KR20130125154A - 의료용 레이저 치료기의 전원장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 플래시 램프를 포함하는 의료용 레이저 치료기의 전원장치에 관한 것으로서, 다수의 램프 각각에 스위칭 회로를 병렬로 구성하여 플래시 램프의 펄스 진폭과 Q-switch 턴온을 제어하여 동일한 출력 값과 높은 첨두 출력 및 다양한 파장의 출력을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 의료용 레이저 치료기의 전원장치에 관한 것이다.
본 발명의 의료용 레이저 치료기의 전원장치는 다수의 플래시 램프(Flash lamp)를 포함하는 의료용 레이저 치료기의 전원장치에 있어서, 입력되는 전원에 의해 레이저 매질을 여기 시키기 위한 다수의 플래시 램프, 상기 플래시 램프에서 조사되는 여기 빛을 수신하여 레이저로 변환하기 위한 레이저 매질, 상기 레이저 매질에서 방사되는 상기 레이저를 반사하고 증폭하는 리어 미러(rear mirror)와 출력 결합 거울(Output coupler), 상기 리어 미러와 출력 결합 거울에 의해 증폭된 빛의 첨두 출력을 얻기 위한 큐-스위치(Q-switch), 상기 플래시 램프 및 상기 큐-스위치의 on/off 딜레이 시간을 제어하기 위한 스위칭 딜레이 시간 제어부를 포함하여 구성되는 전원장치를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 의료용 레이저 치료기의 전원장치는 다수의 플래시 램프(Flash lamp)를 포함하는 의료용 레이저 치료기의 전원장치에 있어서, 입력되는 전원에 의해 레이저 매질을 여기 시키기 위한 다수의 플래시 램프, 상기 플래시 램프에서 조사되는 여기 빛을 수신하여 레이저로 변환하기 위한 레이저 매질, 상기 레이저 매질에서 방사되는 상기 레이저를 반사하고 증폭하는 리어 미러(rear mirror)와 출력 결합 거울(Output coupler), 상기 리어 미러와 출력 결합 거울에 의해 증폭된 빛의 첨두 출력을 얻기 위한 큐-스위치(Q-switch), 상기 플래시 램프 및 상기 큐-스위치의 on/off 딜레이 시간을 제어하기 위한 스위칭 딜레이 시간 제어부를 포함하여 구성되는 전원장치를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
Description
본 발명은 다수의 플래시 램프를 포함하는 의료용 레이저 치료기의 전원장치에 있어서, 다수의 램프 각각에 스위칭 회로를 병렬로 구성하여 플래시 램프와 Q-switch의 on/off를 제어하여 동일한 출력 파형 값과, 피크치가 아주 큰 펄스 레이저 출력을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 의료용 레이저 치료기의 전원장치에 관한 것이다.
일반적으로 레이저를 이용한 피부치료기는 피부의 색소 병변을 치료하기 위해 많이 사용되고 있다. 색소 병변의 치료는 자연적이거나 정상적인 피부색 이외의 색소를 파괴 시키는 것이 주목적이며, 이러한 색소포(chromophore)는 두 가지가 있는데 하나는 피부 내부의 멜라닌에 의한 것이고 다른 하나는 외부에서 주입된 색소에 의한 것이다. 따라서 이들을 치료하기 위해서는 레이저의 펄스 폭이 색소포의 열 이완 시간(Thermal Relaxation Time : TRT)보다 짧아야 하는데 이를 위해서는 Q-switching방식의 레이저를 사용해야 한다. 현재 피부 내부의 멜라닌에 의한 색소 병변의 치료로는 3가지 종류의 레이저가 사용되고 있다.
첫 번째, Q-switched Ruby laser(발진 파장 : 694nm)는 3준위 에너지(three level energy system)를 가지고 있기 때문에 다른 고체레이저와는 다르게 레이저 발진 시 플래시 램프(flashlamp)에 인가한 전기에너지가 레이저 빛 에너지로 전환되는 효율이 떨어진다. 발진된 레이저의 펄스 폭은 약 20 ~ 40㎱ 이며 고 반복으로 레이저가 발진 되지 않는다는 단점이 있다. 또한 침투 깊이가 깊지 않아서 진피층에 있는 색소 병변을 치료하기가 어렵다.
두 번째, Q-switched Alexandrite laser(발진 파장 : 755nm)는 레이저 발진 시 펄스 폭이 약 50 ~ 100㎱로써 루비레이저보다 침투 깊이가 깊다는 장점은 있으나 멜라닌에 의한 색소 병변의 치료에는 거의 동일한 효과를 갖는다.
세 번째, Q-switched ND:YAG laser(발진 파장 : 1064/532nm)는 발진 시 펄스 폭이 약 5 ~ 12㎱ 이며 1064nm 파장에서는 침투 깊이가 의료용에 사용되고 있는 레이저 중 가장 깊기 때문에 오타모반과 같이 진피 깊숙이 있는 색소 병변을 치료하는데 사용되고 있으며 532nm의 파장에서는 침투 깊이가 작기 때문에 외피층에 있는 색소 병변을 치료할 수 있다. 따라서 멜라닌에 의해 진피 및 외피에 발생된 색소 병변의 치료에는 두 파장을 발진시킬 수 있는 엔디야그 레이저가 가장 많이 사용되고 있으며 치료 효과 또한 우수하다.
도 1은 종래의 기술에 따른 스위치 하나를 사용하여 직렬로 연결한 전원장치 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 높은 출력을 얻기 위해 두 램프(31, 32)를 직렬로 연결하고 대용량 콘덴서(12)를 사용하여 딜레이 타임 컨트롤러(10)를 구성하였다. 딜레이 타임 컨트롤러(10)가 2개의 플래시 램프(31, 32)와 직렬로 연결되어 있으며, 한 번의 스위치(14) turn-on에 의해서 플래시 램프 1(31)이 turn-on/turn-off되고 플래시 램프 2(32)가 turn-on/turn-off 동작을 하게 된다. 한 번의 스위치(14) turn-on에 2번의 Q-switching이 발생하는데, 이때 플래시 램프 1(31)과 플래시 램프 2(32) 사이에 딜레이가 길어지면서, 플래시 램프 2(32)의 출력 파장이 낮아져 치료효과가 저하되는 문제점이 있다. 또한, 롱펄스를 얻기 힘들고 출력의 딜레이 시간 제어가 힘들어 다양한 레이저 출력을 얻기 힘들다.
도 2는 종래의 기술에 따른 스위치 두 개를 사용하여 직렬로 연결한 전원장치 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전원 장치를 저가로 만들기 위해 사용하는 방식으로 도 1의 방식과 같은 특성을 가진다.
도 3은 종래의 기술에 따른 Q-switching laser 출력 파형도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스위칭 딜레이 시간 제어부(10)와 플래시 램프(31, 32)를 직렬로 연결했을 때, 한 번의 스위치(14) turn-on 동작에 의해 플래시 램프(31, 32)의 펄스 웨이브가 발생하게 되고 2번의 Q-switching Trigger 동작을 통해 Q-switching laser 출력 파형이 발생하게 되는데 그림에서와 같이 두 번째 파형이 낮게 나오는 문제점이 있었다. 또한, 롱펄스를 얻기 힘들고 출력의 딜레이 시간을 제어하기 어려우며, 다양한 레이저 출력 파형을 얻기 힘들다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 제작 비용을 절감하고, Q-switching 동작으로 동일한 출력값을 얻기 위한 목적이 있다.
또한, 본 발명은 피크치가 아주 큰 레이저 출력을 얻고 출력 딜레이 시간을 쉽게 제어하며 다양한 레이저 출력 파형을 얻는데 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 다수의 플래시 램프(Flash lamp)를 포함하는 의료용 레이저 치료기의 전원장치에 있어서, 입력되는 전원에 의해 레이저 매질을 여기 시키기 위한 다수의 플래시 램프, 상기 플래시 램프에서 조사되는 여기 빛을 수신하여 레이저로 변환하기 위한 레이저 매질, 상기 레이저 매질에서 방사되는 상기 레이저를 반사하고 증폭하는 리어 미러(rear mirror)와 출력 결합 거울(Output coupler), 상기 리어 미러와 출력 결합 거울에 의해 증폭된 빛의 첨두 출력을 얻기 위한 큐-스위치(Q-switch), 상기 플래시 램프 및 상기 큐-스위치의 on/off 딜레이 시간을 제어하기 위한 스위칭 딜레이 시간 제어부를 포함하여 구성되는 전원장치에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 다수의 플래시 램프 각각에 병렬로 연결되어 플래시 램프와 Q-switch의 온/오프를 제어하는 스위칭 딜레이 시간 제어부에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명의 의료용 레이저 치료기의 전원장치는 동일한 출력 에너지를 얻을 수 있고, 높은 첨두 출력 및 다양한 출력 파형을 얻을 수 있어 치료 효과를 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 적은 용량의 콘덴서를 사용하기 때문에 제작 비용이 절감되고, 출력의 딜레이 시간 제어가 용이한 효과가 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 스위치 하나를 직렬로 연결한 전원장치 구성도 ,
도 2은 종래의 기술에 따른 스위치 두 개를 직렬로 연결한 전원장치 구성도,
도 3는 종래의 기술에 따른 Q-switching laser 출력 파형도,
도 4은 본 발명에 따른 의료용 레이저 치료기의 전원장치 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 S1, S2가 동시에 turn-on 될 때 Q-switching laser 출력 파형도,
도 6은 본 발명에 따른 S1이 turn-on/turn-off되고 이어서 S2가 turn-on/turn-off 될 때 Q-switching laser 출력 파형도,
도 7는 본 발명에 따른 S1, S2가 순차적으로 turn-on되고 turn-off 될 때 laser 출력 파형도,
도 2은 종래의 기술에 따른 스위치 두 개를 직렬로 연결한 전원장치 구성도,
도 3는 종래의 기술에 따른 Q-switching laser 출력 파형도,
도 4은 본 발명에 따른 의료용 레이저 치료기의 전원장치 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 S1, S2가 동시에 turn-on 될 때 Q-switching laser 출력 파형도,
도 6은 본 발명에 따른 S1이 turn-on/turn-off되고 이어서 S2가 turn-on/turn-off 될 때 Q-switching laser 출력 파형도,
도 7는 본 발명에 따른 S1, S2가 순차적으로 turn-on되고 turn-off 될 때 laser 출력 파형도,
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 의료용 레이저 치료기의 전원장치 구성도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 치료기의 전원장치는 1064㎚ 파장에서 99.9% 이상의 반사율을 가지는 Rear mirror(210), 서로 수직인 방향으로 진동하는 직선 편광이 판을 통과했을 때, 그 사이에 소정의 위상차를 주는 Wave Plate(220), 전기적 특성을 이용하여 레이저를 on/off 스위치로 짧은 펄스폭의 아주 높은 피크 레이저 출력을 만드는 EO Q-switch(230), 직선편광을 얻어내는 polarizer(240), 레이저 매질인 ND:YAG rod(330), 레이저 매질에 에너지를 공급하는 Flashlamp(310, 320), 상기 Flashlamp(310, 320)에서 나오는 빛을 레이저 매질에 모두 전달될 수 있도록 하는 Reflector로 구성된 Pumping module(300), 1064㎚ 파장을 일부는 반사시키고 일부는 통과시키는 역할을 하는 Output coupler(250), 1064㎚ 파장의 빛을 532nm 파장으로 변환시켜 주는 SHG(Second Hamrmonic Generator) Crystal(260), 532nm의 파장 빛만 통과시켜주는 필터 역할을 하는 Window(270)로 구성되어 있다.
상기 레이저 매질의 종류는 기체(HeNe, Ar, Kr, CO2, H2O), 고체(루비, YAG, ND 글라스), 액체(옥시염화셀렌, 색소), 반도체(GaAs, CdS, PbTe) 등이 있다.
1064㎚의 Q-switching 발진 원리는 Flashlamp(310, 320)에 의해 ND:YAG rod(330)에 에너지가 공급되면 rod에서 빛이 방사되어 rear mirror(210)와 Output coupler(250)에 의해 증폭이 된다. 하지만 Q-switch(230)에 의해 문턱치(Threshold)에 도달하지 못하도록 손실이 발생한 후 아주 짧은 시간에 Q-switch를 on 하면 피크치가 아주 큰 Giant펄스의 레이저 출력을 얻을 수 있다.
532㎚의 Q-switching 발진 원리는 상기 1064㎚의 Q-switch 에너지가 SHG Crystal(260)과 Window(270)를 통해 532㎚의 파장으로 가변되어 출력된다.
본 발명에서는 스위칭 딜레이 시간 제어부(100)가 플래시 램프(310, 320)에 각각 병렬로 연결되어 있으며, 딜레이 타임 컨트롤러(110)에 의해 스위치(160, 170)와 Q-switch(230)가 turn-on/turn-off 되고 상기 스위치(160, 170)의 turn-on 동작에 의해 플래시 램프(310, 320)가 turn-on되고, ND:YAG rod(330)에서 방사된 빛이 Q-switch(230)의 turn-on 동작에 의해 아주 큰 펄스의 레이저로 출력하게 된다.
본 발명의 경우 플래시 램프(310, 320) 각각에 스위치 회로가 연결되어 있어서 플래시 램프(310, 320)를 동시에 turn-on 시키거나 순차적으로 turn-on 시키는 등 다양한 제어가 가능하다.
그리고 작은 용량의 콘덴서(120, 130)를 사용하여 제조비용을 줄일 수 있고, 플래시 램프 및 Q-switch의 turn-on/turn-off를 제어하여 높은 첨두 출력 및 다양한 출력을 얻을 수 있어 치료효과를 높이는 장점이 있다.
도 5는 본 발명에 따른 S1, S2가 동시에 turn-on 될 때 Q-switching laser 출력 파형도 이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 딜레이 타임 컨트롤러(110)의 제어에 의해 스위치(160, 170)가 동시에 turn-on 될 때, 한 번의 Q-switching으로 2배 이상의 첨두치 레이저 출력이 발생 되는 것을 보여준다.
도 6은 본 발명에 따른 S1이 turn-on/turn-off되고 이어서 S2가 turn-on/turn-off 될 때 Q-switching laser 출력 파형도 이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 딜레이 타임 컨트롤러(110)의 제어에 의해 스위치 1(160)이 on/off되고, 스위치 2(170)가 on/off 되는 동작을 반복할 때 출력 파형을 나타내는 파형도로서, 2번의 Q-switching Trigger pulse wave를 통해 동일한 높이의 출력 파형이 발생하는 것을 보여준다.
도 7은 본 발명에 따른 S1, S2가 순차적으로 turn-on되고 turn-off 될 때 laser 출력 파형도 이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 딜레이 타임 컨트롤러(110)의 제어에 의해 스위치 1(160), 스위치 2(170)가 turn-on되고 다시 스위치 1(160), 스위치 2(170)가 turn-off 되는 동작을 반복할 때 출력 파형을 나타내는 파형도로서, 2번의 SCR 스위치 Trigger pulse wave를 통해 두 램프(310, 320)의 레이저 출력파형이 중첩되어 1.5배 이상의 긴 펄스폭이 출력되는 것을 보여준다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
10, 50, 100 : 스위칭 딜레이 시간 제어부
11, 51, 110 : Delay time control 12, 52, 53, 120, 130 : 콘덴서
13, 54, 55, 140, 150 : 인덕터 14, 56, 67, 160, 170 : 스위치
20, 60, 200 : High voltage generator 21, 61, 210 : Rear Mirror
22, 62, 220 : Wave Plate 23, 63, 230 : EO Q-switch
24, 64, 240 : Polaizer 25, 65, 250 : Output Coupler
26, 66, 260 : SHG Crystal 27, 67, 270 : Window
30, 70, 300 : Pumping Module 31, 71, 310 : Flash Lamp 1
32, 72, 320 : Flash Lamp 2 33, 73, 330 : ND:YAG
11, 51, 110 : Delay time control 12, 52, 53, 120, 130 : 콘덴서
13, 54, 55, 140, 150 : 인덕터 14, 56, 67, 160, 170 : 스위치
20, 60, 200 : High voltage generator 21, 61, 210 : Rear Mirror
22, 62, 220 : Wave Plate 23, 63, 230 : EO Q-switch
24, 64, 240 : Polaizer 25, 65, 250 : Output Coupler
26, 66, 260 : SHG Crystal 27, 67, 270 : Window
30, 70, 300 : Pumping Module 31, 71, 310 : Flash Lamp 1
32, 72, 320 : Flash Lamp 2 33, 73, 330 : ND:YAG
Claims (9)
- 다수의 플래시 램프(Flash lamp)를 포함하는 의료용 레이저 치료기의 전원장치에 있어서,
입력되는 전원에 의해 레이저 매질을 여기 시키기 위한 다수의 플래시 램프;
상기 플래시 램프에서 조사되는 여기 빛을 수신하여 레이저로 변환하기 위한 레이저 매질;
상기 레이저 매질에서 방사되는 상기 레이저를 반사하고 증폭하는 리어 미러(rear mirror)와 출력 결합 거울(Output coupler);
상기 리어 미러와 출력 결합 거울에 의해 증폭된 빛의 첨두 출력을 얻기 위한 큐-스위치(Q-switch); 및
상기 플래시 램프 및 상기 큐-스위치의 on/off 딜레이 시간을 제어하기 위한 스위칭 딜레이 시간 제어부
를 포함하여 구성되는 전원장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 스위칭 딜레이 시간 제어부는 다수의 플래시 램프 각각에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 전원장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 스위칭 딜레이 시간 제어부는 콘덴서와 인덕터와 스위치 그리고 딜레이 시간 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원장치.
- 제 3항에 있어서,
상기 스위치는 SCR(Silicon controlled rectifier)스위치인 것을 특징으로 하는 전원장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 큐-스위치는 레이저 매질에서 방사되는 빛에 온/오프 스위치 동작을 통해 전압을 가하여 5~10us 펄스폭의 피크치 레이저 출력을 만드는 것을 특징으로 하는 전원장치.
- 제 5항에 있어서,
입력되는 전력이 1,000W일 때, 레이저 출력 파형의 피크값은 350MW/cm2인 것을 특징으로 하는 전원장치
- 제 5항에 있어서,
제1, 제2 플래시 램프가 동시에 턴온되고 턴오프 될 때, 한 번의 큐-스위칭 트리거(Q-switching trigger)로 2배 이상의 첨두치 레이저 출력을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 전원장치.
- 제 5항에 있어서,
제1 플래시 램프가 턴온/턴오프 되고, 제2 플래시 램프가 턴온/턴오프 될 때, 두 번의 큐-스위칭 트리거로 동일한 두 개의 레이저 출력 값을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 전원장치.
- 제 5항에 있어서,
제1 플래시 램프가 턴온되고, 제2 플래시 램프가 턴온되고 다시 제1 플래시 램프가 턴오프, 제2 플래시 램프가 턴오프 되는 동작을 반복할 때, 두 번의 SCR 스위치 트리거로 제1, 제2 플래시 램프의 출력 파형이 중첩되어 상기 출력 파형의 펄스폭이 1.5배 이상으로 증가되어 출력하는 것을 특징으로 하는 전원장치.
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