KR101161187B1

KR101161187B1 - 레이저를 이용한 조직치료를 감시하고 제어하는 장치

Info

Publication number: KR101161187B1
Application number: KR1020067014645A
Authority: KR
Inventors: 레오나르드 데베네딕티스; 토마스 알 마이어스; 킨 에프 찬; 조지 프란지네아스
Original assignee: 릴라이언트 테크놀로지스 인코퍼레이티드
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2012-07-02
Also published as: JP4659761B2; ATE442095T1; CN101052358A; JP2007531558A; EP1701666A1; DE602004023123D1; US7282060B2; US20080208178A1; CN100553580C; KR20060129278A; WO2005063138A1; US20050154380A1; EP1701666B1

Abstract

본 발명은 광선을 이용한 조직치료를 제어하기 위한 개선된 방법과 장치를 제공한다. 본 발명의 다양한 태양에 따라, 발명은 더 큰 안정성, 유효성, 균일성과 치료과정의 연속성이 있게 하는 광선 작동 파라미터를 실시간으로 개선된 제어를 제공한다.

Description

레이저를 이용한 조직치료를 감시하고 제어하는 장치 {APPARATUS FOR MONITORING AND CONTROLLING LASER-INDUCED TISSUE TREATMENT}

본 발명은 피부 조직치료를 위한 장치와 방법에 관한 것이고, 보다 자세하게는, 광원, 핸드피스, 그리고 조직치료를 제어하기 위해 사용되는 핸드피스 운동의 측정 수단의 결합으로 구성된 방법과 장치에 관한 것이다.

[특허문헌 1]

2003년 12월 23일 출원한, 미국특허출원 제 10/745,761 호, "레이저를 이용한 조직치료를 감시하고 제어하는 방법과 장치"

[특허문헌 2]

2003년 12월 31 출원한, 미국특허출원 제 10/750,790 호, "회전식 광학 소자를 이용해서 고속, 고효율 광학 패턴 생성기"

[특허문헌 3]

2004년 8월 26일에 출원하고 35 U.S.C. §119(e) 하에서 우선권을 주장한, 미국 가 특허출원 제 60/602,092 호, "레이저를 이용한 조직치료를 감시하고 제어하는 방법과 장치"

레이저와 다른 강한 광원은 피부 조직치료를 포함한 다양한 종류의 조직치료 에 이용된다. 광선을 이용하는 피부 조직치료를 하는 동안, 광선은 환자의 피부 표면을 비춘다. 일반적으로, 그러한 치료에 사용되는 레이저는 피부에서 수분과 같은 자연 발색단의 하나에 의해 흡수되는 파장에서 작동한다. 주요 발색단으로서 수분의 경우에, 세포성과 간질성 수분은 빛에너지를 흡수하고 빛에너지를 열에너지로 변환한다. 치료를 하는 동안 조직에서 열에너지의 수송은 광선의 작동 파라미터 변화에 따른 전도, 대류, 복사, 대사, 증발과 펄스 변화를 포함하는 복잡한 과정이다. 그러한 과정에서 대상 조직지점의 밑이나 주변조직에 해를 입히지 않는 것이 중요하다. 파장, 전력, 광선 세기, 펄스 지속기간, 방출 속도 등과 같은 광학적 광선 작동 파라미터가 적절히 선택된다면, 환자의 피부에 있는 세포성과 간질성 수분은 가열되어 소망하는 피부의 효과를 만들도록 온도가 증가된다. 반대로, 광학적 작동 파라미터의 부적절한 선택은 조직의 불완전치료 또는 과도한 치료를 가져올 수 있다. 따라서, 치료에 사용되는 광학적 작동 파라미터를 정확하게 제어하는 것이 바람직해서, 광선은 알맞은 에너지 밀도와 일정하고, 제어가능한 방법으로 조직에 전달된다. 레이저 광선의 전력, 세기, 지속기간 등을 현명하게 제어하는 다양한 장치가 제안되었다. 하지만, 아래에서 더 자세히 설명이 되겠지만, 이런 장치의 적용은 중요한 문제점을 가진다.

피부 조직치료용으로 알려진 장치는, 때로는 핸드피스라는 수동 전송장치를 포함한다. 핸드피스는 의사가 조직치료를 할 경우에 바람직한 수단이다. 치료중, 광선을 방출하는 핸드피스는 치료될 조직을 따라 의사의 손에 의해 움직여진다. 그러한 장치의 치료레벨은 광선 작동 파라미터를 수동으로 선택함으로써 대체로 사전에 설정된다. 전력 레벨, 에너지, 펄스율, 온도, 광선 세기, 그리고 전류를 포함하는 작동 파라미터는 전 치료 과정의 치료 투여량을 결정한다.

종래의 일부 핸드피스 장치의 일 단점으로서는, 핸드피스의 위치의 결정시 엄격한 정확도와 안전하고, 일정하며, 그리고 유효한 치료의 제한내에서 지속하기 위해서 운동의 제어를 한다는 것이다. 이론적으로, 엄격한 정확도는 치료하는 의사의 숙련, 주의와 솜씨의 고도에 의해 얻어질 수 있다. 하지만, 실제과정에서, 사람손의 부정확 또는 비자발적 운동 및 또는 불규칙한 조직표면 때문에, 수동 적용과 핸드피스의 제어는 치료가 불균일하게 되기 쉽다. 이는 종종 치료될 대상조직의 일부가 덜 치료되거나, 일부가 과도하게 치료되는 결과를 가져온다.

알려진 핸드피스의 대표적 접근방법은 피부조직의 더 넓은 치료지점을 치료하기 위해서 패치워크(patchwork)에서 피부의 한 지점에서 다른 지점으로 수동으로 움직이는 미세하게 펄스화된 치료광선을 만드는 것이다. 그러한 접근방법은 인공물과 치료된 피부표면에 대한 개별적 치료의 부정확한 위치와 관련한 날카로운 경계를 만드는 문제점을 가진다.

종래의 핸드피스의 다른 단점으로서는, 상기에서 논의했듯이, 소정의 치료의 레벨을 정의하는 레이저 작동 파라미터는 대체로 치료의 전 과정 동안 그전에 미리 설정된다는 것이다. 각 환자의 개별적 조직 특성은 치료에 앞서 예비적인 조직 평가에 기초한 인자이고 치료는 미리 정해진 작동 파라미터를 사용해서 진행할 수 있다.

예를 들어, 기존의 핸드피스 장치는 의사가 치료속도를 조절하게 하는 핸드 피스 운동의 속도를 의사에게 보여주는 피드백을 제공해준다. 하지만 이 핸드피스 장치는 의사가 운동속도로 치료할 것을 요한다. 의사가 하나의 치료속도로 제한하는 것이 이 장치의 문제점이다. 뺨과 같은 큰 평면에서는, 고속으로 치료하는 것이 바람직하다. 입술과 같은 곡면에서는, 저속으로 치료하는 것이 바람직하다. 얼굴과 같이 큰 평면과 곡면을 둘 다 포함하는 치료 지점이 아주 근접한 경우에, 의사가 미리 정해진 운동 속도로 제한하는 것은 의사의 유연성을 제한한다. 추가적으로, 치료과정에서 핸드피스 속도가 변하면, 장치는 불규칙한 치료를 유발하는, 변화된 운동 속도를 보상하기 위해서 작동 파라미터의 자동 조절을 제공할 수 없다.

피부 또는 성형외과의 분야에서 쓰이는 로봇식 수단의 적용은 사람의 부정확성의 제한을 극복할 수 있다. 하지만, 대표적인 종래의 로봇식 장치의 한 가지 문제점은 의사가 제공하는 치료에서 필수적인 방향과 판단이 부족한 것이다. 로봇이 정확하다고 하더라도, 대체로 치료에서 복잡한 선택을 하거나 예상치 못한 환경에 반응하는데 충분히 현명하지는 않다. 추가적으로, 로봇은 의사가 미적 감각의 참작을 허용하지 않는다.

통상의 종래 로봇 장치의 다른 단점은, 전 치료는 환자의 완벽한 고정화를 요하는 것이다. 대안으로, 정교한 이미지 안정화 시스템은 환자의 운동을 보상하기 위해서 쓰인다. 그러한 로봇식 장치의 여전히 다른 문제점은 부피가 크고 작은 운동만 허용하는 지점에서 치료위치로 이동시키기가 쉽지 않다는 것이다. 반대로, 치료될 조직표면은 치료가 이루어지기 전의 장치에서 특정 위치로 가 있어 야 한다.

본 발명은 기존의 레이저를 이용한 핸드피스 장치와 로봇과 관련된 문제점을 상당히 줄일 수 있는 방법과 장치를 제공한다.

본 발명은 종래기술의 많은 문제점을 극복한 개선된 레이저를 이용한 조직치료를 제어하는 방법과 장치를 제공한다. 본 발명이 피부 조직치료용으로 현재 알려진 기술들의 결점을 설명하는 방법은 여기서 더 자세하게 설명된다. 본 발명의 다양한 태양에 따라, 발명은 뛰어난 안정성, 유효성, 균일성과 치료과정의 연속성을 가지도록 하는 광선 작동 파라미터의 개선된 실시간 제어를 제공한다.

본 발명의 목적은, 전반적인 치료의 질 개선을 위한 피드백 제어수단에 의해 자유로이 움직이는 있는 핸드피스에 의해 연속적인 손으로 전달된 조직치료를 위한 좀 더 정확하고 효과적인 기술을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 이런 변화에 상관없이 치료를 통해 최적의 치료조건이 수행되도록, 검출된 위치 및/또는 핸드피스 운동의 변화에 따라 치료 광선의 작동 파라미터를 실질상 실시간 또는 유사한 실시간으로 감시하고 자동으로 제어하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 의도적으로 치료되지 않은 조직에 최소한의 부작용과, 또는 의도적으로 구분된 치료부위의 크기 및/또는 모양의 변형 없이, 다수의 구분된 치료부위에 제어된 불연속적인 패턴으로 광선을 동시에 전달하기 위해서 핸드피스 위치 파라미터의 변화에 따라 핸드피스의 출력 렌즈를 실시간으로 조절하는 손으로 전달된 조직치료를 위한 방법과 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 개별적인 대상 조직특성과 핸드피스 속도에 상관없이 일정한 광선 밀도와 패턴을 제공하는데 알맞은 손으로 전달되는 조직치료를 위한 장치와 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적과 특징은 여기에 포함된 아래의 본 발명의 상세한 설명에서 분명해진다.

제 1 태양에서, 본 발명은 제어된 조직치료를 위한 장치에 관한 것이다. 그 장치는 광선원을 포함한다. 광선은 소정의 투여량으로 소정의 조직치료를 위한 제어가능한 다수의 작동 파라미터를 가지고 있다. 게다가, 장치는 치료될 조직지점으로 보내기 위한 광선을 수용하도록 고안된 가동 핸드피스를 포함한다. 핸드피스의 운동은 다수의 가변 위치 파라미터에 의해 정의되고, 하나 이상의 위치 파라미터 변화는 소정의 조직치료의 투여량을 바꾼다. 그 장치는 하나 이상의 핸드피스 위치 파라미터의 변화를 실시간으로 검출하고 측정하기 위한 검출기를 갖는다. 이 검출기는, 소정의 조직치료가 소정의 투여량으로 계속되도록, 하나 이상의 위치 파라미터가 변함에 따라 새로운 치료속도에 영향을 미치는 광선 작동 파라미터를 자동으로 실시간 제어하기 위한 제어기와 연결되어 있다.

본 발명의 실시는 아래 특징의 하나 이상을 포함한다.

제어기는 위치 파라미터의 변화량을 나타내는 신호를 수신하고 위치 파라미터에 따라 소망하는 작동 파라미터를 실시간으로 계산하는 프로세서를 포함한다. 대안으로, 상기 프로세서는, 파라미터에 따라 작동 파라미터의 연속 맵핑(mapping)을 하기 위해서, 위치 파라미터 및 이에 대응하는 작동 파라미터의 일관적인 데이터 세트의 저장을 포함한다.

제어기는, 초기 작동 파라미터를 결정하고, 검출기로부터 수신하며, 위치 파라미터의 변화를 나타내는 프로세서 신호를 처리하고 발송하며, 프로세서로부터 작동 파라미터의 새로운 설정을 수신하고, 새로운 치료속도에 영향을 미치는 작동 파라미터의 새로운 설정에 기초한 하나 이상의 시스템 구성의 실시간 작동 방식으로 수정하기 위한 인터페이스 장치를 더 포함한다.

검출기는 고정밀도로 핸드피스의 2차원 또는 3차원적 운동 변화를 결정하기 위한 화상처리소자를 포함한다. 검출기는 가속도계, 광학 검출 배열체, 용량성 센서 배열체 또는 외형 분석기이다.

소정의 미시적인 형태로 핸드피스에서 대상지점으로의 광선 전송이 가능하게 하는 굴절성 또는 회절성 초점맞춤 소자(focusing element)를 포함한다. 시스템은 또한 광선 전송을 위한 다양한 전송 기구를 포함하고, 그러한 전송 메커니즘은 스캐닝 기구, 검류계, 압전소자, 움직이는 거울, 회절 소자, 홀로그래픽 소자, 멤스(MEMS), 나노기술, 음향광학 소자 및/또는 전기광학 소자를 포함한다.

제어기는 의사가 소정의 범위에서 핸드피스 운동을 유지하게 하는 소리, 진동, 비주얼 피드백 수단을 포함하고 있다.

또 다른 태양에서, 발명은 이 발명의 핸드피스 장치를 사용하여 일정한 조직치료를 위한 방법에 관한 것이다. 핸드피스는 소정의 투여량으로 소정의 조직치료를 위한 다수의 작동 파라미터를 가지는 치료광선을 내보낸다. 핸드피스는 가변 위치 파라미터로 대상 조직지점에 치료를 하기 위한 작동자의 손에 의해 움직이므로 하나 이상의 핸드피스 위치 파라미터가 변함에 따라, 조직치료의 투여량이 바뀐다. 하나 이상의 가변 위치 파라미터의 변화는 검출기에 의해 실시간으로 연속적으로 또는 실질적 연속적으로 검출되고 측정된다. 소망하는 작동 파라미터의 설정은 위치 파라미터의 변화에 기초한 프로세서에 의해 결정되고, 제어정보는 제어기로 출력된다. 작동 파라미터는 프로세서로 부터의 제어정보에 따라 새로운 치료속도에 영향을 미치도록 실시간으로 조절된다. 조직치료는 새로운 치료속도로 계속되고, 이로 인해 소정의 치료 투여량이 자동으로 유지된다.

도면과 함께 상세한 설명과 청구항을 참고함으로써 본 발명의 더 완전한 이해가 가능하고 도면에서 같은 도면부호는 유사한 부분을 나타낸다.

도 1 은 제어된 조직치료를 위한 레이저 전원의 피드백 제어기를 나타내는 발명에 따른 장치의 개략도이다.

도 2 는 검출기와 광학 소자을 포함하는 본 발명에 따른 핸드피스의 측면도이다.

도 3 은 대상 조직에 대한 핸드피스 위치 파라미터의 변화를 개략적으로 나타내는 단순화된 횡단면도이다.

도 4a-4b 는 소정의 치료 투여량을 유지하는 맥동 발광기를 위한 측정된 위치 파라미터 및 이에 대응하는 소망하는 작동 파라미터의 설정간의 상호관계를 나타내는 그래프이다.

도 5a-5b 는 소정의 치료 투여량을 유지하는 연속파 발광기를 위한 측정된 위치 파라미터 및 이에 대응하는 소망하는 작동 파라미터의 설정간의 그래프이다.

도 6 은 도 2 에 나타난 핸드피스의 검출기의 감지방법을 더 자세하게 나타낸 도면이다.

도 7 은 연속적으로 실시간 제어된 패턴을 가진 구분된 치료부위의 소정의 밀도로, 발명에 의해 치료되는 부분의 시뮬레이션을 나타낸 도면이다.

도 8 은 소정의 조직치료 동안에 하나 이상의 위치 파라미터(핸드피스 속도)의 변화에 기초한 핸드피스의 작동 파라미터를 실시간으로 결정하고 조절하는 방법의 순서도를 예시한 도면이다.

도 9 는 광선 편각(angular beam deviation)을 사용하는 실시예를 나타낸 도면이다.

도 10a, 도 10b, 도 10c 는 직병진 광선운동을 사용하는 실시예를 나타낸 도면이다.

도 11a 와 도 11b 는 디블러링(de-blurring)을 위한 시스템을 검사하는 2축 검류계를 가지는 본 발명의 실시예이다.

도 12 는 경사진 거울 구동기를 가진 본 발명의 실시예를 나타낸 도면이다.

도 13 은 역회전식 광소자를 사용하는 본 발명의 실시예를 위한 치료 부위의 시뮬레이션을 나타낸 도면이다.

도 14a 와 도 14b 는 섬유배열과 압전 플렉스를 사용한 보정 구동기를 갖는 본 발명의 실시예를 나타낸 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 제어된 조직치료를 위한 레이저 장치 (100) 를 나타낸 도면이다. 조직은 피부조직뿐만 아니라, 생체의 다른 조직들도 포함한다. 여기에 설명된 다양한 실시예는 피부치료를 다루지만, 다른 조직들이 유사하게 치료될 수 있는 것은 당업자가 알 수 있다.

도 1 에 나타난 실시예에 따라, 장치 (100) 는 전기적 또는 광학 접속기 (115) 를 경유하여 광선의 방출을 위한 발광기 (120) 를 통전시키는 전원 (110), 광선의 전송을 위한 광섬유 (130), 대상지점 (150) 쪽으로 광선의 방출을 위한 광섬유 (130) 에 연결된 광소자 (160) 를 갖춘 가동 핸드피스 (140), 핸드피스 (140) 의 위치 파라미터의 변화를 검출하기 위한 검출기 (170), 검출된 핸드피스 위치 파라미터의 변화에 따라 대상지점 (150) 쪽으로 방출된 광선의 작동 파라미터를 제어하는 제어기 (200) 로 구성되어 있다. 광선은 대체로 평면이나 곡면인 광 투시창 (155) 을 통과한다. 접속기 (115) 는 광선이 통과하는 단순한 부분으로 구성되어 있다. 제어기 (200) 는 새로운 작동 파라미터를 계산하는 프로세서 (202) 와 장치 (100) 의 작동 파라미터를 선택하고 조절하는 인터페이스 장치 (210) 를 포함한다. 제어기 (200) 는 전원 (110), 발광기 (120), 광소자 (160) 중에서 하나 이상의 파라미터를 조절함으로써 작동 파라미터를 제어한다. 명확히 하기 위해서, 이런 형태의 한 가지만 나타낸 것이다.

장치 (100) 의 발광기 (120) 는 어떤 광전원이 되거나 전원 (110) 에서 생성된 광전원을 단순히 방출한다. 발광기 (120) 는 하나 이상의 광전원을 이용하 여 적어도 부분적으로 실행된다. 어떤 적용에서는, 발광기 (120) 는 1차원 배열이나 2차원 배열과 같은 배열기에 배열된 다중 광전원을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 사용되는 광전원은 레이저가 바람직하다. 발명에 따라 적합한 레이저는 희가스 레이저(예컨대, 아르곤 레이저, 헬륨-네온 레이저 등), 다이오드 레이저, 섬유 레이저, 가변 염료 레이저 등을 포함한다. 하지만, 조직치료 장치 (100) 를 위한 특정 레이저의 선택은 특정한 적용을 위해 소정의 피부 조직의 종류에 의존한다는 것을 알고 있어야 한다. 본 발명의 발광기 (120) 는 약 1 W 내지 약 100 W 광전력을 만드는데 적합하고, 바람직하게는 약 10 W 이다.

발광기 (120) 는 하나 이상의 광선을 방출한다. 레이저를 이용한 조직치료에서, 대상지점 (150) 에서 소망하는 피부효과를 내도록 소정의 광학적 작동 파라미터의 특정한 설정에 의해 각 광선은 특성화된다. 광선의 작동 파라미터(다시 말하면, 광학적 작동 파라미터)는 광 에너지 밀도, 전력, 맥동률, 작업량 주기, 광도, 펄스 개시 타이밍, 펄스 지속시간, 그리고 파장을 포함한다.

발광기 (120) 는 고흡습성의 파장에서 빛을 생성하는 것이 바람직하다. 세포성 물은 빛 에너지를 흡수하고 빛 에너지를 열 에너지로 변환한다. 장치 (100) 에는, 190 nm 이상의 파장, 190nm 내지 10600nm 범위의 파장, 바람직하게는 700 nm 내지 3000 nm의 파장, 가장 바람직하게는 약 1550 nm의 파장이 사용된다. 발광기 (120) 는 약 1550 nm 작동범위로 고안된 에르븀 기체의 섬유 레이저가 바람직하다. 발광기 (120) 는 하나의 파장이나 파장의 범위로 또는 파장의 범위와 교차하도록 제공하는 것이 가능하다. 다양한 파장이나 피부치료에 사용되는 파 장범위를 만들기 위해서, 하나 이상의 발광기 (120) 는 전원 (110) 에 의해 충전된다. 발광기 (120) 는 초당 0 내지 약 50,000 펄스의 주파수로 레이저 광선의 펄스를 선택적으로 만드는데 알맞고, 초당 0 내지 약 1,000 펄스가 바람직하다. 발광기 (120) 는, 바람직하게는 약 1 mJ 내지 약 1000 mJ 의 치료지점당 펄스 에너지를 방출하는 것이고, 더 바람직하게는 약 10 mJ 내지 약 30 mJ 범위이고, 바람직하게는 각 펄스는 약 0.1 ms 내지 약 30 ms 의 치료지점당 펄스 지속기간을 갖는 것이고, 더 바람직하게는 약 1ms 이다.

예를 들어, 본 발명의 전원 (110) 과 발광기 (120) 는 대상지점 (150) 의 피부층의 비탈격 응고용으로 사용될 수 있다. 대체로, 이러한 목적 때문에 대표적으로, 약 10 J/㎠ 내지 약 1000 J/㎠ 의 범위의 광밀도에서는, 대상 조직지점 (150) 에 부수되는 5 J/㎠ 이상의 광밀도는 응고되는 조직에 적합하다. 일반적으로, 광 에너지 밀도는 파장과 치료될 조직에 적합하다. 다양한 피부과학적인 효과를 바란다면, 전원 (110) 과 발광기 (120) 의 용량은 다른 종류의 조직치료에 적합한 광학 작동 파라미터를 만들도록 선택된다. 예를 들어, 대상지점 (150) 의 표피층 제거를 바란다면, 전원 (110) 과 발광기 (120) 의 용량은 약 2940 nm 의 파장과 10 J/㎠ 이상의 광 에너지 밀도의 광선을 보내도록 사용된다.

광섬유 (130) 는 발광기 (120) 에서 보내진 광선의 전송에 적합한 광학장치이다. 광섬유 (130) 는 핸드피스 (140) 의 자유로운 조작과 발광기 (120) 에서 대상지점 (150) 의 다양한 부분으로 향하게 하도록 반복적 굽힘이 가능한 재료로 만들어진다. 광섬유 (130) 는 뉴욕의 코닝시에 있는 코닝사(Corning, Inc)로부 터 구입가능한 SMF28 광섬유가 바람직하다. 광섬유 (130) 는 발광기 (120) 에서 보내진 광선을 정렬하는 광선 입구단부 (132) 가 있어서 광선이 광섬유 (130) 에 연결될 수 있고, 전송된 광선을 핸드피스 (140) 로 방출하기 위한 광선 출구단부 (134) 를 가지고 있다. 하나 이상의 광섬유는 발광기 (120) 에서 핸드피스 (140) 로 광선을 전송하는데 사용된다. 바람직하게는, 두 광섬유 (130) 는 발광기 (120) 로부터 방출된 광선을 핸드피스 (140) 로 전달하는데 쓰인다. 대안으로, 다른 광학적 전달 메커니즘 (130) , 예컨대, 거울이나 도파로가 발광기 (120) 에서 핸드피스 (140) 의 근단으로 광선을 유도하는데 사용될 수 있다.

도 2 를 참고하여, 핸드피스 (140) 의 하우징 (142) 은 피부치료를 하는 동안 사람 손으로 잡기 편리하도록 일반적으로 단일 장치이다. 핸드피스 (140) 의 하우징 (142) 의 모양은 치료중 핸드피스를 조절하기 위한 광범위한 운동을 제공한다. 하우징 (142) 은 Kydex와 같이 가벼운 플라스틱으로 만들어지고, 피부조직치료에 사용되는 광학적 기기와 전기적 기기를 포함하고 있다. 하우징 (142) 은 광선 출구단부 (134) 근처의 광섬유 (130) 에 연결되어 있고, 하우징 (142) 을 통해 광선이 유도되게 하고 하우징 말단부의 핸드피스 출구 (148) 로부터 전송되게 하는 구조를 포함하고 있어서, 광선이 대상지점 (150) 으로 전파될 수 있다. 가장 효과적인 치료를 위해서, 출구 (148) 에서 전송된 광선을 출구 (148) 의 표면에 실질적으로 직각으로 유도하고 지시하는 것이 바람직하다.

핸드피스 (140) 는 광섬유 (130) 에 광학적으로 결합하고 있는 광소자 (160) 를 더 포함한다. 광소자 (160) 는 광섬유 (130) 로부터 광학적 에너지를 대상 지점 (150) 으로 유도한다. 바람직한 실시예에서, 광소자 (160) 는 광학적 에너지를, 섬유 (130) 에서 대상지점 (150) 내의 하나 이상의 치료부위로 전송된 광선의 초점을 맞추고 조준함으로써 대상지점 (150) 으로 유도한다. 광소자 (160) 는 거울, 광학렌즈 또는 광학창과 같은 하나 이상의 광소자를 이용하여 실행된다. 대체로, 비탈격(non-ablative) 치료를 위해서 대상지점 (150) 의 줄간격은 약 0.5 cm 내지 2.0 cm 로 정해져 있다.

광소자 (160) 는 미세한 치료패턴과 치료부위의 밀도를 제어하도록 형성되어 있다. 아래에서 더 자세히 논의되겠지만, 전체 치료된 조직지점을 횡단하는 치료부위의 실질적으로 일정하게 소정의 패턴과 밀도는 광소자 (160) 를 제어함으로써 실행된다. 대표적 치료패턴은, 분리된 치료부위 점반경(다시 말하자면, 빔의 1/e 위치에서 또는 빔의 반치전폭(FWHM)의 위치에서, 통상적으로 조직의 표면에서)은 500 micron 미만, 그리고 바람직하게는 250 micron 미만, 더 바람직하게는 100 micron 미만, 핸드피스가 조직지점을 지날 때마다 ㎠ 당 약 100 치료부위 내지 ㎠ 당 2000 치료부위의 치료 밀도, 약 75 micron 초과의 구분된 치료부위에서 치료되지 않은 및/또는 무사한 조직으로 분리, 대체로 조직면에 수직인 원통의 축(또는 타원체의 주축)을 가진 실질적인 원주형(또는 타원체) 치료부위를 포함한다. 본 발명의 실시예는 2004년 7월 9일 출원되고, 여기에 참고된 "피부의 편광 치료의 방법과 장치"라는 공동특허출원에 기재된 바와 같이 다른 치료패턴과 차원으로 실시된다.

핸드피스 (140) 는 편향기 (146) 를 더 포함한다. 편향기 (146) 는 거 울, 프리즘, 격자, 회절성 광소자, 홀로그램 등과 같은 치료를 위해 소정의 파장의 광선을 편향하는데 적합한 광소자이다. 편향기 (146) 는 광소자 (160) 에서 전송된 광선을 수정하기 위해서 광소자 (160) 에 작동되게 연결되어 있다. 편향기 (146) 는 제어신호에 따라 구동기 (145) 에 의해 이동하도록 하우징 (142) 내에 장착되어 있는 것이 바람직하다. 구동기 (145) 는 편향기 (146) 의 위치를 원하는 치료강도와 패턴에 따른 위치로 조절하기 위해 작동한다. 구동기 (145) 는 패턴이 일정하고 연속적인지 비연속적인지를, 광선을 수정하기 위한 제어기 (200) 에 의해 실시간으로 제어되고 미세한 치료는 대상지점 (150) 을 통과하는 일정한 방법으로 핸드피스 (140) 로부터 전달된다. 어떤 실시예에서는, 광소자 (160) 와 구동기 (145) 는 전달 시스템의 일부이다. 예를 들어, 그런 실시예의 전송 파라미터는 치료광선 크기와 모양, 핸드피스로부터 치료광선의 출구각도, 개구수, 초점거리, 스캐너 속도, 스캔 방향, 치료패턴 등을 포함한다. 주어진 치료를 위한 치료지점에서 구분된 치료부위의 패턴과 구분된 치료부위의 치수는 대체로 주어진 실시예의 광학적 시스템과 전달 시스템에서 사용되는 광학적 작동 파라미터와 전송 파라미터의 결합에 의해 부분적으로 정의된다.

도 3 을 참고하여, 최고의 치료결과를 얻기 위해서, 핸드피스 (140) 는 소망하는 패턴으로 광선의 초점을 맞추도록 계산된 대상지점 (150) 으로부터 소정의 거리에 위치되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 광섬유 (130) 에서 보내진 광선은 핸드피스 (140) 의 광학기기를 통해서 전송되고 광소자 (160) 에 의해 초점이 맞춰진다. 핸드피스는 대상지점 (150) 에서부터 핸드피스 출구 (148) 에서의 광선이 대상지점 (150) 에서 소망하는 깊이로 초점이 맞춰지는 거리에 위치된다. 추가적으로, 핸드피스는, 바람직하게는 대략적으로 약 0.5 ㎝/s 내지 약 10 ㎝/s, 더 바람직하게는 약 2 ㎝/s 내지 6 ㎝/s, 실질적으로 일정하게 또는 가변속도로 움직이고, 대상지점에 실질적으로 직각으로 광선이 전송되도록 하는 위치를 잡는다.

치료중 움직이는 핸드피스의 위치 파라미터, 예컨대, 거리, 속도, 그리고 대상지점에 따른 각도가 변하면, 소정의 투여량은 이 발명에서 설명된 피드백에 의해 유지된다. 보기로서, 비탈격(non-ablative) 치료를 위해 소망하는 투여량은, 약 5 J/㎠ 내지 약 2000 J/㎠, 바람직하게는 약 150 J/㎠ 내지 약 1000 J/㎠ 레벨으로 유지된다. 위치 파라미터가 변할 때, 전송된 치료의 투여량, 밀도, 패턴은 소정의 레벨로 유지된다. 소정의 치료 파라미터의 유지는 제어기 (200) 에 의한 장치 (100) 의 작동 파라미터의 조절로 실행된다.

구체적으로, 광선이 대상지점으로 전해지는 각도를 바꾸고 치료레벨에 영향을 미치는 치료광선의 광투시의 깊이에 영향을 미치기 때문에, 대상지점 (150) 에 대한 핸드피스 (140) 의 각도변화는 치료 투여량에 중요한 영향을 미친다. 치료레벨의 변화는 광선의 광전력을 조절함으로써, 핸드피스 출력창 (155) 의 온도 변화의 결합으로 실질적으로 보상될 수 있다. 예를 들어, 핸드피스 출력창은 피부의 온도 이상으로 가열될 수 있다. 출력창이 대상지점 (150) 과 접촉하면, 피부를 가열하고 그리고 원하는 치료온도를 위해 피부를 가열하는데 필요한 광학적 에너지의 양을 줄이게 된다.

다른 예에서, 대상지점 (150) 에 적용되는 치료의 투여량은 의사의 손 속도 의 변화와 반대로 변한다. 치료중 대상지점에 대한 빔의 속도가 증가하면, 전송된 치료의 투여량은 반대로 감소한다. 따라서, 핸드피스의 손 운동의 부정확은 치료 균일성을 파괴하고 치료의 안전성과 효과에 불리한 영향을 미치는 예상치 못한 투여량의 변화를 일으킨다. 본 발명의 어떤 실시예는 제어기가 광선의 광전력이나 다른 작동 파라미터들을 조절함으로써, 및/또는 전달 시스템 파라미터(예컨대, 탐색속도, 빔 형상과 크기, 출구각 등)를 바꿈으로써 치료 균일성의 변화를 보상하도록 한다. 핸드피스 속도 변화를 보상하는 것은 운동에 의한 치료부위의 흐릿함을 피하는 것을 포함한다. 그러한 "디블러링(de-blurring)" 은 아래의 다양한 실시예에서 더 자세하게 기술된다.

도 4 를 참고하여, 그래프는, 속도, 거리, 및 대상지점에 대한 위치와 같은 위치 파라미터와 치료속도의 결과변화 사이의 상호관계를 나타낸 것이다.

도 4a 는 발광기 (120) 가 맥동광으로 광선을 방출할 때 창치 (100) 에 의한 치료를 나타낸 것이다. 이 장치에서, 치료 투여량은 치료의 선형 mm 당 펄스 수에 비례한다. 핸드피스는 대상지점의 표면에 평행하게 움직이기 때문에, 일정한 치료 투여량을 유지하기 위해 펄스 수는 대상지점 (150) 에 대한 핸드피스의 속도에 비례해야 한다. 아래 곡선 (300) 은 핸드피스 속도가 5 내지 80 mm/s 일 때 선형 mm당 10펄스의 치료 투여량을 나타낸 것이다. 핸드피스 속도가 5 mm/s 이하로 내려가면, 치료 투여량의 큰 속도변화를 일으키는 감시회로의 잡음을 방지하는 안전특성 때문에, 선형 mm 당 펄스 수는 0 으로 감소될 수 있다. 위의 곡선 (310) 은 핸드피스 속도가 5 내지 50 mm/s 일 때, 선형 mm당 20 펄스의 투여량을 나타낸 것이다.

핸드피스 속도와 치료 투여량의 상호관계는 도 4b 에 나타난다. 도 4b 에서, 아래의 치료 투여량 반응곡선 (320) 은 도 4a 의 아래 곡선 (300) 에 명시된 치료 파라미터에 따른 처리로 생긴 치료 투여량에 따른 것이다. 유사하게, 도 4b 에서, 위의 치료 투여량 반응곡선 (330) 은 도 4a 의 위 곡선 (310) 에 의해 명시된 치료 파라미터에 따라 처리로 생긴 치료밀도에 따른 것이다.

도 4a 와 도 4b 를 참고하여, 그래프는 선형 mm 당 20 펄스의 투여량에서 핸드피스 속도 50 mm/s 로 소정의 치료 투여량이 유지 되도록 충분한 광전력을 방출하지 못하는 발광기 (120) 를 나타낸 것이다. 핸드피스의 최고속도 (340) 는 소정의 치료 투여량 파라미터가 유지될 수 없는 상한값으로 정의된다. 도 4a 와 도 4b 를 참고하여, 선형 mm 당 0 내지 20 펄스의 소정의 투여량 범위에서 50 mm/s 가 최고속도 (340) 로 된다.

도 5a 는 발광기 (120) 가 연속파로 광선을 방출할 때 장치 (100) 에 의한 치료를 나타낸 것이다. 이 장치에서, 치료 투여량은 대상지점 (150) 에 쌓이는 광선으로부터 치료의 선형 mm 당 광 에너지에 비례한다. 핸드피스는 대상지점의 표면에 평행하게 움직이는 동안, 일정한 치료 투여량을 유지하기 위해 발광기 (120) 에서 보내진 광 에너지는 대상지점 (150) 에 대한 핸드피스의 속도에 비례해야한다. 연속파 치료속도 곡선 (350) 은 핸드피스의 속도가 1 내지 80 mm/s 일 때 선형 mm 당 1 J 의 치료 투여량을 나타낸다. 핸드피스의 속도가 1 mm/s 이하로 내려가면, 치료 투여량의 큰 변화를 일으키는 감시회로의 잡음을 방지하는 안전특성 때문에, 선형 mm 당 지점의 수는 0 이 된다.

핸드피스 속도와 치료 투여량 사이의 상호관계는 도 5b 에 나타나 있다. 도 5b 에서, 연속파 치료 투여량 반응곡선 (360) 은 도 5a 의 연속파 치료속도 곡선 (350) 에 명시된 치료 파라미터의 처리로 생긴 치료 투여량에 따른 것이다. 최고속도는 도 5a 와 5b 의 핸드피스의 속도의 범위 그래프에 나타난 최고 핸드피스 속도와 같거나 그 이상이기 때문에, 최고 속도 (340) 는 도 5a 에 나타나지 않는다.

따라서, 도 4a 와 5a 에 나타난 작동방식하에서, 핸드피스 속도가 최고속도 (340) 이하로 내려가면, 핸드피스의 위치 파라미터의 변화에 기초한 장치 (100) 의 작동 파라미터의 적절한 선택에 의해서 조직치료의 균일성이 유지될 수 있다.

도 1 과 도 6 을 참고하여, 핸드피스 (140) 는 핸드피스 (140) 의 위치 파라미터의 변화 검출을 편리하게 하기 위한 검출기 (170) 를 포함한다. 검출기 (170) 는 대상지점 (150) 의 이미지를 반복적으로 촬영하기 위한 이미지 획득센서 (180) 와 움직이는 핸드피스 (140) 의 가변 위치 파라미터를 실시간으로 해석하기 위한 화상처리소자 (190) 를 포함한다.

센서 (180) 는 핸드피스 (140) 의 운동을 양적으로 측정하는 광학적 항법장치이다. 광학적 항법기술의 기본적인 작동원리는 도 6 에 나타나 있다. 발광 다이오드 (182) 는 핸드피스 (140) 아래의 조직표면을 비춘다. 대상지점 (150) 에서 미세 조직형상이 반사되도록 광선은 치료된 표면에서 수렴렌즈 (184) 에 의해서 수렴된다. 표면에서 산란되고 수렴된 광선은 위치센서 (180) 에서 이미지를 형성하기 위해 수렴렌즈 (186) 로 다시 초점이 맞춰진다. 센서 (180) 는 핸드피스 (140) 의 운동에 따라 고속으로 치료된 지점을 연속적으로 촬영한다. 센서 (180) 의 사진 촬영속도는 연속사진이 중복될 정도로 충분히 빠르다. 센서 (180) 의 연속사진은 화상처리소자 (190) 로 보내진다. 대상지점과 수렴렌즈 (186) 사이의 센서 (180) 의 광로는 광투시창 (155) 을 포함한다.

화상처리소자 (190) 는 센서 (180) 에서 촬영된 연속사진을 해석하기 위한 광학적 항법엔진을 사용하는, 프로그램 가능한 디지털 컴퓨터이다. 화상처리소자 (190) 는 사진들 사이의 일반적인 특성을 확인하기 위한 광학적 항법엔진의 화상정보처리 알고리즘을 사용하도록 고안된다. 두 연속적인 사진의 차이는 두 연속적인 시간에 대상지점 (150) 에 대한 핸드피스 (140) 의 위치, 속도, 거리의 변화에 따른 것이다. 바람직하게, 제어기 (200) 는 검출기 (170) 에 의해 측정된 하나 이상의 위치 파라미터의 설정에 기초를 둔 피부치료에 적합한 조건을 결정하는 규칙의 설정을 저장한다. 규칙의 설정은 치료의 특별한 종류와 관련 또는 특별한 환자를 위해 고안된 치료와 관련해서 저장되어 각 환자들은 다른 치료조건을 가질 수 있다. 그 규칙은 위치 파라미터의 측정값의 하나 이상의 변화에 기초해서 계산된 가변 작동 파라미터로 표현된 규칙을 포함한다. 또한 그 규칙은 위치 파라미터의 상계와 하계를 포함하고, 가변 작동 파라미터가 수용가능한 한계값을 초과하거나 미만인 경우의 결과값을 포함한다. 그러한 상계의 예는 도 4a 와 도 4b 에 나타난 최고속도 (340) 이다. 다른 위치 파라미터의 다양한 변화에 기초한 같은 작동 파라미터를 만드는 규칙은 핸드피스 위치 파라미터의 다변화 해석를 제공하기 위한 불린 논리 연산자에 의해 결합 될 수 있다.

제어기 (200) 로부터 가능한 결과는 "작동" 모드와 "정지" 모드를 시작하는 것을 포함한다. 아래에서 자세히 논하겠지만, "작동" 모드에서, 치료는 계속되고, 장치 (100) 의 작동 파라미터는 핸드피스 작동 파라미터의 변화를 나타내는 신호에 따라 실시간으로 감시된다. "정지" 모드에서, 제어기 (200) 는 치료의 계속이 위험하거나 비효과적으로 되는 치료조건의 중요한 변화를 검출함에 따라 장치 (100) 의 모든 작동을 즉시 정지한다. 구체적으로, 하한값을 초과하지만 상한값 이하의 투여량 레벨의 치료는 허용된다. 상한값을 초과하거나 하한값 이하의 투여량 레벨의 치료는 장치 (100) 의 정지를 명한다.

장치 (100) 에서 사용되는 검출기 (170) 의 구체적인 예는 캘리포니아의 팔로 알토(of Palo Alto, California)에 있는 에이질런트 테크놀로지사(Agilent Technologies, Inc)가 만든 광학적 항법 센서, 그리고 특히 ADNS 2600 광학적 항법엔진 시리즈이다. 광학적 항법엔진(다시 말하면, 화상처리소자 (190)) 는 광학적으로 2300 회/초 이상의 연속표면 사진을 획득함으로써, 최대 400 회/인치 와 12 인치/초 이상의 핸드피스 운동의 방향과 크기를 수학적으로 결정함으로써, 핸드피스 위치의 변화의 측정을 한다.

전 단락에서 설명된 것과 같이 광학적 항법 센서가 검출기 (170) 로 사용된다면, 어떤 경우에는 광학적 항법 센서의 대비를 향상시키는 효과를 가진 물질을 대상지점 (150) 에 첨가함으로써 이 검출기가 더 완벽해질 수 있다. 예를 들어, 그러한 대비향상 물질은 소립자, 현탁물, 콜로이드, 에멀젼, 용액을 포함한다. 대비향상 물질로 사용되는 미립자의 예는 핸드피스로 치료하기 전에 피부를 색칠하거나 표시함으로써 피부에 퍼지게 하는 잉크 미립자이다. 어떤 실시예에서는 탄소 미립자나 형광 미립자와 같은 미립자가 사용된다. 더 구체적인 예로, 캘리포니아의 팔로 알토(of Palo Alto, California)에 있는 릴라이언트 테크놀로지사(Reliant Technologies,Inc)가 만든 옵티가이드 블루(OptiGuide Blue) 염료가 대비향상 물질로 사용된다. 대비향상 물질은 단지 문맥적으로만 사용되는 것이 아니라, 주로 흡수대상이나 치료를 위한 발색단 또는 특징적인 파장으로 사용되고, 이미 치료된 지점을 보여주는 의미로 주로 사용된다. 빛의 흡수나 반사 때문에 대비향상 물질은 효과적이다. 피부는 일반적으로 가시광선 파장을 반사해서, 밝은 파장을 잘 흡수하는 대비향상 물질은 쉽게 식별된다. 대안으로, 밝은 파장의 피부보다 더 잘 반사하는 대비향상 물질이 사용은 또한 식별력을 개선한다.

염료, 잉크, 미립자, 용액 등과 같이 치료파장을 흡수하지는 않지만 검출계에 의한 치료면의 시각대비를 증가시키는 대비향상 물질의 사용은 검출기가 치료의 안전과 신뢰를 번갈아가며 개선하는 높은 잡음률(SNR)과 후에 양호한 표면 품질값(SQUAL)을 검출하도록 한다. 다른 염료는 다른 시각효과를 가진다. 예를 들면, 시안블루(FD&C Blue #1)를 포함하는 염료는 환자에게 부자연스럽고, 어떤 종류의 피부에는 치료 후에 얼룩을 생기게 할 수 있고, 결국 바람직할 때보다 치료 후에 더 많은 세척이 필요하게 된다. 어두운 피부에서는 흑색소 무늬의 존재로 쉽게 검출되기 때문에, 어두운 종류의 피부에는 적색 LED(610nm-650nm)를 이용해서 밝은 피부보다 높은 SQUAL 값을 가져야 한다.

대비향상 물질은 검출 시스템에서 쓰이는 빛의 파장과 피부색에 근거해서 선택되어야 한다. 따라서, 검출 시스템에서 적색 LED는 청색이나 흑색의 염료, 잉크 또는 미립자를 조직표면에 적용함으로써 검출감도를 높인다. 황색 염료, 잉크나 미립자와 함께 사용되는 청색 LED는 향상된 대비를 제공한다. 예를 들면, 실리콘 마우스 검출칩과 결합된 오렌지-적색 LED는 청색염료에서 잘 작동한다. 상기에서 설명했듯이, 청색염료는 약간의 문제점이 있다. 하지만, 밝은 청색염료에 적색과 황색염료를 첨가함으로써, 결과는 시각에 혼란을 적게 주는 갈색이고, 치료 후 제거될 때, 환자가 비교적 정상의 피부색으로 보이게 하기 위해 완전한 제거가 필요 없다. 사실은, 염료의 적절한 구성은 잔여물이 전혀 없거나, 본래 염료혼합물과 유사한 잔여물 비율, 치료 후 홍반과 섞인 적색 잔여물이나, 치료 후 생긴 홍반을 덮는데 도움을 주고 치료 후 덮이는 화장처럼 작용하는 옅은 녹색 잔여물을 허용한다. 적색과 황색의 첨가는 피부에서 피문형 주름을 늘리거나, 검출기가 초점검출 그리고 속도나 위치검출의 목적으로 식별하는 반점 얼룩무늬를 생성하는 도포구로 적용될 때, 대비는 주로 청색염료 농도와 염료 농도의 변화에 의해 주로 결정되기 때문에, 적색과 황색의 첨가는 자동센서의 작동에 방해가 되지 않는다. 적색과 황색 LED의 사용은 또한 로보틱 뷰에 감색소를 첨가하지 않는다. 다시 말하자면, LED의 빛에서 보이는 피부색은 순청색 염료 또는 갈색 염료이다. 사람 눈의 넓은 분광광도는 청색 대 갈색으로 다르게 확인한다. FD&C Blue #1, FD&C Red #40, FD&C Yellow #5, FD&C Yellow #6, D&C Red #22, 및 D&C Red #33 등과 같은 염료가 사용된다.

염료는 또한 타켓팅 메커니즘으로서 잘 사용된다. 예를 들면, 다리의 모세혈관 확장증 또는 거미모양 정맥을 치료하는데, 큐팁(Q-tip) 또는 유사한 도포구는 대상 및/또는 덮여진 각질층에 착색을 함으로써 대상을 착색하는데 사용되어 왔다. 주의하여 적용되고 염료는 대상을 대응시키는데에 필요하다면 조절될 수 있기 때문에, 치료는 빠르고 정확하다. 게다가, 혈관의 기장을 따라서 더 긴 치료경로는 움직이는 혈액을 데우고 그로부터 냉각효과를 제거하는데 도움을 준다. 혈관에 직각방향으로의 치료도 사용된다. 접점 끝에 적용되는 혈압은 혈관병소나 혈관을 치료하는데 도움이 된다. 더 어두운 피부의 경우에, 두 염료 - 로봇 시스템을 유발하는 하나의 염료와 고의로 SQUAL 값을 감소시킴으로써 작동을 멈추게 하는 다른 하나의 염료 - 는 좀더 효과적인 치료를 제공한다. 복합염료는 의도된 결과와 치료 및/또는 사용되는 검출계에 의존하는 어떤 피부나 색깔에도 사용될 수 있다.

이미징 파장은 흡수하고 치료파장은 투과하는 형광 염료가 대비향상 물질의 다른 예이다. 정상상태 형광은 광센서 배열이 그 지점에서 가장 민감하기 때문에 근적외선 스펙트럼에서 특히 이미징 시스템의 SNR을 개선한다. 형광의 첨가는 높은 조명전원의 소요를 줄인다. 하지만, 이것은 조명과 형광파장에서 색수차를 최소화하는 화상으로 혼합하는 광학적 시스템 고안을 포함한다. 염료는 무독성이어야 하며, 특유한 치료온도(다시 말하면, 약 110℃ 이하의 온도)에서 표백해서는 안 된다.

염료, 잉크, 용액 또는 현탁물과 같은 대비향상 물질을 사용하는 실시예에 서, 대비향상 물질의 적용은 면봉이나 다른 도포구와 함께 피부에 물질을 적용함으로써 간단하게 이루어진다. 고르게 바르는 것과 마르도록 하는 것이 모든 경우에 요구되는 것은 아닐지라도, 그 물질은 전형적으로 고르게 바르고 마르도록 남겨둔다. 이 과정은 화상의 대비를 증가시키기 위해 물질을 침투시키거나 축적시키는 본래 피부의 불규칙성과 주름을 사용한다. 대체로, 일반적으로 적은 물질이 피부의 평평한 지점에 잔류하면서, 물질의 두터운 층이 주름살 내에 잔류한다. 물질착색은 이미지화되는 피부의 본래 특성과 관찰된 대비를 증가시키는 것으로, 무작위적고, 고르지 못하며, 불규칙적으로 나타난다. 상대적 위치와 속도값은 이런 간단한 과정으로부터 구해진다. 그 기술은 피부에서 일반적인 패턴이나 그래픽의 배치가 유용하게 되는 것을 요구하지 않는다. 핸드피스 또는 치료될 조직으로 보내진 치료 방사선 성분의 상대적 위치나 속도 시스템의 검출는 하나 이상의 시스템의 태양을 제어하는데 사용된다. 방사선을 방출하는 핸드피스나 소자는 조직과 접촉하고 있거나 접촉하고 있지 않다. 광학적 시스템 및/또는 스캐닝 시스템은 초점깊이, 광선 방향, 광선 형태나 크기, 검색속도, 다차원 스캐닝 시스템을 위한 스캐닝 방향과 같은 파라미터의 변화에 따라 바뀐다. 더 구체적으로, 치료부위의 디블러링(de-blurring)은 핸드피스의 속도 변화에 따른 하나 이상의 파라미터를 바꿈으로써 이루어진다. 예를 들면, 스캐닝 속도 및/또는 광선 형태와 방향은 조직에 대한 핸드피스의 운동을 보상하기 위해 바뀌며, 그런 파라미터들은 핸드피스의 속도의 변화에 따라 바뀌는 것이 바람직하다. 예를 들어, 핸드피스가 조직위를 더 빠르게 움직이면, 운동에 맞추기 위해 시스템에서 스 캐닝 소자의 스캐닝 속도는 증가한다. 대안으로, 핸드피스가 움직이는 동안 광학적 시스템은 소망하는 시간의 주어진 치료부위에서 치료광선을 유지하기 위해 바뀐다. 스캐닝 시스템은 검류계, 압전소자, 기계적 스캐닝 소자, 멤스(MEMS), 나노기술, 회전거울이나 광학소자, 홀로그래픽 소자, 회절 소자, 음향광학 소자 등을 포함한다.

대안으로, 캘리포니아의 서니베일(of Sunnyvale, California)에 있는 베르디컴사(Veridicom, Inc.)가 만든 정밀한 실리콘 센서인 5센스-유에스비 시리즈(5thSense-USB series)와 같은 용량성 센서배열은 핸드피스의 위치 파라미터의 변화를 검출하는데 사용된다. 용량성 센서배열에서, 센서의 표면은 500 디피아이 피치(dpi pitch)에서 감지회로를 갖춘 90,000개의 축전기판의 배열을 가진 실리콘 칩으로 구성되어 있다. 용량 센서판은 칩을 향해서 누르는 대상 조직지점의 봉우리와 계곡으로 된 8비트의 이미지를 만든다. 이 정보는 균일한 이미지 형판으로 되는 2 가지 형태로 해석되고 변환되는 비디오 이미지를 만들기 위해서 비디오 신호로 변환된다. 형판에서의 변화는 대상지점 (150) 에 대한 핸드피스 (140) 의 위치의 변화에 따른다. 고속 광학적 항법 검출기는 핸드피스로 일괄하는 것이 더 쉽고 핸드피스 위치 파라미터의 측정값이 바람직하다.

장치 (100) 에 이용되는 검출기 (170) 의 다른 예는 치료되는 조직에 대한 핸드피스의 속도를 실시간으로 측정하는 가속도계이다. 그러한 가속도계의 예는 메사추세츠의 노우드(of Norwood, Massachusetts.)에 있는 아날로그 디바이스(Analog Devices) 가 만든 ADXL202/ADXL210 iMEMS 가속도계이다. 대체로, 가 속도계로부터의 신호는 장치의 가속의 지표를 제공한다. 그러한 가속신호는 장치의 속도를 제공하기 위해서 적분함수를 이용하는 프로세서나 DSP에 의해 처리된다. 본 발명의 다른 실시예는 장치의 상대적 위치나 운동을 결정하기 위한 외형분석 검출기를 포함한다. 게다가, 유사한 함수(다시 말하면, 운동, 위치, 속도, 가속 등을 결정)로 실행되는 다른 실시예는 상대적 위치, 속도 및/또는 가속을 결정하기 위한 멤스(MEMS), 마이크로 기계적 광학 장치, 또는 나노기술 장치를 포함한다.

앞서 언급했듯이, 장치 (100) 의 작동 파라미터를 제어해서 치료를 하는 동안 대상지점 (150) 에서 치료 투여량이 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. 유리하게도, 장치 (100) 는 치료 투여량의 변화의 원인인 핸드피스 위치 파라미터 변화의 특성화 그리고 치료의 개선된 일관성, 안정성, 그리고 효율성을 위해 장치 (100) 의 작동 파라미터를 실시간으로 제어하는 제어기에 의해 실행되는 연산의 알고리즘 출력의 사용에 따른다.

도 4b 와 5b 에 나타난 그래프에서, 핸드피스 위치 파라미터의 변화에 따라 장치 (100) 의 작동 파라미터를 감시함으로써, 대상지점 (150) 의 전역에 걸친 치료 시간을 통해 소망하는 레벨에서 실시간으로 치료 투여량이 유지될 수 있다. 구체적으로, 아래서 설명되었듯이, 장치 (100) 를 이용함으로써, 핸드피스의 어떤 하나 이상의 작동 파라미터(예컨대, 광학적 작동 파라미터와 전달 시스템 파라미터)의 조절은 어떤 하나 이상의 위치 파라미터의 변화에 따라 실행된다. 장치 (100) 는 사람 손 운동의 비정밀성을 실시간으로 보상할 수 있고, 그로 인해서 조직치료는 더 큰 균일성, 안정성과 효과로 소정의 레벨에서 대상조직에 전달될 수 있다.

도 1 로 돌아가서, 장치 (100) 는 유리하게도 감지된 핸드피스 위치 파라미터 변화에 따라 광선의 작동 파라미터의 범위를 실시간으로 조절하기 위한 제어기 (200) 를 포함한다. 제어기 (200) 는 명확한 디지털 출력을 받기 위해 검출기 (170) 에 연결된 통상 목적의 프로그램 가능한 디지털 컴퓨터이다. 제어기 (200) 는 핸드피스 위치 파라미터의 변화를 실시간으로 시험하기 위해서,위치 파라미터를 디스플레이 모니터(나타나 있지 않음)에 표시하기 위해서, 측정값을 저장하기 위해서, 치료기준 논리를 작동 파라미터의 필수적인 조절을 결정하는 측정된 신호에 적용하기 위해서, 그리고 치료가 계속되는 동안 하나 이상의 작동 파라미터 조절을 실행하기 위해서 프로그램될 수 있다. 치료논리를 위한 가능한 기준은 대상지점 (150) 에 대한 핸드피스의 위치나 속도변화, 대상지점 (150) 에 대한 핸드피스의 각도변화, 대상지점 (150) 으로부터 핸드피스의 거리변화, 또는 그것들의 결합을 포함한다.

제어기 (200) 는 검출기 (170) 로부터의 작동 파라미터의 변화를 나타내는 신호를 받고 처리하고, 신호를 해석하고, 적절한 작동 파라미터의 결정을 요하는 신호를 전송하는, 그리고 작동 파라미터를 나타내는 신호의 조절을 실행하는 인터페이스 장치 (210) 를 포함한다. 인터페이스 장치 (210) 는 검출기 (170) 로부터의 신호를 표준화 또는 증폭시키는 아날로그 처리회로(나타나 있지 않음)와 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그에서 디지털 변환기(나타나 있지 않 음)를 포함한다. 인터페이스 장치 (210) 는 조직치료의 초기 작동 파라미터를 선택하고 새로운 적절한 작동 파라미터를 생성하는 장치 (100) 의 구성요소를 실시간으로 조절 가능하게 하는 장치 (100) 의 구성요소, 즉, 전원 (110), 발광기 (120), 그리고 구동기 (145) 에 작동가능하게 결합 되어있다.

제어기 (200) 는 인터페이스 장치 (210) 로부터 치료 투여량의 변화를 나타내는 신호에 따라 소망하는 작동 파라미터의 설정을 정하기 위한 프로세서 (202) 를 더 포함한다. 프로세서 (202) 는 마이크로 프로세서, ASIC, DSP, 제어기 또는 소망하는 작동 파라미터를 결정하는데 적합한 다른 처리수단에 의해 실시된다. 인터페이스 장치 (210) 로부터 신호를 받으면, 프로세서 (202) 는 적절한 작동 파라미터의 새로운 설정을 결정한다. 발광기 (120) 를 위한 작동 파라미터의 예는 광전원, 펄스 반복률, 펄스 에너지, 펄스 주기 및 파장이다. 다른 작동 파라미터의 예는 핸드피스 온도, 핸드피스 진동세기, 핸드피스 진공흡입 활성화, 구동기 (145) 운동 속도, 그리고 구동기 (145) 운동패턴이다. 프로세서 (202) 는 특정한 작동 파라미터를 계산하는 계산수단(나타나 있지 않음)을 포함하거나, 이 발명의 소프트웨어를 이용하는 소망하는 치료를 위한 최적의 작동 파라미터에 계통적으로 도착하게 하는 신경 회로망과 퍼지논리 기술에 기초를 두고 있다. 대안으로, 측정된 위치 파라미터나 치료 투여량으로 주어진 소정의 치료를 위한 작동 파라미터를 만드는 메모리 룩업 테이블(memory look-up table)을 포함하고 있다. 메모리 룩업 테이블(memory look-up table)은 검출기 (170) 로부터의 신호값과 일치하는 데이터 설정과 소망하는 작동 파라미터와 일치하는 값을 제공한다. 따 라서, 제어기 (200) 와 관련된 발명의 소프트웨어는 프로세서 (202) 가 핸드피스 위치 파라미터의 함수로 장치 (100) 의 작동 파라미터의 실시간 맵핑(mapping)을 실행하게 하고 인터페이스 장치 (210) 에 소망하는 작동 파라미터의 설정을 출력하게 한다.

제어기 (200) 에 의해 결정된 새로운 작동 파라미터는 인터페이스 장치 (210) 를 통해 장치 (100) 의 구성요소에 전해진다. 구체적으로, 인터페이스 장치 (210) 는 전원 (110) 과 연결되어 있다. 인터페이스 장치 (210) 는 전원 (110) 이 검출기 (170) 에서 받은 정보에 기초해서 발광기 (120) 의 출력을 증가 또는 감소시키도록 실시간으로 지령한다. 따라서, 발광기 (120) 에 의해 공급된 전력은 새로운 치료 작동 파라미터를 만들고 소정의 치료 투여량에 따른 새로운 치료속도에 영향을 미치기 위해서 핸드피스 위치 파라미터의 변화에 따라 실시간으로 조절될 수 있다.

작동시, 초기 작동 파라미터는 소망하는 조직치료에 의해서 정의되고, 데이터는 인터페이스 장치 (210) 를 경유해서 장치 (100) 의 구성요소인 작동 모드를 설정하기 위해서 들어간다. 따라서, 에너지는 전원 (110) 에 의해 만들어지고 발광기 (120) 에서 전송된 광선의 특성은 초기 작동 파라미터에 의해 특성화된다. 광선은 광섬유 (130) 를 통해서 핸드피스 (140) 로 전송되고, 소정의 조직치료를 대상지점 (150) 으로 전송하는 초기 작동 위치에서 설정되는 광소자 (160) 에 의해 초점이 맞춰진다. 핸드피스 (140) 는 의사의 손에 의해 대상지점 (150) 을 따라 이동된다.

치료 도중에 핸드피스 (140) 의 위치 파라미터가 변하면, 하나 이상의 위치 파라미터 변화로 인해 치료 투여량의 변화를 검출기 (170) 가 찾아낸다. 본 발명의 실시예에서 소프트웨어, 펌웨어 또는 고체상태의 소자를 이용하는, 검출기 (170) 는 전송된 투여량의 변화가 정해진 치료 투여량 한계값의 이상인지 이하인지를 결정한다.

검출기 (170) 는 센서 (180) 와 화상처리소자 (190) 를 써서 반복적이고 정확한 방식의 변화를 결정한다. 센서 (180) 는 대상지점 (150) 에 대한 핸드피스 (140) 의 2차원 또는 3차원 운동을 실시간으로 추적하고 해석한다. 센서 (180) 에 의해 만들어진 대상조직의 이미지는 핸드피스 위치 파라미터의 변화로 인한 치료 투여량의 편차를 산출하기 위해서 화상처리소자 (190) 에 의해 기록되고 처리된다.

편차가 상한값 이상이거나 하한값 이하이면, 장치 (100) 의 동작을 정지시키기 위해 제어기 (200) 로부터 "정지" 신호가 전송되어서, 환자가 불안전한 치료에 노출되는 것을 방지할 수 있다. 편차가 소정의 수용가능한 치료 투여량 범위 내이면, 설정된 치료 투여량으로부터 변화값을 나타내는 신호는 치료를 계속되게 한다.

제어기 (200) 의 인터페이스 장치 (210) 는 검출기 (170) 에서 받은 측정값을 저장하고, 위치 파라미터가 변함에 따라 새로운 작동 파라미터의 설정을 실시간으로 계산하기 위해서 프로세서 (202) 를 불러낸다. 이 발명의 소프트웨어를 이용하여 프로세서 (202) 는 위치 파라미터의 함수로 작동 파라미터를 필수적이고 계속적으로 갱신함으로써 작동 파라미터를 실시간으로 계산한다. 작동 파라미터의 새로운 설정을 나타내는 신호는 인터페이스 장치 (210) 로 역전송 된다.

인터페이스 장치 (210) 는 장치 (100) 의 실제 작동 파라미터를 필수적이고 계속적으로 감시하고 측정한다. 치료중, 인터페이스 장치 (210) 는 프로세서 (202) 에서 받은 작동 파라미터의 계산된 설정과 실제 작동 파라미터의 측정된 값을 실시간으로 비교한다. 하나 이상의 작동 파라미터의 측정된 값이 계산된 값과 다르다면, 인터페이스 장치 (210) 는 정해진 조직치료에 따라 전원 (110), 발광기 (120), 광소자 (160) 를 제어하도록 그 정보를 적용한다. 더 구체적으로, 인터페이스 장치 (210) 는 구성요소의 작동 방식을 실시간으로 수정하는 장치 (100) 의 구성요소로 신호를 전송한다. 그러면 구성요소는 레이저 치료를 위한 새로운 값으로 작동 파라미터를 생성하는 것이 가능하다. 작동 파라미터의 새로운 값은 가변 핸드피스 위치 파라미터에서 소정의 치료 투여량에 맞는 새로운 속도 및/또는 구성을 이룬다. 이는 전송된 투여량(다시 말하면, J/㎠ 단위의 방사노출 )과 미시적 패턴의 밀도는 불변으로 유지되기 때문에, 소정의 레벨에 거의 근접하는 치료레벨로 대상지점 (150) 에 가하는 경향이 있다.

예를 들면, 발광기 (120) 에서 전송된 광선의 파장이나 전력은 측정된 값에 따라 조절된다. 광선 다수 범위의 파장은 선택하기 위한 프로세서 (202) 의 메모리에 저장된다. 대안으로, 새로운 파장은 핸드피스 위치 파라미터의 변화로 인한 치료 투여량의 변화를 나타내는 검출기 (170) 로부터의 신호에 따라 계산될 수 있다. 치료중 실시간으로 측정된 실제 광선의 파장은 인터페이스 장치 (210) 에 의해서 프로세서 (202) 에서 제공된 파장의 저장된 값이나 계산된 값과 비교된다. 쓰이는 광선의 파장은 측정된 값과 저장/계산된 값 사이의 관계에 따른 발광기 (120) 의 계속적인 출력이나 주기를 실시간으로 조절함으로써 재설정된다. 조직치료는 정해진 치료 투여량으로 핸드피스의 새로운 위치나 속도에 알맞은 새로운 파장으로 계속된다.

본 발명에 따른 레이저를 이용한 조직치료 프로세서 (800) 의 예는 도 8 에 나타나 있다. 프로세서 (800) 는 통상적으로 파라미터 설정단계 (810), 이동단계 (820), 측정단계 (830), 평가단계 (840), 결정단계 (850), 조절단계 (860), 및 연속단계 (890) 를 포함한다. 프로세서 (800) 는 또한 초기 계산단계 (870) 와 경보단계 (880) 을 적절히 포함한다.

파라미터 설정단계 (810) 는 일반적으로, 인터페이스 장치 (210) 의 메모리로 광학적 작동 파라미터가 들어가고, 발광기 (120) 로부터 나와서 광섬유 (130) 와 핸드피스 (140) 를 경유해서 환자의 치료될 조직(다시 말하면, 대상지점 (150))으로 가도록 소정의 작동 파라미터를 가진 다수의 광선을 보내는 것을 포함한다. 치료 작동 파라미터는 레이저 전력, 광선 세기, 파장, 방출속도, 펄스율, 펄스 지속 치료, 온도 등을 포함한다. 들어온 작동 파라미터는 특정한 환자를 위해 특별히 소정의 피부치료가 광선의 적용으로부터 대상지점 (150) 으로 전송되도록 선택되는 것이 바람직하다.

이동단계 (820) 동안 핸드피스 (140) 는 대상지점 (150) 을 따라 의사의 손에 의해 움직여진다. 핸드피스 (140) 의 운동은 위치 파라미터, 예컨대, 대상 지점으로부터 속도, 거리, 그리고 대상지점 (150) 에 대한 위치에 의해 정의된다. 치료의 균일성, 안정성과 유효성의 이유로 핸드피스 (140) 의 어떤 위치 파라미터도 대상지점에 대한 핸드피스의 거리와 위치의 정확성과 함께 일정한 레벨로 유지되는 것이 바람직하고, 예컨대, 치료는 일정한 속도로 되는 것이 바람직하고, 약 10 mm/s 가 더 바람직하다. 구체적으로, 핸드피스 (140) 의 출구 (148) 는 지속적으로 대상 조직 지점 (150) 의 표면에서부터 일정한 거리에 위치되어야 하고, 핸드피스는 출구 (148) 와 거의 직각으로 광선이 전달되도록 위치되어야 한다. 이동단계 (820) 동안 수작동의 부정확성 때문에 핸드피스 위치 파라미터가 변하면, 변화는 치료 투여량과 분리된 치료부위의 미세한 패턴의 변화에 기인한다.

측정단계 (830) 에서, 하나 이상의 위치 파라미터의 변화는 치료가 계속되는 동안 실시간으로 감지되고 측정된다. 변화가 생기면, 검출기 (170) 에 의해 감지되고 기록된다. 검출기 (170) 는 센서 (180) 와 화상처리소자 (190) 를 이용해서 반복적이고 정확한 방법으로 위치 파라미터의 변화를 결정한다. 센서 (180) 는 핸드피스 (140) 의 운동을 실시간으로 해석하고 화상처리소자 (190) 에 의해 기록되고 처리되는 다수의 이미지를 생성한다. 화상처리소자 (190) 는 실시간 맵핑(mapping) 과정으로 핸드피스 위치 파라미터의 변화를 결정하고, 이로부터 제어기 (200) 에 의해 핸드피스 작동 파라미터의 변화를 결정한다. 구체적으로, 예를 들어, 측정단계 (830) 에서, 검출기 (170) 는 핸드피스의 최대 허용속도와 같은 각 위치 파라미터의 상한을 초과하지 않도록 핸드피스의 운동을 측정하는데 사용된다. 최대 허용 속도가 초과 되면, 제어기 (200) 는 부적절한 치료 를 피하기 위해서 장치 (100) 의 작동을 정지한다. 대안으로, 시각적 또는 음성적 경보음이 제어기 (200) 에 의해 의사의 부적절한 과정(단계 (880))을 경고하도록 초기화되어 있다. 단계 (830) 중에, 핸드피스 (140) 는 대상지점 (150) 에 따라 반복된 원형 경로 주변에서 측정하도록 의사의 손에 의해 적절히 움직여진다. 본 발명의 실시예에 따라서, 대상지점 (150) 의 어떠한 크기의 표면에 걸쳐 다수 측정된다.

분석단계 (840) 도중, 치료 작동 파라미터의 조절이 정당한지 결정하기 위해서 제어기 (200) 는 감지된 핸드피스 위치 파라미터의 변화의 크기를 더 분석한다. 분석된 위치 파라미터의 변화가 작다면, 치료 투여량에 대한 상기 변화의 효과가 중요하지 않으므로 작동 파라미터의 조절은 필요 없다. 치료과정은 소정의 투여량(단계 (890))으로 계속된다.

하나 이상의 위치 파라미터의 변화가 연산규칙에 의해 정해진 하한 이상이면, 방출속도, 전력 레벨, 광선 세기, 펄스율, 치료온도 등을 포함하는 광선의 새로운 작동 파라미터는 결정단계 (850) 에서 결정된다.

구체적으로, 결정단계 (850) 에서, 프로세서 (202) 의 계산수단은 검출기 (170) 의 신호에 기초한 핸드피스 (140) 의 바뀐 위치 파라미터에 따라 실시간으로 특정의 작동 파라미터를 계산하기 위한 연산방법을 사용한다. 작동 파라미터는 새로운 작동 파라미터의 실행이 소정의 조직치료가 불변하도록 유지, 또는 핸드피스 (140) 의 위치 파라미터에 기초해서 계산될 수 있는 바람직한 투여량으로 유지되도록 계산된다. 결정단계 (850) 는 검출기 (170) 에 의해서 생성된 신호를 인터페이스 장치 (210) 로 획득, 처리, 표준화 그리고 변환하는 것을 포함한다.

또 다른 실시에서, 결정단계 (850) 는 측정된 위치 파라미터나 치료 투여량의 변화로 주어진 작동 파라미터 값을 생성하기 위해서 메모리 룩업 테이블(memory look-up table)의 사용에 기초를 둔다. 메모리 룩업 테이블(memory look-up table)은 검출기 (170) 로부터의 신호값과 원하는 작동 파라미터와 일치하는 값과 일치하는 데이터 설정을 제공한다. 대안으로, 결정단계 (850) 는 소정의 치료를 위한 최적의 작동 파라미터에 계통적으로 도착하게 하는 신경 회로망과 퍼지논리 기술의 사용에 기초를 두고 있다.

조절단계 (860) 에서, 인터페이스 장치 (210) 는 프로세서 (202) 로부터 새로운 작동 파라미터를 받고, 본 발명이 가지고 있는 소프트웨어가 새로운 작동 파라미터에 영향을 미치는 전원 (110), 발광기 (120), 구동기 (145) 를 포함하는, 장치 (100) 의 하나 이상의 구성요소의 작동 모드를 실시간으로 조절하도록 한다. 변하는 위치 파라미터에서 새로운 작동 파라미터로 장치 (100) 의 구성요소를 작동하는 것은 소정의 레벨과 거의 흡사한 치료레벨은 새로운 속도로 조직치료의 전달을 고려하고, 다시 말하면, 미세한 패턴의 투여량(다시 말하면, 방사노출 J/㎠) 과 밀도는 불변으로 유지되거나 소망하는 방법으로 변하게 된다. 하나 이상의 소정의 치료 프로그램은 차후의 치료를 위해서 새로운 작동 파라미터를 실행하도록 선택된다. 장치 (100) 의 어떤 하나 이상의 구성요소는 조절단계 (860) 에서 조절된다. 조절단계 (860) 는 소정의 치료 투여량이 얻어질 때까지 반복된다.

연속단계 (890) 에서, 조직치료가 소망하는 치료 투여량으로 유지되도록, 자 동으로 제어되고 계속적으로 조절된 새로운 작동 파라미터로 대상지점 (150) 의 치료는 계속된다.

상술 된 단계 이외에도, 프로세서 (800) 는 초기 계산단계 (870) 를 포함한다. 초기 계산단계 (870) 에서, 초기 작동 파라미터는 특정한 환자를 위해 계산된다. 다시 말하면, 단계 (810) 에서 선택된 작동 파라미터는 작동 파라미터가 개별 조직특성과 특정한 환자를 위해 소정의 결과에 따라 계산되도록 하는 초기 계산 단계에 기초한다.

디블러링(de-blurring) 효과를 보상하기 위한 장치와 방법의 예를 나타내는 본 발명의 다른 실시예는 지금부터 설명된다. 상기 기술된 바와 같이, 치료 투여량 패턴의 변화없이 가변 속도로 핸드피스를 움직이게 하는 것은 본 발명의 중요한 이점이다. 사람 손에 의해 움직이는 핸드피스를 포함하는 레이저 치료 시스템에서 핸드피스의 운동에 기초한 피드백 제어가 없다면, 대체로 치료 투여량 및/또는 치료 패턴은 밀착된다. 대체로, 이는 핸드피스 운동방향에 따라 연장시켜서 치료 패턴을 퍼지게 하고 개별적으로 분리된 치료부위를 오염시키는 것을 포함한다.

핸드피스 운동의 오염효과를 중화하는 두 가지 접근방식은 광각 편차와 광 병진운동을 포함한다. 도 9 와 10a-c 는 이러한 접근방식을 나타낸 도면이다. 어떤 실시예는 이런 접근방식을 포함한다.

도 9 는 조직 (916) 에 대해 (908) 로 움직이는 핸드피스(902, 904, 906)를 도식으로 나타낸 것이다. 치료부위 (918) 는 핸드피스의 운동에 따른 치료광선 (910), (912), (914) 에 의해 치료된다. 치료 광선이 치료 광선 형태 (910) 에서 치료 광선 형태 (914) 로 변함에 따라 핸드피스 위치 #1 (902) 에서 핸드피스 위치 #3 (906) 로 핸드피가 움직이는 동안 핸드피스와 치료 광선의 세 가지 대표적인 위치를 나타낸 것이다. 따라서, 핸드피스 위치 #1 (902) 에서 핸드피스 위치 #3 (906) 로의 핸드피스의 운동을 통해 치료 광선은 치료부위 (918) 에 유도되게 한다. 핸드피스 위치 #1 (902) 에서 핸드피스 위치 #3 (906) 로 핸드피스의 운동중 치료광선은 연속파(CW)나 펄스파이다. 아래에서 더 자세히 설명하겠지만, 광학적 시스템 및/또는 전달 시스템은 광각 편차를 만들도록 제어된다. 핸드피스가 정지하고 조직 (916) 이 핸드피스에 대해 움직인다는 것이 이해하기 쉽다.

도 10a-10c 는 조직 (1010) 에 대해 (1004) 로 움직이는 핸드피스 (1002) 를 도식으로 나타낸 것이다. 치료부위 (1008) 는 핸드피스 운동에 따른 치료광선 (1006), (1012), (1014) 에 의해 치료된다. 치료광선이 치료 광선 형태 (1006) 에서 치료광선 형태 (1012) 로 변함에 따라 핸드피스 시간 T0/위치 #1 에서 핸드피스 시간 T1/위치 #2 로 핸드피스가 움직이는 동안 핸드피스와 치료광선의 세 가지 대표적인 위치를 나타낸 것이다. 따라서, 핸드피스 시간 T0/위치 #1 에서 핸드피스 시간 T1/위치 #2 로의 핸드피스의 운동중 치료광선은 치료부위 (1008) 에 유도되게 한다. 핸드피스 시간 T0/위치 #1 에서 핸드피스 시간 T1/위치 #2 로 핸드피스의 운동중 치료광선은 연속파(CW)나 펄스파이다. 아래에서 더 자세히 설명하겠지만, 광학적 시스템 및/또는 전달 시스템은 광선 병진운동을 만들도록 제어 된다. 도 9 에 나타난 광각 편차와는 달리, 광선 병진 편차 접근방식에서 치료 광선의 각은 핸드피스의 운동중 실질적으로 변하지 않는다. 광병진운동에서, 대체적으로 핸드피스 (1002) 로 부터의 광선 출구부는 핸드피스의 운동방향과 반대로 변한다. 따라서, 시간 T0/위치 #1 에서 시간 T1/위치 #2 까지 치료 광선은 제 1 치료부위 (1008) 위에 머무른다. 제 1 치료부위 (1008) 의 치료가 완료되면, 핸드피스가 시간 T2/위치 #3 에 있는 동안 치료광선 (1014) 에 의해 제 2 치료부위 (1016) 가 치료된다. 핸드피스가 정지하고 조직 (1010) 이 핸드피스에 대해 움직인다는 것이 이해하기 쉽다.

도 11a 는 광각 편차의 보기로 2축 검류계 검색 시스템을 이용하는 본 발명의 실시를 나타낸 것이다. 광선 (1106), 그리고 대표적 레이저 광선은, 그들에 경사지게 하기 위해서, 검류계 구동기를 가진 거울 (1102), (1104) 의 교차된 세트를 향하게 되어 있다. 거울 (1102), (1104) 의 교차된 세트를 나가는 광선은 거울 (1108) 에 의해 방향이 바뀌고 화상 렌즈세트 (1110) 를 지나서 조직 (1112) 으로 향한다. 거울 (1108) 이 시스템의 작동에 필요가 없고, 화상 렌즈세트 (1110) 는 형태가 다양하다는 것을 알 수 있다. 스캔 거울 (1102) 은 시스템을 통해서 광선이 구분된 치료부위, 예를 들어, (1116), (1118), (1120) 로 반사되는 축에 경사가 진다. 스캔 거울 (1102) 에 결합된 검류계(도 11a 에 뚜렷하게 나타나 있지 않음)는 조직 (1112) 에서 치료광선 (1114) 의 위치를 제어하도록 스캔 거울 (1102) 을 회전하도록 작동한다. 조직 (1112) 을 치료하는데 치료광선 (1114) 이 통과하는 핸드피스(나타나 있지 않음)는 도 11a 의 지면에 수직 방향으 로 움직여진다. 그러한 운동의 효과를 완화하기 위해서, 소망하는 치료 시간과 투여량으로 각각 구분된 치료부위(예를 들어, (1116), (1118), (1120))에서 개별적 치료광선 (1114) 이 머무르도록, 거기에 결합된 검류계(도 11a 에 뚜렷하게 나타나 있지 않음)에 의해 디블러링(de-blurring) 거울 (1104) 은 경사져 있다. 예를 들어, 핸드피스가 도 11a 의 지면에서 보는 사람을 향해 출발하면, 핸드피스의 운동에 대해 보는 사람 쪽에서 지면으로 움직이도록 치료 광선의 각을 바꿈으로써, 각각의 치료부위에 치료 광선 (1114) 이 머무르도록 하기 위해서 디블러링(de-blurring) 거울 (1104) 은 경사가 진다. 조직 (1112) 의 원근법으로부터, 치료 광선은 핸드피스가 움직이는 동안 각각 구분된 치료부위에 머무르는 것으로 단순히 나타나고, 구분된 치료부위의 제 1 세트를 위한 치료 투여의 완성시에, 치료 광선 (1114) 은 구분된 치료 부위의 다음 세트로 뛰어 넘어가는 것처럼 나타난다.

도 11a 에는 다양한 차원과 시스템 파라미터가 보기로 나타나 있다. 당업자는 이러한 보기 파라미터와 차원은 여기에 나타난 방법과 장치의 기본적 개념을 바꾸지 않고 원하는 출력과 시스템 형태에 따라 변한다는 것을 알 수 있다. 더욱이, 도 11a 의 스캔 거울 (1102) 이 요구되지 않는다는 점에서, 단일 광선 시스템은 유사하게 설정된다. 게다가, 다른 경사나 회전 메커니즘은, 예를 들어, 압전, 모터, 기계적 시스템, 멤스(MEMS) 등과 같은 검색 및/또는 오염 거울의 결합으로 사용된다. 거울은 또한 회절성 소자와 홀로그래픽 소자로 대체될 수 있다. 검색 기구는 대안으로 음향광학 소자나 전자광학 소자가 될 수 있다.

도 11b 는 도 11a 를 참고하여 상기 설명된 실시예 결과의 보기를 나타낸 것 이다. 도 11b 는 다른 속도의 핸드피스 운동으로 수정하는 것을 나타내는 구분된 치료부위((1154), (1156)) 의 두 세트를 나타낸다. 비교적 고속의 핸드피스 운동 (1130) 에서, 9개의 치료부위(예를 들어, (1134) 및 (1136))는 핸드피스((1154) 참조)의 운동방향과 수직선상에 나타난다. 세 점의 각 세트는 핸드피스에 대한 단일 치료부위를 나타낸다. 예를 들면, 단일 치료부위 (1134) 에서, 점 (1142), (1144) 및 (1146) 은 구분된 단일 치료부위 (1134) 형태와 겹친다. 핸드피스가 운동 (1130) 의 방향으로 움직일 때, 치료 광선은 점 (1142) 에서 출발하고 핸드피스 운동과 반대 방향으로 점 (1142) 에서 점 (1146) 으로 움직인다. 핸드피스 운동 때문에, 점 (1142), (1144) 및 (1146) 은 핸드피스 운동을 저지하기 위해 시공간으로 제어될 때 겹친다. 조직의 원근법으로부터, 점은 실질적으로 정확하게 겹쳐서, 구분된 단일 치료부위가 생성된다. 이 예에서, 1200 micron 디블러(deblur)는 고속에 대한 저지를 하는데 사용된다. 비교적 저속의 핸드피스 운동 (1132) 에서, 500 micron 디블러(deblur) (1156) 는 핸드피스 운동을 저지하기 충분하다. 이 예에서 구분된 단일 치료부위 (1138) 는 좀 더 근접한 공간의 점 (1148), (1150), (1152) 을 갖는다. 당업자는 상기에 기술된 500 micron과 1200 micron의 보기 이외의 디블러(deblur) 크기는 본 발명에서 포함하고 핸드피스 운동 속도에 의존한다는 것을 알 수 있다. 어느 경우이건, 계속적인 치료광선은 디블러링(de-blurring) 이 주어진 구분 치료부위 또는 그러한 부위의 세트를 완성하도록 사용된다. 대안으로, 펄스 광선이 사용될 수 있고, 이 경우에 세 개의 분리된 펄스는 도 11b 에 나타난 분리된 치료부위의 세 점과 사실상으로 일치되도록 사용된다.

도 12 는 광각 편차를 이용하는 본 발명의 실시예를 나타낸 것이다. 이 예에서, 레이저 소스 (1202) 는 광소자 (1206) 를 통과 경사 거울 구동기 (1208) 와 결합된 거울 (1210) 에 의해 경로가 바뀌는 광선 (1204) 을 방출한다. 경로가 바뀐 광선은 조직 (1216) 의 치료에 사용되는 치료 광선 (1214) 를 만들기 위해서 하나 이상의 광소자 (1212) 를 통과한다. 치료광선은 전형적으로 핸드피스(나타나 있지 않음)로부터 방출된다. 조직이 레이저 및/또는 핸드피스에 대해 1218 방향으로 움직일 때, 치료광선 (1214) 은 실질적으로 운동과 동시에 (1220) 방향으로 움직인다. 지속기간 동안의 핸드피스 운동에 관계없이, 치료광선 (1214) 은 소망하는 치료와 투여량이 유지되는 동안 단일 치료부위에 실질적으로 잔류한다. 이 디블러링(de-blurring) 보상은 치료광선 (1214) 의 방향을 바꾸는 거울 (1210) 을 경사지게 함으로써 완료된다. 그러한 거울 (1210) 의 경사는 치료광선이 핸드피스 및/또는 광소자 (1212) 로 나가는 각도를 변화시키고 및/또는 거울경사는 핸드피스로부터 치료광선의 출구 위치를 바꾼다. 경사 구동기 (1208) 는 검류계, 압전소자, 멤스(MEMS) 기술, 모터 등을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예는 회전 휠에서 광소자를 가진 역회전식 휠을 포함한다. 광소자는 투과되고(예컨대, 렌즈, 쐐기), 반사되고, 회절성 도는 홀로그래픽적 소자를 포함한다. 여기에 그대로 참고에서 구체화된, 대응특허인, "회전식 광소자를 사용하는 고속, 고효율 광소자의 패턴 생성기" 라는 명칭으로 2003년 12월 31일에 출원된 미국 특허출원 제 10/750,790 호에 잘 설명되어 있다. 역 회전식 휠에서 광소자의 경사 및/또는 회전 형태를 바꿈으로써, 디블러링(de-blurring)이 이루어진다.

도 13 은 역회전식 렌즈 실시의 결과의 보기를 나타낸 것이다. 도 13 은 8 개의 구분된 치료부위의 한 줄에 대한 측정 결과 및 예측된 결과를 나타낸 것이다. 각각 구분된 치료부위의 광선 위치 점은 지시된 방향으로 움직이는 핸드피스와 관련해서 나타나 있다. 도 13 에 나타난 세 개의 어둡고 겹치는 광선 위치 점의 각각 세트는 단일로 구분된 치료부위와 일치한다. 그 결과, 광선 위치 점은 핸드피스 운동방향에 대향 하도록 만들어진다.

도 14a 와 14b 는 광병진운동이 이용되는 본 발명의 실시예를 나타낸 것이다. 도 14a 는 다수의 광섬유(예컨대, (1404) 와 (1406))를 포함하는 광섬유 배열 (1402) 의 보기를 나타낸 것이다. 방출되는 하나 이상의 광선은 광섬유를 통해 동시에 또는 순차적으로 전송된다. 도 14b 는 광섬유 배열 (1402) 의 측면도이다. 광섬유 배열 (1402) 의 말단부(다시 말하면, 치료될 조직에 가장 근접한 단부)는 핸드피스(나타나있지 않음) 에 결합 되어있고/또는 핸드피스(나타나있지 않음)내에 포함되어 있다. 도 14b 에 나타난 예에서, 압전(PZT) (1412) 소자는 하나 이상의 광섬유 (1404) 와 접촉해 있고/또는 결합 되어있다. PZT (1412) 는 또한 광섬유 배열 (1402) 및/또는 핸드피스의 고정부 (1414) 와 접촉해 있거나 결합 되어있다. PZT (1412) 는 전형적으로 핸드피스 운동 (1408) 의 방향과 반대 방향으로 광섬유 (1404) 를 움직이도록 작동한다. 핸드피스 및/또는 광섬유 (1402) 가 운동하는 동안, 광섬유 (1404) 는 오염을 방지하고 소망하는 치 료와 투여량을 제공하기 위해서 조직(나타나 있지 않음)의 구분된 치료부위 위에 유지된다. PZT (1412) 는 광섬유 (1404) 를 움직이거나 조직에 대한 광섬유 (1404) 의 각을 바꾸도록 작동한다. 광섬유 (1404) 는 대체로 유연해서 광섬유 및/또는 핸드피스에 대해 움직이고/또는 구부러질 수 있다. 하나 이상의 PZT는 하나 이상의 광섬유를 포함하거나 결합 되어있어서, 분리된 광섬유는 개별적으로 움직여진다.

본 발명이 첨부된 도면의 문맥에서 설명이 되었더라도, 발명이 설명된 특정한 형태에 제한되지 않는다는 것을 알아야 한다. 예를 들면, 발명의 방법과 장치가 미세한 패턴으로 인간 조직을 치료하도록 형성된 것으로 설명이 되어 있더라도, 미세한 영역, 개방패턴, 병소의 공간적 대상 등을 다루는 시스템의 위치 파라미터의 변화에 기초를 둔 작동 파라미터를 실시간으로 조절하는 단계는 이 발명의 범위내에서 고려된다. 게다가, 이 발명은 피부에 국한되지 않고 광선이나 레이저 치료를 사용하는 다른 기술에서도 편리하게 사용될 수 있다. 여기에 설명된 레이저를 이용한 조직치료 방법과 장치의 고안과 배열에서 다양한 한정, 변경, 그리고 개선은 첨부된 청구항에서 설명된 본 발명의 사상과 범위를 벗어남이 없이 만들어진다.

Claims

제어된 조직치료용 장치에 있어서,

치료될 조직의 일 지점으로 전송하기 위한 광선을 수용하는 가동 핸드피스로서, 조직치료의 투여량은 광선의 하나 이상의 작동 파라미터에 의존하고, 하나 이상의 작동 파라미터의 변화가 조직치료의 투여량에 영향을 미치는 다수의 가변 위치 파라미터에 의해 핸드피스의 운동이 한정되는 가동 핸드피스와,

제어된 조직치료의 투여량을 전달하기 위해서 하나 이상의 위치 파라미터의 변화에 따라 작동 파라미터를 자동으로 제어하기 위해 핸드피스에 작동 가능하게 결합된 제어기를 포함하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 새로운 치료속도에 영향을 미치는 하나 이상의 작동 파라미터를 실시간으로 제어 가능하게 조절하도록 형성되어 있고, 이로 인해 소정의 투여량으로 소정의 조직치료를 계속할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 제어기는 결정하기 위한 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 위치 파라미터의 함수로 작동 파라미터를 계속 맵핑(mapping)함으로써 하나 이상의 핸드피스 위치 파라미터의 변화에 따라 소망하는 작동 파라미터를 실시간으로 계산하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 프로세서에 작동가능하게 결합된 기억장치를 더 포함하고, 상기 기억장치는 위치 파라미터 및 이에 대응하는 작동 파라미터의 변화 데이터 세트를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 가동 핸드피스는 광원으로부터 광선을 수용하기 위해서 광섬유에 연결되고, 상기 제어기는 다수의 작동 파라미터를 제어 가능하게 조절하기 위해서 광원을 수정하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 핸드피스는 치료될 조직에서 다수의 구분된 치료부위로 광선을 전송하기 위한 초점맞춤 소자를 더 포함하고, 상기 작동 파라미터는 초점맞춤 소자의 위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 핸드피스는 작동자의 손에 의해 계속 움직이는데 적합하고, 상기 위치 파라미터는 치료될 조직에 대한 핸드피스의 운동에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 위치 파라미터는 치료될 조직에 대한 핸드피스의 속도, 핸드피스로부터 치료될 조직까지의 거리, 및 치료될 조직에 대한 핸드피스의 위치중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 8 항에 있어서, 치료될 조직에 대한 핸드피스의 속도를 실시간으로 측정하기 위해서 제어기에 작동가능하게 결합된 가속도계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 검출기를 더 포함하고, 상기 검출기는 용량성 센서인 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 검출기를 더 포함하고, 상기 검출기는 치료될 조직에 대한 핸드피스의 속도, 거리 및/또는 위치의 변화를 계산하기 위한 화상처리소자와 광학적 항법 센서 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 대비향상 물질이 치료될 지점에 첨가되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 작동 파라미터는 방출 속도, 전력 레벨, 광선 세기, 펄스율과 치료온도 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 새로운 치료속도에 영향을 미치는 하나 이상의 작동 파라미터를 실시간으로 제어가능하게 조절하도록 형성되어 있고, 이로 인해 조직치료의 투여량이 입력 변화로 하나 이상의 작동 파라미터를 가지는 연산에 기초해서 제어가능하게 조절되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 대비향상 물질이 치료될 지점에 첨가되고 제어기는 새로운 치료속도와 새로운 치료패턴 중 하나 이상을 유발하는 하나 이상의 작동 파라미터를 실시간으로 제어가능하게 조절하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서, 상기 대비향상 물질은 다수의 미립자, 현탁물, 콜로이드, 에멀젼, 염료와 용액 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 검출기를 더 포함하고, 상기 검출기는 가속도계, 광학적 검출배열, 용량성 센서 배열, 외형 분석기와 광학적 항법 센서 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 스캐닝 기구를 더 포함하고, 상기 제어기는 속도 파라미터의 변화를 보상하기 위해서 스캐닝 기구의 스캔 파라미터를 제어 가능하게 조절하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 18 항에 있어서, 상기 스캐닝 기구는 검류계, 압전, 기계적 검색 소자, 멤스 소자, 나노기술, 회전 거울, 회전 광소자, 홀로그래픽 소자, 역회전식 휠, 회 절성 소자, 그리고 음향광학 소자 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 18 항에 있어서, 상기 스캐닝 기구와 제어기는 광각 편차와 광병진운동 중 하나 이상이 생기도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 광선은, 700 nm 내지 3000 nm 범위의 파장을 가지고, 50,000 펄스/초 미만 범위의 주파수에서 펄스화되고, 1 mJ 내지 1 J 펄스당 에너지를 가지고, 10 J/㎠ 내지 1000 J/㎠ 광 에너지 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 광선의 작동 파라미터는 조직표면에서 500 micron 미만 범위의 직경, 핸드피스가 주어진 조직지점 위를 지날 때마다 100 내지 2000 치료부위/㎠ 치료밀도, 75 micron 초과의 인접한 구분된 치료부위 사이의 구분 거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 소정의 조직치료를 계속하기 위해서 하나 이상의 작동 파라미터를 실시간으로 제어가능하게 조절하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 대비향상 물질이 대상 치료부위에 적용되고 대상 치료부위는 검출기에 의해 검출되고, 제어기와 스캐너는 대상 치료부분에만 치료되는 광선이 생기게 하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제