KR890000554B1 - 레이저 빔 차폐물 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

레이저 빔 차폐물
본 발명은 레이저 빔 수술(laser beam surgery)과 같은 용도에 적합한 차폐물질(shielding material)에서 관한 것이다.
레이저법은 인후 수술에서 사용되는 바와 같은 현대의 수술법에 있어서 그 역활이 증대되고 있다. 그러나, 그와같은 용도에 사용하는데 있어서 특정한 문제점이 제기되고 있다. 예를들면, 레이저 빔은 인후 수술중에 통상 사용되는 기관내 튜브를 심하게 손상시키고, 튜브의 비보호 벽을 연소시킬 수 있는 레이저에 의해 돌발적인 파열이 발생함에 따라 튜브의 기능을 파괴할 수 있다.
이러한 연소를 피하기 위하여, 튜브를 반사 알미늄 테이프로 감을 수 있다. 튜브를 감으면 튜브자체의 파손은 방지되지만, 반사된 빔이 다른 곳에 열적 손상을 입힐 수 있다. 또한, 무거운 알미늄 테이프는 환자의 인후에 외상을 입힐 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 유사한 시도가 미합중국 특허 제4,489,722호에 기술되어 있으며, 여기에서 튜브는 침적-코팅된 레이저-반사 코팅물로 코팅되어 있다. 이는 알미늄을 감는 것보다는 개선된 것이나, 코팅물은 튜브의 가요성을 훨씬 감소시키고, 레이저 조사광은 여전히 튜브로부터 인후 조직에 반사된다.
따라서, 기관내 튜브 및 레이저 빔 수술에 사용되는 다른 의료기구를 보호하기 위한 더욱 효율적인 방법이 필요하다. 중합체성 매트릭스내에 흑연 입자를 도입시키면, 물체에 대한 열적파손 및 주위조직에 대한 비임의 반사에 의한 열적파손을 최소화하면서, 레이저 빔의 직접적인 충돌을 수용할 수 있는 적합한 가요성을 갖는 복합물질을 제조할 수 있다는 것을 밝혀냈다.
따라서, 본 발명을 레이저 빔의 충돌로부터 물체를 보호하는 차폐물질을 제공하며, 이 차폐물질은 중합체 매트릭스내에 미립 흑연의 분산액으로 이루어지는 복합물질로 제조된다.
바람직하게는, 미립 흑연은 열분해 흑연이며, 복합물질의 약 25 내지 35 중량%로 구성되며, 이산화탄소 레이저와 함께 사용되는 경우 평균 입자 크기는 약 50 내지 100미크론이며, 한편 중합체 매트릭스는 실리콘 고무이다. 이 차폐물질은 특히 탄성체 매트릭스중의 미립 열분해 흑연의 분산액으로 이루어진 복합물질로 제조된 기관내 튜브용으로서는 쉬이트 또는 튜브의 형태인 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 레이저 빔 수술중에 열-감수성 기구 또는 생조직에 대한 레이저 빔 충돌로부터의 영향을 감소시키는 방법을 제공하며, 이 방법은 중합체 매트릭스중의 미립 흑연의 분산액으로 구성되는 복합물질의 층으로 기구 또는 조직을 보호하여 이루어지며, 미립 흑연은 중합체 매트릭스내에 적어도 부분적으로 배향된 열분해 흑연인 것이 바람직하다.
레이저 빔 또는 응집된 증폭광이 물체의 표면에 부딪히는 경우, 상당한 열에너지가 빔으로부터 물체에 전달될 수 있다. 레이저 빔 수술에 적합한 물질은 부수적인 빛에너지를 흡수할 수 있고, 레이저 충격의 인접 부위로부터 생성된 열에너지를 신속히 소멸시킬 수 있어야 한다. 미립 흑연이 중합체 매트릭스에 분산되어 흑연의 고유한 이방성의 잇점이 발휘되는, 본 발명의 복합물질은 레이저 빔 에너지를 흡수하고 소멸시키는데 상당한 능력이 있고, 따라서, 돌발적인 레이저 빔 충돌로 유해한 영향으로부터 물질자체 및 그 주위를 보호할 수 있다.
분산용으로 사용되는 미립 흑연은 주로(50% 이상) 흑연상 탄소일 수 있다. 흑연상 탄소는 탄소원자의 편평한 평행(a-b) 평면으로 이루어지고 정렬되는 3차원의 원소탄소의 형태이며, 각 평면내의 원자는 응집된 평면 c6환의 정열된 육각 형태이고, 각 평면의 3.354A
Figure kpo00001
떨어져 위치하며, 각 결정은 직경이 200A
Figure kpo00002
을 초과한다. 그러한 정열에 있어서, 각 평면간의 결합력은 평면내 결합력의 약 2% 정도이며, 열 전도성을 포함하는 대부분의 특성에서 뚜렷한 이방성을 나타낸다. 원료에 따라 천연 흑연은 흑연상 탄소가 약 85 내지 100%일 수 있으나, 무정형 탄소 또는 2200℃이상으로 베이킹한 석유 코오크 생성물을 가열하여 제조한 합성흑연은 흑연상 탄소가 통상 약 85% 정도이다.
본 발명의 실시에 사용되는 특히 적합한 흑연은 열분해 흑연이다. 열분해 흑연은 기상 증착 법(Vapor phase deposition process)으로 형성된 실질적으로 순수한 흑연이며, 여기에서 탄화수소 가스는 고온 진공로에서 열분해되어, 평면에 평행으로 배향된 증착된 탄소의 기본 평면을 갖는 평면상에 증착된 탄소가 수득된다. 각 기본 평면내에서, 또는 터보스트레이트 층(turbostratic layer)내에서, 탄소원자는 각 탄소원자가 3개의 다른 탄소원자에 강력하게 결합된 2차원적 육각형으로 배열된다. 그러나, 각 평면사이의 결합은 주로 반데르 왈스 힘(Vander Wall force)으로 성취된다. 이러한 결합력의 커다란 차는 열분해 흑연의 극도의 방향성 또는 이방성 때문으로 추측된다. 증착 표면에 의해 평행방향 또는 a-b 평면으로는 열분해 흑연은 금속과 동등한 열 전도성을 갖지만, 이 평면에 대한 수직방향으로는 세라믹과 유사한 단열특성을 갖는다. 이러한 열전도성의 차는 약 200 대 1이다.
불활성 및 반사특성을 갖는 흑연의 동방성은 그의 표면에 산란된 레이저 빔이 충돌하는 것으로부터 기관내 튜브와 같은 것을 보호하는데 효과를 나타내며, 충돌로부터 흡수된 열은 튜브의 외부로 모든 방향으로 신속히 소멸된다. 또한, 후술하는 바와 같이 흑연 입자에 대한 적절한 크기를 선택하여 충돌하는 빔을 튜브의 표면에서 반사시키는 것보다 산란시킬 것이다. 열전도성과 빔 산란특성의 이러한 독특한 조화는 레이저 빔 치료에 극히 유용한 본 발명의 복합물질에 의해 제공된다.
이방성 효과는 배향된 미립 흑연의 분산액을 사용함으로써 증가될 수 있다. "배향된 미립 흑연의 분산액"은 흑연입자가 서로에 대하여, 그리고 입자를 구성하는 복합물질의 주표면에 대하여 거의 평행인 a-b평면으로 배열된 미립 흑연의 분산액을 의미한다. 그러한 배향은 복합물질을 제조하는 동안 달성될 수 있다. 예를들면, 기관내 튜브를 형성시키기 위해 압출공정을 수행하는 동안, 흑연입자는 압출하는 방향으로 a-b평면을 갖거나, 튜브의 종축을 따라 배향하기 쉬울 것이다. 마찬가지로, 롤링(rolling)에 의한 쉬이트의 형성에 있어서, 입자는 롤링 방향으로 a-b평면을 갖거나, 쉬이트의 주표면에 평행하게 배향될 것이다. 따라서 흑연 입자가 복합물질을 형성하기 위해 중합에 매트릭스에 분산되고, 입자가 복합물질의 표면 또는 주축에 평행인, 및 서로에 대하여 실질적으로 평행인 a-b평면으로 배향되는 경우, 복합물질내에 형성된 국부적인 열은 복합물질의 주축을 따라 전도되어 신속히 분산될 것이다.
흑연 입자는 통상 복합물질의 약 5 내지 50중량% 구성된다. 5중량% 미만의 흑연은 유리한 효과가 거의 없으며, 50% 이상의 흑연은 매트릭스의 탄성 및 강도를 저하시키며, 특별한 장점을 제공하지 못한다. 흑연은 복합물질의 약 25 내지 35중량%인 것이 바람직하다. 바람직하게 빔을 산란시키기 위해, 흑연 입자의 평균입자 크기는 통상 표준 코울터 측정법(Standard Coulter counter technique)으로 측정하여 약 5 내지 250미크론인 것이 정당한다. 250미크론 이상의 입자는 충돌하는 빔을 거의 산란시키지 못하며, 5미크론 미만의 입자는 분산시키기 어렵다. 바람직한 입자크기는 YAG, 아르곤, 헬륨-네온 및 크립톤 플루오라이드와 같은 레이저 빔 광원에 따라 변화할 것이다. 이산화탄소 레이저가 사용되는 경우, 흑연의 평균입자 크기가 약 50 내지 100미크론인 것이 바람직하다. 입자크기와 산란사이의 관계는 광산란(Rayleigh scattering)분야의 전문가에게 공지되어 있다.
중합체 매트릭스는 흑연 입자를 분산시킬 수 있는 어떠한 천연 또는 합성, 유기 또는 무기, 비전도성 중합체도 가능하다. 그러한 중합체의 예로는 조 고무, 폴리비닐 클로라이드, 나일론 플루오로카본, 선형 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 및 셀룰로오즈계 및 아크릴계 수지와 같은 열가소성 수지는 물로 페놀계 수지, 알키드계수지, 아미노 수지, 폴리에스테로, 에폭사이드 및 실리콘과 같은 열경화성 수지를 들 수 있다. 천연고무(폴리이소프렌)나트륨 폴리설파이드, 폴리클로로프렌, 부타디엔-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체, 에틸렌-프로필렌디엔고무, 이소부틸렌-이소프렌 공중합체, 폴리-아크릴로니트릴, 에피클로로하이드린, 폴리우레탄, 및 특히 실리콘 고무와 같은 탄성체도 유연성을 갖는 복합품을 제조하는데 바람직하게 사용된다.
흑연 입자와 중합체 매트릭스외에, 복합품은 그의 열전도와 광산란 특성에 영향을 미치지 않는 기타 성분을 함유한다. 그러한 성분의 예로는 충진제, 착색제 및 연화제가 있다.
본 발명의 복합물질은 다른 형태도 가능하나, 통상 튜브 또는 쉬이트의 형태로 존재한다. 특히 중요한 것은 본 명세서에서 인용한 미합중국 특허 제4,419,095호에 기술된 것과 같은 기관내 튜브이다. 목적하는 튜브 또는 쉬이트를 제조하기 위해, 선택된 입자크기를 갖는 흑연을 통상 착색제와 같은 다른 기타 성분과 함께 매트릭스에 대해 선택된 단량체와 혼합하며, 단량체는 중합된 후, 압출 및 기타 방법에 의해 표준 제조공정을 사용하여 혼합 성형된다. 상기한 바와 같이, 미립 흑연의 배향은 그러한 제조중에 유동 영역에서 받는 힘에 의해 이루어진다.
레이저 빔 수술에 관한 다음 실시예는 단순히 설명하기 위한 것이며, 첨부한 특허청구의 범위에 규정된 영역을 한정하는 것이 아니다.
[실시예]
열분해 흑연(Pyroid
Figure kpo00003
, 뉴욕주 뉴욕에 소재한 화이자 인코프레이트에서 제조)의 샘플을 60메쉬(250미크론 ; U.S. Sieve Series)이하로 분쇄시키고 65 내지 80의 쇼어 A경도를 갖는 실리콘 고무와 함께 여러 비율로 혼합시킨다. 혼합물은 두께가 1/8인치(3.2 mm)인 스트립으로 프레스롤링 시킨다.
10초동안의 단일 블래스트(blast)와 각 블래스트 사이에 순간 정지기를 갖는, 0.5초 동안의 5회의 블래스트를 사용하여, 직경 0.75mm의 20와트 이산화탄소 레이저 빔을 수술하는 동안 실제로 레이저 빔의 충돌과 같이 가장하여 각 스트립의 주표면에 조사한다. 이러한 처치로 충돌점밑의 스트립 하단은 다음과 같은 온도를 나타낸다 :
[표1]
Figure kpo00004
* 빔에 의해 관통된 스트립
이러한 시험은 레이저 빔 수술에서 본 발명의 복합물질이 유리함을 명백하게 나타내고 있다. 미충진 스트립, 즉 현재 당해분야에서 사용되는 기관내 튜브는 양 노출에서 레이저 빔에 의해 관통되었으며, 이는 현 의료술에서 튜브는 고연소성 마취가스를 운반하기 때문에 용인될 수 없는 것이다. 이에 비하여, 본 발명의 복합품은 5중량% 이하의 흑연을 사용하더라도, 내측벽의 온도가 상당히 감소되면서 관통이 억제되며, 따라서 레이저 빔 수술에서 사용되는 그러한 복합품의 기관내 튜브에 대하여 훨씬 안정성 및 안정성을 제공한다.

Claims (10)

  1. 중합체 매트릭스중의 미립 흑연 분산액으로 이루어지는 복합물질로부터 제조된, 레이저 빔 충돌로부터 물체를 보호하기 위한 차폐물.
  2. 제1항에 있어서, 미립 흑연이 열분해 흑연인 차폐물.
  3. 제1항에 있어서, 미립 흑연이 중합체 매트리스중에 적어도 부분적으로 배향된 차폐물.
  4. 제1항에 있어서, 미립 흑연이 복합물질의 약 25 내지 35중량%를 구성하는 차폐물.
  5. 제1항에 있어서, 미립 흑연의 평균입자 크기가 약 50 내지 100미크론인 차폐물.
  6. 제1항에 있어서, 중합체 매트릭스가 실리콘 고무인 차폐물.
  7. 제1항에 있어서, 쉬이트 또는 튜브의 형태인 차폐물.
  8. 탄성체 매트릭스중의 미립 열분해 흑연의 분산액으로 이루어진 복합물질로부터 제조된 기관내 튜브.
  9. 중합체 매트릭스중의 미립 흑연의 분산액으로 구성된 복합물질의 층으로 기구 또는 조직을 보호함으로써, 열-민간성 기구 또는 생조직에 대한 레이저 빔 충돌의 영향을 감소시키는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 미립 흑연이 열분해 흑연이고, 중합체 매트릭스중에 적어도 부분적으로 배향되는 방법.
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