KR20170110474A

KR20170110474A - 3차원 스캐닝 기술을 이용한 피사체 자외선 표적 광선 치료 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20170110474A
Application number: KR1020160034915A
Authority: KR
Inventors: 김세환; 이민석
Original assignee: 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2016-03-23
Publication date: 2017-10-11
Also published as: KR101834067B1

Abstract

본 발명의 자외선 표적 광선 치료 시스템은 피사체(100)의 병변(101)으로 스캔 광을 투사하고 병변(101)에 치료 광을 조사하도록 광원 제어부(21)로 ON/OFF 제어되는 스캐닝 광원(23A)과 치료 광원(23B) 및 픽셀을 표현하는 미세 거울(27a)이 적용된 디지털 미세 거울 반도체(27)로 구성된 DLP(Digital Light Processing) 프로젝터(20-1)가 포함되고, 상기 DLP프로젝터(20-1)를 이용하여 병변(101)이 발생한 피사체(100)로 스캔 광의 투사, 병변(101)의 3차원 입체 스캔정보에 의한 3D병변 이미지 생성, 병변(101)에 조사되는 치료 광의 광세기 및 광 형태 제어로 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료가 수행됨으로써 병변(101)주변의 정상 피부(103)에 영향을 끼치지 않으면서 병변치료효과의 질도 크게 높일 수 있는 특징을 갖는다.

Description

3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법 및 시스템{The method and apparatus system for UV targeted-phototherapy of photo-responsive skin disorders using a 3D scanning technology}

본 발명은 광 감응성 피부질환 치료에 관한 것으로, 특히 3차원 스캐닝에 의한 병변부위의 정확한 곡률인식과 병변 경계면의 정상 피부에 끼치는 악 영향을 제거한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법 및 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 미국 국립암 연구소의 광역학치료(Photodynamic Therapy)와 같이 의학목적의 광선치료는 자외선, 가시광선, 적외선 등의 복사를 이용하고, 이를 정해진 시간 내에 각 적응질환별로 적절한 파장의 빛을 조사함으로써 질병치료효과를 인정받은 의술의 한 예이다.

구체적으로, 적외선 파장은 열효과와 함께 순환 증진, 신진대사 증진, 혈관 확장, 조직 파괴, 혈압 강화, 식균 작용 등을 가짐으로써 이에 의한 광선치료는 통증치료, 상처 회복, 모발치료 등에 치료 효과를 가져 온다. 또한, 자외선파장(또는 청색광의 가시광선)은 건선, 백반증, 아토피 피부염, 습진, 유아 황달, 여드름 등과 같은 다양한 광 감응성 피부질환에 치료 효과를 가져 온다.

특히, 자외선 방식 광선치료는 광화학요법, 단파장 광선 요법, 308nm 엑시머 레이저 요법 등으로 구분될 만큼 가장 널리 적용되고 있다.

일례로, 상기 광화학요법은 광 감각제를 복용하거나 피부에 발라서 피부를 자외선에 민감하게 만든 후 자외선을 조사함으로써 병변에 대해 치료 효과를 가져 오는 방식이다.

일례로, 상기 단파장 광선 요법은 광 감각제의 적용 없이 병변에 자외선 광량을 조사함으로써 병변에 대해 치료 효과를 가져 오는 방식이다. 특히, 상기 단파장 광선 요법은 광 감각제의 복용이 없어 오심, 구토 등의 전신 부작용이나 피부가 따갑거나 화상 등의 피부 부작용이 없는 가장 안전하고 효과적인 광선 치료법으로 현재 인정되고 있다.

일례로, 상기 308nm 엑시머 레이저를 이용하여 치료하는 요법은 레이저를 조사로 병변을 표적 치료함으로써 병변에 대해 치료 효과를 가져 오는 방식이다.

국내특개 10-2012-0100861(2012년09월12일)

하지만, 상기 광화학요법은 광 감각제를 이용함으로써 자외선에 의한 화상 양상으로 나타나는 일광 화상 등이 있고, 특히 장기적으로 치료하면 주근깨 등 색소 침착이 생기거나 피부암의 발생빈도가 증가될 수 있다.

또한, 상기 단파장 광선 요법은 자외선 광량을 조사함으로써 정상피부에도 색소 침착을 유발하고, 특히 신체부위에 따른 광량의 조절이 어렵다는 한계점을 갖는다.

그리고, 상기 308nm 엑시머 레이저 요법은 레이저를 조사함으로써 고비용 치료방식이고, 특히 병변 전체에 동시에 레이저를 조사하는 것이 아니라 레이저의 스폿(spot) 크기만큼 치료하는 포인트 치료 방식이기 때문에 작은 병변이라 할지라도 치료 시간이 길며, 넓은 부위의 병변에는 적용하기에 어려운 제한점이 있어 모든 환자에게 적용되기 어렵다는 한계점을 갖는다.

무엇보다 광선치료는 곡률에 의한 3차원 병변 형상이 정확하게 반영되지 못한 채 조사영역과 광량을 조절함으로써 그 치료효과의 질이 높지 않다는 근본적인 한계성을 현재까지도 극복하지 못하고 있는 실정이다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 3차원 스캐닝으로 병변 발생 위치와 함께 곡률이 표현된 3차원 병변 이미지를 형성하고, 3차원 병변 이미지에 기반된 프로젝터의 표적광선치료로 다양한 광 감응성 피부질환의 정밀 치료가 이루어지고, 특히 3차원 병변 이미지의 경계면에 기반 되어 프로젝터의 광조사영역과 광량조절(또는 세기조절)이 다단계로 제어됨으로써 병변 주변의 정상 피부에 영향을 끼치지 않으면서 병변치료효과의 질도 크게 높일 수 있는 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법 및 시스템의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법은 (A) 피사체의 병변에 프로젝터의 스캔 광을 투사하고, 카메라에서 상기 스캔 광의 투사된 패턴으로부터 패턴 영상이 전송되는 단계; (B) 상기 패턴 영상이 입력된 복합제어장치에서 상기 병변을 포함한 3D(dimension)병변 이미지가 생성되는 단계; (C) 상기 3D병변 이미지에 포함된 표적병변의 3차원 형상을 이용하여 치료 광 조건설정이 파악되는 단계; (D) 상기 치료 광 조건설정에 맞춘 치료 광이 상기 프로젝터에서 상기 표적병변으로 조사되어 상기 병변을 치료하는 단계; 로 수행되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 프로젝터는 상기 병변이 다수일 때, 상기 병변을 하나씩 개별적으로 스캔하는 싱글부위모드나 상기 병변을 함께 스캔하는 다중부위모드를 구현한다.

바람직한 실시예로서, 상기 3D 병변 이미지는, (b-1) 상기 패턴 영상을 3차원 디지털 이미지화하는 단계, (b-2) 상기 3차원 디지털 이미지를 스캐닝 패턴에 기반한 피사체 영상으로 생성하는 단계, (b-3) 상기 피사체 영상으로 상기 3D 병변 이미지로 생성하는 단계로 구분된다.

바람직한 실시예로서, 상기 치료 광 조건설정은, (c-1) 상기 3D 병변 이미지에서 상기 표적병변을 구분하는 단계, (c-2) 상기 표적병변에 대한 곡률을 계산하는 단계이고, (c-3) 상기 프로젝터의 입사각을 상기 곡률과 매핑하는 단계, (c-4) 상기 매핑 데이터로 상기 표적병변의 경사도를 산출하는 단계, (c-5) 상기 경사도로 상기 프로젝터의 치료 광의 광 세기를 설정하는 단계, (c-6) 상기 표적병변의 경계면으로 상기 표적병변을 분류하고, 분류 상태에 따라 상기 치료 광의 광 형태를 설정하는 단계로 구분된다.

바람직한 실시예로서, 상기 광 세기는 상기 프로젝터에서 나오는 상기 치료 광의 출력시간을 짧게 하거나 길게 하여 조절된다. 상기 표적병변의 분류는 상기 표적병변과 정상 피부의 경계면이 확연한 상세 경계면, 흐린 경계면, 불명확 경계면으로 구분된다. 상기 광 형태는 상기 상세 경계면에 대한 상기 치료 광의 조사 폭을 기준으로 상기 흐린 경계면과 상기 불명확 경계면에 대해 상대적으로 상기 조사 폭을 넓게 하여 조절된다.

바람직한 실시예로서, 상기 프로젝터는 상기 표적병변이 다수일 때, 상기 표적병변의 각각을 동시에 치료한다. 상기 프로젝터는 상기 스캔 광과 상기 치료 광의 발생부를 포함하며, 상기 스캔 광의 발생 시 상기 치료 광의 발생을 중단하고 상기 치료 광의 발생 시 상기 스캔 광의 발생을 중단한다.

바람직한 실시예로서, 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법은 (E) 상기 치료가 완료되거나 상기 표적 병변의 치료 도중 상기 피사체 또는 상기 병변의 위치 이동이 나타나면, 상기 표적병변의 치료 효과를 확인하고, 치료된 병변에 대해 상기 스캔 광의 투사, 상기 3차원 데이터의 전송, 상기 3D병변 이미지의 재생성, 상기 치료 광 조건설정의 재설정이 이루어진 후 다시 치료를 수행하는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 피사체 또는 상기 병변의 위치 이동은 상기 카메라의 모니터링으로 파악된다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자외선 표적 광선 치료 시스템은 피사체를 둘러싼 3D 스캐너, 상기 3D 스캐너와 상호 통신하면서 제어하는 복합제어장치를 포함하고; 상기 3D 스캐너는 상기 피사체의 병변으로 스캔 광을 투사하고 상기 병변에 치료 광을 조사하는 DLP(Digital Light Processing) 프로젝터, 상기 스캔 광의 투사된 패턴으로부터 구해진 상기 병변이 포함된 상기 피사체의 패턴 영상을 상기 복합제어장치로 전송하는 카메라로 구성되며; 상기 복합제어장치는 상기 스캔 광의 투사, 상기 패턴 영상의 수신, 상기 패턴 영상으로부터 3D병변 이미지 생성, 상기 치료 광의 광세기 및 광 형태 조건설정, 상기 치료 광의 조사를 제어하는 프로그램이 탑재된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 3D 스캐너는 레이저, LED, 백색광 중 어느 하나를 광원으로 사용한다.

바람직한 실시예로서, 상기 DLP 프로젝터에는 상기 스캔 광으로 생성시키는 스캐닝 광원과 상기 치료 광으로 생성시키는 치료 광원으로 구성된 광원부, 상기 스캐닝 광원과 상기 치료 광원을 각각 온오프 제어하여 상기 스캔 광과 상기 치료 광을 각각 발생시켜주는 광원 제어부, 프로젝터 화면상에 하나의 픽셀을 표현하도록 반도체에 집적된 미세 거울의 방향제어와 스위칭 시간제어로 상기 스캔 광이나 상기 치료 광의 외부 출력과 광 세기 및 광 형태를 조절하는 디지털 미세 거울 반도체가 포함된다.

이러한 본 발명은 3D 스캐닝에 의한 곡률이 표현된 3차원 병변 이미지와 3차원 병변 이미지의 경계면에 기반 된 프로젝터 조사 광의 다단계 제어로 다면상 병변을 치료함으로써 다음과 같은 장점 및 효과가 구현된다.

첫째, 인체의 일부 또는 광범위한 영역에 위치한 건선, 백반증, 아토피 피부염, 습진, 유아 황달, 여드름 등 과 같은 광감응성 피부질환을 치료함에 있어서 3차원 스캐닝 기술을 적용하여 신체의 일부 또는 전신의 형태를 3차원 형상화 하고, 병변이 있는 부분만을 명확히 파악할 수 있다. 둘째, 3차원 병면에 대한 크기정보, 위치정보, 곡률정보, 정상 피부와의 경계면 정보 등을 이용함으로써 병변에는 균일한 세기의 자외선이 조사될 수 있도록 하고, 특히 프로젝터의 사용으로 병변의 정확한 위치에 대한 표적 조명이 가능하다. 셋째, 3차원 병면의 경계면에 대한 그라데이션 세기 조절 방식 프로그래밍 제어로 자외선의 세기를 조절함으로써 병변 주변의 정상 피부에 영향을 끼치지 않으면서 병변치료효과의 질도 크게 높일 수다. 넷째, 표적 치료 방식으로 정상 피부에 노출되는 자외선을 최소화함으로써 정상 피부의 변색이나 피부암 발병 확률을 낮출 수 있다. 다섯째, 병변의 부위가 크면서 인체의 여러 곳에 동시에 존재하더라도 여러 대의 프로젝터를 원형 등 각각 다른 위치에 배치하여 일시에 모든 병변에 모두 조명함으로써 넓은 부위도 한 번에 치료가 가능함으로써 치료 시간을 줄일 수 있다. 여섯째, 프로젝터를 제어함으로써 조사광(빛)의 세기를 조절할 수 있으므로 피부 질환의 정도에 따라서 일부 부위에는 더 강하거나 더 약한 빛을 조명하는 가변적 치료가 가능하다. 일곱째, 치료도중 생성한 3차원 병변 이미지로 병변 위치나 병변 형상의 변화를 파악함으로써 자외선 광원의 광조사영역과 광량조절(또는 세기조절)이 실시간으로 재조정될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법이 구현되는 자외선방식 표적광선 치료시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자외선방식 표적광선 치료시스템의 DLP(Digital Light Processing) 스캐너에 적용된 3D 스캐닝용 광과 치료용 광의 조사를 이원화한 프로젝터의 블록 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법의 순서도이며, 도 4는 본 발명에 따른 프로젝터 광 강도 및 광 형태 결정 방법의 순서도이고, 도 5는 본 발명에 따른 표적광선 치료시스템으로 환자의 병변을 스캐닝하는 상태이며, 도 6은 본 발명에 따른 3차원 병변 이미지를 이용한 프로젝터 광 강도 설정의 예이고, 도 7은 본 발명에 따른 3차원 병변 이미지를 이용한 프로젝터 광 형태 설정의 예이며, 도 8은 본 발명에 따른 프로젝터의 치료 광을 환자의 얼굴에 생긴 비교적 크지 않은 1개의 병변에 적용하여 치료하는 상태이고, 도 9는 본 발명에 따른 프로젝터의 치료 광을 환자의 팔부위에 발생된 넓은 병변에 적용하여 치료하는 상태이며, 도 10은 본 발명에 따른 프로젝터의 치료 광을 환자의 얼굴에 생긴 비교적 크지 않은 다면상의 병변에 적용하여 치료하는 상태이고, 도 11은 본 발명에 따른 프로젝터의 치료 광을 환자의 팔과 가슴부위에 각각 발생된 넓은 병변에 적용하여 치료하는 상태이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 자외선방식 표적광선 치료시스템(1)은 피사체(100)를 둘러싼 3D 스캐너(10), 3D 스캐너(10)와 상호 통신하는 복합제어장치(30)를 포함한다.

구체적으로, 상기 피사체(100)는 건선, 백반증, 아토피 피부염, 습진, 유아 황달, 여드름 등과 같은 다양한 광 감응성 피부질환이 발생한 환자이다.

구체적으로, 상기 3D 스캐너(10)는 레이저, LED, 백색광 중 어느 하나를 광원으로 사용하여, 공간 변조장치 혹은 프로젝터 등을 이용하여 1차원 내지는 2차원 패턴을 발생시키고, 이를 3차원 형상화 하고자 하는 대상체에 스캔 방식의 투사 혹은 일시 투사한 후, CCD(Charge-Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary metal - oxide - semiconductor) 기반 카메라를 이용하여 패턴이 투사된 대상체의 정보를 디지털화 하여, 이를 이용하여 3차원 형상을 구현해 내는 3D 스캐닝 기술을 구현한다. 그러므로, 상기 3D 스캐너(10)는 TOF(Time of Flight) 방식이나 백색광 방식의 3차원 스캔 기술을 적용할 수 있으나, 본 실시예에선 레이저(sweeping laser)를 이용해 선(line)형태의 1차원 패턴이나 그리드(grid) 또는 스트라이프 무늬의 2차원 패턴을 피사체(100)에 프로젝션시켜 주는 DLP(Digital Light Processing) 또는 LCD(Liquid Crystal Display) 프로젝터 방식이 적용된다.

이를 위해, 상기 3D 스캐너(10)는 피사체(100)의 전신 또는 부분으로 1차원 패턴이나 2차원 패턴을 프로젝션 시켜 주는 스캔 광을 조사하고 피사체(100)의 특정부위에 치료 광을 조사하도록 복합제어장치(30)로 제어되는 DLP(Digital Light Processing) 프로젝터(20-1), 피사체(100)의 크기에 따라 적절한 거리를 두고 위치하여 스캔 광의 투사된 패턴으로부터 광 삼각법 등을 이용하여 구해진 피사체(100)의 패턴 영상을 복합제어장치(30)로 전송하는 CCD 또는 CMOS 기반 카메라(20-2)로 구성된다. 그러므로, 상기 DLP 스캐너(10)는 1개의 프로젝터(20-1)와 1개의 카메라(20-2)로 구성되거나 또는 2개 이상의 프로젝터(20-1)와 2개 이상의 카메라(20-2)로 구성될 수 있다.

구체적으로, 상기 복합제어장치(30)는 프로젝터(20-1)의 스캔 광과 치료 광을 선택하여 조사하면서 치료 광의 광조사영역과 광량조절(또는 세기조절)을 다단계로 제어하며, 카메라(20-2)에서 전송된 스캔 데이터의 디지털 데이터 처리로 3D 병변 이미지를 생성한다. 특히 상기 복합제어장치(30)는 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료가 구현되는 프로그램이 포함되고, 상기 프로그램이 탑재된 전용 제어장치나 컴퓨터와 같은 노트북(30-1) 또는 이동단말기와 같은 스마트폰(30-2)일 수 있다.

한편, 도 2의 DLP 프로젝터(20-1)의 상세 구성을 참조하면, 상기 DLP 프로젝터(20-1)는 광원 제어부(21), 광원부(23), 광학계(25), 디지털 미세 거울 반도체(27),렌즈(29)로 구성된다.

구체적으로, 상기 광원부(23)는 레이저, LED, 백색광 등을 스캔 광으로 생성시키는 스캐닝 광원(23A)과 치료 광으로 생성시키는 치료 광원(23B)으로 구성되고, 광원 제어부(21)로 스캐닝 광원(23A)과 치료 광원(23B)이 On/OFF 제어된다. 상기 광학계(25)는 스캐닝 광원(23A)의 스캔 광과 치료 광원(23B)의 치료 광을 내보낸다. 상기 디지털 미세 거울 반도체(27)는 개별적으로 구동되는 미세 거울(27a)을 집적한 반도체를 통해 각 픽셀의 빛을 켜고 끄며, 하나의 미세 거울(27a)이 프로젝터 화면상에 하나의 픽셀을 표현함으로써 각 픽셀에 해당하는 미세 거울(27a)에 의해 빛이 출력되도록 반사하거나 빛이 외부로 출력되지 않도록 미세거울의 방향을 바꾸는 방법으로 화면상의 픽셀을 표현한다. 상기 렌즈(29)는 디지털 미세 거울 반도체(27)에서 출력된 빛(스캔 광 또는 치료 광)을 피사체(100)로 내보낸다.

따라서, 상기 DLP 프로젝터(20-1)는 백색광원 혹은 3원색(빨강,녹색, 파랑)의 삼색광원을 사용하는 일반적인 DLP 프로젝터와 달리 스캐닝과 치료를 1개의 프로젝터에서 동시에 진행하는 이원화된 광원부(23)와 스캔 광과 치료 광을 선택하도록 광원부(23)를 On/OFF 제어하는 광원 제어부(21)로 구성요소를 달리한다. 특히, 상기 DLP 프로젝터(20-1)는 복합제어장치(30)와 연계한 광원 제어부(21)로 치료 광원(23B)을 동작시키는 경우, 치료용 광원의 빛의 세기를 미세 거울(27a)이 켜고 꺼지는 스위칭 시간(switching time)에 따라 조절한다. 일례로, 치료용 광원의 세기를 강하게 하기 위해서는 미세 거울(27a)이 픽셀로 빛을 출력시키는 시간을 늘리고 꺼지는 시간을 짧게 하여 구동 시키는 반면 치료용 광원의 빛의 세기를 줄이기 위해서는 미세 거울(27a)이 픽셀로 빛을 출력시켜 켜지는 시간보다 꺼지는 시간을 길게 함으로써 출력광의 세기조절이 이루어진다.

한편, 도 3 및 도 4는 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법의 순서도를 나타낸다. 이하, 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법의 실시예를 도 5내지 도 11을 통해 상세히 설명한다. 이 경우, 3D 스캔과 광 치료는 DLP 프로젝터(20-1)와 카메라(20-2)에 연계된 복합제어장치(30)의 제어로 설명되나 필요 시 DLP 프로젝터(20-1)나 카메라(20-2)의 각각과 연계된 마이크로 프로세서(microprocessor) 일 수 있다. 또한, 피사체(100)는 광 감응성 피부질환이 발생한 사람을 적용한다. 그리고, 병변(101)은 광치료가 이루어지는 표적병변을 의미한다.

S10은 표적광선 치료 시스템(1)을 세팅하는 단계이다. 도 5를 참조하면, 표적광선 치료 시스템(1)의 세팅은 피사체(100)의 둘레로 DLP 프로젝터(20-1)와 카메라(20-2)를 설치하고, 이에 복합제어장치(30)를 연계하는 작업이다. 이때, DLP 프로젝터(20-1)와 카메라(20-2)는 피사체(100)의 크기에 따라 적절한 거리를 두고 위치시켜 준다. 그러므로, 3D 스캐너(10)는 1개 이상으로 설치될 수 있다.

이후, 표적광선 치료 시스템(1)은 S20 내지 S70을 통해 피사체(100)에 대한 3D 스캐닝을 수행한다.

S20은 피사체(100)에 대한 3차원 촬영 단계로서, 이는 S20-1의 싱글부위 촬영모드와 S20-2의 다중부위 촬영모드로 구분된다. 상기 싱글부위 촬영모드는 1개의 병변(101)만 집중해서 피사체(100)를 스캐닝하는 방식이고, 상기 다중부위 촬영모드는 복수개의 병변(101)이 모두 포함되도록 피사체(100)를 스캐닝하는 방식이다. S30은 3D 스캐너 세팅 및 프로젝터 스캐닝모드 전환 후 가동이 이루어지는 단계이고, S40은 3D 스캐너의 신체 데이터 전송 및 중지되는 단계이며, S50은 신체 데이터기반 디지털 이미지화 단계이고, S60은 스캐닝 패턴기반 체형영상생성단계이고, S70은 3D 병변 이미지 생성단계이다.

이러한 단계는 도 5를 참조로 설명된다. 도시된 바와 같이, 복합제어장치(30)와 연계된 DLP 프로젝터(20-1)의 광원 제어부(21)는 치료 광원(23B)을 OFF로 전환시키고 스캐닝 광원(23A)을 ON으로 전환함으로써 스캐닝 광원(23A)의 스캔 광이 광학계(25)와 디지털 미세 거울 반도체(27) 및 렌즈(29)를 거쳐 피사체(100)에 투사되도록 한다. 그러면, 카메라(20-2)는 스캔 광의 투사된 패턴으로부터 피사체(100)의 패턴 영상을 복합제어장치(30)로 전송한다. 이어, 복합제어장치(30)는 탑재된 프로그램을 이용하여 패턴 영상을 광 삼각법 등을 이용해 S50과 같이 디지털 이미지화한 후 S60과 같이 체형영상을 생성한 다음 S70과 같이 3D 병변 이미지를 생성하여 준다. 도 6은 S20-1의 싱글부위 촬영모드를 통해 복합제어장치(30)에서 생성된 피사체(100)의 병변(101)이 포함된 얼굴부위의 3D 병변 이미지의 예를 나타낸다.

이후, 표적광선 치료 시스템(1)은 S100 내지 S130을 통해 피사체(100)의 병변(101)에 대한 광 치료를 수행한다.

S100은 병변치료단계로서, 이는 S100-1의 싱글 병변에 대한 치료 모드와 S100-2의 복합 병변에 대한 치료모드로 구분된다. 상기 싱글병변치료모드는 피사체(100)의 3D 병변 이미지에서 1개의 병변(101)만 집중해서 광 치료하는 방식이고, 상기 복합병변치료모드는 피사체(100)의 3D 병변 이미지에서 복수개의 병변(101)이 모두 포함시켜 동시에 광 치료하는 방식이다.

S110은 프로젝터 광 강도 및 광 형태를 결정하는 단계로서, 도 4를 통해 구체화되고, 도 6과 도 7을 참조로 설명된다.

도 4를 참조하면, S111은 3D 병변 이미지의 곡률 계산이 이루어지는 단계이고, S112는 프로젝터 조사광의 입사각 설정이 이루어지는 단계이며, S113은 곡률과 입사각 매핑이 이루어지는 단계이고, S114는 3D 병변 이미지의 경사도 산출이 이루어지는 단계이며, S115는 경사도에 따른 프로젝터의 광 강도 설정이 이루어지는 단계이고, S116은 3D 병변 이미지의 병변 경계면 분류가 상세 경계면이나 흐린 경계면 또는 불명확 경계면으로 구분되는 단계이며, S117은 경계면에 따른 프로젝터의 광 형태 설정이 이루어지는 단계이다.

도 6을 참조하면, 복합제어장치(30)는 얼굴(100A)의 3D 병변 이미지에서 병변(101)의 곡률 산출 시 DLP 프로젝터(20-1)로부터 출력되는 치료 광이 갖는 빛의 세기가 모든 방향으로 동일하다고 가정함으로써 빛의 입사 방향에 대해 병변(101)이 발생된 피부의 표면이 수직을 이룰 때 단위 면적당 최대의 빛이 입사됨으로 설정한다. 그러므로, 빛의 입사 방향에 대해 피부 표면의 각도가 수직을 이루지 못하는 경우에는 이 각도에 따라 단위 면적당 입사되는 빛의 양이 달라진다. 따라서, 복합제어장치(30)는 3D 병변 이미지에 나타난 병변(101)의 3차원 형상을 활용하여 병변(101)을 중심 경계라인(a)과 이를 둘러싸는 다수의 주변 경계라인(b,c,d)으로 구획하고, 중심 경계라인(a)과 주변 경계라인(b,c,d)이 빛의 입사 방향에 대해 피부의 표면이 이루는 각도를 계산한 후 피부의 각 위치마다 곡률로 인한 경사도로 표현한다. 그 결과, 병변(101)의 산출된 경사도에 따라 해당 위치에 입사되는 DLP 프로젝터(20-1)로부터 출력되는 치료 광 세기를 조절함으로써 굴곡진 피부에도 단위 면적당 입사되는 빛의 양을 동일하게 조절한다. 즉, 굴곡이 있는 인체 피부에 단위 면적당 동일한 빛이 입사되도록 하기 위해서는 프로젝터의 빛의 입사 방향에 대해 피부의 표면이 이루는 각도에 따라 빛의 세기 조절이 이루어진다.

도 7을 참조하면, 복합제어장치(30)는 병변(101)을 병변부위와 정상 피부(103)의 경계면(102)으로 구분하고, 상기 경계면(102)을 이용하여 상세 경계면, 흐린 경계면, 불명확 경계면의 3가지 타입으로 구분하여 병변(101)에 대한 빛의 강도를 조절함으로써 추후 치료된 피부와 정상 피부와의 일광화상에 의한 변색 차이를 줄여 준다. 일례로, 병변(101)의 단면에서 빛의 세기를 나타낸 그래프 선도를 참조하면, 병변(101)과 정상 피부(103)의 경계면(102)이 확연한 상세 경계면인 경우에는 A 그래프와 같은 형태로 경계 부위에 대해 빛의 강도를 조절하고, 병변(101)과 정상 피부(103)의 경계면(102)이 흐린 경계면인 경우에는 B 그래프와 같은 형태로 경계 부위에 대해 빛의 강도를 조절하며, 병변(101)과 정상 피부(103)의 경계면(102)이 불명확 경계면인 경우에는 C 그래프와 같은 형태로 빛의 강도를 조절함으로써 경계면(102)에서 치료된 피부와 정상 피부(103)의 변색 차이가 최소화 될 수 있도록 한다.

따라서, DLP 프로젝터(20-1)로부터 출력되어 병변(101)의 피부에 조명되는 빛의 세기가 조절된다. 특히, 조절된 빛의 패턴은 중앙 스팟(Centered spot)에 대부분의 레이저 파워가 집중되어 있으며 중앙에서 거리가 멀어질수록 파워가 급격히 떨어지는 가우시안 빔 패턴이 아닌 균일한 광 조사 패턴을 형성한다.

S120은 프로젝터 치료모드 세팅이 이루어지는 단계이며, S130은 프로젝터의 광 조사에 의한 병변치료가 이루어지는 단계이다.

이러한 단계는 도 8을 참조하면, 복합제어장치(30)와 연계된 DLP 프로젝터(20-1)의 광원 제어부(21)는 스캐닝 광원(23A)을 OFF한 상태에서 치료 광원(23B)을 ON으로 전환함으로써 치료 광원(23B)의 치료 광이 광학계(25)와 디지털 미세 거울 반도체(27) 및 렌즈(29)를 거쳐 얼굴(100A)의 병변(100-1)에 투사되도록 한다. 그러면, 상기 DLP 프로젝터(20-1)에서 나오는 치료 광은 병변(100-1)에 적합한 세기와 함께 비 가우시안 패턴으로 투사되어 병변(100-1)을 효과적으로 치료한다.

또한, 도 9를 참조하면, 팔(100B)(또는 다리)과 같이 작은 원통형의 부위에 형성된 병변(100-1)의 다면 치료 필요 시 1개의 DLP 프로젝터(20-1)와 복수개의 반사판(40)을 함께 적용함으로써 병변(100-1)의 치료 효과를 높여 줄 수 있음을 알 수 있다. 이 경우, 상기 반사판(40)의 모양은 제한되어 있지 않으나 원뿔 또는 각뿔의 형태를 취함으로써 DLP 프로젝터(20-1)에서 나온 치료 광이 외부로 퍼져나가는 현상을 최소화할 수 있다.

그 결과, 본 실시예의 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법은 자외선 광선 치료법이 지니는 한계와 부작용을 최소화하고자 기존의 광선 치료법에서 사용하는 파장의 광원을 그대로 사용하더라도 불필요한 부위의 자외선 노출을 최대한 줄이면서 증상 부위만을 정확히 표적 치료할 수 있고, 또한 자외선을 조사시 3차원 형상 데이터를 참고하여 신체의 곡면값을 이용 병변에 고르게 자외선이 도달 될 수 있도록 광량을 제어할 수 있으며, 특히 병변(101)과 정상 피부(103)의 경계면(102)에서는 자외선의 그라데이션 강도를 조절하여 치료 후 병변과 정상세포의 경계면에서 나타날 수 있는 화상 양상으로 나타나는 일광 화상을 최소화하는데 기여한다.

한편 다시 도 3을 참조하면, 표적광선 치료 시스템(1)은 S140 내지 S170을 통해 피사체(100)의 병변(101)에 대한 광 치료 효과를 확인하고, 이를 적용하여 병변(101)의 치료에 적용할 수 있는 장점을 구현한다.

S140은 3D 병변 이미지의 재생성단계이고, S150은 프로젝터 스캐닝모드 전환 후 병변 데이터 전송 및 중지 단계이며, S160은 신체 데이터기반 디지털 이미지화 및 병변영상 생성 후 해당 3D 병변 이미지 생성단계이고, S160은 프로젝터 치료모드 전환 후 해당 3D 병변 이미지 치료단계이다. 이어, S190은 병변치료가 완료되는 단계이다.

구체적으로, S140내지 S160의 3D 병변 이미지 재생성 단계는 S20의 단계로 피드백함으로써 S20 내지 S70을 통해 피사체(100)에 대한 3D 스캐닝을 다시 수행하고, S160의 3D 병변 이미지 치료단계는 S100의 단계로 피드백함으로써 동일한 방법으로 재 치료를 수행한다. 특히, S140은 3D 병변 이미지의 재생성은 표적 병변의 치료 도중 피사체(100) 또는 병변(101)의 위치 이동 시 또는 표적 병변의 치료 완료 등과 같이 다양한 상황에서 수행될 수 있다. 이 경우, 상기 피사체(100) 또는 상기 병변(101)의 위치 이동은 카메라(20-2)를 통해 모니터링 함으로써 용이하게 파악된다. 그러므로, 본 실시예의 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법은 병변(101)의 치료 도중 병변(101)에 대한 광 치료를 효과가 반영됨으로써 병변(101)의 치료 효과를 실시간으로 확인할 수 있어 환자의 만족도를 크게 높일 수 있고, 또한 표적광선 치료 시스템(1)을 이용하여 치료를 담당하는 의사에게 치료효과를 높이는 기회도 제공할 수 있다.

한편, 도 10과 도 11은 병변(101)의 종류에 대한 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법의 예를 나타낸다.

도 10은 복수개의 DLP 프로젝터(20-1)를 사용한 얼굴(100A)의 다면상의 병변(101)을 동시 치료하는 모습이다. 또한, 도 11은 복수개의 DLP 프로젝터(20-1)와 반사판(40)을 사용한 상반신(100C)의 다면상의 병변(101)을 동시 치료하는 모습이다. 이와 같이, 본 실시예의 표적광선 치료시스템(1)은 인체의 일부 또는 광범위한 영역에 위치한 건선, 백반증, 아토피 피부염, 습진, 유아 황달, 여드름 등 과 같은 광감응성 피부질환을 치료함에 있어서 3차원 스캐닝 기술을 적용하여 신체의 일부 또는 전신의 형태를 3차원 형상화 하고, 병변(101)이 있는 부분만을 명확히 파악할 수 있다. 이후, 3차원 병면에 대한 크기정보, 위치정보, 곡률정보, 정상 피부와의 경계면 정보 등을 이용하여, 병변(101)에는 균일한 세기의 자외선이 조사될 수 있도록 하고, 경계면(103)에는 그라데이션 세기 조절로 자외선의 세기를 조절할 수 있도록 컴퓨터를 통해 프로그래밍하여 이를 해당 질환의 치료에 사용되는 파장의 빛을 광원으로 사용하는 DLP 프로젝터(20-1)를 사용하여 다양한 병변(101)의 정확한 위치에 표적 조명이 가능한 장점을 구현할 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 자외선 표적 광선 치료 시스템은 피사체(100)의 병변(101)으로 스캔 광을 투사하고 병변(101)에 치료 광을 조사하도록 광원 제어부(21)로 ON/OFF 제어되는 스캐닝 광원(23A)과 치료 광원(23B) 및 픽셀을 표현하는 미세 거울(27a)이 적용된 디지털 미세 거울 반도체(27)로 구성된 DLP(Digital Light Processing) 프로젝터(20-1)가 포함되고, 상기 DLP프로젝터(20-1)를 이용하여 병변(101)이 발생한 피사체(100)로 스캔 광의 투사, 병변(101)의 3차원 입체 스캔정보에 의한 3D병변 이미지 생성, 병변(101)에 조사되는 치료 광의 광세기 및 광 형태 제어로 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료가 수행됨으로써 병변(101)주변의 정상 피부(103)에 영향을 끼치지 않으면서 병변치료효과의 질도 크게 높일 수 있다.

1 : 표적광선 치료시스템
10 : 3D 스캐너
20-1 : DLP(Digital Light Processing)프로젝터
20-2 : 카메라
21 : 광원 제어부 23 : 광원부
23A : 스캐닝 광원 23B : 치료 광원
25 : 광학계 27 : 디지털 미세 거울 반도체
27a : 미세 거울 29 : 렌즈
30 : 복합제어장치 30-1 : 노트북
30-2 : 스마트폰 40 : 반사판
100: 피사체 100A : 얼굴
100B : 팔 100C : 상반신
101 : 병변

Claims

(A) 피사체의 병변에 프로젝터의 스캔 광을 투사하고, 카메라에서 상기 스캔 광의 투사된 패턴으로부터 상기 병변을 포함한 상기 피사체의 3차원 데이터가 전송되는 단계;
(B) 상기 3차원 데이터가 입력된 복합제어장치에서 상기 병변을 포함한 3D(dimension)병변 이미지가 생성되는 단계;
(C) 상기 3D병변 이미지에 포함된 표적병변의 3차원 형상을 이용하여 치료 광 조건설정이 파악되는 단계;
(D) 상기 치료 광 조건설정에 맞춘 치료 광이 상기 프로젝터에서 상기 표적병변으로 조사되어 상기 병변을 치료하는 단계;
로 수행되는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (A)에서, 상기 프로젝터는 상기 병변이 다수일 때, 상기 병변을 하나씩 개별적으로 스캔하는 싱글부위모드나 상기 병변을 함께 스캔하는 다중부위모드로 구현되는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (B)에서 상기 3D 병변 이미지는, (b-1) 상기 3차원 데이터를 디지털 이미지화하는 단계, (b-2) 상기 디지털 이미지를 스캐닝 패턴에 기반한 피사체 영상으로 생성하는 단계, (b-3) 상기 피사체 영상으로 상기 3D 병변 이미지를 생성하는 단계
로 구분되는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (C)에서 상기 치료 광 조건설정은, (c-1) 상기 3D 병변 이미지에서 상기 표적병변을 구분하는 단계, (c-2) 상기 표적병변에 대한 곡률을 계산하는 단계이고, (c-3) 상기 프로젝터의 입사각을 상기 곡률과 매핑하는 단계, (c-4) 상기 매핑 데이터로 상기 표적병변의 경사도를 산출하는 단계, (c-5) 상기 경사도로 상기 프로젝터의 치료 광의 광 세기를 설정하는 단계, (c-6) 상기 표적병변의 경계면으로 상기 표적병변을 분류하고, 분류 상태에 따라 상기 치료 광의 광 형태를 설정하는 단계
로 구분되는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 광 세기는 상기 프로젝터에서 나오는 상기 치료 광의 출력시간을 짧게 하거나 길게 하여 조절되는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 표적병변의 분류는 상기 표적병변과 정상 피부의 경계면이 확연한 상세 경계면, 흐린 경계면, 불명확 경계면으로 구분되고; 상기 광 형태는 상기 상세 경계면에 대한 상기 치료 광의 조사 폭을 기준으로 상기 흐린 경계면과 상기 불명확 경계면에 대해 상대적으로 상기 조사 폭을 넓게 하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (D)에서, 상기 프로젝터는 상기 표적병변이 다수일 때, 상기 표적병변의 각각을 동시에 치료하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 프로젝터는 상기 스캔 광과 상기 치료 광의 발생부를 포함하며, 상기 스캔 광의 발생 시 상기 치료 광의 발생을 중단하고 상기 치료 광의 발생 시 상기 스캔 광의 발생을 중단하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법.
청구항 1에 있어서, (E) 상기 치료가 완료되거나 상기 표적 병변의 치료 도중 상기 피사체(100) 또는 상기 병변(101)의 위치 이동이 나타나면, 상기 표적병변의 치료 효과를 확인하고, 치료된 병변에 대해 상기 스캔 광의 투사, 상기 3차원 데이터의 전송, 상기 3D병변 이미지의 재생성, 상기 치료 광 조건설정의 재설정이 이루어진 후 다시 치료를 수행하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 의한 3차원 스캐닝 기술을 이용한 광 감응성 피부질환 자외선 표적 광선 치료 방법이 구현되는 것을 특징으로 하는 자외선 표적 광선 치료 시스템.
피사체를 둘러싼 3D 스캐너, 상기 3D 스캐너와 상호 통신하면서 제어하는 복합제어장치를 포함하고;
상기 3D 스캐너는 상기 피사체의 병변으로 스캔 광을 투사하고 상기 병변에 치료 광을 조사하는 DLP(Digital Light Processing) 프로젝터, 상기 스캔 광의 투사된 패턴으로부터 구해진 상기 병변이 포함된 상기 피사체의 패턴 영상을 상기 복합제어장치로 전송하는 카메라로 구성되며;
상기 복합제어장치는 상기 스캔 광의 투사, 상기 패턴 영상의 수신, 상기 패턴 영상으로부터 3D병변 이미지 생성, 상기 치료 광의 광세기 및 광 형태 조건설정, 상기 치료 광의 조사를 제어하는 프로그램이 탑재된 것을 특징으로 하는 자외선 표적 광선 치료 시스템.
청구항 11에 있어서, 상기 3D 스캐너는 레이저, LED, 백색광 중 어느 하나를 광원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 자외선 표적 광선 치료 시스템.
청구항 11에 있어서, 상기 DLP 프로젝터에는 상기 스캔 광으로 생성시키는 스캐닝 광원과 상기 치료 광으로 생성시키는 치료 광원으로 구성된 광원부, 상기 스캐닝 광원과 상기 치료 광원을 각각 온오프 제어하여 상기 스캔 광과 상기 치료 광을 각각 발생시켜주는 광원 제어부가 포함된 것을 특징으로 하는 자외선 표적 광선 치료 시스템.
청구항 13에 있어서, 상기 DLP 프로젝터에는 프로젝터 화면상에 하나의 픽셀을 표현하도록 반도체에 집적된 미세 거울의 방향제어로 상기 스캔 광이나 상기 치료 광의 외부 출력과 광 세기 및 광 형태를 조절하는 디지털 미세 거울 반도체가 포함된 것을 특징으로 하는 자외선 표적 광선 치료 시스템.
청구항 13에 있어서, 상기 복합제어장치는 상기 프로그램이 탑재된 컴퓨터 또는 노트북 또는 이동통신단말기인 것을 특징으로 하는 자외선 표적 광선 치료 시스템.