KR20200039066A

KR20200039066A - 광역학 치료 장치

Info

Publication number: KR20200039066A
Application number: KR1020180118118A
Authority: KR
Inventors: 박도현
Original assignee: 재단법인 아산사회복지재단; 울산대학교 산학협력단
Priority date: 2018-10-04
Filing date: 2018-10-04
Publication date: 2020-04-16

Abstract

종양 내의 혈류량 및 산소 농도를 높여 광역학 치료 효율을 높일 수 있는 동시에, 온열 치료를 위한 적정 온도를 유지하여 광역학 치료와 온열 치료를 병행할 수 있는 광역학 치료 장치가 제공된다.
상기 광역학 치료 장치는 니들; 상기 니들에 배치되고, 병변 조직으로 광을 조사하는 광 프로브; 상기 니들과 상기 광 프로브와 상기 니들의 인근과 상기 광 프로브의 인근 중 적어도 하나의 온도를 센싱하고, 온도 데이터를 생성하는 온도 센서; 상기 광 프로브에서 조사되는 광의 출력값을 제어하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 온도 센서에서 생성된 온도 데이터에 따라, 상기 광 프로브에서 조사되는 광의 출력값을 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

광역학 치료 장치{PHOTODYNAMIC THERAPY DEVICE}

본 발명은 광역학 치료 장치에 관한 것이다.

광역학 치료(PDT, Photodynamic therapy)는 광감작제(光感作劑, Photosensitizer)가 빛(Light)과 산소(Oxygen)에 의해 화학적 반응을 일으킴으로써 단일한 산소(Singlet oxygen)와 이에 의해 유발되는 자유라디칼(Free radical)이 환자에게 아무런 고통 없이 암세포만 선택적으로 파괴하는 치료법이다.

일 예로, 심부에 위치한 종양의 경우 초음파 유도하(Ultrasound-guided, 초음파 내시경으로 수행) 세침(Fine needle)을 통하여 극세 레이저 프로브를 이용한 간질성 광역학 치료(Interstitial photodynamic therapy)를 시행하게 된다.

그러나 종양 내에서는 혈류량 및 산소가 적어 광역학 치료에 필수적인 산소의 양이 부족하여 적절한 광역학 치료가 이루어지기 어려운 문제가 있다.

한편, 온열 치료(Hyperthermia)는 정상 생체 조직이 단백질 변성을 일으키는 온도보다 낮은 온도를 종양에 인가하여, 종양주변미세환경(Tumor microenvironment)의 pH, 산소농도, 대사율, 유전자 및 단백질 발현, 혈류 변화를 초래하는 간접 효과를 통해 세포사를 유도하여 암 등을 치료하는 치료법이다.

만약, 광역학 치료 장치의 레이저 프로브의 광 출력에 의한 발열을 이용하여 광역학 치료와 온열 치료를 병행하면 암(종양)치료 효과를 극대화할 수 있지만, 세침(일반적으로 스테인레스 재질로 형성)의 열전도율이 낮아 온열 치료를 위한 적정 온도를 확보하지 못하는 문제가 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2018-0095587호, 2018.08.27 공개

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종양 내의 혈류량 및 산소 농도를 높여 광역학 치료 효율을 높일 수 있는 동시에, 온열 치료를 위한 적정 온도를 유지하여 광역학 치료와 온열 치료를 병행할 수 있는 광역학 치료 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 광역학 치료 장치는 니들; 상기 니들에 배치되고, 병변 조직으로 광을 조사하는 광 프로브; 상기 니들과 상기 광 프로브와 상기 니들의 인근과 상기 광 프로브의 인근 중 적어도 하나의 온도를 센싱하고, 온도 데이터를 생성하는 온도 센서; 상기 광 프로브에서 조사되는 광의 출력값을 제어하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 온도 센서에서 생성된 온도 데이터에 따라, 상기 광 프로브에서 조사되는 광의 출력값을 제어할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 니들과 상기 광 프로브와 상기 니들의 인근과 상기 광 프로브의 인근 중 적어도 하나의 온도가 42도(℃) 이상 43도(℃) 이하로 유지되도록, 상기 광 프로브에서 조사되는 광의 출력값을 제어할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 광 프로브에서 조사되는 광의 출력값이 변화함에 따라, 광 출력 시간을 실시간으로 제어할 수 있다.

상기 온도 센서는 센싱을 통해 온도 데이터를 생성하는 센싱부와, 상기 컨트롤러와 무선 통신하는 통신부를 포함하고, 상기 온도 센서의 통신부는 상기 니들과 상기 광 프로브 중 적어도 하나의 외주면에 원주 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.

상기 온도 센서의 통신부는 스마트 태그(Smart tag)일 수 있다.

상기 광 프로브는 상기 니들에 축 방향으로 이동하도록 배치되고, 축 방향 위상에 의해 상기 니들의 내부에 위치하거나 상기 니들의 단부의 개구를 통해 외부로 노출될 수 있다.

상기 니들의 단부는 코팅층으로 코팅되어 있고, 상기 코팅층의 열전도율은 상기 니들의 열전도율보다 높을 수 있다.

상기 코팅층은 생체 적합성 금속 재질을 포함할 수 있다.

상기 생체 적합성 금속 재질은 금 나노 입자(Gold-nano-particle)를 포함할 수 있다.

상기 광역학 치료 장치는 상기 니들과 상기 컨트롤러를 연결하는 케이블을 더 포함하고, 상기 광 프로브는 상기 니들과 상기 케이블의 내부에 축 방향으로 이동 가능하도록 배치될 수 있다.

상기 컨트롤러는 펄스(Pulse) 방식으로 레이저 광을 출력시키는 출력기를 포함할 수 있다.

상기 니들은 초음파 내시경에 의해 가이드되어 생체 내부의 병변 조직으로 삽입되고, 상기 광 프로브는 병변 조직 내부에서 광을 조사할 수 있다.

본 발명의 광역학 치료 장치는 니들을 열전도율이 높은 생체 적합성 금속 재질로 코팅하여 광 출력에 의한 열에너지가 종양 내로 전달되는 효율을 높일 수 있고, 이에 따라 종양으로 광역학 치료의 화학적 반응을 위한 산소 및 혈류량을 늘려 광역학 치료의 효과를 비약적으로 향상시킬 수 있다.

이와 동시에, 본 발명의 광역학 치료 장치는 상술한 구성에 의해 온열 치료를 위한 열에너지를 충분히 확보할 수 있으며, 나아가 컨트롤러에 의해 온열 치료의 적정 온도를 유지시킬 수 있다. 그 결과, 본 발명의 광역학 치료 장치는 광역학 치료와 온열 치료를 병행할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 광역학 치료와 온열 치료를 병행하며 실시하는 것을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 광역학 치료 장치를 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 광역학 치료 장치의 니들과 광 프로브를 나타낸 개념도이다.
도 4는 1W의 출력량을 가지는 광역학 치료 장치의 On/Off에 의해 타겟 조직의 온도가 변화하는 것을 나타낸 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "위(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 광역학 치료 장치(1000)를 설명한다. 본 발명의 광역학 치료 장치(1000)는 도 1에서 도시하는 바와 같이, 환자의 생체 조직에 광감작제(光感作劑, Photosensitizer)를 주입한 후 특정 파장 대역의 광을 타겟 조직(병변 조직, 일 예로, 종양)에 조사하여 광역학 치료(PDT, Photodynamic therapy)를 수행할 수 있는 동시에, 타겟 조직을 일정 온도로 유지시켜 온열 치료(Hyperthermia)를 수행할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 광역학 치료 장치(1000)는 종양(암) 치료 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있다.

이를 위해, 본 발명의 광역학 치료 장치(1000)는 니들(100), 광 프로브(200), 온도 센서(300), 컨트롤러(400) 및 케이블(500)을 포함할 수 있다.

도 2 및 도 3에서 나타내는 바와 같이, 니들(100)은 최소 침습으로 환자의 생체 심부로 삽입되는 부재일 수 있다. 이를 위해, 니들(100)의 단부에는 첨단부(尖端, Cutting edge)가 형성될 수 있다.

이 경우, 니들(100)은 다양한 방법에 의해 타겟 조직으로 가이드될 수 있다. 일 예로, 니들(100)은 초음파 유도하(Ultrasound-guided, 초음파 내시경으로 수행)에 생체 심부에서 타겟 조직 내로 정밀하게 삽입될 수 있지만, 니들(100)의 가이드 방법이 이에 제한되는 것은 아니다.

한편, 초음파 조영제(Contrast media)에 의해 타겟 조직(종양) 내에 마이크로 버블(Micro bubble)이 생성될 수 있고, 마이크로 버블은 초음파 내시경의 주파수에 따라 열에너지를 발생시킬 수 있다. 즉, 니들(100)을 초음파 내시경을 이용하여 가이드하는 경우, 온열 치료를 위한 열에너지를 확보할 수 있는 장점이 있다.

좀 더 상세하게, 니들(100)이 타겟 조직의 내부(종양 내부)로 삽입되면, 타겟 조직의 내부에서 광 프로브(200)를 전진시켜 타겟 조직의 내부에 광 프로브(200)를 위치시킨 후, 광 프로브(200)를 출력시켜 니들(100)의 온도를 증가시킬 수 있다. 이와 동시에 초음파 조영제를 정맥으로 주입 후 시술 과정에서 발생하는 특정 초음파 내시경 파장(주파수: 12-30MHz, 일반적인 시술 과정에서는 7.5, 12, 15, 20 25MHz 단계로 조절 가능)에 초음파 조영제가 타겟 조직의 내부로 들어가서 발생하는 마이크로 버블이 반응하여 생기는 발열이 타겟 조직의 내부의 온도를 높이는 역할을 한다.

이 경우, 의사는 실시간으로 초음파 내시경 모니터링하여 니들(100) 주위의 고에코 영상(Hyperechoic cloud image)을 통해 발열 유무를 쉽게 확인할 수 있고, 발열에 의한 정량적인 온도는 후술하는 온도 센서(300)에 의해 센싱될 수 있고, 온열 치료를 위한 자동 온도 제어는 후술하는 컨트롤러(400)에 의해 수행될 수 있다.

니들(100)은 케이블(500)에 의해 컨트롤러(400)와 연결될 수 있고, 니들(100)의 단부에는 개구(110)가 형성될 수 있다. 니들(100)과 케이블(500)의 내부에는 광 프로브(200)가 배치될 수 있다. 광 프로브(200)의 적어도 일부는 니들(100)의 단부의 개구를 통해, 외부로 노출될 수 있다. 그 결과, 광 프로브(200)는 니들(100)과 함께 타겟 조직으로 이송되고, 타겟 조직에 광을 조사할 수 있다.

니들(100)의 적어도 일부는 코팅층(120)으로 코팅될 수 있다. 일 예로, 니들(100)의 단부의 외주면은 코팅층(120)으로 코팅될 수 있다. 코팅층(120)은 광 프로브(200)의 광 출력에 의한 열에너지를 효율적으로 전달하기 위한 부재일 수 있다. 따라서 코팅층(120)의 열전도율은 니들(100)의 열전도율보다 높을 수 있다. 또한, 코팅층(120)은 생체 심부로 삽입되기 때문에 생체 적합성 재질을 포함할 수 있다.

일 예로, 코팅층(120)은 열전도율이 높은 생체 적합성 금속 재질을 포함할 수 있다. 나아가 생체 적합성 금속 재질은 금 나노 입자(Gold-nano-particle)를 포함할 수 있다.

상술한 바를 종합하면, 본 발명의 광역학 치료 장치(1000)는 온열 치료를 위한 충분한 열에너지를 확보할 수 있다.

니들(100)에는 온도 센서(300)가 배치될 수 있다. 일 예로, 니들(100)의 외주면에 온도 센서(300)의 센싱부(310)와 온도 센서(300)의 통신부(320)가 배치될 수 있지만, 온도 센서(300)의 배치가 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2 및 도 3에서 나타내는 바와 같이, 광 프로브(200)는 타겟 조직에 특정 파장 대역의 광을 조사하는 부재일 수 있다. 일 예로, 광 프로브(200)는 레이저가 이동하는 광 섬유일 수 있다. 이 경우, 컨트롤러(400)에는 레이저를 출력시키는 출력기가 구비될 수 있고, 컨트롤러(400)의 출력기에서 출력된 레이저는 광 프로브(200)를 통해 타겟 조직에 조사될 수 있다. 한편, 본 발명의 광역학 치료 장치(1000)에서는 레이저 광 출력 방식을 펄스(Pulse) 방식으로하여 과도한 열이 광 프로브(200)에서 발생하는 것을 예방하였다.

상술한 바에 따르면, 광 프로브(200)는 광원에서 출력된 광이 이동하는 채널(Optical channel)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다(광 프로브에 광원이 직접 마련될 수도 있음).

광 프로브(200)는 니들(100)과 케이블(500)의 내부에 배치되어 환자의 생체 심부로 삽입될 수 있다. 광 프로브(200)는 니들(100)과 케이블(500)의 내부에 축 방향으로 이동이 가능하도록 배치될 수 있다.

따라서 광 프로브(200)의 이동(광 프로브의 축 방향 위상)에 의해, 광 프로브(200)의 단부는 니들(100)의 내부에 위치할 수도 있고, 니들(100)의 개구(110)를 통해 니들(100)의 외부로 노출되어 타겟 조직에 광을 조사할 수도 있다. 그 결과, 의사는 광 프로브(200)의 이동을 조작하여, 광 프로브(200)의 On/Off와 별도로 광 조사 여부를 결정할 수 있다.

일 예로, 니들(100)이 타겟 조직의 내부에 삽입된 후, 광 프로브(200)가 니들(100)의 개구(110)를 통해 외부로 노출되어 타겟 조직의 내부로 광을 조사할 수 있다.

광 프로브(200)에는 온도 센서(300)가 배치될 수 있다(미도시). 일 예로, 광 프로브(200)의 외주면에 온도 센서(300)의 센싱부(310)와 온도 센서(300)의 통신부(320)가 배치될 수 있지만, 온도 센서의 배치가 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3에서 나타내는 바와 같이, 온도 센서(300)는 온열 치료를 위한 적정 온도를 유지하기 위해, 온도를 센싱하여 온도 데이터를 생성하는 부재일 수 있다. 온도 센서(300)에서 생성된 온도 데이터는 무선 통신에 의해 컨트롤러(400)로 송신될 수 있고, 컨트롤러(400)는 온도 데이터에 따라 광 프로브(200)에서 조사되는 광의 출력값을 제어할 수 있다(온도에 의한 피드백 제어).

즉, 온도 센서(300)는 온도를 센싱하여 온도 데이터를 생성할 수 있는 동시에, 컨트롤러(400)와 무선 통신하여 컨트롤러(400)에 온도 데이터를 송신할 수 있다. 이를 위해, 온도 센서(300)는 센싱을 통하여 온도 데이터를 생성하는 센싱부(310)와, 컨트롤러(400)와 무선 통신을 위한 통신부(320)를 포함할 수 있다.

이 경우, 온도 센서(300)와 컨트롤러(400)의 무선 통신에는 다양한 근거리 및 원거리 통신 방법이 이용될 수 있다. 일 예로, 온도 센서(300)의 통신부(320)는 스마트 태크(Smart tag)일 수 있다. 즉, 온도 센서(300)의 통신부(320)는 RFID 태그(Radio requency identification, 안테나)일 수 있다. 이 경우, 컨트롤러(400)에는 온도 센서(300)의 통신부(320)를 인식하기 위한 RFID 리더기가 구비될 수 있다.

이 외에 본 발명의 광역학 치료 장치(1000)에 적용되는 무선 통신망의 경우, Zigbee, Bluetooth. IrDA(Infrared Data Association), 무선 LAN(IEEE802.11), SWAP(Shared Wireless Access Protocol), Wibro(Wireless Broadband), WiFi(Wireless Fidelity), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), WPAN(Wireless Personal Area Networks) 등이 이용될 수 있다.

온도 센서(300)의 센싱부(310)는 니들(100)과 광 프로브(200)와 니들(100)의 인근과 광 프로브(200)의 인근 중 적어도 하나의 온도를 센싱할 수 있다.

즉, 온도 센서(300)의 센싱부(310)는 1) 니들(100)과 광 프로브(200) 중 적어도 하나의 자체의 온도를 측정하거나, 2) 니들(100)과 광 프로브(200) 중 적어도 하나의 인근의 온도를 측정하거나, 3) 니들(100)과 광 프로브(200) 중 적어도 하나의 자체의 온도와 니들(100)과 광 프로브(200) 중 적어도 하나의 인근의 온도를 모두 측정할 수 있다.

이 경우, 니들(100)의 인근과 광 프로브(200)의 인근은 타겟 조직 중 적어도 일부분의 온도를 포함하는 개념일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 니들(100)의 인근과 광 프로브(200)의 인근의 온도는 타겟 조직 외부의 정상 조직의 일부분의 온도일 수도 있고, 타겟 조직과 정상 조직 모두의 일부분의 온도일 수도 있다.

온도 센서(300)는 니들(100)과 광 프로브(200) 중 적어도 하나에 배치될 수 있다.

온도 센서(300)가 니들(100)에 배치되는 경우, 온도 센서(300)의 센싱부(310)는 니들(100)의 외주면의 일 지점이나 니들(100)의 단부의 일 지점에 배치될 수 있고, 온도 센서(300)의 통신부(320)는 니들(100)의 외주면에 축 방향으로 연장되고 원주 방향으로 이격(니들의 둘레를 따라 간극을 둠)되어 배치될 수 있다.

이와 마찬가지로, 온도 센서(300)가 광 프로브(200)에 배치되는 경우, 온도 센서(300)의 센싱부(310)는 광 프로브(200)의 외주면(광 섬유가 피복된 경우 피복 부분의 외주면)의 일 지점이나 광 프로브(200)의 단부의 일 지점에 배치될 수 있고, 온도 센서(300)의 통신부(320)는 광 프로브(200)의 외주면(광 섬유가 피복된 경우 피복 부분의 외주면)에 축 방향으로 연장되고 원주 방향으로 이격(광 프로브의 둘레를 따라 간극을 둠)되어 배치될 수 있다.

상술한 온도 센서(300)의 통신부(320)의 다방향 배치에 의해, 본 발명의 광역학 치료 장치(1000)에서는 니들(100) 또는 광 프로브(200)의 삽입 깊이나 삽입 각도에 관계 없이, 온도 센서(300)의 통신부(320)가 컨트롤러(400)의 리더기와 안정적으로 무선 통신할 수 있다.

컨트롤러(400)는 온도 센서(300)에서 생성된 온도 데이터에 따라 광 프로브(200)에서 조사되는 광의 출력값을 실시간으로 제어할 수 있다(온도 데이터에 따른 광 출력 피드백 제어).

또한, 컨트롤러(400)의 광 출력 제어는 광 출력값의 변화뿐만 아니라, 광 출력의 On/Off를 포함하는 개념일 수 있다. 즉, 본 발명의 광역학 치료 장치(1000)에서는 광 출력값을 일정 값(일 예로, 800mW)으로 고정하고, 광 출력의 On/Off를 제어하여 일정 범위의 온도를 유지시킬 수 있다. 한편, 컨트롤러(400)에는 피드백 제어를 수행하기 위한, 인공지능(AI, Artificial intelligence)이 프로그래밍되어 있을 수 있다.

컨트롤러(400)는 니들(100)과 광 프로브(200)와 니들(100)의 인근과 광 프로브(200)의 인근 중 적어도 하나의 온도를 42도(℃) 이상 43도(℃) 이하로 유지되도록, 광 출력값을 제어할 수 있다.

도 4는 1W의 출력을 가지는 광역학 치료 장치의 On/Off에 의해 타겟 조직의 온도가 변화하는 것을 나타낸 그래프이다. 도 4의 실험 결과에 따르면, 광 프로브의 출력을 1W로 유지하여 3분 20초 동안 총 200J의 에너지를 인가하면, 타겟 조직의 온도가 특정 온도(약 67도)로 대략적으로 수렴한다는 결과를 얻을 수 있다. 나아가 광 출력 On/Off 제어를 하면 타겟 조직의 온도를 특정 온도 범위로 유지(약 55도에서 67도 사이)시킬 수도 있다는 결과를 얻을 수 있다.

이를 바탕으로, 본 발명에서는 타겟 조직이나 주변의 온도가 42도(℃) 미만으로 내려가면 광 프로브(200)를 On하거나 광 프로브(200)의 On상태에서 광 출력값을 증가시키고, 타겟 조직이나 주변의 온도가 43도(℃)를 초과하여 올라가면 광 프로브(200)를 Off시키거나 광 프로브(200)의 On상태에서 광 출력값을 감소시킴으로써, 타겟 조직이나 주변이 특정한 온도 범위(42도 이상 43도 이하)를 유지하도록 광 출력을 제어할 수 있다.

이와 달리, 타겟 조직이나 주변의 온도가 42도(℃) 미만으로 내려가면 광역학 치료의 효과나 온열 치료의 효과가 제대로 발생하지 않을 수 있다. 광역학 치료에 필요한 적정 산소와 혈류량을 확보할 수 없거나, 온열 치료를 위한 종양주변미세환경(Tumor microenvironment)의 pH, 산소농도, 대사율, 유전자 및 단백질 발현, 혈류 변화를 초래할 수 없기 때문이다. 또한, 타겟 조직이나 주변의 온도가 43도(℃)를 초과하여 올라가면 정상 조직의 단백질 변형이 발생하여 정상 조직을 손상(사멸)시킬 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.

한편, 본 발명의 광역학 치료 장치(1000)에서는 광 프로브(200)의 위치(니들의 내부 또는 외부)를 조절하여, 광역학 치료와 온열 치료를 독립적으로 수행하거나 광역학 치료와 온열 치료의 순서를 결정할 수 있다.

일 예로, 본 발명의 광역학 치료 장치(1000)는 광 프로브(200)가 니들(100)의 내부에 위치한 상태에서 광 출력값을 제어(적정 온도 유지)하여 온열 치료를 수행한 후, 광 프로브(200)를 니들(100)의 외부로 노출시켜 광역학 치료를 수행할 수 있다(PDT after Hyperthermia).

이와 대조적으로, 본 발명의 광역학 치료 장치(1000)는 광 프로브(200)가 니들(100)의 외부에 위치한 상태에서 광을 출력하여 광역학 치료를 수행한 후, 광 출력값을 제어(적정 온도 유지)하여 온열 치료를 수행할 수 있다(Hyperthermia after PDT).

컨트롤러(400)는 치료를 수행하는 동안 광 출력에 의한 전체 에너지가 치료 조건에 따라 설정된 적정 에너지를 만족하도록, 광 출력 시간을 실시간으로 제어할 수 있다.

즉, 아래의 [수식]에서 나타내는 바와 같이, 온열 치료를 위한 적정 온도를 유지하기 위해 광 출력(W)을 제어하면, 치료를 수행하는 동안 발생하는 전체 에너지가 치료 조건에 따라 설정된 적정 에너지와 달라지는 문제가 발생할 수 있다.

[수식]

전체 에너지(J) = 출력(W)*광 출력 시간(s)

본 발명의 광역학 치료 장치(1000)에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해, 치료를 수행하는 동안, 광 프로브(200)에서 조사되는 광의 출력값이 변화함에 따라 광 출력 시간도 실시간으로 제어하여, 실제로 출력되는 에너지(소비되는 전력 에너지)를 치료 조건에 따라 결정된 적정 에너지에 맞추었다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims

니들;
상기 니들에 배치되고, 병변 조직으로 광을 조사하는 광 프로브;
상기 니들과 상기 광 프로브와 상기 니들의 인근과 상기 광 프로브의 인근 중 적어도 하나의 온도를 센싱하고, 온도 데이터를 생성하는 온도 센서; 및
상기 광 프로브에서 조사되는 광의 출력값을 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 온도 센서에서 생성된 온도 데이터에 따라, 상기 광 프로브에서 조사되는 광의 출력값을 제어하는 광역학 치료 장치.
제1항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 니들과 상기 광 프로브와 상기 니들의 인근과 상기 광 프로브의 인근 중 적어도 하나의 온도가 42도(℃) 이상 43도(℃) 이하로 유지되도록, 상기 광 프로브에서 조사되는 광의 출력값을 제어하는 광역학 치료 장치.
제2항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 광 프로브에서 조사되는 광의 출력값이 변화함에 따라, 광 출력 시간을 실시간으로 제어하는 광역학 치료 장치.
제1항에 있어서,
상기 온도 센서는 센싱을 통해 온도 데이터를 생성하는 센싱부와, 상기 컨트롤러와 무선 통신하는 통신부를 포함하고,
상기 온도 센서의 통신부는 상기 니들과 상기 광 프로브 중 적어도 하나의 외주면에 원주 방향으로 이격되어 배치되는 광역학 치료 장치.
제4항에 있어서,
상기 온도 센서의 통신부는 스마트 태그(Smart tag)인 광역학 치료 장치.
제1항에 있어서,
상기 광 프로브는 상기 니들에 축 방향으로 이동하도록 배치되고, 축 방향 위상에 의해 상기 니들의 내부에 위치하거나 상기 니들의 단부의 개구를 통해 외부로 노출되는 광역학 치료 장치.
제6항에 있어서,
상기 니들의 단부는 코팅층으로 코팅되어 있고, 상기 코팅층의 열전도율은 상기 니들의 열전도율보다 높은 광역학 치료 장치.
제7항에 있어서,
상기 코팅층은 생체 적합성 금속 재질을 포함하는 광역학 치료 장치.
제8항에 있어서,
상기 생체 적합성 금속 재질은 금 나노 입자(Gold-nano-particle)를 포함하는 광역학 치료 장치.
제1항에 있어서,
상기 광역학 치료 장치는 상기 니들과 상기 컨트롤러를 연결하는 케이블을 더 포함하고, 상기 광 프로브는 상기 니들과 상기 케이블의 내부에 축 방향으로 이동 가능하도록 배치되는 광역학 치료 장치.
제1항에 있어서,
상기 컨트롤러는 펄스(Pulse) 방식으로 레이저 광을 출력시키는 출력기를 포함하는 광역학 치료 장치.
제1항에 있어서,
상기 니들은 초음파 내시경에 의해 가이드되어 생체 내부의 병변 조직으로 삽입되고, 상기 광 프로브는 병변 조직 내부에서 광을 조사하는 광역학 치료 장치.