[논문]근적외선 확산반사 분광법을 이용한 흉터치료 평가

장익제; 윤종인

doi:10.9718/jber.2016.37.1.53

근적외선 확산반사 분광법을 이용한 흉터치료 평가
Evaluation of the Scar Treatment using Near Infrared Diffuse Reflectance Spectroscopy 원문보기

Journal of biomedical engineering research : the official journal of the Korean Society of Medical & Biological Engineering, v.37 no.1, 2016년, pp.53 - 60

장익제 (대구가톨릭대학교 의료과학대학 의공학과) , 윤종인 (대구가톨릭대학교 의료과학대학 의공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Monitoring of dermal collagen is important to assess various scar conditions, and many diagnostic methods have been applied to quantify collagen contents in scar tissue. In this study, Monte Carlo simulation was used to evaluate diffuse reflectance distributions in scar condition by a near-infrared laser source. The results showed that the effective distance of the light source and the detector was 2 mm to monitor the various scar conditions using diffuse reflectance spectroscopy. This study may suggest to the optimal design for a near infrared diffuse reflectance spectroscopy during the scar treatment.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 비절개식 근적외선 레이저 치료 중에 흉터조직 내부로부터 산란되는 반사광을 이용한 흉터의 치료과정을 측정하는 방법에 관하여 제시하고자 한다. 정상 조직과 흉터조직 모델을 구성하고 치료용 레이저 사양에 맞춘 1064 nm 파장의 근적외선 레이저를 모델에 조사하여 깊이에 따른 광자의 흡수 및 산란정보를 Monte Carlo simulation을 통해 확인하였다.
본 연구는 비절개식 근적외선 레이저 치료 중에 흉터조직 내부로부터 산란되는 반사광을 측정하여 흉터의 치료과정을 모니터링 하는 방법에 관하여 제시하였다. 매질로부터 이동해온 확산반사 값은 매질의 흡수와 산란의 성질에 의한 결과이므로 매질의 광학적 특성, 광자가 이동한 깊이와 같은 정보들을 측정할 수 있다.
본 연구는 비절개식 근적외선 레이저 흉터치료 중 나타나는 확산반사 광을 흉터의 치료과정 모니터링으로 활용하기 위해서 시도된 기초연구이다. Monte Carlo simulation을 이용하여 피부조직과 흉터에서 나타나는 확산반사 광과 fluence 분포를 측정하여 흉터치료 평가 가능성을 입증하였고, 최적의 측정거리를 제시하였다.

가설 설정

시뮬레이션의 알고리즘은 그림 1과 같이 진행된다. 광자 하나 당 한 번씩 수행되며 각 광자는 산란, 흡수의 과정을 확률적으로 거친 후 최종적으로 흡수 소멸된다고 가정된다. 초기상태에서 광자의 무게는 1로 되며, 광자가 매질의 표면에서 반사되는 현상에 의해 광자의 무게가 감소할 수 있으므로 실제 매질로 입사하는 광자의 무게는 표면에서 반사되는 값을 제외한 값이 된다.

제안 방법

Monte Carlo simulation을 이용하여 피부조직과 흉터에서 나타나는 확산반사 광과 fluence 분포를 측정하여 흉터치료 평가 가능성을 입증하였고, 최적의 측정거리를 제시하였다. 각 피부조직과 흉터조직 들을 모델링하여 1064 nm 레이저를 조사하였고 광원으로부터의 측정거리와 피부의 깊이에 따른 확산반사, fluence, 흡수 분포를 분석하였다. 실험결과 피부조직에서 가장 높은 확산반사 광을 나타내었고 광원과 검출기간의 거리가 2 mm 일 때 정상과 흉터 간의 차이가 분명하게 나타나는 결과를 보였다.
그러나 기존의 확산반사 분광법은 치료광원과 별개로 넓은 파장영역을 지닌 광원을 포함한 시스템을 구축해야 하는 한계점을 지니고 있다. 본 연구에서는 이러한 한계점을 극복하기 위해 Monte Carlo simulation을 이용하여 근적외선 치료 레이저에 의한 확산반사 값으로 흉터의 치료과정을 모니터링 할 수 있음을 입증하였다.

데이터처리

본 연구는 비절개식 근적외선 레이저 흉터치료 중 나타나는 확산반사 광을 흉터의 치료과정 모니터링으로 활용하기 위해서 시도된 기초연구이다. Monte Carlo simulation을 이용하여 피부조직과 흉터에서 나타나는 확산반사 광과 fluence 분포를 측정하여 흉터치료 평가 가능성을 입증하였고, 최적의 측정거리를 제시하였다. 각 피부조직과 흉터조직 들을 모델링하여 1064 nm 레이저를 조사하였고 광원으로부터의 측정거리와 피부의 깊이에 따른 확산반사, fluence, 흡수 분포를 분석하였다.
정상 조직과 흉터조직 모델을 구성하고 치료용 레이저 사양에 맞춘 1064 nm 파장의 근적외선 레이저를 모델에 조사하여 깊이에 따른 광자의 흡수 및 산란정보를 Monte Carlo simulation을 통해 확인하였다. 또한 각 모델의 확산반사 값을 비교하여 최적의 측정거리를 분석하였다. 이러한 측정방법 연구는 거리에 따른 흉터와 확산반사 값의 상관관계를 이해하고 광학적 흉터 진단 시스템과 흉터 치료 시스템의 결합에서 광원과 검출기의 최적거리에 대한 정보를 제공함으로써 최적의 시스템 디자인에 기여할 것으로 기대한다.
따라서, 본 연구에서는 비절개식 근적외선 레이저 치료 중에 흉터조직 내부로부터 산란되는 반사광을 이용한 흉터의 치료과정을 측정하는 방법에 관하여 제시하고자 한다. 정상 조직과 흉터조직 모델을 구성하고 치료용 레이저 사양에 맞춘 1064 nm 파장의 근적외선 레이저를 모델에 조사하여 깊이에 따른 광자의 흡수 및 산란정보를 Monte Carlo simulation을 통해 확인하였다. 또한 각 모델의 확산반사 값을 비교하여 최적의 측정거리를 분석하였다.

이론/모형

36% 수준으로 향상되었음을 보였다. 그러나 두 레이저 치료 연구에서는 사진으로 흉터의 외적인 변화를 관찰하거나 전문임상의의 주관적인 평가 방법인 Vancouver scar scale 표를 이용하여 치료의 수준을 평가하였다. 이와 같은 방법들은 많은 연구에서 흉터를 평가하는 방법으로서 사용되어 왔으나, 객관성이 부족하고 흉터 내부의 콜라겐 상태를 고려하지 않는 한계성을 가진다[15].

성능/효과

피부조직의 표피층은 높은 산란계수를 지니고 있으므로 강한 확산반사 값을 나타내었다. 또한 흉터가 치료될수록 콜라겐과 혈관이 정상수치에 가까워지면서 근적외선의 흡수율이 낮아지므로, 확산반사 값이 점차 증가하는 경향을 보인다. 하지만 측정된 확산반사 값이 충분히 진피층으로부터 확산되어야 하고, 피부조직과 흉터 간의 차이가 명확히 드러나는 값이어야 함으로 광원으로부터의 거리에 따른 신호 분석이 필요하다.
은 비대성 흉터를 대상으로 코르티코스테로이드(corticosteroid)와 콘트라 투벡스(contractubex)의 약물치료 효과를 비교하고 최적의 도포량을 제시하였다. 실험결과 코르티코스테로이드와 콘트라투벡스 모두 비대성 흉터의 두께를 감소시키는 효과를 보였으며, 콘트라투벡스가 스테로이드제제보다 상대적으로 홍반, 가려움증, 색소변화와 같은 부작용이 적음을 입증하였다[11,14]. 그러나 여전히 콘트라투벡스는 일부 도포부위에서 부작용이 발생하기 때문에 추가적인 연구가 필요하다.
각 피부조직과 흉터조직 들을 모델링하여 1064 nm 레이저를 조사하였고 광원으로부터의 측정거리와 피부의 깊이에 따른 확산반사, fluence, 흡수 분포를 분석하였다. 실험결과 피부조직에서 가장 높은 확산반사 광을 나타내었고 광원과 검출기간의 거리가 2 mm 일 때 정상과 흉터 간의 차이가 분명하게 나타나는 결과를 보였다. 이러한 결과는 근적외선 치료 광원을 이용한 확산반사 분광법을 통해 흉터치료 평가 가능함을 알 수 있다.
실험결과 피부조직에서 가장 높은 확산반사 광을 나타내었고 광원과 검출기간의 거리가 2 mm 일 때 정상과 흉터 간의 차이가 분명하게 나타나는 결과를 보였다. 이러한 결과는 근적외선 치료 광원을 이용한 확산반사 분광법을 통해 흉터치료 평가 가능함을 알 수 있다. 이러한 연구결과는 흉터와 확산반사 값의 상관관계를 이해하고 기존의 광학적 흉터 진단 시스템과 치료 시스템의 결합 시 최적의 광원-검출기 거리를 정하는데 도움을 줄 것으로 기대한다.
또한 일부 피하층에서도 낮은 흡수분포를 나타내었다. 흉터와 치료 중인 흉터에서는 진피층 경계면에서부터 높은 흡수분포를 나타내고 있으며, 특히 진피층이 두껍고 흡수계수가 높은 흉터에서 상대적으로 더 높은 흡수분포를 보였다. 이러한 결과는 1064 nm 파장이 흉터에 잘 흡수되어 효과적인 근적외선 레이저의 치료가 가능함을 반증하며, 이때 레이저에 의한 확산반사 값은 흉터의 상태를 반영하는 것으로 간주할 수 있다.

후속연구

실험결과 코르티코스테로이드와 콘트라투벡스 모두 비대성 흉터의 두께를 감소시키는 효과를 보였으며, 콘트라투벡스가 스테로이드제제보다 상대적으로 홍반, 가려움증, 색소변화와 같은 부작용이 적음을 입증하였다[11,14]. 그러나 여전히 콘트라투벡스는 일부 도포부위에서 부작용이 발생하기 때문에 추가적인 연구가 필요하다. Cho et al.
이러한 결과는 근적외선 치료 광원을 이용한 확산반사 분광법을 통해 흉터치료 평가 가능함을 알 수 있다. 이러한 연구결과는 흉터와 확산반사 값의 상관관계를 이해하고 기존의 광학적 흉터 진단 시스템과 치료 시스템의 결합 시 최적의 광원-검출기 거리를 정하는데 도움을 줄 것으로 기대한다.
또한 각 모델의 확산반사 값을 비교하여 최적의 측정거리를 분석하였다. 이러한 측정방법 연구는 거리에 따른 흉터와 확산반사 값의 상관관계를 이해하고 광학적 흉터 진단 시스템과 흉터 치료 시스템의 결합에서 광원과 검출기의 최적거리에 대한 정보를 제공함으로써 최적의 시스템 디자인에 기여할 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	흉터란?	흉터란 외부적 원인으로 인한 피부의 손상으로 나타나는 피부모양의 비가역적 피부변성을 의미한다[1]. 흉터는 진피층의 85%인 콜라겐이 과도하게 재생산되어 손상된 공간을 채우는데, 재생성된 콜라겐의 방향성, 두께, 종류, 합성, 결합 정도에 따라 편평 흉터(normotrophic scar), 비대성 흉터(hypertrophic scar), 켈로이드성 흉터(keloidal scar)로 구별된다[2-4].
	흉터의 구분은?	흉터란 외부적 원인으로 인한 피부의 손상으로 나타나는 피부모양의 비가역적 피부변성을 의미한다[1]. 흉터는 진피층의 85%인 콜라겐이 과도하게 재생산되어 손상된 공간을 채우는데, 재생성된 콜라겐의 방향성, 두께, 종류, 합성, 결합 정도에 따라 편평 흉터(normotrophic scar), 비대성 흉터(hypertrophic scar), 켈로이드성 흉터(keloidal scar)로 구별된다[2-4]. 또한 흉터의 종류에 따라 콜라겐 타입 I과 타입 III의 비율은 다르게 나타나지만, 콜라겐이 정상피부보다 과다 생성된다는 공통점을 지닌다[5-7].

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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