KR101015670B1

KR101015670B1 - 모낭 유닛들을 채취 및 이식하기 위한 자동 장치

Info

Publication number: KR101015670B1
Application number: KR1020087007549A
Authority: KR
Inventors: 모한 보두루리; 필립 엘. 길덴버그; 도날드 이. 카데스; 파울 케이. 흐세이
Original assignee: 레스토레이션 로보틱스, 인코포레이티드
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2011-02-22
Also published as: AU2010202789A1; EP2228028B1; EP2781200A1; CA2763686A1; CN101277657A; JP2012196486A; CA2709769C; CA2763686C; WO2007041267A3; CA2621594A1; JP2010279714A; EP2228028A3; AU2006297217B2; EP1928340A2; JP4995826B2; EP2228028A2; AU2006297217A1; CN101926678A; CA2621594C; JP5099790B2

Abstract

모낭 유닛들을 채취 또는 이식하기 위한 자동 시스템은 이동 가능한 팔; 상기 이동 가능한 팔에 장착된 채취 및/또는 이식 툴; 상기 이동 가능한 팔에 장착된 하나 이상의 카메라; 상기 하나 이상의 카메라에 의해 취득된 영상들을 수신하여 처리하도록 된 프로세서; 및 상기 프로세서의 작동과 연관되며 상기 하나 이상의 카메라에 의해 취득되어 처리된 영상들에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 이동 가능한 팔을 배치하도록 되어 있는 제어기를 포함하며, 상기 이동 가능한 팔은 상기 툴이 인접한 신체 표면에 대해 원하는 방향으로 위치하도록 배치될 수 있다.

Description

모낭 유닛들을 채취 및 이식하기 위한 자동 장치{AUTOMATED APPARATUS FOR HARVESTING AND IMPLANTING FOLLICULAR UNITS}

본 발명은 정밀 진단 및 치료학적 의료 절차들을 실행하기 위한 영상 유도 로보트 시스템에 관한 것이다.

두발 이식 절차들은 잘 알려져 있고, 일반적으로 (예컨대, 남성형 대머리를 가진) 환자의 두피의 측면 및 후면 주변 영역("도너 영역")에서 도너 헤어 이식 조직들을 채취하여, 벗겨진, 상부 영역("수혜 영역")에 채취된 모낭 유닛을 이식하는 단계를 포함한다. 역사적으로, 채취된 이식 조직들은 비교적 크지만(3-5mm), 최근에, 도너 이식 조직들은, 두피의 표면에 랜덤하게 분포된 밀접하게 떨어져 있는 모낭들의 1-3(통상적으로 4-5보다 훨씬 적은)의 자연적으로 발생하는 집합체들인, 단일 모낭 유닛들로 되어 있다.

잘 알려져 있는 일 공정에서, 두피의 선형적 부분은 지방성 피하 조직으로의 외과용 메스 절개를 이용하여 도너 영역(donor area)에서 제거된다. 그 스트립은 모낭 유닛 성분으로 (현미경하에서) 상세하게 분석된 다음, 바늘을 이용하여 형성된 각각의 찔러서 낸 구멍들의 수혜 영역(recipient area)으로 이식된다. 개별의 모낭 유닛 이식 조직들을 파지하여 바늘 천공 위치들에 배치하도록 핀셋이 사용될 수 있지만, 이 업무를 실행하도록 다른 도구들 및 방법들도 알려져 있다.

"앤드러제네틱 탈모증"(스프링거 1996)에서, 엠. 이나바 및 와이. 이나바는, 모낭 유닛의 중요한 해부학적 부분들의 직경에 대략 동일한, 1mm의 직경을 갖는 내부 루멘 및 절단 에지를 가진 중공의 천공 바늘을 배치함에 의해 단일의 모낭 유닛들을 채취하는 방법을 개시하여 설명하고 있다. 상기 천공 바늘은 추출될 모낭 유닛의 축과 축방향으로 정렬된 다음 선택된 모낭 유닛의 원주 둘레의 두피를 절제하도록 두피로 전진된다. 그 후, 상기 모낭 유닛들은, 예컨대 핀셋을 이용하여 용이하게 제거되어 계속해서 특수 고안된 삽입 바늘로써 수혜 장소로 이식된다.

미국 공개 특허 공보 제20050203545(콜)호는 환자의 피부의 피부 표면에 대한 각도 및 보다 정밀한 관통 깊이를 허용한다고 하는 개별 모낭 유닛들의 추출을 위한 도구를 제시하고 있다.

미국 공개 특허 공보 제20050267506(해리스)호는 날카로운 펀치로 먼저 외측 피부층을 베어낸 다음, 주변 조직 및 지방층에서 모낭 유닛을 분리하도록 분리형 굵은 펀치를 절개부로 삽입함에 의해 모낭 유닛들을 추출하기 위한 방법 및 장치를 제시하고 있다.

미국 특허 제6,585,746호(길덴버그)는 로보트 팔 및 로보트 팔과 연관된 모낭 삽입기를 포함하는, 로봇을 이용한 두발 이식 시스템을 제시하고 있다. 로보트 팔의 제어 하에 모낭 삽입기에 의해 이식되는 헤어 이식 조직들을 수용하는 두피 위치들을 계획하도록 이용되는, 환자 두피의 3차원 허상의 영상을 생성하기 위해 비디오 시스템이 사용된다. 그러나, 신체 표면의 도너 영역에서 모낭 유닛을 채취 하여 동일 과정의 일부로서 신체 표면의 수혜 영역에 채취된 모낭 유닛을 이식할 때, 모낭 유닛, 집합적으로, "이식물"을 채취하여 이식하기 위해 그들을 이용하는 자동화(예컨대, 로봇) 시스템 및 방법들을 제공함에 있어서 많은 개선들이 요구된다.

본 발명의 일반적인 양태에 따르면, 영상 유도 로보트 시스템 등의, 자동화 시스템은 모낭 유닛(follicular units)들의 정밀 제어된 채취 및 이식을 행하도록 사용된다. 일부 실시예들에서, 자동화 시스템은 이동 가능한 팔, 상기 이동 가능한 팔에 장착된 툴, 상기 이동 가능한 팔에 장착된 하나 이상의 카메라, 상기 하나 이상의 카메라에 의해 취득된 영상들을 수신하여 처리하도록 된 프로세서, 및 상기 프로세서의 작동과 연관되며 상기 하나 이상의 카메라에 의해 취득되어 처리된 영상들에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 이동 가능한 팔을 배치하도록 되어 있는 제어기를 포함하며, 상기 이동 가능한 팔은 상기 툴이 인접한 신체 표면에 대해 원하는 방향으로 위치하도록 배치될 수 있다.

비제한적인 예로서, 상기 자동화 시스템은 로보트 시스템이고, 상기 이동 가능한 팔(moveable arm)은 로보트 팔이며, 상기 프로세서 및 제어기는 로보트 팔의 비주얼 서보잉(visual-servoing)에 의해 상기 툴을 배치하도록 되어 있다. 일부 실시예들에서, 단일 카메라가 사용될 수 있고, 상기 프로세서는 카메라의 기준 좌표 시스템(reference coordinate system)과 상기 로보트 팔의 상기 툴 프레임 기준 좌표 시스템을 정합시키도록 되어 있다. 예컨대, 상기 프로세서는 상기 로보트 팔이 툴 프레임 기준 좌표 시스템의 하나 이상의 축들을 따라 이동될 때 취득된 고정된 보정 타깃의 영상들에 기초하여 상기 카메라의 기준 좌표 시스템과 툴 프레임 기준 좌표 시스템을 정합시킨다. 다른 예로서, 한 쌍의 카메라들이 로보트 팔에 장착되고, 상기 프로세서는 상기 카메라의 각각의 기준 좌표 시스템들을 서로 정합시키고 상기 로보트 팔의 상기 툴 프레임 기준 좌표 시스템과 정합시키도록 되어 있다. 또한, 상기 프로세서는 상기 로보트 팔이 툴 프레임 기준 좌표 시스템의 하나 이상의 축들을 따라 이동될 때 취득된 고정된 보정 타깃(calibration target)의 영상들에 기초하여 상기 카메라의 각각의 기준 좌표 시스템들과 상기 툴 프레임 기준 좌표 시스템과 정합시키도록 되어 있다. 또 다른 예로서, 하나 이상의 카메라는 로보트 팔에 장착된 제1 및 제2쌍의 카메라들을 포함하고, 제1 쌍은 제1 시야의 영상들을 얻도록 포커싱되며, 제2 쌍은 제1 시야보다 좁은 제2 시야의 영상들을 얻도록 포커싱된다. 이 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 제1 및 제2 쌍의 카메라들 각각의 기준 좌표 시스템들을 서로 정합시키고 상기 로보트 팔의 툴 프레임 기준 좌표 시스템과 정합시키도록 되어 있다. 또한, 상기 프로세서는 상기 로보트 팔이 툴 프레임 기준 좌표 시스템의 하나 이상의 축들을 따라 이동될 때 취득된 고정된 보정 타깃의 영상들에 기초하여 상기 각각의 카메라 기준 좌표 시스템들과 툴 프레임 기준 좌표 시스템을 정합시키도록 되어 있다.

여러 실시예들에서, 상기 툴은 모낭 유닛 채취 툴 및 모낭 유닛 이식 툴 중 하나 또는 모두를 포함한다. 여러 실시예들에서, 상기 프로세서는 하나 이상의 카메라들에 의해 취득되는 영상의 모낭 유닛의 대략적인 물리적 경계들을 식별하도록 되어 있다. 예컨대, 상기 프로세서는 취득된 영상에 캡처된 모낭 유닛의 대략적인 물리적 경계들을 식별하도록 되어 있고, 상기 식별은 신체 표면에 매립된 피하 기부 영역 및 신체 표면에서 떨어진 말단 팁 영역의 식별을 포함하며, 상기 영상들은 피하 영상들을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 공기 분사기(air jet)는 신체 표면에 공기 스트림을 분사시키기 위해 이동 가능한 팔 상에 제공된다. 또 다른 실시예에서, 유저가 상기 프로세서 및 제어기 중 하나 또는 양자에 이식될 모낭 유닛의 위치, 자세(position), 방향, 및 깊이 중 하나 이상에 관한 명령들을 입력하도록 유저 인터페이스가 제공된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 신체 표면에서 모낭 유닛들을 채취하기 위한 방법은 (i) 신체 표면의 영상들을 취득하는 단계; (ii) 신체 표면 상의 모낭 유닛을 식별하여 식별된 모낭 유닛의 상대적 위치 및 방향을 결정하도록 상기 취득된 영상들을 처리하는 단계; (iii) 처리된 영상 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여, 식별된 모낭 유닛에 인접하게 이동 가능한 팔에 장착된 채취 툴을 배치하기 위한 상기 이동 가능한 팔을 포함하여, 상기 채취 툴의 길이방향 축을 모낭 유닛의 길이방향 축과 정렬시키도록 자동화 시스템을 이용하는 단계; 및 (iv) 신체 표면에 대한 상기 채취 툴의 이동에 의해 모낭 유닛을 채취하는 단계를 포함하며, 상기 영상들은 상기 이동 가능한 팔에 장착된 하나 이상의 카메라들에서 얻어진다.

일 실시예에서, 상기 자동화 시스템은 로보트 시스템이고, 상기 이동 가능한 팔은 로보트 팔이다. 이러한 실시예에서, 상기 영상들은 로보트 팔에 장착된 단일 카메라에서 얻어지며, 상기 방법은 상기 카메라의 기준 좌표 시스템과 상기 로보트 팔의 상기 툴 프레임 기준 좌표 시스템을 정합시키는 단계를 더 포함한다. 예컨대, 로보트 팔이 로보트 팔 툴 프레임 기준 좌표 시스템의 하나 이상의 축들을 따라 이동될 때 취득된 고정된 보정 타깃의 영상들에 기초하여 상기 카메라의 기준 좌표 시스템이 상기 로보트 팔의 상기 툴 프레임 기준 좌표 시스템과 정합된다. 다른 실시예에서, 상기 영상들은 로보트 팔에 장착된 한 쌍의 카메라들에서 얻어지며, 상기 방법은 상기 카메라의 각각의 기준 좌표 시스템들을 서로 정합시키고 상기 로보트 팔의 상기 툴 프레임 기준 좌표 시스템과 정합시키는 단계를 더 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 영상들은 로보트 팔에 장착된 제1 및 제2쌍의 카메라들을 이용하여 얻어지며, 제1 쌍은 제1 시야의 영상 데이터를 얻도록 포커싱되며, 제2 쌍은 제1 시야보다 좁은 제2 시야의 영상 데이터를 얻도록 포커싱된다. 또 다른 실시예에서, 상기 방법은 식별된 모낭 유닛의 대략적인 물리적 경계들을 식별하는 단계를 더 포함하며, 신체 표면에 매립된 피하 기부 영역 및 신체 표면에서 떨어진 말단 팁 영역을 식별하는 단계를 (비제한적으로) 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 신체 표면에 모낭 유닛들을 이식하는 방법은 (i) 이식 장소를 식별하도록 신체 표면의 영상들을 취득하여 처리하는 단계; (ii)

이동 가능한 팔에 장착된 이식 툴을 이식 장소에 인접한 위치로 배치하기 위한 이동 가능한 팔을 포함하는 자동화 시스템을 이용하는 단계; 및 (iii) 상기 이식 툴을 신체 표면에 대해 이동시킴에 의해 신체 표면에 모낭 유닛을 이식하는 단계를 포함하며, 상기 영상들은 이동 가능한 팔에 장착된 하나 이상의 카메라들에서 얻어진다.

비제한적인 예로서, 상기 자동화 시스템은 로보트 시스템이고, 상기 이동 가능한 팔은 로보트 팔이며, 상기 이식 툴은 로보트 팔의 비주얼 서보잉에 의해 이식 장소에 배치된다. 여러 실시예들에서, 상기 모낭 유닛은 이식 전에 이식 툴에 지지된다. 여러 실시예들에서, 상기 모낭 유닛은 신체 표면에 대해 원하는 위치 및 방향으로 이식되며, 신체 표면에 원하는 깊이로 이식된다. 일부 실시예들에서, 상기 방법은 모낭 유닛 이식 전에 또는 동시에, 예컨대 인접한 이식부들에서 인접한 헤어 및/또는 혈액을 일소하기 위해, 이식 장소로 공기 스트림을 분사시키는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 방법은 또한 이식될 모낭 유닛의 위치, 자세, 방향, 및 깊이 중 하나 이상에 관한 명령들을 상기 자동화 시스템의 유저 인터페이스를 통해 입력하는 단계를 더 포함한다.

또 다른 양태에 따르면, 모낭 유닛들을 이식하기 위한 방법은 (i) 채취될 모낭 유닛의 상대 위치 및 방향을 식별하여 결정하도록 신체 표면의 제1 영역의 영상들을 취득하여 처리하는 단계; (ii) 이동 가능한 팔에 장착된 채취 툴을 식별된 모낭 유닛에 인접하게 배치하도록 이동 가능한 팔을 포함하는 자동화 시스템을 이용하여, 채취 툴의 길이방향 축이 모낭 유닛의 길이방향 축과 정렬되도록 하는 단계; (iii) 상기 채취 툴을 신체 표면에 대해 이동시킴에 의해 모낭 유닛을 채취하는 단계; (iv) 이식 장소를 식별하도록 신체 표면의 제2 영역의 영상들을 취득하여 처리하는 단계; (v) 이동 가능한 팔에 장착된 이식 툴을 이식 장소에 인접하게 배치하도록 자동화 시스템을 이용하는 단계; 및 (vi) 상기 이식 툴을 신체 표면에 대해 이동시킴에 의해 모낭 유닛을 이식하는 단계를 포함하며, 상기 각각의 영상들은 이동 가능한 팔에 장착된 하나 이상의 카메라들에서 얻어진다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 다-부품 툴 조립체는 인간 두피 등의, 신체 표면에 모낭 유닛을 채취하여 이식하도록 제공된다. 일 실시예에서, 상기 툴 조립체는, 내부 루멘 및 개방된, 조직 관통 말단부를 갖는 외측 "이식" 캐뉼러, 및 이식 캐뉼러 루멘(lumen) 내에 배치된 내측 "채취" 캐뉼러를 포함하는, 왕복동 관계로 배치된 한 쌍의 동축 방향으로 배치된 캐뉼러들을 포함한다. 채취 캐뉼러는 개방된, 조직-코어링 말단부, 및 모낭 유닛에 마찰 결합하여 보유되는 크기로 된 내측 루멘을 가진다. 상기 툴 조립체는 손에 쥐어 배치될 수 있다. 이와 달리, 상기 툴 조립체는 예컨대 로봇 팔 시스템 등의 자동화 시스템의 이동 가능한 팔에 부착되어 배치될 수 있다. 채취 및 이식 캐뉼러들 중 하나 또는 모두의 다른 것 및/또는 상기 툴 조립체의 나머지에 대한 이동(자동 배치 시스템에 의해 지지되거나 또는 손에 쥐고 있거나 간에)은 다수의 다른 기계, 전자-기계, 공압, 유압, 자기, 및 각 캐눌러의 제어된 이동을 실행하기 위한 다른 알려진 시스템 및 메카니즘에 의해 제공될 수 있다. 이식 및 채취 캐뉼러들이 축방향으로 정렬됨이 바람직하지만, 다른 실시예들도 가능하다.

채취를 위해, 채취 캐뉼러의 길이방향 축은 채취되도록 선택된 모낭 유닛의 길이방향 축과 축방향으로 정렬된다. 실시예에 따르면, 선택된 모낭 유닛에 대한 채취 캐뉼러의 위치는 수동 또는 완전 자동으로 될 수 있다. 일 실시예에서, 로보트 팔을 포함하는 영상 유도 로보트 시스템은 채취 캐뉼러 및 모낭 유닛을 배치하여 정렬시키도록 사용된다. 채취 캐뉼러는 모낭 유닛 위로 전진되며, 그의 말단 코어링 단부가 모낭 유닛 하에서 그것을 둘러싸고 있는 피하 지방층으로 신체 표면을 관통하게 된다. 다음, 상기 채취 캐뉼러는 신체 표면에서 철회되어, 채취 캐뉼러 루멘에 지지된, 모낭 유닛을 추출하게 된다.

신체 표면에 대한 채취 캐뉼러의 운동은 수동, 반자동, 또는 완전 자동으로 될 수 있다. 상기 채취 캐뉼러는 툴 조립체의 나머지에 대해 고정 또는 독립적으로 이동 가능하고, 상기 툴 조립체는 손에 쥐거나 또는 이동 가능한 팔에 부착된다. 상기 툴 조립체가 자동화된 팔(예컨대, 로보트) 상에 지지된 실시예들에서, 신체 표면에 대한 채취 캐뉼러의 운동은 신체 표면에 대한 상기 팔의 운동, 자동화된 팔에 대한 채취 캐뉼러의 운동, 또는 각각의 조합에 의해 행해질 수 있다. 유사하게, 손에 쥐는 실시예들에서, 신체 표면에 대한 채취 캐뉼러의 운동은 신체 표면에 대한 작동자의 팔의 운동, 상기 툴 조립체에 대한 채취 캐뉼러의 운동, 또는 각각의 조합에 의해 행해질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 채취 캐뉼러는 그의 조직-베어냄 효과를 향상시키도록 신체 표면을 관통할 때 그의 길이방향 축을 중심으로 회전된다. 일부 실시예들에서, 채취 캐뉼러 루멘의 벽은 모낭 유닛을 용이하게 파지하여 추출하도록 직조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 모낭 유닛을 용이하게 파지하여 추출하도록 기부측으로 향하는 "미는" 힘을 인가하기 위해 채취 캐뉼러 루멘과 소통하는 진공원이 선택적으로 배치될 수 있다. 이 특징들은 채취된 후에 채취 캐뉼러 루멘에 모낭 유닛을 보유하는데도 도움이 될 수 있다.

이식을 위해, 상기 툴 조립체는 신체 표면의 수혜 영역의 선택된 이식 장소로 (수동 또는 자동 시스템을 이용하여) 재배치된다. 이식 캐뉼러의 길이방향 축은, 이식될 때, 모낭 유닛의 원하는 방향으로 정렬될 수 있다. 또한, 이 정렬은 수동 또는, 일 실시예에서 영상 유도 로보트 시스템을 이용함에 의한, 자동화 시스템에 의해 행해질 수 있다. 이식 캐뉼러의 조직 관통 말단부는 신체 표면으로 전진되어, 이식되는 모낭 유닛을 수용하기에 적절한 깊이 및 크기의 피하 이식 공동을 형성한다. 이식 캐뉼러에 의한 이 "천공 동작"은 이식 공동의 조직 표면으로의 손상을 최소화하기 위해 매우 신속, 즉 시험용 소량의 혈액을 얻기 위해 사용되는 스프링-장전식 핑거 프릭킹 장치의 동작에 유사,하게 됨이 바람직하다.

일 실시예에서, 모낭 유닛은 채취 캐뉼러 루멘에 배치된 밀폐 장치(플런저)에 의해 (채취되었기 때문에 방해되지 않게 남아있는) 채취 캐뉼러 루멘에서 이식 캐뉼러 루멘의 말단부로 축방향으로 이동된다. 모낭 유닛의 이러한 재배치는, 이식 캐뉼러가 신체 표면을 관통하기 전에, 도중에, 또는 후에 발생된다. 그 후, 밀폐 장치는 이식 캐뉼러가 밀폐 장치에 대한 병진 운동에 의해 신체 표면에서 철회될 때 이식 공동에서 모낭 유닛의 상대적인 위치를 유지시킨다. 다른 실시예에서, 상기 모낭 유닛은, 예컨대 밀폐 장치에 의해, 또는 채취 캐뉼러 루멘과 소통하게 배치된 압축 공기 공급원을 이용하여 말단으로 향하는 "미는" 힘을 인가함에 의해, 채취 캐뉼러 루멘에서 이식 공동으로 직접 배치된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 다-부품 툴 조립체를 이용하여 모낭 유닛을 이식하는 방법은 (i) 신체 표면의 도너 영역에서 채취될 선택된 모낭 유닛의 길이방향 축과 내측("채취") 캐뉼러의 길이방향 축을 정렬하는 단계; (ii) 채취 캐뉼러의 개방된, 조직 코어링 말단부가 모낭 유닛을 캡슐에 넣기에 충분한 깊이로 선택된 모낭 유닛 주변의 신체 표면을 관통하도록 채취 캐뉼러를 신체 표면에 대해 전진시키는 단계; (iii) 모낭 유닛이 캐뉼러의 내부 루멘에 결합되어 보유된 상태로 채취 캐뉼러를 신체 표면에서 철회시키는 단계; (iv) 이식 캐뉼러의 조직 관통 말단부가 신체 표면의 수혜 영역을 천공하여 이식 공동을 형성하도록 외측("이식") 캐뉼러를 동축으로 배치된 채취 캐뉼러 넘어로 전진시키는 단계; 및 (v) 채취 캐뉼러 루멘에서의 모낭 유닛을 이식 공동으로 옮겨놓는 단계를 포함한다.

본 발명은 첨부 도면들의 비제한적인 형태들을 예로 하여 설명되며, 도면들에서 유사한 참조 부호들은 유사한 요소들을 나타낸다 :

도1은 로보트 팔에 의해 지지되어 인간 모낭 유닛들을 채취하여 이식하도록 사용되는 툴 조립체 하우징의 말단 개방부에서 연장하는 한 쌍의 동축으로 배치된 캐뉼러들을 배치하여 배향시키도록 사용되는 로보트 팔 시스템의 사시도이다.

도2는 도1에 도시된 툴 조립체 하우징의 말단부의 상세도이다

도2a는 도1의 로보트 팔 시스템의 다른 실시예의 말단부 상세도로서, 제1 및 제2 스테레오 카메라 쌍들이 로보트 팔에 고정되어 로보트 팔 및 부착된 툴 조립체의 이동을 안내하도록 다수의 시야에서의 영상 데이터를 캡처하기 위해 사용됨을 나타낸 도면이다.

도3은 도1의 시스템의 툴 조립체에서 사용되는 다-부품 툴의 사시도이다.

도4는 도3의 다-부품 툴의 길이 방향 단면도이다.

도5는 도1의 시스템의 툴 조립체에서 도3의 다-부품 툴과 작동적으로 결합되 는 모터 구동 조립체의 사시도이다.

도6a 및 6b는 도3의 다-부품 툴을 이용하여 실행되는 다른 이식 과정들의 간단화된, 부분 절개 도면들이다.

도7은 도1의 로보트 시스템의 툴 조립체의 일 실시예의 개략적인 부분 사시도이다.

도8은 도7의 툴 조립체의 모터 구동 조립체 내에 배치된 홀딩 유닛의 부분 절개 단면도이다.

도9a는 도7의 시스템의 툴 조립체에 사용되는 다-부품 툴의 길이 방향 단면도이다.

도9b-9d는 도9a의 툴 조립체의 모낭 유닛 채취 캐뉼러 바늘의 말단부의 변형들을 나타낸 도면이다.

도10은 도8의 홀딩 유닛과 작동적으로 결합된 도9a의 다-부품 툴을 나타낸 도면이다.

도11a-d는 일부 실시예들에 따라, 모낭 유닛을 이식하는 과정을 나타낸 도면이다.

도12는 일부 실시예들에 따라, 채취 캐뉼러에 의해 경험되는 힘을 나타낸 힘 다이어그램이다.

도13은 카메라가 부착된 로보트 팔의 말단부(작동)에 형성된 툴 프레임을 갖는 단일 카메라의 연관된 카메라 기준 프레임 및 광축을 보정하기 위한 절차의 흐름도이다.

도14는 선택된 헤어 모낭 유닛을 갖는 모낭들을 채취 및/또는 이식하기 위해 사용되는 기다란 도구를 (위치 및 방향 모두) 정렬하기 위한 반복 절차를 나타낸 흐름도이다.

도15는 인간 두피의 관심 영역에 모낭 유닛들의 카메라 영상을 나타낸 도면이다.

도16은 카메라 기준 프레임에 대해 모낭 유닛의 x,y 오프셋 및 인-플레인 및 아웃 어브 플레인에 의해 정의된 위치 및 방향을 나타낸 도면이다.

도17은 인간 두피의 관심 영역의 다수의 모낭 유닛들 각각의 위치 및 방향을 식별하여 식별된 모낭 유닛 일부 또는 전체를 채취하기 위한 자동화된 절차를 나타낸 흐름도이다.

도18은 관심 영역의 모낭 유닛들을 식별하기 위한 스테레오 쌍의 카메라들에서 얻어진 영상들을 이용하여, 식별된 모낭 유닛들의 각각의 위치 및 방향들을 계산하는 알고리즘의 흐름도이다.

도19는 자연스럽게 보이는(이식된) 헤어라인을 설계하기 위해 제어점들을 이용하는 알고리즘의 흐름도이다.

도20은 이식된 헤어 이식 조직 위치들에 자연스럽게 보이는 랜덤화를 제공하도록 제어점들을 이용하는 알고리즘의 흐름도이다.

도21은 영상 유도 로보트 시스템의 자동의 안내 특징을 나타낸 흐름도이다.

도1은, 툴 조립체(30)가 말단의 툴 판(20)에 부착되어 있고, 로보트 팔(27) 을 포함하는, 영상 유도 로보트 시스템(25)을 나타내고 있다. 상기 로보트 팔(27)은 어뎁트 테크놀러지 사(www.adept.com)에서 제조되어 분배되는 것 등의 타입으로서 프로그램 가능하다. 본 발명의 실시예들에 대해 적합한 로보트 팔 조립체들의 다른 소스는 쿠카 로보트 그룹(www.kuka.com)에서 제조되어 분배된다. 상기 로보트 팔(27)은, 잘 알려져 있는 바와 같이, 6 자유도(x,y,z,

,ρ,ｒ)로 말단 단부판(20)의 정밀하게 제어된 이동을 제공한다. 이러한 말단 판의 이동에는 상기 로보트 팔(27)의 각각의 팔 조인트들(21)에 배치된 각각의 모터들 및 인코더들에 의해 고도의 재생 가능성 및 정확성(예컨대, 20마이크론 까지)이 제공된다.

다수의 다른 엔드 이펙터 툴 및/또는 조립체들이 인간 또는 동물 환자들에 여러 가지의 절차들을 행하도록 상기 로보트 팔(27)의 말단 단부 판에 부착될 수 있다. 예로서, 도1 및 2에 도시된 툴 조립체(30)는 인간 두피 또는 다른 신체 표면에서의 모낭 채취 및 이식을 위해 설계되며, 각각 하우징(22)의 관형 연장부(24)에서 연장하는 동축으로 배치된 채취 및 이식 캐뉼러(38,36)를 포함한다. 상기 캐뉼러(38,36)는 축방향으로 딱딱하고, 예컨대 경질 금속 또는 플라스틱으로 제조되며, 조직의 관통을 편리하게 하도록 얇은 벽으로 되어 있다. 이식 캐뉼러(36)는 바늘형 조직 관통 팁을 가지며, 채취 캐뉼러는 조직-코어링(예컨대, 톱니형) 팁을 가진다. 상기 로보트 팔(27)은, 상기 각각의 채취 및 이식 캐뉼러(38,36)를, 툴 조립 하우징(22)에 부착된 하나 이상의 카메라(28)에 의해 얻어진 영상 데이터로부터 적어도 부분적으로 유래된 제어 신호들에 기초하여 환자의 신체 표면(예컨대, 두피)을 따라, 원하는 위치들, 및 원하는 방향들로 자동적으로 정밀하게 위치시킨다.

특히, 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 상기 로보트 팔(27)의 이동은, 로보트 팔(툴 조립체(30)에 가까운)의 말단부에 부착된 한 쌍의 "스테레오" 카메라들(28)에 의해 얻어진 영상 데이터에서 유래된 제어 신호들에 반응하여, 시스템 제어기(도시 안됨)에 의해 조종된다. 다른 실시예들에서는, 영상 취득을 위하여 하나의 카메라 만이 이용된다. 이와 다르게, 도2a에 도시되어, 상세하게 설명되는 바와 같이, 다수의 쌍들의 스테레오 카메라들(28a,28b)이 다른(즉, 넓거나 또는 좁은) 시야를 캡처하도록 사용될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 제1(즉, 넓은) 시야를 캡처하도록 하나의 카메라가 사용되고, 제2(즉, 좁은) 시야를 캡처하도록 제2 카메라가 사용될 수 있다. 다른 카메라 형태들도 가능하다.

카메라(28)에 의해 얻어진 영상 데이터는, 상기 로보트 팔(27)의 이동을 지시하는 시스템 제어기들에 제어 신호들을 제공하는, 로보트 시스템(25)과 연관된 컴퓨터(도1에 도시 안됨)에서 처리된다. 특히, 각각의 쌍의 카메라(28)로부터 원하는 크기(예컨대, 일 실시예에서 6x 내지 10x 의 범위) 및 듀티 사이클(예컨대, 일 실시예에서 30 Hz)에서의 영상들이 얻어진다. 얻어진 영상들은 관심 대상물들의 위치 및 방향들을 식별하도록 컴퓨터의 소프트웨어에서 행해지는 알려진 영상 분할 기술들을 이용하여 디지털화된다. 모낭 제거 또는 이식을 포함하는 절차들의 경우, 영상 처리 기술들의 효과를 증가시키도록, 절차 전에 관심 모낭들을 어두운 색으로 염색함이 바람직하다. 또한, 절차 전에 관심 영역들의 모낭들을 균일한 길이들로 절단함이 바람직하다.

당업자들에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 조명, 카메라의 필터들, 및 여 러 가지 영상 처리 기술들을 조정함에 의해 피부 표면 아래를 가시화할 수 있다. 이는 피부 표면에 의한 광의 반사 및 흡수가 사용되는 광의 파장에 기초하여 변화하기 때문이다. 또한, 피부로의 광 자체의 침투 깊이도 파장에 따라 변화한다. 이러한 광의 기본 특성들을 이해하면, 소낭 모양의 유닛들(모낭들)의 피하 부분들의 영상이, 가시광 스펙트럼 및 적외선을 포함하는 광의 각각의 적절한 파장들의 이용, 다른 영상 필터들을 이용한 광의 다른 파장들의 캡처링, 및 영상 처리 중의 영상들의 공제 및/또는 결합을 이용하여 얻어질 수 있다. 이러한 접근은 소낭 모양의 유닛들의 헤어 축, 피부 외측, 및 모근까지 내려감을 포함하는, 피부 표면 하부의, 양측을 가시화할 수 있게 된다.

더 구체적으로, 로보트 시스템(25)은 3개의 다른 기준 프레임들에 대해 각각 6 자유도(x,y,z,

,ρ,ｒ)로 말단 단부판( 및 엔드 이펙터 툴 또는 조립체)의 이동을 정밀하게 추적할 수 있다. "월드 프레임"은 로보트 팔(27)의 기부(29)의 중앙 점을 원점으로 한 x,y,z 좌표를 가지며, x-y 좌표들은, 상기 로보트 팔(27)의 기부(29)가 부착되어 있는, 테이블(23)의 표면의 평면을 따라 연장하고 있다. 월드 프레임의 z축은 상기 로보트 팔(27)의 제1 부분을 통해 테이블 표면에 수직하게 연장한다. "툴 프레임"은 말단 툴 판에 형성된 x,y,z 좌표 원점을 가진다. 마지막으로, "기부 프레임"은 월드 및 툴 프레임들에 대해 등록될 수 있다. 또한, 각각의 카메라는 (2차원) 카메라 좌표 시스템("카메라 프레임")을 가지며, 카메라의 광축("카메라 축")은 x,y 좌표 원점을 통과한다. 각각의 월드 프레임, 툴 프레임, 기부 프레임 및 카메라 프레임을 정렬함에 의해, 시스템 제어기는 툴 판에 고정된 물 체(예컨대, 니들)를 환자의 피부 표면 외측으로 연장하는 모낭 유닛 등의, 다른 물체에 대해 정밀하게 배치 및 배향시킬 수 있다.

상기 로보트 팔(25)의 말단 툴 판에 고정된 엔드 이펙터 툴(예컨대, 기다란 니들 캐뉼러)의 축과 카메라 축을 물리적으로 정렬하기 위해, 조정할 수 있음이 실제적으로 중요하고, 이로써 엔드 이펙터 "툴 축" 및 카메라 축 사이의 위치 및 회전 오프셋, 및 이들 각 축의 평행에서의 편차에 대해 보상하기 위한 정보를 가지게 된다. 초기 작용으로서, 상기 로보트 팔(27)의 기부측 베이스(29)가 테이블 표면(23)에 장착되며, 테이블 표면(23)이 로보트 시스템의 월드 프레임의 x-y 좌표 평면과 정렬된다. 따라서, 테이블 표면상의 어디엔가 놓여 있는 지점은 월드 프레임에서 x-y 좌표 위치를 가지며, 테이블 표면(23)과 인터페이스되는 상기 로보트 팔의 기부측 베이스의 중앙 지점에 배치된 월드 프레임의 원점에서 x 및 y 오프셋 값들(예컨대, mm로 측정)의 항들로 식별될 수 있으며, 월드 프레임의 상기 지점의 z좌표 위치는 영과 같다.

도13을 참조하면, 이러한 조정 과정의 예는 다음과 같다 : 단계(160)에서, 상기 로보트 팔(27)의 말단 툴 판에 부착된 하나의 카메라의 카메라 축이 테이블 표면(23) 상에 배치된 고정된 "조정 점"과 정렬된다. 다음, 상기 로보트 시스템의 기부 프레임이 초기화되어, 상기 기부 프레임의 원점이 "조정 점"에 설정되고 카메라 축이 테이블 표면상의 조정 점과 정렬된다. 이 초기 위치를 "홈" 위치 및 방향이라 하며, 상기 로보트 팔(27)은, 조정 점이 없는 경우에도, 항상 이 위치에서 시작된다. 단계(162)에서, 기부 프레임에 대한 카메라 영상의 스케일링 및 방향은 먼 저 기부 프레임의 x축을 따라 고정된 거리(예컨대, 5mm)로 상기 로보트 팔(27)(및, 따라서, 카메라)을 이동시킴에 의해 결정되어, 상기 결과의 영상에 여전히 조정 점이 캡처되지만, 더 이상 카메라 축과 정렬되지는 않는다. 카메라 프레임 x-y 축이 기부 프레임 x-y 축과 정렬되지 않기 때문에, 기부 프레임의 x축을 따른 이동은 결과적으로 카메라 프레임의 x 및 y 방향들로의 이동으로 되고, 상기 조정 점의 새로운 위치는 재위치된 카메라 축을 포함하는 화소 및 조정 점을 포함하는 화소 사이의 x 및 y 방향들 각각의 영상 화소들의 수로서 카메라 프레임에서 측정된다.

이 과정은 상기 로보트 팔(27)(및 카메라)을 기부 프레임의 y축을 따라 고정된 거리(예컨대, 5mm)로 이동시키고, 조정 점의 새로운 위치의 카메라 프레임에서 x,y 오프셋을 다시 측정함에 의해 반복된다. 당업자들에 의해 이해되는 바와 같이, 이러한 측정들은, (화소들의) 카메라 영상에서의 물체의 이동에 대한 로보트/카메라의 (mm로의)물리적 이동, 및 기부 프레임의 x-y 축에 대한 카메라 프레임의 x-y 축의 인-플레인 방향을 스케일링하도록 허용한다. 또한, 단계들(160,162)의 스케일링 및 배향 과정은 멀티플 카메라 시스템에서 각 카메라에 대해 반복되어, 각 카메라들 사이의 영상 이동의 변화들이 결정되어 조정된다.

단계(164)에서, 일단 카메라 프레임이 기부 프레임에 대해 조정되면, 카메라 축은 테이블 표면(23) 상의 고정된 조정 점과 정렬되며, 상기 기부 프레임은 "홈"위치 및 방향(0,0,0,0,0,0)으로 복귀된다. 다음, 상기 로보트 팔(27)은 6자유도(x,y,z,

,ρ,ｒ) 중 하나 이상으로 이동되어, 상기 툴 판에 부착된 엔드 이펙터 툴(예컨대, 니들 팁)이 조정 점에 접촉한다. 툴 프레임의 초기 홈 위치/방향에서 상기 툴 팁이 조정 점에 접촉할 때의 그의 위치/방향으로의 상기 로보트 팔(27)의 이동을 정밀하게 추적함에 의해, 시스템 제어기는 초기의 홈 위치 및 카메라 축 사이의 병진 및 회전 오프셋을 계산한다. 카메라가 툴 판에 고정되기 때문에, 상기 측정된 오프셋들은 일정하며, 상기 절차를 통한 카메라 프레임과 툴 프레임(및, 연장에 의해, 기부 프레임)의 정렬을 위해 사용된다.

상세하게 후술되는 바와 같이, 스테레오 쌍의 카메라들, 예컨대 도1의 카메라 쌍(28)을 이용할 때, 카메라들의 각각의 광축(및 카메라 프레임)은 일반적으로 평행하지 않게 설치되어 유지되지만, 알려진 영상 처리 기술을 통해 보상될 수 있는, 예컨대 약 10도로, 약간 기울게 된다. 특히, 각각의 카메라 프레임들은 공통 x(수평) 축을 가지도록 정렬되며, 평행한 영상들에 캡처된 물체들의 (인-플레인 깊이를 포함하는) 위치 및 방향이 영상-처리 기술을 이용하여 정렬될 수 있다. 스테레오 카메라 쌍(28)을 이용하는 일 장점은 식별된 물체의 카메라 프레임의 "깊이"가 각각의 (좌. 우) 카메라 프레임들에서 물체의 x,y 위치 오프셋들의 차들에 기초하여 계산될 수 있는 것이다. 특히, 모낭 유닛("이식편")의 이식 깊이는 미적인 결과로 중요하며 다수의 이식편들이 이식될 때 결과될 수 있는 작동자 피로 시에 특히 수동으로 성취할 수 있는 도전이다. 이식편이 너무 깊이 이식되면, 디버트(divot)형 외관의 결과들로 되며; 너무 얕게 이식되면, 범프(bump) 결과들로 되거나 또는 이식편이 제 위치에 유지될 수 없게 된다.

모낭 유닛 등의, 선택된 물체의 깊이를 계산하도록, 스테레오 카메라 쌍에서 얻어진 좌측 및 우측 영상들이 먼저 정렬되어야 한다. 각각의 카메라 영상들이 수 평으로 정렬되기 때문에, 동일 물체들이 2개의 영상들의 동일 수평 주사 라인들에 나타날 것이다. 또한, 카메라 렌즈들에 대해 촬상되는 물체의 깊이는 알려진 범위(예컨대, 각각의 카메라들의 초점 거리들에 의해 형성됨)내이므로, 어느 "쌍"이 가능한 범위 내의 계산된 깊이를 갖는 지를 결정하도록 제2 영상(즉, 동일 주사 라인)에서의 가능한 후보 물체들로 쌍을 이룰 때 상기 물체의 유효 깊이를 계산함에 의해 제1 영상(예컨대, 모낭 유닛))에서 선택된 물체가 제2 영상의 것에 매칭될 수 있어서 (그 영상들을 서로 정렬하게 된다).

스테레오 카메라 쌍(28)을 이용하는 다른 장점은 피부 표면 상의 관심 물체(예컨대, 모낭, 주름살, 문신, 사마귀, 등)의 위치 및 방향에 대한 영상 데이터가 얻어지는 동일 기준 프레임에서 엔드-이펙터 툴(예컨대, 도1 및 2에 도시된 모낭 유닛 채취 캐뉼러(38))의 위치 및 방향에 관한 영상 데이터를 얻을 수 있는 능력이다. 각각의 좌측 및 우측 카메라 프레임들은 단일 카메라 프레임에 대해 상기한 바와 동일한 방식으로 툴 프레임으로써 조정된다. 일단 상기 오프셋들이 형성되면, 피부 표면상의 물체들(예컨대, 모낭 유닛) 및 엔드 이펙터 툴의 상대 위치 및 방향들이 결정되어 상기 툴 프레임에서 추적된다.

도14는 영상 취득을 위해 단일 카메라 만을 이용하며, 두피에서 연장하는 모낭 유닛의 기다란 축을 갖는 모낭 유닛 채취 캐뉼러(38)의 기다란 축의 위치 및 방향을 정렬하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 절차의 간단화된 흐름도이다. 상세하게 후술되는 바와 같이, 채취 캐뉼러(38)는, 예컨대 캐뉼러(38)를 드릴 형태의 동작으로 회전시키거나, 또는 길이방향 축을 따라 빠르게 왕복으로 밀어넣는 동작 에 의해, 진피 아래의 지방성 피하 조직에서 전체 모낭 유닛을 덮어싸고, 캡처하여 제거하기 위해 모낭 유닛의 외주 둘레의 표피 및 진피를 뚫기 위해 톱니형 말단을 가진 중공의, 관형 캐뉼러를 포함한다. 상기 채취 캐뉼러(38)는 그 자신의 길이방향 운동(즉, 부착되는 툴 판에 대해)에 의해, 또는 로보트 팔(27)의 길이방향 운동에 의해, 또는 각각의 모낭 유닛들의 중심부를 잘라내어 제거하도록, 예컨대 마찰 및/또는 약한 진공의 작용 등의, 둘을 조합함에 의해 전진 및 철회될 수 있다. 예컨대, 상기 툴 조립체(30)는 로보트 시스템(25)에서 분리되는 그 자신의 제어기 및 작용 시스템을 가질 수 있다.

모낭 채취 및 이식 툴 조립체(30)의 더 상세한 설명은, 도3-11의 실시예들의 설명을 참조하여, 이하에 제공된다. 또한, 모낭 유닛의 기다란 축과 채취 캐뉼러(38)의 기다란 축을 정렬하도록 사용되는 위치 및 방향 정렬 프로세스는 헤어 제거 및/또는 이식 절차들보다 더 넓은 응용성을 가진다. 비제한적인 예들을 통해, 유사한 위치 및 방향 정렬 절차들이, 시기 적절하고 정밀한 방식으로 환자 피부 표면 상의 원하는 물리적 특징들 및/또는 위치들에, 레이저, 또는 주사 바늘을 정렬하도록 사용될 수 있다.

상기 로보트 시스템(25)이 초기화 및 조정되어 카메라 프레임이 툴 프레임과 정렬(도13을 참조하여 위에서 설명됨)된 후에, 카메라 프레임의 관심 물체들을 식별하도록 영상 데이터가 얻어져서 시스템 컴퓨터에 의해 처리된다. 예로서, 도15는 인간 두피의 관심 영역(150)에서의 모낭 유닛들의 카메라 영상을 나타내고 있다. 상기 관심 영역(150)의 영상들로부터, 컴퓨터에 제공되는 영상 분할 및 스크리닝 소프트웨어는 두피에서 채취한 하나 이상의 특정의 관심 모낭 유닛들을 식별하여 선택한다. 도16을 참조하면, 선택된 모낭 유닛(152)의 위치는 카메라 프레임의 그의 x,y 오프셋 좌표들에서 식별된다(z축은 상기 영역(150)의 두피의 표면에 대해 수직하게 정렬된 카메라 광축이다). 카메라 축이 모낭 유닛(152)의 길이방향 축과 정확하게 정렬되도록 되지 않는다면(모낭 유닛이 헤어 축의 단부도를 나타내는 원형 점으로서 나타나게 되는 경우), 모낭 유닛의 영상은 상기 모낭 유닛에 대한 카메라 프레임의 각도에 따라 "식별할 수 있는" 길이를 가지는 기다란 라인의 형태로 될 것이다. 모낭 유닛의 물리적 속성 때문에, 그의 기부(즉, 진피에서 돌출하는 단부)가 영상 분할 과정의 일부로서 그의 팁과 바로 구별될 수 있다. 예컨대, 상기 기부는 다른 프로파일을 가지며 말단 팁 부분보다 두껍다. 또한, 모낭 유닛의 영상은 통상적으로 기부에 "부속"되는, 정의에 의해, 식별될 수 있다.

다음, 카메라 프레임의 모낭 유닛 기부의 x,y 위치들이 계산되어 헤어 기부의 위치 오프셋들을 나타낸다. 또한, 모낭 유닛(152)의 방향 오프셋들도 (i) 카메라 프레임의 x(또는 y)축,과 동일 평면에서, 그 축에 대해 식별된 모낭 유닛 축에 의해 형성된 인-플레인 각도 α; 및 (ii) 모낭 유닛 축 및 두피 사이, 즉 카메라 프레임의 x,y 축 및 모낭 유닛 사이에 형성된 "식별할 수 있는" 각도인 아웃 어브 플레인 각도δ의 항들로 계산된다. 상기한 바와 같이, 헤어 축은 알려진 길이, 예컨대 2mm,로의 처리 절차 전에 바람직하게 트림되어, 아웃 어브 플레인 각도δ는 그의 가정된 실제 길이에 대한 모낭 유닛의 영상의 식별 가능하게 측정된 길이의 비, 그 비는 아웃 어브 플레인 각도δ의 코사인과 동일함,에 기초하여 계산될 수 있다.

도14를 다시 참조하면, 단계(142)에서, x,y 위치 및 방향 오프셋들은, 상기한 바와 같이, 선택된 모낭 유닛에 대해 식별된다. 다음, 컴퓨터가 로보트 팔(27)의 필요한 이동을 계산하여 카메라 축을 계산된 오프셋들의 동일 위치 및 방향으로 정렬하게 된다. 기부 프레임 및 툴 프레임도 동일의 x,y 및 회전 오프셋들(즉, 각도 α 및 δ가 모두 0으로 동일함)에 의해 "이동"되어, 카메라, 기부 및 툴 프레임들이 카메라 축의 새로운 위치 및 방향에 정렬되어 유지된다. 시스템 및 가정들(즉, 모낭들 길이에 관한)의 고유의 변화 및 에러들 때문에, 모낭 유닛의 실제 위치 및 방향은 계산된 값들에 매칭되지 않을 수 있다. 따라서, 상기 로보트 팔(27)(및 카메라 축)이 계산된 위치 및 회전 오프셋들에 의해 이동되면, 모낭 유닛들은 다시 촬상되어 (단계(146)에서) 카메라 축이 수용 가능한 공차 내에서 모낭 유닛의 위치 및 방향과 정렬되는 지를 결정하게 된다. 카메라 축이 모낭 유닛과 적절하게 정렬된 경우, 상기 로보트 팔(27)은 카메라 축의 "확정"된 위치에서(즉, 상기한 조정 프로세스에서 얻어진 오프셋들에 따라) 채취 캐뉼러(38)와 정렬되도록 (단계(148)에서) 최종 시간으로 이동된다. 그러나, (단계(146)에서) 카메라 축이 모낭 유닛과 적절하게 정렬되지 않은 경우, 단계들 142-146의 절차들은, 새로운 카메라 축 위치에서 시작되어, 반복된다.

당업자들에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예들에서, 영상 취득 및 처리의 듀티 사이클은 상기 로보트 팔(27)의 이동보다 빠르고, 카메라 축에 대해 선택된 모낭 유닛들의 위치 및 방향 오프셋 식별 및 계산 과정은, 상기 로 보트 팔이 이동할 때, 효과적으로 "빠르게" 행해질 수 있다. 따라서, 상기 로보트 팔(27)(및 채취 캐뉼러(38))의 단부 목적지(즉, 위치 및 방향)는, 채취 캐뉼러(38)가 모공 유닛과 정렬되어 이동할 때, (선택적으로) 일정하게 조정(즉, 미세 조정)될 수 있다. 이러한 조정들이 즉각적으로 개시되기 때문에, 상기 로보트 팔(27)의 이동은 더욱 유동적이고 덜 변덕스럽다. "비주얼 서보잉"이라 하는 반복되는 피드백 과정은 계속적으로 채취 캐뉼러(38)의 원하는 위치 및 방향을 계산하고 개량함으로써, 모낭 유닛의 영상을 최소, 즉 영상이 라인에서 점으로 전이할 때까지,로 되도록 한다.

따라서, 영상-유도 로보트 시스템(25)은 환자들 두피 상의 관심 영역에서 다수의 모낭 유닛들의 위치 및 방향을 식별하기 위한 자동 또는 반자동 과정들을 실행하여, 모낭 유닛들 일부 또는 모두를 정확하게 채취하도록 이용될 수 있다. 상기 로보트 팔의 작업 말단부에 부착된 하나 이상의 카메라들이 환자의 두피의 선택된 영역의 원하는 확대 조작으로 영상들을 캡처하게 된다. 컴퓨터 시스템이 영상들을 처리하여 (알려진 스레솔딩 및 분할 기술들을 통해) 개별 모낭 유닛들, 및 카메라 프레임에 대한 그들 각각의 위치 및 방향들을 식별한다. 유저-인터페이스(예컨대, 디스플레이 및 표준 컴퓨터 마우스)를 통해, 외과의사는 두피 상의 모낭 유닛들이 채취될 영역을 한정하고, 예컨대 그 영역에서 다른 모든 모낭 유닛을 취하고, 채취된 모낭 유닛들 사이에 한정된 수의 모낭 유닛들을 남기고, 일정 퍼센트의 모낭 유닛들을 취하여, 미적으로 수용 가능한 패턴을 남기는 등의, 채취 패턴을 형성한다.

예컨대, 넓은 시야를 가진 스테레오 카메라들의 쌍에서 얻어지는 영상들이 관심 영역을 위치시키도록 외과의사에 의해 이용될 수 있고, 좁은 시야를 가진 스테레오 카메라들의 쌍에서 얻어지는 영상들은 개별적으로 선택된 모낭 유닛들과 채취 툴을 정확하게 안내하도록 이용된다. 채취될 모낭 유닛들이 식별되면, 로보트 시스템은 채취될 각 헤어와 채취 툴(예컨대, 채취 캐뉼러(38))을 조직적으로 정렬하고; 각 모낭들이 채취되며, 형성된 채취 영역에서 선택된 모낭 유닛들 모두에 대해 상기 과정이 반복된다. 일부 경우들에, 채취될 개별 모낭 유닛들이 환자의 두피의 다른 부분에 이식되는 한편, 다른 경우들에 채취된 모낭 유닛들이 폐기됨을 이해하기 바란다. 또한, 캐뉼러(38) 등의, 코어링 채취 툴이 아닌, 레이저 등의, 다른 타입의 헤어 제거 엔드 이펙터 툴이 사용될 수 있다. 엔드 이펙터 툴을 정밀하게 정렬하도록 로보트 툴 프레임과 카메라 프레임을 정렬하기 위한 상기 기술들이 환자의 피부 표면에 문신을 형성하도록 잉크를 주입하기 위해 사용되는 주사 바늘( 또는 다수의 주사 바늘들) 등의, 다른 타입들의 엔드 이펙터 툴들에 동일하게 적용 가능함을 이해하기 바란다.

도17은 환자 두피의 관심 영역에 모든 모낭 유닛들의 위치 및 방향을 식별한 다음, 식별된 모낭 유닛들 중 일부 또는 모두를 정확하게 채취하기 위한 자동(또는 반자동)화된 절차의 흐름도이다. 도18은 환자 두피의 관심 영역에서 개별 모낭 유닛들을 식별한 다음에, 카메라 프레임들 및 로보트 툴 프레임의 각각의 위치 및 방향을 계산하도록 스테레오 카메라들의 쌍을 이용하는 절차의 흐름도이다. 상기 과정은, 잘 알려진 기술에 따라, 내부성 및 외부성 인자들 양자를 식별하도록 스테레오 카메라 쌍을 조정함에 의해 개시된다. 내부성 인자들은, 내부 광학, 왜곡, 스케 일링, 등의 개별 카메라에 고유한 것이다. 외부성 인자들은 각각의 광학 축들의 얼라인먼트의 차이(이상적으로는 서로에 대해 평행하지만, 실질적으로는 그와 같지 않기 때문에, 수학적 보정이 요구된다) 등의, 2개의 카메라들 사이의 특징들에 관한 것이다. 내부성 및 외부성 인자들의 조정은 스테레오 영상 분야에서 잘 알려져 있으며 여기에서 상세하게 설명하지 않는다.

상기한 바와 같이, 모낭들의 중심들의 위치들이 식별되어 좌측 및 우측의 조정된 영상들에 매칭된다. 각 모낭의 헤드 및 꼬리는 좌측 및 우측 영상들에서 식별되며, 모낭의 헤드 및 꼬리의 3차원 좌표들이 계산될 수 있다. 최종으로, 모낭 및 캐뉼러의 위치 및 방향의 상대적인 오프셋이, 잘 알려진 스테레오 영상 기술들에 따라, 캐뉼러 및 모낭을 관찰하는 카메라들의 영상들을 이용함에 의해 결정된다.

모발 이식 과정의 미적 결과는 자연적 외관 패턴으로 이식 조직을 이식함에 부분적으로 의존한다. 컴퓨터는 의사들이 이식 조직 위치 및 방향을 결정하기 위해 이식 장소들의 적은 부분 중의 "공백들에 대해 채우는" 방식에 의해 의사의 기술을 효과적으로 "확장"할 수 있다. 자연적 외관의 헤어라인의 실현은 양호한 미적 결과를 위해 특히 중요하다. 헤어라인 이식 장소들 근방의 모두에 대해 절개하는 고통 대신에, 의사는 소수의 헤어라인 이식 위치들 및 방향들을 표시하며 컴퓨터는 지정된 장소들 중에서 보간하고, 현재의 모낭 유닛들은 식별하여 회피하도록 영상 시스템을 이용하여 나머지에 채워넣는다. 도19는 자연적 외관의 헤어라인을 설계하도록 제어점들을 이용하는 알고리즘을 나타내고 있다. 예컨대, b-스플라인 3차 다항식에 기초하여 제어점들을 이용하는 곡선이 설계된다. 상기 제어점들은 작동자에 의해 특정된다. 제어점들 각각에서의 헤어의 방향이 특정된다. 곡선을 따른 점들은, 예컨대 보간에 의해 주어진 공간에서 식별된다. 곡선을 따른 점들의 위치들은 자연스럽게 보이는 헤어라인을 형성하도록 랜덤화될 수 있다. 랜덤화 량은 유저-특정 또는 컴퓨터-생성으로 될 수 있다. 모낭단위 방향들은 랜덤화되지 않고, 예컨대, 3차 스플라인이 생성되는 바와 동일 방식으로, 보간된다. 위치의 랜덤화 및 배향의 보간은 더욱 자연적인 모습의 이식을 창조한다.

자연스럽게 보이는 랜덤화는 중요한 헤어라인 영역 및 수혜부의 균형 모두에 있어서 중요하다. 이는 도20에 나타낸 과정을 이용하여 실현될 수 있고, 표면은, 예컨대, b-스플라인 3차 표면에 기초하여 제어점들을 이용하여 설계된다. 다시, 제어점들 각각에서의 헤어의 방향이 특정된다. 표면을 따른 이식점들은 주어진 공간에서 식별된다. 표면을 따른 점들의 위치들은 자연스럽게 보이는 헤어 분포를 형성하도록 랜덤화될 수 있다. 랜덤화 량은 유저-특정 또는 컴퓨터-생성으로 될 수 있다. 다시, 모낭 유닛들의 방향들은 랜덤화되지 않고, 예컨대, 3차 스플라인 표면이 생성되는 바와 동일 방식으로, 보간된다. 랜덤화 및 보간 구성은 잘 알려져 있으며, 이 방법을 위해 채용될 수 있다.

종종 개별적인 수혜부로의 비젼 시스템의 액세스를 방해할 수 있는, 그의 자연적 길이로 현존하는 헤어를 수혜부에 남겨두는 것이 바람직하다. 이는 수혜부로 배향되는 부드러운 공기 분사에 의해, 그 영역의 헤어가 타깃 사이트로부터 멀어지게 배향되도록 함으로써, 극복할 수 있다. 필요한 경우, 상기 헤어는 이 단계를 편리하게 하도록 축축하게 될 수 있다. 또한, 공기 분사는 절개된 수혜부에서 나타나 는 혈액을 흩어지게 하여, 이식 조직 이식 중에 시각적 액세스를 유지하게 된다. 이러한 공기 분사는 로봇 팔 툴 판에 부착된 더 복잡한 툴 조립체의 일부로 될 수 있다.

로봇 시스템(25)은 환자(통상 두피의 수혜 영역의 기준 마커들을 이용함), 이식 툴, 및 현재의 모낭 유닛들의 위치를 모니터하여 수혜 영역을 절개하여 이식 조직을 이식할 위치로 이식 툴을 안내하기 위한 비젼 시스템에서의 실시간 정보를 이용한다. 도21은 글로벌 랜드마크(예컨대, 현재의 헤어, 문신, 또는 다른 구별되는 특징들)에 대한 이식 위치 및 배향을 계획하는 단계를 포함하는, 로보트 시스템의 자동 안내 특징의 예를 나타내고 있다. 그 후, 상기 로보트는 환자에 랜드마크를 등록시키도록 이동된다. 상기 등록 정보는 참조용 메모리에 저장될 수 있다. 상기 로보트는 작업 표면에 대해 그의 위치를 인식하는 기준점들로서 등록된 랜드마크를 이용할 수 있다. 상기 로보트는 글로벌 랜드마크에 대한 이식 위치 및 방향 각각으로 이동된다. 상기 글로벌 랜드마크는 글로벌 이동들에 대한 글로벌 기준들을 제공한다. 상기 위치 및 방향은 인접한 미리 존재하던 헤어들 또는 새로 이식된 헤어들 등의 근처의 랜드마크에 기초하여 미세 조정된다. 상기 근처의 랜드마크는 국부적 이동들에 대한 국부적 기준을 제공한다.

모발 이식은 일반적으로 : 모낭 유닛을 채취하는 단계, 수혜부 절개, 및 절개부에서의 모낭 단위 배치의 3단계들을 포함한다. 도3은 이 3개의 기능들을 실행하도록 사용되는 3부로 된 툴(32)의 일 실시예를 나타내고 있다. 상기 3부로 된 툴(32)의 설명이 도1의 시스템(25)의 로보트 팔(27)에 지지된 툴 조립체(30)의 일 부로서의 그의 사용을 참조하고 있지만, 상기 3부로 된 툴(32)을 손으로 휴대하여 작동하는 실시예들도 가능함을 이해하기 바란다. 더 구체적으로, 상기 3부로 된 툴(32)은 신체 표면의 수혜(이식)부에 절개부들을 형성하도록 사용되는 개방된, 조직-관통(예컨대, 경사진) 말단부(37)를 가진 외측("이식") 캐뉼러(36)를 포함한다. 내측("채취") 캐뉼러(38)는 이식 캐뉼러(36)의 내부 루멘에 동축 방향으로 배치되며, 개방된, 조직-코어링(예컨대, 거친 또는 톱니형) 말단부(40)를 가진다. 채취 캐뉼러(38)는 모낭 유닛들을 각각 코어링하여 신체 표면(통상 두피이지만 필수적은 아님)에서 그들을 추출함에 의해 개인의 모낭 유닛들을 채취하기에 적절한 크기의 내부 루멘을 가진다.

비제한적인 예들을 통해, 채취 캐뉼러(38)의 실시예들은 직경이 0.3밀리미터 내지 2.0밀리미터 범위인 내부 루멘들을 가진다. 일 실시예에서, 채취 캐뉼러 루멘은 약 1밀리미터의 직경을 가진다. 다-모공 모낭 유닛들을 채취하기 보다 단-모공 모낭 유닛들을 채취하도록 다른 사이즈의 채취 캐뉼러(38)가 사용될 수 있다. 어느 경우든, 채취 캐뉼러 루멘의 내부 벽면은 모낭 유닛들이 베어내진 후에 신체 표면에서 추출하기 위해 각 모낭 유닛들을 편리하게 마찰하여 파지하도록 직조 형태로 될 수 있다.

또한, 도4 및 5를 참조하면, 상기 툴 조립체(30)는 하우징(22)에 장착되어 상기 3부로 된 툴(32)의 구성 부품들을 수용하여 작동적으로 결합하도록 된 모터 구동 조립체(60)를 포함한다. 특히, 이식 캐뉼러(36)는 기부측 허브(34)에 고정 부착되며, 상기 허브는 말단으로 향하는 경사부(34a) 및 기부측으로 배향된 결합 부(34b)를 포함한다. 상기 결합부(34b)는 모터 구동 조립체(60)의 관형 슬리브(65)에서 연장하는 탄력적인 파지부(63)와 분리 가능하게 결합(스냅 결합)된다. 도시된 실시예에서, 파지부(63)는 관형 슬리브(65)에 부착 또는 일체로 된 다수의 탄력적인 아암 부재들(67)을 포함한다. 다른 분리 가능한 결합 메카니즘들도 다른 실시예들에서 사용될 수 있음을 이해하기 바란다. 관형 슬리브(65)는 모터 구동 조립체(60)의 제1 모터(62)에 의해 구동되는 랙 앤드 피니언 구동 메카니즘(81)과 결합되어, 허브(34)가 파지부(63)에 결합될 때, 상기 모터(62)/구동 메카니즘(81)은 채취 캐뉼러(38)(및 또한 툴 조립체 하우징(22,24))에 대한 이식 캐뉼러(36)의 축방향(즉, 왕복) 운동을 제공한다.

상기 채취 캐뉼러(38)는 이식 캐뉼러(36) 및 이식 캐뉼러 허브(34)의 보어(45)를 통해 기부측으로 연장하며, 허브(34)의 보어에 배치되어 상대 회전 가능한 핀 바이스(43)의 말단의 척 부분(43a)에 고정 부착된다. 상기 핀 바이스(43)에 배치되어 고정 부착되는 기다란 몸체(46)는, 기다란 몸체(65) 및 채취 캐뉼러(38)를 채취 캐뉼러(38)의 길이방향 축을 중심으로 회전시키도록 모터 구동 조립체(60)의 제2 모터(64)에 의해 구동되는 출력 기어(87)에 결합된 말단으로 돌출하는 관형 구동 부재(도시 안됨- 하우징(93)을 통해 내부로 연장됨)의 대응하는 세트들의 슬롯들(도시 안됨)과 결합하는 하나 이상의 반경 방향 바깥쪽으로 연장하는 플랜지들(48)을 포함한다. 관형 구동 부재( 및 그에 따라, 채취 캐뉼러(38))를 회전시키기 위한 벨트 구동부 또는 다른 수단이 다른 실시예들에서 사용될 수 있다. 상기 기다란 몸체(46)는 관형 구동 부재(플랜지들(48)과 결합하는 슬롯들의 기부)와 (스 냅 결합형 연결을 통해) 분리 가능하게 결합하는 환형 보유 부재(50)를 배치하는, 플랜지들(48)의 기부에 배치된 홈(44)을 더 포함하며, 이로써 상기 툴(32)이 모터 구동 조립체(60)와 결합될 때 채취 캐뉼러(38)를 제 위치에 보유하게 된다.

기다란 밀폐 장치(52)는 채취 캐뉼러(38)의 내부 루멘에 미끄럼 이동 가능하게 배치되며, 채취 캐뉼러(38)에 대해 상기 밀폐 장치(52) 상에 말단으로 향하는 "미는" 힘을 선택적으로 제공하도록 모터 구동 조립체(60)의 제3 모터에 의해 구동되는 선형("스크류-구동") 구동 메카니즘(도시 안됨)과 결합하는 배치 부재(54)에 부착된 기부측 단부를 가진다. 상기 기다란 몸체(46)의 기부측 단부 캡(51)에 형성된 환형 홈(49)에 스프링(53)이 배치되어, 배치 부재(54)의 말단측으로 (밀폐 장치(52) 넘어로) 연장한다. 상기 스프링(53)은 배치 부재 상에 기부측으로 배향하는 "미는" 힘을 인가하여, 스크류 구동에 대해 상기 밀폐 장치를 바이어스한다.

상기 구동 모터 조립체는, 관형 해제 부재(86)를 통해 단부 캡(51)에 대해 말단으로 향하는 (미는) 힘을 인가하여, 예컨대 이식 및 채취 캐뉼러(36,38) 중 하나 또는 둘을 대체하도록, 상기 툴 조립체(30)에서 상기 툴(32)을 제거하기 위해 각각의 부착 커플링들(즉, 이식 캐뉼러 허브(34b) 및 파지부(63), 및 채취 캐뉼러 보유 부재(50) 및 관형 구동 부재)을 분리시키는, "해제" 모터(67)를 더 포함한다. 이 방식으로, 각각의 커플링들(34b,50)이 모터 구동 조립체(60)의 그들의 대응부들과 제 위치로 스냅 결합하여, 각 커플링들을 분리시키도록 해제 부재(86) 상의 모터(67)에 의해 충분한 힘을 인가함에 의해 해제될 때까지, 하우징(22)의 관형 연장부(24)를 통해 ("백 로드된") 상기 툴(32)의 (기부 방향으로의) 삽입에 의해 상기 툴(32)이 툴 조립체(30) 내로 장전된다. 해제 부재(86)가 단부 캡(51) 상에 하방으로의 힘을 인가할 때 단부 캡의 말단 측에 접하는 상기 밀폐 장치(52)에 정지 부재(55)가 부착되어, 상기 툴이 모터 구동 조립체(60) (및 툴 조립체(30))에서 해제될 때, 상기 밀폐 장치(52)가 툴(32)의 안정을 수반하게 된다.

상기 모터 구동 조립체(60)는 각 모터들(62,64,66,67)의 작동을 제어하는 제어 회로를 더 포함한다. 상기 제어 회로는, 각 캐뉼러들(36,38) 및 신체 표면/물체들(예컨대, 모낭들)에서 취득된 영상들에서 얻어진 위치 데이터를 비제한적으로 포함하는, 로보트 시스템(25)에서의 입력 정보로서 수용하는, 모터 구동 조립체(60)와 연관된 독립적인 프로세서(도시 안됨)를 포함한다. 또한 또는 이와 다르게, 각각의 인코더가 상대 이동 및, 따라서 이식 캐뉼러(36), 채취 캐뉼러(38), 및/또는 밀폐 장치(52)의 위치 정보를 트랙킹하도록 하나 이상의 모터들(62,64,66,67)과 작동적으로 결합된다.

신체 표면(즉, 두피)에서 모낭 유닛을 채취하도록, 로보트 팔(27)은 채취 캐뉼러(38)를 채취되도록 선택된 모낭 유닛의 길이방향 축에 위치시켜 정렬한다. 다음, 상기 채취 캐뉼러(38)는 로보트 팔(27)의 동작에 의해 선택된 모낭 유닛 위로 전진되어, 모터(64)에 의해 채취 캐뉼러(38)가 그의 길이방향 축을 중심으로 동시에 회전 운동하도록 수반되며, 상기 채취 캐뉼러(38)의 개방된 말단부(40)는 모낭 유닛을 둘러싸는 하부측의 피하 지방층으로 신체 표면을 침투하게 된다. 다른 실시예들에서, 툴 조립체 하우징(20)(및 이식 캐뉼러(36))에 대해 채취 캐뉼러(38)의 독립적으로 제어된 축방향 병진 운동을 제공하도록 모터 구동 조립체(60)에 선형 구동 메카니즘이 더 제공된다. 다음, 상기 채취 캐뉼러(38)는 로보트 팔(27)의 운동에 의해 신체 표면에서 철회되어, 채취 캐뉼러의 루멘에 지지된, 모낭 유닛을 추출하게 된다. 일부 실시예들에서, 모낭 유닛을 파지하여 추출하기에 편리하도록 기부 방향으로 "미는" 힘을 인가하고, 채취된 후에 채취 캐뉼러 루멘에 모낭 유닛을 보유하도록 협력하기 위해 채취 캐뉼러 루멘과 소통하도록 진공원이 선택적으로 배치된다.

이식을 위해, 상기 툴 조립체(30)는 신체 표면의 선택된 이식 장소로 로보트 팔(27)에 의해 재배치된다. 이식 장소에서, 이식 캐뉼러(36)의 길이방향 축은 이식될 때 모낭 유닛의 원하는 방향과 정렬됨이 바람직하다. 도6a-b를 참조하면, 이식 캐뉼러(36)의 조직-관통 말단부(37)는 채취 캐뉼러(38) 넘어로 전진되어 신체 표면(68)으로 향하여, 채취된 모낭 유닛(72)을 수용하기에 적절한 깊이 및 크기로 된 피하 이식 공동(70)을 형성한다. 상기 캐뉼러(36)에 의한 이 천공 동작은 모터(62)에 의해 자동으로 제어되며, 이식 공동(70)의 조직 표면(74)으로의 손상을 최소로 하도록 매우 신속함이 바람직하다.

일 실시예(도6a)에서, 모낭 유닛(72)은 채취 캐뉼러 루멘(76)에서 밀폐 장치(52)에 의해 (모터(66)의 제어 하에) 축방향으로 이동되며, 모낭 유닛은 채취되었기 때문에, 이식 캐뉼러 루멘(78)의 말단부로의 진행에 방해되지 않게 된다. 채취 캐뉼러 루멘(76)에서 이식 캐뉼러 루멘(78)으로의 상기 모낭 유닛(72)의 재배치는 이식 캐뉼러(36)가 신체 표면(68)을 천공하기 전에, 도중에, 또는 후에 발생된다. 그 후, 이식 캐뉼러(36)가 밀폐 장치(52)에 대해 병진 운동에 의해 신체 표 면(68)에서 철회될 때 상기 밀폐 장치가 모낭 유닛(72)을 이식 공동(70)에 유지시킨다. 이식 캐뉼러(36)가 철회되면, 밀폐 장치(52)도 철회되고, 모낭 유닛(72)이 신체 표면에 이식된다. 밀폐 장치(52)의 말단으로 향한 단부(80)는 모낭 유닛(72)에서 돌출하는 하나 이상의 모낭들(82)에 대한 공간을 허용하도록 우묵하게 되어 있다.

다른 실시예(도6b)에서, 이식 및 채취 캐뉼러들(36,38) 각각의 말단부들이 정렬되어(즉, 이식 캐뉼러(36)의 상대운동에 의해) 그들 각각의 말단부들(37,40)이 대략 동일하게 연장된다. 상기 각각의 캐뉼러 말단부들(37,40)의 이러한 정렬은 이식 캐뉼러가 이식 공동(70)을 형성하도록 신체 표면을 관통하기 전에, 중에, 또는 후에 발생된다. 그 후, 각각의 캐뉼러(36,38)가 이식 공동(70)에서 철회되고, 모낭 유닛(72)이 그 내부에, 즉 신체 표면(68)에서 멀어지는 로보트 팔(27)의 이동 및 밀폐 장치(52)의 신체 표면(68)을 향한 동시의 이동에 의해, 보유된다. 툴 조립체 하우징(20)(및 이식 캐뉼러(36))에 대한 채취 캐뉼러(38)의 독립적으로 제어된 축방향 병진 운동을 제공하기 위해 모터 구동 조립체(60)의 선형 구동 메카니즘을 갖는 다른 실시예들에서, 각각의 캐뉼러(36,38)는 모터 구동 조립체(60)의 작동에 의해 밀폐 장치(52)(의 동시적인 이동을 필요로 하지 않고)에 대해 이식 공동(70)에서 철회될 수 있다. 다른 실시예들에서, 채취 캐뉼러 루멘(76)과 소통하도록 선택적으로 배치된 압축 공기 공급원은 상기 캐뉼러(36,38)가 철회될 때 이식 공동(70)에 모낭 유닛(72)을 보유하도록 이용될 수 있다.

도7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 로보트 시스템(25)의 말단부를 나타 내고 있다. 힘 센서(100)는 팔(104), 힘 센서(100)에 고정된 판(102), 및 판(102)에 고정된 모터 구동부, 또는 "배치" 조립체(106)에 보유된다. 이와 다르게, 상기 판(102)은 팔(104)에 직접 보유될 수 있고, 이 경우, 상기 힘 센서(100)는 배치 조립체(106) 및 판(102) 사이에 고정될 수 있다. 이와 또 다르게, 상기 힘 센서(100)는 배치 조립체(106) 내에 배치될 수 있다. 상기 힘 센서(100)는 3개의 다른 수직 방향들 X,Y,Z의 3개의 힘들 Fx,Fy,Fz, 및 3개의 수직 모멘트들 Mx,My,Mz를 검출하도록 되어 있다. 다른 실시예들에서, 상기 힘 센서(100)는 힘들 Fx,Fy,Fz 중 하나 또는 두 개의 힘들, 및/또는 모멘트들 Mx,My,Mz 중 하나 또는 둘을 검출하도록 될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 힘 센서(100)는, 검출된 힘 및/또는 모멘트을 나타내는 힘 센서(100)에서의 데이터를 수신하는, 컴퓨터(120)에 결합된다. 또 다른 실시예들에서, 상기 힘 센서 데이터는 직접 로보트에 전달될 수 있다.

상기한 채취 및 이식 과정 중에, 상기 힘 센서(100)는 배치 조립체(106)에서 전송되는 하나 이상의 힘/모멘트 성분을 감시한다. 예컨대, 상기 힘 센서(100)는 채취 캐뉼러(200)의 축에 대략 평행한 방향성 벡터를 가지는, 힘 Fz를 감시할 수 있다. 검출된 힘 Fz은, 그 힘 Fz의 량이 수용 가능한 한계 내에 있는 지를 결정하는, 컴퓨터(120)에 전송된다. 일부 실시예들에서, 컴퓨터(120)는 검출된 힘 Fz가 소정 한계를 초과하는 경우 채취 과정 또는 이식 과정을 정지하도록(예컨대, 프로그램) 되어 있으며, 이는 채취 캐뉼러(200) 또는 이식 캐뉼러(202)가 예컨대 두피에 대해 압축되어 있음을 나타낼 수 있다. 이와 같이, 상기 힘 센서(100)는 채취 캐뉼러(200) 및 이식 캐뉼러(202)가 원하지 않는 방식으로 환자에게 상처를 주게 됨을 방지하는 안전성을 제공하게 된다.

그 대신에, 또는 부가적으로, 안전성으로서 힘 센서(100)를 이용하여, 상기 힘 센서(100)는 채취 캐뉼러(200) 및/또는 이식 캐뉼러(202)의 위치를 제어하도록 이용될 수 있다. 채취 캐뉼러(200)가 피부를 통해 피부 하의 조직으로 전진될 때, 코어링 바늘(200)에 의해 받게 되는 저항을 나타내는, 힘 Fz를 겪게 된다. 도12는 피부를 통해 조직으로 전진될 때 채취 캐뉼러(200)에 의해 검출되는 힘 저항 Fz를 나타내는 힘 다이어그램이다. 이러한 힘 Fz은, 그 힘 Fz를 측정하여 컴퓨터(120)로 힘 데이터를 전송하는, 힘 센서(100)로 위치 조립체(106) 내의 여러 성분들에 의해 전송된다. 피부 표면이 비교적 거칠기 때문에, 처음에, 채취 캐뉼러(200)가 피부를 밀게될 때, 피부를 즉각적으로 관통하지 않고, 피부 표면에 의해 제공되는 힘 저항 Fz를 경험하게 될 것이다. 상기 힘 저항 Fz은 영에서 값 Fp로 증가하며, 그 점에서, 채취 캐뉼러(200)가 피부를 통해 관통하게 된다. 피부 하의 조직이 비교적 피부보다 부드럽기 때문에, 상기 채취 캐뉼러(200)에 의해 겪게 되는 힘 저항 Fz은 피부 관통 후에 Fp보다 작게 된다.

도12에 도시된 바와 같이, 값 Fp이 도달된 후에, 힘 곡선은, 피부 표면으로 관통된 후에 코어링 바늘(200)에 의해 검출되는 힘 저항을 나타내는, 제2 힘 Fs로 후퇴한다. 힘 Fz은 상기 채취 캐뉼러(200)가 조직으로 계속 전진되는 그 지점으로부터 계속 증가하게 된다. 이는 상기 채취 캐뉼러(200)의 더 많은 부분이 조직 내로 전진되어, 피부 하의 더 많은 조직과 접촉됨으로써, 채취 캐뉼러(200) 및 조직 사이의 표면 마찰량이 증가하기 때문이다. 일부 경우들에, 채취 캐뉼러(200)가 뼈 를 치게 되면, 힘 다이어그램이 급격한 상승(도면에 점선으로 도시됨)을 일으키게 된다. 상기 컴퓨터(120)는 상기 채취 캐뉼러(200)가 채취 과정 중에 전진되어, 힘 곡선에 기초하여 상기 채취 캐뉼러(200)를 제어할 때 발생되는 힘 곡선을 감시하도록 프로그램될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 상기 컴퓨터(120)는 위치 조립체(106)의 포지셔너를, 힘 곡선의 경사가 관찰되어, 채취 캐뉼러(200)가 피부를 관통하였음을 나타낼 때까지, 제1 속도로 채취 캐뉼러(200)를 전진시키도록 작용시킨다. 그 후, 상기 컴퓨터(120)는 원하는 관통 깊이가 얻어질 때까지 제2 속도로 채취 캐뉼러(200)를 전진시키도록 포지셔너를 작용시킨다. 일부 실시예들에서, 제1 속도는 제2 속도보다 빠르게 된다.

도시된 실시예들에서, 배치 조립체(106)는 캐뉼러 조립체(110)와 결합하기 위한 홀딩 유닛(109), 및 다수의 포지셔너들(107a-107c)을 포함한다. 상기 홀딩 유닛(109)은 캐뉼러 조립체(110)의 다른 부품들과 결합하도록 되어 있어서 상기 캐뉼러 조립체(110)는, 전체적으로, 배치 조립체(106)에 의해 배치될 수 있게 된다. 또한, 상기 홀딩 유닛(109)은 캐뉼러 조립체(110)가 홀딩 유닛(109)과 결합된 후에 캐뉼러 조립체(110)의 다른 부품들이 제어되도록 허용한다. 상기 포지셔너들(107a-107c)은 캐뉼러 조립체가 홀딩 유닛과 결합된 후에 캐뉼러 조립체(110)의 다른 부품들을 이동시키도록 되어 있다. 3개의 포지셔너들(107a-107c)이 도시되어 있지만, 다른 실시예들에서, 배치 조립체(106)는 3개 이상 또는 그 이하의 포지셔너들(107)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 배치 조립체(106)는, 캐뉼러 조립체(110)의 다른 부품들을 이동시키기 위한 3개의 모터들(포지셔너들), 및 상기 배 치 조립체에서 캐뉼러 조립체(110)를 분리시키기 위한 다른 모터를 포함하는, 도5의 모터 구동 조립체를 포함할 수 있다.

도8은 일부 실시예들에 따라 구성된 홀딩 유닛(109)을 나타내고 있다. 상기 홀딩 유닛(109)은 캐뉼러 조립체(110)의 제1 부분과 결합하는 제1 결합부(122), 캐뉼러 조립체(110)의 제2 부분과 결합하는 제2 결합부(124), 및 캐뉼러 조립체(110)의 제3 부분과 결합하는 제3 결합부(126)를 포함한다.

도9a는 일부 실시예들에 따른 캐뉼러 조립체(110)를 나타내고 있다. 상기 캐뉼러 조립체(110)는 도3 및 4에 도시된 툴(32)과 유사한 구성을 가진다. 상기 캐뉼러 조립체(110)는 채취 캐뉼러(200), 이식 캐뉼러(202), 및 플런저(밀폐 장치)(204)를 포함한다. 상기 채취 캐뉼러(200)는 기부측 단부(212), 말단부(214), 상기 기부 및 말단부(212,214) 사이로 연장하는 몸체(215), 및 적어도 상기 몸체(215)에 의해 한정되는 루멘(217)을 가진다. 도시된 실시예들에서, 상기 루멘(217)은 0.3밀리미터 및 2.0밀리미터 사이, 더 바람직하게는, 약 1밀리미터의 단면 치수를 가진다. 상기 캐뉼러 조립체(110)는 기부측 단부(218), 말단부(220), 및 상기 기부 및 말단부(218,220) 사이로 연장하는 루멘(222)을 가지는 축(216)을 포함한다. 상기 채취 캐뉼러(200)의 기부측 단부(212)는 축(216)의 말단부(220)에 고정된다. 상기 이식 캐뉼러(202)는 기부측 단부(232), 말단부(234), 상기 기부 및 말단부(232,234) 사이로 연장하는 몸체(230), 및 상기 몸체(230) 내의 루멘(236)을 가진다. 상기 루멘(236)은 채취 캐뉼러(200)의 적어도 일부를 수용하며, 채취 캐뉼러(200)가 이식 캐뉼러(202)에 대해 미끄럼 이동하도록 허용하는 크기의 단면 치수 를 가진다. 상기 이식 캐뉼러(202)의 말단부(234)는 조직을 관통하도록 날카로운 선단부(250)를 가진다.

도시된 실시예들에서, 채취 캐뉼러(200)의 말단부(214)는 관형 형상(도9b)을 가진다. 이 경우들에, 채취 캐뉼러(200)의 에지(252)는 채취 캐뉼러(200)가 조직을 관통하도록 허용하기 위해 날카로운 형태를 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 채취 캐뉼러(200)의 말단부(214)는 아크 형태(도9c)를 가질 수 있다. 이 경우들에, 아크 부분의 단부들(254)은 채취 캐뉼러(200)가 그의 축을 중심으로 회전될 때 채취 캐뉼러(200)가 조직을 절단하도록 허용하기 위해 날카로운 형태를 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 채취 캐뉼러(200)의 말단부(214)는 다수의 절단부들(256)을 포함하며, 각 절단부(256)는 조직을 절단하도록 날카로운 에지(258)를 가진다(도9d). 채취 캐뉼러(200)의 말단부(214)는 전술한 예들로 제한되지 않으며, 상기 말단부(214)는, 조직을 도려낼 수 있는 한, 다른 실시예들에서 다른 형태들을 가질 수 있다.

상기 캐뉼러 조립체(110)는 제1 결합부(238) 및 제2 결합부(240)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 결합부(238)는 관 형상을 가지며, 축(216)에 고정된다. 또한, 제2 결합부도 관 형상을 가지며, 이식 캐뉼러(202)의 기부측 단부(232)에 고정된다. 상기 제1 및 제2 결합부(238,240)는 홀딩 유닛(109)의 대응하는 부품들과 결합하는 크기 및 형태로 되어 있다. 상기 제1 및 제2 결합부(238,240)는 도시된 예들로 제한되지 않으며, 상기 결합부(238,240)는 다른 실시예들에서 다른 형태들을 가질 수 있다. 예컨대, 다른 실시예들에서, 상기 결합부(238)는 관 형상으로 되지 않을 수 있다. 이 경우들에, 상기 결합부(238)는 축(216)의 표면에 고정되거나, 또는 축의 표면에서 연장될 수 있다. 유사하게, 다른 실시예들에서, 상기 결합부(240)는 상기 이식 캐뉼러(202)의 표면에 고정되거나, 또는 축의 표면에서 연장될 수 있고, 관 형상을 가질 필요도 없다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 캐뉼러 조립체(110)는 또한 축(216)에 고정된 연결기(248)를 포함한다. 상기 연결기(248)는 구형을 취하는 형상을 갖지만, 다른 실시예들에서 다른 형상들을 가질 수 있다.

상기 플런저(204)는 기부측 단부(242) 및 말단부(244)를 가진다. 상기 플런저(204)는 적어도 부분적으로 채취 캐뉼러(200)의 루멘(217) 내에 배치되며, 채취 캐뉼러(200)에 대해 미끄럼 이동 가능하다. 상기 캐뉼러 조립체(110)는 채취 캐뉼러(200)에 대해 기부측 방향으로 플런저(204)를 바이어싱하도록 플런저(204)에 결합된 스프링(246)을 더 포함한다. 도시된 실시예들에서, 상기 플런저(204)는 캐뉼러 조립체(110)의 부품으로서 설명된다. 다른 실시예들에서, 상기 플런저(204)는 캐뉼러 조립체(110)의 부품이 아니다. 예컨대, 상기 플런저(204)는 배치 조립체(106)의 부품으로 될 수 있다.

도10은 배치 조립체(106)와 결합된 캐뉼러 조립체(110)를 나타내고 있다. 상기 캐뉼러 조립체(110)가 배치 조립체(106)와 스냅 결합될 때, 홀딩 유닛(109)의 제1 결합부(122)는 연결기(248)와 결합되며, 제2 결합부(124)는 캐뉼러 조립체(110)의 제1 결합부(238)와 결합되며, 제3 결합부(126)는 캐뉼러 조립체의 제2 결합부(240)와 결합된다. 연결기(248)는 캐뉼러 조립체(110)가 배치 조립체(106)에 분리 가능하게 고정되도록 허용한다. 상기 홀딩 유닛(109)의 제1 결합부(122)는 제 1 포지셔너(107a)에 결합된다. 일부 실시예들에서, 채취 캐뉼러(200)는 전환 불가능하다. 다른 실시예들에서, 상기 제1 포지셔너(107a)는 채취 캐뉼러(200)를 전환(예컨대, 전진 또는 후퇴)시킬 수 있도록 되어 있다. 상기 홀딩 유닛(109)의 제2 결합부(124)는 채취 캐뉼러(200)를 그의 축을 중심으로 회전시키도록 된, 제2 포지셔너(107b)에 결합된다. 상기 홀딩 유닛(109)의 제3 결합부(126)는, 이식 캐뉼러(202)를 전환(예컨대, 전진 또는 후퇴)시키도록 된, 제3 포지셔너(107c)에 결합된다.

다른 실시예들에서, 상기 홀딩 유닛(109)의 제2 결합부(124)는 제1 포지셔너(107a) 및 제2 포지셔너(107b)에 결합된다. 이 경우들에, 상기 제1 포지셔너(107a)는 상기 결합부(124)를 전환시켜서 채취 캐뉼러(200)를 전진 또는 후퇴시키도록 되어 있고, 제2 포지셔너(107b)는 상기 결합부(124)를 회전시켜서 채취 캐뉼러(200)를 그의 축을 중심으로 회전시키도록 되어 있다. 다른 실시예들에서, 제2 포지셔너(107b)는 필요하지 않고, 캐뉼러 조립체(110)는 결합부(238)를 포함하지 않는다. 이 경우들에, 배치 조립체(106)는 채취 캐뉼러(200)를 회전시키도록 되어 있지 않지만, 채취 캐뉼러(200)를 전후 스러스트 동작으로 전진 및 후퇴시킨다. 또 다른 실시예들에서, 제3 포지셔너(107c)는 필요하지 않지만, 제3 결합부(126)는 홀딩 유닛(109)에 확고하게 고정된다. 이 경우들에, 이식 캐뉼러(202)는 로보트 팔(27)에 의해 배치될 수 있고, 채취 캐뉼러(200)는 제1 포지셔너(107a)를 이용하여 이식 캐뉼러(202)에 대해 배치될 수 있다.

모낭 유닛을 채취하도록 캐뉼러 조립체(110)를 이용하는 경우, 캐뉼러 조립 체(110)는 먼저 배치 조립체(106)에 결합된다. 이는 배치 조립체(106) 상에 캐뉼러 조립체(110)를 스냅 결합함에 의해 수동으로 행해진다. 이와 다르게, 캐뉼러 조립체(110)는 스탠드(도시 안됨)에 의해 직립 고정될 수 있다. 이러한 경우들에, 로보트 팔(27)은 스탠드에서 캐뉼러 조립체(110)를 "파지"하도록 배치 조립체(106)를 이동시키도록 이용될 수 있다. 배치 조립체(106)를 캐뉼러 조립체(110)에 대한 결합 위치에 배치시키도록, 캐뉼러 조립체(110)의 위치에 관한 정보에 따라 로보트 팔(27)을 제어하는, 프로세서(120)에 상기 위치 정보를 제공하도록 이용될 수 있다.

다음, 컴퓨터(120)에 처리 계획이 입력된다. 일부 실시예들에서, 상기 처리 계획은 제1 영역(채취 영역)에서 타깃 영역(이식 영역)으로 모낭 유닛들을 이식하도록 설계된 사전 계획이다. 이 경우들에, 상기 처리 계획은, 제거/이식될 모낭 유닛들의 수, 채취 영역의 위치, 이식 영역의 위치, 타깃 이식 위치들과 연관된 랜덤화 정도, 인접한 타깃 이식 위치들 사이의 공간, 모낭의 깊이, 이식의 깊이, 환자 식별, 채취 영역의 기하학적 프로파일, 이식 영역의 기하학적 프로파일, 마커 위치, 및 타깃 이식 위치들의 밀도 등의, 하나 이상의 인자들을 포함할 수 있다. 상기 처리 계획을 컴퓨터(120)에 입력하도록 여러 가지 기술들이 이용될 수 있다. 도시된 실시예들에서, 상기 처리 계획은 모니터(122) 및 키보드(124)를 포함하는 유저 인터페이스를 이용하여 입력될 수 있다. 이와 다르게, 상기 처리 계획은 디스켓 또는 콤팩트 디스크 등의 저장 장치를 이용하여 입력될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 처리 계획은 원격 서버에서 다운로드될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 상기 처리 계획은 상기 기술들의 조합을 이용하여 입력될 수 있다. 예컨대, 일부 인자들은 디스켓을 이용하여 컴퓨터(120)에 입력될 수 있고, 다른 인자들은 유저 인터페이스를 이용하여 입력될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 처리 계획의 하나 이상의 인자들이 (예컨대, 처리 세션 중에) 실시간으로 결정될 수 있다.

상기 처리 계획이 컴퓨터(120)에 입력된 후, 상기 컴퓨터(120)는 환자에 처리 계획을 등록한다. 일부 실시예들에서, 이는 환자에서 하나 이상의 마커들을 식별하도록 카메라(28)를 이용하여 실현된다. 상기 마커는 환자에 고정되는 반사경, 환자에 그려진 잉크 마크, 또는 환자의 해부학적 조직으로 될 수 있다. 상기 식별된 마커(들)은 환자의 타깃 영역의 위치 및/또는 방향을 결정하도록 이용될 수 있다. 도시된 실시예들에서, 상기 처리 계획은 채취(또는 도너) 영역의 위치를 포함한다. 카메라(28)에서의 입력을 이용하여, 컴퓨터(120)는 환자의 채취 영역의 위치, 및 채취 영역의 타깃 모낭 유닛을 식별한다. 다음, 상기 컴퓨터(120)는 채취 캐뉼러(200)의 말단부(214)를 타깃 모낭 유닛에 나란히 배치하도록 로보트 팔(27)을 작동시킨다. 일부 실시예들에서, 채취 캐뉼러(200)는 타깃 모낭 유닛과 동축으로 배치된다.

다음, 상기 채취 캐뉼러(200)는 타깃 모낭 유닛을 채취하도록 이용된다. 일부 실시예들에서, 이는 채취 캐뉼러(200)를 회전시키도록 배치 조립체(106) 내에서 포지셔너를 작용시킴에 의해 실현될 수 있다. 채취 캐뉼러(200)가 회전될 때, 상기 채취 캐뉼러(200)는 (예컨대, 배치 조립체(106) 내에서 다른 포지셔너를 작용시키거나, 또는 로보트 팔(27)을 이용하여 배치 조립체(106)를 이동시킴에 의해) 말단 으로 전진될 수 있다. 다른 실시예들에서, 타깃 모낭(302) 유닛의 채취는 채취 캐뉼러(200)를 전후로 스러스팅함에 의해 행해질 수 있다. 상기 채취 캐뉼러(200)는 모낭 유닛(302)을 잘라내도록 이용되지만, 이식 캐뉼러(202)가 채취 캐뉼러(200)의 말단부(214)에서 멀리 기부측으로 배치되어 채취 과정과의 간섭을 방지한다. 이는 채취 캐뉼러(200)를 이식 캐뉼러(202)에 대해 말단으로 전진시키거나, 또는 (이식 캐뉼러(202)가 배치될 수 있다면) 이식 캐뉼러(202)를 채취 캐뉼러(200)에 대해 기부측으로 철회함에 의해 이루어질 수 있다.

채취 캐뉼러(200)의 말단부(214)가 피부 표면 하로, 예컨대 5밀리미터, 소정 깊이 내로 전진될 때, 채취 캐뉼러(200)는 환자에서 철회되어 제거된다. 카메라(28)는 채취 캐뉼러(200)가 피부 표면(306) 하로 얼마나 멀리 전진되었는 지를 결정하도록 채취 과정을 감시하기 위해 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 채취 캐뉼러(200)의 외부는 채취 캐뉼러(200)가 환자에게로 얼마나 많이 전진되었는 지를 카메라(28) 또는 의사에게 "보여" 주도록 마커 라인들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 모낭 유닛(302) 및 루멘(217) 내의 내부 표면(304) 사이의 인터페이스에서의 표면 마찰에 의해 채취 캐뉼러(200)가 환자에서 제거될 때 모낭 유닛(302)을 보유하게 되어, 모낭 유닛(302)을 채취하게 된다.

다른 실시예들에서, 상기 내부 표면(304)은 채취 캐뉼러(200)가 환자에서 제거될 때 말단부(214)가 모낭 유닛(302) 상에 더 용이하게 보유되도록 (에컨대, 하나 이상의 만입부들 또는 돌출부들을 가지도록) 직조될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 캐뉼러 조립체(110)의 기부측 단부는 배치 조립체(106) 내에 배치된 진공 유 닛(도시 안됨)에 결합될 수 있다. 이 경우들에, 상기 진공 유닛은 채취 캐뉼러(200)의 루멘(217) 내로의 흡입을 형성하여, 채취 캐뉼러(200)가 환자에서 제거될 때 타깃 모낭 유닛(302)을 그의 하부 조직에서 떨어지게 당기게 된다.

모낭 유닛(302)이 채취된 후에, 배치 조립체(106)는 말단부(214)가 이식 캐뉼러(202)의 말단부(234)에 인접하게 될 때까지 채취 캐뉼러(200)를 기부측으로 철회시킨다. 이와 다르게, 이식 캐뉼러(202)가 배치 가능하다면, 상기 이식 캐뉼러(202)를 말단부(234)가 이식 캐뉼러(202)의 말단부(214)에 대해 말단으로 될 때까지 말단으로 전진시킬 수 있다. 다음, 컴퓨터(120)가 처리 계획에 의해 미리 정의된 바와 같이 환자의 이식 영역 내의 타깃 위치에 인접하게 이식 캐뉼러(202)의 말단부(234)를 배치시키도록 로보트 팔(27)을 작동시킨다. 그 후, 상기 이식 캐뉼러(202)는 이식 영역(도11a)에서 피부(310)를 통해 관통하도록 (예컨대, 배치 조립체(106) 내에서 포지셔너를 작용시키거나, 또는 배치 조립체(106)를 타깃 위치를 향해 말단으로 이동시킴에 의해) 전진된다. 상기 이식 캐뉼러(202)는 관통된 깊이(312)가 적어도 코어링 깊이(300)에 동일하게 될 때까지 전진된다. 일부 실시예들에서, 카메라(28) 및 컴퓨터(120)는 환자로 전진된 이식 캐뉼러(202)의 량을 결정하도록 이용될 수 있다. 예컨대, 상기 이식 캐뉼러(202)는 환자에게 이식 캐뉼러(202)가 얼마나 많이 삽입되었는 지를 카메라(28) 또는 의사에게 "보여"주도록 허용하는 다수의 마커 라인들을 포함할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 이식 캐뉼러(202)는 환자 피부(314) 아래에, 모낭 유닛(302)이 배치될 수 있는, 구멍(314)을 형성한다.

다음, 채취된 모낭 유닛(302)을 포함하는, 채취 캐뉼러(200)는 모낭 유닛(302)의 상부면(320)이 이식 영역(도11b)에서 피부(310)에 또는 그 아래에 있게 될 때까지, 이식 캐뉼러(202)의 루멘(236) 내로 전진된다. 그 후, 플런저(204)가 그의 말단(244)이 채취 캐뉼러(200)(도11c) 내에 배치된 모낭 유닛(302)과 결합될 때까지 (예컨대, 배치 조립체(106) 내의 다른 포지셔너를 이용함에 의해) 말단으로 전진될 수 있다. 상기 이식 캐뉼러(202) 및 채취 캐뉼러(200)는 플런저(204)에 대해 기부측으로 철회되어, 이식 영역(도11d)의 타깃 위치에 이식된 모낭 유닛(302)을 남겨두게 된다. 다른 실시예들에서, 캐뉼러 조립체(110)는 플런저(204)를 포함하지 않는다. 이 경우들에, 배치 조립체(106) 내에 배치된 압력 발생기(도시 안됨)가 채취 캐뉼러(200)의 루멘(217)내에 압력을 형성하도록 이용되며, 이로써 상기 이식 캐뉼러(202) 및 채취 캐뉼러(200)가 철회될 때 모낭 유닛(302)을 환자를 향해 밀게 된다. 이러한 기술은 채취 캐뉼러(200)가 환자로부터 제거되는 중에 모낭 유닛(302)이 채취 캐뉼러(200)에서 제거되도록 한다.

상기 모낭 유닛(302)이 이식 영역에 이식된 후에, 채취 캐뉼러(200)는 그의 말단부(214)가 이식 캐뉼러(202)의 말단부(234)에 대해 말단으로 될 때까지 말단으로 전진된다. 다음, 컴퓨터(120)는 채취 캐뉼러(200)가 채취될 다른 타깃 모낭 유닛(302)에 나란히 배치되도록 로보트 팔(27)을 다시 작동시킨다. 상기한 과정은 다음 모낭 유닛(302)을 채취하여, 그 모낭 유닛(302)을 이식하도록 되풀이된다. 상기 모낭 유닛(302)의 선택은 컴퓨터(120)에 의해 결정될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 소정의 채취 영역의 위치 및 기하학에 따라, 상기 컴퓨터(120)는 소정 채취 영역에 있을 때만 모낭 유닛(302)을 선택한다. 일부 실시예들에서, 상기 과정은 소정 수의 모낭 유닛(302)이 이식 영역에 이식되고, 이식된 모낭 유닛(302)의 밀도가 소정 밀도에 도달하거나, 또는 채취 영역에 가용 모낭 유닛(302)이 더 이상 없을 때까지, 되풀이된다.

자동화된 배치 시스템을 이용하는 본 발명의 일부 실시예들에서, 담당 의사 또는 작동자는 모낭 유닛이 이식될 장소, 그 각도, 즉 그의 상대 위치(또는 "이식 장소"), 방향, 및 깊이를 특정할 수 있다. 예컨대, 이식될 모낭 유닛의 위치, 방향, 및/또는 깊이는 구체적으로 처리 계획 시스템에 의해 실행될 수 있다. 이와 다르게, 이식 모드 중에, 카메라가 두피의 수혜 영역을 촬영할 때, 작동자는 이식 위치 및/또는 상대 위치 및/또는 방향 및/또는 이식 깊이를 특정하도록 유저 인터페이스(예컨대, 종래의 컴퓨터 마우스)를 이용할 수 있다. 이와 다르게, 작동자는 영상 처리 시스템에 의해 가시화, 식별, 및 측정될 수 있는 잉크 마크 또는 포인터 등의, 일시적 기준을 배치함에 의해 두피의 위치를 지적할 수 있다. 또한, x축을 중심으로 한 회전 및 y축을 중심으로 한 회전(z축은 캐뉼러를 따르는 것으로 가정) 등의, 2개의 각도들의 조합, 또는 상기 영상 처리 시스템이 각도들을 가시화하여 측정할 수 있는, 두피 상에 기다란 포인터를 배치함에 의해, 컴퓨터 모니터 상에 직접 방향을 특정할 수 있다.

어떤 경우에나, 로보트 팔의 제어는 2단계로 된다. 먼저, 이식 위치의 방향 및 위치의 특정에 따라, 컴퓨터 프로세서는 로보트 팔이 원하는 위치 및 방향으로 이식 캐뉼러를 이동시키도록 지시한다. 다음, 이식 캐뉼러의 피부 표면으로의 실제 적 전진이, 메카니즘의 작용, 또는 로보트 팔 이동 및 메카니즘 작용의 조합에 의해 발생되어, 원하는 이식 깊이가 얻어지게 된다. 이식된 모낭 유닛의 방향을 특정하는 다른 방법은 이식 영역에 현존하는 모낭들의 방향으로 연장하는 하나 이상의 모낭들의 방향을 매칭시키는 시스템을 갖는 것이다. 이식 위치에 이식 캐뉼러를 배치한 후에, 상기 시스템은 인접한 모낭들의 방향을 가시화하여 측정하며, 이 정보를 이식되는 모낭 유닛의 적절한 방향을 결정하도록 이용한다. 다른 방향들을 가진 인접한 모낭들의 경우에, 상기 시스템은, 예컨대, 이식되는 모낭 유닛의 방향을 결정하도록 여러 방향들의 웨이트된 평균을 얻을 수 있게 된다.

Claims

이동 가능한 팔;

상기 이동 가능한 팔에 장착된 툴;

상기 이동 가능한 팔에 위치된 하나 이상의 카메라;

상기 하나 이상의 카메라에 의해 취득된 영상들을 수신하여 처리하도록 된 프로세서; 및

상기 프로세서의 작동과 연관되며, 상기 하나 이상의 카메라에 의해 취득된 처리 영상들에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 이동 가능한 팔을 배치하도록 구성된 제어기를 포함하며,

상기 이동가능한 팔은, 상기 툴이 모낭 유닛을 포함한 표면에 대해 원하는 방향으로 위치되도록 조종 가능하며, 상기 프로세서와 상기 하나 이상의 카메라는, 상기 하나 이상의 카메라들에 의해 취득된 영상에서 표면 하부의 모낭 부분을 식별하도록 형성된 것을 특징으로 하는, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
제1항에 있어서,

상기 자동 장치는 로보트 시스템이고, 상기 이동 가능한 팔은 로보트 팔인, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
제1항에 있어서,

상기 하나 이상의 카메라는 단일 카메라를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 단일 카메라의 기준 좌표 시스템과 상기 이동가능한 팔의 툴 프레임 기준 좌표 시스템을 정합시키도록 된, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
제3항에 있어서,

상기 프로세서는, 상기 이동가능한 팔이 툴 프레임 기준 좌표 시스템의 하나 이상의 축들을 따라 이동될 때 취득된 고정된 보정 타깃의 영상들에 기초하여, 상기 카메라의 기준 좌표 시스템과 상기 툴 프레임 기준 좌표 시스템을 정합시키도록 된, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
제1항에 있어서,

상기 하나 이상의 카메라는, 이동가능한 팔에 배치된 한 쌍의 카메라들을 포함하고, 상기 프로세서는 상기 한 쌍의 카메라의 각각의 기준 좌표 시스템들을 서로 정합시키고 상기 이동가능한 팔의 툴 프레임 기준 좌표 시스템과도 정합시키도록 된, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
제5항에 있어서,

상기 프로세서는, 상기 이동가능한 팔이 툴 프레임 기준 좌표 시스템의 하나 이상의 축들을 따라 이동될 때 취득된 고정된 보정 타깃의 영상들에 기초하여, 상기 카메라 각각의 기준 좌표 시스템들을 상기 툴 프레임 기준 좌표 시스템과 정합시키도록 된, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
제1항에 있어서,

상기 하나 이상의 카메라는, 이동가능한 팔에 배치된 제1 쌍 및 제2 쌍의 카메라들을 포함하고, 제1 쌍은 제1 시야의 영상들을 얻도록 포커싱되며, 제2 쌍은 제1 시야보다 좁은 제2 시야의 영상들을 얻도록 포커싱된, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
제7항에 있어서,

상기 프로세서는, 상기 이동가능한 팔이 툴 프레임 기준 좌표 시스템의 하나 이상의 축들을 따라 이동될 때 취득된 고정된 보정 타깃의 영상들에 기초하여, 상기 제1 쌍 및 제2 쌍의 카메라의 각각의 기준 좌표 시스템들을 서로 정합시키고, 상기 이동가능한 팔의 툴 프레임 기준 좌표 시스템과도 정합시키도록 된, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
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제1항에 있어서,

상기 툴은, 주사 바늘, 채취 캐뉼러, 캐뉼러 조립체 및 레이저를 포함하는 그룹으로부터 선택된, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
제2항에 있어서,

상기 프로세서 및 제어기는 로보트 팔의 비주얼 서보잉에 의해 배치되도록 된, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
제1항에 있어서,

취득된 영상들을 상기 프로세서에 의해 프로세싱하는 것은, 표면 하부의 모낭 부분을 가시화하기 위해 상기 영상들을 공제하거나 결합하는 것을 포함하는, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
제1항에 있어서,

상기 하나 이상의 카메라는 적외선 스펙트럼 및 가시광 스펙트럼 중 하나 이상에 있는 빛을 감지하는, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
제1항에 있어서,

모낭 유닛을 포함한 표면에 공기 스트림을 분사시키기 위해 형성된 공기 분사기(air jet)를 더 포함하는, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
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제1항에 있어서,

상기 프로세서는 신체 표면에서 상기 툴의 관통 깊이를 계산하도록 더 형성된 것을 특징으로 하는, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
이동 가능한 팔;

상기 이동 가능한 팔에 장착된 툴;

상기 이동 가능한 팔에 장착된 하나 이상의 카메라;

상기 하나 이상의 카메라에 의해 취득된 영상들을 수신하여 처리하도록 된 프로세서; 및

상기 프로세서의 작동과 연관되며, 상기 하나 이상의 카메라에 의해 취득된 처리 영상들에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 이동 가능한 팔을 배치하도록 구성된 제어기를 포함하고,

상기 이동가능한 팔은, 상기 툴이 모낭 유닛을 포함한 표면에 대해 원하는 방향으로 위치되도록 조종 가능하며,

상기 프로세서는, 표면 하부의 모낭 부분을 가시화하기 위해 상기 영상들을 공제하거나 결합하도록 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
제18항에 있어서,

영상을 처리하는 것은 적어도 모낭의 모근 부분을 가시화하는 것을 포함하는, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
제18항에 있어서,

상기 프로세서 및 제어기는 이동가능한 팔의 비주얼 서보잉에 의해 상기 툴을 배치하도록 된, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
제18항에 있어서,

상기 툴은, 주사 바늘, 캐뉼러 조립체, 채취 캐뉼러 및 레이저를 포함하는 그룹으로부터 선택된, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
제1항에 있어서,

상기 장치는 모낭 유닛들을 이식하기 위한 장치이기도 하며, 상기 프로세서는, 신체 표면으로부터 모낭 이식의 원하는 높이에 기초하여 이식의 깊이를 제어하도록 더 형성된, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
제18항에 있어서,

상기 장치는 모낭 유닛들을 이식하기 위한 장치이기도 하며, 상기 프로세서는, 신체 표면으로부터 모낭 이식의 원하는 높이에 기초하여 이식의 깊이를 제어하도록 더 형성된, 모낭 유닛들을 채취하기 위한 자동 장치.
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