초록 ▼

연구의 목적 및 내용
광 에너지 및 초음파 에너지를 융합하여 병변에 조사함으로써 깊은 병변의 효과적인 선택 치료가 가능한 초음파 에너지유도 광열치료 및 치료 모니터링을 위한 영상유도 핵심요소기술 개발한다. 이를 위해 초음파 에너지유도 광열치료를 위한 초음파 에너지 발생시스템, 치료 모니터링용 초음파 및 광음향 영상을 위한 초음파 수신시스템, 그리고 제안기술에 특화된 초음파 변환기를 개발하여 생체조직 모사팬텀과 축출한 생체조직 상에서 제안기술의 우수성을 실험적으로 검증한다.

연구결과
- 치료 효과 극대화를 위한

연구의 목적 및 내용
광 에너지 및 초음파 에너지를 융합하여 병변에 조사함으로써 깊은 병변의 효과적인 선택 치료가 가능한 초음파 에너지유도 광열치료 및 치료 모니터링을 위한 영상유도 핵심요소기술 개발한다. 이를 위해 초음파 에너지유도 광열치료를 위한 초음파 에너지 발생시스템, 치료 모니터링용 초음파 및 광음향 영상을 위한 초음파 수신시스템, 그리고 제안기술에 특화된 초음파 변환기를 개발하여 생체조직 모사팬텀과 축출한 생체조직 상에서 제안기술의 우수성을 실험적으로 검증한다.

연구결과
- 치료 효과 극대화를 위한 레이저 및 초음파 에너지 최적 융합 기술 개발
초음파 에너지유도 광열치료를 위한 레이저/초음파 송·수신 시스템을 설계, 제작하여 실험장치를 구성하였다. 이를 통해 치료와 함께 치료 모니터링이 동시에 가능하도록 하였으며 본 기술에 특화된 초음파 변환기와 피부 조직 모사팬텀 제작 기술을 개발하여 제안한 초음파 에너지유도 광열치료의 성능평가를 실시하였으며, 검증 결과 기존 치료기술보다 개발한 시스템을 이용하여 치료 할 경우 치료 깊이와 치료 성능이 더 향상됨을 확인하였다.
- 초음파 에너지유도 광열치료에 특화된 초음파 변환자 제작 기술 개발
본 연구에 특화된 초음파 변환자는 초음파 에너지유도 광열치료에 필요한 음향 강도를 발생시킬 수 있으면서 광원과 융합이 용이한 형태를 가지며, 치료 깊이가 얕고 그 크기가 미세한 광열치료에 특화되어야 한다. 이를 충족시키기 위해 새로운 형태의 음향 렌즈를 설계하여, 높은 음향 강도를 얻기 위해 변환자 구경의 크기는 증가시키면서 초점거리는 줄일 수 있고 집속 에너지는 더욱 증가시킬 수 있는 이중집속 초음파 변환자를 제작함으로써 효과적인 치료가 가능함을 보였다. 또한 초음파 에너지유도 광열치료와 더불어 초음파 또는 광음향 영상을 구성할 수 있는 요면형태의 구경을 갖는 배열 변환자를 개발하였다. 최종적으로 치료용 초음파 변환자, 영상용 초음파 변환자, 광열치료를 위한 광원이 융합된 이중소자 융합 센서를 개발해 제안 기술의 성능 검증에 사용하였다.
- 초음파 또는 광음향 신호를 이용한 병변 온도 변화 모니터링 기술 개발
초음파(또는 광음향) 영상을 이용한 실시간 치료 모니터링을 위해서는 먼저 치료용 초음파에서 기인한 간섭 신호를 제거해야 하는데 이를 위해 펄스 반전 기법을 개발하여 기존에 병변의 변화를 실시간으로 관찰하기 어려웠던 문제를 해결하였으며, 실험적으로 성능을 증명하였다. 이를 바탕으로 초음파 에너지유도 광열치료의 예상 치유 범위를 실시간으로 정확하게 예측하기 위한 병변에서의 초음파 신호 특성의 물리적 변화, 병변에서의 광에너지 흡수율 변화로 인한 광음향 신호 변화 등을 이용하여 치료 과정 예측 가능함을 보였다.

연구결과의 활용계획
제안한 기술을 통해 기존의 HIFU 치료, 광열치료에서 에너지 세기에 따른 이차적인 부작용을 최소화하고 깊은 병변까지 최소한의 에너지를 이용하여 효과적으로 표적 치료를 수행할 수 있는 기술이며, 안정적인 치료를 위해 최적화된 치료 계획을 수립함과 동시에 치료 효과를 실시간으로 평가가 가능하다. 따라서 연구결과는 광 에너지가 침투 깊이가 낮아 최적 치료를 수행할 수 없었던 기존 광 치료기술의 문제점을 해결할 수 있는 혁신적인 기술로서 다양한 임상 응용(고형암 치료나 깊은 조직에 위치한 흑색종 치료 등)에 적용할수 있어, 임상적인 활용도를 높다.

( 출처 : 한글요약문 4p )

Abstract ▼

Purpose&contents
The objective of this study is the development of an innovative therapeutic method in which ultrasound and light energy are combined to induce thermal damage of the desired lesion in a complementary way. In this research, we ascertained that this new technique is capable of incre

Purpose&contents
The objective of this study is the development of an innovative therapeutic method in which ultrasound and light energy are combined to induce thermal damage of the desired lesion in a complementary way. In this research, we ascertained that this new technique is capable of increasing therapeutic depth while maintaining high target selectivity of photothermal and photodynamic therapies. Also, key technical elements including therapeutic and treatment monitoring systems, fusion sensors, and real-time treatment monitoring methods are developed to use this method in the treatment for skin disease such as melanoma and beauty. Finally, the performances of the proposed ultrasound energy induced photothermal therapy were evaluated by in vitro and ex vivo experiments.

Result
- Development of a method to combine laser and ultrasound energy for maximizing therapeutic efficacy
We developed a combined laser and ultrasound generator for the proposed therapeutic and treatment monitoring methods. By using this system, we evaluated the performances of the proposed method, which demonstrated that the proposed method is superior to the conventional photothermal therapy in terms of therapeutic depth and efficacy.
- Development of ultrasound transducers for the proposed ultrasound energy induced photothermal therapy
We developed double focused ultrasound transducers and concave array transducers for the proposed method. Also, a fusion sensor combining ultrasound transmitter, ultrasound receiver, and light source was developed to use in the performance evaluation of the proposed method.
- Development of real-time treatment monitoring methods using ultrasound or photoacoustic images
We developed the methods based on the pulse-inversion and time division algorithms to remove or avoid high intensity interferences from therapeutic ultrasound. By using these methods, it was shown that ultrasound and photoacoustic imaging can be used for real-time treatment monitoring.

Expected Contribution
The proposed method can be used to induce thermal damage of the desired lesion in photothermal and photodynamic therapies while increasing therapeutic depth. Also, the developed real-time monitoring method facilitates safe treatment. We believe that these advantages of the proposed method enables solving the problem of the current photothermal and photodynamic therapies (i.e., a shallow therapeutic depth and limited clinical applications) while maintaining high target selectivity, thus expanding their clinical applications.

( 출처 : SUMMARY 5p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 14
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 25
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 35
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 36
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 37
• 8. 참고문헌 ... 37
• 9. 연구성과 ... 38
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 41
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 41
• 12. 기타사항 ... 43
• [별첨1] 대 표 연 구 실 적 ... 44
• [별첨2] 세부 목표 관련 증빙 ... 57
• 끝페이지 ... 118