KR100914088B1 - 광학 안내 장치 및 광학 안내 카테터의 원위 단부의 위치 결정 방법 - Google Patents

광학 안내 장치 및 광학 안내 카테터의 원위 단부의 위치 결정 방법 Download PDF

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Abstract

작은 레이저 다이오드으로부터의 광은 카테터의 원위 단부 내에 삽입되며, 제조 중에 침습성 카테터 튜브의 벽 내에 합체되거나 루멘 내에 포함되는 광섬유를 통해 지나가게 된다. 광은 조직에 의해 최소로 흡수되는 파장으로, 양호하게는 620 ㎚ 내지 1100 ㎚의 범위에서 선택된다. 780 ㎚는 조직 흡수가 거의 최소인 경우와 같이 양호하게 이용된다. 광은 섬유의 단부 외부로(카테터의 근위 단부에서) 그리고 측정되는 경우에 환자의 피부의 외측으로 조직을 통해 지나간다. 광 패턴은 다른 주파수의 광을 필터링하는 야간 투시 고글에 의해 관찰된다. 검출된 광은 섬유 단부의 위치를 허용하며, 위치 정확성은 섬유 팁과 신체의 외부 사이의 조직의 두께에 따라 좌우된다. 본 방법은 어린 아이에게 그리고 성인의 피부 표면의 몇 센티미터 내의 카테터에 있어서 매우 정확하다.
광학 안내 시스템, 카테터, 야간 투시 고글, 레이저 다이오드

Description

광학 안내 장치 및 광학 안내 카테터의 원위 단부의 위치 결정 방법 {OPTICAL GUIDANCE APPARATUS AND METHOD OF DETERMINING THE LOCATION OF DISTAL END OF OPTICALLY GUIDED CATHETER}
<정부 지지>
본 출원은 허가 번호 제NS-31465호 하에서 미국 국립 건강 협회(U.S. National Institute of Health)에 의해 지지되었다. 정부는 본 발명에 일정 권리를 가질 수 있다,
<관련 출원에 대한 상호 참조>
본 출원은 2001년 6월 19일자로 출원된 미국 가출원 번호 제60/299,299호에 대해 우선권을 주장한다.
본 발명은 광학 안내 장치와, 기관내 튜빙, 비위 튜빙, 공급 튜빙, 경막상 카테터, 중심 정맥 카테터, 주연부로 삽입된 중심 정맥 카테터, 흉부 튜브 복수 카테터, 및 유사한 침습성 카테터 및 튜브의 삽입 방법에 관한 것이다.
환자 내의 특정 위치에 영양제 또는 약물을 제공할 목적으로 환자에게 삽입된 카테터의 단부의 위치를 결정하는 것은 어려웠었다. 일반적으로, 카테터 배치는 가시적 안내 없이 행해지거나, 배치가 특히 중요한 경우 X-선에 의해 행해지는데, 이는 튜빙을 만드는데 이용되는 전파 불투과성 플라스틱 재료의 위치를 정확하게 결정할 수 있다. 삽입된 튜빙의 단부를 위치시키기 위한 다중 X-선에 대한 필요성은 바람직하지 않다. 사용하기 편리하며 용이하며, 또한, 튜빙의 단부가 X-선을 사용하지 않으면서 매우 정확하게 위치되게 하는 광학 장치가 바람직하다. 양호하게는, 카테터 팁의 위치는 삽입 절차 중에 직접 관찰될 수 있으며, 팁의 위치는 그 이후 언제라도 확인될 수 있다.
종래 기술의 카테터 광 이송 장치는 예를 들어 복막 벽을 통해 삽입한 후에 환자의 내부 기관의 조명을 제공하는 것으로 공지되어 있다[예를 들어 우드워드(Woodward) 등에게 허여된 제5,947,958호)]. 이 조명은 조직 표면의 이미징을 위해, 또는 광선역학 요법에서 이용되는 광을 이송하기 위해 광을 제공하는 것이다. 이러한 장치는 카테터 배치를 위해 사용되지 않는다.
폰티노트(Fontenot)에게 허여된 제5,423,321호와 같은 다른 광 안내부는 수술 중에 내부 기관 또는 수송관(vessel) 내로 삽입되는 상이한 길이의 다중 광 안내 섬유를 갖는다. 풍선 카테터(balloon cateter)의 경우에, 이러한 광 안내부는 기구(balloon)의 팽창이 필요하게 될 경우에 수송관을 폐색할 위치에 풍선 카테터를 위치시키는데 이용된다. 근적외선은 요구되는 광의 세기를 감소시킴에 따라 나타나지만, 광 안내부는 독립된 실체이며, 관찰은 수송관 벽을 통한 것이다. 또한, 검출 시스템은 수술 절단 공구가 수송관에 접근할 때를 결정하기 위해 설명된다.
밴더 샘(Vander Salm 등)에게 허여된 제5,906,579호 및 두헤이롱서드(Duhaylongsod) 등에게 허여된 제6,113,588호는 수술 조건 하에서 수송관 벽을 통해 풍선 카테터를 시각화하기 위한 방법을 유사하게 설명한다. 이들 장치에서, 광섬유는 독립적인 실체이며, 다중루멘 카테터의 하나의 루멘을 통해 양호하게 삽입된다. 개시된 장치는 심흉곽 수술에 사용하기 위해 명확하게 개시된다.
이러한 종래 기술의 광 안내부는 상이한 다기능을 갖는 카테터의 구조로 구성되는 단일 섬유를 사용하지 않으며, 기관내 튜빙, 비위 튜빙, 공급 튜빙, 경막상 카테터, 중심 정맥 카테터, 주연부로 삽입된 중심 정맥 카테터, 흉부 튜브 복수 카테터, 또는 유사한 침습성 카테터 및 튜브를 위한 비수술 절차 동안에 삽입된 카테터의 팁을 국소화하도록 주로 안내되지 않으며, 이러한 종래 기술의 장치는 수송관이 외과수술로 노출되지 않고 가시광선(블루 내지 오렌지)이 조직의 불충분한 침투를 제공하기 때문에 근적외선만을 사용하지는 않는다. 또한, 이러한 종래 기술의 장치는 비교적 고가이며, 광학 구성 요소는 환자와 접촉할 수 있기 때문에 까다로운 FDA 조사가 필요할 수 있다. 본 발명은 종래 기술에서의 이러한 한계를 다룬다.
작은 레이저 다이오드로부터의 광은 제조 중에 침습성 카테터 튜브의 벽 내로 합체되거나 루멘 내에 포함되는 광섬유를 통해 지나간다. 이러한 광은 조직에 의해 최소로 흡수되는 파장으로, 양호하게는 620 ㎚ 내지 1100 ㎚의 범위에서 선택된다. 양호한 실시예에서, 780 ㎚는 조직 흡수가 거의 최소인 경우와 같이 이용된다. 광은 섬유의 단부 외부로(카테터의 원위 단부에서) 그리고 측정되는 곳의 외측으로 조직을 통해 지나간다. 광 패턴은 다른 주파수 범위의 광을 필터링하는 야 간 투시 고글에 의해 관찰된다. 검출된 광은 섬유 단부의 위치를 허용하며, 위치 정확성은 섬유 팁과 신체의 외부 사이의 조직의 두께에 따라 좌우된다. 본 방법은 어린 아이에게 그리고 성인의 피부 표면의 몇 센티미터 내의 카테터에 있어서 매우 정확하지만, 몇몇의 큰 성인의 신체 공동 내에 위치되는 카테터에 적용할 수 없다.
본 발명에 따른 광학 안내 장치와, 기관내 튜빙, 비위 튜빙, 공급 튜빙, 경막상 카테터, 중심 정맥 카테터, 주연부로 삽입된 중심 정맥 카테터, 흉부 튜브 복수 카테터, 및 유사한 침습성 카테터 및 튜브의 삽입 방법은 첨부 도면을 참조하여 이하에 설명된다.
도1은 삽입된 카테터의 팁을 위치시키기 위해 본 발명에 따라 이용되는 일체형 광섬유를 갖는 카테터의 단면도를 도시한다.
도2는 도1의 카테터의 측면도를 도시한다.
도3은 환자의 신체로 삽입되는 도1의 카테터와, 본 발명의 방법에 따라 환자의 피부의 최근접 점에서 카테터의 팁으로부터의 광을 검출하는 것을 도시한다.
본 발명에 따른 광학 안내 장치는, 620 ㎚ 내지 1100 ㎚ 범위의 파장, 양호하게는 원위 단부에서 "ST" 광학 커넥터로 150 미크론의(보다 작은) 코어 유리 광섬유를 통해 이송되는 5 mW 미만의 동력과 2 ㎚ 미만의 폭으로 방출되는 780 ㎚ 파장을 갖는 레이저 다이오드를 포함한다. 도1에 도시된 바와 같이, 유리 광섬유(10)는 카테터 루멘(40)을 갖는 카테터(30)의 벽(20)(즉, 에 부분적으로 또는 완전히 둘러싸여) 내에 매립된다. 광섬유(10)는 카테터(30)의 전체 길이에 이르며, 카테터(30)의 원위 단부(50)에서 광섬유(10)의 종결되지 않은 단부는 도2에 도시된 바와 같이 환자에게 삽입되도록 구성된다. 근위 단부(60)는 광섬유(10)를 레이저 다이오드(도시되지 않음)와 연결하기에 적절한 ST 광학 커넥터(도시되지 않음)로 종결된다. 역으로, 광섬유(10)는 근위 단부(60)에서 카테터(30)의 루멘(40) 내로 삽입되고, 카테터(30)의 원위 팁(50)으로 공급되고, 일단 카테터(30)가 환자에게 삽입되면 광이 원위 단부(50)로부터 나가도록 제위치에 보유될 수 있다.
수술자는 근적외 "야간 투시" 고글(70)이 진입 지점으로부터 선택된 위치로의 카테터(30)의 진행을 주시하는 것과 같은 검출 시스템을 이용한다. 카테터(30)의 원위 단부(50)는 단일 광원으로서 처리되며, 이 광원으로부터의 확산 광선이 검출된다. (780 ㎚의 광원에 있어서) 780 ㎚의 중심 파장을 갖는 협대역(광대역 필터가 이용될 수 있다하더라도, 높이의 절반에서 10 ㎚미만이 바람직하다) 간섭 필터(80)는 고글(70)의 검출기 표면을 덮는데 이용된다. 일반적으로, 광학 대역 필터폭의 증가에 따라 다른 주변광의 기여도가 증가한다. 10 ㎚ 미만의 수치는 레이저 다이오드 파장의 몇몇 변경을 허용하며, 고글(70)의 검출기로 통과하는 레이저 다이오드로부터의 것 이외의 광량을 최소화하는 것을 허용한다. 물론, 다른 파장 광이 이용된다면, 다른 파장에 대해 중심이 설정되는 적절한 간섭 필터가 이용된다.
도3은 비위 카테터(nasogastic catherter)를 거쳐 환자의 신체 내부에 삽입되는 도1 및 도2의 카테터(30)와, 본 발명의 방법에 따라 환자의 피부의 최근접 점 에서 카테터(30)의 팁(50)으로부터의 광을 검출하는 것을 도시한다. 도3에 도시된 일예에서, 적절한 간섭 필터(80)를 갖는 야간 투시 고글(70)은 수술자가 환자의 위의 외측 피부를 통해 적외선을 보는 것을 가능하게 한다.
당해 기술 분야의 숙련자는 본 발명에 따른 카테터용 광학 안내 장치의 다른 설계가 상이한 광원 및 광 검출기를 사용하여 구성될 수 있다는 것을 알 것이다. 780 ㎚ 광은 조직 흡수가 그 파장에서 거의 최소값이기 때문에 적절한 한편, 예를 들어, 제공된 광이 적절한 파장 및 에너지인 한 광원으로서 LED를 이용하는 것이 가능하다. 이 경우, 넓은 대역여파기는 검출기 상에 요구될 수 있다(LED 광 출력이 레이저 다이오드의 것보다 넓음). 유사하게, 상이한 검출기는 이용될 수 있으며, 이는 포토다이오드, 광전 배증관, 사태 포토다이오드 및 마이크로채널 플레이트를 포함한다. 포토다이오드 또는 다른 단일 지점 검출기가 이용될 때, 이들은 광섬유로부터 방사된 특정 광에서 최대값을 검출하기 위해 조직의 표면 위로 이동될 수 있다. 측정 민감도는 (1000 Hz와 같은) 특정 주파수에서 광을 변조하고 그 주파수의 포토신호만을 검출함으로써 최대로 될 수 있다.
카테터가 부적절하게 "이중 백(doubled back)"을 갖는 이들 경우를 수술자가 검출할 수 있게 하는 다른 실시예는 2개의 광섬유를 포함한다. 카테터 튜브에 삽입된 제2 광섬유는 제1 광섬유의 종결 위치에 가까운 미리 결정된 거리의 종결 위치에서 종결된다. 예를 들면, 제1 광섬유는 팁에서 종결되고, 제2 광섬유는 상기 팁의 약 5 센티미터 전에서 종결된다. 제2 광섬유는 제1 광섬유에 의해 전달되는 광의 변조 주파수와 상이한 변조 주파수, 또는 제1 광섬유에 의해 전달되는 광의 파장과 상이한 파장, 또는 이들 모두를 갖는 광을 전달한다. 따라서, 제1 광섬유 및 제2 광섬유는 광의 변조 주파수 및/또는 광의 파장의 차이에 의해 구별될 수 있다. 또한, 삽입하는 동안 상기 카테터 튜브의 이중 백은 외부 위치에서 제1 광섬유 및 제2 광섬유 각각으로부터 방사된 광의 위치로부터 결정될 수 있다.
검출 시스템의 일 변경예에서, 야간 투시 고글(70)은 수술자의 한쪽 눈 바로 전방에 미니 디스프레이 내의 마이크로채널 플레이트 이미저를 포함한다. 이는 수 술자가 필요에 따라 환자 또는 디스플레이를 보는 것을 허용한다.
본 발명의 예시적인 실시예가 상기에 상세히 설명되었지만, 당해 기술 분야의 숙련자는 많은 추가 변경이 본 발명의 신규한 교시 및 이점으로부터 실질적으로 벗어나지 않으면서 예시적인 실시예에서 가능하다는 것을 용이하게 알 것이다. 임의의 이러한 변경은 이하의 예시적인 청구의 범위에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (19)

  1. 환자의 루멘 또는 신체 공동 내에 광학 안내 카테터의 배치를 안내하기 위한 광학 안내 장치이며,
    근위 단부, 원위 단부 및 루멘을 갖는 광학 안내 카테터와,
    상기 카테터의 원위 단부로 연장하는 카테터의 광섬유와,
    상기 카테터가 환자의 루멘 또는 신체 공동 내에 배치될 때 광이 광원으로부터 발광부에 제공되고, 방사된 광이 환자의 신체의 외측으로 환자의 조직을 통과하는, 상기 카테터의 광섬유의 원위 단부에 있는 발광부와,
    광원에 의해 방사된 광의 파장 범위 이외의 파장 범위의 광을 차단하기 위한 필터를 구비하는 외부 검출 장치를 포함하며,
    상기 외부 검출 장치는 수술자가 환자의 신체 내에 카테터의 원위 단부의 위치를 결정할 수 있도록 상기 발광부로부터 환자의 신체의 외측으로 방사된 광을 검출하여, 환자의 루멘 또는 신체 공동 내에 카테터의 원위 단부를 나타내는 광학 안내 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광원은 620 ㎚ 내지 1100 ㎚의 파장 범위에서 광을 방사하는 레이저 다이오드와 LED 중 어느 하나를 포함하는 광학 안내 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광원은 780 ㎚의 파장에서 광을 방사하는 광학 안내 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 발광부로부터 환자의 신체의 외측에 방사된 광을 수용하는 검출 장치를 더 포함하는 광학 안내 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 검출 장치는 그의 검출 표면 위에 간섭 필터를 갖는 야간 투시 광 검출기를 포함하며, 상기 간섭 필터는 상기 광원에 의해 방사된 파장 범위를 포함하는 협대역 이외의 파장 범위에서 광을 효율적으로 차단하는 광학 안내 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 야간 투시 광 검출기는 수술자의 한쪽 눈의 바로 전방에 미니 디스플레이의 마이크로 채널 플레이트 이미저를 포함하는 광학 안내 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 광 검출 장치는 포토다이오드, 광전 배증관, 사태 포토다이오드, 마이크로채널 플레이트, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함하는 광학 안내 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광섬유는 카테터의 벽 내에 매립되는 광학 안내 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광섬유는 카테터의 원위 단부로 연장하도록 카테터의 루멘 내에 삽입되고, 상기 광섬유는 그 내부 또는 상부의 제 위치에 보유되는 광학 안내 장치.
  10. 루멘에 삽입된 광학 안내 카테터의 원위 단부의 위치를 결정하는 방법이며,
    광섬유가 원위 단부까지 연장하는 상기 광학 안내 카테터를 루멘에 삽입하는 단계와,
    상기 카테터가 루멘에 삽입될 때 방사된 광이 카테터의 원위 단부로 광섬유를 통과하도록, 상기 카테터의 광섬유에 광을 제공하는 단계와,
    방사된 광이 외부 위치로 통과하도록, 카테터의 광섬유의 원위 단부에 있는 발광부로부터 광을 방사하는 단계와,
    카테터의 상기 발광부로부터 방사된 광이 필터를 통과하여, 광원에 의해 방사된 광의 파장 범위 이외의 파장 범위의 광을 차단한 후에 상기 발광부로부터 방사된 광을 검출하는 단계와,
    상기 외부 위치에서 검출된 광으로부터 카테터의 원위 단부에 있는 발광부의 위치를 결정하고, 상기 발광부의 위치에 기초하여 루멘 내에서 카테터의 배치를 결정하는 단계를 포함하는, 광학 안내 카테터의 원위 단부의 위치 결정 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 광 삽입 단계는 620 ㎚ 내지 1100 ㎚의 파장 범위에 있는 광을 광섬유에 삽입하는 단계를 포함하는, 광학 안내 카테터의 원위 단부의 위치 결정 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 광 삽입 단계는 780 ㎚의 파장 범위에 있는 광을 광섬유에 삽입하는 단계를 포함하는, 광학 안내 카테터의 원위 단부의 위치 결정 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 검출 단계는 검출 표면 위를 간섭 필터를 갖는 야간 투시 광 검출기로 관찰하는 단계를 더 포함하는, 광학 안내 카테터의 원위 단부의 위치 결정 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 광 섬유에 삽입된 광은 협대역 광이고, 상기 결정하는 단계는 광섬유에 삽입된 협대역 광의 파장 범위 이외의 파장 범위의 광을 효율적으로 차단하도록 간섭 필터를 통해 방사된 광을 필터링하는 단계를 포함하는, 광학 안내 카테터의 원위 단부의 위치 결정 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 검출 단계는 야간 투시 광 검출기를 이용하는 수술자의 한쪽 눈의 전방에 미니 디스플레이를 제공하는 단계를 더 포함하는, 광학 안내 카테터의 원위 단부의 위치 결정 방법.
  16. 제10항에 있어서, 상기 검출 단계는 포토다이오드, 광전 배증관, 사태 포토다이오드, 마이크로채널 플레이트, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 이용하여 광학 안내 카테터로부터 방사된 광을 검출하는 단계를 포함하는, 광학 안내 카테터의 원위 단부의 위치 결정 방법.
  17. 제10항에 있어서, 상기 광섬유는 카테터의 벽에 매립되는, 광학 안내 카테터의 원위 단부의 위치 결정 방법.
  18. 제10항에 있어서, 상기 광섬유는 카테터의 원위 단부로 연장하도록 카테터의 루멘으로 광섬유를 삽입하고, 광섬유를 그 내부의 제 위치에 보유하는, 광학 안내 카테터의 원위 단부의 위치 결정 방법.
  19. 침습성 카테터의 배치를 안내하기 위한 광학 안내 장치이며,
    카테터 튜브와,
    상기 카테터 튜브의 원위 단부로 연장하도록 상기 카테터 튜브 내로 삽입되는 제1 광섬유와,
    상기 제1 광섬유에 광을 삽입하여, 삽입된 광이 카테터의 원위 단부까지 제1 광섬유를 통과하고, 삽입된 카테터의 원위 단부로부터 방사된 광이 외부 위치까지 통과하도록 구성된 광원과,
    상기 카테터 튜브에 삽입된 제2 광섬유를 포함하며, 상기 제2 광섬유는 상기 제1 광섬유의 종결 위치에 가까운 미리 결정된 거리의 종결 위치에서 종결되고, (1) 상기 제1 광섬유에 의해 전달되는 광의 변조 주파수와 상이한 변조 주파수, 또는 (2) 상기 제1 광섬유에 의해 전달되는 광의 파장과 상이한 파장, 또는 이들 모두를 갖는 광을 전달하여,
    삽입하는 동안 상기 카테터 튜브의 이중 백은 외부 위치에서 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유 각각으로부터 방사된 광의 위치로부터 결정될 수 있고, 상기 외부 위치로부터 방사된 광을 검출하여 카테터의 원위 단부의 위치 결정에 있어서 수술자를 돕는 광학 안내 장치.
KR1020037016644A 2001-06-19 2002-06-19 광학 안내 장치 및 광학 안내 카테터의 원위 단부의 위치 결정 방법 KR100914088B1 (ko)

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