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KR101529367B1 - 레이저 유발 증기/플라스마 매개 의학적 처치방법 및 장치 - Google Patents

레이저 유발 증기/플라스마 매개 의학적 처치방법 및 장치 Download PDF

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KR101529367B1
KR101529367B1 KR1020117015102A KR20117015102A KR101529367B1 KR 101529367 B1 KR101529367 B1 KR 101529367B1 KR 1020117015102 A KR1020117015102 A KR 1020117015102A KR 20117015102 A KR20117015102 A KR 20117015102A KR 101529367 B1 KR101529367 B1 KR 101529367B1
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KR
South Korea
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laser
plasma
wavelength
laser light
radiation
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볼프강 노이버거
왈터 세체티
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바이오리텍 파마 마케팅 엘티디.
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Abstract

안전하고 효과적인 의학적 응용을 위해 개선된 방법 및 장치가 제공된다. 바람직한 실시예에서, 레이저 다이오드의 고유 이익(가령, 신뢰성 있고 소형화된 고체 상태 디바이스로부터의 효과적인 전력 발생)의 이용에 근거하여, 플라스마 및 고 에너지 증기가 의학적 지시사항을 처리하고 심각한 손상 영역의 발생을 피하기에 충분한 전력 레벨 및 전력 밀도로 의학적 응용을 위해 생성된다. 서로 다른 구성의 송신 수단은 고 전력 밀도를 얻는 데 사용되고, 이는 팁에서 플라스마 및 고-에너지 증기를 일으킬 수 있다. 스파크 없는 플라스마 및 고 에너지 증기 버블이 형성되면, 종종 이를 일으킨 파장에 부가하여 다른 파장을 흡수할 것이라는 것이 발견되었다. 결과적으로, 다이오드 또는 다이오드 펌핑 레이저에 의해 보다 효과적으로 발생된 다른 파장이 처치 효율성을 개선하기 위해 빔으로 부가될 수 있다. 예를 들어, 조직 증발 및 우수한 지혈 효과를 발생하기 위해 980nm 파장과 함께 1470nm 파장은 스파크 없는 플라스마 버블을 생성하는데 사용될 수 있다. 플라스마 및 또는 고-에너지 증기가 배치되면, 이러한 구역으로부터 복사선이 조직 효과를 결정한다. 다른 실시예에서, 고 피크 펄스 복사선이 사용된다. 1470nm, 1940nm 또는 1550nm의 파장이 바람직하다. 추가로, 이는 980nm와 같은 물에서의 매질 흡수를 가지는 다른 파장과 함께 적용될 수 있다. 다른 실시예에서, 집중형 이중 코어 광섬유가 사용되고, 여기서 점화 복사선이 인접 단일 모드로 유도되고, 펄스를 유지 및 강화하는데 사용된 내부 코어 및 복사선이 둘러싸는 제 2 외부 코어로 유도된다.

Description

레이저 유발 증기/플라스마 매개 의학적 처치방법 및 장치{LASER INDUCED VAPOR/PLASMA MEDIATED MEDICAL PROCEDURES AND DEVICE}
1. 우선권
본 출원은 미국 가특허 출원 제61/119,259(2008년 12월 2일 출원, 발명의 명칭 "Diode Laser Induced Vapor/Plasma Mediated Medical Procedures and Device", 볼프강 노이버거 및 월터 세체티) 및 미국 Ser 제12/629,313호(2009년 12월 2일, 발명의 명칭 "Diode Laser Induced Vapor/Plasma Mediated Medical Procedures and Device", 볼프강 노이버거 및 월터 세체티)에 근거하여 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에 참조문헌으로 포함된다.
2. 본 발명은 생물학적 조직의 치료를 위해 최소 침투 디바이스 및 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 조직에 대해 특별한 효과를 얻기 위해, 다이오드 레이저 유발 증기/플라스마에 의해 조정된 의료 처치에 관한 것이다.
레이저 기술이 의료 처치를 위한 시장에 도입되었기 때문에, 다양한 레이저 디바이스가 조직 절제를 위해 제안되어왔다. 레이저 에너지는 서로 다른 효과적인 특징의 이익을 누리면서 사용될 수 있다. 결과적으로, 티슈는 에너지, 전원, 파장 등과 같은 다른 처리 파라미터를 사용함으로써 레이저 복사를 통해, 증발, 액화, 응고 등이 될 수 있다.
또한 레이저 에너지는 적합한 복사 파라미터 및 환경 속성을 사용함으로써, 플라스마 형성으로 이어질 수 있다. 플라스마 형성은 광학적 파괴를 통해 획득될 수 있으며, 이는 레이저 복사가 시간 및 공간 면에서 충분히 밀집될 때 생성된 비 선형 효과이며, 고 밀도 전력으로 이어진다. 전자기 에너지의 광학적 파괴 중에, 이온화된 상태 또는 플라스마가 형성된다. 플라스마는 캐비테이션(cavitation) 또는 증기 버블 형성에 의해 이어질 수 있는 빠르게 발생하는 충격파를 확장한다. 캐비테이션 또는 증기 버블은 추가로 충격파 발생에 기여한다. 결과적으로, 가스, 액체 또는 고체와 같은 타깃 물질에 레이저 에너지를 집중함으로써, 후자가 일련의 광학 파괴, 플라스마 형성 및 충격파 발생에 의해 손상될 수 있다. 플라스마 및 캐비테이션 현상은 양자가 강한 광 및 열-탈격 효과와 연관된다. 플라스마 버블 내에, 수천도 이상의 고온이 발생한다. 캐비테이션 효과의 존재는 충격파에 의해 생성된 전형적인 우지직 우지직하는(crackling) 잡음과 상상 연관된다. 예를 들면, FREDDY 디바이스 내에서와 같은 초기 펄스(이 경우에 플래시 램프 펌핑된 주파수 두 배 펄스형 YAG 레이저에 의해 발생된)를 제공함으로써 성취될 수 있는 방법에 대한 일 예이다. FREDDY 레이저에 의해 생성된 플라스마가 스파클링 플라스마이다.
전술한 매커니즘 작용에 따르면, 레이저 에너지는 조직 절제(플라스마 형성을 이용하여)를 할 수 있는 두 개의 다른 방법으로 적용될 수 있다. 간접적으로, 레이저 빔과 조직 사이에 배치된 타깃에 이를 집중시킴으로써, 이어서 광학적 파괴에 기인하여 진동시키고 조직을 유화시키거나, 이의 절제를 위해 조직상에 직접적으로 집중시킨다.
제 1 경우에, 레이저 에너지는 유화를 일으키기 위해 조직으로 전해진 타깃(핸드피스의 팁에 배치됨)에서 진동 운동을 발생시키는 충격파를 발생하는 광섬유를 통해 투과된다.
미국 특허 제5,224,942호(보이채트 등)은 신체 조직을 유화 또는 파괴하기 위한 광학적 파괴, 플라스마 형성 및 충격파 발생을 획득하기 위해 레이저를 이용하여 구동된 외과적 팁 어셈블리를 포함하는 핸드피스를 포함하는 신체 조직을 파괴하기 위한 레이저 에너지를 이용하는 방법 및 장치를 개시한다. 레이저가 플라스마 형성에 기인하여 진동하는 타깃(핸드피스 내에 배치됨)에 집중됨에 따라, 부드러운(mild) 에너지가 조직에 가해지고, 이는 핸드피스 팁의 기계적 진동에 의해 유화만 된다. 결과적으로, 이러한 시스템의 다재다능함은 연조직 처치를 목적으로 하는 것과 같이 제한된다.
미국 특허 제5,324,282호(도딕 등)는 유사한 원리에 근거한 시스템에 대해 설명한다. 펄스형 레이저 에너지는 금속 타깃을 타격하기 위해 방전되고, 이는 처치될 조직을 겨냥하는 충격파로 전자기 에너지를 변환하는 변환기(transducer)로 작용한다. 기계적 충격파는 이러한 조직을 파손되도록 한다.
미국 특허 출원 제2004/0167504호(타이젤 등)은 조직을 고정하는 말단 동작 포트를 포함하는 조직을 파괴하기 위한 외과적 바늘에 대해 개시한다. 펄스형 레이저 에너지는 광섬유를 통해 타깃으로 적용되고, 타깃의 광학 파괴로부터의 플라스마 형성에 기인하여 충격파를 발생하고, 파괴될 조직상에 충격을 준다. 이러한 특허는 조직을 파괴하는 것에 주로 초점을 맞추며, 따라서 내용 중에 다시 시스템 다재다능성이 제한된다.
전술한 특허는 대상 물질에 플라스마 형성에서 발견되고, 기계적 진동으로 광학적 파괴를 변환한다. 결과적으로, 이러한 변환, 점감하는 처치 효율성 면에서 에너지 손실이 발생한다. 나아가, 기계적 진동은 처치될 조직에 대해 선택적이 아니고, 따라서 처치될 조직보다는 다른 조직에 대한 효과가 나타날 수 있다. 다르게 설명하면, 바람직한 조직만이 진동에 의해 영향을 받을 수 있다.
레이저 복사는 이의 절제를 위해 조직에 직접 집중될 때, 복사를 위한 타깃이 이제 조직 자체이다. 보통, 절제될 조직은 액체에 의해 둘러싸이고, 충격파를 발생하는, 임계 광도 레벨 이상으로 레이저 복사선에 의해 조명된다. 따라서, 조직이 용융 보다는 기계적 에너지에 의해 손상된다. 이러한 방법은 결석, 스톤 및 신체 내의 석회화된 조직을 파괴하기 위해 폭넓게 사용된다. 예를 들어, 플라스마는 점막 층의 삭제를 위해 이온화된 아르곤의 형태로 의료적 처리에 사용되어왔다. 이러한 방식의 스톤은 플래시 램프 펌핑, 주파수 두 배 YAG 레이저(FREDDY)로부터 레이저 펄스를 전달하는 광섬유 광학장치의 팁에서의 플라스마 형성에 의해 개시된 버블의 붕괴에 의해 생성된 충격파에 의해 파괴되어왔다.
미국 특허 제5,071,422호(왓슨 등)에는, 펄스형 다이 레이저 원에 근거하여, 신체 내의 물질을 파괴하기 위한 방법이 개시된다. 광섬유는 처치될 영역 내에 삽입되고, 이는 충격파를 이용하여 파괴를 하기 위해, 펄스형 다이 레이저 에너지를 이용하여 조사된다. 이러한 본 발명은 기본적으로 결석 및 스톤 파괴에 대해 개시한다. 다이 레이저 복사선이 스톤에 의해 형성되지 않는 경우에, 플라스마 형성이 이루어지지 않을 것이고, 레이저 리소그래피가 효과적이지 않을 것이다. 다이 레이저에 의해 생성된 플라스마 스파클링 플라스마이다. 나아가, 펄스형 다이 레이저 소스가 사용됨에 따라, 이러한 소스에서 필요한 것과 같이 주파수 관리가 필요할 것이고 이러한 소스는 고체-상태 레이저가 아니다.
미국 특허 제5,963,575호(뮬러 등)는 레이저 리소그래피를 위한 Q-스위치 레이저 시스템에 대해 개시한다. 이 시스템은 더 긴 펄스 지속시간을 포함하고, 플라스마 형성 및 결과적으로 충격파 생성을 늘린다. 레이저 소스는 바람직하게는 Nd:YAG 레이저이며, 이온 결정 소스이다. 결과적으로, 저 효율성, 큰 치수를 가지며 액체 냉각을 요한다. 나아가, 레이저 복사선이 광섬유 대신에 거울을 이용하여 처치 구역으로 전달되기 때문에, 조정을 필요로 한다. 나아가, 이러한 기술은 다른 레이저 기술에 비하여 정밀성이 결여된다.
미국 특허 제4,960,108호(라이첼 등)에는 적외선 영역의 근처의 펄스형 레이저 복사선이 수성 린스 액에 의해 둘러싸인 파괴될 중요부(concrement)에 집중되는 레이저-유발 리소트립터에 대해 개시되어 있다. 중요부는 린스 액의 분해(플라스마)에 의해 붕괴되며, 충격파 및 캐비테이션을 발생시킨다. 린스 액은 이러한 분해에 필요한 에너지를 낮추는 금속 화합물을 포함한다.
모든 이전에 언급된 특허는 일반적으로 부피가 큰, 부정확한, 비효과적인 및/또는 주파수 관리를 요구할 수 있는 레이저 소스의 사용에 대해서만 게시한다.
현재 플라스마 형성 기술의 단점 및 다재다능함의 결여에 의한, 이들의 단점을 처리하는데 선택적인 고속 및 안전성을 제공하는 디바이스에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 목적은 다양한 의학적 지시사항을 처치하고 넓은 손상 구역의 생성을 방지하는데 충분한 전력 레벨 및 전력 밀도를 사용하는 레이저 다이오드를 이용하여 의학적 응용을 위해 플라스마 및 증기를 생성하기 위한 디바이스를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 의학적 응용을 위해 플라스마 및 증기를 발생하기 위한 다이오드 레이저의 유리한 특징을 이용하는 디바이스를 제공하고, 더 효과적이고 안전한 처치를 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 수행될 수 있는 처치의 다재다능성을 강화하는 레이저 다이오드를 이용하여 의학적 응용을 위한 플라스마 및 증기를 발생하기 위한 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 의학적 지시사항을 처치하고 심각한 손상 구역이 발생하는 것을 방지하는 데 충분한 전력 레벨 및 전력 밀도를 사용하는 레이저 다이오드를 이용하여 의학적 응용을 위한 스파크 없는-플라스마 및 증기를 발생하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
간단히 설명하면, 본 발명은 안전하고 효과적인 의학적 응용을 위해 개선된 방법 및 장치를 제공한다. 바람직한 실시예에서, 레이저 다이오드의 고유한 이익(가령, 신뢰성 있고 컴팩트한 고체 상태 디바이스로부터 유효 전력 발생)의 이용에 근거하여, 플라스마 및 고 에너지 증기가, 의학적 지시사항을 처치하고 심각한 손상 구역의 생성을 방지하는데 충분한 전력 레벨 및 전력 밀도를 가지는 의학적 애플리케이션을 위해 생성된다. 서로 다른 구성 면에서 송신 수단은 고 전력 밀도를 얻는데 사용되며, 이는 팁에서 플라스마 및 고-에너지 증기를 개시할 수 있다. 스파크 없는 플라스마 및 고 에너지 증기 버블이 형성되면, 이를 시작하는 것에 더하여 또한 다른 파장을 흡수할 것이라는 것을 알 것이다. 결과적으로, 다이오드 또는 다이오드 펌프 레이저에 의해 보다 효과적으로 발생된 다른 파장이 처치 효율성을 개선하기 위해 빔에 부가될 수 있다. 예를 들어, 1470nm 파장은 조직 증기화 및 뛰어난 지혈 효과를 생성하기 위해 980nm의 파장과 함께, 스파클러-없는 플라스마 버블을 생성하는데 사용될 수 있다. 플라스마 및/또는 고-에너지 증기가 제 위치에 배치되면, 이러한 구역으로부터 복사선은 조직 효과를 결정한다. 다른 실시예에서, 고 피크 전력 펄스 복사선이 사용된다. 1470nm, 1940nm 또는 1550nm의 파장이 바람직하다. 추가로, 980nm와 같은 물에서의 매질 흡수되는 다른 파장과 함께 조합될 수 있다. 다른 실시예에서, 집중형 이중 코어 광섬유가 사용되고, 여기서 점화 복사선은 인접한 단일 모드로 유도되고, 펄스를 유지 및 강화하는데 사용된 내부 코어 및 복사선이 둘러싼 제 2 외부 코어로 유도된다.
전술한, 본 발명의 다른 목적, 특징 및 효과가 첨부된 도면과 함께 다음의 설명을 읽음으로써 명백해질 것이다.
도 1a 및 1b는 레이저 복사에 근거하여 플라스마 버블이 생성되는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 나타낸다.
도 2는 이중 파장 레이저 복사를 이용하여 조직에서 획득된 복합 효과를 나타내는 다이어그램을 도시한다.
도 3은 원뿔형 팁 광섬유를 통해 전달되는 레이저 복사선을 이용하여 연조직상의 홈(furrow) 생성을 나타낸다.
다이오드 레이저는 증기화와 마찬가지로 흡수 및 응고를 제공하는 개별적인 파장의 바람직한 레이저 조직 상호작용 덕에 의료용으로 사용되어 왔다. 동일한 출력 전력에 대해, 다이오드 레이저는, 특히 비-고체 상태 레이저 또는 주파수-두배 고체 상태 레이저에 비하여, 높은 신뢰성을 가지고 정렬 및 관리를 필요로 하지 않고도, 더 작고, 더 가벼우며, 공기 냉각된다.
전에 언급된 기술적 제한 및 문제의 일부가, 의료적 지시사항을 처리하고 심화된 손상 영역 생성을 방지하기에 충분한 전력 레벨 및 전력 밀도로 의료적 응용을 위한 스파크없는 플라스마 및 증기를 발생하기 위해, 레이저 다이오드의 고유 이익(가령 신뢰성 있는 그리고 소형의 고체 상태 디바이스로부터의 효과적인 전력 발생과 같은)을 사용함으로써 극복될 수 있다.
이전에 언급된 것과 같이, 고 전력 밀도는 타깃 상의 플라스마/증기 형성 및/또는 높은 흡수를 시작하기 위해 사용된다. 그러나, 마찬가지로 플라스마/증기 형성을 개시하기 위한 초점 수단을 사용하는 것이 가능하며, 일 예는 초기에 물에 잠긴 수성 환경에서 원뿔형 광섬유 팁을 사용하는 것이다. 복사선이 전방 단부(front end)로부터 물 내에 존재한다.
고 흡수성 연속적인 파 복사선이 수성 물질에 적용되면, 물 분자가 고온으로 그리고 빠르게 가열된다. 이러한 즉각적인 그리고 매우 높은 가열은 빠른 팽창으로 이온화를 일으키고, 스파크 없는 플라스마 버블을 생성하며 수 밀리미터 이상의 붕괴 및 수 밀리 초 후에 우지직(crackling) 잡음을 낸다. 연속적으로, 수 밀리초 후에, 프로세스가 반복되고 우지직 잡음이 들릴 수 있으며, 이는 버블의 성장 및 붕괴에 의해 생성된다. 이러한 버블은 수천도 이상의 내부 온도에 도달한다. 결과적으로, 이들은 둘러싼 물 내에서 상당한 열-절제 효과를 가지며 이들의 열 에너지를 방출한다. 따라서 조직 처리 내의 고 흡수성 복사선 레이저의 지혈 효과가 조직 자체와 직접적인 레이저 반응에 관련되지 않는다. 대신에, 플라스마 버블 주의에 발생된 증기 및 고온수의 열 스프레이 효과에 기인하여 발생하며, 물 내의 열 에너지를 방출한다. 이는 패러다임 스위치이다.
도 1a 및 1b는 코어(104) 및 클래드(106, clad)를 포함하는 광섬유(102)가 플라스마 형태를 생성하기 위해 액체(108)로 레이저 에너지를 방출하는, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸다. 버블(110)은 파장 및 전력이 환경에서 충분한 흡수를 일으키기 위해, 적절히 선택되는 경우에 형성될 것이다. 예를 들어, 1470±60nm 파장이 물 내에 고도록 흡수됨에 따라, 전력 밀도가 충분할 때 이는 이러한 목적에 적합하다. 광섬유(102) 팁은 바람직하게는 더 큰 조직 절제를 위해 원뿔형으로 형성되는 것이 바람직하다. 획득된 고 전력 밀도는 팁에서 플라스마 및 고-에너지 증기를 일으킬 수 있다. 일단 형성되면, 이를 개시하는 것에 부가하여 다른 파장을 흡수할 것이라는 것을 종종 발견할 것이다. 결과적으로, 다이오드 또는 다이오드 펌프 레이저(예를 들어, 980±60 nm)에 의해 더 효과적으로 발생되는 다른 파장이 처치 효율을 높이기 위해 빔에 부가될 수 있다. 플라스마 또는 고-에너지 증기가 재 위치에 배치되면, 이러한 영역으로부터 복사선이 조직 효과를 결정할 것이다. 매질은 복사선의 매우 높은 흡수 계수를 가지기 때문에, 복사선 및 조직 사이의 반응의 매개자일 수 있다. 종종, 플라스마에 의해 방출된 최대 복사선 파장은 스펙트럼의 가시 범위 내에 존재하는 경향이 있고, 조직 스캐터링에 기인하여, 통상적인 적외선 다이오드 레이저와 비교하여, 조직 내에서 더 높은 흡수가 관찰될 것이다.
나아가, 일반적으로 응고가 매우 고온 매질 스프레이의 열 스프레이에 의존하며, '플라스마' 버블에 의해 생성된다. 이는 또한 플라스마에 의해 방출된 스펙트럼의 특정 부분 및, 조직과 고-에너지 증기와의 상호작용과 함께 조직으로 전달될 원 레이저 복사선의 특정 부분의 충분한 투과에 기인하여 조직 내에서 획득될 수 있다.
전술한 설명에 따르면, 이러한 발명은 수단에 의해 수행될 수 있는 다양한 의학적 처치에 관한 실질적인 다재다능성을 획득한다.
바람직한 실시예로서, 본 발명은 식염성 솔루션 또는 기타 생체적합성 액체에 의해 제공된 수성 환경 내 또는 충분한 양의 물을 내부에 함유하는 조직에서 실행된다.
본 발명은 추가로, 다음의 예에 의해 설명된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
예:
멀티 파장 레이저 조직 절제 및 절제
멀티-다이오드 레이저 원은 예를 들면, 1470nm와 함께 980nm의, 동일한 광섬유 내의 하나 이상의 동시성 파장을 전달할 수 있다. 1470nm에서, 물에서의 고 흡수성이 존재하며 따라서 광섬유 팁에서 고 에너지 버블의 형성(캐비테이션 및/또는 스파크없는 플라스마 효과)으로 이어진다. 이러한 효과는 연조직의 고속 절제를 일으킬 수 있다. 980nm에서는, 물에서 흡수성이 낮으나 혈액에서 높은 흡수성이 높다. 따라서 우수한 지형 효과를 얻을 수 있다. BPH 처치에 사용되는 다중-다이오드 레이저에서, 우수한 지혈 효과를 가지는 전립선 조직에서의 고속 절제가 이루어질 수 있다. 도 2는 조직 처치를 위한 이러한 두 개의 파장을 조합하는 효과를 나타낸다.
측면 발화(firing) 광섬유의 사용은, BPH 레이저 처치 중에, 깊은 깊이의 지혈과 함께, 전립선 조직의 절제를 가능하게 한다. 원뿔형 팁 광섬유를 가지는 멀티-다이오드 레이저를 사용하여, BPH 레이저 처치 중에, 우수한 지혈작용을 가지는 전립선 조직의 많은 부분의 고속 절제가 얻어진다. 다음의 시험관 및 임상적 연구에서, 1470nm 다이오드 레이저는 발생한 효과에 관한 우수한 성능을 나타낸다는 것을 검증하였다.
물 내에 담가진 그리고 1470nm 다이오드 레이저 원에 연결된 광섬유에 의해 생성된 효과는 1940nm 다이오드 레이저와 유사한 효과를 생성하는 데 필요한 것에 매우 근접한 플라스마 형성 임계치를 가지는 것으로 검증되었다. 나아가, 1470nm 다이오드 레이저는 툴륨 레이저와 같이 물에서 유사한 효과를 나타내고, 이에 따라 생물학적 문제에서 유사한 효과를 나타낸다. 그러나, 다이오드 레이저는 툴륨과 같은 이온 결정 레이저와 비교할 때, 많은 효과를 가진다. 예를 들어, 1470nm 다이오드 레이저는 23%의 효율을 가지나, 반면에 툴륨 레이저의 효율은 6%이다. 또한, 동일한 출력 전력에 관해, 다이오드 레이저는 더 작고, 더 가벼우며, 에어 냉각되고, 더 신뢰성 있으며 적은 정렬 및 관리 필요조건을 요한다.
연속 모드의 1470nm에서 방출하는 다이오드 레이저를 사용할 때, 물에 담가진 광섬유 팁은 고 에너지 버블을 생성하고, 이는 조사 후에 스파크 없는 플라스마 버블이 되는 것으로 관찰되었다. 이러한 플라스마 버블은 때때로 스파크를 나타내고(300usec보다 짧은 펄스 지속시간을 가지는 Ho:YAG 레이저를 사용할 때 항상 존재함), 따라서 이를 "스파클러 없는" 또는 "스파크 없는" 플라스마 버블이라 한다. 1470nm 복사선은 광섬유 팁과 접촉한 물 분자와 충돌하고, 캐비테이션 버블 형성 및 끓는 고온수의 열 스프레이를 동반하는 고속 가열로 이어진다. 모든 전자기 에너지가 높은 흡수에 기인하여 열 에너지로 변환된다. 따라서, 물의 1mm의 광학 경로는 거의 100%의 복사선을 흡수한다.
이러한 고속 가열(fast heat-up)은 빠르게 증가하는 양의 끓는 고온수를 생성하고 스파크 없는 플라스마 버블을 생성하며 결과적으로 충격파를 발생한다. 수 밀리초 후에, 프로세스는 관련된 타닥타닥(creptating)하는 잡음을 다시 일으킨다. 스파크 없는 플라스마 버블은, 충격파 잡음을 가지나 에너지가 적은 스파클링 플라스마 버블과 유사한 효과를 발생한다. 이러한 버블은 열 절제 효과에 기인하여 고도로 파괴적이며, 이들의 관련 열 에너지 수 밀리미터 반경 내의 주변의 물에 영향을 미친다. 결과적으로, 1470nm 다이오드 레이저는 또한 지혈 효과에 기여하며, 이는 생물학적 조직과 복사선의 직접적인 상호작용에 의해 생성되는 것이 아니고 물에 의해 매개된다. 지혈 효과는, 방출 시 열 에너지를 주변의 물에 전달하는 캐비테이션 버블로부터 광섬유 팁 상에 생성된, 끓고 있는 고온수의 열 스프레이에 의해 발생된다.
이전 단락을 고려하면, 플라스마 버블이 연속적인 파 원(wave source)을 이용하여 생성되었으며, 고 에너지를 이용한 열-삭제 효과가 얻어졌다. 이는 일반적으로 펄스형 레이저 원에 대해서만 개시하는 종래 기술과 비교할 때, 특히 신규한 개념이다.
1470nm 다이오드 레이저의 고 효율성에 근거하여, 방출의 이중 밴드를 가지는 새로운 고 전력 다이오드 레이저가 생각 및 개발되었다(COMBO 레이저). 이는 980nm에서 복사선의 지혈 속성과 1470nm 복사선의 열-절제 속성을 결합한다.
따라서, 조직의 고속 절제를 위해 1470nm 복사선을 그리고 조직에서 우수한 투과성을 가지도록 하기 위해 그리고 광섬유 이동 속도를 특별히 감소시킬 필요 없이, 제어되고 효과적인 지혈 효과를 얻기 위해, 980nm 복사선을 사용하여 BPH 처치에 대한 고 전력 다이오드 레이저가 개발되었다. 또한, 이 장치는 특정한 외과적 응용을 수행하기 위해 단일 파장을 선택할 가능성을 가지고 디자인되었다.
우수한 지혈 효과와 결합된 고속 절제를 위해, 방출된 전력은 각각 980nm 및1470nm의 양자에서 방출된 전력의 합으로 지칭된다. 예를 들어, 100W의 총 레이저 전력을 사용할 때, 70W가 980nm 소스에서 나오고, 30W는 1470nm 소스에서 나온다.
본 발명(COMBO 레이저)의 프로토타입을 이용한 조직학적 결과를 가지는 임상적 시도 및 시험관 테스트가 원하는 조직 효과를 위한 효과적인 스파클러 없는 플라스마 형성을 하기 위한 두 개의 파장, 특히 1470±60 nm 및 980±60 nm 다이오드 레이저를 조합하는 효율성이 입증되었다. 추가로, 1940±60 nm 다이오드 레이저(이는 물에 의해 심지어 더 많이 흡수될 수 있음)가 이전 파장과 적절히 조합될 수 있다. 1470nm 파장은 물에 담가진 얇은 광섬유에 의해 전달될 때, 이는 600um 광섬유의 2w의 방출 전력만큼 낮은 임계 레벨로 스파클러 없는 플라스마 버블을 생성한다. 1470nm에 의해 생성된 플라스마는 경조직의 파열과 함께 얇은 응고를 하는 연조직의 고속 절제를 할 수 있다. 980nm 파장은 혈액에서 뛰어난 흡수력을 가지며, 물에서 흡수력이 떨어진다. 깨끗한 화이트닝과 함께 지혈 효과와 관련된 조직 증발을 일으킬 수 있다. 조직에서의 투과는 약 2-3mm이다. COMBO 레이저에서, 1470nm 파장은 물에 담가진 광섬유 팁 상에 플라스마 버블을 생성한다. 동일한 광섬유 내의 980nm 파장의 동시 방출 시, 플라스마 버블에 도달하면, 약 70%가 흡수되고 나머지 30%가 플라스마 버블을 빠져나간다. 결과적으로, 980nm 에너지의 70%가 플라스마로 변환되고, 이러한 파장의 70%가 1470nm 파장에 의해 생성된 플라스마 버블에 대한 펌프로서 작용한다. 980nm의 잔여 30%가 조직에 도달하고, 추가적인 항상성(homeostasis)을 제공할 수 있다. 이에 대해 추가로 예를 들면, COMBO 레이저가 100W의 전력을 방출하는 경우에, 75W가 980nm에서 측정되었고, 29W가 1470nm에서 측정되었다. 100W가 물에 담가진 광섬유를 이용하여 전달될 때, 플라스마 버블이 광섬유 팁에서 발생되었고, 측정치는 플라스마 버블의 외부의 잔여 980nm에서 16W였다. 플라스마 버블의 전력 공급은 980nm의 70% = 60W 미고 1470nm에서 28W이다. 결과적으로, 플라스마 버블은 두 개의 복사선(980+1470nm)에 의해 펌핑되고, 980nm에서 잔여 복사선이 지혈 효과를 개선하기 위해 플라스마 버블을 중첩하는 작용을 할 수 있다. 또한, 유사하게 (980nm+1940nm) 또는 (1470+1940nm)의 조합이 효과적일 것이다.
따라서, 임상적 및 시험관 테스트는 1470nm 파장의 저 전력을 이용하여 플라스마 버블이 발생될 수 있고, 저 비용 및 고 효율성을 가지는 980nm 파장으로, 이러한 플라스마 버블의 증폭 및 성장이 획득될 수 있다는 것을 보여준다.
추가 테스트는 COMBO 레이저에서 1000um 원뿔형 광섬유 및 120W의 전력을 사용할 때, 측정치가 1470nm에서 35W이었고, 980nm에서 93W이었다.
바람직한 실시예에서, 레이저 원의 다른 조합은 플라스마 점화 수단 및 펄스 전압 공급 수단(pulse energizing means)을 사용하여 플라스마를 발생시키기 위해 다이오드 펌핑 레이저 디바이스를 획득하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이중 코어 광섬유에서, 점화 복사선이 단일 모드 코어로 유도되고, 펄스를 관리 및 강화하는데 사용된 복사선이 주변 제 2 코어로 유도된다. 단일 모드 또는 인접한 단일 모드 복사선은 1550±60nm에서 다이오드 펌핑 또는 q-스위칭된 광섬유 레이저로부터 나오고, 광섬유는 다이오드 펌핑 녹색 레이저의 펄스 및 펄스 관리 및 강화를 위한 복사선을 연장하고, 에너지의 메이어(mayor) 부분이 다이오드 레이저로부터 나온다. 1550nm 펄스는 915-980 또는 1480 레이저 다이오드 펌프로부터 발생될 수 있다.
시험관 테스트 후에, 이중 밴드 다이오드 레이저의 뛰어난 효율성이 입증되고, BPH 절차 내의 고속 처치로 이어진다. 더 큰 조직 표면 상에 복사선 방출이 가능한 광섬유를 사용할 가능성이, 각각의 스윕(sweep) 시 추가 조직 절제를 위해 고려되었다. 결과적으로 1000um 코어 지름을 가지는 원뿔형 광섬유의 사용이 전립선 조직 상의 더 큰 표면을 조사하기 위해, 제안되었다. 따라서, 측면 점화 광섬유 대신에 원뿔형 광섬유를 사용함으로써, 1470nm 복사선의 고속 열-절제 효과를 사용하는 것이 허용되었다. 각각의 스윕 후에, 출혈 없이 더 크고 깨끗한 홈이 획득되었다. 획득된 홈은 측면 점화 광섬유에 의해 생성된 것보다 크다. 그러나 더 깊은 응고 효과를 생성한다. 원뿔형 광섬유에서, 절제 효과는 우수한 지혈 효과와 결합되었고, 완전한 BPH 처치가 다른 유사한 레이저 처치보다 빠르게 하는 것을 가능하게 하며, 심지어 전통적인 TURP 처치보다 빠르다. 도 3에서, 원뿔형 광섬유 유발 홈이 관찰될 수 있다.
다른 바람직한 실시예에서, 비대칭 탈축(off-axis) 방출 광섬유가 사용될 수 있으며, 가령 노이버거에 의한 미국 특허 출원 제61/245,484호에 개시된 트위스터 광섬유가 사용될 수 있다. 이러한 광섬유는 보다 우수한 꼬임성(twistability) 및 조정 가능성을 허락한다.
50gr의 치수를 가지는 전립선의 BPH 처치를 위해, 100W 및 110W의 전력 설정을 이용할 때, 전립선 아데노마(선종)의 절제를 위한 총 처치 시간은 18-20min이었다. 동일한 전립선 치수가, 이중 밴드 다이오드 레이저를 이용한 처치보다 20% 느리게, 25-30분의 TURP 영상(modality)으로 처치될 수 있다는 것을 고려해야 한다.
후속 처치 시 환자가 통증이나 임의의 다른 불편함 없이 적용되었다. 출혈이 관찰되지 않았으며, 도뇨관(catheter)이 동일한 날에 제거되었다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 설명되었으나, 본 발명이 구체적인 실시예에 제한되지 않으며 다양한 변경 및 변화가 첨부된 청구항에 정의된 발명의 범주 및 사상을 벗어나지 않는 한 관련 분야의 숙련자에 의해 본 발명에서 실행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (14)

  1. 개선된 의학적 처치(enhanced medical treatment)를 위한 의학적 레이저 장치로서, 상기 장치는
    적어도 하나의 레이저 광원, 및
    상기 적어도 하나의 광원과 광학적으로 접촉하는 근위 단부(proximal end) 및 처치 부위(treatment site)에 인접하게 위치하도록 구성된 원위 단부(distal end)를 갖는 전송 매질
    을 포함하고, 상기 적어도 하나의 레이저 광원은 실질적으로 연속 모드로 상기 처치 부위 또는 그 인접부에서 고흡수율인 적어도 하나의 사전 선택된 파장(preselected wavelength)을 갖는 레이저 광을 발산하며,
    상기 레이저 광이, 조직 처치 부위에 인접한 상기 전송 매질의 상기 원위 단부에 플라스마 및 고에너지 증기 버블 구역 중 적어도 하나를 형성하기 위한 파워 밀도를 갖는 연속 파로 상기 처치 부위로 전달되도록, 상기 적어도 하나의 레이저 광원, 상기 전송 매질, 및 상기 사전 선택된 파장은 선택되며,
    상기 플라스마 및 고에너지 증기 버블 구역 중 적어도 하나는 열 에너지를 주위 매질로 전달하여 열-절제(thermo-ablation)를 야기하는, 의학적 레이저 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    소변관(urinary tract)을 통해 환자의 신체로 들어가기 위한 수단을 더 포함하는, 의학적 레이저 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송 매질은 하나 이상의 광섬유인, 의학적 레이저 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 광원은 다이오드 레이저이고, 980±60nm, 1470±60nm, 또는 1940±60nm의 파장에서 동작하는, 의학적 레이저 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 광섬유는 이중 코어 구조를 가지고, 하나의 파장(one wavelength)을 갖는 레이저 광은 내부 코어에서 이동하며 또 다른 파장(another wavelength)을 갖는 레이저 광은 외부 코어에서 전송되는, 의학적 레이저 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 둘 이상의 바람직한 파장이 980nm와 1470nm, 980nm와 1940nm, 또는 1470nm와 1940nm의 조합으로 이용되는, 의학적 레이저 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    하나의 레이저 광원은 광섬유 레이저이고, 또 다른 레이저 광원은 상기 광섬유 레이저를 위한 펌프 레이저이며, 두 레이저 광원으로부터의 레이저 광은 모두 하나 이상의 광섬유에 의해 전송되는, 의학적 레이저 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    하나 이상의 광섬유는 동심형 코어 구조를 가지고, 상기 광섬유 레이저의 파장이 내부 코어에서 이동하며 펌프 레이저 파장이 외부 코어로 전송되는, 의학적 레이저 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 광섬유 레이저는 1550±60nm의 파장을 갖는 광원을 발산하고, 상기 펌프 레이저는 915 내지 980nm 또는 1470±60nm의 파장을 갖는 레이저 광을 발산하는, 의학적 레이저 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 광원은 연속 또는 반-연속(semi-continuous) 모드에서 동작하는 툴륨 레이저(thulium laser)인, 의학적 레이저 장치.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 광섬유는 트위스터 광섬유(twister fiber)인, 의학적 레이저 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 전송 매질은 상기 원위 단부에서 원추형 팁(conical tip)을 포함하고, 상기 원추형 팁은 상기 레이저 광을 포커싱하고, 상기 전송 매질의 상기 원위 단부에서, 플라스마 및 고에너지 증기 버블 구역 중 적어도 하나를 형성하기 위한 고전력 밀도를 얻도록 구성되는, 의학적 레이저 장치.


  13. 삭제
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