WO2018092973A1 - 다광자 특성을 이용한 안과용 진단 및 치료장치 - Google Patents

다광자 특성을 이용한 안과용 진단 및 치료장치 Download PDF

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WO2018092973A1
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photon
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김명준
이준호
이승훈
제갈욱
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포항공과대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention is to provide a two-photon microscope-based keratitis diagnosis and laser treatment system using a femtosecond laser for solving the difficulty of distinguishing the fungus and the problem that is damaged more than necessary in the conventional diagnosis and treatment of keratitis.
  • the ophthalmic diagnosis and treatment configured to irradiate the diagnostic light to the eye to which the fluoroquinolone antibiotic is administered, and to irradiate the therapeutic light to the causative bacteria fluorescence expressed by the action of the fluoroquinolone antibiotic.
  • the diagnostic light is a laser having a pulse duration in the femtosecond range
  • the fluorescence-expressed causative bacteria can be confirmed by a multiphoton-photon microscopy image.
  • treatment light may be configured to deliver a greater power than the diagnostic light to kill the causative bacteria.
  • the diagnostic light may be a femtosecond laser with a power of 6 mW or less.
  • the fluoroquinolone antibiotic may be configured to include moxifloxacin (Moxifloxacin).
  • the fungus is 10 minutes to 30 minutes after the administration of fluoroquinolone antibiotics including moxifloxacin to the eye to obtain 10 times more image signal than the case of autofluorescence based on a two-photon microscope image And to irradiate the diagnostic light.
  • the laser irradiator may include a laser generator, an attenuator, a shutter, a collimator, an x-y scanner, and an objective lens.
  • the light received through the objective lens may be separated from the optical path by a dichroic mirror provided between the x-y scanner and the objective lens.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of an ophthalmic diagnostic and treatment device according to a first embodiment of the present invention.
  • 3 is a diagram showing the structural formula and chemical formula of moxifloxacin and gatifloxacin.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram of a second embodiment according to the present invention.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram of a third embodiment according to the present invention.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of an ophthalmic diagnostic and treatment device according to a first embodiment of the present invention.
  • the ophthalmic diagnostic and therapeutic apparatus may include a laser irradiation unit 100 and a multiphoton microscope 200.
  • the laser irradiator 100 is configured to generate and irradiate a femtosecond laser, and the multi-photon microscope 200 may separate the light received from the tissue from the optical path of the laser irradiator 100 and process the laser irradiator 100. ) And part of the path.
  • the laser irradiator 100 may include a laser generator 110, an attenuator, a shutter, a collimator, an xy scanner, a dichroic moirror, and an objective lens 130. Can be.
  • the laser generating unit 110 is configured to selectively generate a femtosecond laser used as a diagnostic light and a treatment light to be described later.
  • a femtosecond laser having a wavelength of 780 nm is applied will be described in detail.
  • Diagnosis light and irradiation light may use a femtosecond laser having a wavelength of 780nm, wherein the power is configured to change the effect during irradiation and treatment.
  • Irradiation light is used for localization of fungi and is irradiated with power below the first power to minimize unnecessary cell damage. Then, when the location of the fungi is determined, the second power is irradiated with a power larger than the first power to kill the fungi. Meanwhile, since the first power and the second power may be changed as necessary, a detailed description of the numerical values will be omitted.
  • the laser generated by the laser generator 110 reduces the laser generated by the laser generator 110 to low energy for capturing the two-photon fluorescence image in an attenuator, passes through a shutter and a collimator, and then uses an optical image with an xy scanner. And configured to be beam scanning for. Thereafter, the laser beam is irradiated to focus on the eyeball 10 through various lenses, a dichroic mirror 120, and an objective lens 130.
  • the two-photon sage name shares a part of the laser path with the laser generating unit 110 and SHG (Second-Harmonic Generation) signal caused by the antibiotic fluorescent signal generated in the eye 10 during scanning from the objective lens 130 and collagen of the cornea.
  • SHG Syncond-Harmonic Generation
  • PMT photomultiplier tube
  • CCD optical sensor
  • the first embodiment according to the present invention may be configured to fluoresce the causative bacteria 20 of keratitis, and to scan by irradiating the irradiation light and the treatment light.
  • Fluorescent staining can be performed using fluoroquinolone antibiotics, and moxifloxacin, gatifloxacin, pefloxacin, difloxacin, nofloxacin, ciprofloxacin, oploxacin, and enlofloxacin may be used. Can be. Among them, it is preferable to use an antibiotic which is expressed in the visible region or capable of expressing multiphoton fluorescence including the visible region, and in particular, using an antibiotic having the strongest signal helps in the rapid diagnosis.
  • the treatment light which is a high-power femtosecond laser, is locally irradiated to the portion of the causative bacterium 20, thereby killing the causative bacteria 20 while minimizing unnecessary corneal cell destruction.
  • Fluoroquinolone antibiotics have a single photon fluorescence that generates one fluorescent photon with one high energy incident photon. At this time, low-energy photons such as two-photon fluorescence and three-photon fluorescence, which have nonlinear fluorescence, also have a multi-photon fluorescence characteristic that generates one fluorescent photon through air conditioning.
  • Figure 4 (a) shows the excitation spectrum of moxifloxacin and gatifloxacin.
  • the X axis represents the wavelength (nm) of the femtosecond laser light source used in the experiment
  • the Y axis is the degree (au) of two-photon excited fluorescence (TPF) in the range of 700 nm to 800 nm, the measurement range of the femtosecond laser wavelength.
  • TPF two-photon excited fluorescence
  • FIG. 4 (b) shows an emission spectrum indicating the degree of fluorescence expression of each antibiotic when femtosecond laser is added to moxifloxacin and gatifloxacin.
  • the X axis represents the wavelength (nm), and the Y axis represents the degree (a.u.) of two-photon excited fluorescence (TPF).
  • TPF two-photon excited fluorescence
  • moxifloxacin has high aqueous solubility and high lipophilicity, so when the eye drops on the cornea, the moxifloxacin penetrates the cornea well and has a high concentration in cells and other cells in the cornea. It helps. At this time, after administering moxifloxacin to the eye 10, it is preferable to perform imaging after passing a staining time of 10 minutes to 30 minutes.
  • 5 is fungal multiphoton microscope 200 data.
  • 5 (a) to (c) are multiphoton microscope 200 data for aspergillus fungus
  • FIG. 5 (d) to (f) are multiphoton microscope 200 data for candida fungus.
  • the filament-like structure is an image of 5 (a) autofluorescence, and FIG. 5 (b) becomes visible in excitation fluorescence when stained with moxifloxacin.
  • FIG. 5 (c) shows a result of more than 9 times the difference in signal size of excitation fluorescence when stained with autofluorescence and moxifloxacin.
  • FIG. 5 (d) an image of autofluorescence
  • FIG. 5 (e) shows an excitation fluorescence when stained with moxifloxacin. do.
  • FIG. 5 (f) shows the difference in signal size of excitation fluorescence by more than 12 times when stained with autofluorescence and moxifloxacin.
  • the femtosecond laser irradiated to obtain the image signal during autofluorescence was applied at a power of 30 mW unless dyed with moxifloxacin at a wavelength of 780 nm, and with a power of 6 mW when dyed with moxifloxacin.
  • the diagnostic light itself may cause unnecessary destruction of healthy cells when the power is high, so it is preferable to use a laser of low power, 1/5 of autofluorescence when dyed with moxifloxacin. It is possible to obtain a strong signal even with a degree of power.
  • the time to acquire images of the same quality can be reduced by more than 10 times, and can be identified and killed in real time for candica fungus and aspergillus fungus.
  • FIGS. 6 (d) to 6 (f) are images in the case of autofluorescence
  • FIGS. 6 (d) to 6 (f) are images in the case of excitation fluorescence after staining with moxifloxacin.
  • (a) and (d) are the images of the corresponding parts, respectively, and the filament-shaped aspergillus fungus cells are readily available after staining with moxifloxacin. I can figure it out.
  • the size of the image signal may be about 5 to 10 times regardless of depth when dyed with moxifloxacin.
  • the ophthalmic diagnostic and therapeutic apparatus for irradiating the diagnostic light and the treatment light using a femto laser having a wavelength of 780 nm has been described. Let's explain.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram of a second embodiment according to the present invention. As shown, the second embodiment according to the present invention diagnoses using two-photon characteristics and uses therapeutic light having a wavelength of 1030 nm or 1050 nm.
  • the laser generation unit may include a diagnosis light generation unit and a treatment light generation unit so that a laser having two different wavelengths may be used as the diagnosis light and the treatment light.
  • the diagnostic light generator generates a femtosecond laser having a wavelength of 780 nm so as to take advantage of two-photon characteristics, and is configured to photograph lesions stained with moxifloxacin.
  • the power of the diagnostic light may be set to 6mW or less as in the above-described embodiment.
  • the therapeutic light generator generates a femtosecond laser having a wavelength of 1030 nm to 1050 nm used in ophthalmology. At this time, the diagnostic light and the treatment light share most of the optical paths and are irradiated to the eye.
  • a multi-photon microscope is provided to photograph the fluorescence by the two-photon characteristics, the configuration thereof may be configured in the same manner as in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram of a third embodiment according to the present invention. As shown, it is configured to make a diagnosis using the three-photon characteristics, wherein the diagnostic light and the treatment light can use the same wavelength as 1030nm or 1050nm. However, the diagnostic light is configured to be applied at a lower power than the treatment light to prevent damage to the lesion site.
  • the power of 6mW or less is used at the wavelength of 780nm, but as described in FIG. 4 (a), at 1030nm or 1050nm, the degree of excitation fluorescence is low and a larger power must be applied.
  • a laser having a wavelength of 1030 nm or 1050 nm and a power of about 30 mW may be applied to obtain fluorescence expression similar to when using two-photon characteristics. The irradiation of the therapeutic light is then applied with a power greater than 30 mW of the diagnostic light.
  • the configuration may be the same as the above-described embodiment.
  • the ophthalmic diagnostic and treatment device can be detected and treated by laser irradiation after the dyeing by moxifloxacin, and by using the multi-photon characteristics to express the excitation fluorescence to locate and treat the causative bacteria Prompt and accurate treatment is effective

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Abstract

본 발명은, 플루오로퀴놀론계의 항생제가 투여된 안구에 진단광을 조사하며, 플루오로퀴놀론계의 항생제의 작용으로 형광 발현된 원인균에 치료광을 조사하도록 구성되는 안과용 진단 및 치료장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 안과용 진단 및 치료장치는 플루오로퀴놀론계의 항생제를 이용하여 진균을 이광자 현미경으로 신속하게 확인이 가능하고, 펨토초 레이저를 이용하여 치료가 가능하므로 신속하고 정확한 치료를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

다광자 특성을 이용한 안과용 진단 및 치료장치
본 발명은 안과용 진단 및 치료장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 형광 발현된 원인균을 찾고 치료하는 안과용 진단 및 치료장치에 관한 것이다.
각막을 비롯한 인체기관에서 세균, 진균 등에 의한 감염이 있는 경우 이의 정확한 감염 원인균의 반별을 위해서 시료를 채취, 배양 및 염색을 통해 원인균을 구별하는 방법이 널리 이용되고 있다. 그러나 이는 검사결과 확인까지 수 일 이상 걸리게 되어 많은 리소스 활용이 요구된다. 한편, 각막염의 치료는 조기 치료가 매우 중요하므로 많은 시간이 소요되는 기존의 검사방법은 성공적인 치료결과를 보증할 수 없게 된다. 나아가 진균 각막염의 경우 항진균제 기반 치료법은 치료기간이 길며, 깊은 염증의 경우 치료의 어려움이 있었다.
최근에는 각막염의 조기 진단을 위해 공초점 현미경(CONFOCAL MICROSCOPY)의 고해상도 영상을 통해 각막 원인균을 동정하는 진단법이 전임상과 임상에서 사용되고 있다. 또한 각막염 치료시 항생제 또는 항 진균제 등 약물을 기반으로 한 각막염 치료법을 보완하는 레이저 치료법이 개발되어 적용되고 있으며, 레이저 치료와 약물 치료를 병행하여 항균제의 침투력을 높이는 치료에 대한 연구가 진행이 되고 있다.
이러한 종래기술과 관련하여 펨토초 레이저로 안과 질환을 치료하는 장치가 대한민국 등록특허 제1,315,736호에 개시되어 있다. 그러나 종래에 공초점 현미경 기반 원인균 동정법은 염증으로 인해 혼탁해진 각막에서는 광산란으로 영상품질이 저하되어 세포와 진균의 구별이 어려운 경우가 있었으며, 레이저 치료법의 경우 레이저광이 조사되는 부분이 필요이상으로 넓게 손상되어 흉터가 발생하는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 종래의 각막염 진단 및 치료시에 발생하는 진균의 구별의 어려움 및 필요이상으로 손상되는 문제점을 해결하기 위한 펨토초 레이저를 이용하는 이광자 현미경 기반의 각막염 진단 및 레이저 치료 시스템을 제공하는 것에 있다
상기 과제의 해결 수단으로서, 플루오로퀴놀론계의 항생제가 투여된 안구에 진단광을 조사하며, 플루오로퀴놀론계의 항생제의 작용으로 형광 발현된 원인균에 치료광을 조사하도록 구성되는 안과용 진단 및 치료장치가 제공될 수 있다.
이때, 진단광은 펨토초(femtosecond) 범위의 펄스 지속시간을 가지는 레이저이며, 형광 발현된 원인균은 다광자 현미경(multiphoton-photon microscopy) 영상으로 확인될 수 있다.
그리고 치료광은 진단광보다 큰 파워를 전달하여 원인균을 사멸할 수 있도록 구성될 수 있다.
나아가 진당광 및 치료광은 플로오로퀴놀론계의 항생제의 이광자 형광 혹은 삼광자 형광 특성에 따라 다르게 사용한다. 이광자의 경우 티타늄-사파이어 레이저와 같은 800nm 대 파장의 펨토초 레이저를 사용하며, 삼광자의 경우 기존의 라식 및 라섹 레이저 절개시스템에 적용되는 안과 각막 수술기계의 광원인 1030nm, 1050nm 파장을 사용될 수 있다.
진단광은 6mW 이하의 파워의 펨토초 레이저일 수 있다.
한편, 이광자 현미경으로 형광 발현된 원인균의 위치를 파악하며, 치료광은 원인균의 위치에 국소적으로 조사되어 원인균을 사멸시키도록 구성될 수 있다.
이때, 플루오로퀴놀론계 항생제는 목시플록사신(Moxifloxacin)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 원인균은 진균(aspergillus fumigatus)를 포함할 수 있다.
나아가, 진균은 이광자 현미경 영상으로 확인시 자가 형광 기반인 경우보다 10배 이상의 영상신호를 획득 가능하도록 목시플록사신(Moxifloxacin)을 포함한 플루오로퀴놀론계 항생제를 안구에 투여한 뒤 10분 내지 30분 사이에 진단광을 조사하도록 구성될 수 있다.
그리고, 진단광 및 치료광은 레이저 조사부로부터 조사되며, 이광자 현미경은 레이저 조사부와 경로의 일부를 공유하도록 구성될 수 있다.
여기서 레이저 조사부는, 레이저 발생부, 감쇠기(attenuator), 셔터, 콜리메이터(collimator), x-y 스캐너, 대물렌즈를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 이광자 현미경은 대물렌즈를 통하여 수광된 광이 x-y 스캐너와 대물렌즈 사이에 구비된 다이클로익 미러(dichroic mirror)에 의해 광 경로로부터 분리되어 수광될 수 있다.
또한 이광자 현미경은 광전증배관(photomultiplier tube) 또는 CCD 센서를 통하여 영상화하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 안과용 진단 및 치료장치는 플루오로퀴놀론계의 항생제를 이용하여 진균을 이광자 현미경으로 신속하게 확인이 가능하고, 펨토초 레이저를 이용하여 치료가 가능하므로 신속하고 정확한 치료를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예인 안과용 진단 및 치료장치의 개념도이다.
도 2는 제1 실시예의 사용예이다.
도 3은 목시플록사신 및 가티플록사신의 구조식 및 화학식이 도시된 도면이다.
도 4는 목시플록사신의 이광자 여기 및 스펙트럼 그래프이다.
도 5는 진균의 이광자 현미경 데이터이다.
도 6은 토끼 각막염 Ex-vivo 이광자 현미경 데이터이다.
도 7은 본 발명에 따른 제2 실시예의 개념도이다.
도 8은 본 발명에 따른 제3 실시예의 개념도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 안과용 진단 및 치료장치에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예인 안과용 진단 및 치료장치의 개념도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 실시예인 안과용 진단 및 치료 장치는 레이저 조사부(100)와 다광자 현미경(200)을 포함하여 구성될 수 있다.
레이저 조사부(100)는 펨토초 레이저를 발생시켜 조사할 수 있도록 구성되고, 다광자 현미경(200)은 조직으로부터 수광된 광을 레이저 조사부(100)의 광 경로와 분리하여 처리할 수 있도록 레이저 조사부(100)와 광경로의 일부를 공유한다.
레이저 조사부(100)는 레이저 발생부(110), 감쇠기(attenuator), 셔터, 콜리메이터(collimator), x-y 스캐너, 다이클로익 미러(120)(dichroic moirror), 대물렌즈(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
레이저 발생부(110)는 후술할 진단광 및 치료광으로 사용되는 펨토초 레이저를 선택적으로 발생시킬 수 있도록 구성되며, 이하에서는 780nm의 파장을 갖는 펨초토 레이저를 적용한 실시예에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.
진단광과 조사광은 780nm의 파장을 갖는 펨초토 레이저를 사용할 수 있으며, 이때 파워를 변화시켜 조사시와 치료시 효과를 달리하도록 구성된다. 조사광은 진균의 위치파악을 위해 사용되며, 불필요한 세포의 손상을 초소화 할 수 있도록 제1 파워 이하의 파워로 조사된다. 이후 진균의 위치가 파악되는 경우 진균을 사멸시킬 수 있도록 제1 파워보다 큰 제2 파워로 조사된다. 한편 이러한 제1 파워 및 제2 파워는 필요에 따라 변화될 수 있으므로 상세한 수치에 대한 설명은 생략하도록 한다.
레이저 발생부(110)에서 발생한 레이저는 감쇠기(attenuator)에서 이광자 형광 영상의 촬영을 위하여 레이저 발생부(110)에서 발생된 레이저를 낮은 에너지로 감소되며, 셔터, 콜리메이터를 거친 후 x-y 스캐너로 광학영상을 위한 빔 스캐닝이 되도록 구성된다. 이후 레이저 빔은 각종 렌즈와 다이클로익 미러(120)(dichroic mirror), 대물렌즈(130)를 거쳐 안구(10)에 초점이 맺도록 조사된다.
이광자 현기명은 레이저 발생부(110)와 레이저 경로의 일부를 공유하며, 대물렌즈(130)로부터 스캐닝동안 안구(10)에서 발생된 항생제 형광신호 및 각막의 콜라겐에 의한 SHG(Second- Harmonic Generation) 신호가 다이클로익 미러(120)에서 구분되어 광센서인 광전증배관(Photomultiplier tube:PMT)이나 CCD 센서를 이용하여 영상화되도록 구성된다. 한편, 이러한 다광자 현미경을 구성하는 구성요소는 공개된 구성요소와 동일하게 구성될 수 있어 더 이상의 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 2는 제1 실시예의 사용예이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 실시예는 각막염의 원인균(20)을 형광염색하며, 조사광을 조사하여 스캐닝하고 치료광을 조사하도록 구성될 수 있다.
형광염색은 플루오로퀴놀론계 항생제를 이용하여 수행될 수 있으며, 목시플록사신, 가티플록사신, 페플록사신, 디플록사신, 노플록사신, 시프로플록사신, 오플록사신 및 엔로플록사신 등이 이용될 수 있다. 이 중 가시광선 영역에서 발현되거나, 가시광선 영역을 포함하는 다광자 형광의 발현이 가능한 항생제를 이용하여 수행되는 것이 바람직하며, 특히 가장 신호가 강한 항생제를 이용하는 것이 신속한 진단에 도움이 된다.
이후 낮은 파워의 펨토초 레이저인 조사광을 병변부위에 조사하여 스캐닝하고 원인균(20)을 파악하게 된다. 이후 치료시에는 높은 파워의 펨토초 레이저인 치료광을 원인균(20)의 위치하는 부분에 국소적으로 조사하여 불필요한 각막세포 파괴를 최소화 하면서 원인균(20)을 사멸시킬 수 있게 된다.
도 3은 목시플록사신(a) 및 가티플록사신(b)의 구조식 및 화학식이 도시된 도면이며, 도 4는 목시플록사신의 이광자 여기 및 스펙트럼 그래프이다. 여기서 도면에 사용된 scale bar 는 모두 100㎛ 이다.
플루오로퀴놀론계 항생제는 하나의 고에너지 입사 광자로 하나의 형광광자를 발생시키는 단광자 형광을 가지고 있다. 이때 비선형 형광인 이광자 형광, 삼광자 형광 등 저에너지 입사 광자들이 공조를 통해 하나의 형광 광자를 발생시키는 다광자 형광 특성 또한 가지므로 이를 이용하여 원인균 진단에 이용하게 된다.
도 4의 (a)는 목시플록사신 및 가티플록사신의 여기 스펙트럼(excitation spectrum)을 보여준다. 여기서 X축은 실험에서 사용된 펨토초 레이저광원의 파장(nm)을 나타내며, Y축은 펨토초 레이저 파장의 측정 범위인 700nm 내지 800nm에서의 이광자 여기 형광(two-photon excited fluorescence, TPF)의 정도(a.u.)이다. 여기서 목시플록사신 및 가티플록사신은 700 ~ 800 nm 범위의 광원을 흡수한 경우, 파장이 길어질 수 록 파장에 따라 형광의 정도가 작아지게 된다. 따라서 파장이 긴 경우 동일한 여기 형광 정도를 발현하기 위해 더 큰 파워를 인가하는 것이 바람직 하다.
도 4의 (b)는 펨토초 레이저를 목시플록사신 및 가티플록사신에 가하였을 때, 각 항생제의 형광 발현 정도를 나타내는 스펙트럼 (emission spectrum)을 보여준다. X축은 파장(nm), Y축은 이광자 여기 형광(two-photon excited fluorescence, TPF)의 정도(a.u.)를 나타낸다. 이와 같이 펨토초 레이저를 가하는 경우, 목시플록사신과 가티플록사신은 주로 450 ~ 650 nm 사이의 파장의 형광 신호가 주로 발현되며, 약 520 nm의 파장이 가장 강하게 발현되는 것이 확인되었다. 또한 목시플록사신이 가티플록사신을 비교하면 목시플록사신의 형광 발현이 훨씬 뛰어나므로 신속한 진단을 위하여 목시플록사신을 이용하는 것이 바람직 할 것이다.
한편, 목시플록사신은 높은 aqueous solubility와, 높은 lipophilicity를 가지고 있어 각막에 점안하면 각막을 잘 투과하고, 각막 내 세포 및 다른 세포들에 높은 농도를 가지게 되며 다광자 현미경(200)의 각막 내 세포 영상화에 도움이 된다. 이때 안구(10)에 목시플록사신을 투여한 뒤 10분 내지 30분의 염색시간을 거친 후 영상화를 수행하는 것이 바람직하다.
도 5는 진균의 다광자 현미경(200) 데이터이다. 도 5 (a) 내지 (c)는 aspergillus fungus에 대한 다광자 현미경(200) 데이터이며, 도 5 (d) 내지 (f)는 candida fungus에 대한 다광자 현미경(200) 데이터 이다.
aspergillus fungus와 관련하여, 필라멘트 모양의 구조가 5 (a) 자가 형광의 이미지, 도 5 (b)는 목시플록사신으로 염색한 경우 여기 형광에서 확인할 수 있게 된다. 도 5 (c)에는 자가형광과 목시플록사신으로 염색한 경우 여기형광의 신호 크기 차이가 9배 이상 발생되는 결과가 나타나 있다.
candica fungus와 관련하여, 원형으로 이루어진 구조를 확인할 수 있으며, aspergillus fungus의 경우와 유사하게 5 (d) 자가 형광의 이미지, 도 5 (e)는 목시플록사신으로 염색한 경우 여기 형광에서 확인할 수 있게 된다. 도 5 (f)에는 자가형광과 목시플록사신으로 염색한 경우 여기형광의 신호 크기가 12배 이상 차이가 난 결과가 나타나 있다.
이와 같이 목시플록사신을 사용한 다광자 현미경(200) 영상은 자가형광 기반의 다광자 현미경(200) 형상과 유사하게 획득될 수 있으며, 이때 펨토초 레이저의 조사광을 조사한 이후에는 자가 형광의 경우보다 약 10배 정도 또는 그 이상의 영상신호가 증대된다.
한편 이와같은 자가형광시의 영상신호를 획득하기 위해서 조사된 펨토초 레이저는 780nm 파장을 기준으로 목시플록사신으로 염색하지 않은 경우 30mW의 파워로 인가되었으며, 목시플록사신으로 염색된 경우에는 6mW의 파워로 인가되었다. 이때, 전술한 바와 같이, 진단광 자체는 파워가 높은 경우 건강한 세포의 불필요한 파괴를 야기할 수 있어 낮은 파워의 레이저를 이용하는 것이 바람직한데, 목시플록사신으로 염색된 경우 자가 형광인 경우의 1/5 정도의 파워로도 강한 신호를 획득할 수 있게 된다.
나아가 동일한 품질의 영상을 획득하는 시간도 10배 이상 단축될 수 있어 candica fungus및 aspergillus fungus에 대하여 실시간으로 파악 및 사멸이 가능하다.
도 6은 토끼 각막염 Ex-vivo 다광자 현미경(200) 데이터이다. 토끼의 각막에 aspergillus fungus의 감염을 시킨 후 다광자 현미경(200) 영상을 획득한 영상 및 그래프가 도시되어 있다.
도 6 (a) 내지 (c)는 자가형광인 경우에 영상이며 도 6의 (d) 내지 (f)는 목시플록사신으로 염색한 후의 여기 형광인 경우의 영상이다. (a)와 (d), (b) 와 (e), (c) 와 (f) 는 각각 대응되는 부분의 영상이며 목시플록사신으로 염색한 이후의 경우에 필라멘트 형상의 aspergillus fungus cell을 용이하게 파악할 수 있다. 이때 도 6 (g)에는 목시플록사신으로 염색한 경우 영상신호의 크기가 깊이에 무관하게 5배 내지 10배 정도가 될 수 있다.
전술한 실시 예에서는 780nm의 파장을 갖는 펨초토 레이저를 이용하여 진단광과 치료광을 조사하는 안과용 진단 및 치료장치에 대하여 설명하였으나, 이하에서는 다른 파장의 진단광 및 치료광을 적용하는 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명에 따른 제2 실시예의 개념도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제2 실시예는 이광자 특성을 이용하여 진단하며, 1030nm 또는 1050nm 의 파장을 갖는 치료광을 이용하게 된다.
본 발명에 따른 제2 실시예는 두 개의 다른 파장을 갖는 레이저를 진단광과 치료광으로 사용할 수 있도록 레이저 발생부가 진단광 발생부 및 치료광 발생부를 포함하여 구성될 수 있다.
진단광 발생부는 이광자 특성을 이용할 수 있도록 780nm 의 파장을 갖는 펨초토 레이저를 발생시켜 목시플록사신으로 염색된 병변부위를 촬영할 수 있도록 구성된다. 이때 진단광의 파워는 전술한 실시예에서와 동일하게 6mW 이하로 설정될 수 있다.
치료광 발생부는 안과에서 쓰이고 있는 1030nm 내지 1050nm 의 파장을 갖는 펨토초 레이저를 발생시킨다. 이때 진단광과 치료광은 광경로의 대부분을 공유하여 안구에 조사된다.
한편, 이광자 특성에 의한 형광발현을 촬영하기 위하여 다광자 현미경이 구비되며, 이와 관련된 구성은 제1 실시예와 동일하게 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 제3 실시예의 개념도이다. 도시된 바와 같이, 삼광자 특성을 이용하여 진단을 할 수 있도록 구성되며, 이때 진단광과 치료광은 1030nm 또는 1050nm로 동일한 파장을 이용할 수 있게 된다. 다만, 진단광은 병변부위의 손상을 방지할 수 있도록 치료광보다 낮은 파워로 인가될 수 있도록 구성된다.
이와 같이 구성된 경우 기존 장비의 출력을 조절하여 목시플록사신으로 염색된 원인균의 위치를 신속하고 정확하게 파악할 수 있게 된다. 이때 이광자 특성을 이용하는 경우 780nm 파장으로 6mW 이하의 파워를 이용하게 되나, 도 4 (a)에서 설명한 바와 같이, 1030nm 또는 1050nm에서는 여기 형광 의 정도가 낮아 더 큰 파워를 인가해야 한다. 이때 이광자 특성을 이용할 때와 유사한 형광 발현을 얻기 위해서는 1030nm 또는 1050nm의 파장 및 약 30mW의 파워의 레이저가 인가될 수 있다. 이후 치료광의 조사는 진단광의 30mW 보다 큰 파워로 인가된다.
한편, 본 실시예에서도 촬영을 위하여 다광자 현미경이 구비될 수 있으며, 그 구성은 전술한 실시예와 동일하게 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 안과용 진단 및 치료장치는 목시플록사신에 의해 염색된 후 레이저를 조사하고, 다광자 특성을 이용하여 여기 형광을 발현하여 원인균의 위치를 파악하고 치료할 수 있어 신속하고 정확한 치료가 가능한 효과가 있다

Claims (16)

  1. 플루오로퀴놀론계의 항생제가 투여된 안구에 진단광을 조사하며,
    상기 플루오로퀴놀론계의 항생제의 작용으로 형광 발현된 원인균에 치료광을 조사하도록 구성되는 안과용 진단 및 치료장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 진단광은 다광자(multi-photon) 특성을 이용하여 상기 원인균을 400nm 내지 700nm 파장으로 형광 발현시키며,
    현미경을 이용하여 상기 형광 발현된 원인균의 위치를 파악하며,
    상기 치료광은 상기 원인균의 위치에 국소적으로 조사되어 상기 원인균을 사멸시키는 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 플루오로퀴놀론계 항생제는 목시플록사신(Moxifloxacin)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 원인균은 진균(aspergillus fumigatus)를 포함하는 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 진균은 상기 다광자 현미경 영상으로 확인시 자가 형광 기반인 경우보다 10배 이상의 영상신호를 획득 가능하도록 목시플록사신(Moxifloxacin)을 포함한 플루오로퀴놀론계 항생제를 안구에 투여한 뒤 10분 내지 30분 사이에 진단광을 조사하는 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 진단광은 상기 원인균에 이광자 특성 또는 삼광자 특성에 의해 형광 발현될 수 있도록 700nm 내지 1050nm 중 하나의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 치료광 및 상기 진단광을 발생시키는 레이저 발생부를 더 포함하며,
    상기 치료광과 상기 진단광은 동일한 파장의 레이저이며,
    상기 치료광의 파워는 상기 진단광의 파워보다 센 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 진단광을 발생시키는 진단광 발생부 및
    상기 치료광을 발생시키는 치료광 발생부를 더 포함하며,
    상기 진단광과 상기 치료광의 파장은 서로 다른 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  9. 제7 항 또는 제8 항에 있어서,
    상기 진단광은 펨토초(femtosecond) 펄스폭을 가지며, 상기 원인균에 이광자 특성을 발현시킬 수 있도록 티타늄-사파이어 레이저 광원을 이용하여 발생되는 780nm 의 파장의 레이저인 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 진단광의 파워는 6mW이하이며, 상기 치료광의 파워는 상기 진단광의 파워보다 큰 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  11. 제7 항 또는 제8 항에 있어서,
    상기 진단광은 상기 원인균에 삼광자 특성을 발현시킬 수 있도록 1030nm 또는 1050nm 의 파장의 레이저인 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 진단광의 파워는 50mW 이하이며, 상기 치료광은 상기 진단광의 파워보다 큰 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  13. 제7 항에 있어서,
    상기 진단광의 광 조사 경로는 상기 치료광의 광 조사 경로와 동일하며,
    촬영시에는 대물렌즈로부터 수광된 광을 다이클로익 미러(dichroic mirror)에 의해 상기 광 경로로부터 분리된 광을 수광하는 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 진단광의 광 조사 경로는 상기 치료광의 광 경로중 동일한 부분을 일부 포함하며,
    상기 진단광의 경로를 구성하는 진단광 조사부는 상기 진단광 발생부, 감쇠기(attenuator), 셔터, 콜리메이터(collimator), x-y 스캐너, 대물렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 다광자 현미경은 상기 대물렌즈를 통하여 수광된 광이 상기 다이클로익 미러(dichroic mirror)에 의해 상기 광 경로로부터 분리된 광을 촬영하는 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
  16. 제7 항 또는 제8 항에 있어서,
    상기 다광자 현미경은 광전증배관(photomultiplier tube) 또는 CCD 센서를 통하여 영상화하는 것을 특징으로 하는 안과용 진단 및 치료장치.
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