KR20130097308A - 피부 접촉 냉각 시스템을 구비한 의료용 레이저 조사 유닛 - Google Patents

피부 접촉 냉각 시스템을 구비한 의료용 레이저 조사 유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은 의료용 고출력의 레이저 조사 유닛에 있어서, 고출력의 레이저 에너지에 의해서 발생하는 열로 인해 환자의 수술 및 치료 부위 이 외에 화상으로 인한 부작용 및 환자의 고통을 야기할 수 있는 문제를 최소화하기 위해서, 레이저광 면적 조절장치(103)를 통과한 고출력 레이저광은 수술에 알맞게 레이저광 면적 제어 장치(102)에 의해 면적이 조절되어 레이저광 안정장치인 레이저광 안정 장치 보조렌즈(104)를 통과한 후에 피부 접촉 윈도(204)에 고출력 레이저가 전달되고, 환자의 환부에 조사되는 레이저 조사 유닛(100)에 있어서: 환자의 환부에 접촉시켜 피부를 냉각시키는 피부 접촉자(107)를 구비한 레이저 조사 유닛; 냉각수를 제어하기 위한 냉각수 온도 제어부(106)를 구비한 레이저 조사 유닛에 관한 것이다.

Description

피부 접촉 냉각 시스템을 구비한 의료용 레이저 조사 유닛{MEDICAL LASER IRRADIATION UNIT WITH SKIN CONTACT COOLING SYSTEM}
의료용으로 사용되는 고출력 레이저는 광열적 상호작용(photothermal interaction), 광화학적 상호작용 (photochemical interaction), 광역학적 상호작용(photodynamic interaction), 광전기적 상호작용 (photoelectrical interaction) 등을 이용하여 수술 및 치료의 형태로 사용되며 일반적으로 1J 이상을 고출력 레이저라고 본다. 수술 및 치료에 사용되는 고출력 레이저에 있어서 피부 침투 깊이는 레이저 파장에 의해 결정되며 레이저 출력 에너지와 레이저 파장을 선택적으로 결정하여 수술 및 치료에 사용된다.
상기와 같이 고출력 에너지와 레이저 파장의 선택으로 결정된 레이저는 수술 및 치료시 고출력 레이저 에너지에 의해서 주사 지점에 열로 인한 화상을 입게 된다. 또한 주사 영역 주변에도 열로 인한 화상을 입게 되는데 이는 수술 및 치료 부위 주변에 부작용으로 작용하거나, 환자에게 화상으로 인한 고통을 줄 수가 있다.
상기와 같은 열로 인한 문제를 방지하기 위해서 레이저가 주사되는 부위 및 주변을 냉각시켜 주는 기술에 관한 것이다.
레이저 출력 에너지가 10J/cm2이상이면 피부 온도는 50도로 상승하고 고열이 발생하고, 200J/cm2이상이면 피부 온도는 60도로 상승하고 혈액응고가 시작되고, 500J/cm2이상이면 피부 온도는 70~80도로 상승하고 응착이 시작되고, 1000J/cm2이상이면 피부 온도는 90~100도로 상승하고 기화되기 시작한다.
저출력 레이저 조사 유닛은 출력 에너지가 수 mJ 내지 수십 mJ이기 때문에 레이저광을 조사하는 부위의 면적을 조절하는 기능과 정확하게 환부를 지적하는 장치만 필요하다.
하지만 고출력 레이저는 레이저의 출력 에너지가 높기 때문에 주사되는 부위 및 주사되는 주변의 특성도 고려되어야 한다. 동시에 환자의 상태에 따라서 수술환경은 다양하므로 필요한 수술에 맞게 환부에 따라서 수술용 고출력 레이저 에너지 면적을 조절하는 경우가 있다. 상기와 같이 고출력 레이저 에너지 면적이 변경되면 피부에 작용하는 열 에너지도 변하게 된다. 따라서 레이저 에너지 면적의 변화에 따른 피부를 냉각시키는 냉각 온도도 조절되어야 한다.
레이저 조사 유닛은 의사가 손으로 잡고 수술하기에 알맞은 크기로 설계되어야하기 때문에 소형화로 설계되어야 한다. 레이저 조사 유닛의 소형화로 인하여 레이저 조사 유닛 내의 주어진 좁은 공간 안에서 발생하는 고출력 레이저 열처리는 매우 정밀하고 중요한 냉각 기술이다. 마찬가지로 화상을 방지하기 위하여 환자의 수술 부위도 냉각시켜 주어야 하기 때문에 냉각장치가 필수적이다.
고출력 레이저가 광섬유(101)를 통해서 레이저 조사 유닛(100)에 전달되면 레이저 조사 유닛(100)에서는 광섬유(101)를 통해서 전달되는 동안 약 23도 각도로 확산 된 레이저광을 치료에 필요한 레이저빔 직경으로 만들기 위해서 레이저광 면적 조절장치(103)를 통과하게 된다. 레이저광 면적 조절장치(103)를 통과한 고출력의 레이저는 레이저 조사 유닛(100)의 온도를 높이게 된다.
또한 레이저 조사 유닛(100)을 지나 피부에 주사된 고출력의 레이저는 피부에 열을 가하게 된다.
상기와 같이 고출력의 레이저에 의해서 발생한 열을 냉각시켜 줌으로써 환자의 피부에 발생할 수 있는 부작용 및 화상으로 인한 환자의 고통을 경감시킬 수 있는 냉각 장치를 구비한 레이저 조사 유닛(100)을 제공한다.
환자의 피부와 접촉하는 부분을 피부접촉 윈도(204)를 사용하고, 상기 피부접촉 윈도(204)를 냉각수 순환관(203)으로 냉각시킨다. 상기에서 냉각수 순환관(203)에서 사용되는 냉각수는 외부 냉각수 공급관(204)에 의해서 공급되거나 냉각수 제어부(106)에서 냉각수 온도를 제어하여 냉각수를 공급한다.
의료용 고출력 레이저에 의해서 발생할 수 있는 환부 주변의 화상에 의한 부작용 및 고출력 레이저에 의한 고열로부터 환자의 고통을 경감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 레이저 조사 유닛 모듈을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 장치부 및 피부 접촉부를 나타내는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 실시 예에 따른 펠티어 소자의 회로도이다.
도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 펠티어 소자 제어 회로도이다.
도 1은 본 발명의 레이저 조사 유닛 모듈을 나타내는 도면으로서, 고출력 레이저 발진장치에서 발진한 레이저는 광섬유(101)를 통하여 레이저 조사 유닛 모듈(100) 안의 고출력 레이저광 면적 조절 장치(103)에 전달된다. 레이저광 면적 제어 장치(102)에 의해 레이저광 면적이 레이저광 면적 조절 장치(103)에서 치료에 맞는 레이저광 면적으로 만들어진다.
레이저광 면적 조절 장치(103)에서 만들어진 레이저광은 피부 접촉자(107)를 거쳐 환자에 주사되게 된다. 피부 접촉자(107)를 냉각시키기 위해서 냉각수 온도 제어부(106) 및 냉각수 공급관(108)을 순환하는 형태를 갖는다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 도 1에서 냉각수 온도 제어부(106) 및 피부 접촉자(107)를 세부적으로 나타내는 도면으로서, 레이저광 면적 조절 장치(103)를 통과한 레이저광은 레이저광 안정장치 보조렌즈(104)를 통과한 후에 피부 접촉 윈도(204)에 전달되어 환자의 환부에 조사된다. 피부 접촉 윈도(204)를 냉각시키기 위해서 냉각수 순환통(205)에서 냉각수를 냉각시키고 상기 냉각수를 조절하기 위해서 3개의 냉각수 냉각 소자(202a, 202b, 202c)가 사용되고, 상기 냉각수 냉각 소자(202a, 202b, 202c)를 제어하기 위한 냉각수 소자 제어 장치(201)가 사용된다. 냉각 효율을 높이기 위해서 피부접촉 윈도(204)를 냉각수 순환관(203)으로 고정하여 냉각한다. 냉각수 순환관(203)은 냉각수 공급관(206)을 통해서 공급된다. 냉각수 공급관(206)을 통해서 공급되는 유체는 도 2에는 표기되어 있지 않지만 냉각수 제어 수단에 의해 냉각된 유체가 공급된다.
피부 접촉 윈도(204)는 고출력 레이저 출력에 견딜 수 있고, 온도 전달 특성이 좋은 모스 강도 9인 사파이어로 구성된다. 또한 냉각수 순환통(205)을 냉각시키는 냉각 소자는 펠티어 소자로 한다.
도 3a는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 냉각 소자의 회로도로서, 냉각소자는 펠티어 소자(TEM 1, TEM 2, TEM 3) 3개와 전원 공급 장치(V1)로 구성된다.
도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 냉각 소자 제어 회로도로서, 온도센서(U1)를 구비하고 레이저 조사 유닛의 온도를 측정하여 냉각수를 제어한다.
100 : 레이저 조사 유닛 101 : 광섬유
102 : 레이저광 면적 제어 장치 103 : 레이저광 면적 조절 장치
104 : 레이저광 안정장치 보조렌즈 106 : 냉각수 온도 제어부
107 : 피부 접촉자
201 : 냉각 소자 제어 장치 202a, 202b, 202c : 냉각수 냉각 소자
203 : 냉각수 순환관 204 : 피부 접촉 윈도
205 : 냉각수 순환통 206 : 냉각수 공급관

Claims (9)

  1. 레이저광 면적 조절장치(103)를 통과한 고출력 레이저광은 수술에 알맞게 레이저광 면적 제어 장치(102)에 의해 면적이 조절되어 레이저광 안정장치인 레이저광 안정 장치 보조렌즈(104)를 통과한 후에 피부 접촉 윈도(204)에 고출력 레이저가 전달되고, 환자의 환부에 조사되는 레이저 조사 유닛(100)에 있어서: 환자의 환부에 접촉시켜 피부를 냉각시키는 피부 접촉자(107)를 구비한 레이저 조사 유닛; 냉각수를 제어하기 위한 냉각수 온도 제어부(106)를 구비한 레이저 조사 유닛.
  2. 제 1항에 있어서,
    레이저광 면적 조절장치(103)를 통과한 고출력 레이저광은 수술에 알맞게 면적이 조절되어 레이저광 안정장치 보조렌즈(104)를 통과한 후에 피부 접촉자(107)에 고출력 레이저가 전달되고, 환자의 환부에 조사되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 유닛.
  3. 제 1항에 있어서,
    환자 피부 접촉자(107)는 피부 접촉 윈도(204)와 피부 접촉 윈도(204)를 냉각시키기 위한 냉각수 순환관(203)으로 구성된 것을 특징으로 한다.
  4. 제 3항에 있어서,
    피부 접촉 윈도(204)는 사파이어로 구성하는 레이저 조사 유닛.
  5. 제 1항에 있어서,
    냉각수 온도 제어부(106)의 냉각소자는 펠티어 소자(TEM1 , TEM2, TEM3) 3개로 회로를 구성하는 것을 특징으로 한다.
  6. 제 5항에 있어서,
    냉각소자 펠티어는 3개 이상을 사용할 수도 있다는 것을 특징으로 한다.
  7. 제 5항에 있어서,
    레이저 조사 유닛(100)에 냉각수 냉각 소자(202a, 202b, 202c)를 제어하기 위한 냉각 소자를 제어하기 위한 제어 장치(201)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
  8. 제 1항에 있어서,
    냉각수 냉각소자(202a, 202b, 202c)에 의해 냉각수 온도를 제어하기 위해 유체가 순환하도록 하는 냉각수 순환통(205)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
  9. 제 1항에 있어서,
    냉각수 순환관(203)은 온도 전달이 좋고 피부 자극을 최소화할 수 있는 금도금으로 하는 것을 특징으로 한다.
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