KR20230003043A - 원격 병원체 박멸 - Google Patents

Abstract

본 발명은 병원체 사멸 파장 범위의 UV광을 방출하기 위한 광원, 및 적어도 초기에 UV광에 의한 분해에 내성이 있는 유형의 투과 매체를 포함하는 병원체의 원격 박멸을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. UV 광원과 이 타입의 투과 매체 사이에 광학 인터페이스가 제공되어 방출된 UV광이 광원에서 수집되고 투과 매체를 통해 전송되어, 유형의 투과 매체로부터 방출되고 근접한 병원체를 향하는 UV광이 소정 시간내에 병원체를 효과적으로 죽이기에 충분한 전력 수준에 있어야 한다. 이 장치는 내시경의 생검 채널을 소독하고 사람과 동물의 병원체를 치료하는데 사용된다.

Description

원격 병원체 박멸

본 발명은 바이러스, 박테리아, 암 등의 병원체의 직접적인 파괴가 어렵거나 완전히 방해되는 병원체의 원격 파괴나 박멸에 관한 것으로, 특히 체외에서 와 체내 병원체에 직접 접촉해 박멸하는 방사선과 같은 병원체 박멸체에 관한 것이다. 박멸이란 비활성화와 같고 반드시 완전한 파괴를 의미하지는 않는다. 특히, 본 발명은 DNA/RNA 파괴 파장 범위의 자외선(UV) 광을 투과 매체를 통해 일반적으로 접근이 힘든 병원체를 효과적으로 죽이기에 충분한 전력으로 전송하는 것에 관한 것으로, 체내에서 병원체를 죽이기 위해 인체로 전파하고, 감염부에 접근할 수 없거나 접근하기 어려운 위생 절차나 엄격하게 통제되고 집중된 적용이 필요한 곳의 병원체를 사멸한다. 본 발명은 광섬유 케이블과 같은 투과 매체를 통해 LED와 같은 광각 광원으로부터 조명 대상으로의 광투과 강도를 최대화하고 특히 감쇠를 최소화하고 투과 가능한 UV광 전력을 최대화한 심부 UV(UV-C ~ UV-B)광의 전력 강도를 최대화하는 것에 관한 것이다.

바이러스와 같은 병원체는 표면과 같이 개방된 곳에 있을 때 바이러스의 보호막을 파괴하는 비누와 물을 사용하거나 손소독제처럼 충분한 강도(일반적으로 70% 이상)의 알코올을 사용하는 등 다양한 방법으로 쉽게 박멸된다. 특히 UV-C의 심도 UV 범위(200-280nm의 유효 파장)의 UV광은 매우 효과적인 병원균 박멸제로 100년 이상 알려져 왔으며 수많은 제품 살균에 UV광을 사용한다. 그러나 이런 병원체 박멸제의 공통된 특징은 직접적 접근이 필요하다는 것이다. 일단 병원체가 "숨을" 수 있고 부분적으로나 완전히 접근할 수 없게 되면 효과는 크게 감소하고, 병원체 박멸제가 필요한 직접 근접도로 안전하게 이동할 수 있는 정도의 함수가 된다. UV-B(280-315nm) 및 UV-A(315-400nm)의 UV광도 병원균 박멸 효과는 있지만 그 수준은 훨씬 낮다.

바이러스, 박테리아, 심지어 암과 같은 병원체는 일반적으로 신체나 숙주 기관 내에 안전한 피난처를 가지고 있어, 화학적, 생물학적 처치(예: 약물), 병원체 감염부의 절제(수술)나 방사선치료로 내부적으로 파괴되지 않는 한 복제되고 숙주 유기체의 죽음을 포함하여 상당한 피해를 준다.

직접적 UV 소독(종종 거리에 따라 감쇠됨)은 병원과 같은 환경에서 효과적으로 사용되는 단파 자외선 램프로 널리 알려져 있다. 그러나 최근에는 소독용 자외선을 투과하거나 인간에게 사용하는 것조차 꺼려지고 있다.

미국 특허공개 2016/0114185(레이시 맨킨)

동물이나 인간의 신체, 특히 신체내 구멍과 공동내의 다양한 바이러스와 박테리아 감염들을 치료하는데 UV광을 사용하는 것을 다루는 문헌과 특허가 많다. 이런 문헌의 대다수는 LED와 같은 UV 광원을 체내에 직접 도입하는 방법을 설명한다. 미국 특허공개 2006/0195165는 이런 치료 수단을 예시한다. 실제 기존 (병원체 사멸 파장의) UV 광원의 작동장치나 원격 포지셔닝을 신체 외부에 하거나, 특히 접근이 아주 어려운 환경에서 없는 환경에서 효과적으로 UV광을 성공적으로 전달하는 것에 대해 설명하는 문헌은 아직 없는 형편이다.

미국특허출원 공개번호 2016/0114185는 내시경의 광섬유를 통한 자외선 전달로 인간이나 동물의 몸에서 바이러스성 병원체를 죽이기 위한 자외선의 사용을 소개했다. 그러나, UV 광원에서 수집되는 실제 UV광 또는 바이러스나 박테리아 표적에 UV광을 비춰 제거되는 것보다 빨리 병원체가 전파되는 것을 극복해 소정 시간내에 병원체를 효과적으로 죽이는 정도의 전력을 내는 것에 대해서는 전혀 소개되지 않았다. 내시경에 사용되는 광섬유는 "노출변색"이란 과정 때문에 심자외선에 의해 열화되기 쉽다.심자외선은 섬유에 완전히 흡수된다. 또, 이 특허출원은 약 1.2 mW/㎠ 수준에서 병원체를 죽이는 UV광 효과를 언급하고 있지만, 이는 UV를 투과 없이 직접 적용될 때이며, 이 경우 광섬유가 노출변색되지 않았어도 광원에서 출력되는 UV광의 전체는 아니어도 UV광이 크게 손실된다.

이 특허출원의 제안에도 불구하고, 광학 엔지니어들 사이에서도 현재 일반적으로 받아 들여지는 믿음은 유용한 병인론적 치료 전력출력이 되는 광섬유 케이블과 같은 투과 매체를 통해 심자외선을 성공적으로 전달하는 것이 불가능하다는 것이다. 종래의 연구에 의하면, 실제로 실험적으로 바이러스나 박테리아와 같은 병원체를 파괴하거나 죽이는데 필요한 UV 전력의 양이 UV광으로 인해 생기는 전력 손실 없이도 상기 특허출원에서 언급된 전력 및 적용 방법보다 훨씬 더 크다고 한다. 아래는 직접적인 바이러스와 박테리아 UV 치료, 특히 노출된 상처 치료에 대한 선행 기술 요건을 보여주는 자료이다(여기서 mW/㎠는 기본적으로 mJ이나 mJ/㎠와 같다):

전력조건에 따른 상처, 병원체의 UV광 치료:

박테리아, 원생동물 및 바이러스의 증분 로그 비활성화를 달성하는데 필요한 UV 선량: Gabriel Chevrefils, B. Ing, Eric Caron, B.Sc. (1999)초기 기고: Harold Wright3, Gail Sakamoto3, 동료 검토: Pierre Payment, Benoit Barbeau, Bill Cairns는 저(LP) 및 중압(MP) 수은아크등을 사용하여 특정 박테리아와 바이러스에 효과적인 UV 선량을 아래와 같은 표로 제공한다:

주:

표 2 - 대장균 C LP(저압 수은등)

이것은 가장 흔한 박테리아로 UV 선량에 극도로 민감하다. 8mJ의 UV 선량증가인 2 mJ/㎠ 에서 10.7 mJ/㎠로의 UV 선량 변화가 박테리아 농도를 1Log에서 7Log로 낮추는데 필요한 전부이다. 이것으로 박테리아가 1,000,000배 줄어든다.

표 4 - LP가 있는 로토바이러스

이 바이러스는 훨씬 더 강력하다. 20mJ/㎠로 처음 10배 감소를 이루었다. 이어서, 더 줄이기 위해 추가로 1,000회(3log) 더해 180 mJ/㎠가 더 들었다.

여러 포자에 대한 다중로그 감소를 위한 UV 선량

여러 박테리아에 대한 다중로그 감소를 위한 UV 선량

여러 원생동물에 대한 다중로그 감소를 위한 UV 선량

여러 바이러스에 대한 다중로그 감소를 위한 UV 선량

따라서 투과된 UV광의 효과적 적용을 충분히 높은 전력을 이용해 UV-C광을 적용하여 타당한 속도와 시간내에 병원체를 죽일 수 있다. DNA/RNA 파괴 범위의 심자외선은 투과중에 감쇠되기가 아주 쉽고 투과 매체에 흡수되거나 투과를 위한 흡수를 심각하게 제한할 수 있다. 상기 특허출원에 소개된 것처럼 이용할 경우의 투과손실은 내시경의 광섬유로 들어가는 빛의 95% 이상일 것이고(광원에서 방출되는 빛의 양이 크게 감소) 심지어 완전히 손실될 수도 있으며, 기존의 UV 광원의 말단부 출력을 ㎠당 마이크로와트로 측정할 수 있다. 이는 위의 표에서 알 수 있듯이 소정 시간동안 병원체에 UV광을 비효율적으로 적용한 것이고, 아마도 (면역반응이 큰) 인체가 병원체를 죽이는 양보다도 적을 것이다.

UV-C 광은 일반적으로 직접 전송을 통해 효과적으로 사용되지 않으면 감쇠되며, 실제로는 이 빛을 투과시키는 매체를 부식시키고, 심지어는 노출변색으로 알려진 파괴과정을 통해 내시경의 광섬유까지도 부식시킨다. 인체처럼 소독에 UV-C 광을 사용하기를 더 어렵게 하도록, DNA/RNA 파괴를 위한 최적의 265nm 범위의 UV-C 광원은 (특정 파장에서 전체 UV 전력 출력이 약 4mW/㎠이하인) 펄스식 크세논등과 수은등으로 제한되었다. 현재 생산되는 UV LED와 레이저도 낮은 밀리와트 범위에서 측정했을 때 본질적으로 매우 낮은 효율과 매우 낮은 직류 전력을 갖는다.

따라서, (㎠당 마이크로주울이나 마이크로와트가 아닌 밀리주울로 병원체 사멸 전력이 측정되는) 충분한 투과 전력을 UV-C 광에 공급하기가 아주 어려운데, 특히 투과손실로 더 감쇠되었을 그렇지만, (소독할 범위와 같은 요소에 따라) 몇시간이나 몇일 등 장기간 노출된 후에는 제외한다. 이것은 내시경처럼 제한된 시간변수를 요하는 경우와 즉각적인 유효치료가 필수인 곳에서 아주 문제가 된다.

UV광 투과의 또 다른 문제는 발생원(종종 널리 산란됨)으로부터의 UV광을 투과 매체로 효율적으로 수집한 다음 벽이나 피복재로 흡수되지 않고 투과를 허용하는 적절한 허용각로 효율적으로 수집해야 한다는 초기 필요성입니다. 투과 매체의. 또 다른 문제는 접근이 불가능하거나 접근하기 어려운 사이트가 종종 최소 차원으로 광범위하게 수집된 빛이 그러한 최소 차원으로 집중되어야 한다는 점입니다. 그러나 빛, 특히 UV 빛은 압축할 수 없으며 발광 적용 전에 필연적으로 추가 전력 손실이 지속된다.

또한 LED 및 확실히 크세논 및 수은등 소스와 같은 UV 광원은 일반적으로 너무 커서 인체 내와 같이 접근할 수 없거나 접근하기 어려운 부위 또는 영역에 효과적으로 직접 근접할 수 없다는 점을 이해해야 한다. 따라서 많은 문헌 및 특허 문헌은 UV 광원을 신체에 직접 삽입하는 것을 수반하므로 체내의 접근 가능한 구멍 및 비교적 큰 공동으로 제한되었습니다.

또, UV 광원은 매우 비효율적이다(예: 현재 사용가능한 265nm LED는 최대 효율이 1.5% 이하임). 따라서, 그들은 주변의 생물학적 또는 그와 인접한 다른 섬세한 물질에 상당히 해로울 수 있는 다량의 열을 생성한다. 일부 문헌에서는 이 문제를 인식하고 열 제거를 제공한다. 그러나 효과적인 방열판은 증가된 부피만 추가하여 이런 UV 광원을 특히 접근이 제한되고 크기가 작은 감염된 부위에 직접 배치하기가 훨씬 어렵다.

전통적으로 UV-C 광원으로 사용되던 크세논 아크 램프와 수은 전구는 단일 스펙트럼에 국한되지 않고, 다음과 같은 병원체 사멸 범위에서 광 스펙트럼의 각 부분에 대한 실제 전력으로 넓은 스펙트럼 범위에 걸쳐 빛을 방출한다. 265nm에서와 같이 단일 스펙트럼 LED 및 레이저보다 낮거나 낮다. 새로 사용가능한 LED(효율이 1-1.5% 범위)에 사용가능한 전력 출력은 일반적으로 4와트 입력에서 40mW 범위를 효과적으로 초과하지 않으며 레이저는 훨씬 더 크고 값비싼 장치를 사용하여 전력 출력이 훨씬 더 낮다. 광섬유와 같은 표준 광 투과 매체는 길이에 따라 환경적 UV 열화에 저항하도록 제조된 경우에도 종종 1-2미터 길이에서 출력 전력의 95% 이상을 잃을 수 있다(최소한 내시경 전송에 필요함) 즉각적인 전력 손실로. 따라서 일반적으로 적절한 시간(초 또는 1분 미만, 최대 몇 분에서 30분까지 측정/노출 부위/노출 부위에서 측정하여 극단적인 환자의 불편함을 피하거나 UV-C 세포 손상).

선행 기술 연구에서 명백한 바와 같이, 병원체 치료를 위한 효과적인 합리적인 시간은 일반적으로 대부분의 바이러스 병원체에 대해 최대 35-50mm의 거리에서 평방 센티미터당 약 2-20mW의 효과적인 최소값을 필요로 한다.

2020년 4월 16일 IEEE Tech Talk Semiconductors Optoelectronics에서 심자외선이 병원체에 미치는 영향에 대한 최근 연구 및 발표(Seoul Viosys 가 발표 하고 Samuel K. Moore가 저술한 Ultraviolet-LED Maker Demonstrates 30 Second Coronavirus Kill)는 다음을 제공한다. 병원체에 파괴적인 영향을 미치는데 필요한 UV광의 매개변수(파장, 적용 거리, 적용 전력 및 지속 시간)를 결정하기 위한 대략적인 기초. 이 연구는 바이러스 세포(코로나바이러스)에 최적화되지 않은 275nm LED의 직접(전송되지 않음) 출력 결과를 제공했으며, 그 결과 바이러스는 약 20mW/㎠ 의 출력으로 30초 만에 사멸되었습니다. 1.5cm의 거리. 역제곱 법칙의 결과로 거리가 가까울수록 적용된 전력이 크게 증가한다.

또한 275nm UV광은 265nm UV광에 비해 바이러스 병원체를 죽이는데 약 25% 덜 효과적이다. 더욱이, 바이러스 또는 기타 병원체 교란의 제어 요인이 되는 것은 초기에 생성된 전력이 아니라 실제 병원체 인가 전력이며, 전송 손실의 결과로 종종 크게 다릅니다.

미국 특허 공개 번호 2019/0175938(Cedar Sinai)

이런 결점과 연장된 노출 기간의 필요성을 고려할 때, 현재 발표된 연구에 설명된 것과 같은 추세에는 UV 방출 LED(UV광이 없는 고정 카테터 장치를 포함하는 고정 카테터 장치를 통해 환자에게 도입되는 UV-A 광의 사용도 포함된다. 환자의 바이러스를 안전하게 죽이기 위해 오랜 기간 동안 전염 매체를 통해 전염된다. Cedar Sinai Hospital은 UV-B(280nm-315nm) 및 UV-A(315nm-400nm-340nm 이상의 파장)와 같은 UV 스케일의 상위에 있는 광원을 사용하여 내부 병원체를 죽이기 위해 이런 배치된 장치를 사용하고 있다. 일반적으로 건강한 세포에 덜 해로운 것으로 간주되는 병원체 사멸 효과가 거의 또는 전혀 없음) 범위. 그러나 이런 광원은 더 큰 출력을 가질 수 있지만 수용할 수 없을 정도로 긴 노출 시간이 종종 요구되는 병원체 파괴에 훨씬 덜 효율적이며, 믿음과는 반대로 더 큰 조직 침투로 인해 실제로 더 해로울 수 있다. Cedar Sinai 치료는 환자의 완전하고 지속적인 마취와 함께 세션당 연장된 시간을 위해 며칠에 걸쳐 여러 번의 투여 세션이 필요하다.

일련의 UV 방출 LED와 함께 공급되는 튜브(카테터)를 통한 내부 생체 전달과 함께 UV-A 및 UV-B 광의 사용을 포함하는 시스템은 Cedar-Sinai Hospital에 양도된 미국 특허 공개 번호 2019/0175938에 설명되어 있다. 그러나 전기 구동 LED와 같은 전기 부품의 내부 배치는 바람직하지 않으며 UV-A 및 UV-B 조명은 UV-C 조명보다 상대적으로 안전하지만 병원체 박멸에 훨씬 덜 효과적이어서 광범위한 적용 시간이 필요하다.

감염된 혈액의 UV 시험관 치료도 박테리아를 죽이는데 사용되었지만 환자 외부의 치료에서는 소독된 혈액이 인간 환자에게 반환되었습니다.

자외선 산란, 흡수 및 수집:

응집력이 높고 집중된 레이저 광을 제외하고 대부분의 가시광원은 약 120 - 130°(LED) 또는 180°보다 큰 방출 범위(전구)의 원추형 반감형으로 빛을 방출한다. 더 큰 영역 조명이 필요한 영역에서는 후자가 필요하다. 손전등과 같은 더 집중된 사용을 위해 조명 요소 전구는 더 좁은 각도 방출 범위에서 빛을 대략적으로 시준하는 일반적으로 원뿔형 반사 미러 표면에 위치한다. 특수 렌즈는 원하는 대로 빛을 굴절시키거나 초점을 맞추는 역할을 한다. 이런 조명 조작은 가시광선으로 쉽게 가능하다. 특정 목적을 위해 전원 집중 조명이 필요한 경우 상당한 전력 출력으로 일관된 가시 광선 레이저를 쉽게 사용할 수 있다. 일반적인 시준 방법을 사용하더라도 입사되는 빛의 일부만 받아들일 수 있는 특정 각도를 갖는 광섬유와 같은 광 투과 매체를 통해 빛이 투과될 때 상당한 양의 백색광이 손실된다. 섬유 끝. 이런 단점은 일반적으로 광원의 루멘 출력을 증가시켜 어느 정도 극복되어 최종 출력은 입력 광의 심각한 손실에도 불구하고 충분한 조명을 제공한다.

비가시광선, 특히 UV 스펙트럼 범위, 보다 구체적으로 UV-C 및 UV-B 범위(심자외선)에서 방출 범위 및 전력 출력 및 입력 전력 측면에서 쉽게 제어할 수 없다. 이런 빛은 백색 가시광선보다 실질적으로 더 많이 산란되며 투과율이 훨씬 더 많이 손실되어 흡수되기 쉽습니다. 심자외선 투과 문제를 악화시키기 위해 심자외선용 광원은 현재 낮은 마이크로와트 및 낮은 밀리와트 전력 수준에서만 사용할 수 있다. 레이저 다이오드 광원조차도 부피가 크고 값비싼 장비로 밀리와트 이상의 출력을 제공하지 않다. 심자외선의 공통 소스인 광범위한 스펙트럼 방출을 갖는 수은등 및 크세논 전구는 이런 사용을 위해 펄스화되어야 하고 특정 UV 파장에서 유사한 낮은 전력 수준을 제공해야 한다. UV LED는 현재 사용가능하지만 출력은 낮은 밀리와트 범위(일반적으로 약 40mW 이하)입니다.

Deep UV는 눈에 보이지 않기 때문에 유용한 응용 분야는 일반적으로 직접적인 지역 소독과 같은 전력 응용 분야 및 기기 분광 검출과 관련하여 제한된다. 투과 매체를 통한 UV광의 투과는 방출된 UV광의 효과적인 포획에서 완전한 손실은 아니더라도 초기에 거의 완전한 손실을 초래하고, 그 다음 투과 매체 및/또는 렌즈 및 반사경의 시준 또는 포커싱 및 최소의 광에 의해 야기되는 감쇠 투과 손실을 불가피하게 초래한다. 투과 매체로의 흡수 각도. 95% 이상의 방출된 전력 손실로 인해 이미 낮은 입력 전력 수준에 있는 중간 투과형 심자외선을 살균 목적으로 상대적으로 쓸모없게 만들었습니다. 낮은 UV 감쇠 광섬유 케이블을 사용할 수 있지만 처음에는 전원에서 충분한 UV광을 받아들이기 위한 UV 흡수 제한 각도의 실질적인 무능력으로 인해 실제 사용이 지연되었습니다. 그러나 상대적으로 높은 UV광 흡수를 갖는 광섬유 케이블은 심자외선에 노출되면 빠르게 저하되고 즉시 저하되거나 매우 짧은 유효 수명을 가지며 높은 감쇠를 갖는 재료로 구성된다. 알려진 한, DNA/RNA 파장 영역의 심자외선은 효과적인 출력 수준으로 유용하게 방출된 UV로 효과적으로 수행된 적이 없다. 따라서 UV광 소독 적용은 거의 전적으로 UV광을 공기, 물 및 기타 물질 및 표면에 직접 적용하는 것과 관련되어 있다. 내시경과 같은 비소독 목적을 위한 UV광의 투과는 전력 요구사항이 거의 또는 전혀 없이 쉽게 투과 가능한 비-심자외선-A 광 파장일 뿐입니다.

병원체 살균:

병원체의 살균 및 제거 응용 분야에서 의료 장비는 FDA 요구 사항이 엄격한 의료 장비의 반복 사용으로 위험한 감염을 방지하기 위해 엄격한 위생 및 살균이 절대적으로 필요하다. 일반적인 멸균 방법에는 뜨거운 증기를 사용한 고압증기멸균과 종종 가혹하고 독성이 강한 멸균 액체의 사용이 포함된다. 이런 각 방법에는 상당한 단점이 있다. 연구에 따르면 매우 제한된 적용을 제외하고 UV 기반 살균은 일반적인 고분자 의료 장비와 특히 내시경에 매우 해로운 것으로 나타났습니다.

증기를 사용한 고압증기멸균은 시간이 많이 걸리고 의료 기기를 지속적으로 사용할 수 있는 시간을 제한하며 일반적으로 UV 내성 금속 기기와 함께 사용하도록 제한된다. UV광에 노출된 살균 챔버에서 일반적인 UV 살균은 UV광과의 재료 호환성 및 빛이 내부 사이트에 접근할 수 없기 때문에 제한된다. 살균 액체는 효과적이기는 하지만 엄격하고 긴 절차가 필요하며 종종 생검 및 내시경의 흡입 채널과 같은 감염 물질이 발생하기 쉬운 내부 부위에 안정적으로 접근할 수 없으며 더 나아가 약간의 잔류물이라도 독성을 유발할 수 있으므로 액체 화학물질을 엄격하게 완전히 제거해야 한다. 효과.

엄격한 멸균이 필요한 일반적인 도구는 폐 검사에 사용되는 내시경과 같은 유연한 내시경입니다. 실제로 체내에 들어가는 내시경은 소독이 제대로 되지 않아 내성균이 제대로 제거되지 않아 발생하는 일련의 감염병이 최근 일차적인 감염원이 될 수 있다.

사용 시간을 제한하는 것(멸균 시간은 종종 30분을 초과함)을 제외하고 고압 멸균은 열과 증기가 발생하여 내시경 구조를 구성하는 폴리머에 영향을 미치고 장치 변형 및 성능 저하를 일으킬 수 있다. 이런 동일한 폴리머는 또한 황변 및 취성으로 인한 UV 손상에 취약한다. 따라서 내시경은 에틸렌옥사이드와 같은 소독약품이나 일련의 화학적 처리로 멸균되는 경우가 대부분이다. 내시경 외부의 화학물질은 욕조에서 쉽게 효과적으로 제거되지만 소독이 완료된 후 내시경 내부 섹션은 종종 완전한 멸균 및 화학물질 제거에 대한 문제를 나타냅니다. 그 결과 독성 잔류물 이 의도치 않게 남을 수 있으며 내성균이 내시경 내부에 잔류할 수 있다.

접근이 제한되고 미생물 억제 가능성이 높은 내시경의 주요 내부 영역은 내시경 절차 중에 생검 샘플을 채취하는 생검/흡입 또는 기구 채널입니다. 내시경의 생검/흡입 또는 기구 삽입 채널의 일반적인 치수는 약 2.2-3.7mm ID x 500mm 길이입니다. 매우 좁은 단면과 상대적으로 긴 길이는 액체 접근이 제한되는 액체 세척에 대한 표면 장력 저항, 공기 폐색 가능성이 있는 영역 등으로 인해 고유한 살균 문제를 야기하고 불완전한 살균 및 세척 화학 액체 제거의 실제 가능성이 있다. 내시경의 다른 제한된 접근 영역에는 약 1mm ID 정도의 더 좁은 ID 직경을 갖는 물 및 공기 도입 채널도 포함된다.

심박 조율기, 약물 주입기 등 이식된 의료 기기는 외과적으로 제거하여 소독한 후 다시 이식해야 하는 의료 합병증 및 비용

관련된 비의학적 측면에서, 특히 욕실과 같은 습한 환경에서 유체를 운반하는 수도관 및 도관, 균열 및 틈새와 같은 특정 비의료 응용 분야에서 다양한 유해 성장 및 병원체가 번성한다. 그러나 성장 및 병원균이 있는 영역에 접근할 수 없기 때문에(이것이 종종 성장이 만연한 바로 그 이유입니다) 세척은 종종 내부에 크기가 삽입된 크기의 기계 추진 돼지(세척 요소 포함)를 사용하여 수행된다. 수도관와 브러시와 같은 얇은 도구를 사용하지만 실제 소독은 하지 않다. 넓은 지역에서 충분한 양의 소독제를 세척하는 것은 일반적으로 매우 비싸고 특히 긴 수도관나 도관에서 화학제를 완전히 제거하기 어렵다.

본 발명의 목적은 병원체를 죽이는 UV광, 특히 UV-C 광이 접근 불가능하거나 접근하기 어려운 곳에서 병원체를 죽이기에 충분한 전력 출력으로 제어 가능 하게 위치 가능한 투과 매체를 통해 전송될 수 있게 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 합리적인(응용 프로그램에 따라 다름) 기간 내에 매우 직접적인 초점으로 영역 또는

본 발명의 또 다른 목적은 적절한 시간 내에 병원균을 죽이기에 충분한 출력의 투과된 UV광을 제공하기 위해 시준 및 집속 요소와 결합된 UV광 방출원으로부터 UV광을 수집하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 내시경과 같은 의료 기기의 살균을 위한 이런 방출된 병원체 사멸 UV를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 곰팡이 및 곰팡이 또는 기타 유해한 생물학적 유기체의 제거에 사용하기 위한 병원체 사멸 UV광의 투과 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 표준 내시경, EBUS 또는 EUS와 같은 유사한 흡인 바늘, 또는 기타 의학적으로 허용되는 본체를 통해 운반되는 광섬유와 같은 제어 가능 하게 위치 가능한 유형의 투과 요소를 통해 UV광을 죽이는 병원체를 지시하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. UV광 투과 매개체로서의 투과 요소를 병원체 감염부와 매우 근접하게 운반 및 지시할 수 있고 바이러스를 포함한 병원체를 죽일 수 있는 충분한 능력으로 인체의 장기 또는 병원체 감염부에 UV광을 안전하게 직접 전달할 수 있는 삽입 장치, 박테리아 및 암세포. 이식된 의료 기기는 UV광 분해에 내성이 있는 경우 제자리에서 멸균할 수도 있다.

그 안에 포함된 병원체를 치료하기 위해 인간의 코, 귀, 목 및 생식기로 UV광을 죽이는 병원체의 안전한 위치 지정 및 전달을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이 또 다른 목적이다.

수영장 또는 밀폐된 차량에서와 같이 UV광을 투과시켜 공기-물을 살균 또는 살균하는 방법 및 장치를 제공하는 것이 추가적인 목적이다.

여러 동시 계류 중인 애플리케이션에서, 그리고 이하에 설명되는 바와 같이, UV광, 특히 UV-C 광 파장 영역, 가장 특히 265nm(260-270nm) 파장 범위에서 UV광을 가져오기 위한 다양한 구조, 장치 및 방법이 설명된다. 이는 바이러스, 박테리아, 암 등과 같은 병원체의 DNA/RNA를 인체 내로 안전하고 직접적으로, 즉, 병원체 감염(또는 감염 가능성이 있는) 영역에 매우 직접적으로 근접한 생체내에서 파괴하는데 가장 효과적인 것이다. 다른 동시 계류 중인 응용 프로그램은 살균 목적을 위해 병원체를 죽이기 위해 접근할 수 없거나 접근하기 어려운 장소 또는 영역에 UV광을 가져오는 것을 설명한다. 본 출원에 대해 정의된 병원체는 UV광 파괴에 민감한 바이러스, 박테리아, 암, 곰팡이, 곰팡이 등을 포함하는 건강에 해로운 항목을 포함하는 모든 DNA/RNA를 포함하며, 이런 병원체를 포함하는 영역은 본원에서 감염부 또는 지역.

본 발명의 추가 목적은 특히 광 방출 각도를 갖는 백색 LED 광, 보다 구체적으로 심자외선 파장 범위에서 방출하는 LED에 대해 광 전력 손실을 현저히 최소화하는 광 투과 방법 및 장치 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은 특히 일반적으로 쉽게 접근할 수 없는 UV에서 유용한 UV광 소독 능력과 함께 증가된 UV 전력 출력으로 UV 방출 LED로부터 UV광 투과 매체로의 심자외선 각도 흡수를 상당히 증가시키는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 치료 영역.

"합리적인 시간" 매개변수는 일반적으로 생명을 위협하는 중증 감염, 환자 및 의료진의 불편, 신속한 교체 필요성, 의료 장비 재사용 필요성, 불완전 소독 사고 감소와 같은 긴급 상황에 따라 다릅니다. 일반적으로 특정 적용을 위한 합리적인 시간은 여러 영역에서 처리가 필요한 적용의 경우 UV광 적용 부위당 몇 초 이내에서 이상적으로는 몇 분에서 약 30분 이내입니다. 적용의 경우 고정 위치를 수반하는 요소, 마취 효과 지속 시간, 감염 정도, 사용가능한 적용 능력 및 거리 등이 의학적으로 정당한 합리적인 시간을 결정하는 요소입니다. 심각한 경우를 제외하고 적용 시간(또는 반복된 절차)은 병원체 제거에 의해 정당화되는 것보다 더 큰 건강한 세포 손상을 초래하는 시간을 초과해서는 안된다.

일반적으로, 본 발명의 실시예에서, 방법 및 방법을 실행하기 위한 장치는 다음과 같은 유형의 투과 매체를 통해 고전력 75mW 이상의 LED와 같은 UV 광원으로부터 병원체를 죽이는 UV광의 수집 및 효과적인 전송을 포함한다. 낮은 UV 감쇠 광섬유 케이블(미터 길이당 약 3 이하의 db 손실)은 적어도 처음에는 UV광에 의한 열화에 저항한다. UV 광원과 유형의 투과 매체 사이의 계면은 충분히 효율적이어서 수집 및 투과된 UV광은 감쇠 및 손실로 인해 투과 매체로부터 방출된 UV광이 실질적으로 충분한 전력 수준으로 유지되도록 초기에 충분히 높은 전력 수준을 갖는다. 합리적인 시간 내에 투과 매체의 출력에 근접한 병원체를 효과적으로 죽인다. 다른 표적 병원체는 박테리아를 죽이는데 가장 적은 힘을 필요로 하고 암세포를 죽이는데 가장 큰 힘을 필요로 하는 다른 힘 수준을 필요로 한다. 수집 및 전송의 효율성으로 인해 더 적은 전력 방출을 갖는 UV 광원도 효과적으로 활용될 수 있다.

응용 프로그램 및 병원체 사이트 접근성에 따라 투과 매체는 조종 가능한 캐리어가 있거나 없이 작동 가능 하게 배치 될 수 있다. 예를 들어, 내시경 또는 볼 수 있는 위치 지정을 위한 비디오 또는 기타 상관 매핑된 조종 장치와 같은 속이 빈 EBUS 바늘과 같은 운반 조종 장치는 사람이나 동물의 장기 내에서 위치를 지정하는데 사용되는 반면 살균 절차는 간단한 수동 조작으로 수행될 수 있다. 별도의 캐리어 또는 포지셔닝 스티어링 컨트롤이 없는 투과 매체.

소독:

일반적으로, 본 발명은 내부공간과 일반적으로 접근할 수 없는 영역을 포함하는 구조적 요소와 장치를 화학물질과 열 잔류물 없이 병원체로부터 신속하게 소독하기 위한 방법 및 장치를 포함한다.

이 방법은 소독되는 구조적 요소와 장치의 영역들이 일반적으로 UV광에 대해 비활성("비활성"은 UV광의 영향을 받지 않거나 최소로 받거나 분해되지 않는 것임)이어야 하고 다음 단계들을 포함한다:

a) 제1 단부에서 UV광이 입력되고 제2 단부에서 UV광이 출력되는 광섬유 케이블과 같은 기다란 광 투과 매체를 제공하는 단계. 기다란 투과 부재의 단면 치수는 투과 부재를 통해 전달된 빛이 병원체의 대부분이나 거의 전부에 닿을 수 있을 정도로 장치나 구조적 요소의 영역 안으로 (일반적으로 캐리어나 조향제어 없이) 투과부재가 삽입되도록 한다. UV광 출력은 원하는 거리에서 원하는 시간 내에 구조 요소와 장치의 영역을 포함한 병원체를 소독하기에 충분한 파장과 전력 강도를 갖는다. (UV-C 광 출력은 성장과 병원체에 대한 더 빠른 속도와 살균 효과 때문에 바람직하지만, UV-B, UV-A 광도 사용할 수 있다). 광출력부와 감염부의 삽입과 근접성으로 인해, 소독 출력에 적용되는 매우 짧은 거리와 역제곱 법칙에 의해 전력 요구사항이 줄어든다.

b) 구조 요소나 장치의 병원체 감염 UV 비활성 영역 안이나 그 가까이 광 투과 매체를 삽입해, 광 투과 매체를 원하는 간격내에서 UV 비활성 영역 가까이로 움직이는 단계; 및

c) 소독용 UV광이 광투과 매체를 통해 전달되는 동안 광투과 매체와 UV 비활성 영역을 서로에 대해 이동시켜 UV광이 원하는 간격에서 원하는 시간 동안 UV 비활성 영역에 부딪쳐 소독하는 단계.

이 소독 방법을 실행하기에 적합한 장치는 소독될 영역 안으로 삽입하기에 적합하고 이 영역의 비선형 구간에 순응하고 상대적인 소독 이동을 하기에 충분한 유연성을 갖는 단면 치수의 광섬유 케이블을 포함한다. 소독에 영향을 주기에 충분한 전력의 UV 광원이 광섬유 케이블의 광입력 제1 단부에 제공되고 광학적으로 부착되는데, 이때 LED를 광섬유 케이블에 연결할 때 맞대기결합이나 광학렌즈를 이용한다. 광섬유 케이블은 충분히 낮은 UV 감쇠율(일반적으로 3db/미터 이하)을 가져, 제2 단부에서 방출된 UV광의 전력은 원하는 시간에 적절한 소독으로 병원체를 죽이기에 충분할 정도로 된다. 병원균을 죽이기에 충분한 전력, UV LED 전력 출력과 감쇠율 및 UV 출력의 세부사항은 쉽게 알 수 있다. 단일 사이트에서의 UV 적용 시간은 1초 미만이 이상적이지만, 몇초나 몇분이 될 수도 있지만, 신뢰성이 떨어지는 살균과정에 필요한 시간을 초과해서는 안된다.

일 실시예에서, 광섬유 케이블의 불투명한 피복("피복"은 버퍼 및 광 유지 재료와 같은 광섬유상의 보호층과 광학층 모두 포함)을 1cm 정도로 일부 구간에서제거하거나 투명하거나 광확산 구간으로 대체하면 UV 투과성이 된다. 이 경우, 소독 UV광이 상대적 움직임으로 소독할 구조 요소/기구의 근위 영역으로 방사상 투과된다. 한편, 원위 투과 단부가 상대적인 이동 동안 소독될 주변 영역에 충돌하는 후방이나 전방 지향 원뿔 형태의 소독 UV광을 투과시킬 수도 있다.

일반적인 내시경의 생검/흡인 채널이나 도구 채널은 직경이 작고(일반적으로 내경 2.2~3.7mm, 길이 500~600mm) 상대적 접근성 때문에 멸균이나 소독이 가장 어려운 부분이다. 가장 일반적인 살균 방법은 살균조에서 살균 화학물질을 사용하는 것이지만, 이 경우 화학물질을 완전히 제거하지 못하면 유독성 잔류물이 생길 수 있기 때문에 문제가 많다. 또, 화학물질이 완전히 도달했는지 또는 화학물질이 소독에 완전히 영향을 미치기에 충분한 시간이나 범위로 있는지 확인하기도 어렵다. 브러시와 같은 기타 청소 수단은 완전한 소독을 보장하는 면에서 만족스럽지 않다. 내시경의 직경이 작아, 내경 1mm의 물-공기 채널을 삽입하는데 문제가 있고, 이는 효과적인 소독에 다른 문제를 일으킨다.

효과적인 소독 방법에 따라, LED UV 광원에 광학적으로 부착된 외경 약 2mm의 낮은 UV 감쇠율의 광섬유 케이블을 2.2~3.7mm의 표준 직경을 가진 내시경의 생검/흡인 채널이나 도구 채널에 삽입한다(더 큰 직경의 케이블은 더 큰 직경의 채널에사용할 수 있음). 광섬유 케이블을 통해 전송된 UV 빛은 일단 채널에 삽입되면 UV 파장, 전송된 전력 및 전송으로부터의 거리에 따라 결정된 시간 내에 병원체 감염부에 충돌하여 병원체를 죽인다. 일반적으로 감염부와 자외선 사이의 근접성과 출력 전력에 따라, 소독 시간은 1초, 몇초 또는 몇분 미만일 수 있다. 완전한 소독을 위해 시간을 더 길게 할 수도 있다. 충돌하는 빛은 광섬유 케이블을 채널 밖으로나안으로 빼내거나 삽입하면서 광섬유 말단부의 전방이나 측면이나 빛이 충돌하는데, 광섬유 케이블의 단부는 측면으로 UV를 전달하거나 확산되게 한다. 광섬유 케이블에는 말단 디퓨저 등(일반적으로 길이가 약 10mm)이 제공될 수 있다. 마찬가지로, 적절한 치수의 광섬유 케이블은 UV 소독을 위해 물 및 공기와 같은 다른 내시경 채널에 삽입될 수 있다.

이런 UV 처리 광섬유는 전술한 바와 같이 내시경의 생검/도구 채널을 통한 내시경 치료의 일부나 별도의 도구로 사용되어, 이상적으로는 정상적인 추출이나 삽입에 필요한 시간 이하의 속도로 내시경 채널을 완전히 살균이나 소독할 수 있다. 내시경 과정의 일부로 사용되는 UV광은 소독을 위해 생검 채널에서 광섬유 케이블을 빼는 동안 계속 켜져 있다. 광섬유 케이블의 제거 속도는 생검 채널의 인접 벽에 UV광이 완전히 충돌케 하는 속도이다. 광섬유 케이블과 생검 채널의 내벽 사이의 간격이 가까워, 광학적으로 연결된 UV LED의 작은 mW UV 출력으로도 문자 그대로 몇분의 1초 이내에 UV 소독을 할 수 있다. 시술 전 생검 채널의 소독의 이중확인 절차로, 광섬유 케이블을 생검 채널에 삽입하기 전에 UV 조명을 킨채 삽입할 수 있다. 한편, 광섬유 케이블이 생검 채널 내에 있는 시간 내내 UV광을 계속 방출하도록 하는 압력접촉 스위치를 케이블의 전방이나 말단에 배치할 수도 있다. 또는, UV광 출력을 제어하기 위해 생검 채널내 광섬유 케이블의 유무를 모니터링하는 센서가 있을 수도 있다. 편의성 외에는, 기기에 계속 UV를 가해도 부작용이 없으므로, UV를 계속 가하는 최대 시간 제한은 없다.

의료 기기가 일반적으로 접근할 수 없는 부분(이 부분의 UV 내성 내벽 포함)을 위한 별도의 소독 도구로서, UV 운반 광섬유 케이블을 이 부분에 쉽게 삽입하고 삽입이나 제거시 UV를 킬 수 있다. 최상의 소독을 위해, 삽입 및 제거시 모두 UV 라이트가 켜진다. 제거시 UV광을 키면 광섬유 케이블의 초기 삽입에 동반해 옮겨진 병원체 전부의 살균에도 영향을 미치기 때문에 삽입할 때만 켜는 것보다 더 좋다. 이런 소독을 하는 작업자 보호를 위해 UV광이 외부로 새지 않도록 생검 채널의 열린 단부를 가릴 수 있다.

생검/흡인 채널은 이런 소독을 위해 내부 표면이 화학적 비활성이고 마찰이 낮아야 한다. 따라서, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이나 Teflon®과 같은 재료를 생검 채널의 내부 표면에 완전히 라이닝한다. 이런 재료는 UV광에 의한 분해에 도 비활성이며, 내시경은 전술한 것처럼 UV광 소독으로도 손상되지 않는다. 다른 내시경 채널도 일반적으로 Teflon®과 같은 비활성 물질로 라이닝되어 있으며 마찬가지로 쉽고 빠르게게 소독할 수 있다.

내시경의 다른 접근가능한 부분이나 외부 부분은 자외선에 의해 분해될 수 있으므로, 내시경의 소독은 쉽게 접근할 수 있는 내시경의 외부 부분을 소독하기 위한 화학 수조를 사용한 소독과 내시경의 접근이 불가능한 부분에 대한 별도의 소독, 구체적으로는 살균력이 높은 UV광을 이용한 생검/흡인 채널의 소독으로 구성된다.

심박조율기, 의료 주입기 등과 같은 이식된 의료기기는 간단한 피부절개로 광케이블 단부를 삽입해 UV광으로 그자리에서 소독할 수 있다.

광섬유 케이블을 갖춘 내시경과 같은 장치는 금속, 콘크리트, 점토 및 UV 손상에도 강한 기타 재료와 같은 구조적 요소의 검사나 기타 작업에 비슷하게 사용된다. 따라서 일반적으로 접근할 수 없는 흰곰팡이, 곰팡이, 균류 및 병원체의 성장은 삽입된 UV 투과 광섬유 케이블로 근절할 수 있다. UV/인간 접촉 문제의 제약으로 인해, 이런 경우, 전동 UV LED와 같은 UV 광원(주변에서 보호됨)을 하나의 LED나 투사 어레이로서 소독을 위해 구조적 요소에 삽입할 수 있고, 이때 어레이는 직경이 더 크과 큰 UV광 이동간격도 더 긴 경우에 바람직하다. 이 경우, 실제로는 빛이 전달되지 않지만 전기를 전도하는 기다란 부재로 빛을 전달할 수 있다. UV LED 구조의 간단한 케이블은 일반적으로 소독제로 처리할 수 없는 천장이나 타일 균열과 같이 접근할 수 없는 영역내의 유해한 성장을 제거하기 위해 삽입할 수 있는 가정용 청소도구 역할도 할 수 있다.

다른 실시예에서, UV 투과 광섬유 케이블에 렌즈와 같은 원위 집속 요소가 있어 방출된 UV광이 곰팡이와 같은 병원체나 성장에 초점을 맞추어 병원체나 성장을 완전히 박멸한다. UV광이 집속된 이 실시예에서, UV 투과 광섬유 케이블은 접근 불가능한 성장과 접근 가능한 성장 모두에 사용될 수 있다.

40mW, 75mW, 95 mW 및 400 mW와 같은 265nm(피크 소독)의 고전력 UV LED의 개발로 금속기구처럼 자외선에 강한 수술도구를 바로 완전 소독할 수 있는 기능을수술중에 직접 사용할 고전력 LED가 하나 이상 있는 살균상자들에 제공할 수 있는데, 이때 고압증기멸균 소독에 필요한 30분을 기다려지 않아도 된다. 상자에는 방출되는 UV광으로부터 보호하기 위해 닫히면 활성화되고 열리면 꺼지는 스위치가 제공된다. 가장 내성이 강한 바이러스나 박테리아도 이런 수준의 자외선과 근거리 적용으로 즉시 박멸된다.

생체내 병인론적 치료:

인간이나 동물과 같은 숙주내에서 병원체를 사멸시키기 위한 다른 소독 실시양태는 인간이나 동물 외부의 UV 광원으로부터 UV 내성 투과 매체를 통해 병원체를 죽이는 UV광을 투과하는 방법과 장치를 포함한다. 투과 매체는 내시경이나 삽입 바늘과 같은 신체 삽입 장치에 작동가능하게 부착되고 병원체 사멸광을 적용하기 위해 병원체에 매우 근접한 위치로 인간 및 동물을 통해 안내되거나 조종된다(필요한 경우).

이 장치는 DNA/RNA 파괴범위, 가장 유용한 실시양태에서 약 250 내지 280nm 범위이고 265nm가 피크인 UV-C 범위에서 UV광을 방출하는 광원을 포함한다. 이상적으로는 단일 고전력 UV-C LED인 광원은 내시경과 같은 운반 기구에 삽입하기에 적합한 외경의 말단부를 갖는 광섬유 케이블과 같은 UV 저항성, 저감쇠 광투과 매체에 광학적으로 연결된다. 또, 병원체 감염부에서 많아야 수 cm 안에 UV 방출 말단부를 위치시키도록 덕트와 기관 통로 안에 삽입할 수 있다. 예를 들어, 내시경을 사용할 경우, OD는 일반적으로 2 내지 3.7mm이고, 폐의 작고 감염된 기관지 및 세기관지에 닿는데 사용되는 실시양태에서는 1mm 미만이다. 매우 좁은 세기관지와 같이 삽입보다는 근접한 경우에도. 그 안에 있는 병원체 소독을 위해 이런 좁은 부분에도 방출광이 들어갈 수 있다. 활용도와 접근성에 따라 다른 타입의 내시경도 사용할 수 있다.

모든 실시예에서 병원성 암세포와 종양의 생체내 치료에 UV를 안전하게 효과적으로 활용하는 방법 및 장치에 대한 특정 매개변수로, 고도로 제어되고 집중되고 확산된 UV, 특히 일반적으로는 유해한 강도의 UV-C LED광을 통제된 시간동안 암세포와 종양에 아주 가까이 직접 적용하는 것을 고려한다. 부속물로서 박테리아와 바이러스 병원체는 더 낮은 수준의 시간, 전력 및 최적의 파장에서 벗어난 것으로도 비슷하게 치료할 수 있다.

편의상 인간을 위주로 설명하지만, 이 장치와 방법은 병원체 감염으로 고통받는 동물에도 마찬가지로 적용할 수 있다.

광원 장치는 DNA/RNA 파괴범위의 심자외선, 특히 UV-C광 생성 요소, 특히 유효 전력 출력의 UV LED를 제공한다. (정상적인 내시경 작동을 위한) 백색등, 표시등, 비활성화된 병원체 제거를 위한 절제등과 같은 다른 선택적이고 바람직한 보조광 발생 요소도 감염부의 위치지정 및 보기에 도움을 주기 위해 선택적으로 제공될 수 있다. UV-A와 같은 절제광도 사멸된 병원체 등의 제거를 위해 필요하거나 원하는 경우 포함될 수 있다. IR 스펙트럼광도 병원체 존재 및 제거 정도와 관련된 라만 스펙트럼 피드백을 제공하기 위해 포함될 수 있다.

(최소의 투과로 최저이긴 해도) 내부에 적용된 UV-C 광선의 독성 효과 때문에, 광원과 내시경 중 하나 또는 둘 모두에 UV-C 적용 정도(즉, 적용 전력)를 제한하는 제어수단이 제공될 수 있다. 이런 제어수단은 예를 들어 지속 시간, 활성화된 LED의 갯수와 같은 강도, 단일 LED에 인가되는 전력, 계산된 적용 간격에서의 일반 전력 적용, 적용된 UV-C 광의 특정 파장, 초점, 병원체 감염도(보이거나 표시되거나 추정되는 정도) 등을 제어한다.

RNA/DNA 파괴력이 가장 큰 파장(265nm)에서 작동하는 기존의 일반 UV LED는 본질적으로 전력 출력이 20mW 이하이고 40mW 정도를 구하기 어려워, 표면이나 열린 상처의 바이러스, 곰팡이 또는 박테리아와 같은 병원체와 직접 싸우는 것 외에는 할 수 없다. 광섬유와 같은 투과 매체를 통한 UV광의 전송은 무시되고 비효율적인 병원체와의 싸움 수준으로 출력전력을 거의 완전히 낮춘다고 본다.

표면적으로, 고전력 수은아크와 크세논 전구 UV광은 직접 적용 UV 소독 목적으로 사용되었다. 그러나, 이런 소스는 (여과된) 일정한 펄스와 특정 파장을 요하는 광범위한 스펙트럼을 방출하고 비전력도 단일 파장 LED보다 훨씬 낮다. 전술한 Mankin 특허출원은 1.2mW의 직접 이용 가능한 전력 출력을 개시한다. 이것은 일반적으로 손실이 95% 이상이거나 전부여서 병원체를 비활성화하는 생체내 용도로 그대로 사용하기에는 부적절하다.

UV-A 및 UV-B 파장 범위에서 UV를 방출하는 LED가 사용되었지만(예: Cedar Sinai Hospital의 전술한 특허출원) 병원체의 RNA/DNA를 파괴하는 효율은 크게 줄어들었고 치료시간은 크게 늘어났다. 복잡한 요소로서, UV-C는 충분한 전력으로 병원체에 영향을 미치기 때문에 건강한 조직, 세포 및 혈관에 대해 유해하거나 독성 효과를 발휘하는 위험성을 갖는다고 본다. 따라서, UV-C광의 제어가 중요하다.

전력레벨이 높아진 UV LED는 가장 효율적인 파장 수준(일반적으로 260~270nm이고, 파괴할 RNA/DNA 스위트 스폿의 중심인 265nm에서 피크)에서 DAN/RNA 파괴 기능의 필수 특성을 구현하고, 파괴 개선을 위해 LED당 최소 40밀리와트의 전력강도를 갖는다. 약 75mW, 90mW 및 360mW의 전력을 갖는 다른 효과적인 UV-C LED도 본 출원의 목적을 위해 특별히 개발되었으며 쉽게 구입할 수 있다. 265nm의 LED가 향상된 열 문제에도 불구하고 높은 안정성으로 본 발명을 위해 개발되었으며, 하우징과 다이 확장 크기(개선된 방열판 포함)의 적절한 조합과 고전력 265nm UV-C LED의 구성에 사용되는 내열성 재료와 접착제를 사용한다.

일반적으로 혈액의 생체외 제거와 리턴으로 병원체 제거를 하는 혈액치료는 광섬유의 말단부의 구간을 혈관 안에 간단히 배치하고 병원체를 죽이는 UV를 순환혈류에 방출하고, 이 경우 혈액 제거가 필요 없다.

UV 광원:

UV LED에 대해 설명되었는데, 바람직하게는 UV LED의 UV 방출 파장과 제어가능성이 바람직하다. 본 발명에 따라 UV 광원으로 LED를 대체할 수 있는 새로운 다른 UV 광원(예; LED 기반 레이저나 간섭성 발광 LED)이 개발되었다.

OLED(Organic Light Emitting Diodes)가 차세대 UV 광원이라 할 수 있겠지만, 기존 UV LED가 여전히 계속 사용되고 있다. 차세대 UV 광원을 "고체상태 발광장치"로 설명할 수 있고, 이에는 LED, OLED, pLED (고분자 발광 다이오드) 및 최신 제품인 퀀텀닷이 포함된다. 퀀텀닷은 실제로 UV-B 빛을 방출하며 아마도 곧 고전력 UV-C(265nm)를 포함하는 쪽으로 진화할 수 있다. 다이오드와 마찬가지로 실리콘 이외의 구성요소 재료를 사용하면 특성이 크게 달라지며 그 중 일부는 파장이 더 작을 수 있다(레이저 포함).

미래의 장치는 다이오드가 아니라 양방향으로 더 균일하게 전도될 수 있는 것이다. "고체상태 발광 장치"는 모두 커버하지만 진공관, 입자가속기 또는 방사성 동위원소의 형태는 포함하지 않을 수 있다.

허용 전력 출력을 갖는 단일 LED가 단순성과 제어성에서 가장 바람직함은 물론, UV광 수집에 가장 적합하지만, 광 투과 조합을 갖는 LED 어레이도 전력 출력을 향상시키고 전술한 바람직한 특성들을 제공할 수 있다. 그러나 광선 어레이로부터의 집광과 투과와 포커싱은 문제가 있고 효과적인 출력을 위한 제어가 어려울 수 있다.

UV-C 광을 내부로 분산시키면 암을 유발하지 않지만 유사분열에서 DNA에 노출된 종양 DNA로 빠르게 성장하는 암을 비활성화시킨다. 결론은 내부 UV-C는 가능한 고전력이어야 하며, X선처럼 정상 조직을 해치지 않고 암세포 침투력을 높이는 고전력이 바람직하다. 또한 건강한 세포가 UV-C 광선으로 인한 낮거나 중간 정도의 DNA 손상을 복구하는 능력이 아주 강력할 수 있는데, 특히 암세포의 무시할 정도의 복구 능력과 비교할 때 그렇다.

어레이형 LED도 UV-A, UV-B LED를 포함할 수 있지만, 이들 LED는 실제로 전력이 높고 주로 절제에 사용되기 때문에 수가 적다. 각 LED 타입 자체 입출력 스위치와 펄스발생기와 타이머세트(예; UV-C)가 있다. 마이크로컨트롤러 버전은 UV A, B, C를 조합시키기 위한 물리적 스위치를 가질 필요는 없다. 적색발광 LED나 다른 색상이나 음영의 LED가 임의의 LED 어레이에 포함될 수도 있고, UV-C 광 발생의 명확한 실시간 시각 표시기로서 UV-C광 발생에 기능적으로 연결된다.

비교적 안전하지만 침투력이 더 우수한 UV-A광은 일반적으로 적당한 노출에도 효과적이지 않고 몇초 동안 UV 광원에 매우 근접하면 효과적일 수 있다. 유사한 성질의 내시경은 박테리아, 암 또는 바이러스 병원체의 공격을 받는 다른 기관이나 신체 부위의 치료에 동일한 개조 형태로 사용될 수 있다. UV-C 방출 LED 다이오드 장치는 레이저광과 유사하고 출력 전력이 더 높으며 출력광 집속력이 더 높은 UV-C LED 다이오드 장치들이 현재 출원인에 의해 개발되고 있다.

작업 피드백:

UV광의 효율적인 감독을 위해 형광성 병원체를 검출하는 광검출기를 내시경에 설치할 수도 있다. 암세포의 형광은 종종 다른 병원체에에도 비슷하게 활용된다. 또, 병원체 파괴에 대한 UV 처리의 정도를 확인하기 위해 DNA 파편 검출기를 내시경에 설치할 수도 있다. 생명체가 성장하고 DNA를 복제할 때, 이 DNA는 더 많이 노출되고 특히 외부 방사선에 취약하다. 따라서 이런 선택적 효과, 즉 폐세포와 비교해 바이러스에 감염된 세포내에서 증식하는 바이러스 DNA에 더빠른 해로운 효과를 이용해 바이러스에 감염되지 않은 세포보다 바이러스 세포의 근접 UV 파괴의 차등 효과를 높일 수 있다.

일반 LED의 백색광 조명과 유색 LED의 적색이나 다른 색의 조명은 단일 빔의 UV-C 조명과 결합되거나 묶일 수 있다. UV-C 조명의 효율성에 대한 기준에는 충분한 전력과 최적화된 파장이 포함되며, 안전을 위해 시간제한 방출이나 버스트의 일부나 전체를 통한 전력 제어, 활성화된 LED 수 및 해당 전력 방출 제어가 포함된다. LED나 다양한 전력과 파장들을 조합하여 필요에 따라 적절하게 제어하여 효율성을 유지하면서 건강한 조직에 대한 주변손상을 최소화할 수 있다.

IR(라만 분광법)(삽입된 섬유의 일부에 IR 방사선이 적용됨)을 사용하여 감염 정도를 나타내는 피크 높이로 기존 바이러스의 시그니처 피크 위치를 식별할 수 있다.

UV광 수집과 투과로 치료:

생체내 UV 전달과 관련해, 이것은 치유가 아니라, 다른 것들과 함께 작용하거나 초기에 자체적으로 작용하는 근본적으로 요법이며, 아주 둔하고 강력한 X선으로 인간 조직을 공격하기 전에 하는 요법이다. 암 연구, 요법 및 치료에 수십억 달러가 지출되었다. 본 치료 장치와 프로토콜은 본질적으로 박테리아와 바이러스에 감염된 국부적 조직을 파괴할 수 있을 뿐만 아니라(즉, 조직에서 바이러스나 박테리아 병원체의 복제를 제거하기 위해 RNA 구조를 파괴함으로써) 암과 종양 세포를 선택적으로 죽이고 DNA를 파괴하면서도 인접한 건강한 세포 조직에 미치는 영향은 최소화한다.

치료용 UV광을 신체에 도입하기 위한 효과적인 투과 매체, 특히 기존 내시경에 수반된 투과 매체는 일반적으로 최적의 성능을 위해 아래 기준들을 요한다:

a) DNA/RNA 파괴 파장, 가장 바람직하게는 265nm 부근에서 DNA/RNA 파괴 효과가 가장 큰 UV광 출력을 갖는 UV 광원.

b) UV 광원으로부터의 UV광 방출로 인한 불가피한 전력 손실을 보상하기 위해, 전력 출력은 20mW 이상, 이상적으로는 75mW 이상이 바람직하고, 출력이 클수록 시스템의 융통성도 크다.

c) UV 광원과 투과 매체 사이의 광학 인터페이스가 가능한 완전해야만 하고, 광케이블 단부와 같은 투과 매체 단부는 물리적 맞대기연결끝이 물리적 LED의 다이와 같은 발광 소스를 완전히 덮을 수 있도록 가능한 한 완전해야 한다. (x-y 평면 정렬장치와 같은 적절한 정렬로) 맞대기 연결을 위해 또는 광원에서 빛을 수집해 시준하고 투과 매체 근단부에 초점을 맞추는 중간 광지향 인터페이스와의 맞대기연결을 위해 LED의 다이와 같은 발광원을 완전히 커버할 수 있다.

d) 방출된 UV광은 산란을 최소화하고 투과 매체의 투과는 최대로 하여 최대한으로 수집될 수 있어야 한다. UV 호환 광섬유 투과 케이블의 경우, 흡수허용각 약 20~27도 미만의 광섬유 케이블의 단부로의 투과이다(허용각 이상의 빛은 흡수되어 열로 전환됨).

e) UV광의 영향에 저항력이 있고 필요에 따라 유연하면서, 적절한 피복, 디퓨저, 작동영역과 채널로 빛을 수집하고 맞추기 위한 치수 매개변수를 사용하여 빛을 수집하고 투과하는 크기의 투과 매체가 필요하다. 유연한 섬유, 특히 UV 감쇠율이 낮은 섬유는 직경이 600미크론 미만으로 아주 작은 반면, 이 섬유를 효과적으로 LED에 적용하려면 직경이 일반적으로 수 밀리미터로 더 크거나 광흡수 손실의 간격손실이 큰 섬유다발이어야 한다. 말단 섬유들을 융합하면 흡수율은 간격손실이 최소화되면서도 유연하고, 이 섬유의 말단 작동부는 별도의 섬유다발이며 필요한 유연성을 갖는다.

f) 빛을 더 많이 받을 수 있는 대직경 투과매체에 의한 광수집이 최적이지만, 광섬유와 같은 투과매체를 내시경이나 EBUS나 EUS 흡인바늘의 소직경 채널에 삽입하고 폐의 기관지와 같은 작은 기관 영역으로 넣기 위해 (일반적으로 굽힘반경 1cm 정도의 내시경의 경우) 유연성과 소직경(1mm 이하)을 확보하려면 광출력 투과매체의 직경을 최소화해야 한다. 렌즈나 테이퍼 섬유 섹션과 같은 광투과 다운 포커싱 미디어를 사용할 수 있지만 UV 투과율과 전력의 손실이 크다.

g) 투과 매체의 감쇠 손실, 빛을 완전히 포착하지 못하거나 적절하게 전송하지 못하는 것 및 전이 손실을 포함해 UV 광원으로부터의 모든 전력 손실 이후, 출력 광 전력은 2mW/㎠ 이상이어야 하고, 시기적절한 병원균 박멸을 위해 최소 20mW/㎠가 투과 매체의 말단부에서 병원체로 방출되어야 한다. 95% 이상의 전력 손실이 예상된다.

이제 광투과 전력 수준을 유효 값으로 개선하는데 효과적인 UV광 투과의 구조와 방법을 설명한다.

DNA/RNA 파괴 UV광의 사용은 전통적 X선 방사선 요법의 어려움을 겪고 있는 신체에 대한 비전신적 보조치료와 비슷하거나 더 낫기도 하다. 다른 실시예로, 집속된 빛을 적용하기에 효율적인 광투과 장치와 방법이 있는데, 이는 내시경과 같은 좁은 채널이나 신체 내부처럼 닿기 어려운 영역에서의 UV 소독을 위한 것이다.

이 방법은 아래 단계들을 포함한다:

a. LED와 같은 광범위하게 산란되는 비간섭 광원으로부터 광을 방출하는 단계;

b. 광원에서 방출된 모든 비간섭 광을 포착하고 시준하는 직경으로 방출광을 시준하는 단계;

c. 실질적으로 모든 시준된 빛들을 시준된 빛과 같은 직경의 저감쇠 광투과 매체에 보내는 단계(시준을 완성할 필요는 없지만 빛을 원호형 흡수각보다 작게 보내는 것으로 충분);

d. 시준된 빛의 초점을 원하는 크기의 소직경의 투과 매체로 포커싱하는 단계; 및

e. 향상된 전력과 강도로 소직경의 투과 매체에서 빛을 방출하는 단계.

한편, 단계 b), c) 및 d)는 실질적으로 동일한 직경의 투과매체의 사용과 동시에 시준과 포커싱 모두에 영향을 미치는 하나나 결합된 요소와 조합될 수 있다.

특정 실시예에서, 이 방법을 실행하는 장치는 원뿔이나 포물선(대칭, 비대칭 또는 엇축)과 같은 반사 시준 부재로 둘러싸여 있는 LED와 같은 광원을 포함하며, 광원의 진입을 허용하는 베이스 섹션은 광원에서 방출된 광의 전부나 대부분의 시준 반사를 허용한다. 이 장치는 상대적으로 높은 광 허용각 및 시준광의 최대 수집을 위해 상기 시준 부재의 개방 단부와 일치하는 직경을 갖는 짧은 전이 광수집 투과 요소를 더 포함한다. 짧은 전이 광수집 투과 요소는 이어서 직경은 낮은 감쇠율 커플러와 비슷하고 광전달율은 최대인 짧은 제1 광섬유 케이블에 결합된다. 유사한 직경의 제1 광섬유 케이블은 낮은 감쇠율의 집속 입력 렌즈를 갖춘 소직경의 기다란 제2 광섬유 케이블에 결합되고, 제2 광섬유 케이블은 광출력을 요하는 닿기 어려운 영역에 삽입되어 광출력 말단부로 활용된다.

심자외선 방출 LED의 출력으로 사용할 수 있는 요소에는 사용가능한 광 파이프나 액체 광가이드이면서 사용가능한 낮은 감쇠율의 UV 광섬유 케이블에 비해 UV광 허용각이 두 배 이상인 수집 투과 요소가 포함된다. 광 파이프와 액체 광가이드는 흡수 각도와 관련하여 UV 분해 플라스틱 광섬유 케이블과 동등하지만 열화되지는 않는다. 내부를 진공으로 하거나 반사 시준 부재를 짧은 액체 광가이드와 통합하고 같은 액체로 채워 반사 시준 부재로부터 감쇠 공기(특히 공기의 질소 성분)를 제거하면 UV광 손실을 줄일 수 있다.

UV광 투과 시스템에서 말단부 심자외선 출력을 최대화하는 다른 실시예의 방법은 다음 단계들을 포함한다:

1. UV 광원과 적어도 시준된 빛의 직경보다 출력 직경이 큰 시준 부재와 UV 광원을 통합해 모든 UV광 출력을 시준하는 단계;

2. 시준 부재의 출력 직경에 광학적으로 일치하는 직경을 갖는 광수집 투과기로 낮은 UV광 감쇠 투과율을 갖는 광수집 투과 요소로 모든 시준된 UV광을 수집하는 단계; 및

3. 수집된 시준된 빛을 말단 출력부를 갖는 UV광 투과 케이블로 보내고 집속하는 단계.

위에서 설명한 구조의 수정에는 렌즈 포커싱 커플러를 통해 짧은 광 파이프나 액체 광가이드를 긴 광섬유 케이블에 직접 연결, 적절한 시준 또는 집속렌즈 커플러를 사용하여 다양한 직경의 광 파이프나 액체 광가이드를 사용하는 것이 포함된다.

120°이상의 반구형 방출을 하는 LED는 일반 광학기구를 사용해 초점을 맞추기 어렵다. 포물면거울 반사경은 이처럼 넓은 확산광을 시준(평행광선으로 반사)하기 때문에 LED와 잘 어울린다. 일반적으로 렌즈에 의해 더 크게 시준된 빔이 한 지점이나 좁은 면적에 초점을 맞춘다. 그러나, 본 발명에 따르면, 전이요소는 광 흡수율(특히 UV광)이 제한되어 일반적으로 손실되는 광의 수집을 개선하는데 사용될 수 있다. 전이 요소는 더 높은 굴절률의 물질로 채워진 액체 광가이드를 포함하고, 광가이드는 더 큰 개구수를 가질 뿐만 아니라 더 큰 코어 직경으로 만들 수 있어, 커플링에 적합하다. 전이 액체 광가이드를 빠져나간 빛을 접근이 어렵거나 좁은 장소로 옮기는 것은 두 개의 광섬유 케이블들을 결합하고 개구수를 맞추는 공지의 방법을 통해 유사한 크기의 광섬유 케이블 섹션을 결합해 이루어진다. 소직경의 광섬유 케이블들에 대한 연결을 위해 다시 광섬유간 커플러를 사용할 수 있다. 이 프로세스는 긴 파장보다는 작은 파장에 더 중요하다. 따라서 자외선 사용, 특히 작은 UV-C 파장의 경우, 이런 요소들의 순서가 특히 도움이 될 수 있으며, 이런 초기 광학 미러와 광가이드를 사용하지 않고 가능한 것보다 전체 투과 효율을 훨씬 더 높일 수 있다. 그러나 가벼운 섬유와 달리 액체 광가이드는 유연성에 어려움이 있으며 일반적으로 유연성이 거의 전혀 요구되지 않는 내시경이나 기타 분야에서 더 효과적이다.

집광을 더 돕기 위해, UV 발광 다이오드에 통합 렌즈가 제공되며, 이 렌즈는 약간의 손실은 있지만 일반 120°방출 출력 각도를 27도와 같은 연결된 섬유의 흡수 각도에 일치하도록 줄여, 투과를 위해 섬유로 향하는 빛의 양을 증가시킨다. 커플링이나 UV 광투과에 사용되는 이런저런 렌즈들은 UV 열화에 내성이 있어야 한다. 일반적으로 석영은 플라스틱 렌즈보다 취급과 생산이 어렵고 비용이 많이 들지만 이상적인 내성 소재이다.

액체 광가이드로의 시준을 TIR(total illumination retention) 렌즈와 같은 렌즈계로 대체할 수도 있는데, 이런 렌즈는 LED와 같은 광원으로부터 수집된 광을 시준한 뒤 시준된 광을 광섬유 직경보다 작거나 같은 초점 영역이나 평면에 집속한다.

특히 쌍으로 사용할 때 비구면렌즈들은 소직경의 섬유에 초점을 맞추는 유사한 시준 기능을 제공한다.

렌즈의 베이스 만입부에 맞춰진 광원에서 방출된 빛은 렌즈의 포물선 부분에 의해 시준되고, 시준된 빛은 렌즈의 오목한 부분에 의해, 렌즈의 말단부에서 11mm에 있는, 초점 영역이나 평면에서 제1 섬유 다발로 바로 집속된다. 제1 섬유 다발의 직경은 예를 들어 8 내지 12 mm이고, 이 섬유 다발은 제1, 제2 섬유 다발들 사이의 제2 포커싱 요소를 통해 제2 소직경 섬유 다발(1 내지 2mm)로 투과하는 중간재이다. 조준된 빛을 소직경 섬유 다발의 직경에 초점을 맞추도록 TIR 렌즈를 구성하는 것이 광손실을 피하는데 좋다.

사용가능한 TIR 렌즈의 예는 약 1.2 x 1.2 mm의 발광 다이를 갖는 삽입된 3.9 x 3.9 LED를 갖는 직경 20mm의 렌즈가 있고, 초점 거리는 약 16mm이다.

광섬유 케이블의 알루미늄 페룰 단부는 TIR 렌즈의 초점에 위치한 2mm 광섬유 케이블 단부에 빛을 집중시키는 TIR 렌즈와 관련된 위치에 광섬유 케이블을 고정한다. 광섬유 케이블은 위생이나 마모에 대비해 필요에 따라 페룰 클램프를 해제하여 쉽게 교체할 수 있다.

UV광에 대한 광 손실 인자인 초점까지의 총 거리를 줄이기 위해, 상당히 두께가 얇지만 초점거리는 비슷하고 접혀있는 프레넬 타입 렌즈와 같은 집속 볼록렌즈에 별도의 포물선 시준 요소를 연결할 수도 있다.

다른 개구수를 구면렌즈와 일치시키면 결합을 개선할 수 있다. 다양한 크기의 입사광과 출사광 원뿔을 가진 광학 부품을 일치시키는 방법 중 하나는 구면렌즈를 사용하는 것이다. 예를 들어 LED와 같은 더 큰 각도의 이미터에서 나오는 빛을 작은 진입각 광섬유 케이블에 결합한다. 측면 방출 LED는 방출각이 상부 방출 LED보다는 작지만 광섬유 케이블보다는 여전히 크다.

초점거리 체적을 둘러싸고 (포물선형 시준기를 포함한) 공기 함유 체적에 부분 진공이나 비활성 기체를 제공할 수도 있다. 전자의 경우 기압 붕괴에 대비해 포물선 구조가 재강화된다.

시중에서 구입할 수 있는 TIR 렌즈와 프레넬 렌즈는 UV 광 분해에 민감한 폴리카보네이트와 같은 플라스틱으로 구성된다. 따라서, 시준과 포커싱에 사용하기 위해, 동일하거나 비슷한 유효 구성과 구조를 갖는 석영과 같은 UV 비활성 재료로 렌즈를 구성한다. 그러나 분해성 렌즈도 일회용으로 사용하거나, 분해로 성능이 떨어지기 전까지 여러번 사용할 수도 있다. 다른 렌즈로, 필요에 따라 선택적 초점을 위한 구면렌즈가 있다.

본 출원은 현재의 방사선치료와 비슷하게 활용되지만, X선 대신 상대적으로 약한 UV-C 광선을 사용하고, 일반 외부 방사선 치료와 반대로 필요한 부분에 아주 가까이(25mm 이하) 이 빛을 인체 내부에 보낸다. 방사선 치료에 사용되는 X선은 본질적으로 유사한 유형의 빛 또는 더 정확하게는 전자기 방사선이지만 훨씬 더 높은 주파수와 에너지 준위를 갖는다. 박테리아, 바이러스 및 종양에 공통적인 RNA/DNA 감도의 피크는 254nm-275nm, 즉 최대 피크가 약 265nm인 UV-C 광의 피크이다.

UV광을 전송하는데 사용되는 내시경은 병원체 파괴에 거의 영향을 미치지 않는 365nm 범위와 같은 가시광 파장 스펙트럼의 UV광을 투과한다. 내시경 UV 투과는 금속피로나 결함의 감지, 접착제 경화 등과 같은 기계적 효과를 위한 것이다. 파장에 영향을 미치는 병원체 외부의 UV광을 사용하는 이런 장치와 그 용도는 따라서 본 발명의 범위를 벗어난다.

안전 문제:

전술한 바와 같이 최근의 실제 UV 병원체 치료(암보다 덜 공격적인 치료가 필요한 바이러스 및 박테리아 치료)의 개발은 효율성이 떨어지고 노출시간이 길어야 해서 안전성 문제로 UV-A 광선에만 집중되고 있다.

X선에 비해 전력이 낮더라도 UV-C 광선은 너무 강력하여 건강한 조직이나 혈관에 해로울 수 있지만 임상적으로는 아직 증명되지 않았다. 이런 입증되지 정도의 해로움도 방지하기 위해 정확한 파장, 펄스 회로 및 정밀한 단시간 노출을 하는 제어가능한 UV LED를 이용해, 몇초나 몇분간만 노출을 하도록 한다. 정확한 방출 거리는 일반적으로 생리학적 요인과 경험이 풍부한 의료진 또는 LIDAR나 비슷한 유형의 회로 거리 피드백의 도움으로 구할 수 있다.

더 강한 UV 펄스들 사이에 일시 중지로 노출을 늘리는데도 총에너지는 같다. 이것은 DNA 복구 메커니즘이 더 좋은 정상세포의 피해를 크게 줄인다고 여겨지는데, 이런 복구 메커니즘은 일반적으로 병원체에 감염된 세포에 비해 충분한 시간만 있으면 DNA 손상을 교정할 수 있다.

병원체 비활성화 수준 및 건강한 세포와 조직이 악영향을 받는 수준에 대한 광원의 작동 매개변수는 실제로 병원체나 건강한 세포나 조직에 도달하는 UV-C 광 전력 수준으로 측정된다. 이들은 일반적으로 영향을 받는 면적을 기준으로 측정되며 단위가 보통 mJ/㎠이다. 베이스라인 측정은 265nm(RNA/DNA 파괴를 위한 이상적인 파장)의 UV-C 적용으로 보정되며 변수는 생성된 전력 수준, 적용 시간 및 초점 변화가 있는 적용 부위로부터의 생성 거리이다. 변수 및 비활성화 효과의 표들을 적절히 이용해 안전한 UV-C 조명 적용을 결정한다. 바이러스와 박테리아와 같은 병원체는 밀리와트 전력 수준으로 UV-C 광을 직접 가하면 몇초나 최대 몇분내에 비활성화된다.

결핵, 폐렴, 기관지염은 모두 호흡기를 통해 체내로 들어가 결국 폐로 들어가는 병원체(박테리아와 바이러스)로, 폐조직에 잠복하는 표면개시 병원체이다. 이런 표면개시 병원체에 대한 UV-C 광 적용과 관련된 침투 문제는 없다. 전체 내시경 검사는 다양한 기관지 및 일반적인 폐의 주요 부위가 약 20개 있는 기도를 보기 위해 약 30~60분 동안 진행된다. 따라서 폐 전체 치료에는 시간이 조금 더 걸린다.

위의 병원체는 인간 조직보다 파괴되기 쉬우므로, 위에서 정의한 바와 같이 각각의 파괴 간의 차이를 결정하면 사용할 목표 전력을 선택하기 위한 기초가 된다.

mJ/㎠의 파괴 파장(26nm가 이상적)에서의 전력 수준의 관점에서 결정된 수많은 기준선 병원체 파괴로 UV광, 특히 UV-C의 효과를 연구했다. 그 결과가 특정 병원체에 대해 전술한 표에 예시되어 있다.

병원체(즉, 바이러스 및 박테리아) 검출에 관한 문제는 박테리아와 바이러스 위치를 찾는 유일한 실제 근거가 병원체의 영향을 받은 가시적인 물리적 손상부를 찾는다는 것이다.

따라서 UV-C 광으로 손상된 부위를 표적으로 하는데 내시경을 사용하고, 삼는데 사용되며, 바이러스나 박테리아가 확실히 세포를 차지해 존재하기 때문에 더 집속된 UV-C 광을 사용한다. 남아있는 전체 폐는 가능한 바이러스나 박테리아 존재에 대한 예방책으로 더 낮은 전력의 UV-C 광선으로 덮일 수 있다. 후자의 경우, 초점을 더 넓게 확산시키는 것이 유용할 수 있다. 부위별 최소 시간에 따라 결정된 대로 내시경 검사 시간을 적절하게 조정해야 한다.

알려진 대로, 거리는 역제곱 관계로 유효 강도와 에너지 전달에 강한 영향을 미친다. 따라서 다양한 거리 설정에 대한 정의에 특정 거리가 포함된다. 알려진 LED UV-C 장치는 전력의 90%가 265nm +/-5nm 내에 있으므로, 피크 DNA 감도 곡선은 10nm의 파장 범위를 안전하게 사용할 수 있을 만큼 충분히 넓다. 따라서, 방출 전력의 90%가 265nm 범위에 있는 UV-C 장치를 사용할 수 있다.

내시경에 추가하여, 여기에 설명된 UV광은 신체 구멍이나 작은 절개부에 삽입되는지 다른 장기에 사용되는지 여부에 관계없이 모든 유형의 내시경에 사용할 수 있다. 여기에는 다음과 같은 인체 내의 많은 시스템을 조사하는데 사용되는 내시경 검사가 포함된다:

위장관: 식도, 위, 십이지장(식도위 십이지장 내시경), 소장(소장 내시경), 대장/결장(대장 내시경, S상 결장 내시경), 담관, 직장(직장 내시경), 항문(항문 내시경).

호흡기관: 코(비강경), 하기도(내시경).

귀: 이경 검사

요로: 방광경 검사

여성 생식기(산부인과): 자궁경부(질확대경), 자궁(자궁경), 나팔관(나팔경).

작은 절개부 관통: 복부나 골반강(복강경), 관절 내부(관절경), 흉부 장기(흉부경 및 종격동경).

외부 제어 장치와 물리적으로 연결되지 않고 대신 제어(체내부 움직임 및 작동)되거나 자기장, RF, 블루투스 등으로 충전되는 캡슐형 내시경 및 일회용 내시경도 여기에 포함된다. 장기 치료가 주요 고려사항인 반면, 골격 구조의 혈액 및 뼈와 같은 다른 신체 부위도 백혈병 또는 기타 병원성 기반 혈액 또는 골격 질환의 유사한 치료를 받을 수 있는 것으로 이해된다.

"내시경"은 인간이나 동물의 신체에 삽입할 수 있고 자체의 광 투과 요소 또는 휴대된 광 투과 요소를 통해 인간이나 동물의 신체에 UV광을 전달 및 투과할 수 있는 모든 구조를 포함한다. 고전적인 내시경은 보기 기능이 필요하지 않고 컴퓨터에 연결된 X선 안내 지도와 같은 위치 지시 수단과 함께 사용되거나 숙련된 수동 조작으로도 사용되도록 더욱 확장되었다.

UV 광원은 인간이나 동물의 신체 외부에 위치하고 여기서 방출된 UV 빛만이 체내로 투과된다. 기존의 내시경 장치에서, 외부 광원박스에 장기와 같은 내부 신체 부위의 조명 및 보기를 위해 내시경을 통해 전송되는 가시광 발광 요소가 있다. 예를 들어, 이상을 감지하기 위해 폐 부위를 육안으로 검사하는데 내시경이 사용된다. 상표 GlideScope로 판매되는 것과 같은 일회용 내시경에서 광원 또는 "상자"는 내시경의 그립 제어부에 있다.

특히 카트리지 형태이고 교체 가능한 경우 배터리 팩을 사용하여 일회용 내시경처럼 휴대할 수 있다.

이미 UV-C 및 심자외선보다 훨씬 더 높은 주파수(더 작은 파장)에서 전자기 방사선을 사용하는 암 치료법이 있다. 방사선 치료에 사용되는 엑스선은 일반적으로 외부에서 전달되며 파장이 0.01~10 nm이고 따라서 3x1019에서 3x1016Hz의 주파수를 갖는다. 주파수가 높을수록 에너지가 높다(플랑크의 법칙). UV-C가 RNA와 DNA 연결을 분해하면, X선이 그 연결을 없애버린다. 대안이 더 치명적이기 때문에 방사선 치료를 위한 근접 치료에 허용된다. 정확하게 전달된 UV-C는 X선보다 훨씬 덜 치명적이며 훨씬 더 국부적으로 내부로 더 정확히 전달된다.

보다 효율적으로 "재핑(zapping)"에 활용할 수 있는 암세포에는 몇 가지 특성이 있다. 암세포는 형광 염료로 쉽게 태그되어 건강한 정상 세포와 매우 쉽게 구분할 수 있다. 이런 가시적 태깅을 통해 UV-C 장치는 암세포를 감지하도록 프로그래밍될 수 있으며 AI 평가를 통해 인접 정상세포에 대한 UV 충돌을 피하면서 최적의 펄스나 시간의 UV 강도로 최적의 초점거리에서 UV광 치료를 시작할 시기를 결정할 수 있다. 이런 미세조정된 치료의 결과, 암 부위가 전이된 4기 암환자의 치료가 더 효과적이다. 일반적으로 전이된 암을 치료하는데 광범위한 적용을 해야 하는 치료법은 치명적인 영향을 수반하면서 정상세포에도 상당한 영향을 미치는 경향이 있다. 고도로 집중된 UV는 암세포와 함께 치료되는 건강한 정상세포의 범위를 최소화함으로써 이런 치명적인 효과를 방지할 수 있다.

필요한 UV광도를 결정하는 요소는 조직의 두꺼운 층을 투과하는 빛의 효과와 암세포가 더 많은 암세포의 더 깊은 주머니를 차단하고 있는지 여부를 결정하는 것이다. 구체적으로, 모든 파장이 DNA/RNA 피크 감도 영역에 있는 고전력 LED를 사용하면 최대의 효과로 최단 노출 시간을 얻을 수 있다.

정상 세포와 바이러스 및 박테리아 사이에는 분명한 차이가 있다. 이 차이는 안전한 UV 치료에 이용될 수 있다. 암세포 대 건강한 세포와 관련하여 건강한 세포에 비해 암세포에 대한 UV 효과와 관련하여 이 차이가 설정된다.

빠르게 분열하는(유사분열에서와 같이 복제하는) 세포의 DNA는 빈번하게 자주 풀려, 복제, 번역 및 다른 세포를 만들기 위한 단백질을 제조하는데 사용할 수 있다. 유해한 암세포는 신체가 처리할 수 있는 것보다 훨씬 빠르게 성장하고 정상 세포보다 훨씬 빠르게 성장한다. 정상 세포 DNA는 빠르게 성장하고 방사선에 자주 정기적으로 노출되는 신생 종양세포의 DNA보다 DNA 파괴 UV-C 광자로부터 훨씬 더 잘 보호된다.

암세포의 두 번째 상대적인 약점은 정상세포처럼 정상적인 DNA 오류 복구 시스템이 작동하지 않는다는 것이다. 정상세포에는 단일 문자 오류를 수정하고 링크를 여는 효소가 있다. 이것은 첫 번째 메커니즘과 시너지 효과를 낸다. 암세포는 방사선 기반 DNA 파괴에 더 취약할 뿐만 아니라 그 파괴도 정상세포처럼 빨리 복구되지 않는다.

정상 세포와 종양 세포의 세번째 및 기타 차이점은 이런 암세포의 급속한 성장은 더 많으면서도 더 빠른 가용 에너지를 필요로 한다는 것이다. 암은 ATP->ADP 주기(사용가능한 에너지를 방출함)를 바꾼다. 이런 세포는 저산소 환경(저산소증)에서 작동하는 능력이 있다. 선행 기술 문헌은 이런 저산소증이 종양 세포를 "방사선 및 화학 요법에 내성"으로 만들 수 있다는 증거를 제공한다. 그렇다면, 바이러스에 대한 치료 프로토콜이 신체가 이물질로 해석하는 상당한 RNA 파편을 생성시키는 UV-C 방사선 요법과 더 시너지 효과를 낸다. 그 결과 항체가 생성되지만 병원체는 남아 있지 않다. 이것은 병원체 재감염을 방지하기 위한 강력한 메커니즘을 초래할 수 있다. 이는 약화된 바이러스를 사용하는 백신 프로토콜과 비슷하다.

암 치료를 위해 외부 투과된 UV 방사선을 몇시간이고 연장하려는 경우, 듀티사이클과 노출시간이 조정된 내시경이나 전용 소형 UV-C 광원을 나머지 광학 "장기 창"의 외부에 연결한다. 암종양을 용해로 제거한 후, 외과의사는 커넥터와 광섬유 세그먼트를 제거하고 피부를 다시 봉합한다. 이것은 유리(실리카) 투과 매체 외에 내부에 구리나 기타 오염 물질이 없기 때문에 심뇌 UV 전달에 적합할 수 있다. 4기 암일 경우, 정상조직에 유해하지 않은 몇시간 동안 여러 지점들에 방사선을 투과하되 가극벅 동시에 투과하는 것이 좋다.

항체의 활성화나 발생은 UV RNA/DNA 파괴 치료의 "부작용"일 수 있다. 바이러스 또는 항체 세포 또는 장기 부위 조직에 대한 "형광"법은 영향을 받는 부위를 표시하는데 도움이 된다.

본 발명에 따르면, 바이러스 및/또는 박테리아 병원체에 대한 인간이나 동물의 치료 방법은 다음 단계를 포함한다:

1) 병원체에 감염된 인간의 장기 또는 신체 부위에 광투가 광섬유를 갖춘 내시경을 삽입하는 단계,

2) 내시경을 병원체에 근접하게 유도하는 단계,

3) 인간이나 동물의 기관이나 신체 부위의 조직에 대한 악영향을 최소화하면서, 복제 DNA의 파괴적인 파괴를 위해 광섬유를 통해 병원체에 충돌하도는 강도와 지속시간으로 UV광을 지향하는 단계,

4) 사람이나 동물을 치료하는 파괴력을 제공하는 단계.

특정하게 식별된 병원체를 제거하는데 필요한 노출 시간을 결정한 다음 적절한 UV 전달을 효과적으로 제어하는데 사용하는 시스템에 대해 설명한다. 예를 들어, 전력 수준과 빛 스펙트럼이 같을 경우, 인후와 상부 기관의 코로나 바이러스 치료에 35초가 필요하다면, 독감은 15초, 세균 감염은 5초가 필요하다. 펜라이트나 검이경과 유사한 구조의 삽입관으로 최소한의 시간 동안 감기 바이러스와 같은 병원체에 UV-C 광을 직접 적용할 수 있다. 펜라이트나 검이경은 전원 공급 누출을 최소화하는 외부 와이어가 없기 때문에 유용한 실례이다. 고전력 UV-C LED를 사용하면 더 짧게 노출할 수 있다. 다행히도 오늘날의 충전식 배터리팩과 고전력 밀도 기술을 활용하여 안전하고 편리한 무선 전력공급을 할 수 있다. 구강은 패혈성 인두염과 같은 병원체의 삽입 및 치료를 위한 다른 접근가능한 장소이며, 감기는 바이러스성이므로 감기를 개선하거나 치료하는데에도 효과적일 수 있다. 충치는 UV광으로 쉽게 제거되는 박테리아로 인해 발생하므로 치과 치료에도 유효하다.

보이지 않는 영역처럼 거리 측정이 필요한 경우 LIDAR와 같은 거리 측정 장치를 섬유다발에 배치하고, 하나의 섬유가 레이저 신호를 제공하고 다른 섬유가 이를 수신하여 에코 거리 측정을 할 수 있다. 궁극적으로는 거리에 의존하지 않고 데이터를 보호하는 것이 훨씬 더 나을 수 있다. 거리에 관계없이 해당 부위를 UV로 비추고 건강한 조직이 아닌 바이러스를 죽이면 거리 문제를 피할 수 있다. 박테리아나 바이러스를 표적으로 삼을 때 원거리에서의 침투는 깊은 조직에는 거의 영향을 미치지 않다. 얇은 층은 죽이거나 교체할 수 있다. 종양의 경우 침투를 하기 위해서는 종양에 대해 직접적으로 높은 전력이 필요하므로 다시 거리가 문제가 되지 않는다. 종양으로 침투하려고 할 때와 내시경을 종양에 똑바로 할 수 없을 때 거리문제가 생긴다.

푸시버튼/풋스위치 트리거는 내시경 사용자의 손 사용을 방해하지 않는 방식으로 보정된 지속 시간(노출)의 광펄스를 정확하게 방출하는데 사용할 수 있다. 이런 컨트롤은 편의를 위해 블루투스나 기타 무선 링크 메커니즘일 수 있다.

예비 단계로 X선, 형광 또는 기타 공지의 위치찾기 과정과 같이 병원체 위치를 미리 결정할 수도 있다. 최종 단계로 UV광 처리의 효과와 필요한 경우 추가 단계의 방향을 확인하기 위해 DNA 파편을 검출할 수도 있다.

Molex Corporation에서 판매하는 광섬유 케이블은 265nm의 심자외선 범위에서도 감쇠가 최소화된다. 본 발명의 일 실시예에서, 이런 저 감쇠 광섬유 케이블은 LED 어레이와 같은 UV-C 광원에서 UV-C 광을 가져오는데 기존의 내시경 광섬유(표준 내시경 개조 포함) 대신 사용된다. 건강한 세포와 조직에 악영향을 미치기 전의 시간내에 바이러스나 박테리아와 같은 병원체를 신속하게 죽이기 위해 폐와 같은 기관에 UV-C 광선을 비춘다. 감쇠율이 낮은 광섬유 케이블은 감쇠 전력 전송 손실이 최소화되기 때문에 동등한 방식으로 더 작은 LED 어레이나 다른 UV-C 광원을 더 낮은 전력으로 사용할 수 있다. 실제 테스트 결과 내시경에 일반적으로 사용되는 광섬유는 심자외선 투과가 불가능한 것으로 나타났다.

앞서 언급한 바와 같이, 선행 기술은 UV-C 모듈이 275nm의 UV 파장을 갖는 빛을 직접 적용하여 99.9%의 사멸률로 30초 만에 Covid-19의 조직 배양물을 제거하는 것으로 나타났다. 사용된 30초의 18mW는 약 600mJ의 에너지이다.

특수 저감쇠 광섬유 케이블을 내시경의 원래 광섬유로 교체하려면 기존 내시경을 전문적으로 취급하고 재조정해야 한다. 따라서, 다른 실시예에서 기존 내시경을 개조할 필요가 없다.

이 실시예에서, 이 장치는 특정 유형에 적합한 길이를 갖는 내시경 삽입 튜브(일반적으로 생검 도구의 삽입에 사용됨) 또는 생검/흡인 채널에 삽입하도록 구성된 별도의 낮은 UV-C 감쇠율 광섬유 케이블을 포함한다. 광섬유 케이블은 또한 UV-C 광투과성 말단부를 갖고, 다른 말단부는 백색광 LED에 공통으로 사용되는 "피그테일" 커넥터나 직접 연결되는 LED나 레이저(여기에서 총칭하여 LED라고 함)와 같은 UV-C 광원의 어레이에서 출력된 광학적으로 묶인 UV-C나 시준이나 집속 렌즈의 저감쇠 커필링과 결합된다. 이 경우, 특히 단일 고전력 LED가 결합된 경우, LED-섬유 커플링을 섬유의 조작핸들에 배치할 수 있다.

또는, 포커싱 렌즈를 사용하면 더 큰 직경의 광섬유 케이블, 레이저 빔, LED 또는 기타 시준된 빛의 출력이 빛이나 전력의 주요 손실 없이 초점 영역에서 더 작은 광섬유 케이블로 완전히 초점을 맞출 수 있다.

기존의 40mW UV-C LED가 생체내 병원체 치료에 충분한 전력을 제공하지만 75mW, 95mW 및 360mW의 고전력 LED가 본 발명을 위해 개발되었다. 기존의 저출력 UV-C 광원의 문제와 UV-C의 높은 감쇠는 인체로의 효과적인 병원체 사멸 투과를 위해 고전력 UV-C LED의 개발로 개선되었다.

한편, 높은 입력 전력을 받는 ( 다양한 방열 설비를 갖춘) 265nm LED 어레이(7-50개)는 감쇠에도 불구하고 치료부위당 몇초, 심지어 1시간 이내에 병원체를 치료하기에 충분한 총 출력을 제공한다. 백색 LED와 함께 사용되고 심지어 UV 적용에도 사용되는 LED 어레이는 일반적으로 LED들을 간격을 두고 배치한 것으로, 각각의 출력이 개별 LED 전력 출력 이상으로 집중된 전력 없이 광원내에 있다. 이들은 효과적인 투과 UV-C 광에 완전히 부적합하다. 본 출원인의 동시출원들과 본 발명의 LED 어레이는 강화된 병원체 사멸 광선으로 다중 전력 출력을 제공하도록 투과성 출력들을 결합하도록 배열된다. 또한 이 결합은 단일 LED의 치수보다 작은 소직경 광섬유들에 완전히 도입할 수 있도록 최소 치수의 집중된 출력을 제공한다.

동시 계류 중인 특허출원에 설명된 바와 같이, 이 어레이의 출력 전력은 약 50mm 이내의 방출 거리에서 몇초 안에, 이상적으로는 1초내에 살균하기에 충분한 265nm 범위(260-270nm)에 있다. 제2 실시예의 광섬유 케이블은 하나의 구간 또는 광학적으로 결합된 여러 구간들로 이루어질 수 있다. 제1 실시예에서, 내시경 광섬유 케이블은 광원에서 뻗는 커넥터 광섬유 케이블에 광학적으로 결합된다. 제2 실시예에서, 기다란 광섬유 케이블에 커넥터 구간과 삽입구간이 있거나 구간들이 결합된 것일 수 있다.

UV-C 광원에서, 개별 LED의 출력은 시준 렌즈로 시준되어 UV-C 광손실 없이 또는 최소의 손실로 광섬유 케이블의 결합 단부에 집중된다. 한편, 각각의 LED가 LED 결합 피그테일 커넥터에 의해 또는 빛을 방출하는 LED 다이에 직접 맞댄 짧은 광섬유 케이블을 통해 짧은(예, 약 7인치) 저감쇠 광섬유 케이블과 직접 결합될 수도 있다. 후자의 경우, 섬유는 고정된 맞대기 연결로 LED의 관통 보호커버 안으로 뻗는다. LED 연결된 광섬유들의 타단부들은 하나의 코드로 모여 기다란 광섬유 케이블에 (집속렌즈나 직접 맞대기로) 직접적인 광학연결이 되고, 기다란 광섬유 케이블은 교환된 내시경 케이블이나 내시경 삽입 케이블일 수 있다.

다른 실시예에서, 광섬유 케이블의 단부가 광원 또는 광원의 상부에 있는 렌즈와 직접 "맞대기 결합"된다. 이것은 가장 직접적인 연결 방식이지만 제대로 하기도 가장 어렵다. 이런 유형의 광학 연결은 심자외선에는 사용되지 않고 일반적으로 가시광에만 사용되었다고 알려져있다.

맞대기결합은 렌즈와 같은 고체를 통한 투과로 인해 발생하는 손실에는 민감하지 않지만 UV 집광과 투과를 최대화하려면 여러 기준을 따라야 한다. 광섬유 크기가 LED 다이와 같은 광원을 완전히 덮지 않으면, 광학적으로 덮이지 않은 영역에서 상당한 빛이 손실된다. 광섬유의 직경을 늘리는 것은 UV광 흡수율을 높이는데 효과적이지만 케이블의 더작은 직경의 광섬유로 빛을 전달하는데 문제가 있다. 초점렌즈와 테이퍼 섬유구간에서 투과광과 전력의 주요 손실이 일어난다. UV 광원의 전력 증가는 일반적으로 광원의 치수 증가와 광섬유 케이블 직경의 증가 및 작동 광섬유 직경에 따른 다운포커싱으로 인한 손실 증가를 초래한다.

광섬유가 UV 광원을 완전히 덮기에 부족하면 정렬 문제가 생기고, 작은 정렬 편차가 있어도 투과 UV광이 전부는 아니라도 대부분 손실된다. SMA 커넥터와 광섬유 단부 페룰과 같은 장치는 정렬 문제를 줄이거나 최소화하는데 유용하다.

단일 코어 섬유와 달리 모든 유형의 UV광투과 섬유다발은 섬유들 사이의 간격에서 빛이 손실되는 문제를 보인다. 단일 코어 섬유는 적절한 치료배치와 관련되어 유연성 문제를 보인다. 섬유 다발의 단부들만 (유각 끼워맞춤 등의) 융합해 광흡수 위치에서 짧은 거리에서 섬유간격을 최소화하고 나머지 부분은 유연한 섬유다발로 유지할 수 있음이 밝혀졌다.

내시경 캐리어:

유연한 내시경은 폐의 기관지와 같은 기관의 통로에 삽입될 수 있는 삽입관부를 가지며, 일반적으로 직경이 약 5mm 정도이다. 다른 내시경의 삽입관 구간들의 직경은 사용하는 장기 크기의 매개변수에 좌우된다. 긴 광섬유 케이블은 기기 채널("생검 채널")과 삽입 튜브에 삽입되고, 그 정도는 말단 팁과 그 너머까지이다.

내시경에는 공기/물 노즐, 워터 제트, 백색 조명, 관찰 통로(CCD 장치) 및 생검 채널과 같은 다양한 통로가 있다. 내시경의 다양한 통로에는 고정요소나 고정된 단부캡이 있지만, 생검 채널이나 기구 삽입 채널은 반드시 생검도구와 같은 기구를 삽입하기 위해 중공이어야 하고, 생검 도구는 샘플 검색을 위해 뺄 수 있어야 하고, 이를 통해 내시경 단부에서 생검도구를 연장할 수 있다. 바인딩 없이 삽입과 제거할 수 있으면서 기계적 작동 도구를 수용할 수 있도록, "생검 채널"은 내시경의 모델 및 유형에 따라 직경이 약 2.2mm 내지 3.7mm 정도로 비교적 크다.

이 실시예에 따르면, 비교적 긴 UV-C 투과, 저감쇠 광섬유 케이블은 그 직경이 피복을 포함해 생검 채널의 직경보다 작아 생검 채널에 삽입될 수 있다. 내시경에 대한 실시예에서, 광섬유 케이블의 길이는 2m 정도이고, 1m는 UV-C 광원과 내시경 사이로 뻗으며, 나머지는 내부 감염부 치료시 생검 채널 안에 위치한다. 생검 도구와 마찬가지로 광섬유는 내시경의 단부에서 확장되어 뻗어나갈 수 있고 광섬유 케이블의 직경이 1~2 mm 정도로 작아 5mm 직경의 내시경보다 더 작은 기관 통로에 접근할 수 있다. 이런 확장의 제어는 생검 샘플을 취하는데 사용되는 비슷한 플런저 메커니즘의 영향을 받는다.

길이 1.0m, 직경 0.4-0.6mm의 저감쇠 UV-C 투과 광섬유 케이블(내시경 생검 채널에 사용하기에 적합)은 양단부에 피복과 광커넥터가 있고 "피그테일" 커넥터로 UV-C 광원에 저감쇠율 결합되고 내시경의 생검 채널에 삽입된다. LED의 다이에 광섬유 단부를 맞대기결합하면 전술한 렌즈와 마찬가지로 다른 타입의 광학연결이 된다. 움직임 제어는 내시경의 제어로서, 광섬유 케이블을 말단부 너머로 출입시키는 것을 제어하고 광섬유 케이블의 말단부에서 광학 바늘의 주변을 제어하는 것이다.

다른 실시예에서, 검이경으로 알려진 일반적인 휴대용 기기는 쉽게 접근할 수 있는 부분의 치료에 사용하기 위해 저감쇠율의 짧은 광섬유 케이블을 갖춘 백색 LED 대신에나 이와 함께 UV-C LED를 갖도록 개조되었다. 귀, 코, 인후 및 생식기(예: HPV 치료용)의 생체 부위로 UV-C광 적용을 위한 섬유 케이블을 운반하는 검이경을 사용한다. 중이염 치료와 같은 분야의 경우, 중이로 이어지는 유스타키오관으로 넣기 위한 신축 광섬유 케이블 연장부가 검이경에 있다.

삽입 경로가 하나인 실시예에서, 삽입만 필요한 경우, "내시경"이 (생리학적으로 허용될만큼) 단단할 수 있고, 본 명세서에서 사용되는 "내시경"은 생체내 UV-C 광 도입장치로 감염부를 보는 기능과 보지 못하는 기능을 모두 갖는다. 보지 못하는 기능의 경우, 백색광이 불필요하다.

광섬유 케이블이 연장가능한 경우, 광섬유 케이블의 단부의 피복은 UV-C 광 투과되게 하고 대응하는 섬유단부들은 측면으로 광을 방출하도록 처리하여, 케이블을 연장시키면 UV-C 빛이 랜턴처럼 360도로 확장되어 폐와 같은 기관의 병원체 부위에 UV-C 빛을 더 충돌시킬 수 있다.

생검 채널내의 광섬유 케이블의 단부는 위치멈춤쇠와 외부 칼라 등의 수단으로 위치지정할 수 있다. 내시경 장치에 따라 치수 매개변수가 다른 광섬유 케이블이 필요하며 케이블 크기도 조정된다.

단일 길이의 광섬유 케이블 또는 광섬유 케이블의 전체 맞대기한 길이도 UV-C 광 감쇠의 영향을 최소화하는 역할을 한다. 따라서 LED당 전력 출력이 40mW인 UV-C 265nm LED의 5x5 어레이(25개 LED)는 총 1와트의 출력 전력을 제공한다(공칭 감쇠 전력량 제외). 유사하게, LED의 7x7 어레이(49개 LED)는 약 2와트 또는 공칭 출력 전력을 제공한다. 제곱센티미터당 약 200mW의 출력 전력(초당 200mJ/㎠의 에너지)으로 말 그대로 1초 안에 바이러스와 세균의 병원체를 비활성화 또는 파괴하므로 효과적으로 감소된 전력에 의한 병원체 파괴가 보장된다. 이 전력 수준에서 1초 미만의 병원균 제거는 병원균 감염부 주변의 저항력이 있고 자가 치유되는 건강한 세포와 조직에 해를 주는 시간보다 짧은 시간에 효과적인 치료를 제공한다. 이런 짧은 노출 시간은 또한 합리적으로 짧은 치료 세션에서 여러 감염부의 치료를 용이하게 한다. 다른 전력 레벨을 가진 LED는 어레이와 그에 수반되는 연결 및 광학 커플링 복잡성의 필요성을 줄이거나 아예 없애준다.

광섬유 케이블과 치료부위 사이의 거리가 더 가까운 검이경 타입 장치는, 3x3(9개 LED) 또는 2x2(4개 LED) 어레이가 효과적이며 적절한 배터리 전원으로 더 적은 전력을 요한다.

본 명세서의 모든 실시예에 대해, LED의 수는 어레이내의 갯수이지만, 항상 그런 것은 아니다. 또, 고려대상은 실제 LED 수가 아닌 출력 전력이다. 단일 고전력 LED는 단순하고 빛의 수집투과와 수리가 쉽기 때문에 선호된다.

최적화된 DNA/RNA 파괴 265nm LED의 출력전력을 높이면, 내성 큰 암세포를 제거하기 위해 표적으로 할 수 있다. 암 부위의 조직벽과 같이 외과적 치료가 불가능한 부위를 UV-C 광선으로 조직벽에서 종양을 외과적으로 절제하여 잔존 암세포를 죽이거나 복구를 방해할 수 있다. 또, 제2 실시예의 내시경에서 연장된 광섬유 케이블의 "랜턴" 섹션은 실제로 암 부위 바로 위에 접촉하여 매우 표적화된 방식으로 암세포 파괴를 최대화할 수 있다.

암 조직으로의 UV-C 광 침투를 더욱 높이기 위해, 토글 회전 구조의 UV광 전도성 섬유 바늘 어레이에 "랜턴" 구간을 통합할 수 있다(이 구조를 2.2~3.7 mm 생검 채널에 삽입한 다음 내시경 단부에서 "랜턴" 구간을 제거한 후 케이블에 수직으로 확장). 한편, "랜턴 구간" 둘레에 바늘들을 두어, 양쪽 실시예에서 이들 바늘이 암 부위의 더 깊은 부분을 연속적으로 관통하여 치료하도록 할 수도 있다. 케이블을 삽입하는 동안 생검 채널 벽에 침투하지 못하도록, 바늘은 적절한 위치에서 신축한다. 간단한 푸시/풀 메커니즘으로 바늘을 적절하게 평평하게 하거나 연장할 수 있다. "바늘"이란 일반적으로 분산 섬유 단부의 전체 모양을 말한다. 바늘의 단부는 필요할 때 외에는 조직이나 장기를 뚫을 정도로 날카롭지 않아야 하지만, 중공 접근할 수 없는 영역의 생검검사에 사용되는 E-BUS와 비슷한 타입의 흡인 바늘(직경 약 1mm 중공)은 종양내에 살균 UV광을 직접 밀접하게 적용하기 위한 소직경의 UV 운반 섬유의 스티어링 캐리어로 사용할 수 있다. 다중 침투는 치료 과정에서 외과적 수술로 접근할 수 없는 악성 종양을 상당히 비활성화할 수 있다. 접근이 매우 제한된 뇌종양도 최소 크기의 UV 운반 섬유로 효과적으로 치료할 수 있다.

암세포 침투를 더욱 용이하게 하기 위해 고전력 UV-A광 LED가 LED 어레이에 통합되고, UV-C 적용 후에 작동하여 죽은 암세포층을 제거할 수 있다. 내시경에서 물 분사와 흡입을 사용하여 죽은 암세포를 더 쉽게 제거할 수 있다. 내시경의 백색광은 치료부위를 비추는데 사용된다. 한편, 백색광 LED를 LED 어레이에 통합하고, 다채널 섬유를 따라 백색광을 투과할 수도 있다. 이것은 단단한 내시경에 유용한데, 이런내시경은 본질적으로 조명채널이 하나이다.

UV-C 치료가 부위별로나 연속적인 절차작업으로 완료되면, 광섬유 케이블을 제거하고 정상작동을 위해 생검 도구를 생검 채널에 삽입할 수 있다. 광투과율을 높이기 위해 섬유나 렌즈에 AR 코팅과 같은 후처리를 할 수 있다.

다음은 다른 실시예의 섬유 어셈블리들의 테이블인데, 예를 든 것일 뿐이고, 구조와 구성요소들이 다른 기타 어셈블리도 가능하다.

어셈블리 테이블

섬유 어셈블리 1:

* LED는 직경 1mm나 2mm의 광섬유에 맞대기 결합되고 500㎛까지 테이퍼된다. 테이퍼는 외부 500㎛나 600㎛ 섬유에 추가로 결합되며 섬유의 말단부에서 단부치료한다.

섬유 어셈블리 2:

* LED는 다이/LED 크기와 일치하는 직경의 섬유(단일 코어나 다발)에 맞대기 결합되고 더 좁은 지점, 이상적으로는 500㎛까지 테이퍼된다. 테이퍼는 외부 500㎛나 600㎛ 광섬유에 추가로 결합되며 섬유의 말단부에서 단부치료한다.

섬유 어셈블리 3:

* LED는 융합 코어 섬유다발에 맞대기 결합된다.

o 이를 통해 굽힘반경 1cm인 섬유다발 두께를 얻을 수 있다.

o 융합 코어 섬유다발의 다른 이점은 결합 중단이 없는 단일 광섬유가 가능한데 있다.

o 다발내 많은 섬유로 인해 광흡수를 더 할 수 있어, 섬유를 통한 전력 출력을 높일 수 있다.

o 섬유의 말단부에 단부치료를 할 수 있다.

섬유 어셈블리 4:

* 단일 길이(단일 코어 또는 번들) 600㎛ 광섬유 케이블은 LED에 맞대기 결합되며 광섬유의 말단부에서 단부치료를 할 수 있다.

섬유 어셈블리 5:

* LED는 TIR과 같은 광학렌즈를 사용하여 광섬유에 결합되고 500㎛ 테이퍼에 추가로 초점을 맞춘 다음 500㎛나 600㎛ 외부 광섬유에 결합되며 광섬유의 말단부에 최종치료를 할 수 있다.

섬유 어셈블리 6:

* LED는 TIR과 같은 광학 렌즈를 사용하여 광섬유에 결합되고 500㎛나 600㎛ 외부 광섬유에 추가로 집속되고 결합되며, 외부 광섬유의 근단부에는 500㎛의 더 좁은 지점으로 광선을 가져오는 집속렌즈가 있다. 섬유의 말단부에서 단부치료를 할 수 있다.

섬유 어셈블리 7:

* LED는 비구면렌즈와 집속 500㎛ - 800㎛와 같은 광학 렌즈를 사용하여 광섬유에 결합되고 외부 광섬유에 추가로 결합되며 외부 광섬유의 근위 말단에는 초점 렌즈가 포함되어 광선을 500㎛의 더 좁은 지점으로 가져옵니다. 섬유의 말단부에서 단부치룔르 할 수 있다.

섬유 어셈블리 8:

* 광섬유에 결합된 LED는 LED를 덮는 30° 렌즈와 한 쌍의 비구면렌즈와 같은 초점 거리에서 보조 광학 TIR 렌즈를 사용하여 빛을 시준하고 600㎛의 단일 외부 광섬유 케이블로 집중시키며, 있다. 섬유의 말단부에서 단부치료를 할 수 있다.

섬유 어셈블리 9:

* 500㎛나 600㎛ 광섬유는 레이저나 코히어런트 LED(레이저와 유사한 초점 품질을 가진 LED)에 직접 연결되며 광섬유의 말단부에 최종 치료를 할 수 있다.

섬유 어셈블리체 10:

* LED는 엇축 포물선이나 타원 거울과 같은 거울을 사용하여 소직경 섬유에 초점을 맞춘다.

섬유 어셈블리체 11:

* 광섬유에 30° 또는 광섬유 허용 각도의 4-in-1 렌즈(대형 LED 크기용)와 같은 광학 렌즈를 사용하여 광섬유에 결합되고, 맞대기결합이나 적절한 초점 거리의 렌즈로 섬유에 융합된다. 섬유는 적용할 때마다 빔 직경을 허용 크기로 하도록 추가로 테이퍼지거나 광학 커플링을 더 포함할 수 있다.

o 4-in-l 렌즈를 사용하면 각 다이에서 방출되는 개별 빔을 단일 빔으로 시준할 수 있다.

o 이렇게 하면 광섬유로 들어오는 빛이 대부분 손상되지 않고 빠져나가, 허용할 수 없는 각도로 섬유 벽에 충돌한다.

섬유 어셈블리체 12:

* 광섬유에 30도 각도 또는 광섬유 허용 각도와 같은 광학 렌즈를 사용하여 광섬유에 결합하고 맞대기결합이나 적절한 초점 길이 렌즈나 일련의 렌즈를 사용하여 광섬유에 초점을 맞춥니다. 빔 직경을 허용 직경크기에 맞도록 추가로 테이퍼하거나 광학결합을 더 할 수 있다.

o 이것은 광섬유로 들어오는 빛이 허용할 수 없는 각도로 광섬유 벽에 충돌하는 것을 피하면서 대부분 손상되지 않은 상태로 나갈 수 있다.

섬유 어셈블리체 13:

* 광섬유나 다중 광섬유 결합 어셈블리의 광섬유 단부 부분에 LED를 각각 결합한다. 결합 방법은 맞대기결합, 렌즈 또는 기타 광학 어셈블리를 사용할 수 있다. 이런 어셈블리의 출력은 분할 피그테일 광섬유 결합기/분배기 어셈블리를 포함하는 방법을 사용하여 단일 광섬유로 결합하도록 구성되어 LED의 전력이 단일 LED의 전력보다 더 크다.

도 1은 나선형 지지 결합의 파괴와 함께 DNA에 대한 UV광의 영향을 보여준다.
도 2는 UV광 aa의 살균 효과를 광 파장의 함수로 나타내는 그래프이다.
mJ/㎠ ^로 측정된 전력율에서 UV-C 전력량의 함수로서 박테리아 및 각질형성세포의 생존율을 나타내는 그래프 이고;
도 4는 내부 삽입 단부와 외부 내시경 연결 단부를 보여주는 라벨이 붙은 부분을 가진 종래 기술의 내시경 내시경을 도시한다.
도 5는 광원으로의 나가는 전기적 연결과 광원으로부터 들어오는 빛을 위한 광섬유 광가이드를 갖는 종래 기술의 내시경 연결 단부를 도시한다.
도 6은 내시경을 위한 종래 기술의 확장된 다중 레벨 광원 및 컨트롤러를 도시한다.
도 7은 생검 밸브에 의해 접근되는 생검/흡인 채널을 갖는 내시경의 우측 단면도이다.
도 8 및 도 8a는 도 7의 내시경의 단부 및 측단면도이다.
도 9는 검이경의 측단면도이다.
도 10은 도 9의 검이경의 삽입부의 확대도이다.
도 11은 공기가 채워진 포물선형 미러 광 콜리메이터를 갖는 액체 광에 광학적으로 결합된 구조 실시예의 집광을 갖는 UV 방출 LED의 개략도이다.
도 11a는 액체로 채워진 포물면거울이 있는 도 11의 개략도이다.
도 12는 도 11 또는 11a의 UV광 수집 구조 및 다양한 치수의 투과 섬유를 사용하는 UV광 수집, 투과 및 방출 구조의 실시예의 개략도이다.
도 13은 결합된 광 콜리메이팅 및 포커싱 요소를 갖는 TIR(전체 내부(조명) 반사) 렌즈의 사시도이다.
도 14는 방출된 광의 초점을 갖는 도 16의 TIR 렌즈에 결합된 LED를 개략적으로 도시한다.
도 15는 TIR 렌즈에 의한 광파의 시준 및 시준된 광의 광섬유 케이블로의 집속 방향을 개략적으로 도시한다.
도 16은 다양한 치수의 투과 섬유를 갖는 TIR 렌즈를 갖는 도 15의 UV광 수집 구조를 사용하는 UV광 수집, 투과 및 방출 구조의 실시예의 개략도이다.
도 17은 도 16의 TIR 렌즈 대신에 콜리메이터 및 집속 요소로서 프레넬 렌즈를 갖는 포물선형 미러의 UV광 수집 구조를 사용하는 UV광 수집, 투과 및 방출 구조의 실시예의 개략도이다.
도 18은 광을 시준하고 광섬유로 집속시키는 고굴절률 구면렌즈를 도시한다.
도 19는 생검 채널에 삽입된 기다란 UV광 투과 광섬유 케이블을 보여준다. 광섬유 케이블은 생검/흡인 채널의 내부 벽으로 방사형 UV 소독 광 투과를 허용하기 위해 말단부에서 피복 섹션이 제거되어 있다., 철수 또는 삽입 운동 중;
도 20은 철수 또는 삽입 운동 중에 원추형 충돌로서 생검/흡인 채널의 내부 벽에 원위부로 투과되는 UV 살균 광과 완전한 피복이 있는 UV광 투과 광섬유 케이블을 도시한 도면.
도 21 및 22는 도 19 및 20의 UV 투과 광섬유 케이블이 있는 수도관(약 4인치 ID)의 횡단면도로서, 도 19 및 20에 의해 생성되었을 수 있는 곰팡이, 곰팡이, 균류 성장 및 병원균으로부터 수도관을 소독한다. 더 긴 체류 시간이 필요하거나 의료 등급 소독보다 짧은 충돌 거리가 필요하다.
도 23은 수도관의 내벽에 더 근접한 전력 UV LED 조명 어레이를 갖는 확장된 말단부를 갖는 전기 투과 케이블을 도시한다.
도 24는 광섬유가 더 작은 기관지로 확장되어 있는 폐의 주 기관지 분지에 삽입된 내시경의 끝을 보여준다.
도 25는 병원체의 UV 비활성화로 인한 DNA 단편을 도시한다.
도 26은 30도 렌즈가 있는 40mW UV 265nm LED 및 관련 속성 차트를 보여준다.
도 27; 28; 및 29; 75, 95 및 360mW의 265nm UV 방출 LED를 각각 의 방사 패턴과 함께 여기의 방법 및 장치에 대해 표시한다.
도 30 및 30A는 UV광 흐름의 방향에 따라 D1에서 D2로 및 D2에서 D1으로 광 투과 변환을 갖는 UV광 전달 섬유의 테이퍼 구간의 횡단면 및 입체도를 보여준다.
도 31은 육각형 상호 끼워맞춤 형상을 갖는 퓨즈 코어 번들을 도시한다.
도 32a 및 32b는 각각 371000㎛ 코어 섬유다발 및 단일 코어 섬유를 도시한 도면.
도 33A 및 33B는 양 단부에 정렬 페룰을 갖는 도 32A 및 32B의 섬유 다발의 측면도이다.
도 34는 정렬 지그에 고정된 단부 페룰을 갖는 LED에 대한 섬유다발의 맞대기 결합을 도시한다.
도 35는 상이한 직경의 섬유들 사이의 전이를 수행하기 위해 LED 및 섬유 테이퍼 요소에 대한 맞대기결합 연결을 사용하는 UV광 수집 및 전송 시스템이다.
도 36은 xy 평면 조정이 가능한 정렬 지그에 고정된 단부 페룰을 갖는 LED에 대한 섬유 다발의 맞대기 결합을 도시한다.
1mm 광섬유에 연결된 75mW 265nm LED 버트 의 가상 시뮬레이션 출력입니다.
75mW LED 에 연결된 2mm 섬유다발 버트의 효율성을 보여준다.
도 39는 도 35 및 36의 LED의 방사 패턴을 도시한다.
도 40은 350nm에서 Thor PM320E 복사계를 위한 ThorLabs S142C 적분구 센서의 감도 그래프이다.
도 41은 SMA 커넥터가 있는 LED에 연결된 광섬유다발 버트를 보여준다.
도 41AD는 각각 단일 코어, 3개의 섬유, 7개의 섬유 및 19개의 섬유를 갖는 도 41의 섬유 다발의 구성을 도시한다.
도 42는 종양 내로 삽입되고 UV 투과 섬유를 함유하는 EBUS 가이드 흡인 바늘을 도시하고;
도 43은 30도 렌즈가 있는 LED에서 집중된 스폿 출력이 있는 한 쌍의 비구면렌즈로 출력되는 UV광을 보여준다.
도 44는 광섬유로의 도 43의 광 출력의 광선 추적을 보여준다.
도 45는 도 43 및 44의 광의 치수 출력이다.
도 46은 핸들에 포함된 섬유 어셈블리 시스템을 갖는 연장된 광섬유 케이블을 갖는 조작 핸들을 도시한다.
도 47은 확장된 제어 핸들을 갖는 내시경의 생검 채널에 삽입 된 도 46의 섬유를 도시 한다.

도 1은 UV광으로 바이러스와 같은 병원체의 DNA(1)의 구조를 비활성화하고 푸는 방식을 개략적으로 보여준다. UV(3)는 DNA(및 RNA)의 나선형 구조를 유지하는 인-결합(2)를 끊어 효과적으로 파괴한다.

도 2는 다양한 파장에서의 UV광의 살균 효과를 나타내는 그래프로, 265nm 파장에서 최대 살균효과(4)를 보인다. 도 3은 Expert Rev Anti Infect Ther. 2012 Feb; 10(2): 185-195에서 가져온 것이다. Ultraviolet C irradiation: an alternative antimicrobial approach to localized infections? By Tianhong Dai,1,2 Mark S Vrahas,3 Clinton K Murray,4 및 Michael R Hamblin은 피부세포에 대한 병원체의 킬과 영향에 대해 집락 생존율과 UV-C의 상대적 안전성에 대한 박테리아(6)와 각질세포(피부)(5)의 UV-C 투여 효과를 나타내는 그래프이다. 거의 모든 박테리아를 죽이는 10mJ/㎠에서 UV-C를 직접 조사해도 피부세포에 미치는 영향은 상대적으로 최소이다.

광투과 섬유들을 지지하고 본 발명에 사용되는 일반 기관지 내시경(7)은 살균이 어려운 것으로, 도 6의 (크세논이 일반적인) 광원박스(13)의 빛을 삽입튜브(10)를 통해 받으며 도 4 내지 8에 도시되어 있다. 도 5에 도시된 내시경 커넥터(15)는 내시경에 대한 광케이블 연결부(11)와 광원박스(13)에 대한 연결부(14)로 도 4에 도시된 내시경(7)에 부착된다. 광케이블 연결부를 UV광 전달에 이용하려면, 광케이블 연결부를 태양열 저항이 있는 낮은 UV 감쇠의 유연한 광섬유 케이블로 교체하고 전술한대로 광전달 시스템에 광학적으로 연결되어야 한다.

도 7은 물, 공기 채널(16,17), 생검/흡인 채널(12)이 달린 생검 삽입밸브(12a)를 보여주는 내시경(7)의 단면도이다. 생검/흡인 채널(12)은 초음파와 생검채취도구와 같은 다양한 기구들을 끼울 수 있도록 구성된다. 도 8, 8A는 생검채널(12) 출구, (UV광 분해에 내성이 없는 유연한 폴리머나 실리카인) 조명 섬유(25)를 통해 조명을 전달하기 위한 도광 렌즈, ccd 이미지를 취하기 위한 대물렌즈, 및 공기-물 분사채널(16,17)을 갖춘 (직경 5mm 정도의) 삽입튜브(7a)의 말단부(18)의 단부도이다.

도 10은 삽입 검이경(35)의 단면도, 도 10a는 삽입 검경(35)의 단면도이다. 환자의 코, 목 또는 귀에 삽입하기 위해 검경(35)을 통해 뻗는 섬유다발(31)에 LED(33)가 결합되고, LED는 검이경 핸들의 배터리(34)로 작동된다. 환자의 코 안에 있는 섬유의 연장부는 코 뒤쪽의 유스타키오관을 통해 내이로 들어가, 내이 감염의 UV 치료를 가능케 한다. 섬유 연장을 통해 목과 코 안의 감염부에 더 다가갈 수 있다.

도 11~12는 시준 포물면거울(42)(알루미늄)을 갖춘 UV 방출 LED(40)의 다이(40a)에서 액체 광가이드(41)로 빛을 시준하는 예를 보여준다. 도 11에서, 시준 포물면거울(42)은 공기로 채워지고 액체 광가이드(41)는 일단부가 막혀있다. 도 12의 액체 광가이드(41')는 일단부가 트여있고 타단부에는 포물면거울(42)이 있으며 액체 광가이드(41')와 같은 액체(43)가 들어있다. 두 실시예의 LED(40)는 포물면거울(42)의 홈(42a)에 끼워진다. 거의 모든 방출된 빛이 시준에 의해 모여 출력을 높인다.

도 13은 도 12의 내장된 UV LED(40)를 갖춘 UV광 생성전송 장치(200)의 실시예로, UV광을 비교적 큰 직경(6-8mm)의 액체 광가이드(41)로 방출하며, 액체 광가이드는 섬유커플러(44)를 통해 감쇠율은 낮고 크기는 비슷한(커플링손실이 최소인) UV 실리카 섬유구간(45)에 결합된다. UV 실리카 섬유구간(45)은 UV 감쇠율이 낮고 직경이 2mm 정도로 더 작은 기다란 섬유 케이블(47)에 결합된다. 이 섬유 케이블은 내시경의 위생이나 소독을 위해 또는 신체 기관내의 살균을 위해 내시경의 생검 채널에 끼워지는 크기를 갖는다. 섬유 케이블의 말단부에는 가까운 영역에 더 넓게 UV를 비추도록 확산처리 말단부(47A)가 있다. 섬유 케이블(47)은 섬유커플러(44)와 함께 액체 광가이드에 직접 결합될 수 있다. 또, 섬유 케이블(47)는 UV 저항구조의 기능으로 살균기능과 유연성 손실을 고려하여 분리하여 폐기될 수 있다. 섬유나 광가이드의 직경이 클수록 UV광 수집능력이 커지지만, 크기가 제한된 감염부위 근처에서 UV를 효과적으로 방출하려면 섬유의 직경이 작아야 한다. 사실, 적절한 광섬유 배치에 필요한 유연성을 고려해, 광섬유는 광섬유가 삽입되는 내시경과 일치하는 1cm의 곡률반경을 가질 수 있어야 한다. 600미크론(0.6mm) 이하의 섬유 다발은 이런 유연한 곡률을 제공하고, UV광과 전력의 추가 손실을 피하는데 이런 직경의 섬유 다발에 초점을 맞추는 것이 가장 좋다.

도 14는 도 11~13의 LED(40)와 같은 광각산란 광원의 빛을 직접 효율적으로 집광하기 위한 집속면(50b)을 갖춘 집속렌즈(50a)를 갖는 원추형 TIR 렌즈(50)를 도시한다. 도 15는 시준포커싱용 TIR 렌즈(52)를 통과한 빛(51)이 집속면(51b)을 통해 상대적으로 큰(8~12 mm) 섬유다발(53)로 들어가는 경로를 개략적으로 도시한다. 도 16은 정렬된 UV LED(40)를 갖는 TIR 렌즈(50)와, 빛(51)이 케이블 페룰(52)과 섬유 케이블(47)로 방출되는 것을 보여준다. 현재의 거의 모든 TIR 렌즈는 플라스틱이며 분해가능하고 UV광 굴절에 사용하기에 부적합하다. 따라서 비슷한 굴절 형태의 효과적인 TIR 렌즈는 UV광에 내성을 갖는 연마된 수정으로 구성된다.

도 16~17은 출력구조가 도 12와 유사하지만 TIR 렌즈(50)(도 16) 및 프레넬 렌즈(61)(도 17)가 섬유페룰(52)에 연결되어 LED 출력들을 모은 뒤 소구경 작동 섬유케이블 구간에 집속하는 것을 보여준다.

도 18은 LED(40)의 출력 UV광(71)을 섬유 케이블(47)에 모으고 시준하며 집속하기 위한 고굴절 구면렌즈(70)를 대안 렌즈구조로 보여준다.

도 19는 내시경의 소직경(2.2~3.7 mm) 생검/흡인 채널(12)의 멸균기능을 개략적으로 보여주는데, 이 부분은 내시경의 기능 때문에 고감염 영역이면서 접근이 어려운 치수(내경 2.2~3.7 mm, 길이 400~600 mm)이어서 소독하기 가장 어렵고 시간도 많이 드는 부분이다. 도 13, 17 및 18의 작동 섬유 케이블(47)은 생검/흡인 채널(12)(공기-물 채널과 비슷하되 내경이 작음)에 삽입되고, 편의상 이 채널(12)의 일부만 확대해 보여준다. 피복부(47B)가 제거된 확산처리 말단부(47A)로 인해 섬유 케이블(47)이 제거/삽입 방향으로 움직일 때 UV광이 인접 채널 벽(12)에 직접 충돌하여 채널 내부 원주변의 신속한 소독을 할 수 있다.

도 20은 작동 섬유 케이블(47)의 말단부에서 UV광이 방출되지만 피복(47b)이 있어 확산처리 말단부는 없는 생검/흡인 채널(12)의 살균기능을 보여준다. UV광은 생검/흡인 채널(12)의 내벽에 원추형으로 부딪친다.

도 21은 도 20과 비슷하게 UV 전달 섬유 케이블(47)이 위치한 것을 보여주지만, 확산처리 말단부가 없고, 섬유 케이블(47)이 살균을 위해 수도관(112) 안으로 삽입되면서 수도관의 내벽에 대해 각진 원뿔형태로 UV광을 방출한다. 수도관이 내시경 채널보다 커서 섬유 케이블(47)은 수도관 바닥 가까이 있고 수도관(112)의 상부보다 바닥을 향해 더 큰 살균력의 UV광을 방출한다. 적시의 이동 살균은 상부 살균율을 기초로 한다. 그러나 중력에 의해 병원성 감염부들이 수도관의 바닥을 향하게 하고 이동시간의 차이를 균일하게 하는 경향이 있다는 점에 유의해야 한다.

도 22는 확산처리 말단부(47A)를 갖춘 섬유 케이블(47)을 갖는 내시경의 생검/흡인 채널의 살균기능을 보여주는데, 여기서는 도 19처럼 UV광이 방사상으로 방출된다. 수도관 상하부 살균차를 고려하면 도 21의 살균과 비슷하다.

수도관은 생검/흡인 채널보다 훨씬 더 크기 때문에 UV 방출 LED들을 도 23과 같이 원통체(82) 안에 직접 배치해 최대 살균력으로 수도관(12)을 소독할 수 있으면서도 어떤 생물학적 피해 문제도 없다. 전력은 전기커넥터(81)를 통해 LED(40)로 전송되고 원통체(82)는 제어봉을 통해 수도관(112) 안을 움직이거나 코드(80)로 당겨진다.

도 24는 생검 채널(12)과 내시경 단부(8)로부터 폐(100)의 기관지(10) 안으로 섬유 케이블(47)이 뻗는 내시경(7)의 사용을 보여준다. 직경 1mm의 섬유 케이블(47)은 직경 1mm의 기관지 안으로 들어갈 수 있지만, 5mm 내시경(7)은 이곳에 위치할 수 없다. 이런 접근성으로, 비교적 적은 양의 UV 출력으로도 폐의 많은 부분(약 80%)에서 병원체를 효과적으로 죽일 수 있다. 직경이 1mm 미만인 세기관지는 입구에 있는 연장 섬유로부터 짧은 거리로 UV광을 받을 수 있다.

도 25는 UV광으로 병원체의 DNA가 풀려짐에 따라 표시되는 세포사멸과 괴사 성질을 갖는 DNA 단편의 유형을 보여준다.

도 26은 파장(401), 정규화된 출력 전력, 순방향 전류 대 순방향 전압(403), 납땜 조건 및 물리적/전기적 특성들(405)의 세부사항 및 방사패턴(400)과 함께, 30도 렌즈(420)로 265nm에서 40mW UV를 방출하는 LED(40)를 보여준다.

도 27~29는 75mW(75); 95mW(95) 및 360mW(360)의 방법 및 장치를 위해 만들어진 265nm UV 발광 LED를 각각의 방사 패턴(75',95',360')과 함께 보여준다. 약 27°의 허용 각도를 벗어나는 UV광은 전달되지 않고 모든 UV광 방출 패턴에서 빠진다. LED의 방출패턴이 중앙으로 집중됨에 따라, 도 26의 40mW LED(40)가 있는 30°렌즈처럼 방출각도를 줄이는 렌즈들은 전달을 위해 취할 수 있는 광량을 전달섬유의 흡수각 한계 밑으로 증가시킨다. 렌즈 사용으로 20% 정도 손실됨에도 불구하고, 전달할 수 있는 UV광은 증가한다.

도 30~33B는 UV광 투과 장치에 사용되는 광섬유의 구조와 구성을 보여준다.

도 30~30A는 UV광 방향에 따라 D1에서 D2로 및 D2에서 D1으로 광투과 변환을 하는 UV광 전달 섬유의 테이퍼 구간(120)의 단면도와 외부 모습들을 보여준다. 허용각을 넘는 테이퍼 구간(120a)에 부딪힌 빛은 없어지지만, 소직경부(120b)를 통해 허용각내에 있는 빛에서는 테이퍼 구간이 효과적이다. 테이퍼 구간은 큰 직경의 섬유나 섬유 케이블에 모인 빛을 소직경의 섬유나 섬유케이블로 보내 제한된 영역에서 방출하는데 사용된다. 그러나, 광손실은 상당할 수 있다.

도 31은 도 32의 틈새 간격으로 인한 광 손실을 간격을 줄여 약 30%로 최소화하는 섬유들의 말단부가 6각형인 융합 코어 섬유다발(48)을 갖는 섬유 케이블(47)을 도시한다. 짧은 구간들만 광 입력을 촉진하기 위해 융합된 코어가 필요하고 나머지 섬유다발은 필요한 유연성을 위해 융합되어서는 안된다.

도 32A는 피복(49)된 섬유다발의 전체 직경이 6000㎛인 37 1000㎛ 코어 섬유다발(48)의 단부도이고, 도 32B는 피복(49)된 같은 치수이면서 비교적 강성이 높지만 빛흡수울은 더 큰 단일 코어 섬유(48')의 단부도이다.

도 33A~B는 섬유 양단부에 정렬페룰(49)이 달린 섬유다발(48,48')을 갖는, 도 32A~B의 섬유 케이블(47)의 측면도이다.

도 34는 LED(40)의 다이(41)에 섬유 케이블(47)을 맞대기결합하는 것을 보여주는데, 여기서 정렬지그(49')에 단부 페룰(490)이 고정된다. 초기 최대 UV광을 LED에서 모으는데 정렬이 중요하다. 빛을 효율적으로 모으기 위해 섬유다발(48)은 LED 다이(41)를 완전히 덮는 직경이나 크기를 가져야 한다. 섬유다발에 도달하지 않는 빛은 모이지 않고 없어진다. 그러나, 섬유다발에 도달한 빛도 허용각을 넘으면 실제 전송에서 손실된다.

도 35는 직경 1800㎛의 섬유 케이블(47)의 융합된 섬유다발(48)을 통해 다이(41)의 LED(40)로부터 UV광을 받고, 이 빛은 직경 500㎛의 광빔에 대해 3.6 대 1 테이퍼를 이루는 테이퍼구간(120)을 통해 집속되어 페룰(49로 들어가고, 페룰은 직경 2mm나 1mm의 섬유 케이블(47)의 섬유다발(48)에 연결된다.

도 36은 조정핀을 통해 x-y 평면에서 정렬정밀도로 LED(40)에 페룰(49)이 달린 섬유케이블(47)을 정렬해 결합하기 위한 결합 지그(200)를 보여준다.

실시예

실시예 1:

도 4, 7과 마찬가지로, 도 28의 75mW 265nm LED를 Olympus BF40 내시경 내시경에 광커넥터를 통해 맞대기 결합하고 내시경 섬유를 통해 빛을 전달했다. 265nm 복사계로 측정한 내시경 말단부에서 나온 총 투과 UV광은 0.0000W였다. 동일한 LED 를 교정용으로 길이 1미터 직경 600㎛ 직경의 UV 감쇠 섬유에 맞대기 결합했다. 그 결과 약 14.4mW(0.014W)와트의 출력이 생겼다.

실시예 2:

도 37의 가상 시뮬레이션처럼, 75mW 265nm LED를 1mm 섬유에 맞대기 결합했는데, 이 섬유는 NA(감쇠율) 0.37, 절반의 허용각 21.5도, 결합효율 6.1%, UV 출력 전력 6.1529D-02 와트(0.0615W나 6.15mW)

실시예 3:

마찬가지로, 도 38은 UV 출력전력 1.3922E-01와트(13.9mW), 13.9%의 75mW LED에 결합된 2mm 광섬유다발의 효율을 보여준다.

실시예 2와 3에 설명된 절차와 도 37~39와 같이 광선추적 절차를 했다.

광선 추적은 비순차적 Zemax 시뮬레이션 소프트웨어로 수행되는 아래와 같은 방사 패턴의 시뮬레이션이다:

1. 도 39에서, 도면의 좌측에 수직으로 위치한 1.2mm x 1.2mm 정사각형의 가상 1와트 LED 다이에서 빛이 우측으로 방출한다.

2. 방출된 빛은 파장 265nm이고 다이 표면에 수직인 단일 방향으로부터 120°의 좌우 각도로 LED 상단 표면의 모든 지점에서 방출되고, 어떤 방향으로도 60° 이하의 각도를 이루는 모든 광선들을 추적하여, 다이 표면에서 10mm 떨어진 수직 구멍을 관통한 LED 창에서 0.25mm에 위치한 LED의 가상 구멍을 어떤 빛이 얼마나 통과하는지 알 수 있다.

3. 이 구멍은 광섬유의 표면을 나타내며 광섬유의 허용각 안에 있는 광선, 특히 수직선과 21.5° 이하의 각도를 이루는 광선만 통과하도록 설정된다.

4. 2천만개의 무작위 광선들이 나가기 시작하되, LED 다이 표면의 모든 지점 각각에서 특정 입도로, 그리고 수직에서 60°미만의 각도를 이루는 모든 방향의 모든 각도의 특정 입도로 나간다.

5. 통과하는 광선들은 가상 구멍의 각 증분 영역 내에서 합산된다. 1와트의 전력을 갖는 2천만개의 광선들을 기준으로 모든 증분 영역들의 합계는 다음을 나타낸다:

a. 가장 집중 광선수가 있는 영역은 제곱센티미터당 0.173와트의 피크 "단위 면적당 전력"을 갖는다;

LED와 섬유의 맞대기 결합 과정 - 분석, 시뮬레이션 및 측정:

매체를 통해 UV 빛을 전달하는 것, 이 경우에는 LED 소스에서 시작하여 광섬유 케이블로 빛을 전달하는 것이 LED의 다이와 광섬유의 결합으로 시작된다. 이를 위한 간단하고 직접적인 방법은 가장 좋거나 효율적인 것은 아니지만 "맞대기 결합"을 하는 것이다. 이 과정에서 광섬유의 근단부가 LED의 다이와 최대한 가깝게 되는데, 실제 접촉은 (어떤 경우에도 일반 보호용 덮개인) 다이의 무결성에 해롭기 때문이다. LED 빛은 일반적으로 120°~130°각도로 LED 내부의 다이요소에서 넓게 퍼지기 때문에, 빛이 퍼지기 전에 다이에 가깝게 결합하기 시작해 각도 확장을 가능한 작게 하는 것이 효율적이다. 결합부의 방출과 효율성은 아래 3가지 방식으로 평가하는데, 이들 방식은 서로 아주 일치한다:

1. 광선 추적 시뮬레이션 - 일반적으로 가능한 모든 방향으로 나오는 수백만 개의 광선들의 소스로 광원을 시뮬레이션하고 이 광선들을 추적해 시뮬레이션된 섬유 구멍에 광선들이 들어가는지 여부와 그 방법을 확인한다.

2. 공지의 LED와 섬유 구성의 실제 측정 - LED 다이는 다양한 크기(정사각형) 및 전력(방출)을 가지며 광섬유 케이블들은 다양한 코어 크기를 갖는다. 사용된 섬유는 짧고 사용된 UV광에 대한 감쇠율이 낮다. 원시 LED 출력과 LED에 연결된 섬유 출력은 "적분구" 타입의 복사계로 측정했고, 이는 제조업체에서 LED의 출력을 정하는 방법과 비슷하다. 이것은 가장 높은 값을 생성하지만 방향에 관계없이 모든 방사 출력을 고려한다. 이런 테스트에서 도출된 결론은 상대적 결합효율 백분율(100 x 출력전력/입력전력)에만 사용된다. 이런 복사계의 특수 UV 버전을 구하기 어렵기 때문에, 훨씬 덜 민감한 가시광 버전을 사용했는데, 이는 보고된 절대 전력에 관계없이 효율(비율이나 상대 계산)은 옳다고 보기 때문이다.

Thor PM320E 복사계용의 ThorLabs S142C 적분구 센서의 감도 그래프가 도 40이다. 350nm와 그 밑의 265nm에서 감도는 0.75/0.05 또는 15배 더 낮고, 전력 측정값들의 비율은 유효하다고 본다.

3. 맞대고 있는 광섬유 케이블 단부로 덮인 다이 면적의 비율과 그 면적을 기반으로 한 간단한 계산을 고려할 수 있다. 따라서, LED 다이 중의 2D 영역의 1/2만 덮는 섬유는 결합된 총 전력의 1/2이나 그 이상을 갖는데, 이는 덮인 중앙 부분의 복사강도가 같거나 더 크기 때문이다.

이제 LED와 케이블의 분석과 비교를 실시예 4 내지 10에서 설명한다:

실시예 4: 큰 구멍을 갖춘 1mm 섬유에 대한 1W 120° LED의 광선추적 시뮬레이션을 이용해 LED 출력전력/섬유 입력전력 결합효율 결정했다.

실시예 5: 큰 구멍을 갖춘 2mm 섬유에 대한 1W 120° LED의 광선추적 시뮬레이션을 이용해 LED 출력전력/섬유 입력전력 결합효율 결정했다.

실시예 6: 2가지 치수의 구멍들의 2000㎛, 3000㎛ 및 4000㎛ 섬유들을 측정했고, 전술한 것처럼 상대 효율(출력전력/입력전력의 비율)을 측정하기에 충분한 방법으로 UV-C LED에 맞대기 결합했다.

실시예 7: 가려지지 않은 빛으로 인한 추가 손실을 결정하기 위해 면적 덮음 비율을 이용해 1mm 섬유에 4mm x 4mm 맞대기결합된 360mW LED 다이를 분석했다.

실시예 8: 가려지지 않은 빛으로 인한 추가 손실을 결정하기 위해 면적 덮음 비율을 이용해 1mm 섬유에 3mm x 3mm 맞대기결합된 360mW LED 다이를 분석했다.

실시예 9: 가려지지 않은 빛으로 인한 추가 손실을 결정하기 위해 면적 덮음 비율을 이용해 1mm 섬유에 1.2mm x 1.2mm 맞대기결합된 360mW LED 다이를 분석했다.

실시예 10: 가려지지 않은 빛으로 인한 추가 손실을 결정하기 위해 면적 덮음 비율을 이용해 1mm 섬유에 1.38mm x 1.38mm 맞대기결합된 360mW LED 다이를 분석했다.

결과:

실시예 4 - 이 광선 추적은 6.15%의 1mm 섬유 결합에 대한 LED의 효율을 보였다(도 37).

실시예 5 - 이 광선 추적은 13.9%의 2mm 섬유 결합에 대한 LED의 효율을 보였다(도 38).

실시예 6 - 3000㎛ NA 0.28 케이블의 측정 효율은 23%였다.

4000㎛ NA 0.22 케이블의 측정 효율은 32%였다(최대직경 케이블).

2000㎛ NA 0.28 케이블의 측정 효율은 22%였다.

2000㎛ NA 0.22 케이블의 측정 효율은 24%였다.

적분구 복사계로 한 이런 측정에서, 값 22%는 LED에 맞대기 결합된 섬유를 통해 총 LED 조사량 중의 얼마나 들어오는지에 대한 지침으로 사용할 수 있다.

실시예 7 - 1mm 섬유에 4mm x 4mm 맞대기결합된 360mW LED 다이 면적비율 분석:

4mm 정사각형 다이의 면적은 16㎟이다. 반경이 0.5mm인 1mm 섬유의 면적은 PI*(0.5)2 = 0.785㎟이다. 이 면적은 16㎟ 4.91%이다. 22%의 4.91% = 1.1% 결합효율.

실시예 8 - 360mW의 1%는 3.89mW.

4mm 정사각형 LED 다이 위의 직경 1mm 원형 섬유의 상대적 크기.

실시예 9 - 1mm 섬유에 3mm x 3mm 맞대기결합된 360mW LED 다이 면적비 분석:

3mm 정사각형 다이의 면적은 9㎟.

반경 0.5mm의 1mm 섬유의 면적은 PI*(0.5)2 = 0.785㎟.

이 면적은 9㎟의 8.72%.

22%의 8.72% = 1.92% 결합효율.

360mW의 1.92%는 6.91mW.

3mm 정사각형 LED 다이 위의 직경 1mm 원형 섬유의 상대적 크기.

실시예 10 - 1mm 섬유에 1.2mm x 1.2mm 맞대기결합된 75mW LED 다이 면적비 분석:

1.2mm 정사각형 다이의 면적 1.44㎟.

반경 0.5mm인 1mm 코어 섬유의 면적은 PI*(0.5)2 = 0.785㎟.

이 면적은 1.44㎟의 54.5%.

22%의 54.5% = 12.0% 결합효율

75mW의 12.0%는 광섬유의 8.99mW 출력.

1.2mm 정사각형 LED 다이 위의 직경 1mm 원형 섬유의 상대적 크기.

위에서 인용한 IEEE 연구는 3cm 거리에서 단일 18mW 275nm LED를 사용해, 30초 안에 최대 600mJ의 에너지를 방출하여 Covid 바이러스를 99.9% 줄였다.

조사된 표면에서 3cm 거리에서 120°폭으로 방출된 빛은 반경 2.6cm(직경 5.2cm)의 원형 면적을 커버하므로, 조명 면적(πr²)이 21.2㎤이다.

75mW LED는 265nm에서 275nm 보다 약 25% 더 효율이 커서, 이 LED는 11.2mW를 공급한다고 보아야 한다. 3cm 거리에서 600mJ의 에너지는 600mJ/(11.2mJ/sec)=53.6초 시간이 걸리고 직경 5.2cm의 지점을 살균할 수 있다.

2/3배 가까운 2cm 간격에서, 시간은 (2/3)2, 0.44배 짧은 23.6초이며 직경 3.5cm 지점을 살균할 수 있다.

1/3배 가까운 1cm 거리에서, 시간은 (1/3)2, 0.109배 짧은 5.84초이며 직경 1.73cm의 지점을 살균할 수 있다.

1/15배 가까운 2mm 거리에서, 시간은 (1/15)2, 0.0044배 짧은 0.238초이며 직경 0.35cm(3.5mm) 지점을 살균할 수 있다.

실시예 11 - 1mm 섬유에 1.38mm x 1.38mm 맞대기결합된 90mW LED 다이의 면적비 분석:

1.38mm 정사각형 다이의 면적은 1.90㎟. 반경 0.5mm인 1mm 섬유의 면적은 PI*(0.5)2 = 0.785㎟. 이 면적은 1.90㎟의 41.3%. 22%의 41.3% = 9.10% 결합효율, 90mW의 9.10%는 8.12mW 출력. 1mm 정사각형 LED 다이 위의 직경 1mm 원형 섬유의 상대적 크기.

실시예 12 - 500㎛ 섬유에 1.2mm x 1.2mm 맞대기결합된 75mW LED 다이의 면적비 분석:

1.2mm 정사각형 다이의 면적은 1.44㎟. 반경 0.250mm의 500㎛ 코어 섬유의 면적 PI*(0.25)2 = 0.196㎟. 이 면적은 1.44㎟의 13.6%. 22%의 13.6% = 3.0%의 결합효율, 75mW의 3.0%는 광섬유의 2.25mW 출력.

1.2mm 정사각형 LED 다이 위의 직경 0.5mm 원형 섬유 코어의 상대적 크기. 75mW LED는 265nm에서 275nm 보다 약 25% 더 높은 효율을 가지며 이 LED는 2.81mW로 보아야 한다. 3cm 거리에서, 600mJ의 에너지는 600mJ/(2.81mJ/sec) = 213.5초가 걸리고 직경 5.2cm의 지점을 살균할 수 있다. 2/3배 가까운 2cm 거리에서, 시간은 (2/3)2, 0.44배 짧은 94.0초이며 직경 3.5cm 지점을 살균할 수 있다. 1/3배 짧은 1cm 거리에서 시간은 (1/3)2, 0.109배 짧은 40.6초이며 직경 1.73cm의 지점을 살균할 수 있다. 1/15배 가까운 2mm 거리에서 시간은 (1/15)2, 0.00444배 짧은 0.949초이고 직경 3.5mm 지점을 살균할 수 있다.

외경 1mm 살균 케이블을 사용해 직경 2mm, 길이 660mm의 생검 채널의 소독 계산:

IEEE 연구로, 3cm 거리에서 30초 동안 사용된 275nm, 120° 방출, 20mW LED는 Covid 19 Sars 바이러스 배양을 99.9 % 비활성화했다.

120° 확산광으로 3cm의 거리에서 21.2㎠의 원형 조사영역이 생긴다. 이 거리에서의 반경은 2.6cm. 면적, πr²은 2,123㎟.

(참고 - 괄호 안은 단위이며 전력 mW 는 mJ/sec와 동일)

에너지(mJ) = 강도(mW/㎠ 또는 mJ/sec/㎠) x (시간(초) x 면적(㎤))

I) IEEE 연구의 경우, 사용된 강도를 구하는데 아래를 풀고 사용:

강도 = 에너지/(시간 x 면적),

이 연구에서:

강도 = 600mJ/(30초 x 21.2㎠) = 0.94mW/㎠ 또는 약 1mW/㎠

IEEE 연구에서는 30초 동안 약 1mW/㎠를 사용했다.

II) 섬유를 통해 생검 채널로 들어간 본 발명의 UV광

직경 2mm 생검 채널의 내부 표면적을 아래와 같이 계산:

계산을 위해, 원통관 표면을 길이방향 점선을 따라 "절단"하고 캔의 라벨처럼 직사각형으로 평평하게 펼친다. 직사각형의 길이와 폭은 각각 아래와 같이 원통관의 길이와 원주이다. 직사각형의 길이는 660mm(26인치)이고 폭은 생검 채널 원주이다. 채널의 반경이 1mm이므로 원주(2πr)는 6.3mm이다. 따라서 직사각형 면적은 660x6.3 = 4,158㎟나 41.58㎠이다.

600㎛ 코어섬유 케이블에 맞대기 결합된 1.2mm 정사각형 75mW LED 이미터의 빛을 측정했더니 강도 14.4 mV/㎠였다. 265nm를 고려하면 275nm에 비해 25% 이점이 있으며 이는 효과적인 18.0mW/㎠이다.

연구에서 동일한 양의 Covid 19 바이러스가 생검 채널 내부에 있는 경우, 다음 계산에 의해 99.9% 감소에 0.8초가 걸린다.

에너지로 변환된 강도의 정의: (괄호 안의 단위)

에너지(mJ) = 강도(mJ/sec/㎠) x 시간(sec) x 면적(㎠)

시간을 구하면, 시간(초) = 에너지/(강도x면적)

구체적으로, 이 경우에는: 시간 = 600mJ/(18mW/㎠ x 41.58㎠) = 0.80초

이런 수준에서, 특히 비슷한 근거리에서 고전력 LED를 사용하면 악성 림프절을 죽이기에 충분한 UV-C 빛을 적절한 시간에 전달할 수 있다. 이런 림프절은 이미 발견되고 분류되며 반복적으로 찾게되는 것으로, 성숙한 EBUS(EndoBronchial UltraSound) 기술과 내경 1mm 흡인바늘에 삽입된 UV -C 전달 섬유 케이블을 이용하며, 이런 바늘들 자체는 내시경 생검 채널을 통해 삽입되고 초음파를 통해 악성 림프절 바로 내부의 UV-C 전달이 필요한 곳으로 정확하게 안내되며, 폐 기관지 안으로 접근한다.

정렬된 LED 다이(41)와의 맞대기결합을 위해 페룰(490; SMT)이 섬유케이블(47)을 붙들어 두는 다른 맞대기결합 어셈블리가 도 41에 도시되어 있다. 도 41A~D는 하나의 코어(48a), 3개의 섬유(48b), 7개의 섬유(48c) 및 19개 섬유(48d)를 갖는 섬유 케이블(47)을 보여준다. 섬유수가 더 많은 섬유케이블은 간극 간격이 더 작고 더 많은 빛을 흡수한다.

도 42는 정상적으로는 접근할 수 없는 신체 부위에도 집중적으로 암 치료가 가능한 것을 보여준다. 일반적으로 암 조직의 생검 샘플 채취에 EBUS 흡인 바늘(300)이 사용된다(EBUS는 폐 생검에 특징적이지만 비슷한 EUS 흡인 바늘은 신체의 다른 부분은 물론 췌장과 같이 정상적으로 접근할 수 없는 부위에도 사용할 수 있음). 흡인 바늘(300)은 일반적으로 외경 1mm, 내경 0.97mm 정도로 큰 손상 없이 생검추출에 이용된다. UV광 투과 광섬유(347)는 직경이 1mm 미만이고 도시된 바와 같이 흡인 바늘에 넣고 뺄 수 있다. 이런 구조에서, 광섬유(347)는 내시경으로도 정상적으로 접근할 수 없는 신체의 일부를 향해 움직여, 암 병변, 종양 및 조직 내에서 움직이면서, 암 부위내에서 UV광을 방출하여 암 내부에서 직접 암의 DNA 분해를 할 수 있다. 이로 인해, 안전성과 효능을 강화한채 암 부위만 향한 훨씬 덜 급진적인 방사선 치료를 한다. UV-C의 짧은 범위와 제한된 침투는 안전한 이용은 높이지만, 최대 효과를 위해서는 암 부위의 다른 부분으로 UV-C를 지속적으로 침투시키고 위치지정해야 한다.

도 43은 효좌적인 광섬유 어셈블리를 보여주는데, 여기서는 UV LED(500)이 도 26에 도시된 40mW LED의 30도 렌즈와 같은 렌즈와 함께 제공된다. 이 렌즈는 방출된 전체수용을 위한 허용각도 이하에서 UV광(512)을 비구면렌즈(501)로 향하게 일부 시준한다. 이 빛은 이어서 두번째의 열변 비구면렌즈(502)로 진행하고, 이 렌즈는 이 빛(512)을 약 500㎛의 매우 작은 스폿으로 모아 가요성 600㎛ 섬유로 보낸다.

시뮬레이션된 전송 계산에 의하면, LED에서 처음 방출된 빛의 75%가 방출되었다. 이것은 도 28의 95mW LED에서 75mW인 것으로 시뮬레이션되었고 도 29의 360mW LED에서 광섬유(503)로 약 270mW로 외삽되었다. 허용 각도로 들어가는 빛의 양은 최종 광투과 전력의 약 27~40mW의 빛의 10~12% 정도로 추정된다. 도 44는 섬유케이블(47)로 들어관 빛(512)의 광선 추적이 100%인 것을 보여준다. 그러나 광선의 일부는 섬유의 허용각을 벗어난다. 도 45는 섬유의 빛(512)의 작은 초점이 약 500㎛에 있음을 보여준다.

도 46은 섬유케이블(47)의 제어 핸들(600)을 보여준다. 도 47은 제어 핸들(600)을 이용해 생검 채널 밸브 입구(12A)를 통해 생검 채널(12)내로 내시경(7)으로 삽입된 섬유케이블(47)을 보여준다. 핸들의 푸시버튼(601)으로 내시경의 단부(8)에서의 케이블(47)의 연장을 제어하고 확산구간(47A)을 노출시키며, 이곳에서 UV를 방출한다(도 4, 8, 9 참조). 눈금(602)은 내시경 단부(8)에서의 섬유케이블의 연장 정도를 표시한다. LED UV 광원과 섬유케이블(47)의 연결부 모두 핸들(600) 안에 있다.

Claims (15)

1. a) RNA 및/또는 DNA 파괴로 병원체를 비활성화시키는 파장으로 UV광을 출력하고 출력전력이 2mW 이상인 레이저나 LED를 포함하는 UV 광원;
   b) UV 광원의 UV광을 전달할 수 있고 UV광에 대한 허용각을 가지며, 근단부와 말단부를 갖는 고체/액체 투과 매체;
   c) UV 광원과 투과 매체 사이에 위치하고, UV 광원의 UV광을 투과 매체의 허용각 내에서 투과 매체의 근단부로 향하게 하고, 이런 UV광을 투과 매체를 통해 전달시키기 위한 광학 인터페이스로서, 투과 매체의 허용각 내에서 UV 광원에서 방출된 UV 광의 방향에 대해 고정된 광학 정렬을 제공하는 광학 인터페이스; 및
   d) 말단부가 움직일 수 있는 투과 매체의 근단부와 UV 광원 사이에 고정된 상대적 간격과 위치를 유지하기 위한 지그 수단;을 포함하고,
   UV광 방향과 광학 정렬이 투과 매체의 말단부의 움직임에 의해 방해되지 않으며;
   상기 지그 수단은 i) 투과 매체의 근단부에 고정되어 맞물리는 홀딩요소, ii) UV 광원의 지지요소, 및 iii) UV 광원과 투과 매체의 근단부 사이의 위치고정 스페이서를 포함하고;
   투과 매체의 말단부가 병원체 가까이로 병원체를 향해 움직이면서 이 말단부에서 방출된 UV 광은 소정 주기내에 병원체의 RNA나 DNA를 유효하게 비활성화시키는 UV 전력 레벨에 있는 것을 특징으로 하는 원격 병원체 박멸장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 UV 광원이 발광 다이를 갖춘 적어도 하나의 UV LED를 포함하고, 상기 투과 매체는 낮은 UV 감쇠와 노출변색 내성의 광섬유 케이블을 포함하며, 광섬유 케이블은 적어도 하나의 구간으로 구성되고, 상기 광학 인터페이스는 UV 발광 다이와 광섬유 케이블 사이의 광학 연결을 설정하고, 이런 광학 연결은 광섬유 케이블과 발광 다이 사이의 직접 맞대기결합을 포함하며, 발광 다이에서 나온 빛을 모아 UV광 허용각 내에서 광섬유 케이블의 근단부를 향해 보내는 광 수집-시준용 렌즈 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 병원체 박멸장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 광섬유 케이블에서 방출되어 부근의 병원체를 향하는 UV광이 적어도 2mW/㎠의 수준인 것을 특징으로 하는 원격 병원체 박멸장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 광학 인터페이스가 UV광 수집수단을 갖고, UV광 수집수단은
   i) 광범위하게 산란되는 비간섭 광원 LED로부터 방출된 산란 UV광의 일부를 광섬유 케이블의 UV광 허용각 안으로 캡처하도록 하는 직경으로 수집 및 시준하고;
   ii) 시준된 빛의 직경과 동일한 직경의 광섬유 케이블의 근단부로 시준된 빛을 유도하며;
   iii) 원하는 크기의 소직경 투과 매체의 초점에 시준된 빛을 집속하고;
   iv) 병원체 비활성화를 위해 투과 매체에서 빛을 방출하는 것을 특징으로 하는 원격 병원체 박멸장치.
5. 제3항에 있어서, LED에서 방출된 UV광을 캡처해, LED에 광학적으로 연결된 UV 노출변색 내성 TIR 렌즈를 사용해 광 투과섬유의 근단부로 시준 및 집속하는 것을 특징으로 하는 원격 병원체 박멸장치.
6. 제1항에 따른 원격 병원체 박멸장치를 사용하여, UV광을 직접 조사할 수 없는 병원체에 감염되었거나 감염될 수 있는 병원체 감염부로부터 병원체를 소독하는 방법에 있어서:
   a) UV 광원에서 나온 UV광을 투과 매체의 근단부에서 허용각 이내로 수집하고, 수집된 UV광을 투과 매체의 가동 말단부에서 방출하도록 투과 매체에 UV광 수집수단을 제공하는 단계;
   b) 투과 매체의 말단부의 일부를 상기 병원체 감염부 안이나 그 부근에 삽입하되, 이 감염부의 병원체 대부분에 효과적으로 닿을 수 있는 정도까지 삽입할 수 있도록 말단부의 일부를 구성하는 단계;
   c) 소정의 시간내에 상기 말단부에서 소정의 간격에서 병원체 감염부를 소독하는 전력 강도의 UV광을 말단부에서 제공하는 단계; 및
   d) 투과 매체의 말단부를 병원체 감염부에 삽입하고 상기 전력 강도의 UV광을 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 적어도 하나의 다른 병원체 감염부까지 투과 매체의 말단부를 이동시키고 투과 매체를 통해 살균용 UV광을 전달하여, 말단부에서 소정 간격에서 병원체 감염부를 소독하는 시간 동안 이 감염부에 UV광을 충돌시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 병원체 감염부가 내시경의 기구 채널, 흡입 채널, 결합된 기구 및 흡입 채널, 물 채널 및 공기 채널 중의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제6항에 있어서, 병원체 감염부가 곰팡이, 진균 또는 곰팡이에 감염되었거나 감염될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 내시경과 같이 사용되는 병원체 박멸장치에 있어서:
    UV광을 전달할 수 있는 UV광 투과 매체에 광학적으로 결합된 UV 광원을 포함하고; 상기 투과 매체는 근단부와 말단부를 갖는데, 말단부는 움직일 수 있으면서 사람이나 동물의 몸체 안에서 도구 삽입 채널이 있는 내시경에 의해 병원체 감염부를 향해 조향되고; 상기 투과 매체는 도구 삽입 채널 안으로 삽입되어 움직일 수 있어, 말단부에서 나온 UV광을 병원체 감염부로 조준해 병원체를 박멸할 수 있으며; 상기 투과 매체가 삽입 채널 안에서 신축하면서 말단부의 방출 UV광을 감염부에 더 가깝게 조명할 수 있고;
    상기 장치가,
    a) RNA 및/또는 DNA 파괴로 병원체를 비활성화시키는 파장으로 UV광을 출력하는 UV 광원;
    b) 상기 파장에서 UV광에 대한 허용각을 갖는 고체/액체 투과 매체;
    c) UV 광원과 투과 매체의 근단부 사이에 위치하여, UV 광원의 UV광을 투과 매체의 허용각 내에서 투과 매체의 근단부로 향하게 하고, 이런 UV광을 투과 매체를 통해 전달시키기 위한 광학 인터페이스로서, 투과 매체의 허용각 내에서 UV 광원에서 방출된 UV 광의 방향에 대해 고정된 광학 정렬을 제공하는 광학 인터페이스; 및
    d) 투과 매체의 근단부와 UV 광원 사이에 고정된 상대적 간격과 위치를 유지하기 위한 지그 수단;을 포함하고,
    UV광 방향과 광학 정렬이 도구 삽입 채널 내부에서 투과 매체의 말단부의 움직임에 의해 방해되지 않으며;
    상기 지그 수단은 i) 투과 매체의 근단부에 고정되어 맞물리는 홀딩요소, ii) UV 광원의 지지요소, 및 iii) UV 광원과 투과 매체의 근단부 사이의 위치고정 스페이서를 포함하고;
    투과 매체의 말단부가 병원체 가까이로 병원체를 향해 움직이면서 이 말단부에서 방출된 UV 광은 소정 주기내에 병원체의 RNA나 DNA를 유효하게 비활성화시키는 UV 전력 레벨에 있는 것을 특징으로 하는 원격 병원체 박멸장치.
11. 제10항에 있어서, UV광을 방출하는 상기 광원이 발광 다이를 갖춘 UV LED와 UV 발광 레이저 중의 적어도 하나를 포함하고, 상기 투과 매체가 저감쇠율 노출변색 내성 광섬유 케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 병원체 박멸장치.
12. 제11항에 있어서, 내부가 빈 흡인 바늘에 의해 인간이나 동물내에서 암 감염부로 조종되도록 구성되고, 상기 광섬유 케이블은 상기 바늘의 공간에 삽입되어 움직이는 크기를 가져, 암 감염부의 암세포의 비활성화를 위해 암 감염부내로 UV광을 배출하도록 바늘의 공간 안에서 신축할 수 있는 것을 특징으로 하는 원격 병원체 박멸장치.
13. 사람이나 동물 내부의 병원체의 원격 박멸 방법에 있어서:
    i) 제12항에 따른 광섬유 케이블에 UV광을 방출하는 말단부를 제공하는 단계;
    ii) 광섬유 케이블을 내시경에 삽입하는 단계;
    iii) 사람이나 동물의 내시경을 병원체 감염부로 조종하는 단계;
    iv) 내시경의 말단부 밖으로 광섬유 케이블의 말단부를 신장시키는 단계; 및
    v) 병원체 감염부에 UV광을 방사상으로 방출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. a. 출력전력이 40 mW/㎠ 이상이고 파장범위 250~285 nm인 UV광을 광원의 다이에서 방출하는 LED 광원; 및
    b. LED 광원의 다이에서 출력된 UV광에 광학적으로 연결되고 기단부와 말단부를 갖는 낮은 UV 감쇠율의 노출변색 내성 광섬유 케이블;을 갖는 원격 병원체 박멸장치에 있어서:
    LED 광원과 광섬유 케이블 사이에 광학 인터페이스가 있고, 연결이 이루어지고, 상기 광학적 연결은 i) 광섬유 케이블의 기단부와 다이 사이, 또는 다이에서 UV광의 원호출력을 줄이기 위한 렌즈가 설치되는 다이상의 광투과 보호커버와 상기 기단부 사이의 맞대기 결합, 및 ii) 광수집-시준 렌즈 시스템 중의 적어도 하나로 이루어지며;
    LED UV 광원과 투과 매체 사이에 광학 인터페이스가 구성되고, UV 광원의 UV광을 광섬유 케이블에서 출력된 UV광의 허용각 내에서 투과 매체의 근단부로 향하게 하고, 이런 UV광을 투과 매체를 통해 전달하며, 투과 매체의 허용각 내에서 UV 광원에서 방출된 UV 광의 방향에 대해 고정된 광학 정렬을 광학 인터페이스가 제공하고;
    말단부가 움직일 수 있는 투과 매체의 근단부와 UV 광원 사이에 고정된 상대적 간격과 위치를 유지하기 위한 지그 수단을 더 포함하며;
    UV광 방향과 광학 정렬이 투과 매체의 말단부의 움직임에 의해 방해되지 않으며;
    상기 지그 수단은 i) 투과 매체의 근단부에 고정되어 맞물리는 홀딩요소, ii) UV 광원의 지지요소, 및 iii) UV 광원과 투과 매체의 근단부 사이의 위치고정 스페이서를 포함하고;
    방출된 UV광이 LED 다이에서 수집되고 광섬유 케이블의 기단부의 UV광 허용각 안으로 전달되어, 기단부에 대해 움직이는 광섬유 케이블의 가동 말단부에서 방출된 UV광이 병원체를 향해 움직이면서 2 mW/㎠ 이상의 전력 레벨에 있는 것을 특징으로 하는 원격 병원체 박멸장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 광투과 보호커버가 다이로부터의 UV광의 원호형 출력 확산을 줄이는 통합 렌즈인 것을 특징으로 하는 원격 병원체 박멸장치.

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