(870)은 석영으로 이루어지고, 윈도우(840)와 접촉하는 조직은 사파이어이다. 사파이어 윈도우의 근위면(840b)은 냉각수 유동층(830)으로서 제공되는 1㎜ 스페이스에 의해 냉각제 윈도우판의 원위면(870a)으로부터 분리된다. 석영 도광판(820), 석영 냉각수 윈도우(870), 및 사파이어 접촉 윈도우(840)는 평행 평면 윈도우이다. 이 실시예의 장치에서, 석영 도광판(820)과 석영 윈도우(870)는 동일하다. 석영 도광판, 석영 윈도우, 및 사파이어 윈도우는 하우징 측벽과 접촉해서 고정 유지되어 그들은 서로 평행하다.
도 37b에 프로젝팅된 광섬유(812e)에 대한 측벽의 입구가 위치되어 파이버로부터 나가는 광이 석영 도광판 측면 에지에 센터링된다. 하우징 측벽에서 냉각수 입구와 출구 구멍은 냉각수 플로우 챔버(830)와 정렬된다. 냉각제 유체가 구멍(812c)의 챔버(830)에 들어갈 때 챔버를 채우고 배출 구멍(812d)의 밖으로 플로잉된다. 이 실시예의 장치에서, 유체는 퍼플루오루카본, 예를 들면 FC-43 (Fluorinert™, 3M, Minneapolis, MN)이다.
사파이어 접촉 윈도우와 석영 냉각수 윈도우의 측면 에지는 시각적으로 부드럽게 폴리싱된다. 도광판(820)의 측벽은 파이버로부터 광이 도광판으로 들어가는 작은(1㎜ X 1㎜) 언코팅된 영역(820c)의 예외로 장축에 평행한 편평한 세그먼트(820f)에 골드 코팅을 보호한다(도 37c는 도 37d의 회전 도면). 도광판(820h)의 단부에서 측벽의 표면은 Labsphere 6080 페인트로 코팅된다. 도광판의 측면 에지에서 골드 코팅된 측면 에지는 시각적으로 부드럽고 페인트 코팅된 엔드 에지는 언폴리싱된다.
도광판의 근위면(820b)은 Labsphere 6080 페인트 도트(200 마이크론 도트 직경)의 형태로 추출 피쳐(820e)를 갖는다. 페인트 도트의 패턴은 가시성을 위해 확대된 도트의 사이즈로 도 37e에 개략적으로 도시되었다. 패턴은 출력의 효율과 균일성을 위해 Monte Carlo 광선 투사법 계산(Optical Research Associates, Pasadena, CA)에 의거해서 선택되었다.
이 실시예 기구의 광학 어셈블리에 대한 모델 계산의 결과가 도 37f에 도시되었다. 광학 어셈블리의 효율은 67%이다. 각 광학 어셈블리에 10W 입력으로 최대 및 최소 방사조도는 각각 0.054 및 .044W/㎟이다. 평균 방사조도는 40 ㎽/㎟이다. 균일성은 +10.5%, -9.5%이다. 강도 프로파일은 대체로 램버트이다.
실시예 3
이 실시예에서, 원형 형상의 광투과면을 갖는 본 발명의 기구가 도시된다. 광 방사 표면은 13.5㎜의 직경을 갖고, 표면 에리어는 이전의 실시예의 장치 18㎜ x 8㎜의 광 방사 표면에 대략 대등하게 한다. 레이저는 2개의 200 마이크론 코어 직경에 있어서, 0.53 NA 광섬유(Ceramoptic WF 200/220 HT 53)에 결합되는 1120-1125㎚ 도트 레이저(Innolume, Dortmund, Germany)이다.
도 38a는 이 실시예의 장치의 하우징을 도시한다. 하우징(812)은 대략 1㎜ 두께인 측벽(812a)과 베이스(812b)를 갖는다. 하우징은 13.5㎜의 내부 직경과 대략 5㎜ 높이를 갖는다. 하우징의 측벽에 냉각제 유체의 입구와 출구에 대한 인접한 개구부(812c, 812d)가 있다. 이들 개구부는 1㎜ 직경이다. 또한, 측벽에 레이저의 광섬유로부터 광의 입구에 대한 0.55㎜ 직경 개구부(812e)가 있다. 하우징의 베이스 내면(812h)은 Labsphere 6080 황산 바륨 페인트(Labsphere, North Sutton, NH)로 완벽하게 코팅되고, 측벽 내면(812g)은 보호용 골드 코팅으로 시각적으로 반사하는 폴리시를 갖는다.
현재 실시예의 광학 어셈블리는 요소의 형상 및 추출 피쳐의 분포와 배치의 예외로 실시예 3에서와 같다. 도 38b는 석영 도광판(820)의 근위면(820b)에 추출 피쳐(820e)의 개략적인 도면이다. 광섬유(860)의 방출면(860a)은 도광판의 측면 에지에 인접하다. 추출 피쳐는 Labsphere 6080 페인트를 사용하는 스크린 프린팅에 의해 어플라이되는 페인트이다. 각 페인트 도트는 200 마이크론 직경이고, 가시성을 위한 사이즈로 연장되었다. 페인트 도트의 배치는 Monte Carlo 광선 투사법(Optical Research Associates, Pasadena, CA)에 의거하여 선택되었다.
이 실시예의 장치의 모델 계산의 결과는 도 38c에 도시되었다. 광학 특성은 유사한 디자인과 대략 같은 표면 에리어를 갖는 실시예 2의 장치의 그것들과 유사하다. 이 실시예의 장치의 효율은 68%이다. 각 광학 어셈블리에 10W 입력으로 최대 및 최소 방사조도는 각각 0.051 및 0.043W/㎟이다. 평균 방사조도는 47㎽/㎟이다. 균일성은 +7%, -9%이다. 강도 프로파일은 대체로 램버트이다.
실시예 4
이전의 실시예는 1120㎚ 다이오드 레이저를 이용했다. 이 실시예에서, 18㎜ x 8㎜ 광투과 접촉면 영역을 갖는 실시예 2의 디자인의 광학 어셈블리는 JENOPTIC 레이저다이오드 GmbH(Jena, Germany)으로부터 808㎚ 다이오드 레이저와 함께 사용된다. 808㎚ 레이저는 광학 어셈블리에 차례로 결합되는 200 마이크론 코어 직경, 0.53 NA 광섬유(Ceram옵틱 WF 200/220 HT 53)에 결합된다. 실시예 2에 도시된 바와 같이, 유체는 퍼플루오루카본 FC-43(Fluorinert™, 3M, Minneapolis, MN)이다. 따라서, 페인트 도트 추출 피쳐의 패턴을 포함하는 핸드피스는 실시예 2로부터 완벽하게 언체인징되고 오직 차이는 광원이다.
사파이어 접촉 윈도우 원위면에 방사조도의 Monte Carlo 광선 투사법 계산의 결과는 도 39에 도시된다. 방사조도 분포가 매우 균일하게 남아있는 300㎚의 파장 변화에도 불구하고 이 실시예의 계산에서 발견되었다. 이 실시예는 본 발명의 장치가 더 필요한 변경없이 다른 파장과 사용될 수 있는 결과를 증명했다. 물도 현재의 실시예의 기구와 함께 냉각제 유체로서 사용될 수 있다.
본 발명은 팔라틴 편도선의 치료를 위해 상세하게 기재되었지만 연부 조직의 치료에 다수의 다른 추가 용도를 갖는다. 예를 들면, 본 발명은 혀의 베이스에 혀의 편도선을 치료하기 위해서나 부속물을 제거하기 위해 채용될 수 있다. 다른 중요한 추가적인 용도는 고체 종양 및 혈관 결찰의 광선요법 치료를 포함한다.
모든 환자의 교육은 여기에 인용된 발행된 어플리케이션과 참조 문헌이 그들의 전체에서 참조 문헌에 의해 통합된다.
본 발명은 특히 그것들의 실시형태의 예시를 위해 참조 문헌에 도시되고 기재된 반면에 형태의 다양한 변경과 상세한 사항이 추가 청구항에 의해 포함되는 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있는 것이 당업자에게 이해될 것이다.
Claims (129)
- 광원;
1개 이상의 광학 엘리먼트와, 실질적으로 균일한 분포의 광을 투과하도록 구성된 광투과 접촉면을 각각 포함하는 2개 이상의 광학 어셈블리;
상기 광원과 상기 2개 이상의 광학 어셈블리 중 대응하는 하나 사이에 각각 배치된 2개 이상의 광투과 장치; 및
상기 2개 이상의 광학 어셈블리가 부착되고, 상기 2개 이상의 광학 어셈블리의 광투과 접촉면이 상기 접촉면 사이에 배치된 연부 조직과 접촉하도록 구성된 핸드피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 1 항에 있어서,
상기 2개 이상의 광학 어셈블리 각각은 상기 1개 이상의 광학 엘리먼트를 적어도 부분적으로 포함하는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 1 항에 있어서,
상기 핸드피스의 적어도 원위부를 커버하도록 된 무균 1회용 슬리브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 2 항에 있어서,
상기 기구는 상기 2개 이상의 광학 어셈블리의 적어도 일부를 통해 냉각 유체의 흐름을 제공하도록 된 냉각 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 1 항에 있어서,
상기 기구에 부착된 1개 이상의 1회용 엘리먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 1 항에 있어서,
상기 2개 이상의 광학 어셈블리 사이에 배치된 연부 조직과 접촉되도록 구성된 1개 이상의 크로모포어 엘리먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 1 항에 있어서,
상기 2개 이상의 광학 어셈블리 사이에 배치된 연부 조직과 접촉되도록 구성된 1개 이상의 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 5 항에 있어서,
상기 1회용 엘리먼트는 칼라 엘리먼트 또는 그리드 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 8 항에 있어서,
상기 그리드 엘리먼트는 이 그리드 엘리먼트가 상기 광투과 접촉면 중 하나와 접촉하며 및/또는 상기 광투과 접촉면 중 하나에 인접하도록, 그리고 이 그리드 엘리먼트가 상기 2개 이상의 광학 어셈블리 사이에 배치된 연부 조직과 접촉되어 구성되도록 상기 광학 어셈블리 중 하나에 부착가능한 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 9 항에 있어서,
상기 그리드 엘리먼트는 1개 이상의 온도 센서 또는 1개 이상의 크로모포어 엘리먼트를 포함하고, 상기 온도 센서 또는 크로모포어 엘리먼트는 상기 2개 이상의 광학 어셈블리 사이에 배치된 연부 조직과 접촉되도록 된 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 9 항에 있어서,
상기 그리드 엘리먼트는 오픈 에리어(open areas)를 포함하고, 상기 오픈 에리어를 통하여 상기 광투과 접촉면은 상기 2개 이상의 광학 어셈블리 사이에 배치된 연부 조직과 접촉되는 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 11 항에 있어서,
상기 그리드 엘리먼트는 무균 1회용 슬리브에 영구적으로 부착되는 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 11 항에 있어서,
상기 그리드 엘리먼트는 1개 이상의 온도 센서 또는 1개 이상의 크로모포어 엘리먼트를 포함하고, 상기 온도 센서 또는 크로모포어 엘리먼트는 상기 2개 이상의 광학 어셈블리 사이에 배치된 연부 조직과 접촉되도록 구성된 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 8 항에 있어서,
상기 칼라 엘리먼트는 그에 부착된 1개 이상의 온도 센서 또는 크로모포어 엘리먼트를 가지고, 상기 1개 이상의 센서 또는 크로모포어 엘리먼트가 상기 2개 이상의 광학 어셈블리 사이에 배치된 연부 조직과 접촉되도록 상기 핸드피스에 부착가능한 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 8 항에 있어서,
상기 칼라 엘리먼트는 상기 핸드피스에 이동가능하게 부착되는 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 8 항에 있어서,
상기 핸드피스의 원위부를 적어도 커버하도록 구성된 무균 1회용 슬리브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 16 항에 있어서,
상기 무균 1회용 슬리브는 양분되고 상기 핸드피스의 2개의 원위부를 커버하도록 구성된 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 16 항에 있어서,
상기 무균 1회용 슬리브는 실질적으로 투명하고 실질적으로 플렉시블한 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 16 항에 있어서,
상기 무균 1회용 슬리브는 상기 2개 이상의 광학 어셈블리의 광투과 접촉면을 커버하도록 구성된 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 19 항에 있어서,
상기 그리드 엘리먼트는 이 그리드 엘리먼트가 상기 무균 1회용 슬리브와 접촉하도록 상기 광학 어셈블리의 하나에 부착가능하고, 상기 무균 1회용 슬리브는 상기 2개 이상의 광학 어셈블리의 광투과 접촉면 중 하나와 상기 그리드 엘리먼트 사이에 위치되고, 상기 그리드 엘리먼트는 상기 2개 이상의 광학 어셈블리 사이에 배치된 연부 조직과 접촉되도록 구성된 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 20 항에 있어서,
상기 그리드 엘리먼트는 상기 무균 1회용 슬리브에 미리 부착되는 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 19 항에 있어서,
상기 무균 1회용 슬리브는 실질적으로 투명하고 실질적으로 플렉시블하거나 또는 실질적인 강성 재료로 이루어진 윈도우 부분을 포함하고, 상기 윈도우 부분은 상기 2개 이상의 광학 어셈블리의 발광 접촉면과 접촉하도록 구성된 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 22 항에 있어서,
상기 그리드 엘리먼트는 이 그리드 엘리먼트가 상기 무균 1회용 슬리브의 윈도우 부분 중 하나와 접촉하도록 상기 광학 어셈블리의 하나에 부착가능하고, 상기 윈도우 부분은 상기 2개 이상의 광학 어셈블리의 광투과 접촉면 중 하나와 상기 그리드 엘리먼트 사이에 위치되고, 상기 그리드 엘리먼트는 상기 2개 이상의 광학 어셈블리 사이에 배치된 연부 조직과 접촉되도록 구성된 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 23 항에 있어서,
상기 그리드 엘리먼트는 상기 윈도우 부분에 미리 부착되는 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 19 항에 있어서,
상기 칼라 엘리먼트는 상기 핸드피스의 원위부 중 하나에 부착되도록 구성된 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 1 항에 있어서,
상기 광투과 접촉면 각각은 약 20 ㎟와 약 1250 ㎟ 사이의 에리어를 갖는 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 26 항에 있어서,
상기 광투과 접촉면 각각은 약 100 ㎟와 약 1250 ㎟ 사이의 에리어를 갖는 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 26 항에 있어서,
상기 광학 어셈블리의 두께는 약 6 mm 이하인 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 1 항에 있어서,
상기 광투과 장치는 광섬유, 광섬유 번들, 및 광 가이드로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 제 4 항에 있어서,
상기 냉각 장치는 상기 핸드피스에 연결되고 상기 냉각 유체는 하우징 내에서 순환되는 단지 약 37℃의 온도를 갖고, 상기 냉각 유체는 상기 광학 어셈블리의 광투과 접촉면과 열 접촉되는 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 2개 이상의 대향하는 광학 어셈블리를 포함하며, 실질적으로 균일한 분포의 광을 생성하도록 각각 구성되고, 광투과 장치에 의해 광원에 각각 결합되는 연부 조직의 광 치료를 위한 기구에 있어서,
각 어셈블리는,
상기 광투과 장치로부터 광을 수용하도록 구성된 광학 엘리먼트; 및
상기 연부 조직에 광을 투과시키도록 구성된 광투과 접촉면을 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 31 항에 있어서,
상기 실질적으로 균일한 분포의 광은 약 700 nm ~ 약 1350 nm의 범위 내의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 32 항에 있어서,
상기 실질적으로 균일한 분포의 광은 약 1100 nm ~ 약 1140 nm의 범위 내의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 31 항에 있어서,
상기 2개 이상의 대향하는 광학 어셈블리가 부착되는 핸드피스를 더 포함하고, 상기 핸드피스는 상기 광투과 접촉면을 이동시켜 서로 연동하도록 구성됨으로서, 상기 접촉면 사이의 연부 조직을 유지 및 압착하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 34 항에 있어서,
1회용 엘리먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 35 항에 있어서,
상기 1회용 엘리먼트는 그리드 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 36 항에 있어서,
상기 그리드는 상기 광학 어셈블리에 제거가능하게 부착되는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 37 항에 있어서,
상기 그리드 엘리먼트는 스냅 피팅 또는 슬라이드 및 그루브에 의해 상기 광학 어셈블리에 제거가능하게 부착되는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 36 항에 있어서,
상기 그리드 엘리먼트는 반사 재료로 코팅되는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 36 항에 있어서,
상기 그리드 엘리먼트는 성형가능 또는 가공가능 생체 적합성 플라스틱을 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 36 항에 있어서,
상기 그리드 엘리먼트는 레이저 내성 플라스틱을 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 36 항에 있어서,
상기 그리드 엘리먼트는 폴리에테르이미드 수지 또는 폴리카보네이트 수지로 제조되는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 36 항에 있어서,
상기 그리드 엘리먼트는 온도 센서 리드 와이어(temperature sensor lead wires)를 위한 구멍 또는 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 43 항에 있어서,
상기 채널 또는 구멍은 상기 와이어를 광으로부터 차폐하는 반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 36 항에 있어서,
상기 광은 섬유 레이저, 반도페 레이저, 및 네오디뮴 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷 레이저(neodymium doped yttrium aluminum garnet lasers)로 구성되는 그룹으로부터 선택된 광원으로부터 제공되는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 36 항에 있어서,
상기 그리드 엘리먼트는 오픈 에리어를 포함하고, 상기 오픈 에리어를 통하여 하나 이상의 광투과 접촉면이 노출되는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 35 항에 있어서,
상기 1회용 엘리먼트는 상기 핸드피스의 1개 이상의 원위부에 부착되는 칼라를 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 34 항에 있어서,
1개 이상의 니들을 더 포함하고, 상기 니들은 이 니들의 근위 단부에서 1회용 엘리먼트에 고정되며 원위 팁을 갖는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 48 항에 있어서,
상기 니들은 크로모포어 니들(chromophore needle)인 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 49 항에 있어서,
상기 크로모포어 니들은 광을 실질적으로 흡수할 수 있는 것을 특징으로 연부 조직 광 치료 기구. - 제 50 항에 있어서,
상기 크로모포어 니들은 상이한 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 50 항에 있어서,
상기 크로모포어 니들은 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 50 항에 있어서,
상기 크로모포어 니들은 카본 재료로 코팅되는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 50 항에 있어서,
상기 크로모포어 니들은 열분해 카본으로 코딩되는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 49 항에 있어서,
상기 크로모포어 니들은 광을 반사할 수 있는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 55 항에 있어서,
상기 크로모포어 니들은 근적외선 광을 흡수하는 크로모포어로 코팅되는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 49 항에 있어서,
패턴으로 배열된 복수의 크로모포어 니들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 49 항에 있어서,
상기 크로모포어 니들은 중공 또는 솔리드인 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 49 항에 있어서,
상기 크로모포어 니들은 이 크로모포어 니들의 표면 에리어를 최대화하는 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 49 항에 있어서,
상기 크로모포어 니들은 실질적으로 고열 전도율을 갖는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 48 항에 있어서,
상기 니들은 1개 이상의 온도 센서를 포함하는 온도 센서 니들인 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 61 항에 있어서,
다양한 길이를 갖는 복수의 온도 니들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 61 항에 있어서,
상기 온도 센서 니들은 근위 단부에 u-형상 만곡 베이스 또는 각진 베이스를 갖는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 61 항에 있어서,
상기 센서 니들의 외면 및/또는 내면은 광을 실질적으로 반사하는 재료로 제조되거나 코팅되는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 61 항에 있어서,
상기 온도 니들 센서는 약 0.1 초 이하에 속하는 시상수를 갖는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 34 항에 있어서,
상기 광학 엘리먼트는 1개 이상의 반사 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 66 항에 있어서,
상기 1개 이상의 반사 장치는 프리즘 또는 미러인 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 34 항에 있어서,
상기 핸드피스는 2개 이상의 원위부를 포함하며, 상기 대향하는 광학 어셈블리 각각은 원위부 중 하나에 고정되고 상기 원위부 중 하나 이상은 다른 쪽에 대하여 이동가능한 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 31 항에 있어서,
상기 2개 이상의 대향하는 광학 어셈블리 중 1개 이상의 광투과 접촉면으로부터 열을 제거하기 위해 상기 광학 어셈블리에 냉각 유체를 제공하도록 구성된 냉각 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 67 항에 있어서,
상기 광학 엘리먼트는 복수의 반사 장치를 포함하고, 각 반사 장치는 광투과 접촉면에서 분배된 광의 세그먼트 에리어에 대응하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 70 항에 있어서,
상기 광학 어셈블리의 하나 이상에 냉각 유체를 제공하도록 구성된 냉각 장치를 더 포함하며, 상기 냉각 유체는 복수의 반사 장치에 직접 접촉되는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 71 항에 있어서,
상기 복수의 반사 장치와 직접 접촉하는 냉각 유체를 위한 1개 이상의 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 66 항에 있어서,
상기 2개 이상의 대향하는 광학 어셈블리의 광투과 접촉면으로부터 열을 제거하기 위해 상기 광학 어셈블리에 냉각 유체를 제공하도록 구성된 냉각 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 31 항에 있어서,
상기 광학 엘리먼트는 광 확산 엘리먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 74 항에 있어서,
상기 광학 엘리먼트는 도광판을 더 포함하고,
상기 도광판은, 상기 도광판을 횡단하는 광이 조직 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 상기 도광판을 통하여 전파하도록 측면 표면에 측면 광 입력면을 가지고,
상기 광 확산 엘리먼트는 상기 도광판의 근위면 상에 추출 피쳐를 포함함으로써, 상기 추출 피쳐로부터 반사된 광이 실질적으로 균일한 분포로 광투과 접촉면을 통하여 투과되도록 하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 75 항에 있어서,
상기 추출 피쳐는 패턴으로 배열되는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 75 항에 있어서,
상기 추출 피쳐는 도광판의 일측 또는 양측에 있는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 75 항에 있어서,
상기 도광판의 적어도 일부를 둘러싸고 상기 도광판의 측면 광 입력면에 개구부를 갖는 광학 어셈블리 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 78 항에 있어서,
상기 하우징은, 편도선이 중앙 방향으로 리트랙트되고(retracted) 상기 핸드피스의 광투과 접촉면에 의해 유지될 때, 편도선 실질 조직(tonsil parenchyma)의 실질적인 부분이 광투과 접촉면 사이에 배치될 수 있도록 충분히 작은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 79 항에 있어서,
상기 하우징은, 상기 편도선이 중앙 방향으로 리트랙트되고 상기 핸드피스의 광투과 접촉면에 의해 유지될 때, 실질적으로 상기 편도선 실질 조직의 모두가 광투과 접촉면 사이에서 배치될 수 있도록 충분히 작은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 79 항에 있어서,
상기 하우징은 약 6 mm보다 작은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 78 항에 있어서,
상기 광투과 접촉면 각각의 표면 에리어는 표면으로부터 투과되는 광이 표면 사이에서 서서히 압착되는 편도선의 실질적인 부분을 조사하도록 충분히 큰 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 82 항에 있어서,
상기 광투과면 각각은 적어도 약 20 ㎣에서 약 1250 ㎣까지의 표면 에리어를 갖는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 83 항에 있어서,
상기 광투과면 각각은 약 100 ㎣와 약 1250 ㎣ 사이의 표면 에리어를 갖는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 83 항에 있어서,
상기 광투과면 각각은 기하학 또는 비기하학 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 83 항에 있어서,
상기 광투과면 각각은 원형 또는 아뷸러 형상(ovular shape)을 갖는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 75 항에 있어서,
상기 광투과 접촉면은 도광판의 원위면을 포함하고, 상기 광학 엘리먼트는 도광판의 근위면, 광학 어셈블리 하우징의 베이스 내면, 및 광학 어셈블리 하우징의 측 내면에 인접한 에어 갭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 75 항에 있어서,
상기 광학 엘리먼트는,
도광판의 근위면, 광학 어셈블리 하우징의 베이스 내면, 및 광학 어셈블리 하우징의 측 내면에 인접한 에어 갭;
상기 도광판의 원위면에 인접한 냉각 층; 및
상기 냉각 층에 인접한 근위면을 갖는 접촉 윈도우
를 더 포함하고,
상기 광투과 접촉면은 접촉 윈도우의 원위 접촉면을 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 75 항에 있어서,
상기 광학 엘리먼트는,
도광판의 근위면, 광학 어셈블리 하우징의 베이스 내면, 및 광학 어셈블리 하우징의 측 내면에 인접한 제 1 에어 갭;
상기 도광판의 원위면, 냉각 층 윈도우의 근위면, 및 광학 어셈블리 하우징의 측 내면에 인접한 제 2 에어 캡;
상기 냉각 층 윈도우의 원위면에 인접한 냉각 층; 및
상기 냉각 층에 인접한 근위면을 갖는 접촉 윈도우
를 더 포함하고,
상기 광투과 접촉면은 접촉 윈도우의 원위 접촉면을 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 75 항에 있어서,
상기 도광판의 근위면, 광학 어셈블리 하우징의 베이스 내면, 및 광학 어셈블리 하우징의 측 내면에 인접한 냉각 층을 더 포함하며, 상기 광투과 접촉면은 도광판의 원위면을 포함하고, 상기 도광판은 냉각 층에서의 냉각 유체보다 높은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 75 항에 있어서,
광학 어셈블리 하우징의 베이스 내면, 광학 어셈블리 하우징의 측 내면, 및 반사판에 인접한 냉각 층; 및
반사판과 상기 도광판의 근위면 사이의 추출 공간
을 더 포함하고,
상기 광투과 접촉면은 도광판의 원위면을 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 91 항에 있어서,
상기 추출 공간은 도광판보다 낮은 굴절률을 갖는 열 전달 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 75 항에 있어서,
상기 광학 엘리먼트는,
광학 어셈블리 하우징의 베이스 내면, 광학 어셈블리 하우징의 측 내면, 및 반사판에 인접한 냉각 층;
상기 도광판의 근위면 상의 추출 피쳐와 접촉하는 표면을 갖는 반사판; 및
상기 반사판, 도광판의 근위면, 및 추출 피쳐에 의해 둘러싸여지는 1개 이상의 추출 공간을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 93 항에 있어서,
상기 반사판은 추출 피쳐와 접촉하는 반사판의 표면 상에 확산 반사 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 제 75 항에 있어서,
상기 광투과 접촉면은 포커싱 피쳐(focusing features)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연부 조직 광 치료 기구. - 하우징;
추출 피쳐를 갖는 실질적인 강성 도광판;
광투과 접촉면을 포함하는 접촉 엘리먼트; 및
상기 접촉 엘리먼트에 인접한 냉각 층(상기 냉각층으로 다이렉트되는(directed) 유체는, 발광 전에, 발광 동안, 또는 발광 후에 접촉면으로부터 열을 제거함)
을 포함하고,
장치의 하우징으로 다이렉트되고 도광판의 측면 에지에 충돌하는 광은 조직 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 도광판을 통하여 전파하고 실질적으로 균일한 조사로 상기 접촉면에서 방출되는 것을 특징으로 하는 조직 표면 조사 기구. - 하우징;
추출 피쳐를 갖고 접촉면을 포함하는 실질적인 강성 도광판; 및
상기 접촉 엘리먼트에 인접한 냉각 층(상기 냉각층으로 다이렉트되는 유체는, 발광 전에, 발광 동안, 또는 발광 후에 상기 도광판의 접촉면으로부터 열을 제거함)
을 포함하고;
상기 하우징으로 다이렉트되고 상기 도광판의 측면 에지에 충돌하는 광은 조직 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 도광판을 통하여 전파하고 실질적으로 균일한 조사로 상기 접촉면에서 방출되는 것을 특징으로 하는 조직 표면 조사 기구. - 광원;
1개 이상의 광학 엘리먼트와, 실질적으로 균일한 분포의 방사를 투과하도록 구성된 광투과 접촉면을 포함하는 1개 이상의 광학 어셈블리;
상기 광원과 상기 광학 어셈블리 사이에 접속된 1개 이상의 광투과 장치; 및
2개 이상의 원위부를 포함하는 해드피스
를 포함하고,
상기 광학 어셈블리는 상기 원위부 중 하나에 부착되고,
상기 원위부는 연부 조직을 그 사이에서 그래스프하고 상기 광학 어셈블리의 광투과 접촉면이 연부 조직과 접촉하도록 구성된 것을 특징으로 하는 연부 조직 치료 기구. - 2개의 대향하는 발광 광학 어셈블리의 광투과 접촉면 사이에서 편도선 조직의 일부를 압착해서 실질적으로 평평하게 하는 스텝;
상기 광학 어셈블리 각각의 광학 엘리먼트로 광을 도입하는 스텝; 및
상기 광을 상기 광학 엘리먼트로부터 상기 광투과 접촉면을 통해 상기 편도선 조직으로 실질적으로 균일한 광 분포로 다이렉트함으로써 상기 편도선 조직을 조사하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 99 항에 있어서,
반사 장치를 사용하는 각도에서 상기 광학 어셈블리로 도입되는 광을 반사하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 100 항에 있어서,
복수의 반사 장치를 사용하는 각도에서 상기 광학 어셈블리로 도입되는 광을 반사해서 각 광학 어셈블리의 광투과 접촉면을 통해 반사된 광을 투과하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 99 항에 있어서,
각 광학 어셈블리로 도입되는 광을 확산하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 102 항에 있어서,
도광판 내에서 횡경로를 통해 각 광학 어셈블리로 도입되는 광을 가이드하는 스텝; 및
상기 도광판의 근위면 상에 패턴으로 배열된 광 오프 추출 피쳐(light off extraction features)를 확산하고, 각 광학 어셈블리의 광투과 접촉면를 통해 확산된 광을 투과하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 99 항에 있어서,
상기 편도선 조직으로 1개 이상의 니들의 원위 팁을 삽입하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 99 항에 있어서,
편도선 크립트(tonsillar crypt)의 바이오필름의 적어도 일부에 대한 데미지 또는 손상을 달성하기에 충분한 목표 조사 온도 및 조사 시간의 조합을 선택하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 99 항에 있어서,
트랜지셔닝 조직(transitioning tissue)을 달성하기에 충분한 목표 조사 온도 및 조사 시간의 조합을 선택하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 106 항에 있어서,
상기 목표 조사 온도는 적어도 약 50℃ ~ 약 65℃이고, 상기 조사 시간은 약 1 분과 약 7분 사이인 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 106 항에 있어서,
상기 목표 조사 온도는 적어도 약 6O℃ 및 약 65℃이고, 상기 조사 시간은 약 1 분보다 작은 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 99 항에 있어서,
상기 조사 시간은 약 3 분보다 작은 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 109 항에 있어서,
수술실 환경에서의 조사 시간은 약 1 분보다 작은 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 99 항에 있어서,
상기 광은 약 1100 nm과 약 1350 nm 사이의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 99 항에 있어서,
상기 광투과 접촉면의 하나 이상은 상기 편도선 조직의 점막층을 냉각하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 112 항에 있어서,
상기 광투과 접촉면의 하나 이상은 상기 편도선 조직의 점막층을 수동적으로 냉각하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 112 항에 있어서,
상기 광투과 접촉면의 하나 이상은 상기 편도선 조직의 점막층을 능동적으로 냉각하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 114 항에 있어서,
상기 광투과 접촉면은 이 광투과 접촉면과 열 접촉하는 냉각 유체를 사용하여 점막층을 능동적으로 냉각하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 115 항에 있어서,
상기 편도선 조직이 실질적으로 냉각될 때까지 조사 후에 3℃ 이상의 냉각 유체의 온도를 감소시키는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 116 항에 있어서,
상기 냉각은 점막층을 보호하는데 충분하지만, 편도선의 실질 조직을 가열하는데 필요한 조사량을 실질적으로 증가시키기에 충분하지 않은 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 99 항에 있어서,
조직을 조사한 후에 편도선 조직 온도를 감소시키기 위해 광투과 접촉면 사이에서 편도선 조직을 계속적으로 유지 및 냉각하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 118 항에 있어서,
상기 조직을 조사한 후에 약 50℃ 이하의 온도로 편도선 조직 온도를 감소시키기 위해 광투과 접촉면 사이에서 편도선 조직을 계속적으로 유지 및 냉각하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 118 항에 있어서,
약 37℃와 약 5℃ 사이의 온도로 조사된 편도선 실질 조직을 냉각하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 120 항에 있어서,
실질적으로 상기 전체 편도선 조직은 불가역적인 냉동 손상을 편도선 조직에 일으키는 온도보다 높게 그리고 37℃ 이하의 온도로 냉각되는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 99 항에 있어서,
상기 편도선 조직의 온도를 1개 이상의 위치에서 측정하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 99 항에 있어서,
상기 편도선의 실질 조직 내에서 1개 이상의 위치의 온도를 측정하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 123 항에 있어서,
조사 동안 및 조사 후에 편도선 실질 조직 내에서 1개 이상의 위치의 온도를 측정하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 124 항에 있어서,
측정된 온도가 목표 온도에 도달할 때까지 상기 편도선 조직을 조사하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 123 항에 있어서,
상기 편도선 조직의 점막 상의 또는 점막의 1개 이상의 위치의 온도를 측정하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 126 항에 있어서,
점막 온도가 조사 동안 50℃를 초과하지 않도록 상기 편도선 조직의 점막 상의 또는 점막의 1개 이상의 위치의 온도를 모니터링해서 제어하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 제 99 항에 있어서,
상기 편도선은 편도선 조직이 조사되는 동안 상기 편도선 조직에서 혈액의 관류를 감소시키기 위해 충분히 가해진 압력을 갖는 2개 이상의 광투과 접촉면 사이에서 압착되는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법. - 광투과 접촉면과 비발광면 사이에서 편도선 조직의 부분을 압착해서 실질적으로 평평하게 하는 스텝;
광학 엘리먼트로 광을 도입하는 스텝; 및
상기 광학 엘리먼트로부터 상기 광투과 접촉면을 통해 편도선 조직으로 실질적으로 균일한 분포로 광을 다이렉트함으로써 상기 편도선 조직을 조사하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 편도선 조직 치료 방법.
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