KR20150062305A - 피부 냉각 시스템을 구비한 의료용 레이저 조사 유닛 - Google Patents

피부 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 조절장치를 통과한 고출력 레이저광은 수술에 알맞게 레이저광 면적 제어 장치에 의해 면적이 조절하는 조절장치 그리고 외부공기를 흡입하여 빠른 속도로 냉각된 공기를 분사할 수 있는 피부를 냉각시키는 피부 접촉자를 구비한 레이저 조사 유닛 관한 것이다.

Description

피부 냉각 시스템을 구비한 의료용 레이저 조사 유닛{MEDICAL LASER IRRADIATION UNIT WITH SKIN 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 수 십 mJ이기 때문에 레이저광을 조사하는 부위의 면적을 조절하는 기능과 정확하게 환부를 지적하는 장치만 필요하다. 고출력 레이저는 레이저의 출력 에너지가 높기 때문에 주사 되는 부위 및 주사 되는 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 변경 되면 피부에 작용하는 열 에너지도 변하게 된다. 따라서 레이저 에너지 면적의 변화에 따른 피부를 냉각 시키는 냉각 온도도 조절되어야 한다.
레이저 조사 유닛은 의사가 손으로 잡고 수술하기에 알맞은 크기로 설계되어야 하므로 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 광섬유를 통해서 레이저 조사 유닛에 전달되면 레이저 조사 유닛에서는 광섬유를 통해서 전달되는 동안 약 23도 각도로 확산된 레이저광을 치료에 필요한 레이저빔 직경으로 만들기 위해서 레이저 면적 조절장치를 통과하게 된다. 면적 조절장치를 통과한 고출력의 레이저는 레이저 조사 유닛의 온도를 높이게 된다. 또한 레이저 조사 유닛을 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 유닛을 제공한다.
시술시 환자의 피부에 발생 할 수 있는 부작용 및 화상의 우려를 불식시키기 위하여 Cooling 된 공기를 시술부위에 강한 압력으로 분사한다. 경우에 따라서는 시술부위의 온도를 더 낮추기 위하여 Cooling된 공기를 강한 압력으로 분사하는 중간에 간헐적/주기적으로 냉각용 가스를 병행하여 분사한다.
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 종래방식의 레이저 조사 유닛 모듈을 나타내는 도면
도 2는 도1의 냉각 장치부 및 피부 접촉부를 상세히 나타내는 도면
도 3은 본 발명에 의한 레이저 조사 유닛 모듈의 다양한 실시예를 나타낸 도면
도 4는 본 발명에 의한 피부접촉자의 직각방향으로 본 단면도
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 사이즈(면적) 조절 장치(103)에 전달된다. 레이저광 면적 제어 장치(102)에 의해 레이저광 사이즈(면적)이 레이저광 사이즈(면적) 조절 장치(103)에서 치료에 맞는 레이저광 사이즈(면적)으로 만들어 진다. 레이저광 사이즈(면적) 조절 장치(103)에서 만들어진 레이저광은 피부 접촉자(105)를 거쳐 환자에 주사되게 된다. 피부 접촉자(105)를 냉각시키기 위해서 Cooling System을 구비하는 형태를 갖는다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 도 1에서 피부 접촉자 부위를 세부적으로 나타내는 도면으로서, 레이저광 면적 조절 장치(103)를 통과한 레이저광은 레이저광 안정장치 보조렌즈를 통과한 후에 피부 접촉 윈도우(201)에 전달되어 환자의 환부에 조사 된다. 피부 접촉 윈도우(201)를 냉각시키기 위해서 피부접촉 윈도우 지지대(202)는 열전달이 잘되는 소재를 적용하며 이 윈도우 지지대에는 열전소자(펠티어:203)와 워터 자켓(204)이 구비되어 있다. 피부 접촉 윈도우(201)는 고출력 레이저 출력에 견딜 수 있고, 온도 전달 특성이 좋은 모스 강도 9인 사파이어가 흔히 사용된다.
도 3은 본 발명에 의한 실시예 들을 도시한 것으로 레이저 조사 유닛 모듈의 외주면에 팬(Fan : 303)이 구비되어 팬으로 유입된 공기는 송풍통로(302)를 경유하여 피부접촉자(301)의 공기 출구(410)으로 빠져 나오게 된다. 이 출구(410)로 빠져 나오는 공기는 베르누이의 정리를 인용하면 좁은 부분으로 나오게 되므로 아주 빠른 속도가 된다.
이를 좀 더 상세히 설명하면 도 4에서와 같은 U자형 단면을 갖는 피부 접촉자는 외측 케이스의 내주면(402) 과 내측 케이스의 외주면(403)이 중첩되는 부분(411,412)은 개구부(440)측이 공기의 흐름을 코안다면(420) 위로 향하는 구조로 구성된다. 팬(Fan:303)에 의해 흡입된 공기는 송풍통로(302)를 경유하여 피부 접촉자(301)의 공기가 빠져나오는 0.3mm~3mm정도의 좁은 출구(410)로 빠져 나오면서 속도가 빨라지게 되고 속도가 빨라진 공기가 비행기 날개 형상의 표면을 타고 나가면서 낮은 압력을 형성하여 주변공기를 빨아들여 강한 전진 기류를 만들어 내는 것으로 레이저 시술부위에 찬 공기를 빠른 속도로 불어주어 시술시 환자의 피부에 발생 할 수 있는 부작용 및 화상의 우려를 없애도록 한 것이다.
도 4 의 (b)는 솔레노이드 밸브(304)를 이용하여 간헐적/주기적으로 필요시 냉각용 가스를 분사하면 전술한 전진기류아 함께 시술부위에 분사하도록 한 실시예이며, 또 다른 실시예로 도 3(c) 에서와 같이 팬(Fan:303)에 의해 흡입된 공기가 통과하는 송풍통로(302)에 열전소자(펠티어:307)를 구비하여 송품통오 자체를 Cooling하여 찬 공기가 분출되게 하여 시술시 환자의 피부에 발생 할 수 있는 부작용 및 화상의 우려를 없애도록 한 것이다. 시술시 피부 접촉자가 피부에 접촉되어야 할 필요는 없다 오히려 일정한 간격을 유지 할 필요가 있으며 이 경우 시술 속도도 빨라지며 편리한 시술이 가능하다.
상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 레이저 조사 유닛 101 : 광섬유
102 : 레이저광 면적 제어 장치 103 : 레이저광 면적 조절 장치
104 : 냉각수 온도 제어부 105 : 피부 접촉자
201 : 피부 접촉 윈도우 202 : 피부접촉 윈도우 지지대
203 : 열전소자(펠티어) 204 : 워터자켓 (Water Jacket)
205 : 냉각수 라인 301 : 본 발명에 의한 피부접촉자
302 : 팬으로 흡입된 공기의 송풍 통로
303 : 팬 (Fan) 304 : 솔레노이드 밸브
305 : 냉각 가스의 통로 306 : 냉각 가스의 분사 방향
307 : 열전소자(펠티어) 308 : 워터자켓
401 : 피부접촉자의 외측 케이스
402 : 피부접촉자의 내주면 403 : 피부접촉자의 외주면
404 : 환형의 내측 케이스부 410 : 공기의 출구
411 : 내측 케이스의 끝단부 412 : 내측 케이스의 끝단부
420 : 코안다면 430 : 피부 접촉자 내부 통로
440 : 피부접촉자의 개구부 450 : 공기의 흐름 방향

Claims (3)

  1. 의료용 레이저 장치의 본체에서 발생된 고출력 레이저를,
    핸드피스에서 수술에 적합한 레이저광으로 사이즈를 조정하는 제어 장치:
    외부의 공기를 팬으로 흡입하여 피부 접촉자 측으로 보내는 송풍통로: 및
    송풍통로와 연결되어 빠른 속도를 공기를 분사할 수 있는 공기출구를 구비한 피부접촉자:
    를 구비한 레이저 조사 유닛에 있어서 환자의 환부에 접촉/이격 시켜 피부를 냉각시키는 피부 접촉자를 구비한 레이저 조사 유닛.
  2. 제 1항에 있어서,
    피부접촉자 윈도우 지지대의 일측면에 냉각가스를 간헐적/주기적으로 분사할 수 있는 구조를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 조사 유닛.
  3. 제 1항에 있어서,
    송풍통로에 설치된 냉각장치에 의해 팬으로 흡입된 공기가 송풍통로를 통과시 쿨링되고 쿨링된 차거워진 공기가 피부접촉자의 공기출구로 분사되는 구조를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 조사 유닛.
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