소화기계 질환에서 내시경적

동결 요법에 사용하는 catheter 개발

한 현 각, 유 용 석

순천향대학교 화학공학부

Development of Catheter in the Endoscopic

Cryotherapy for Digestive Disease

Hyun-Kak Han, Yong-Seok Yoo

Department of Chemical Engineering, SoonChunHyang University

1. 서론

동결요법은 150년 전부터 여러 임상분야(수술시, 간암, 비뇨기과, 부인과영역 등)에 적용되어 비교적 좋은 성적을 보이고 있으나, 특히 최근 급속히 발전하고 있는 치료내시경영역에서 동결요법은 보고 된 바 없다. 그 이유는 직경이 작은 내시경의 겸자공(직경: 2-3mm정도)을 이용한 동결요법은 여러 가지 문제로 아직까지 임상에 적용되고 있지 못하고 있는 실정이다. 내시경적 동결요법의 국내, 외국의 연구동향은 특수한 기구와 냉동요법에 필요한 시약 등 기술적이고 과학적인 문제로 접근 방법의 어려움이 있어 아직까지 임상적으로 적용된 예는 없으나 현재 문헌 등을 고찰하여보면 미국, 프랑스의 몇몇 연구기관에서는 동물 실험 정도만 보고되고 있으나 내시경에 사용하기 적합한 기기가 개발되고 있는 것으로 생각된다.

동결요법은 암 치료에 사용한 이후 여러 가지 질환의 치료에 적용이 모색되어 왔고 일차성과 이차성 간암이나 전립선암, 멜라닌 색소종 등의 치료에 효과가 있는 것으로 발표되어 왔다. 그러나 위장관 질환에의 적응은 그 접근의 어려움으로 인하여 아직까지 적용된 예가 발표된 적이 없었다. 하지만 최근 내시경술의 발달과 저온에서도 사용할 수 있는 소재의 개발로 이의 사용이 가능할 것으로 생각하며 본 연구에서는 소화기계질환 즉, 위장관내의 출혈, 소화기계 암에 있어서 내시경적 동결 요법에 사용할 수 있는 catheter를 개발하여 동물실험과 임상실험을 통하여, 동결 요법의 유용성과 효과를 판정하는 것이다.

2. 이론

2-1. 저온에 사용되는 냉매

저온에 사용되는 냉매를 조사하여 보면 영하 100℃ 이하에는 주로 액체 질소가 사용되고 있으며, 영하 80℃이상에는 액체 이산화탄소, 영하 30℃이상에는 Ethylene Glycol이다. 더 자세한 것은 표 1.에 도시하였다.

표 1. 저온에 사용되는 냉매의 종류

냉매종류	어는 점
Acetone and dry ice mixture	-15℃
31wt% NaCl solution	-21℃
Ethylene Glycol	-30℃
Freon Gas	-40℃
Nitrous Oxide(N2O)	-56.6℃
Liquid CO2	-88℃
Liquid N2	-190℃

2-2. 초저온 냉매 수송관에 적합한 고분자 물질

일반적으로 액체 질소를 저장하고 보관하는 용기는 재질은 스텐레스 스틸이며, 가압되고,  안전변이 달려있는 이중 용기이다. 저장용기로부터 액체 질소를 사용하는 곳까지 수송하는 관의 재질은 스텐레스 스틸 외부와 완전히 단열하여 열손질을 최소화하였다. 그렇지 않으면 이중 주름으로 된 이중 주름관을 사용한다.

그런데 본 연구에서는 내시경내에 삽입되는 관이므로 스텐레스 스틸로 된 이중 주름관을 사용할 수 없다. 왜냐하면 이중 주름관은 관 직경이 최하 3□ 이상이 되어야 하며, 유연성이 매우 나쁘기 때문이다. 내한성을 갖는 고분자 물질을 조사하여 보면 Teflon PTFE가 가장 내한 온도가 낮다는 것을 알 수 있었다. 각 고분자 물질마다의 조사된 내한 온도를 표 2. 에 명기하였다.

표 2. 고분자 물질의 내한 온도

고분자 물질	내한 온도
Teflon PTFE	-130℃
Polyethylene	-120℃
Rubber	-65 ∼ -75℃
Polyisobutylene	-60 ∼ -70℃
Nylon 66	-65℃
Polychloroprene	-50 ∼ -70℃
Silicon Rubber	-65 ∼ -95℃

3. Catheter

3-1. 기존의 catheter의 문제점

1). 내시경에 사용이 불가능함

2). 스텐레스 스틸로 제작되어있음.

3). Vacuum-insulate 되어있음.

4). 초저온 냉매가 흐르면 내시경이 작동이 어려움.

3-2. 내시경에 사용할 수 있는 catheter 제작 요건

1). 내시경에 들어갈 수 있을 정도로 직경이 작아야함.

2). 내시경에 사용할 수 있도록 유연성 필요.

3). 초저온 냉매가 흘러도 내시경 작동이 원활하여야함.

4). 다양한 catheter tip의 제작이 가능하여야함.

3-3. 내시경에 사용한 catheter 의 제원

1). 외경 11 French, 즉 3.75□ 이하.

2). 길이 170□.

3). 이중관으로 제작되어 초저온 냉매가 흘러도 내시경의 작동이 원활하여야함.

4). catheter의 tip의 가공이 용이하여야함.

3-4 Catheter의 tip 제작

Catheter의 tip은 가공이 용이하여 여러 가지 모양의 tip이 제작이 가능한 스텐레스 스틸로 제작하였다.

Fig. . Schematic Diagram of Catheter Tip.

4. 실험방법

1). 내시경에 catheter를 장치하지 않고 먼저 tip의 온도 감소 실험을 하였다.

2). 고기에 catheter를 대고 1□ 떨어진 부분의 변화 상태를 실험하였다.

3). 내시경에 catheted를 장치하고 tip의 온도 감소 실험을 실시하였다.

4). 잡견을 이용하여 동물실험을 실시하였다.

5. 결과 및 고찰

Fig. 2.에 내시경에 catheter를 장착하지 않고 온도변화를 나타내고 있다. 액체질소 보관용기의 압력의 영향이 있지만 실험 시작 후 5분이 지나면 catheter의 온도가 -50℃로 떨어졌으며, 정상상태에 도달하였음을 알 수 있었다.

Fig 2. Temperature Change of the Tip by Liquid Nitrogen Flowing.

6. 결론

1). 초저온에서 견디는 소재를 이용하여, 내시경에 사용 가능한 catheter를 제작  하였다.

2). Catheter를 내시경에 장착하여 좋은 결과를 얻었다.

7. 참고문헌

1. Arnott, J., "Practical Illustrations of the remedial Efficacy of a Very Low or Anaesthetic Temperature. I.", Cancer. Lancet, 2: 257-258. 1850.

2. Carpenter, R.J., Neel, B.N. and Sanderson, D.R., "Cryosurgery of

Bronchopulmonary Structures", CHEST, 72, 3, Sep. 1977.