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KR102279322B1 - 다중 진단 및 치료 카테터와 이를 포함하는 카테터 시스템 - Google Patents

다중 진단 및 치료 카테터와 이를 포함하는 카테터 시스템 Download PDF

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KR102279322B1
KR102279322B1 KR1020190040521A KR20190040521A KR102279322B1 KR 102279322 B1 KR102279322 B1 KR 102279322B1 KR 1020190040521 A KR1020190040521 A KR 1020190040521A KR 20190040521 A KR20190040521 A KR 20190040521A KR 102279322 B1 KR102279322 B1 KR 102279322B1
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KR
South Korea
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cladding
light
diagnostic
core
treatment
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KR1020190040521A
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KR20200118528A (ko
Inventor
유홍기
이민우
김진원
오왕열
박경순
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
중앙대학교 산학협력단
고려대학교 산학협력단
한국과학기술원
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Priority to PCT/KR2020/004537 priority patent/WO2020209545A2/ko
Priority to US17/602,419 priority patent/US12144582B2/en
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Abstract

다중 진단과 치료를 함께 수행할 수 있는 카테터 및 이를 포함하는 카테터 시스템이 개시된다. 개시된 다중 진단 및 치료 카테터는 트리플 클래드 파이버; 상기 트리플 클래드 파이버의 일단에 결합되는 렌즈를 포함하며, 상기 트리플 클래드 파이버는 제1진단용 광을 가이드하는 코어; 상기 코어를 둘러싸며, 제2진단용 광을 가이드하는 제1클래딩; 상기 제1클래딩을 둘러싸는 제2클래딩; 상기 제2클래딩을 둘러싸며, 치료용 광을 가이드하는 제3클래딩; 및 상기 제3클래딩을 둘러싸는 코팅층을 포함한다.

Description

다중 진단 및 치료 카테터와 이를 포함하는 카테터 시스템{MULTIMODAL DIAGNOSTIC AND THERAPEUTIC CATHETER AND CATHETER SYSTEM}
본 발명은 다중 진단 및 치료 카테터와 이를 포함하는 카테터 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진단과 치료를 함께 수행할 수 있는 카테터 및 이를 포함하는 카테터 시스템에 관한 것이다.
Intravascular optical coherence tomography(IV-OCT), IV-OCT/near-infrared fluorescence imaging(IV-OCT/NIRF), IV-OCT/near-infrared autofluorescence imaging(IV-OCT/NIRAF), IV-OCT/near-infrared spectroscopy(IV-OCT/NIRS), IV-OCT/fluorescence lifetime imaging microscopy (IV-OCT/FLIm) 등과 같이 하나 또는 하나 이상의 영상화 기술 기반으로, 카테터를 혈관, 소화기, 요도 등의 관형 조직에 삽입하여 조직 내부를 영상화하고 그 영상을 토대로 진단을 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
또한 광역동치료(Photodynamic therapy, PDT), 광열적치료(Photothermal therapy, PTT), 광응고(Photocoagulation), 저출력 레이저 치료기술(Low-level laser therapy, LLLT) 등과 같이 빛을 이용한 치료 방법을 관형 조직의 치료에 적용하기 위해, 광섬유를 이용한 치료 카테터가 개발 및 판매되고 있다.
그리고 최근에는 진단과 치료가 동시에 가능한 카테터에 대한 연구도 이루어지고 있으며, 관련 선행문헌으로 대한민국 등록특허 제10-1808675호가 있다.
본 발명은 진단과 치료를 함께 수행할 수 있는 카테터 및 이를 포함하는 카테터 시스템을 제공하기 위한 것이다.
특히 본 발명은 다중 진단과 치료를 함께 수행할 수 있는 카테터 및 이를 포함하는 카테터 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 트리플 클래드 파이버; 상기 트리플 클래드 파이버의 일단에 결합되는 렌즈를 포함하며, 상기 트리플 클래드 파이버는 제1진단용 광을 가이드하는 코어; 상기 코어를 둘러싸며, 제2진단용 광을 가이드하는 제1클래딩; 상기 제1클래딩을 둘러싸는 제2클래딩; 상기 제2클래딩을 둘러싸며, 치료용 광을 가이드하는 제3클래딩; 및 상기 제3클래딩을 둘러싸는 코팅층을 포함하는 다중 진단 및 치료 카테터를 제공한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 및 제2진단용 광과 치료용 광을 가이드하는 트리플 클래드 파어버; 및 상기 트리플 클래드 파이버의 일단에 결합되는 렌즈를 포함하며, 상기 트리플 클래드 파이버는 코어, 상기 코어를 둘러싸는 제1클래딩, 상기 제1클래딩을 둘러싸는 제2클래딩, 상기 제2클래딩을 둘러싸는 제3클래딩 및 상기 제3클래딩을 둘러싸는 코팅층을 포함하며, 상기 제1 및 제2진단용 광과 치료용 광 각각은 상기 코어 및 제1 내지 제3클래딩 중에서 굴절률이 가장 작은 제2클래딩을 경계로 상기 코어, 상기 제1클래딩 및 상기 제3클래딩에서 가이딩되는 다중 진단 및 치료 카테터를 제공한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제1진단용 광원; 제2진단용 광원; 치료용 광원; 상기 제1 및 제2진단용 광원의 빛과, 상기 치료용 광원의 빛을 가이드하며, 코어, 제1 내지 제3클래딩 및 코팅층을 포함하는 트리플 클래드 파어버; 및 상기 트리플 클래드 파이버의 일단에 결합되는 렌즈를 포함하는 다중 진단 및 치료 카테터 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 서로 다른 영상화 기술 기반의 진단용 광 및 치료용 광을 동시에 가이드할 수 있기 때문에, 하나의 카테터로 다중 진단 및 치료가 함께 이루어질 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 복수의 진단용 광과 치료용 광이 트리플 클래드 파이버의 제2클래딩을 경계로, 코어, 제1 및 제3클래딩에서 가이딩되도록 함으로써, 광손실을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 진단 및 치료 카테터 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 진단 및 치료 카테터를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 진단 및 치료 카테터를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 구체적 실시예에 따른 다중 진단 및 치료 카테터를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
전술된 바와 같이 하나의 카테터로 단일 진단과 치료가 함께 이루어질 수 있는 기술들이 개발되고 있다. 영상화 기술 별로 진단이 가능한 질환에 차이가 있기 때문에, 복수의 영상화 기술 기반으로 다중 진단이 가능하면서 치료가 함께 이루어질 수 있는 카테터가 개발된다면, 보다 정확한 진단 결과에 기초한 치료가 이루어질 수 있을 것이다.
본 발명은 이러한 점에 착안하여 개발된 것으로서, 트리플 클래드 파이버(Triple clad fiber, TCF)를 이용하여 다중 진단과 치료가 함께 가능한 카테터 및 카테터 시스템을 제안한다. 트리플 클래드 파이버가 서로 다른 영상화 기술에 이용되는 진단용 광과 치료용 광이 이동할 수 있는 채널을 제공하기 때문에, 본 발명에 따르면 다중 진단과 치료가 함께 이루어질 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 진단 및 치료 카테터 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면 본 발명에 따른 다중 진단 및 치료 카테터 시스템은 다중 진단 및 치료 카테터(110), 회전 광 결합부(120), 제1영상화 장치(130), 제2영상화 장치(140) 및 광치료 장치(150)을 포함한다.
다중 진단 및 치료 카테터(110)는 혈관 등과 같은 환자의 병변 부위에 삽입되며, 제1 및 제2영상화 장치(130, 140)로부터 제공되는 제1 및 제2진단용 광을 가이드하여 환자의 병변 부위로 조사한다. 병변 부위로 조사된 진단용 광은 병변 부위로부터 반사되며, 다중 진단 및 치료 카테터(110)는 반사된 빛을 제1 및 제2영상화 장치(130, 140)로 제공한다. 또한 다중 진단 및 치료 카테터(110)는 광치료 장치(150)로부터 제공되는 치료용 광을 가이드하여 환자의 병변 부위로 조사한다.
다중 진단 및 치료 카테터(110)는 코어, 제1 내지 제3클래딩 및 코팅층을 포함하는 트리플 클래드 파이버를 이용하여 진단용 광 및 치료용 광을 가이드할 수 있다. 다중 진단 및 치료 카테터(110)는 도 2 내지 도 4에서 보다 자세히 설명된다.
제1 및 제2영상화 장치(130, 140)는 각각 제1 및 제2진단용 광원을 포함하며, 제1 및 제2진단용 광원의 빛을 다중 진단 및 치료 카테터(110)로 제공한다. 그리고 병변 부위로부터 반사된 빛을 이용하여 병변 부위에 대한 이미지를 생성한다.
일실시예로서, 제1 및 제2영상화 장치(130, 140)는 광간섭성단층촬영기술/근적외선형광영상기술(OCT(optical coherence tomography)/NIRF (near-infrared fluorescence imaging)), 광간섭성단층촬영기술/근적외선자가형광영상기술(OCT/ NIARF(near-infrared autofluorescence imaging)), 또는 광간섭성단층촬영기술/형광수명영상분석기술(OCT/FLIm fluorescence lifetime imaging microscopy)) 등의 영상화 기술에 기반한 영상화 장치일 수 있다. 또한 이외에도 실시예에 따라서 다양한 영상화 기술의 조합이 적용될 수 있다.
광치료 장치(150)는 치료용 광원을 포함하며 치료용 광원의 빛을 다중 진단 및 치료 카테터(110)로 제공한다. 일실시예로서, 광치료 장치(150)는 광역동치료(Photodynamic therapy, PDT), 광열적치료(Photothermal therapy, PTT), 광응고(Photocoagulation), 저출력 레이저 치료기술(Low-level laser therapy, LLLT) 등과 같은 광치료 기술에 기반한 장치일 수 있다. 또한 이외에도 이외에도 실시예에 따라서 다양한 광치료 기술이 적용될 수 있다.
회전 광 결합부(120)는 제1 및 제2영상화 장치(130, 140), 광치료 장치(150), 다중 진단 및 치료 카테터(110)를 결합시키며, 다중 진단 및 치료 카테터(110)를 고속으로 회전시키거나 전후 방향으로 이동시킨다. 이러한 회전 광 결합부(120)의 구동에 의해 다중 진단 및 치료 카테터(110)는 삽입된 부위를 이동하면서 진단용 광을 병변 부위로 조사할 뿐만 아니라 치료용 광을 병변 부위로 조사할 수 있다.
본 발명에 따르면, 서로 다른 영상화 기술 기반의 진단용 광 및 치료용 광을 동시에 가이드할 수 있기 때문에, 하나의 카테터로 다중 진단 및 치료가 함께 이루어질 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 진단 및 치료 카테터를 설명하기 위한 도면으로서, 도 2는 다중 진단 및 치료 카테터의 단면도를 나타내며, 도 3은 트리플 클래드 파이버의 굴절률을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 다중 진단 및 치료 카테터(110)는 렌즈(210) 및 트리플 클래드 파이버(220)를 포함한다.
렌즈(210)는 트리플 클래드 파이버(220)의 일단에 결합되며, 트리플 클래드 파이버(220)를 통해 가이딩되는 제1 및 제2진단용 광을 집광하여 병변 부위와 같은 시편으로 조사한다. 일실시예로서 볼렌즈가 이용될 수 있다.
트리플 클래드 파이버(220)는 코어(230), 제1 내지 제3클래딩(231, 232, 233) 및 코팅층(234)을 포함한다. 제2클래딩(232)은 코어(230)를 둘러싸는 제1클래딩(231)을 둘러싸며, 코팅층(234)은 제2클래딩(232)을 둘러싸는 제3클래딩(233)을 둘러싼다.
일실시예로서, 코어(230)는 제1진단용 광을 가이드하며 제1클래딩(231)은 제2진단용 광을 가이드할 수 있다. 그리고 제3클래딩(233)은 치료용 광을 가이드할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 트리플 클래드 파이버(220)의 굴절률 특성(refractive index)은, 제1클래딩(231)의 굴절률이 최대 굴절률을 갖는 코어(230)의 굴절률보다 작고, 제2클래딩(232)의 굴절률보다 크며, 제3클래딩(233)의 굴절률이 제2클래딩(232) 및 코팅층(234)의 굴절률보다 크기 때문에, 진단용 광 및 치료용 광은 코어(230), 제1 및 제3클래딩(231, 233)에서 전반사되며 이동할 수 있다.
제2클래딩(232)의 굴절률은 인접한 제1 및 제3클래딩(231, 233)의 굴절률보다 작아서 제2클래딩(232)에서는 전반사가 발생하기 어려우며, 따라서 제2클래딩(232)을 통해 빛이 가이딩될 경우 인접한 제1클래딩(231)이나 제3클래딩(233)으로 빛이 누설되어 광효율이 떨어질 수 있다. 이에 본 발명은, 제2클래딩(232)을 광의 이동 채널로 이용하지 않으며, 제2클래딩(232)에 의해 분리된 제1 및 제3클래딩(231, 233)과 코어(230)을 광의 이동 채널로 이용한다.
제2클래딩(232) 및 코팅층(234)을 제외하고, 실시예에 따라서 코어(230), 제1클래딩(231) 및 제3클래딩(233) 각각은 모두 진단용 광 및 치료용 광의 채널로 이용될 수 있다. 다시 말해, 제1 및 제2진단용 광과 치료용 광 각각은 코어(230) 및 제1 내지 제3클래딩(231, 232, 233) 중에서 굴절률이 가장 작은 제2클래딩(232)을 경계로 코어(230), 제1클래딩(231) 및 제3클래딩(233)에서 가이딩될 수 있는데, 후술되는 바와 같이, 도 2의 실시예에서는 제3클래딩(233)의 외주면으로 치료용 광이 조사되는 구조가 이용되기 때문에, 치료용 광은 제3클래딩(233)에서 가이딩되는 것이 바람직하다.
다시 도 2로 돌아와, 치료용 광이 제3클래딩(233)의 외주면을 통해 병변 부위로 조사될 수 있도록, 제3클래딩(233)의 일부 영역에는 코팅층이 형성되지 않을 수 있다. 즉, 치료광이 조사되는 제3클래딩(233)의 외주면을 제외한 나머지 외주면을 코팅층이 둘러쌀 수 있다. 치료광이 조사되는 제3클래딩(233)의 외주면은 렌즈(210)의 일단, 즉 렌즈(210)와 트리플 클래드 파이버(220)의 결합면으로부터 시작될 수 있으며, 이러한 외주면의 길이는 실시예에 따라서 다양하게 결정될 수 있다.
한편, 제3클래딩(233)은 외주면에 형성된 산란 패턴(240)을 포함하며, 산란 패턴(240)이 형성된 영역에는 전술된 바와 같이 코팅층이 형성되지 않는다. 광을 투과하는 투명한 튜브(250)가, 산란 패턴이 형성되고, 코팅층이 형성되지 않은 영역을 둘러싸며, 제3클래딩(233)을 보호한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 복수의 진단용 광과 치료용 광이 카테터에서 함께 가이딩될 수 있으며, 제2클래딩을 경계로, 코어, 제1 및 제3클래딩에서 광들이 가이딩되도록 함으로써, 광손실을 최소화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 진단 및 치료 카테터를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서 설명된 다중 진단 및 치료 카테터와 달리, 도 4의 다중 진단 및 치료 카테터에서 트리플 클래드 파이버(400)의 제3클래딩의 외주면에는 산란 패턴이 형성되지 않으며, 코팅층이 제3클래딩의 외주면 전체를 둘러싼다.
이러한 다중 진단 및 치료 카테터에서 치료용 광(430)은 제3클래딩의 외주면을 통해 병변 부위(440)로 조사되지 않으며 제1 및 제2진단용 광(410, 420)과 함께 렌즈(210)를 통해 병변 부위(440)로 조사될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 치료용 광은 제3클래딩을 통해 가이딩되지 않고 코어를 통해 가이딩될 수 있다. 즉, 치료용 광이 제3클래딩의 외주면을 통해 병변 부위로 조사될 수 없으므로, 제3클래딩 이외 전반사될 수 있는 다양한 경로를 통해 이동할 수 있다. 마찬가지로 제1진단용 광은 코어를 통해 가이딩되지 않고 제3클래딩을 통해 가이딩될 수 있다.
결국, 치료용 광의 조사 방법에 따라서, 진단용 광과 치료용 광이 가이딩되는 경로는 달라질 수 있으며, 본 발명에 따르면, 제1 및 제2진단용 광과 치료용 광 각각은 코어, 제1클래딩 및 제3클래딩 중에서 선택되는 다양한 경로를 통해 가이딩될 수 있다.
도 5는 본 발명의 구체적 실시예에 따른 다중 진단 및 치료 카테터를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면 본 발명에 따른 다중 진단 및 치료 카테터는 하이포튜브(510, hypotube), 볼렌즈(520), 제1 및 제2튜브(530, 540), 트리플 클래드 파이버 및 토크 코일(550)을 포함한다.
하이포 튜브(510)는 볼렌즈(520)를 보호하며, 제2튜브(540)는 치료용 광이 조사되는 영역을 보호한다. 제2튜브(540)는 하이포 튜브(510) 및 토크 코일(550)과 결합되며, 제1튜브(530)와 이격되어 설치될 수 있다. 제1튜브(530)는 치료용 광이 조사되는 트리플 클래드 파이버의 제3클래딩을 둘러싸며, 제1튜브(530)를 통해 치료용 광이 조사된다. 제1튜브(530)와 같이, 제2튜브(540) 역시 투명하므로, 치료용 광이 시편으로 조사될 수 있다. 토크 코일(550)은 트리플 클래드 파이브를 둘러싸며, 다중 진단 및 치료 카테터의 회전을 위한 토크를 전달한다.
도 5에서는 광역동치료에 이용되는 붉은색의 치료용 광이 사용되는 실시예가 도시되어 있으며, 제1튜브(530)의 외주면이 적색으로 표시된 것은, 제1튜브(530)를 통해 치료용 광이 조사된다는 점을 나타낸다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 트리플 클래드 파이버;
    상기 트리플 클래드 파이버의 일단에 결합되는 렌즈를 포함하며,
    상기 트리플 클래드 파이버는
    제1진단용 광을 가이드하는 코어;
    상기 코어를 둘러싸며, 제2진단용 광을 가이드하는 제1클래딩;
    상기 제1클래딩을 둘러싸는 제2클래딩;
    상기 제2클래딩을 둘러싸며, 치료용 광을 가이드하는 제3클래딩; 및
    상기 제3클래딩을 둘러싸는 코팅층을 포함하며,
    상기 제1클래딩의 굴절률은, 최대 굴절률을 갖는 상기 코어의 굴절률보다 작고, 상기 제2클래딩 굴절률보다 큰 굴절률이며,
    상기 제3클래딩의 굴절률은, 상기 제2클래딩 및 상기 코팅층의 굴절률보다 큰 굴절률인
    다중 진단 및 치료 카테터.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제3클래딩은
    외주면에 형성된 산란 패턴을 포함하는
    다중 진단 및 치료 카테터.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 산란 패턴이 형성되고, 상기 코팅층이 형성되지 않은 영역을 둘러싸는 투명한 튜브
    를 더 포함하는 다중 진단 및 치료 카테터.
  5. 제1 및 제2진단용 광과 치료용 광을 가이드하는 트리플 클래드 파이버; 및
    상기 트리플 클래드 파이버의 일단에 결합되는 렌즈를 포함하며,
    상기 트리플 클래드 파이버는
    코어, 상기 코어를 둘러싸는 제1클래딩, 상기 제1클래딩을 둘러싸는 제2클래딩, 상기 제2클래딩을 둘러싸는 제3클래딩 및 상기 제3클래딩을 둘러싸는 코팅층을 포함하며,
    상기 제1 및 제2진단용 광과 치료용 광 각각은
    상기 코어 및 제1 내지 제3클래딩 중에서 굴절률이 가장 작은 제2클래딩을 경계로 상기 코어, 상기 제1클래딩 및 상기 제3클래딩에서 전반사되며 가이딩되는
    다중 진단 및 치료 카테터.
  6. 삭제
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제1진단용 광은 상기 코어에서 가이딩되고,
    상기 제2진단용 광은 상기 제1클래딩에서 가이딩되고,
    상기 치료용 광은 상기 제3클래딩에서 가이딩되는
    다중 진단 및 치료 카테터.
  8. 제1진단용 광원;
    제2진단용 광원;
    치료용 광원;
    상기 제1 및 제2진단용 광원의 빛과, 상기 치료용 광원의 빛을 가이드하며, 코어, 제1 내지 제3클래딩 및 코팅층을 포함하는 트리플 클래드 파이버; 및
    상기 트리플 클래드 파이버의 일단에 결합되는 렌즈를 포함하며,
    상기 제1 및 제2진단용 광원의 빛과 치료용 광원의 빛 각각은
    상기 코어 및 제1 내지 제3클래딩 중에서 굴절률이 가장 작은 제2클래딩을 경계로 상기 코어, 상기 제1클래딩 및 상기 제3클래딩에서 전반사되며 가이딩되는
    다중 진단 및 치료 카테터 시스템.
  9. 삭제
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