KR20160057121A - 산광형 광섬유 프로브 및 제조 방법 - Google Patents

산광형 광섬유 프로브 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산광형 광섬유 프로브 및 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광섬유 홀더와 가공 제어부, 광섬유 가공부, 측면 광센서, 전방 광센서 및 광 에너지 제공부를 포함하는 산광형 광섬유 프로브 제조 장치를 이용한 산광형 광섬유 프로브 제조 방법에 있어서, a) 가공할 광섬유를 상기 광섬유 홀더에 설치하는 단계와; b) 가공할 광섬유에 대한 빛 확산 범위, 에너지 분포도, 치료 길이 등을 고려하여 가공 수치를 입력하는 단계; c) 상기 가공 수치가 입력되면 상기 가공 제어부는 광섬유 홀더와 광섬유 가공부를 제어하는 가공 제어신호를 출력하는 단계; d) 상기 광섬유 홀더는 가공 제어신호에 따라 회전모터를 구동시켜 홀더에 설치된 광섬유를 회전시키는 단계; e) 상기 광섬유 가공부는 가공 제어신호에 따라 전후 방향으로 이동되어 광섬유 홀더에 설치된 광섬유의 측면과 전방 끝단을 가공하는 단계; f) 상기 광섬유 가공부에 의해 광섬유 가공이 완료되면, 상기 광 에너지 제공부를 이용하여 광섬유에 광 에너지를 전달하는 단계; g) 상기 광 에너지 제공부로부터 제공되는 광 에너지가 광섬유의 측면과 전방 끝단으로 전달되는지 측면 광센서과 전방 광센서를 통해 측정하는 단계; 및 h) 상기 측정된 세기와 미리 저장된 광섬유의 에너지 분포도를 비교하여 추가 가공 및 연마 여부를 결정하는 단계;를 포함한다.

Description

산광형 광섬유 프로브 및 제조 방법{Method and apparatus of optical diffuser for high power delivery and uniform distribution}
본 발명은 산광형 광섬유 프로브 및 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정 방향(전방 또는 측면)으로만 조사하는 기존의 광섬유와 달리 다방면 조사가 가능한 광섬유 프로브를 제조하여 관형 질병 조직이나 고형암(갑상선 암, 유방암, 신장암 등)에 전자기 에너지를 다방면으로 일정하게 조사함으로써, 넓은 범위의 질병을 안전하고 효율적으로 치료할 수 있도록 된 산광형 광섬유 프로브 및 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 내부의 코어를 통해 전달받은 광을 조사하는 광섬유 프로브 장치는 다양한 의료 분야에서 폭넓게 활용되고 있으며 주로 측면조사형이나 전방 조사형 광섬유 프로브가 사용되고 있다. 그러나, 일정한 방향으로 만의 조사로 인해 인체의 내부 조직 치료시 공간적 제약을 많이 받게 되는 문제점이 있었다.
국내외 레이저 치료 시장을 살펴보면 국내 시장은 피부과 질병 치료에 중점을 두고 있어 광섬유 이용이나 개발이 미비한 실정이나 최근 들어서 최소 침습적 수술 요구 증가 및 시장 성장에 따라 광섬유 개발에 대한 관심이 고조되고 있다.
국외의 경우 전방형 또는 측면형 광섬유 개발에 많은 투자가 이루어지고 있으며 임상 치료(전립선 치료, 비방 제거술, 잇몸질환 치료 등)에서 많이 사용되고 있다.
그러나, 대부분의 광섬유 프로브는 광을 조사하는 방향이 일정 방향으로만 조사하기 때문에 여러 방향이나 일정한 전자기 에너지의 전달을 위한 광섬유 프로브의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 10-1390672(등록일자 2014년04월24일)
본 발명은 이상과 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 종래의 광섬유와 달리 다방면 조사가 가능한 광섬유 프로브를 제조함으로써, 관형 질병 조직이나 고형암(갑상선 암, 유방암, 신장암 등)에 전자기 에너지를 다방면으로 일정하게 조사하여 넓은 범위의 질병을 안전하고 효율적으로 치료할 수 있도록 된 산광형 광섬유 프로브 및 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
이와 같은 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 산광형 광섬유 프로브 는 광섬유 홀더와 가공 제어부, 광섬유 가공부, 측면 광센서, 전방 광센서 및 광 에너지 제공부를 포함하는 산광형 광섬유 프로브 제조 장치를 통해 제조되는 산광형 광섬유 프로브에 있어서, 레이저 치료에 필요한 조직 치료 구간을 고려하여 광섬유 가공 길이(L)가 조절되며, 광섬유를 통해 광 에너지의 빛이 균일하게 전달될 수 있도록 테이퍼링(tapering) 각도(α)와 광섬유 끝단의 지름(d)이 결정되고, 광섬유를 통해 전달되는 광 에너지 분포도를 변화시키기 위하여 가공 각도(β)와 가공부위 간격(w)이 결정되며, 광섬유를 통해 광 에너지 빛의 확산(diffusing)범위를 변화시키기 위하여 가공된 산광 표면의 높이(p)가 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가공 길이(L)는, 광섬유 초기 가공 위치를 가공 공간(Translational Stage)을 고려하여 전체 가공 길이와 함께 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 테이퍼링(tapering) 각도(α)와 광섬유 끝단의 지름(d)은, 광섬유 이동속도(Translational speed), 회전속도(Rotational speed), 가공 에너지원의 파워(0.1W~50W), 에너지원의 면적을 동시에 또는 독립적으로 조절하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가공 각도(β)와 가공부위 간격(w)은, 광섬유 이동속도(Translational speed)와 회전속도(Rotational speed)를 동시에 또는 독립적으로 조절하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가공된 산광 표면의 높이(p)는, 광섬유 회전속도(Rotational speed), 가공 에너지원의 파워(0.1W~50W), 에너지원의 면적을 조절하여 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 관점에서 산광형 광섬유 프로브 제조 방법은 광섬유 홀더와 가공 제어부, 광섬유 가공부, 측면 광센서, 전방 광센서 및 광 에너지 제공부를 포함하는 산광형 광섬유 프로브 제조 장치를 이용한 산광형 광섬유 프로브 제조 방법에 있어서, a) 가공할 광섬유를 상기 광섬유 홀더에 설치하는 단계와; b) 가공할 광섬유에 대한 빛 확산 범위, 에너지 분포도, 치료 길이 등을 고려하여 가공 수치를 입력하는 단계; c) 상기 가공 수치가 입력되면 상기 가공 제어부는 광섬유 홀더와 광섬유 가공부를 제어하는 가공 제어신호를 출력하는 단계; d) 상기 광섬유 홀더는 가공 제어신호에 따라 회전모터를 구동시켜 홀더에 설치된 광섬유를 회전시키는 단계; e) 상기 광섬유 가공부는 가공 제어신호에 따라 전후 방향으로 이동되어 광섬유 홀더에 설치된 광섬유의 측면과 전방 끝단을 가공하는 단계; f) 상기 광섬유 가공부에 의해 광섬유 가공이 완료되면, 상기 광 에너지 제공부를 이용하여 광섬유에 광 에너지를 전달하는 단계; g) 상기 광 에너지 제공부로부터 제공되는 광 에너지가 광섬유의 측면과 전방 끝단으로 전달되는지 측면 광센서와 전방 광센서를 통해 측정하는 단계; 및 h) 상기 측정된 세기와 미리 저장된 광섬유의 에너지 분포도를 비교하여 추가 가공 및 연마 여부를 결정하는 단계;를 포함한다.
본 발명은 상기 h) 단계에서, 상기 추가 가공이 결정된 경우에는 정밀 가공을 위한 피드백하는 단계를 더 포함하고, 상기 정밀 가공은 가공 전달 속도, 회전속도, 가공 에너지(Fabrication energy)를 미세 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가공할 광섬유에 대한 가공 수치를 입력하는 단계(b)는, b-1) 레이저 치료에 필요한 조직 치료 구간을 고려하여 광섬유 가공 길이 (L)를 조절하는 단계를 더 포함하고, 상기 b-1 단계는 광섬유 초기 가공 위치를 가공 공간(Translational Stage)을 고려하여 전체 가공 길이와 함께 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가공할 광섬유에 대한 가공 수치를 입력하는 단계(b)는, b-2) 광섬유를 통해 광 에너지의 빛이 균일하게 전달될 수 있도록 템퍼링(tapering) 각도(α)와 광섬유 끝단의 지름(d)을 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 b-2 단계는 광섬유 이동속도(Translational speed), 회전속도(Rotational speed), 가공 에너지원의 파워(0.1W~50W), 에너지원의 면적을 동시에 또는 독립적으로 조절하여 템퍼링(tapering) 각도(α)와 광섬유 끝단의 지름(d)을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가공할 광섬유에 대한 가공 수치를 입력하는 단계(b)는, b-3) 광섬유를 통해 전달되는 광 에너지 분포도를 변화시키기 위하여 가공 각도(β)와 가공부위 간격(w)를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 b-3 단계는 광섬유 이동속도(Translational speed)와 회전속도(Rotational speed)를 동시에 또는 독립적으로 조절하여 가공 각도(β)와 가공부위 간격(w)을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가공할 광섬유에 대한 가공 수치를 입력하는 단계(b)는, b-4) 광섬유를 통해 광 에너지 빛의 확산(diffusing)범위를 변화시키기 위하여 가공된 산광 표면의 높이(p)를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 b-4 단계는 광섬유 회전속도(Rotational speed), 가공 에너지원의 파워(0.1W~50W), 에너지원의 면적을 조절하여 산광 표면의 높이(p)를 결정하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에서 추구하는 기술적 문제 해결은 다방면 조사가 가능한 산광형 광섬유 프로브를 제조함으로써 관형 질병 조직이나 고형암(갑상선 암, 유방암, 신장암 등)에 전자기 에너지를 다방면으로 일정하게 조사하여 넓은 범위의 질병을 안전하고 효율적으로 치료할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 다방면 조사가 가능한 산광형 광섬유를 이용하여 인체의 내부 조직으로의 삽입을 통해 광열 치료(photothermal treatment)나 광역동 치료 (Photodynamic Therapy)에 응용할 수 있고, 산광형 광섬유를 이용하여 갑상선암, 유방암, 전립선암, 신장암, 방광암, 뇌종양, 자궁내벽, 국소 간암, 피부암, 암조직, 내부조직 응고, 지방제거 등에 사용이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 산광형 광섬유 프로브 제조 장치의 구성을 계략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 산광형 광섬유 프로브의 가공 스펙을 입력하는 화면상태를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 산광형 광섬유 프로브를 제조하는 과정을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 산광형 광섬유 프로브 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 가공된 광섬유의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지를 나타낸 참고도이다.
도 6은 본 발명의 다양한 가공형상에 따른 산광형 광섬유 프로브의 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 광섬유 표면 가공에 의해 레이저 다방면 조사 예시도이다.
도 8은 본 발명의 레이저 조사에 따른 광에너지 분포를 나타낸 예시도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명에 따른 산광형 광섬유 프로브 제조 장치의 구성을 계략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 산광형 광섬유 프로브의 가공 스펙을 입력하는 화면상태를 나타낸 예시도이다.
도 1와 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산광형 광섬유 프로브 제조 장치는 일정 방향(전방 또는 측면)으로 조사하는 기존의 광섬유와 달리 다방면 조사가 가능한 산광형 광섬유 프로브를 제조하여 관형 질병 조직이나 고형암(갑상선 암, 유방암, 신장암 등)에 전자기 에너지를 다방면으로 일정하게 조사함으로써, 넓은 범위의 질병을 안전하고 효율적으로 치료할 수 있도록 된 것이다.
여기서, 광섬유는 일반적으로 광이 전달되는 경로를 제공하는 코어(core)와 코어를 둘러싸는 클래딩(cladding)를 포함하고, 상기 광섬유는 빛의 전송 형태에 따라 단일모드 광섬유(single-mode optical fiber) 또는 다중모드 광섬유(multi-mode optical fiber) 등이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 산광형 광섬유 프로브 제조 장치는 광섬유 홀더(10)와, 가공 제어부(20), 광섬유 가공부(30), 측면 광센서(40) 및 전방 광센서(50) 광제공부(60)를 포함 구성된다.
상기 광섬유 홀더(10)는 가공할 대상물인 광섬유가 설치되는 것으로, 상기 가공 제어부(20)의 제어신호에 따라 도시되지 않은 회전모터를 구동시켜 광섬유가 회전되도록 한다.
상기 가공 제어부(20)는 가공할 광섬유에 대한 빛 확산 범위, 에너지 분포도, 치료 길이 등을 고려하여 미리 설정된 가공 수치들을 근거로 상기 광섬유 홀더(10)와 광섬유 가공부(30)를 제어하는 가공 제어신호를 출력한다.
상기 광섬유 가공부(30)는 상기 광섬유 홀더(10)에 설치된 가공 대상물인 광섬유를 가공 및 연마하는 것으로, 상기 가공 제어부(20)의 가공 제어신호에 따라 도시되지 않은 회전모터를 구동시켜 광섬유의 측면 및 전면으로 이동하면서 광섬유를 가공 및 연마한다.
상기 광 에너지 제공부(60)는 가공이 완료된 광섬유에 광 에너지를 제공하는 것으로 상기 광섬유 홀더(10)를 통해 전달되며, 상기 측면 광센서(40)와 상기 전방 광센서(50)는 광섬유의 측면과 전방 끝단에 설치되어 광 에너지의 세기를 측정하는 것으로 상기 광 에너지 제공부(60)로부터 전달되는 광 에너지가 광섬유의 측면과 전방 끝단으로 원활하게 조사되는지 여부를 확인하기 위한 것이다.
상기 가공 제어부(30)는 상기 측면 광센서(40)와 전방 광센서(50)로부터 측정된 광 에너지의 세기와 미리 설정된 광섬유의 에너지 분포도를 비교하여 추가적인 가공 및 연마 여부를 결정한다.
상기 가공 제어부(30)는 상기 광섬유의 최적화를 위해 가공 전달 속도, 회전속도, 가공 에너지(Fabrication energy) 등을 미세 조절하는 가공 제어신호를 상기 광섬유 홀더(10)와 상기 광섬유 가공부(30)에 인가하여 제어한다.
도 3은 본 발명에 따른 산광형 광섬유 프로브를 제조하는 과정을 나타낸 예시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 산광형 광섬유 프로브 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산광형 광섬유 프로브 제조 방법은 일정 방향(전방 또는 측면)으로만 조사하는 기존의 광섬유와 달리 다방면 조사가 가능한 광섬유 프로브를 제조하기 위한 것으로, 광섬유의 회전 이동을 통해 표면을 제거하면서 끝단이 점점 작아지게 하는 템퍼링(tapering) 가공하고, 병진/회전 운동으로 측면 가공하여 광섬유 표면을 양각화하며, 가공된 광섬유에 광 에너지 빛을 전달하여 전달된 광 에너지 빛이 측면으로 확산되도록 한다.
이를 위하여 본 발명에 따른 산광형 광섬유 프로브 제조 방법은 가공할 광섬유를 상기 광섬유 홀더(10)에 설치하고(S10), 가공할 광섬유에 대한 빛 확산 범위, 에너지 분포도, 치료 길이 등을 고려하여 가공 수치를 도시되지 않은 모니터와 키입력부를 통해 입력한다(S20).
상기 가공 수치가 입력 완료되면 상기 가공 제어부(20)는 광섬유 홀더(10)와 광섬유 가공부(30)를 제어하는 가공 제어신호를 출력하고(S30), 상기 광섬유 홀더(10)는 가공 제어신호에 따라 회전모터(미도시)를 구동시켜 홀더에 설치된 광섬유를 회전시킨다(S40).
상기 광섬유 가공부(30)는 가공 제어신호에 따라 전후 방향으로 이동되며 광섬유 홀더(10)에 설치된 광섬유의 측면과 전방 끝단을 가공 및 연마한다(S40).
상기 광섬유 가공부(30)에 의해 광섬유 가공 및 연마가 완료되면, 상기 광 에너지 제공부(60)를 이용하여 가공된 광섬유에 광 에너지를 전달하고, 상기 광 에너지 제공부(50)로부터 제공되는 광 에너지가 광섬유의 측면과 전방 끝단으로 전달되는지 측면 광센서(40)과 전방 광센서(50)를 통해 측정한다(S50).
상기 가공제어부(20)는 측면 광센서(40)과 전방 광센서(50)를 통해 측정된 세기와 미리 저장된 광섬유의 에너지 분포도를 비교하여 추가적인 가공 및 연마 여부를 결정한다(S60).
상기 S60 단계에서, 상기 가공제어부(20)를 통해 추가 가공 및 연마 여부가 결정되면 정밀 가공을 위한 피드백하는 과정을 수행한다(S70). 여기서, 상기 정밀 가공은 가공 전달 속도, 회전속도, 가공 에너지(Fabrication energy) 등을 다시 미세 조절하는 가공 제어신호를 상기 가공제어부(20)가 광섬유 홀더(10)와 광섬유 가공부(30)에 인가하므로 상기 S30 과정이 반복해서 진행된다.
한편, 상기 가공할 광섬유에 대한 빛 확산 범위, 에너지 분포도, 치료 길이 등을 고려하여 가공 수치를 입력하는 과정(S20)을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 레이저 치료에 필요한 조직 치료 구간을 고려하여 광섬유 가공 길이(L)를 조절한다. 여기서, 광섬유 초기 가공 위치는 가공 공간(Translational Stage)을 고려하여 전체 가공 길이와 함께 결정된다.
이후, 광섬유를 통해 광 에너지의 빛이 균일하게 전달될 수 있도록 템퍼링(tapering) 각도(α)와 광섬유 끝단의 지름(d)을 결정한다. 예를 들어, 광섬유 이동속도(Translational speed), 회전속도(Rotational speed), 가공 에너지원의 파워(0.1~50W), 에너지원의 면적을 동시에 또는 독립적으로 조절하여 테이퍼링(tapering) 각도(α)와 광섬유 끝단의 지름(d)를 결정한다.
또한, 광섬유를 통해 전달되는 광 에너지 분포도를 변화시키기 위하여 가공 각도(β)와 가공부위 간격(w)을 결정한다. 예를 들어, 광섬유 이동속도(Translational speed)와 회전속도(Rotational speed)를 동시에 또는 독립적으로 조절하여 가공 각도(β)와 가공부위 간격(w)을 결정한다.
또한, 광섬유를 통해 광 에너지 빛의 확산(diffusing)범위를 변화시키기 위하여 가공된 산광 표면의 높이(p)를 결정한다. 예를 들어, 광섬유 회전속도(Rotational speed), 가공 에너지원의 파워(0.1W~50W), 에너지원의 면적을 조절하여 산광 표면의 높이(p)를 결정한다.
이후, 광섬유 측면 가공을 통해 광 에너지 제공부(Light source, 60)에서 제공되는 광 에너지의 빛이 광섬유 측면과 전방 끝단을 통해 전방향으로 균일하게 전달되는지 측정한다.
도 5는 본 발명에 따른 가공된 광섬유의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지를 나타낸 참고도이고, 도 6은 본 발명의 다양한 가공형상에 따른 산광형 광섬유 프로브의 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 광섬유 표면 가공에 의해 레이저 다방면 조사 예시도이고, 도 8은 본 발명의 레이저 조사에 따른 광에너지 분포를 나타낸 예시도이다.
도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 산광형 광섬유 프로브는 다방면 조사가 가능한 산광형 광섬유 프로브로 예를 들어, 관형 질병 조직이나 고형암(갑상선 암, 유방암, 신장암 등)에 전자기 에너지를 다방면으로 일정하게 조사함으로써, 넓은 범위의 질병을 안전하고 효율적으로 치료할 수 있도록 된 것으로, 다양한 가공 조건들(가공각도, 클래딩 제거율, 가공 깊이, 산광 표면 크기, 산광 부분 길이, 산광표면 간격 등)을 고려하여 광섬유 측면 및 표면을 가공하여 변형시킨다.
여기서, 광 에너지 빛의 확산 범위에 따라 광섬유 표면 가공각도를 0도에서 90도 사이로 조절하고, 0도에서는 방사상으로 부분적 광조사(링 타입)가 가능하며, 90도에서는 축상으로 부분적 광조사가 가능(0도~90도 사이 각도에서 전방향 조사 유도 가능)하도록 가공된다.
상기 산광형 광섬유 프로브는 광 에너지 분포도를 결정하기 위하여 광섬유 측면에 형성된 산광 표면 크기(즉, 지름)을 0.01mm~0.4mm 사이로 조절하며, 가공 깊이, 산광표면 간격, 가공 에너지원의 파워, 에너지원의 집중 면적 등을 조절하여 산광 표면 크기를 결정한다.
상기 산광형 광섬유 프로브는 표면 크기가 작을수록 높은 밀도의 에너지 분포가 가능하며, 크기가 클수록 상대적으로 낮은 밀도의 광에너지 분포가 가능하고, 광 에너지 조직 치료의 크기에 따라 광섬유의 가공 길이를 결정(즉, 0.5cm~5cm)할 수 있다.
상기 산광형 광섬유 프로브는 균일한 전자기 에너지 분포를 위하여 광섬유의 테이퍼링(tapering) 가공하고, 테이퍼링(tapering)의 각도 (15도~75도)에 따라 끝단에서의 측면 에너지 분포 집중 유도하며, 테이퍼링(tapering) 가공을 위하여 가공 이동 속도(Translational speed)를 0.5mm/s~10mm/s 이내로 조절한다.
또한, 광섬유 끝단의 지름을 0.05mm~0.2mm 사이에서 테이퍼링(tapering) 함으로써 광에너지의 끝단 손실을 5% 이내로 축소 가능하며, 광섬유 끝단의 지름을 0.2mm~0.8mm 사이로 테이퍼링(tapering) 함으로써 전체 광에너지의 10~50%가 끝단에서 앞방향으로 조사 가능하게 된다.
상기 산광형 광섬유 프로브는 원하는 전자기 에너지의 분포에 따라 광섬유 코어(Core)와 클래딩(Cladding)의 가공 정도를 결정하며, 클래딩 제거 범위에 따라 가공 회전 속도(Rotational Speed)를 60rpm~500rpm 이내로 조절하고, 가공 에너지를 0.1W~50W로 동시 또는 독립적으로 조절하여 가공한다.
여기서, 부분적, 선택적인 광확산(깊은 가공 깊이: ~0.15 mm)을 위해 느린 속도 사용(<= 150 rpm), 넓은 광확산(얕은 표면 가공: ~0.03 mm)을 위해 빠른 속도 사용(=> 300 rpm)한다.
또한, 상기 산광형 광섬유 프로브는 광섬유의 측면 및 표면 가공 처리에 따라 원하는 방향으로의 광에너지 분포 및 방향성을 결정한다. 여기서, 전자기 에너지 분포는 Flat-top, Gaussian, Left-skewed, Right-skewed, Fractional, Diffuse, Radial 등을 포함한다.
상기 전자기 에너지 방향성은 Front, Fractional, Cylindrical, Spherical 등을 포함하고, 광에너지 분포 형태를 조절하기 위하여 가공 간격을 0.05mm~0.8mm 이내로 조절하며, 광섬유 축에 따른 균일 에너지 분포를 위해 가공 이동 속도 (translational speed)를 0.5mm/s~10 mm/s 사이에서 조절한다.
상기 산광형 광섬유 프로브는 광섬유 표면 가공을 위해 비접촉식 기계 또는 전자기 에너지원을 이용한다, 여기서, 전자기적 에너지원으로 펨토초, 피코초, 자외선 레이저, 아크 방전 등을 포함하고, 가공 파워 0.01W~50W 이내로 조절하여 광섬유 표면의 가공 정도 변화 유도하며, 연속적 광확산을 위해 광섬유 가공 후 에너지원을 이용하여 광섬유의 가공 표면을 연마(즉, polishing) 가능하다.
상기 산광형 광섬유 프로브는 원하는 전자기 에너지의 분포에 따라 광섬유의 측면 및 표면 처리 방법 결정하는 것으로, 광섬유의 끝단과 시작단에서는 산광 표면 크기를 크게 (지름 0.1mm~0.3mm), 중앙 부위에서는 크기를 상대적으로 작게(지름 0.05mm~0.09mm) 함으로써, 측면 에너지 분포 형태를 flat-top 이나 Gaussian으로 구현할 수 있다.
상기 산광형 광섬유 프로브는 에너지 센서를 이용하여 가공된 광섬유 에너지 분포를 확인하고 가공 최적화 실시한다. 여기서, 광섬유의 길이가 1 cm 이상인 경우 광섬유 부위별 가공 크기 및 가공 깊이를 변화시킴으로써 측면 방향으로의 균일 에너지 분포를 유도하고, 전체 광섬유에서 15%~40% 이내의 길이마다 가공 크기와 깊이 변화하여 광섬유 시작단과 끝단에서의 에너지 분포를 일정하게 유지 가능하도록 한다.
상기 산광형 광섬유 프로브는 질병 조직 내부에 삽입되며 원하는 조직을 광열 응고, 광역동 치료, 또는 조직 제거를 유도할 수 있으며, 산광형 광섬유를 이용하여 갑상선암, 유방암, 전립선암, 신장암, 방광암, 뇌종양, 자궁내벽, 국소 간암, 피부암, 암조직, 내부조직 응고, 지방제거 등에 사용 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 일정 방향(전방 또는 측면)으로만 조사하는 기존의 광섬유와 달리 다방면 조사가 가능한 광섬유 프로브를 제조하여 관형 질병 조직이나 고형암(갑상선 암, 유방암, 신장암 등)에 전자기 에너지를 다방면으로 일정하게 조사함으로써, 넓은 범위의 질병을 안전하고 효율적으로 치료할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다.
따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 광섬유 홀더 20 : 가공 제어부
30 : 광섬유 가공부 40 : 측면 광센서
50 : 전방 광센서 60 : 광 제공부

Claims (11)

  1. 광섬유 홀더와 가공 제어부, 광섬유 가공부, 측면 광센서, 전방 광센서 및 광 에너지 제공부를 포함하는 산광형 광섬유 프로브 제조 장치를 통해 제조되는 산광형 광섬유 프로브에 있어서,
    레이저 치료에 필요한 조직 치료 구간을 고려하여 광섬유 가공 길이(L)가 조절되며,
    광섬유를 통해 광 에너지의 빛이 균일하게 전달될 수 있도록 테이퍼링(tapering) 각도(α)와 광섬유 끝단의 지름(d)이 결정되고,
    광섬유를 통해 전달되는 광 에너지 분포도를 변화시키기 위하여 가공 각도(β)와 가공부위 간격(w)이 결정되며,
    광섬유를 통해 광 에너지 빛의 확산(diffusing)범위를 변화시키기 위하여 가공된 산광 표면의 높이(p)가 결정되는 것을 특징으로 하는 산광형 광섬유 프로브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공 길이(L)는,
    광섬유 초기 가공 위치를 가공 공간(Translational Stage)을 고려하여 전체 가공 길이와 함께 결정되는 것을 특징으로 하는 산광형 광섬유 프로브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 테이퍼링(tapering) 각도(α)와 광섬유 끝단의 지름(d)은,
    광섬유 이동속도(Translational speed), 회전속도(Rotational speed), 가공 에너지원의 파워(0.1W~50W), 에너지원의 면적을 동시에 또는 독립적으로 조절하여 결정되는 것을 특징으로 하는 산광형 광섬유 프로브.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공 각도(β)와 가공부위 간격(w)은,
    광섬유 이동속도(Translational speed)와 회전속도(Rotational speed)를 동시에 또는 독립적으로 조절하여 결정되는 것을 특징으로 하는 산광형 광섬유 프로브.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공된 산광 표면의 높이(p)는,
    광섬유 회전속도(Rotational speed), 가공 에너지원의 파워(0.1W~50W), 에너지원의 면적을 조절하여 결정하는 것을 특징으로 하는 산광형 광섬유 프로브.
  6. 광섬유 홀더와 가공 제어부, 광섬유 가공부, 측면 광센서, 전방 광센서 및 광 에너지 제공부를 포함하는 산광형 광섬유 프로브 제조 장치를 이용한 산광형 광섬유 프로브 제조 방법에 있어서,
    a) 가공할 광섬유를 상기 광섬유 홀더에 설치하는 단계와;
    b) 가공할 광섬유에 대한 빛 확산 범위, 에너지 분포도, 치료 길이 등을 고려하여 가공 수치를 입력하는 단계;
    c) 상기 가공 수치가 입력되면 상기 가공 제어부는 광섬유 홀더와 광섬유 가공부를 제어하는 가공 제어신호를 출력하는 단계;
    d) 상기 광섬유 홀더는 가공 제어신호에 따라 회전모터를 구동시켜 홀더에 설치된 광섬유를 회전시키는 단계;
    e) 상기 광섬유 가공부는 가공 제어신호에 따라 전후 방향으로 이동되어 광섬유 홀더에 설치된 광섬유의 측면과 전방 끝단을 가공하는 단계;
    f) 상기 광섬유 가공부에 의해 광섬유 가공이 완료되면, 상기 광 에너지 제공부를 이용하여 광섬유에 광 에너지를 전달하는 단계;
    g) 상기 광 에너지 제공부로부터 제공되는 광 에너지가 광섬유의 측면과 전방 끝단으로 전달되는지 측면 광센서과 전방 광센서를 통해 측정하는 단계; 및
    h) 상기 측정된 세기와 미리 저장된 광섬유의 에너지 분포도를 비교하여 추가 가공 및 연마 여부를 결정하는 단계;를 포함하는 산광형 광섬유 프로브 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 h) 단계에서, 상기 추가 가공이 결정된 경우에는 정밀 가공을 위한 피드백하는 단계를 더 포함하고,
    상기 정밀 가공은 가공 전달 속도, 회전속도, 가공 에너지(Fabrication energy)를 미세 조절하는 것을 특징으로 하는 산광형 광섬유 프로브 제조 방법
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 가공할 광섬유에 대한 가공 수치를 입력하는 단계(b)는,
    b-1) 레이저 치료에 필요한 조직 치료 구간을 고려하여 광섬유 가공 길이 (L)를 조절하는 단계를 더 포함하고,
    상기 b-1 단계는 광섬유 초기 가공 위치를 가공 공간(Translational Stage)을 고려하여 전체 가공 길이와 함께 결정하는 것을 특징으로 하는 산광형 광섬유 프로브 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가공할 광섬유에 대한 가공 수치를 입력하는 단계(b)는,
    b-2) 광섬유를 통해 광 에너지의 빛이 균일하게 전달될 수 있도록 테이퍼링(tapering) 각도(α)와 광섬유 끝단의 지름(d)을 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 b-2 단계는 광섬유 이동속도(Translational speed), 회전속도(Rotational speed), 가공 에너지원의 파워(0.1W~50W), 에너지원의 면적을 동시에 또는 독립적으로 조절하여 테이퍼링(tapering) 각도(α)와 광섬유 끝단의 지름(d)을 결정하는 것을 특징으로 하는 산광형 광섬유 프로브 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가공할 광섬유에 대한 가공 수치를 입력하는 단계(b)는,
    b-3) 광섬유를 통해 전달되는 광 에너지 분포도를 변화시키기 위하여 가공 각도(β)와 가공부위 간격(w)를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 b-3 단계는 광섬유 이동속도(Translational speed)와 회전속도(Rotational speed)를 동시에 또는 독립적으로 조절하여 가공 각도(β)와 가공부위 간격(w)을 결정하는 것을 특징으로 하는 산광형 광섬유 프로브 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가공할 광섬유에 대한 가공 수치를 입력하는 단계(b)는,
    b-4) 광섬유를 통해 광 에너지 빛의 확산(diffusing)범위를 변화시키기 위하여 가공된 산광 표면의 높이(p)를 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 b-4 단계는 광섬유 회전속도(Rotational speed), 가공 에너지원의 파워(0.1W~50W), 에너지원의 면적을 조절하여 산광 표면의 높이(p)를 결정하는 것을 특징으로 하는 산광형 광섬유 프로브 제조 방법.
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