KR20160035895A - 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 의료용 광섬유 장치 - Google Patents

방사상 조사가 가능한 광섬유 팁, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 의료용 광섬유 장치 Download PDF

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Abstract

방사상 조사가 가능한 광섬유 팁, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 의료용 광섬유 장치가 제공된다. 상세하게는, 광섬유 팁(tip)으로 가공시킬 중공형 광섬유를 준비하는 단계, 상기 중공형 광섬유를 1차 열처리하여 상기 중공형 광섬유의 일단의 클래딩층을 봉합시키는 단계, 및 상기 중공형 광섬유를 2차 열처리하여 상기 중공형 광섬유의 타단의 클래딩층을 봉합시켜, 상기 광섬유 팁의 내부에 공기주머니(air-pocket)를 형성시키는 단계를 포함하며, 상기 1차 열처리 및 상기 2차 열처리에 의해 상기 중공형 광섬유의 클래딩층을, 상기 공기주머니를 감싸는 형태로 배치하는 것일 수 있다. 이에, 본 발명의 광섬유 팁을 포함하는 의료용 광섬유 장치는, 내부에 공기주머니가 배치된 광섬유 팁에 의해 레이저가 방사상으로 조사될 수 있어, 신체 조직 내에서 다양한 형태의 방사상으로 진행하는 병변을 치료하거나 제거하는 데에 폭넓게 사용될 수 있다. 또한, 후처리 공정 및 패키지 공정을 간소화시킬 수 있으며, 광섬유 팁의 소형화가 가능하여 마이크로 단위의 조직을 치료하는 데에 적극 활용될 수 있다. 아울러, 본 발명의 방사상 조사 광섬유 팁은 광섬유 자체를 가공시켜 형성한 것으로, 광섬유 자체의 안정적인 물질인 석영유리(silica glass)로만 구성되기 때문에 인체에 무해할 수 있다.

Description

방사상 조사가 가능한 광섬유 팁, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 의료용 광섬유 장치{OPTICAL FIBER TIP FOR RADIAL FIRING AND METHOD OF FABRICATING THEREOF AND MEDICAL OPTICAL FIBER DEVICE COMPRISING OPTICAL FIBER TIP}
본 발명은 광섬유 팁에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁, 이를 제조하는 방법, 및 상기 광섬유 팁을 포함하는 의료용 광섬유 장치에 관한 것이다.
레이저를 이용하는 임상학적 수술치료는, 일반적인 외과수술시 신체내부의 출혈로 인해 야기되는 시야확보의 어려움이 발생되지 않아 광범위하게 이용되고 있다. 이에, 최근에는 광섬유를 이용하여 레이저 빔을 신체 내부 조직이나 장기로 전달시켜, 종양이나 유해한 조직을 제거할 수 있는 광섬유 기반의 내시경 수술(Endoscopic surgery) 시스템 개발이 더욱 각광받고 있다.
종래의 의료용 광섬유 장치는 광섬유를 통해 전달된 레이저가 그 말단 부분의 팁(tip) 영역에서 전면조사(forward-firing) 될 수 있도록 설계되었으나, 하지정맥류나 전립선 비대증과 같은 관(tubular) 형태의 조직의 외벽에서 방사상으로 성장하는 병변을 제거하거나 치료하기에는 어려움이 있기 때문에, 다양한 조직형태에도 응용할 수 있는 광섬유 팁에 대한 개발이 요구되고 있다.
이와 관련한 기술 중에서, 도 1(a) 내지 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 기존의 측면 조사 광섬유(side-firing optical fiber) 장치는 상기 전송용 광섬유를 통해 광섬유의 말단 단면에 수직으로 조사하는 레이저를 광섬유의 측면으로 전반사(total internal refraction) 할 수 있도록, 광섬유 팁 형성시, 가공 공정(도 1(a) 참조)을 통해 상기 광섬유의 말단면을 경사지게 절단하거나 30°내지 45°정도의 각도로 비스듬하게 연마한 뒤, 후처리 공정(도 1(b) 참조)에서 광섬유 팁 전면에 금속 코팅을 하거나, 금속 반사체 또는 투명 덮개를 접합시킨 구조로 제공되고 있다. 그러나, 상기 측면 조사 광섬유는 가공 공정 및 후처리 공정으로 인해 제조공정이 복잡한 단점이 있고, 광섬유 장치의 전체 부피가 커질 수 있는 문제점이 있다. 또한, 광섬유 팁의 측면의 한쪽 방향으로만 레이저가 조사되기 때문에 모세관이나 관 형태의 조직의 외벽을 치료하기 위해서는 방사상으로 균일하게 조사되도록, 상기 광섬유 팁을 미세하게 회전시키기 위한 정밀장치가 추가적으로 요구된다.
이에, 상기 측면 조사 광섬유의 문제점을 해결하기 위하여, 최근 관련 분야에는 도 2a와 같은 제조공정을 통해 제조된 방사상 조사 광섬유(radial-firing optical fiber) 장치가 제공되고 있다. 구체적으로, 상기 방사상 조사 광섬유는 레이저 기술을 통해 단계적으로 광섬유 말단의 단면을 가공하여, 도 2b에서 나타낸 이미지와 같이, 광섬유의 단면 중앙부분이 깊은 음각의 원뿔 팁을 가지게 함으로써, 전면으로 조사된 레이저가 방사상으로 조사되게 할 수 있다. 이를 아크방전을 이용하여 연마하면, 도 2c와 같은 형태를 가진 광섬유 말단의 단면을 형성시킬 수 있다. 하지만, 상기 방사상 조사 광섬유 장치는 상기 광섬유 말단의 단면이 불완전한 계면을 가지고 있어, 도 2d와 같이 금속으로 코팅하거나 투명 덮개를 접합시켜야 하는 후처리 공정이 요구된다. 아울러, 상기 레이저 기술을 이용하여 광섬유 말단의 단면을 식각하는 가공 공정은, 광섬유의 주재료인 석영유리를 정밀하게 가공하는 것이기 때문에 공정시간이 많이 소요되며, 상기 광섬유를 정밀하게 제어하여 마이크로식각을 하기 위해서는 초정밀 스테이지가 필요하므로, 제조비용의 증가와 제조공정이 효율적이지 않은 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 후처리 공정이 요구되지 않으면서도, 방사상으로 조사가 가능한 광섬유 팁, 및 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 의료용 광섬유 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은, 광섬유 팁(tip)으로 가공시킬 중공형 광섬유를 준비하는 단계, 상기 중공형 광섬유를 1차 열처리하여 상기 중공형 광섬유의 일단의 클래딩층을 봉합시키는 단계, 및 상기 중공형 광섬유를 2차 열처리하여 상기 중공형 광섬유의 타단의 클래딩층을 봉합시켜, 상기 광섬유 팁의 내부에 공기주머니(air-pocket)를 형성시키는 단계를 포함하며, 상기 1차 열처리 및 상기 2차 열처리에 의해 상기 중공형 광섬유의 클래딩층을, 상기 공기주머니를 감싸는 형태로 배치하는 것을 특징으로 하는 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 중공형 광섬유는 중공 광섬유(hollow optical fiber, HOF), 중공코어 광섬유(hollow core fiber, HCF), 및 광자 결정 광섬유(photonics crystal fiber, PCF) 중에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것일 수 있다.
상기 열처리는 아크방전 또는 레이저 가열을 이용하는 것일 수 있다.
상기 중공형 광섬유에 상기 1차 열처리 및 상기 2차 열처리를 수행하는 위치를 조절하여 상기 광섬유 팁의 형태를 제어하는 것일 수 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은, 클래딩층을 포함하는 중공형 광섬유를 가공하여 형성된 광섬유 팁(tip)으로, 상기 광섬유 팁의 내부에 배치된 공기주머니(air-pocket), 및 상기 공기주머니를 감싸는 형태로 배치된 상기 중공형 광섬유의 클래딩층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁을 제공할 수 있다.
상기 공기주머니는, 상기 중공형 광섬유의 클래딩층에 의해 외부로부터 차단되는 것일 수 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 또 다른 측면은, 상기 광섬유 팁, 및 상기 광섬유 팁과 융착시킨 전송용 광섬유를 포함하는 것으로, 상기 전송용 광섬유를 통해 상기 광섬유 팁에 레이저가 전달되는 것을 특징으로 하는 의료용 광섬유 장치를 제공할 수 있다.
상기 레이저는, 상기 광섬유 팁 내부에 배치된 공기주머니에 의해 방사상 방향으로 전반사되며 외부로 전달되는 것일 수 있다.
상기 의료용 광섬유 장치는, 상기 광섬유 팁 내부에 구비된 공기주머니의 모양 및 기울기에 의해 상기 레이저의 조사방향 및 조사패턴이 변화되는 것일 수 있다.
본 발명의 광섬유 팁을 포함하는 의료용 광섬유 장치는, 내부에 공기주머니가 배치된 광섬유 팁에 의해 레이저가 방사상으로 조사될 수 있어, 신체 조직 내에서 다양한 형태의 방사상으로 진행하는 병변을 치료하거나 제거하는 데에 폭넓게 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 광섬유 팁의 제조방법은 후처리 공정 및 패키지 공정을 간소화시킬 수 있으며, 광섬유 팁의 소형화가 가능하여 마이크로 단위의 조직을 치료하는 데에 적극 활용될 수 있다.
아울러, 본 발명의 방사상 조사 광섬유 팁은 광섬유 자체를 가공시켜 형성한 것으로, 광섬유 자체의 안정적인 물질인 석영유리(silica glass)로만 구성되기 때문에 인체에 무해할 수 있다.
다만, 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 또 다른 효과들을 하기의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1(a) 내지 도 1(b)는 종래의 측면 조사 광섬유의 가공공정 및 후처리 공정을 나타낸 모식도이다.
도 2a 내지 도 2d는 종래의 방사상 조사 광섬유의 가공공정 및 후처리공정을 나타낸 모식도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따라 중공형 광섬유를 가공하여 광섬유 팁을 제조하는 방법을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 이용하는 중공형 광섬유를 나타낸 모식도이다
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 열처리 수행위치를 달리하여 광섬유 팁의 형태를 다르게 조성한 모식도이다.
도 6(a) 내지 도 6(b)는 광섬유 팁을 융착시키지 않은 일반 의료용 광섬유 장치, 및 본 발명의 광섬유 팁을 융착시킨 의료용 광섬유 장치의 각각의 레이저 조사방향을 나타낸 이미지이다.
도 7a 내지 도 7b는 각각 일반적인 전송용 광섬유, 본 발명의 광섬유 팁을 융착시킨 전송용 광섬유에 의해 전달된 레이저의 각도별 전송분포도 측정방법에 대한 모식도, 및 측정결과를 나타낸 도표이다.
도 8(a) 내지 도 8(c)는 본 발명의 일 실시예에 따라 공기주머니의 모양 및 기울기를 달리하여 제조한 광섬유 팁을 융착시킨 의료용 광섬유 장치를 나타낸 모식도이다.
도 9(a) 내지 도 9(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 팁이 융착된 의료용 광섬유 장치의 제조방법을 나타낸 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장 또는 축소된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
1. 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁의 제조방법
본 발명의 일 측면은, 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁의 제조방법을 제공할 수 있다. 상세하게는, 1) 광섬유 팁(tip)으로 가공시킬 중공형 광섬유를 준비하는 단계, 2) 상기 중공형 광섬유를 1차 열처리하여 상기 중공형 광섬유의 일단의 클래딩층을 봉합시키는 단계, 및 3) 상기 중공형 광섬유를 2차 열처리하여 상기 중공형 광섬유의 타단의 클래딩층을 봉합시켜, 상기 광섬유 팁의 내부에 공기주머니(air-pocket)를 형성시키는 단계를 포함하며, 상기 1차 열처리 및 상기 2차 열처리에 의해 상기 중공형 광섬유의 클래딩층을, 상기 공기주머니를 감싸는 형태로 배치하는 것일 수 있다.
구체적으로 이는, 하기 도 3을 참조하여 설명할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따라 중공형 광섬유를 가공하여 광섬유 팁을 제조하는 방법을 나타낸 모식도이다.
본 발명의 광섬유 팁의 제조방법에 있어서, 단계1)은 광섬유 팁(tip)으로 가공시킬 중공형 광섬유를 준비하는 단계이다. 도 3a와 같이, 상기 중공형 광섬유(100)는 클래딩층을 포함하는 광섬유, 또는 실시예에 따라, 클래딩층 이외에 코어층을 더 포함하는 것으로서, 속이 비어 있는 구조, 또는 내부에 관통홀을 가진 구조를 가진 광섬유를 총칭하며, 다양한 중공형 광섬유를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 중공형 광섬유(100)는, 중공 광섬유(hollow optical fiber, HOF), 중공코어 광섬유(hollow core fiber, HCF), 및 광자 결정 광섬유(photonics crystal fiber, PCF) 중에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 이용하는 중공형 광섬유를 나타낸 모식도이다. 도 4를 참조하면, 상기 중공 광섬유(HOF)는 관 형태의 광섬유로, 내부에 관통홀이 배치되며, 코어층 없이 클래딩층만이 상기 관통홀을 둘러싸고 있는 구조를 가진 것일 수 있다. 상기 중공코어 광섬유(HCF)는 관 형태의 광섬유로, 내부에 관통홀이 형성되어 있고, 상기 관통홀을 둘러싸는 코어층, 및 상기 코어층을 둘러싸는 클래딩층으로 이루어진 것일 수 있다. 상기 광자 결정 광섬유(PCF)는 관 형태의 광섬유로, 내부에 작은 직경을 가진 복수개의 관통홀이 배치되며, 상기 관통홀을 클래딩층이 둘러싸고 있는 구조를 가진 것일 수 있다.
본 발명의 광섬유 팁의 제조방법에 있어서, 단계2)는 상기 중공형 광섬유를 1차 열처리하여 상기 중공형 광섬유의 일단의 클래딩층을 봉합시키는 단계이다.
즉, 도 3b와 같이, 상기 단계1)의 광섬유 팁(tip)으로 가공시킬 중공형 광섬유(100)의 일단의 클래딩층을 열처리하여 상기 중공형 광섬유(100)의 클래딩층의 일단의 끝부분(111, 112)을 접합하여 봉합시킬 수 있다. 즉, 상기 중공형 광섬유의 일단의 클래딩층이 봉합된 영역에서는 상기 중공형 광섬유의 중공이 막힌 구조를 가질 수 있다.
상기 열처리는 아크방전(arc discharge) 또는 레이저 가열을 이용하는 것일 수 있다. 아크방전은 일반적으로, 전극 사이에 전류가 흐를 때 기체방전이 절정에 달하여 전극이 가열되면서 전극 재료의 일부가 증발해서 기체가 된 상태로, 전자와 기체 분자의 충돌로 발생하는 이온 쌍의 운동에 의해 기체 내에 전기 전도 현상이 일어나는 것일 수 있다. 이 때, 상기 기체 내에 놓인 음극과 양극 사이가 고온의 플라즈마로 연결되어 큰 전류가 흐를 수 있다. 이에, 아크방전은 전압강하가 비교적 작고 전류 밀도가 크므로, 고온의 열처리 통해 물질을 융착시키거나 접합시키는 데에 유용하다. 예를 들어, 이는, 일반적인 아크방전을 이용한 열처리 장치를 사용하는 것일 수 있다. 또한, 레이저 가열은 일반적인 레이저 용접장치를 이용하는 것으로, 고온의 열을 생성할 수 있는 레이저를 이용하여 해당 영역을 열처리할 수 있다.
상기 아크방전 또는 레이저 가열을 이용하는 열처리는 상기 중공형 광섬유의 일단 및 타단의 클래딩층을 봉합시킬 수 있는 정도의 적정온도 범위에서 적정시간 동안 수행하는 것일 수 있다. 이는, 사용하는 광섬유의 종류 및 크기에 따라 달라질 수 있으므로, 특별히 한정하지는 않는다.
본 발명의 광섬유 팁의 제조방법에 있어서, 단계3)은 상기 중공형 광섬유를 2차 열처리하여 상기 중공형 광섬유의 타단의 클래딩층을 봉합시켜, 상기 광섬유 팁의 내부에 공기주머니(air-pocket)를 형성시키는 단계이다.
구체적으로 이는, 도 3c와 같이, 상기 단계2)에서 상기 중공형 광섬유의 일단의 끝부분(111, 112)의 봉합이 수행된 상기 중공형 광섬유의 타단의 끝부분(121, 122)을 상기 단계2)와 같이, 열처리하여 상기 중공형 광섬유의 타단의 클래딩층을 봉합시키는 것일 수 있다. 즉, 상기 중공형 광섬유 타단 또한, 상기 클래딩층이 봉합된 영역에서는 상기 중공형 광섬유의 중공이 막힌 구조를 가질 수 있다.
이와 같이, 상기 단계2) 및 상기 단계3)을 통해 상기 중공형 광섬유의 일단과 타단의 클래딩층의 각 끝부분이 봉합됨에 따라, 상기 중공형 광섬유 내부에 중공영역에 형성되어 있는 공기층이 봉합되면서, 도 3d와 같이, 공기주머니(air-pocket)(130)를 형성시킬 수 있다. 상기 공기주머니(130)는, 본 발명이 상기 중공형 광섬유를 가공시켜 형성한 것으로, 상기 광섬유 팁(200)의 내부(210)에 배치되는 것일 수 있다.
또한, 상기 1차 열처리 및 상기 2차 열처리에 의해 상기 중공형 광섬유의 클래딩층을, 상기 공기주머니를 감싸는 형태로 배치하는 것일 수 있다. 상기 1차 열처리 및 상기 2차 열처리에 의해 상기 중공형 광섬유의 클래딩층의 일단 및 타단이 각각 봉합됨에 따라 상기 봉합된 구조가 상기 광섬유 팁 내부에 배치된 공기주머니의 외부영역에 배치되어 상기 공기주머니를 감싸는 형태로 배치되는 것일 수 있다.
본 발명의 광섬유 팁의 제조방법을 통해, 상기 중공형 광섬유에 상기 1차 열처리 및 상기 2차 열처리를 수행하는 위치를 조절하여 상기 광섬유 팁의 형태를 제어할 수 있다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 열처리 수행위치를 달리하여 광섬유 팁의 형태를 다르게 조성한 모식도이다.
먼저, 도 5a를 참조하면, 중공형 광섬유에 열처리 수행시, 상기 중공형 광섬유의 일단 및 중앙영역부터 열처리를 시작하여 일단과 타단의 클래딩층을 봉합하는 경우, 도 5a와 같은 형태의 광섬유 팁을 형성할 수 있다.
도 5b는 중공형 광섬유에 열처리를 수행하는 위치를 조절하여 상기 중공형 광섬유의 일단 및 타단의 클래딩층이 봉합된 구조를 가진 광섬유 팁을 다양한 형태로 형성시켜 전송용 광섬유에 융착시킨 모식도로서, 상기 광섬유 팁의 말단부가 다양한 형태(직각형, 원형, 사선형 등)로 형성될 수 있는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 열처리 수행위치를 조절하여 광섬유 팁의 모양을 용이하게 제어할 수 있어, 간단한 제조공정을 통해 다양한 형태의 광섬유 팁을 형성할 수 있다.
2. 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁
본 발명의 다른 측면은, 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁을 제공할 수 있다. 상기 광섬유 팁은 상기 "1. 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁의 제조방법" 에 의해 제조된 것일 수 있다. 구체적으로 상기 광섬유 팁은, 클래딩층을 포함하는 중공형 광섬유를 가공하여 형성된 광섬유 팁(tip)으로, 상기 광섬유 팁의 내부에 배치된 공기주머니(air-pocket), 및 상기 공기주머니를 감싸는 형태로 배치된 상기 중공형 광섬유의 클래딩층을 포함하는 것일 수 있다.
상기 광섬유 팁은 상기 "1. 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁의 제조방법" 항목에서 설명한 제조방법에 의하여 제조된 것이므로, 상기 광섬유 팁에 관해서는 상기 "1. 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁의 제조방법" 항목에서 설명한 바와 동일할 수 있다. 이에, 본 발명의 광섬유 팁은, 상기 "1. 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁의 제조방법"의 설명을 원용하여 상세한 설명은 생략하도록 하고, 이하에서는 상기 광섬유 팁의 특이적인 구성에 대해서 설명할 수 있다.
상기 광섬유 팁의 내부에 배치된 공기주머니는, 상기 중공형 광섬유의 클래딩층에 의해 외부로부터 차단되는 것일 수 있다. 즉, 상기 광섬유 팁에 배치된 공기주머니는, 상기 공기주머니를 감싸는 형태로 배치된 상기 중공형 광섬유의 클래딩층의 구조적 특징에 의해 외부로부터 차단되어, 전반사 조건을 유지하며 용이하게 레이저를 방사상으로 조사시킬 수 있다. 이는, 종래기술이 전반사 조건을 보호하기 위하여 광섬유 말단 계면을 금속 코팅하거나, 반사체를 접합, 또는 유리튜브를 접합시키는 후처리 공정이 요구되었던 점을 개선한 것이며, 또한, 광섬유 말단부의 연마공정에서 발생되었던 불완전한 굴곡이 형성되지 않아, 제조공정의 간소화 및 제조단가를 절감시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다. 또한, 후처리 공정 및 패키지 공정의 간소화로 인해 광섬유 팁의 소형화가 가능하여 마이크로 단위의 조직을 치료하는 데에 적극 활용될 수 있다. 아울러, 본 발명의 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁은 광섬유 자체를 가공시켜 형성한 것으로, 광섬유 자체의 안정적인 물질인 석영유리(silica glass)로 구성되어 인체에 무해할 수 있다.
3. 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁을 포함하는 의료용 광섬유 장치.
본 발명의 다른 측면은, 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁을 포함하는 의료용 광섬유 장치를 제공할 수 있다. 상기 의료용 광섬유 장치는 상기 "2. 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁"을 포함하여 제조된 것일 수 있다. 구체적으로 상기 의료용 광섬유 장치는, 상기 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁, 및 상기 광섬유 팁과 융착시킨 전송용 광섬유를 포함하는 것일 수 있으며, 상기 전송용 광섬유를 통해 상기 광섬유 팁에 레이저가 전달되는 것일 수 있다.
상기 전송용 광섬유는 클래딩층을 포함하는 광섬유일 수 있으며, 또는 코어층 및 클래딩층을 포함하는 광섬유일 수 있다. 상기 전송용 광섬유는 일반적인 레이저 전송이 가능한 광섬유를 모두 사용할 수 있어, 특별히 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 전송용 광섬유는 단일모드 광섬유(SMF), 다중모드 광섬유(MMF), 광증폭 광섬유(EDF), 무수 광섬유(LWPF), 또는 분산천이형 광섬유(DSF) 등일 수 있다.
상기 광섬유 팁과 상기 전송용 광섬유를 융착시키는 것은, 공지된 광섬유 융착접속기를 통해서 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 광섬유 융착접속기는 아크방전을 이용한 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 전송용 광섬유와 상기 광섬유 팁이 융착됨에 따라, 상기 전송용 광섬유의 코어층, 또는 공기층을 통해 전달되는 레이저가 상기 의료용 광섬유 장치의 상기 광섬유 팁에 전달될 수 있다. 구체적으로, 상기 전송용 광섬유를 통해 전달된 레이저는 상기 광섬유 팁을 구성하는 클래딩층이 봉합된 구조에서는 거의 직진하며, 상기 광섬유 팁 내부에 배치된 공기주머니와의 계면에 닿게 될 수 있다.
이에, 상기 광섬유 팁에 전달된 레이저는 상기 광섬유 팁 내부에 배치된 공기주머니에 의해 방사상 방향으로 전반사되며 외부로 전달되는 것일 수 있다. 구체적으로 이는, 상기 광섬유 팁 내부에 상기 공기주머니의 공기층으로 인해 상기 의료용 광섬유 장치 내 전송용 광섬유를 통해 전달된 레이저가 상기 광섬유 팁 내부에 배치된 공기주머니를 구성하는 공기층과의 계면에서 방사상으로 굴절되면서 상기 레이저가 방사상 방향으로 전반사되는 것일 수 있으며, 이러한 형태로 상기 의료용 광섬유 장치는 외부에 레이저를 전달하게 되는 것일 수 있다.
도 6(a) 내지 도 6(b)는 광섬유 팁을 융착시키지 않은 일반 의료용 광섬유 장치, 및 본 발명의 광섬유 팁을 융착시킨 의료용 광섬유 장치의 각각의 레이저 조사방향을 나타낸 이미지이다.
도 6(a)를 참조하면, 광섬유 팁을 융착시키지 않은 종래의 의료용 광섬유 장치는 레이저 조사방향이 전송용 광섬유를 통해 전달된 그대로 전방(forward)을 향해서 레이저를 직진시켜 조사하며 외부로 전달시키는 것을 확인할 수 있다. 이와 달리, 도 6(b)를 참조하면, 본 발명의 광섬유 팁과 전송용 광섬유를 융착시킨 의료용 광섬유 장치는 전송용 광섬유를 통해 전달된 레이저 조사방향이 상기 광섬유 팁 내부에 배치된 공기주머니에 의해 방사상으로 퍼지면서 레이저를 외부에 전달시키는 것을 확인할 수 있다.
도 7a 내지 도 7b는 각각 광섬유 팁을 융착시키지 않은 일반 의료용 광섬유 장치, 및 본 발명의 광섬유 팁을 융착시킨 의료용 광섬유 장치에 의해 전달된 레이저의 각도별 전송분포도 측정방법에 대한 모식도, 및 측정결과를 나타낸 도표이다.
도 7a와 같이, 일반 의료용 광섬유 장치, 및 본 발명의 광섬유 팁이 융착된 의료용 광섬유 장치 각각에 He-Ne 레이저 빔을 조사하여, 각각의 광섬유 장치의 말단부(fiber distal end) 또는 광섬유 팁에서 조사되는 레이저가 렌즈 및 전송용 레이저를 통해 산출되는 방식으로 레이저의 각도별 전송분포도를 측정하였다.
그 결과를 나타낸 도 7b를 참조하면, 본 발명의 광섬유 팁을 융착시키지 않은 일반 의료용 광섬유 장치의 경우, 전방의 특정 각도에서만 레이저 조사량이 집중되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이와 달리, 본 발명의 광섬유 팁을 융착시킨 의료용 광섬유 장치는 광섬유의 축방향으로부터 -87°내지 87°의 각도로 레이저를 조사시키는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 광섬유 팁을 융착시킨 의료용 광섬유 장치는 상기 광섬유 팁 내부에 배치된 공기주머니에 의해 레이저가 방사상으로 조사될 수 있어, 상기 의료용 광섬유 장치를 신체 조직 내에서 다양한 형태의 방사상으로 진행하는 병변을 치료하거나 제거하는 데에 폭넓게 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁을 융착시킨 상기 의료용 광섬유 장치는 상기 광섬유 팁 내부에 배치된 공기주머니의 모양 및 기울기를 통해 상기 레이저의 조사방향 및 조사패턴이 변화되는 것일 수 있다.
도 8(a) 내지 도 8(c)는 본 발명의 일 실시예에 따라 공기주머니의 모양 및 기울기를 달리하여 제조한 광섬유 팁을 융착시킨 의료용 광섬유 장치를 나타낸 모식도이다.
도 8(a) 내지 도 8(c)와 같이, 상기 의료용 광섬유 장치의 광섬유 팁 내부에 배치된 공기주머니의 모양 및 공기주머니가 배치된 기울기를 다양한 구조 또는 형태로 형성할 수 있다. 이에, 상기 의료용 광섬유 장치의 광섬유 팁에 전달된 레이저는, 다양한 형태의 모양 및 기울기로 배치된 공기주머니의 계면에서 전반사되면서, 상기 공기주머니의 모양에 따라 집중적으로 레이저가 조사되는 방향이 달라질 수 있으며, 전체적으로는 레이저가 방사상으로 전반사되며 외부에 전달될 수 있다.
실시예에 따라, 본 발명의 의료용 광섬유 장치는 본 발명의 상기 광섬유 팁과 전송용 광섬유와 융착시, 전송용 광섬유의 축과 엇갈리게 융착하여 측면 조사도 가능할 수 있는 광섬유 팁을 형성할 수 있다. 도 9(a) 내지 도 9(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 팁이 융착된 의료용 광섬유 장치의 제조방법을 나타낸 모식도이다.
도 9(a)를 참조하면, 광섬유 팁으로 가공시킬 중공형 광섬유와 전송용 광섬유의 축을 엇갈리게 융착시킨 뒤, 상기 중공형 광섬유를 본 발명의 광섬유 팁 제조방법에 따라 상기 중공형 광섬유를 열처리하여 내부에 공기주머니가 배치된 광섬유 팁으로 가공할 수 있다. 이에, 도 9(b)와 같은 형태로 광섬유 팁이 융착됨에 따라, 전송용 광섬유를 통해 전달된 레이저가 상기 광섬유 팁의 공기주머니에 의해 측면으로 전반사될 수 있는 의료용 광섬유 장치를 제공할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 의료용 광섬유 장치는 융착되는 광섬유 팁과 전송용 광섬유와의 융착형태에 따라 측면 조사도 가능해질 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 중공형 광섬유
111,112: 중공형 광섬유 일단의 끝부분
112,122: 중공형 광섬유 타단의 끝부분
130: 공기주머니
200: 광섬유 팁
210: 내부
220: 말단부

Claims (9)

  1. 클래딩층을 포함하는 중공형 광섬유를 가공하여 형성된 광섬유 팁(tip)으로,
    상기 광섬유 팁의 내부에 배치된 공기주머니(air-pocket); 및
    상기 공기주머니를 감싸는 형태로 배치된 상기 중공형 광섬유의 클래딩층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기주머니는,
    상기 중공형 광섬유의 클래딩층에 의해 외부로부터 차단되는 것을 특징으로 하는 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항의 광섬유 팁; 및
    상기 광섬유 팁과 융착시킨 전송용 광섬유를 포함하는 것으로,
    상기 전송용 광섬유를 통해 상기 광섬유 팁에 레이저가 전달되는 것을 특징으로 하는 의료용 광섬유 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 레이저는,
    상기 광섬유 팁 내부에 배치된 공기주머니에 의해 방사상 방향으로 전반사되며 외부로 전달되는 것을 특징으로 하는 의료용 광섬유 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 의료용 광섬유 장치는,
    상기 광섬유 팁 내부에 배치된 공기주머니의 모양 및 기울기에 의해 상기 레이저의 조사방향 및 조사패턴이 변화되는 것을 특징으로 하는 의료용 광섬유 장치.
  6. 광섬유 팁(tip)으로 가공시킬 중공형 광섬유를 준비하는 단계;
    상기 중공형 광섬유를 1차 열처리하여 상기 중공형 광섬유의 일단의 클래딩층을 봉합시키는 단계; 및
    상기 중공형 광섬유를 2차 열처리하여 상기 중공형 광섬유의 타단의 클래딩층을 봉합시켜, 상기 광섬유 팁의 내부에 공기주머니(air-pocket)를 형성시키는 단계를 포함하며,
    상기 1차 열처리 및 상기 2차 열처리에 의해 상기 중공형 광섬유의 클래딩층을, 상기 공기주머니를 감싸는 형태로 배치하는 것을 특징으로 하는 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서
    상기 중공형 광섬유는 중공 광섬유(hollow optical fiber, HOF), 중공코어 광섬유(hollow core fiber, HCF), 및 광자 결정 광섬유(photonics crystal fiber, PCF) 중에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서
    상기 열처리는 아크방전 또는 레이저 가열을 이용하는 것을 특징으로 하는 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서
    상기 중공형 광섬유에 상기 1차 열처리 및 상기 2차 열처리를 수행하는 위치를 조절하여 상기 광섬유 팁의 형태를 제어하는 것을 특징으로 하는 방사상 조사가 가능한 광섬유 팁의 제조방법.
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