KR101651265B1 - Photothermal therapy modulating apparatus and method using terahertz electromagnetic waves - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광열 입자가 주입된 대상 조직에 레이저 빔을 조사하는 작용부; 상기 작용부의 작용에 의한 상기 대상 조직의 작용 부위에 테라헤르츠파를 송수신하여 상기 작용 부위의 온도를 측정하는 측정부; 및 상기 작용부 및 상기 측정부와 전기적으로 연결되며, 상기 측정부로 측정된 상기 작용 부위의 온도를 설정값과 비교하여 상기 대상 조직의 세포사멸(apoptosis) 온도 범위를 유지할 수 있게 일정하게 유지시키는 온도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하여, 레이저를 이용한 광열치료에 있어서 과열을 방지하고 일정한 온도 유지가 가능하도록 하여 최적의 온도로 질환 치료가 가능하도록 하는 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser irradiation apparatus, A measurement unit configured to transmit and receive a terahertz wave to an action site of the target tissue by the action of the action unit and measure the temperature of the action site; And a temperature control unit that is electrically connected to the operation unit and the measurement unit and compares a temperature of the action site measured by the measurement unit with a set value to maintain a constant temperature such that apoptosis temperature range of the target tissue can be maintained. And controlling the temperature of the photothermal therapy using the terahertz wave to control the temperature of the photothermal therapy using the laser so as to prevent overheating and maintain a constant temperature. ≪ / RTI >
Description
본 발명은 테라헤르츠파를 이용하여 비침습적으로 조직 내부의 광열 온도를 모니터링하며 제어함으로써 세포사멸을 유도하는 광열치료 온도 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 레이저를 이용한 광열치료에 있어서 과열을 방지하고 일정한 온도 유지가 가능하도록 하여 세포사멸이 일어나는 최적의 온도로 질환 치료가 가능하도록 하는 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a photothermal therapy temperature control apparatus and a control method thereof, which induce apoptosis by non-invasively monitoring and controlling the photothermal temperature inside a tissue using terahertz waves. More particularly, the present invention relates to a photothermal therapy temperature control apparatus using a terahertz wave and a control method thereof, which can prevent overheating in a photothermal treatment using a laser and maintain a constant temperature, thereby enabling treatment of a disease with an optimal temperature at which apoptosis occurs .
기존의 광열치료(photothermal therapy)에서 온도의 측정은 MRI를 이용하는 방법이 주를 이루었다.In the conventional photothermal therapy, the temperature was measured using MRI.
그러나, 이러한 MRI는 매우 고가의 장비이며, 부피와 공간을 많이 차지하는 문제점이 있었다.However, such an MRI is a very expensive apparatus, and has a problem of taking up a lot of volume and space.
또한, 기존의 광열치료에서 온도의 측정은 열전대 프로브(thermo-couple probe)를 이용하여 실시할 수도 있었다.In addition, in the conventional photothermal therapy, the temperature could be measured using a thermo-couple probe.
그러나, 이러한 열전대 프로브는 레이저를 이용하는 경우, 열전대 프로브가 레이저 빔을 흡수해버려 정확한 온도 측정이 불가능한 문제점이 있었다.
However, such a thermocouple probe has a problem in that, when a laser is used, the thermocouple probe absorbs the laser beam and accurate temperature measurement is impossible.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 레이저를 이용한 광열치료에 있어서 과열을 방지하고 일정한 온도 유지가 가능하도록 하여 최적의 온도로 질환 치료가 가능하도록 하는 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a photothermal therapy using laser, which can prevent overheating and maintain a constant temperature, And a control method thereof.
레이저 빔을 대상 조직에 적용하는 작용부; 상기 작용부의 작용에 의한 상기 대상 조직의 작용 부위에 테라헤르츠파를 송수신하여 상기 작용 부위의 온도를 측정하는 측정부; 및 상기 작용부 및 상기 측정부와 전기적으로 연결되며, 상기 측정부로 측정된 상기 작용 부위의 온도를 설정값과 비교하여 상기 대상 조직의 세포사멸(apoptosis) 온도 범위를 유지할 수 있게 일정하게 유지시키는 온도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 장치를 제공할 수 있다.An operating portion for applying a laser beam to a target tissue; A measurement unit configured to transmit and receive a terahertz wave to an action site of the target tissue by the action of the action unit and measure the temperature of the action site; And a temperature control unit that is electrically connected to the operation unit and the measurement unit and compares a temperature of the action site measured by the measurement unit with a set value to maintain a constant temperature such that apoptosis temperature range of the target tissue can be maintained. And a controller for controlling the photothermal therapy temperature using the THz wave.
상기 대상 조직은 빛을 흡수하여 열을 발산하는 광열 입자가 주입된 조직일 수 있다.The target tissue may be a tissue implanted with light heat particles that absorb light and emit heat.
상기 광열 입자는 금-황화 금 나노입자(Gold/gold sulfide nanoparticles), 전도성 고분자(PCPDTBT)와 인지질(DOPC, DOPE)이 결합된 나노입자, 단백질-금 복합 나노입자(Proteinticle/Gold Core/Shell nanoparticles)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 광열 입자인 것을 특징으로 한다.The photothermal particles include gold / gold sulfide nanoparticles, nanoparticles coupled with conductive polymers (PCPDTBT) and phospholipids (DOPC, DOPE), protein-gold complex nanoparticles (Protein / Gold Core / Shell nanoparticles ), Wherein the photothermal particles are at least one kind of photothermal particles selected from the group consisting of
상기 작용부는, 상기 레이저 빔을 대상 조직에 조사하는 빔 조사기와, 상기 온도 제어부와 전기적으로 연결되어 상기 빔 조사기를 가동 또는 정지시키는 조사 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.The operating unit includes a beam irradiator for irradiating the target tissue with the laser beam, and an irradiation actuator electrically connected to the temperature control unit to move or stop the beam irradiator.
상기 작용부는, 상기 빔 조사기 및 온도 제어부와 전기적으로 연결되며, 상기 레이저 빔의 출력 정도를 조절하는 출력 조절기를 더 포함할 수 있다.The operating unit may further include an output controller electrically connected to the beam irradiator and the temperature controller, the output adjuster adjusting an output level of the laser beam.
상기 작용부는, 상기 레이저 빔이 상기 대상 조직에 조사되는 경로상에 배치되어 상기 레이저 빔의 출력 강도를 낮추는 감쇠기(attenuator)와, 상기 레이저 빔이 상기 대상 조직에 조사되는 경로상에 배치되어 상기 레이저 빔이 상기 대상 조직에 조사되는 것을 차단하는 셔터(shutter)와, 상기 레이저 빔이 상기 대상 조직에 조사되는 경로상에 배치되어 상기 레이저 빔의 출력 강도를 일정하게 유지하는 AOM(acoustic optical modulator)를 더 포함할 수 있다.Wherein the operating portion includes an attenuator disposed on a path irradiated to the target tissue to lower the output intensity of the laser beam, and a controller configured to position the laser beam on a path irradiated to the target tissue, A shutter for blocking a beam from being irradiated to the target tissue; an acoustic optical modulator (AOM) disposed on a path through which the laser beam is irradiated to the target tissue to maintain the output intensity of the laser beam constant; .
상기 측정부는, 상기 테라헤르츠파를 상기 작용 부위로 송신하는 THz 발생기와, 상기 THz 발생기로부터 송신된 상기 테라헤르츠파를 통하여 상기 작용 부위의 온도를 측정하는 THz 측정기를 포함할 수 있다.The measurement unit may include a THz generator that transmits the terahertz wave to the action site and a THz meter that measures a temperature of the action site through the terahertz wave transmitted from the THz generator.
상기 온도 제어부는, 상기 측정부로부터 전달받은 상기 작용 부위의 온도를 읽어들이는 입력기와, 상기 입력기로 읽어들인 상기 작용 부위의 온도값과 상기 설정값과 비교 분석하는 분석기와, 상기 분석기로 분석된 상기 작용 부위의 온도값에 따라 상기 작용부의 가동 여부를 결정하거나, 레이저 빔이 상기 대상 조직에 흡수되는 상기 작용부의 작용 강도를 조절하는 조절기를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the temperature control unit includes an input unit for reading the temperature of the operation site transmitted from the measurement unit, an analyzer for comparing and analyzing the temperature value of the operation site read by the input unit with the set value, And a controller that determines whether the operation unit is activated according to a temperature value of the operation unit or adjusts an operation intensity of the operation unit that the laser beam is absorbed by the target tissue.
상기 세포사멸 온도 범위는 42℃ 내지 50℃인 것을 특징으로 한다.And the cell death temperature range is 42 ° C to 50 ° C.
한편, 본 발명은 레이저 빔을 대상 조직에 조사하는 제1 단계; 상기 레이저 빔의 작용에 의한 상기 대상 조직의 작용 부위에 테라헤르츠파를 송신 및 수신하여 상기 작용 부위의 온도를 측정하는 제2 단계; 상기 작용 부위의 온도를 설정값과 비교 분석하는 제3 단계; 및 상기 비교 분석을 통하여 상기 작용 부위의 온도값에 따라, 상기 온도값을 세포사멸 온도 범위로 유지하여 상기 대상 조직의 세포사멸을 유도하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of irradiating a target tissue with a laser beam, A second step of transmitting and receiving a terahertz wave at an action site of the target tissue by the action of the laser beam and measuring a temperature of the action site; A third step of comparing and analyzing the temperature of the action site with a set value; And a fourth step of inducing apoptosis of the target tissue by maintaining the temperature value in the apoptosis temperature range according to the temperature value of the action site through the comparative analysis. A photothermal therapy temperature control method is provided.
상기 제4 단계는, 상기 작용 부위의 온도값이 상기 설정값보다 낮으면, 상기 레이저 빔이 상기 대상 조직에 흡수되는 강도를 상기 세포사멸 온도 범위가 되도록 높이는 과정, 상기 작용 부위의 온도값이 상기 설정값보다 높으면, 상기 레이저 빔이 상기 대상 조직에 흡수되는 강도를 상기 세포사멸 온도 범위가 되도록 낮추는 과정 또는 상기 작용 부위의 온도값이 상기 설정값 이내이면, 상기 대상 조직이 세포사멸에 이르도록, 상기 레이저 빔이 상기 대상 조직에 흡수되는 강도를 일정하게 유지하는 과정을 선택적으로 실시하는 것을 특징으로 한다.The fourth step may include the steps of raising the intensity of the laser beam absorbed by the target tissue to the apoptosis temperature range when the temperature value of the action site is lower than the set value, The method comprising the steps of lowering the intensity of the laser beam absorbed by the target tissue to the apoptosis temperature range or decreasing the temperature of the target site within the set value, And selectively maintaining the intensity of the laser beam absorbed by the target tissue to be constant.
또한, 상기 제1 단계를 수행하기 이전에 광열 입자를 상기 대상 조직에 흡수시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include the step of absorbing the photothermal particles into the target tissue before performing the first step.
상기 광열 입자는 금-황화 금 나노입자(Gold/gold sulfide nanoparticles), 전도성 고분자(PCPDTBT)와 인지질(DOPC, DOPE)이 결합된 나노입자, 단백질-금 복합 나노입자(Proteinticle/Gold Core/Shell nanoparticles)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 광열 입자인 것을 특징으로 한다.The photothermal particles include gold / gold sulfide nanoparticles, nanoparticles coupled with conductive polymers (PCPDTBT) and phospholipids (DOPC, DOPE), protein-gold complex nanoparticles (Protein / Gold Core / Shell nanoparticles ), Wherein the photothermal particles are at least one kind of photothermal particles selected from the group consisting of
상기 광열 입자를 상기 대상 조직에 흡수시키는 단계는 주사, 경구복용, 패치, 스프레이, 연고 또는 크림을 도포함으로써 수행될 수 있다.The step of absorbing the photothermal particles into the target tissue may be performed by injection, oral administration, patch, spray, ointment or cream.
상기 세포사멸 온도 범위는 42℃ 내지 50℃인 것을 특징으로 한다.
And the cell death temperature range is 42 ° C to 50 ° C.
상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.According to the present invention having the above-described configuration, the following effects can be achieved.
우선, 본 발명은 작용부의 작용에 의한 대상 조직의 작용 부위에 테라헤르츠파를 송수신하는 측정부가 비침습, 비접촉식으로 작용 부위의 온도를 측정하므로, 레이저 빔과 같은 작용 입자의 영향을 받지 않고 환자에게 고통을 줄여줄 수 있다.First, the present invention measures the temperature of a working site in a non-invasive, non-contact manner, by which a measuring and transmitting unit for transmitting and receiving a terahertz wave to a working site of a target tissue by the action of a working unit measures the temperature of the working site, It can reduce pain.
특히, 본 발명은 MRI와 같은 고가의 장비에 비하여 매우 저렴한 비용으로 장치를 구성하고 정확한 온도 측정이 가능하므로, 비용 절감의 측면에서 우수하다.Particularly, the present invention is superior in terms of cost reduction because it can constitute a device at a very low cost compared with expensive equipments such as MRI and can perform accurate temperature measurement.
그리고, 본 발명은 온도 제어부가 작용부 및 측정부와 협력하여 대상 조직의 세포사멸 온도 범위를 유지할 수 있도록, 작용 부위의 온도를 설정값으로 일정하게 유지시킴으로써, 암 세포 등과 같은 대상 조직의 세포사멸을 확실하게 유도함으로써 정확한 치료가 가능하며, 염증 유발 등의 부작용을 최소화 할 수 있다.
The present invention also provides a method of controlling the temperature of a target site by maintaining a temperature of a target site constant at a predetermined value so that a temperature control unit cooperates with a working unit and a measuring unit to maintain a cell death temperature range of a target tissue, Can be reliably induced, and the side effects such as inflammation can be minimized.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 장치의 전체적인 구성을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 장치의 전체적인 구성을 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 방법을 나타낸 블록 선도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 방법을 나타낸 블록 선도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 장치를 이용하여 온도를 제어하는 실제 예를 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 장치를 이용하여 온도를 제어하는 피드백 회로의 개념도이다.FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an overall configuration of a photothermal therapy temperature control apparatus using a terahertz wave according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
2 is a conceptual diagram illustrating the overall configuration of a photothermal therapy temperature control apparatus using a terahertz wave according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a method of controlling a photothermal therapy temperature using a terahertz wave according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
4 is a block diagram illustrating a method of controlling a photothermal therapy temperature using a terahertz wave according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of controlling temperature using a thermo-therapy temperature control apparatus using a terahertz wave according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
6 is a conceptual diagram of a feedback circuit for controlling temperature using a thermo-therapy temperature control apparatus using a terahertz wave according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent by reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in various other forms.
본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.The present embodiments are provided so that the disclosure of the present invention is thoroughly disclosed and that those skilled in the art will fully understand the scope of the present invention.
그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.And the present invention is only defined by the scope of the claims.
따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.Thus, in some embodiments, well known components, well known operations, and well-known techniques are not specifically described to avoid an undesirable interpretation of the present invention.
또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.In addition, throughout the specification, like reference numerals refer to like elements, and the terms (mentioned) used herein are intended to illustrate the embodiments and not to limit the invention.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In this specification, the singular forms include plural forms unless the context clearly dictates otherwise, and the constituents and acts referred to as " comprising (or having) " do not exclude the presence or addition of one or more other constituents and actions .
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.
또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless they are defined.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 장치의 전체적인 구성을 나타낸 개념도이며, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 장치의 전체적인 구성을 나타낸 개념도이다.FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating the overall configuration of a photothermal therapy temperature control apparatus using a THz wave according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic view of a photothermal therapy temperature control apparatus using a terahertz wave according to another embodiment of the present invention. Fig.
그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 방법을 나타낸 블록 선도이며, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 방법을 나타낸 블록 선도이다.FIG. 3 is a block diagram showing a method of controlling a photothermal therapy temperature using a terahertz wave according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph illustrating a method of controlling a photothermal therapy temperature using a terahertz wave according to another embodiment of the present invention Fig.
또한, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 장치를 이용하여 온도를 제어하는 실제 예를 나타낸 순서도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 장치를 이용하여 온도를 제어하는 피드백 회로의 개념도이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of controlling temperature using a thermo-therapy temperature control apparatus using a terahertz wave according to an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 2 is a conceptual diagram of a feedback circuit for controlling temperature using a photothermal therapy temperature control device using a wave. FIG.
본 발명은 도시된 바와 같이 작용부(100)와 측정부(200) 및 온도 제어부(300)를 포함하는 것을 파악할 수 있다.It can be understood that the present invention includes the
참고로, 도 1 및 도 2에서 일점 쇄선으로 표시된 부분은 테라헤르츠파의 이동 경로를, 이점 쇄선으로 표시된 부분은 레이저 빔의 이동 경로를 각각 나타낸다.In FIGS. 1 and 2, the portion indicated by the dashed line indicates the traveling path of the terahertz wave, and the portion indicated by the dashed line indicates the traveling path of the laser beam.
우선, 작용부(100)는 레이저 빔을 샘플 스테이지(500)에 거치된 대상 조직(400)에 흡수시키는 역할을 수행하는 것이며, 측정부(200)는 작용부(100)의 작용에 의한 대상 조직(400)의 작용 부위(410)에 테라헤르츠파를 송수신하여 작용 부위(410)의 온도를 측정하는 것이다.The
여기서, 테라헤르츠(terahertz, THz)파는 적외선과 마이크로파 사이의 주파수를 가진 전자기파로, 가시광선처럼 직진하면서 라디오파처럼 다양한 물질을 잘 투과하므로, 물리, 화학, 생물학, 의학 등의 기초과학뿐만 아니라, 위조지폐, 마약, 폭발물, 생화학무기 등의 감지에 사용된다.Here, a terahertz (THz) wave is an electromagnetic wave having a frequency between infrared rays and a microwave. Since it propagates like a visible ray and transmits a variety of materials such as radio waves, it can be used not only for basic science such as physics, chemistry, biology, It is used to detect counterfeit bills, drugs, explosives, biochemical weapons, and so on.
THz파는 펄스 형태로 되어있기 때문에, 적외선과 다르게 액체가 담긴 용기에서 용기 내부의 액체의 온도를 측정할 수 있고, 환부를 측정할 때에도 환부 표면이 아닌 피부 및 점막층 아래에서 발생하는 열도 측정할 수 있다.Since the THz wave is in the form of a pulse, the temperature of the liquid inside the container can be measured in a container containing the liquid different from infrared rays, and the heat generated in the skin and below the mucosal layer can be measured .
THz파는 산업 구조물을 비파괴적으로 검사할 수 있어서 일반 산업, 국방, 보안 등의 분야에서도 앞으로 광범위하게 활용될 것으로 기대된다.The THz wave can be used in non-destructive inspection of industrial structures, which is expected to be widely used in the fields of general industry, defense and security.
또한, THz파는 정보통신 분야에서도 40Gbit/s 이상의 무선통신, 고속 데이터 처리, 위성간 통신에 THz 기술이 광범위하게 사용될 것으로 기대된다.In addition, the THz wave is expected to be widely used in the field of information communication, THz technology for 40Gbit / s wireless communication, high-speed data processing, and inter-satellite communication.
특히, 0.01THz 내지 30THz의 THz파는 마이크로파와 광파의 중간 영역에 위치하는 원적외선 영역의 전자기파로 마이크로파와 광파의 광학적 특징을 동시에 가지고 있으며 에너지대가 수 meV로 매우 낮아 피검체에 대해 안전한 진단영상이 가능하다.In particular, the THz wave of 0.01 THz to 30 THz is an electromagnetic wave in the far-infrared ray region located between the microwave and the light wave, and has optical characteristics of microwave and light wave simultaneously and energy band is very low as several meV so that diagnosis image can be secured to the object .
파장으로는 수 mm에서 수십 마이크론 미터에 해당하는 THz파는 수 마이크론에서 수백 나노미터에 해당하는 가시광선이나 적외선에 비하여 매우 긴 파장을 가지고 있고, 이러한 파장은 피검체의 생체조직에서 가시광선이나 적외선에 비하여 산란이 적은 영상을 가능하게 하여 깊은 영역에서도 높은 해상도를 가질 수 있다.THz waves, which range from a few millimeters to tens of micrometers in wavelength, have a very long wavelength, compared to visible light or infrared light, which is from a few microns to hundreds of nanometers, and these wavelengths can vary from visible to infrared It is possible to obtain a high-resolution image even in a deep region.
그리고, 온도 제어부(300)는 작용부(100) 및 측정부(200)와 전기적으로 연결되며, 측정부(200)로 측정된 작용 부위(410)의 온도를 설정값과 비교하여 대상 조직(400)의 세포사멸(apoptosis) 온도 범위를 유지할 수 있게 일정하게 유지시키는 것이다.The
따라서, 본 발명은 작용부(100)의 작용에 의한 대상 조직(400)의 작용 부위(410)에 THz파를 송수신하는 측정부(200)가 비침습, 비접촉식으로 작용 부위(410)의 온도를 측정하므로, 레이저 빔과 같은 작용 입자의 영향을 받지 않고 환자에게 고통을 줄여줄 수 있다.Therefore, the present invention is characterized in that the
특히, 본 발명은 MRI와 같은 고가의 장비에 비하여 매우 저렴한 비용으로 장치를 구성하고 정확한 온도 측정이 가능하므로, 비용 절감을 도모할 수 있다.Particularly, the present invention can constitute a device at a very low cost as compared with expensive equipments such as MRI, and can perform accurate temperature measurement, thereby reducing costs.
또한, 본 발명은 온도 제어부(300)가 작용부(100) 및 측정부(200)와 협력하여 대상 조직(400)의 세포사멸(apoptosis) 온도 범위를 유지할 수 있도록, 작용 부위(410)의 온도를 설정값으로 일정하게 유지시킴으로써, 암 세포 등과 같은 대상 조직(400)의 세포사멸을 확실하게 유도함으로써 정확한 치료가 가능하게 된다.The temperature of the
본 발명은 상기와 같은 실시예의 적용이 가능하며, 다음과 같은 다양한 실시예의 적용 또한 가능함은 물론이다.It is to be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention.
전술한 작용부(100)는 대상 조직(400)에 레이저 빔과 같은 광을 조사하여 대상 조직(400)에 직접 흡수시켜 열을 발생시키거나, 광열 입자가 흡수된 대상 조직(400)에 조사하여 광열 입자를 통하여 암 세포와 같은 특정 조직에만 표적시킴으로써 세포사멸에 이르게 할 수도 있다.The above-described
여기서, 광열 입자는 빛을 흡수하여 열을 발산하는 모든 입자를 포함하며, 예를 들어, 금-황화 금 나노입자(Gold/gold sulfide nanoparticles), 전도성 고분자(PCPDTBT)와 인지질(DOPC, DOPE)이 결합된 나노입자, 단백질-금 복합 나노입자(Proteinticle/Gold Core/Shell nanoparticles)로 구성된 군으로부터 선택되어지는 하나 이상의 입자일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, gold / gold sulfide nanoparticles, conductive polymer (PCPDTBT), and phospholipid (DOPC, DOPE) are used to form the nanoparticles. But are not limited to, one or more particles selected from the group consisting of bound nanoparticles, protein-gold complex nanoparticles (Protein / Gold Core / Shell nanoparticles).
상기 세포사멸 온도 범위는 42℃ 내지 50℃으로, 더욱 바람직하게는 42℃ 내지 43℃ 정도일 수 있다.The cell death temperature range may be 42 캜 to 50 캜, and more preferably 42 캜 to 43 캜.
이때, 작용부(100)는, 레이저 빔을 대상 조직(400)에 조사하는 빔 조사기와, 온도 제어부(300)와 전기적으로 연결되어 빔 조사기를 가동 또는 정지시키는 조사 액추에이터를 포함하는 실시예의 적용 또한 가능하다.At this time, the working
또한, 작용부(100)는 빔 조사기 및 온도 제어부(300)와 전기적으로 연결되며, 레이저 빔의 출력 정도를 조절하는 출력 조절기를 더 포함할 수도 있을 것이다.The working
또한, 작용부(100)는 전술한 바와 같이 레이저 빔의 출력을 직접 조절하거나, 아래와 같이 레이저 빔의 이동 경로 상에 감쇠기(110, attenuator), 셔터(120, shutter), AOM(130, acoustic optical modulator) 등을 배치할 수도 있음은 물론이다.In addition, the working
감쇠기(110)는 레이저 빔이 대상 조직(400)에 조사되는 경로상에 배치되어 레이저 빔의 출력 강도를 낮추는 역할을 수행한다.The
셔터(120)는 레이저 빔이 대상 조직(400)에 조사되는 경로상에 배치되어 레이저 빔이 대상 조직(400)에 조사되는 것을 차단하는 역할을 수행한다.The
AOM(130)는 레이저 빔이 대상 조직(400)에 조사되는 경로상에 배치되어 레이저 빔의 출력 강도를 일정하게 유지하는 역할을 수행한다.The
한편, 측정부(200)는 테라헤르츠파를 작용 부위(410)로 송신하는 THz 발생기(210)와, THz 발생기(210)로부터 송신된 테라헤르츠파를 통하여 작용 부위(410)의 온도를 측정하는 THz 측정기(220)를 포함하는 실시예의 적용이 가능하다.The
한편, 온도 제어부(300)는 도 2를 참조하면, 측정부(200)로부터 전달받은 작용 부위(410)의 온도를 읽어들이는 입력기(310)와, 입력기(310)로 읽어들인 작용 부위(410)의 온도값과 설정값과 비교 분석하는 분석기(320)와, 조절기(330)를 포함하는 실시예의 적용이 가능하다.2, the
조절기(330)는 분석기(320)로 분석된 작용 부위(410)의 온도값에 따라 작용부(100)의 가동 여부를 결정하거나, 레이저 빔이 대상 조직(400)에 흡수되는 작용부(100)의 작용 강도를 조절하게 된다.The
상기와 같은 본 발명의 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 장치를 이용하여 온도를 제어하는 방법에 관하여 도 3 내지 도 6을 참조하면서 살펴보고자 한다.A method of controlling the temperature using the thermo-therapy temperature control apparatus using the terahertz wave according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 6. FIG.
우선, 작용부(100)를 가동시켜 레이저 빔을 대상 조직(400)에 흡수시킨다(S1: 제1 단계).First, the
제1 단계를 수행하기 이전에 광열 입자를 상기 대상 조직에 흡수시키는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 광열 입자는 빛을 흡수하여 열을 발산하는 모든 입자를 포함하며, 광열 입자로는 예를 들어, 금-황화 금 나노입자(Gold/gold sulfide nanoparticles), 전도성 고분자(PCPDTBT)와 인지질(DOPC, DOPE)이 결합된 나노입자, 단백질-금 복합 나노입자(Proteinticle/Gold Core/Shell nanoparticles)로 구성된 군으로부터 선택되어지는 하나 이상의 입자일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The method may further include the step of absorbing the photothermal particles into the target tissue before performing the first step, wherein the photothermal particles include all particles absorbing light to emit heat, and examples of the photothermal particles include , Gold / gold sulfide nanoparticles, nanoparticles coupled with conductive polymers (PCPDTBT) and phospholipids (DOPC and DOPE), and protein-gold complex nanoparticles (Protein / Gold Core / Shell nanoparticles) But is not limited to, one or more particles selected from the group consisting of
상기 광열 입자는 주사, 경구복용, 패치, 스프레이, 연고 또는 크림을 도포함으로써 대상 조직(400)에 흡수될 수 있다.The photothermal particles can be absorbed into the
광열 입자가 흡수된 대상 조직에 레이저 빔을 조사하면 광열 입자를 통해 암 세포와 같은 특정 조직에만 표적시켜 세표사멸을 이르게 할 수 있다.When a laser beam is irradiated to a target tissue in which photothermal particles are absorbed, it can be targeted only to specific tissues such as cancer cells through photothermal particles, thereby leading to the death of the tissue.
이후, 레이저 빔의 작용에 의한 대상 조직(400)의 작용 부위(410)에 테라헤르츠파를 송신 및 수신하여 작용 부위(410)의 온도를 측정한다(S2: 제2 단계).Thereafter, a terahertz wave is transmitted to and received by the
계속하여, 작용 부위(410)의 온도를 설정값과 비교 분석한다(S3: 제3 단계).Subsequently, the temperature of the
다음으로, 비교 분석을 통하여 작용 부위(410)의 온도값에 따라, 온도값을 세포사멸 온도 범위로 유지하여 대상 조직(400)의 세포사멸을 유도한다(S4: 제4 단계).Next, the comparative analysis is performed to induce apoptosis of the
여기서, 제4 단계(S4)에서는 도 5와 같이 작용 부위(410)의 온도값이 설정값보다 낮으면, 레이저 빔이 대상 조직(400)에 흡수되는 강도를 세포사멸 온도 범위가 되도록 높이는 과정을 실시할 수 있다.5, when the temperature value of the
이때, 제4 단계(S4)에서는 작용 부위(410)의 온도값이 설정값보다 높으면, 레이저 빔이 대상 조직(400)에 흡수되는 강도를 세포사멸 온도 범위가 되도록 낮추는 과정을 실시할 수도 있다.In the fourth step S4, if the temperature value of the
또한, 제4 단계(S4)에서는 작용 부위(410)의 온도값이 설정값 이내이면, 대상 조직(400)이 세포사멸에 이르도록, 레이저 빔이 대상 조직(400)에 흡수되는 강도를 일정하게 유지하는 과정을 실시할 수도 있음은 물론이다.In the fourth step S4, if the temperature value of the
또한, 본 발명은 다음과 같은 온도 제어 방법을 적용할 수도 있을 것이다.Further, the present invention may be applied to the following temperature control method.
우선, 레이저 빔을 대상 조직(400)에 흡수시킴과 동시에, 레이저 빔의 작용에 의한 대상 조직(400)의 작용 부위(410)에 테라헤르츠파를 송신 및 수신하여 작용 부위(410)의 온도를 측정한다(S1: 제1 단계).At first, the laser beam is absorbed into the
계속하여, 작용 부위(410)의 온도를 설정값과 비교 분석한다(S2: 제2 단계).Subsequently, the temperature of the
다음으로, 비교 분석을 통하여 작용 부위(410)의 온도값에 따라, 온도값을 세포사멸 온도 범위로 유지하여 대상 조직(400)의 세포사멸을 유도한다(S3: 제3 단계).Next, the cell death is induced in the
여기서, 제3 단계(S3)에서는 도 5와 같이 작용 부위(410)의 온도값이 설정값보다 낮으면, 레이저 빔이 대상 조직(400)에 흡수되는 강도를 세포사멸 온도 범위가 되도록 높이는 과정을 실시할 수 있다.5, when the temperature value of the
이때, 제3 단계(S3)에서는 작용 부위(410)의 온도값이 설정값보다 높으면, 레이저 빔이 대상 조직(400)에 흡수되는 강도를 세포사멸 온도 범위가 되도록 낮추는 과정을 실시할 수도 있다.In the third step S3, if the temperature value of the
또한, 제3 단계(S3)에서는 작용 부위(410)의 온도값이 설정값 이내이면, 대상 조직(400)이 세포사멸에 이르도록, 레이저 빔이 대상 조직(400)에 흡수되는 강도를 일정하게 유지하는 과정을 실시할 수도 있음은 물론이다.In the third step S3, if the temperature value of the
즉, 본 발명에 따른 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 장치를 이용하여 온도를 제어하는 피드백 회로는 도 6과 같이 조절기(330)에 의하여 작용부(100)의 설정값 범위 내로 온도를 유지토록 하되, 실시간으로 THz 측정부(220)가 작용 부위(410)의 온도를 측정하고, 온도 제어부(300)의 분석기(320)가 작용 부위(410)의 측정 온도와 설정값을 비교 분석하여 다시 조절기(330)에 피드백하는 것이다.That is, the feedback circuit for controlling the temperature using the photoheat therapy temperature control apparatus using the terahertz wave according to the present invention maintains the temperature within the set value range of the
이상과 같이 본 발명은 레이저를 이용한 광열치료에 있어서 과열을 방지하고 일정한 온도 유지가 가능하도록 하여 최적의 온도로 질환 치료가 가능하도록 하는 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.As described above, the present invention provides a photothermal therapy temperature control apparatus using a terahertz wave that can prevent overheating and maintain a constant temperature in a photothermal therapy using laser to enable treatment of a disease with an optimal temperature, and a control method thereof Which is the basic technical idea.
그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.
It will be apparent to those skilled in the art that many other modifications and applications are possible within the scope of the basic technical idea of the present invention.
100...작용부
110...감쇠기
120...셔터
130...AOM
200...측정부
210...THz 발생기
220...THz 측정기
300...온도 제어부
310...입력기
320...분석기
330...조절기
400...대상 조직
410...작용 부위
500...샘플 스테이지
S1...제1 단계
S2...제2 단계
S3...제3 단계
S4...제4 단계100 ... operating portion
110 ... attenuator
120 ... Shutter
130 ... AOM
200 ... measuring unit
210 ... THz generator
220 ... THz Meter
300 ... temperature control section
310 ... input
320 ... Analyzer
330 ... regulator
400 ... Target Organization
410 ... action site
500 ... sample stage
S1 ... Step 1
S2 ... Step 2
S3 ... Step 3
S4 ... Step 4
Claims (15)
상기 작용부의 작용에 의한 상기 대상 조직의 작용 부위에 테라헤르츠파를 송수신하여 상기 작용 부위의 온도를 측정하는 측정부; 및
상기 작용부 및 상기 측정부와 전기적으로 연결되며, 상기 측정부로 측정된 상기 작용 부위의 온도를 설정값과 비교하여 상기 대상 조직의 세포사멸(apoptosis) 온도 범위를 유지할 수 있게 일정하게 유지시키는 온도 제어부를 포함하되,
상기 대상 조직은 빛을 흡수하여 열을 발산하는 광열 입자가 주입된 조직이고,
상기 광열 입자는 금-황화 금 나노입자(Gold/gold sulfide nanoparticles), 전도성 고분자(PCPDTBT)와 인지질(DOPC, DOPE)이 결합된 나노입자, 단백질-금 복합 나노입자(Proteinticle/Gold Core/Shell nanoparticles)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 입자를 포함하고,
상기 작용부는 상기 레이저 빔을 대상 조직에 조사하는 빔 조사기, 상기 온도 제어부와 전기적으로 연결되어 상기 빔 조사기를 가동 또는 정지시키는 조사 액추에이터, 상기 레이저 빔이 상기 대상 조직에 조사되는 경로상에 배치되어 상기 레이저 빔의 출력 강도를 낮추는 감쇠기(attenuator)와 상기 레이저 빔이 상기 대상 조직에 조사되는 경로상에 배치되어 상기 레이저 빔이 상기 대상 조직에 조사되는 것을 차단하는 셔터(shutter)와 상기 레이저 빔이 상기 대상 조직에 조사되는 경로상에 배치되어 상기 레이저 빔의 출력 강도를 일정하게 유지하는 AOM(acoustic optical modulator)를 더 포함하고,
상기 측정부는 상기 테라헤르츠파를 상기 작용 부위로 송신하는 THz 발생기와 상기 THz 발생기로부터 송신된 상기 테라헤르츠파를 통하여 상기 작용 부위의 온도를 측정하는 THz 측정기를 포함하고,
상기 온도 제어부는 상기 측정부로부터 전달받은 상기 작용 부위의 온도를 읽어들이는 입력기와 상기 입력기로 읽어들인 상기 작용 부위의 온도값과 상기 설정값과 비교 분석하는 분석기와 상기 분석기로 분석된 상기 작용 부위의 온도값에 따라 상기 작용부의 가동 여부를 결정하거나, 레이저 빔이 상기 대상 조직에 흡수되는 상기 작용부의 작용 강도를 조절하는 조절기를 포함하고,
상기 온도 제어부는 상기 작용 부위의 온도 값이 상기 설정값보다 낮으면, 상기 대상 조직에 흡수되는 상기 작용 강도를 높이고, 상기 작용 부위의 온도 값이 상기 설정값보다 높으면 상기 대상 조직에 흡수되는 상기 작용 강도를 낮추고, 상기 작용 부위의 온도값이 상기 설정값 범위인 경우, 상기 레이저 빔의 상기 작용 강도를 유지하고,
상기 세포 사멸 온도 범위는 42℃ 내지 50℃인 것을 특징으로 하는 테라헤르츠파를 이용한 광열치료 온도 제어 장치.An operating portion for applying a laser beam to a target tissue;
A measurement unit configured to transmit and receive a terahertz wave to an action site of the target tissue by the action of the action unit and measure the temperature of the action site; And
And a temperature control unit electrically connected to the operation unit and the measurement unit and comparing the temperature of the operation site measured by the measurement unit with a set value to keep the apoptosis temperature range of the target tissue constant so as to maintain the apoptosis temperature range. , ≪ / RTI &
Wherein the target tissue is a tissue into which light heat particles that absorb light and emit heat are injected,
The photothermal particles include gold / gold sulfide nanoparticles, nanoparticles in which conductive polymers (PCPDTBT) and phospholipids (DOPC and DOPE) are combined, protein-gold complex nanoparticles (Protein / Gold Core / Shell nanoparticles And at least one particle selected from the group consisting of:
Wherein the operating portion includes a beam irradiator for irradiating the target tissue with the laser beam, an irradiating actuator electrically connected to the temperature control portion for activating or stopping the beam irradiator, An attenuator for lowering the output intensity of the laser beam; a shutter disposed on a path through which the laser beam is irradiated to the target tissue to block irradiation of the target tissue with the laser beam; Further comprising an AOM (acoustic optical modulator) disposed on a path irradiated to the target tissue to maintain the output intensity of the laser beam constant,
Wherein the measuring unit comprises a THz generator for transmitting the terahertz wave to the action site and a THz measurer for measuring the temperature of the action site through the terahertz wave transmitted from the THz generator,
The temperature control unit includes an input unit for reading the temperature of the action site transmitted from the measurement unit, an analyzer for comparing the temperature value of the action site read by the input unit with the set value, And a controller for adjusting the intensity of the action of the action portion, in which the laser beam is absorbed by the target tissue,
Wherein the temperature control unit increases the intensity of action absorbed by the target tissue when the temperature value of the action site is lower than the set value and if the temperature value of the action site is higher than the set value, And when the temperature value of the action site is in the set value range, the action intensity of the laser beam is maintained,
Wherein the cell death temperature range is 42 ° C to 50 ° C.
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