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문제 정의
- 본 연구에서는 새로운 온도 측정 센서의 각 구성 요소들을 최적화하는 과정을 통하여, 그에 적합한 온도 센서의 기초 모델을 선택할 수 있었다. 온도 변화에 따른 LC물질의 색 변화는 광섬유와 광 계측기를 사용하여 측정하였고, 이를 통하여 온도 변화와 반사 광량 사이의 선형적인 관계식을 도출하였다.
- 본 연구에서는 온도 변화에 따라 색이 변화하는 LC물질을 이용하여 레이저 온열 치료시 사용 가능한 새로운 형태의 광섬유 온도 측정 센서를 제작하였다. 온도 변화에 따른 LC물질의 색 변화는 광계측기를 이용하여 LC물질의 반사 광량 정도를 측정하였고, 측정된 광량과 온도 사이의 관계식을 도출하였다.
제안 방법
- 그림 5. LC물질과 광섬유간의 거리 측정 실험.
- 실험 결과이다. LC물질이 변화할 수 있는 3가지 색(R, G. B)에 대한 계측기 수광량의 민감도를 분석하였다. 실험에 사용된 광원은 총 4 가지로, 파장이 470nm인 E92B가 LC 물질의 색 변화에 가장 민감한 광원임을 알 수 있다.
- 발광 광섬유와 LC물질간의 최대 반사 광도를 얻기 위한 거리 측정 실험은 그림 5와 같다. 거리에 따른 반사 수광량은 x-y 스테이지를 사용하여 LC물질로부터 0.1 mm씩 뒤로 이동하면서 반사 수광량을 측정하였다. 거리 측정에 대한 실험 결과는 그림 6과 같은데, 본 실험을 통하여 광섬유와 LC물질간의 거리가 약 1.
- 본 실험에서는 온도 변화에 따라 색이 변화하는 LC물질을 사용하여 온도 변화에 따른 LC물질의 반사 광량을 측정할 수 있었다. 그림 2는 이러한 LC 물질 (edmund industrial optics)의 특성을 보여주고 있다.
- 새로운 온도 측정 센서에 있어서, 광섬유와 LC 물질간의 복잡한 거리 문제를 해결함과 동시에 환부의 온도 분포 측정을 용이하게 하기 위해 Y-coupler를 제작하였다. Y-coupler는, 한 광섬유의 클래딩을 일정 두께만큼 제거한 다음, 광학 에폭시를 이용하여 동일한 특성의 다른 광섬유를 클래딩 제거부위에 접속하는 방식으로 제작하였다.
- 하나의 광섬유는 광섬유용 led광원에, 다른 하나는 계측기 에 연결하여 온도 변화에 따른 LC물질의 반사 광량을 측정하였다. 온도 변화에 따른 LC 물질의 색 변화는 온도 조절 장치 (LT470, CHINO. Inc.)와 열원을 이용 조절하였다. 계측기는 파워메타와 검출기로 구성되는데.
- 온도 변화에 따른 LC물질의 색 변화는 광계측기를 이용하여 LC물질의 반사 광량 정도를 측정하였고, 측정된 광량과 온도 사이의 관계식을 도출하였다. 그리고.
- 온도 변화에 따른 LC물질의 색 변화는 광섬유와 광 계측기를 사용하여 측정하였고, 이를 통하여 온도 변화와 반사 광량 사이의 선형적인 관계식을 도출하였다. 이때의 온도 측정 센서는 수, 발광 광섬유 두 가지를 사용하기 때문에 온도 변화에 따른 LC물질의 색 변화와 최대 반사 수광량을 얻기 위해서 복잡한 거리 측정 및 광섬유 직경이 커진다는 문제가 발생하였다.
- (3) 그리고 수술 시, 환자에게 침습적인 접촉을 가하게 되어 불편함을 안겨주게 되는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해서 온도 변화에 따라 색의 변화를 나타내는 film형태의 LC물질과 플라스틱 광섬유 및 파장이 470nm인 광섬유용 LED를 사용하여 새로운 온도 측정 센서를 제작하였다. 새로운 형태의 LC-광섬유 온도 측정 센서는 LC물질의 사용으로 인하여 환부의 침습적인 접촉을 피하게 될 것으로 기대된다.
- 장치의 구성은 그림 3과 같다. 하나의 광섬유는 광섬유용 led광원에, 다른 하나는 계측기 에 연결하여 온도 변화에 따른 LC물질의 반사 광량을 측정하였다. 온도 변화에 따른 LC 물질의 색 변화는 온도 조절 장치 (LT470, CHINO.
- 그리고. 환부의 온도 측정을 보다 용이하게 함과 동시에 정확한 온도 분포측정을 위해서 Y-coupler를 이용하여 LC 물질의 색 변화에 의한 반사 광량과 온도 사이의 관계도 알아보았다.
대상 데이터
- 504의 것을 사용하였다. 광원 장치는 광섬유용 LED광원(industrial fiber optics, Inc.)을 이용하여 실험하였다. 그림 1은 실험에 사용된 470nm의 LED광원 장치의 특성 곡선을 나타낸 그래프이다.
- 새로운 온도 측정 센서에 사용된 광섬유의 core 는 PMMA(polymethylmethacrylat) 재질로 굴절률이 1.49, claddinge 1.402, 광섬유의 직경은 LOmm와 L5mm이며 길이는 30cm, 개구수 (numerical aperture)는 0.504의 것을 사용하였다. 광원 장치는 광섬유용 LED광원(industrial fiber optics, Inc.
- B)에 대한 계측기 수광량의 민감도를 분석하였다. 실험에 사용된 광원은 총 4 가지로, 파장이 470nm인 E92B가 LC 물질의 색 변화에 가장 민감한 광원임을 알 수 있다.
- 계측기는 파워메타와 검출기로 구성되는데. 실험에 사용된 파워메타(1815-C. Newport. Inc.)는 100fW에서 2W까지 측정이 가능하고 190~1800nm의 측정 파장 범위를 가지는 것을 사용하였다. 검출기(818-SL.
이론/모형
- ±2%의 정확성을 가지고 있다. 온도 조절 장치의 열전쌍으로는 T-유형을 사용하였다.
성능/효과
- 기존의 방사선 치료 및 항암 화학요법을 이용한 종양의 치유율은 30~40% 정도에 그치지만 온열 요법을 병행하였을 때는 치유율을 65~75%까지 향상시킬 수 있다.(1) 이는 악성종양의 높은 열 감수성으로 인하여 열에 의한 조직의 손상이 쉬우며, 종양 내부의 적은 혈류로 인하여 정상 조직보다 열의 축적이 용이하기 때문에 온열 요법을 이용한 악성 종양의 치유율이 높게 된다. 온열 요법은 정상 세포의 손상을 최소화하면서 환부에 정확한 온도(42~43℃)를 유지하는 것이 중요한데.
- 새로운 LC-광섬유 온도 측정 센서의 각 구성요소들을 최적화하는 실험 과정을 통하여 온도측정 센서 개발에 있어 가장 중요한 온도와 반사 광량 사이의 관계식을 도출할 수 있었다.
- 이때의 온도 측정 센서는 수, 발광 광섬유 두 가지를 사용하기 때문에 온도 변화에 따른 LC물질의 색 변화와 최대 반사 수광량을 얻기 위해서 복잡한 거리 측정 및 광섬유 직경이 커진다는 문제가 발생하였다. 이를 해결하기 위해 Y-Coupler를 이용한 온도 센서를 제작하여 광섬유와 LC물질간의 복잡한 거리 문제를 해결하였고 공간적으로도 하나의 광섬유로 온도 측정 센서의 제작이 가능하게 됨을 알 수 있었다. Y-Coupler를 적용한 온도 측정 센서는 무엇보다도 광섬유의 공간 문제가 해결됨으로써 환부의 온도 분포 측정이 보다 용이할 것으로 기대된다.
후속연구
- 이를 해결하기 위해 Y-Coupler를 이용한 온도 센서를 제작하여 광섬유와 LC물질간의 복잡한 거리 문제를 해결하였고 공간적으로도 하나의 광섬유로 온도 측정 센서의 제작이 가능하게 됨을 알 수 있었다. Y-Coupler를 적용한 온도 측정 센서는 무엇보다도 광섬유의 공간 문제가 해결됨으로써 환부의 온도 분포 측정이 보다 용이할 것으로 기대된다.
- 새로운 형태의 LC-광섬유 온도 측정 센서는 LC물질의 사용으로 인하여 환부의 침습적인 접촉을 피하게 될 것으로 기대된다. 또한 광섬유의 가는 직경을 이용하여 laser probe와의 거리를 줄일 수 있게 되어 실시간의 온도 측정 가능 및 수학적 보정이 필요 없을 것으로 기대된다. 그 외에 광섬유를 이용하기 때문에 응답 시간이 기존의 온도 센서보다 빠르고 전기적인 신호에 대한 외부 교란이 없는 특성을 가지고 있다.
- 본 연구 결과, 인체 내부의 악성 종양을 치료하기 위한 최소 침습적 레이저 온열 치료 시 LC 물질과 광섬유를 이용한 신 개념의 온도 측정 센서 개발이 가능할 것으로 기대된다. 앞으로 더 수행해야 할 연구 방향은 미세 광섬유 다발을 제작하여 열 치료 부위의 온도 분포를 측정하는 것이다.
- 이를 보완하기 위해서 온도 변화에 따라 색의 변화를 나타내는 film형태의 LC물질과 플라스틱 광섬유 및 파장이 470nm인 광섬유용 LED를 사용하여 새로운 온도 측정 센서를 제작하였다. 새로운 형태의 LC-광섬유 온도 측정 센서는 LC물질의 사용으로 인하여 환부의 침습적인 접촉을 피하게 될 것으로 기대된다. 또한 광섬유의 가는 직경을 이용하여 laser probe와의 거리를 줄일 수 있게 되어 실시간의 온도 측정 가능 및 수학적 보정이 필요 없을 것으로 기대된다.
- 개발이 가능할 것으로 기대된다. 앞으로 더 수행해야 할 연구 방향은 미세 광섬유 다발을 제작하여 열 치료 부위의 온도 분포를 측정하는 것이다.
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