KR20010101426A - 조직 절제를 제어하는 시스템 및 방법 - Google Patents

조직 절제를 제어하는 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

조직 절제를 제어하기 위한 제어시스템 및 방법은, 정상 조직으로부터 비정상 조직을 구별하고, 조직 절제장치를 제어함으로써 비정상 조직의 절제를 제어하기 위해 광학 시간 영역 반사측정 데이터를 사용한다. 간섭측정장치에 의해 제공된 데이터를 사용하여, 제어시스템은 제어신호를 조직 절제장치에 제공하고, 조직 절제장치의 활동을 제어함으로써, 비정상 조직이 절제되는 반면 정상 조직이 처리되지 않은 채로 남게 된다.

Description

조직 절제를 제어하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING TISSUE ABLATION}
많은 의학적인 치료는 신체로부터 병들거나 손상된 조직을 제거 하는 것를 포함한다. 예컨대, 통상의 외과수술 실습은, 신체의 소정 부위에 나타날 수 있는 종양(tumor)과 낭종(cysts) 및 용종(polyps)의 절단과 동맥으로부터의 동맥경화증의 플라크의 제거를 요구한다. 고전적인 외과수술 기술은, 고도로 훈련된 외과의사가 어느 정도의 조직이 안전하게 제거될 수 있을 지를 결정하기 위해서, 치료할 조직을 직접 보는 것을 필요로 한다. 이 타입의 처리는 매우 침해적인(invasive) 경향이 있고, 환자에 있어서는 긴 회복기간이 필요하게 된다.
보다 현대적으로는, 덜 침해적인 외과수술의 조직 제거 기술이 공지되어 있다. 일반적으로, 이들 기술은 환자에게 매우 유익하지만, 외과의사에게는 현재 새로운 도전이 되고 있다. 예컨대, 도뇨관과 내시경 및 복강경은, 다양한 외과수술의 처리를 위해 현재 통상적으로 사용되고 있는데, 신체 내로의 최소한의 출입을 요구하고 있다. 일반적으로, 이들 기술의 사용은 수술에 의한 외상과 회복시간을감소시키고, 결과를 개선시키지만, 또한 의사에 대해서는 불리한 조건이 초래되게 한다. 특히, 이러한 기술은 감염된 지역의 시각화를 손상시키고, 외과수술의 작업공간을 제한하게 한다. 예컨대, 광섬유 내시경이 널리 공지되어 있지만, 먼저 염수용액으로 혈액을 세척하지 않고는 혈액이 발생하는 분야에서 사용할 수 없다. 또한, 초음파 프로우브(probe)가 공지되어 있지만, 예컨대 동맥의 루멘(lumen)을 통한 검사에 사용될 때에는 잘못된 에코를 흔히 발생시킨다. 또한, 형광투시법이 공지되어 있지만, 2차원적이고, 환자 및 의료인이 다양한 형태의 방사능에 노출된다.
외과수술분야에서의 시각화의 손상은 병든 조직의 제거를 어렵게 만든다. 특히, 레이저, 무선주파수 투과, 마이크로파 등을 이용하는 고에너지 조직 절제장치의 사용은, 시각화가 손상된 상태 하에서는, 건강한 조직과 병든 조직의 불량한 구별이 건강한 조직을 손상시킬 수 있기 때문에, 위험하다. 따라서, 이러한 절제장치를 오퍼레이팅 하는 외과의사는 극단적으로 주의를 기울여야 하는데, 그렇지 않으면 제거해야할 병든 조직을 놓치게 된다.
그러므로, 조직 절제장치의 활동 및 진행을 제어하기 위한 정확하고 신뢰할 수 있는 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 최소한으로 침해하는 조직 절제장치로 치료되는 신체 내의 조직을 시각화하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 정상 조직으로부터 비정상 조직을 구별하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 의학장치를 제어하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 조직 절제를 제어하기 위한 제어시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 조직 절제를 제어하기 위한 제어시스템을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 조직 절제를 위한 제어시스템이 기초를 두는 광학 간섭성의 영역 반사측정의 원리를 나타낸 개략적인 도면,
도 3은 동맥경화증의 플라크의 층을 갖춘 병든 동맥의 광 빔에 대한 산란효과를 나타낸 그래프,
도 4는 건강한 동맥의 광 빔에 대한 산란효과를 나타낸 그래프.
본 발명의 일실시형태에 있어서, 조직 절제를 제어하기 위한 방법은, 정상 조직으로부터 비정상 조직을 구별하기 위해서 광학 시간 영역 반사측정 데이터(optical time domain reflectometry data)를 사용하는데, 조직 절제엘리먼트로의 에너지 전달을 제어함으로써 비정상 조직의 절제를 제어한다. 간섭측정장치에 의해 제공된 데이터를 사용하여, 제어시스템은 제어신호를 조직 절제장치에 제공하고, 조직 절제장치의 활동을 제어하므로, 정상 조직이 치료되는 한편, 비정상 조직이 절제되게 한다.
일측면에 있어서, 본 발명은 간섭데이터를 사용하여 비정상 조직과 건강한, 정상 조직 사이의 간섭을 확인하고, 경계의 확인에 응답하여 조직 절제장치로 에너지 전달을 변경한다. 일실시예에 있어서, 제어시스템은 마이크로프로세서와 에너지 컨트롤러를 포함한다. 제어시스템은, 간섭측정 데이터를 생성하는 간섭 광 빔을 제공하기 위한 간섭측정장치에 결합된다. 특히, 광 빔을 생성하는, 예컨대 낮은 간섭성의 광원은, 빔을 제1 또는 기준 빔과 제2 또는 샘플링 빔의 2개의 빔으로 분할하는 빔스플리터에 결합되는데, 이 빔은 각각 제1광섬유 및 제2광섬유를 투과한다. 제2광섬유는 도뇨관과 같은 지지부재의 루멘을 통해 연장되어, 제2광섬유의 샘플링 원단이 조사되는 신체 내부 조직과 같은 샘플 근방에 위치될 수 있게 한다. 제1광섬유는 신체의 외측에 위치된다. 제1빔은, 거기에 결합된 반사기에 의해 제1광섬유의 원단 또는 자유단에서 반사되는 반면, 제2빔은 샘플에 의해 샘플링 원단에서 반사된다. 제1 및 제2광섬유의 길이는, 예컨대 피에조전기코일로 조정될 수 있다. 반사된 빔은, 빔스플리터에서 재결합될 때, 서로 간섭된다. 재결합된 빔 사이의 경로 길이 차이는 빔스플리터에 결합된 엘리먼트를 검출함으로써 검출되는 간섭 패턴을 생성한다. 검출엘리먼트는 간섭데이터를 제어시스템에 제공하는데, 이 제어시스템의 마이크로프로세서는 샘플의 의사 이미지를 생성하고, 정상과 비정상 조직 사이의 경계를 검출한다. 이러한 경계의 검출에 따라서, 마이크로프로세서는 제어신호를 생성하고, 에너지 컨트롤러로 공급하여, 조직 절제장치로의 에너지 전달을 변경시킨다.
다른 측면에 있어서, 본 발명은, 시각적인 디스플레이를 위한 조직 샘플의 의사 이미지를, 조직 절제장치의 조직 절제엘리먼트를 수동으로 진행시키는 개인에게 제공한다. 실시예에 있어서, 마이크로프로세서는 모니터와 같은 출력 디스플레이장치에 결합된다. 마이크로프로세서에 의해 생성된 의사 이미지 데이터는 모니터상에 디스플레이되므로, 오퍼레이터는 조직 절제엘리먼트를 수동으로 진행시키는 동안 시각적인 이미지를 갖게 된다. 오퍼레이터는, 예컨대 제어시스템이 경계를 검출할 때까지 이미지를 보면서 진행시키고, 조직 절제장치로의 에너지 전달을 변경할 수 있다.
최소한으로 침해하는 조직 절제를 제어를 제공하는 제어방법 및 시스템이 제공된다. 더욱이, 시스템은 고해상도 이미지데이터를 제공하여, 조직 절제가 매우 미세한 척도로 제어될 수 있게 된다. 더욱이, 시스템 및 방법은 정상 조직으로부터 비정상 조직의 구별을 개선시키도록 한다.
도 1은 본 발명의 제어시스템(100)의 실시예를 나타낸 도면이다. 일반적으로, 제어시스템(100)은 에너지 컨트롤러(104)에 결합된 마이크로프로세서(102)를 포함하는데, 도 1에 나타낸 바와 같이 간섭측정장치(106)와 조직 절제장치(108)에 결합된다. 간섭측정장치(106)에 의해 공급되는 출력을 사용하여, 마이크로프로세서(102)는 에너지 컨트롤러(104)로 공급되는 출력신호를 생성한다. 마이크로프로세서(102)에 의해 공급되는 출력신호를 사용하여, 에너지 컨트롤러(104)는 조직 절제장치(108)로 공급되는 에너지신호를 변경 또는 조정한다. 한편, 마이크로프로세서(102)의 출력은, 이하 기재되는 바와 같이 출력장치 상에 의사 이미지를 생성하는데 사용될 수 있다.
이하 기재된 바와 같이, 제어알고리즘은 마이크로프로세서(102)에서 실행될 수 있는데, 간섭측정장치(106)에 의해 수집된 데이터를 이용하여 실시된다. 명백하게, 당업자에 있어서는, 이러한 알고리즘이 많은 대안적인 마이크로프로세서와 함께 실시될 수 있음은 물론이고, 마이크로프로세서로서 언급되는 이들 집적회로와 연결 되서만 실시될 수 있도록 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 본 명세서에서사용되는 용어 마이크로프로세서는 마이크로컴퓨터, 프로세서, 마이크로컨트롤러, 응용 주문형 집적회로 및, 그 밖의 프로그램 가능회로로 언급된다. 더욱이, 본 출원은 이하 보다 상세히 기재된 제어방법 및 시스템에 관한 것이다. 이러한 방법 및 시스템은, 이하 실시예에 기재된 바와 같은 특정한 간섭측정장치나 조직 절제장치에 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다.
전형적으로, 간섭측정장치(106)는 빔스플리터(112)에 결합되는 광원(110)을 포함한다. 일실시예에 있어서, 광원(110)은 대략 100㎼ 내지 대략 25㎽의 전력을 갖춘 낮은 간섭성의 광원이다. 광원은 변화될 수 있지만, 보다 짧은 파장이 보다 낳은 이미지 특성 및 투사를 허용하므로, 대략 0.7 내지 대략 2.0㎛의 짧은 간섭성의 파장을 방사하는 광원이 보다 긴 파장을 방사하는 광원 보다 바람직하다. 그런데, 마주치는 조직의 이미지 해상도를 최적화하기 위해서, 광원은 대략 0.3 내지 대략 5.0㎛ 사이로 광의 파장을 조정하도록 변화될 수 있다. 예컨대, 대략 1.3㎛의 파장의 광이, 동맥경화증의 플라크를 통해 최적으로 투사되고 병든 동맥의 내측 외막 및 중막을 최적으로 이미지화 하는 것을 발견하였다. 제1의, 기준 광섬유(114)는 근단(116)에서 빔스플리터(112)에 결합되고, 거울 면과 같은 반사기(120)를 갖춘 자유단 또는 원단(118)을 갖춘다. 제2의, 샘플링 광섬유(122)는 근단(124)에서 빔스플리터(112)에 결합되는데, 내부 신체 조직(T) 근방의 또는 인접한 배치를 위해서 샘플링 원단(126)이 갖추어진다. 제1광섬유(114) 및 제2광섬유(122)의 상대길이를 조정하기 위해서, 제1광섬유(114)는 제1피에조전기코일(128) 둘레로 감싸지고, 제2광섬유(122)는제2피에조전기코일(130) 둘레로 감싸진다. 광섬유의 상대길이를 조정하기 위한 그 밖의 장치 또는 엘리먼트가 공지되어 있다. 제2광섬유는, 예컨대 도뇨관 또는 내시경과 같은 지지부재(132)의 루멘을 통해 연장된다. 빔스플리터(112)는, 예컨대 광검출기, 디모듈레이터 및, 아날로그 디지타이저(도시생략)를 포함하는 검출엘리먼트(134)에 결합되는 출력을 갖춘다. 검출엘리먼트(134)는 마이크로프로세서(102)에 결합되는 출력을 갖춘다. 더욱이, 마이크로프로세서(102)는, 데이터의 시각 디스플레이용의 컴퓨터 모니터와 같은 출력 디스플레이장치(136)에 결합될 수 있다.
제1광섬유(114) 및 제2광섬유(122)는 의학용 이미지에 일반적으로 사용되는 타입으로, 대략 150㎛ 보다 짧은 전체 외측 직경을 갖춘다. 일실시예에 있어서, 적합한 광섬유는, 내부 반사를 증진시키기 위해서 중심 코어 및 저굴절률 재료의 클래딩을 갖춘 인발 또는 압출된 유리나 플라스틱으로부터 조립된다. 선택된 광의 특정 파장의 투과를 최적화하고, 지지부재(132)의 루멘을 통한 클리어런스(clearance)를 달성하기 위해서 광섬유의 직경이 변화될 수 있다. 예컨대, 1300nm의 파장을 갖춘 광에 대해서는, 대략 150㎛의 전체 외경을 갖는 125㎛의 직경을 갖춘 단일 모드 광섬유가 적합할 수 있다. 또한, 지지부재(132)의 루멘을 통한 보다 큰 클리어런스가 요구될 때, 대략 80㎛의 보다 작은 직경을 갖춘 광섬유가 이용될 수 있고, 사용될 수 있는데, 광섬유의 번들이 사용될 수도 있다.
일실시예에 있어서, 조직 절제장치(108)는 조직 절제를 위해서 레이저 에너지원과 같은 에너지원(138)을 포함한다. 에너지원(138)은, 조직절제엘리먼트(140)의 근단(142)에서 조직 절제장치(140)에 결합된다. 조직 절제엘리먼트(140)는, 예컨대 레이저 도뇨관이다. 소정의 경우에 있어서, 조직 절제엘리먼트(140)는 원단(144)을 갖추는데, 지지부재(132)를 통해 연장되어, 원단(144)이 조직(T) 근방에 위치될 수 있게 한다.
일실시예에 있어서, 조직 절제엘리먼트(140)용의 에너지원(138)은 레이저원이고, 조직 절제엘리먼트(140)는 레이저원으로부터 조직(T)으로 레이저빔을 투과하기 위해서 지지부재(132)를 통해 연장되는 적어도 하나의 광섬유(도시생략)를 포함하는 레이저 도뇨관인데, 이에 의해 조직 검사 및 절제가 동시에 달성될 수 있다. 에너지원(138)이 레이저원인 대안적인 실시예에 있어서, 제1광섬유(114)를 간섭측정장치(106)와 공통으로 하고, 제1광섬유(114)에 입력되는 절제엘리먼트(140)는, 간섭측정장치(106)와 레이저원 사이에서 제2빔스플리터(도시생략)와 스위치되어, 조직(T) 검사 및 절제가 대안적으로 동시에 일어나도록 한다. 한편, 조직 절제엘리먼트(140)는, 예컨대 무선주파수장치나, 기계적인 절단장치 또는 에서렉토미장치(atherectomy device), 초음파장치, 마이크로파장치 또는, 그 밖의 최소로 침해하는 조직 절제장치가 될 수 있다. 이에 따라, 에너지원(138)은 무선주파수원이나, 기계적인 에너지원, 또는 초음파원, 마이크로파원 등일 수 있다.
도 2는 제어시스템(100)이 기초를 둔 광학 간섭성의 영역 반사측정의 원리를 개략적으로 나타낸 도면이다. 사용 시, 예컨대, 지지부재(132)는, 예컨대 신체 경로 내로의 주입이나 외과수술에 의한 절개에 의해 신체의 내부에 위치되어, 제2광섬유 원단(126)이 조사되는 조직(T) 근방의 신체 내에 위치하게 된다. 제1광섬유(114)는 신체의 외부에 위치된다. 광원(110)은 빔스플리터(112)로 투과되는 광 빔(B)을 생성하도록 활성화된다. 빔스플리터(112)는 광원(110)으로부터의 빔(B)을 기준빔(B1) 및 샘플링 빔(B2)으로 분할하도록 구성된다. 빔스플리터(112)는, 기준빔(B1)이 제1광섬유(114)를 따라 반사기(120)를 향하도록 하고, 제2빔(B2)이 제2광섬유(122)를 따라 조직(T)을 향하도록 한다. B1은 반사기(120)에 의해 제1광섬유(114)를 따라 되돌려지고, B2는 조직(T)에 의해 제2광섬유(122)를 따라 반사되어 되돌려진다.
B1및 B2는 빔스플리터(112)에서 재결합되고, 그들 각각의 경로 길이가 서로 등가일 때 서로 건설적으로 간섭한다. 간섭이 일어나는 거리는 광원의 간섭성의 함수에 의해 결정될 수 있다. 전형적으로, 대략 100㎼ 내지 대략 25㎽의 전력을 갖춘 낮은 간섭성의 광원에 대해서 간섭성의 길이는 대략 15㎛이다.
광 빔(B2)의 광학 경로 길이는 제2광섬유(122)의 길이에 의존한다. 광 빔(B1)의 광학 경로 길이는 제1광섬유(114)의 길이와, 광이 산란(반사)되는 곳으로부터의 조직 내에서의 거리에 의존하는데, 조직의 그룹 굴절률 차이의 변화에 대해서 조정된다. 다시 도 1을 참조하면, 광섬유(114 및 122)를 따른 광학 거리는 피에조전기코일(128 및 130)을 가동시킴으로써 변화될 수 있다. 광학 경로 길이를 연속적으로 변화시킴으로써, 특정 깊이의 연속물로부터의 산란 광의 강도가 측정될 수 있도록 조직 깊이가 스캔 될 수 있다. 예컨대, B1의 광학 경로 길이가 B2의 광학 경로 길이보다 긴 0.5mm 일 때, 조직 내에서 0.5mm의 광학적으로 등가인(그룹 굴절률의 변화에 대해 조정된) 깊이로부터 산란된 광의 강도가 측정된다. 광학 경로 길이는 연속적으로 변화되는데, 산란 강도 대 거리의 함수를 전개시키기 위해서, 산란된 광의 강도가 측정된다. 따라서, 간섭측정 기술은 매우 작은 거리 및 두께를 정확하게 측정하므로, 절제장치(140)가 안전하게 동작되거나 진행할 수 있는지를 결정하기 위한 온라인의 고해상도 정보를 제공하여 조직(T)의 고해상도 이미지가 형성될 수 있도록 한다. 간섭측정기술 및 간섭측정장치에 대한 보다 상세한 설명은, 본 명세서에 그 전체가 참조로 통합되고, 본 출원의 양수인이 양수한 출원중인 미국 특허출원번호 제09/060,487호(1998년 4월 15일 출원)에 기재되어 있다. 대안적인 실시예에 있어서, 간섭측정장치(106)를 대신하여 제어시스템(100)이 장치에 대신 결합되는데, 이 장치는, 형광이 유도되는 래만(Raman) 또는 레이라이트(Rayleight) 분광이나 밖의 선형 또는 비선형 기술 같이, 반사광을 분석하기 위한 다른 기술을 사용한다. 예컨대, 분광장치에 결합될 때, 정상 및 비정상 조직 사이의 간섭을 확인하기 위해서, 마이크로프로세서(102)는 분광데이터의 분석을 사용한다.
도 3은 비정상 조직(병든 동맥 내의 플라크(302) 영역)의 광 빔(B2)에 대한 산란효과를 나타내는 그래프이다. 이 그래프는, 제2광섬유(122)의 원단(126)으로부터의 거리의 함수로서 데시벨로 반사광의 강도를 나타낸다. 이러한 그래프상에서, 거리의 함수로서 반사광 강도의 증가되는 그리고 고른 붕괴에 의해플라크영역(302)은 정상의 건강한 동맥 조직의 영역(304)과 구별될 수 있다. 특히, 붕괴의 경사를 결정함으로써, 이하에 보다 상세히 기재된 바와 같이 비정상 조직이 확인된다. 영역(304)에 비교되는 영역(302)에 보여지는 정상 붕괴는 비정상 조직, 이 경우 플라크의 상대적으로 미조직화된 구조에 기인하는데, 이 플라크는 광을 임의의 방향으로 산란시키는 경향이 있으므로, 이에 의해 제2광섬유(122)를 통해 되돌려 투과되는 반사광의 강도가 감소된다. 정상 조직, 이 경우 건강한 동맥 벽의 상대적으로 보다 조직화된 구조는 복굴절 또는 이방성 패턴으로 광을 산란시켜서, 상대적으로 보다 많은 광이 제2광섬유(122)를 통해 되돌려 반사되게 한다.
마이크로프로세서(102)는 제어신호를 에너지 컨트롤러(104)로 공급한다. 특히, 제2광섬유(122)의 원단(126)으로부터의 거리의 함수로서 반사광 강도의 붕괴율을 조사함으로써, 제어알고리즘은 비정상 조직의 존재를 검출한다. 예컨대, 마이크로프로세서(102)는 대략 10Hz에서 반사광을 샘플하고, 예컨대 대략 8 내지 대략 30 지점의 윈도우에 걸쳐서 강도 값을 동시에 평균하는 다중 지점의 경사 평균을 생성한다. 경사 평균은 함수 내의 감염 지점을 확인시키는데, 이 함수는 노이즈와 대조하여, 함수의 경사에 있어서 진짜 또는 실제의 변화를 나타낸다. 경사의 실제 변화는 정상 조직과 비정상 조직 사이의 경계를 확인시킨다. 예컨대, 1300nm의 파장에서 광을 방사하는 대략 100㎼의 광원을 사용하여, 정상 조직은 대략 -75dB/mm 보다 작은 경사를 갖춘 함수의 지역으로 확인된다. 대략 -75dB/mm 내지 대략 -150dB/mm의 범위 내에서 경사를 갖춘 함수의 지역은 지방질이나 지질의 플라크와 같은 연한 플라크를 가리킨다. 대략 -150dB/mm 내지 대략 -200dB/mm 내의 경사는석회성의 플라크를 가리키는 반면, 대략 -200dB/mm 보다 큰 경사는 공기나 혈액을 가리킨다. 이 알고리즘은, 예컨대 단순한 고/노-고 알고리즘(go/no-go algorithm)인데, 이 알고리즘에서 다른 경사를 갖춘 함수의 지역들 사이의 감염지점은, 조직 절제장치(140)를 구동하거나 하지 않도록 하기 위해 에너지 컨트롤러(104)에 공급되는 제어신호의 상태를 결정하는데 사용된다. 대안적인 실시예에 있어서, 알고리즘은 정상 조직과 비정상 조직 사이의 경계를 특징짓는 반사광의 변화를 확인하는 보다 복잡한 패턴인식이나 노이즈분석을 수행하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3은 1300nm의 파장에서 광을 방사하는 대략 100㎼의 광원을 사용하여 동맥에서 거리의 함수로서 반사광 강도를 나타낸다. 제2광섬유(122)의 원단(126)으로부터, 대략 0.100mm 내지 대략 0.200mm까지 함수의 경사는 대략 -75dB/mm인데, 이는 영역(304) 내의 정상의 건강한 조직을 가리킨다. 원단(126)으로부터 대략 0.200mm에서, 함수의 경사는 변화하는데, 마이크로프로세서(102)가 정상 조직(동맥 벽)과 비정상 조직, 이 경우 플라크 사이의 경계를 확인한다. 원단(126)으로부터의 대략 0.200mm로부터 대략 0.275mm인 플라크 영역(302)의 함수의 경사는 대략 -100dB/mm이다. 이 경사는 대략 -75dB/mm 내지 대략 -150dB/mm의 범위 내로 떨어지는데, 이는 지방질 또는 지질의 플라크와 같은 연한 플라크를 가리킨다. 원단(126)으로부터 대략 0.275mm에서, 함수의 경사는 다시 변화되고, 마이크로프로세서(102)는 경계를 확인한다. 이 경우, 원단(126)으로부터 대략 0.275mm로부터 대략 0.350mm까지의 함수의 경사는 대략 -267dB/mm인데, 이는 공기나 혈액을 가리키므로, 마이크로프로세서(102)는 플라크의 단부와 원단(126)으로부터 0.275mm에서의 공기 또는 혈액 사이의 경계를 확인하게 된다. 거리의 함수로서 반사광의 붕괴의 감소를 나타내는 경사의 변화는(예컨대, 경사의 감소), 플라크의 단부와 정상 조직 사이의 경계를 확인시킨다 (도시생략).
도 4는 1300nm의 파장에서 광을 방사하는 대략 100㎼의 광원을 사용하여 정상의 건강한 동맥에서 거리의 함수로서 반사광의 강도를 나타낸다. 원단(126)으로부터 대략 0.100mm로부터 대략 0.230mm까지의 함수는 대략 -70dB/mm의 경사를 갖는데, 이는 정상 조직을 가리킨다. 대략 0.230mm에서, 대략 0.230mm로부터 대략 0.290mm까지의 함수의 경사는 대략 -400dB/mm로 증가되는데, 이는 동맥 내의 혈액을 가리킨다.
전형적인 사용에 있어서, 예컨대 구동되지 않는 조직 절제엘리먼트(140)의 원단(144)은 동맥의 정상 부분 내에 위치되고, 제2광섬유(122)의 길이에 의해 정의된 동맥의 길이방향 축을 따라 진행한다. 마이크로프로세서(102)가 제2광섬유 원단(126; 및 조직 절제엘리먼트(140)의 원단(144)) 앞의 정상 조직/비정상 조직 경계를 확인할 때, 동맥경화증의 플라크과 같은 비정상 조직의 영역 또는 지역의 시작이 확인된다. 조직 절제엘리먼트 원단(144)은 경계, 예컨대 플라크의 시작을 바로 지나서 진행하고, 그 다음 마이크로프로세서(102)는 에너지원(138)을 활동시키기 위해서 신호를 에너지 컨트롤러(104)로 공급하여, 조직 절제장치(140)가 구동되고 비정상 조직(플라크)이 절제되게 한다. 일실시예에 있어서, 정상 조직이 부주의하게 손상되지 않게 하기 위해서, 먼저 절제엘리먼트(140)가 구동되는 영역 뒤에 플라크의 작은 영역 또는 지역이 그대로 남을 수 있다. 조직 절제엘리먼트(140)는플라크를 통해 진행하고, 비정상 조직(플라크)과 정상 조직 사이의 조직 경계가 마이크로프로세서(102)에 의해 검출되지 않는 동안 안전하게 구동될 수 있다. 일실시예에 있어서, 간섭측정장치(106)의 출력을 사용하여, 마이크로프로세서(102)가 비정상(플라크) 조직과 제2광섬유 원단(126) 앞의 정상 조직 사이의 경계를 확인 할 때, 에너지원(138)을 이에 따라 비활동시키기 위해서, 마이크로프로세서(102)는 신호를 에너지 컨트롤러(104)에 공급하여, 정상 조직에 도달하기 전에 조직 절제엘리먼트(140)가 구동되지 않게 하고, 정상 조직이 조직 절제엘리먼트(140)에 의해 손상되지 않게 한다. 정상 조직이 조직 절제엘리먼트(140)에 의해 손상되지 않게 하기 위해서, 조직 절제엘리먼트 원단(144)에 대한 플라크의 단부에서 플라크의 작은 영역 또는 지역은 남아 있을 수 있다. 그런데, 조직 절제엘리먼트(140)가 구동되거나 구동되지 않는 비정상/정상 또는 정상/비정상 조직 경계에 대한 조직 절제 엘리먼트(140)의 상대위치가 변화될 수 있다는 것은 당업자에 있어서는 공지의 것이다. 더욱이, 조직 절제엘리먼트(140)로 전달되는 에너지의 양은 연한 플라크 또는 석회성의 플라크가 확인되는지에 따라서 조정될 수 있다. 예컨대, 석회성 플라크가 확인되면, 보다 적은 양의 에너지가 조직 절제엘리먼트(140)로 전달 될 수 있다. 적은 양의 에너지를 사용하여 플라크가 절제되지 않으면, 석회성 플라크를 절제하기 위해서, 에너지는 높게 조정될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 제어시스템(100)은 오퍼레이터로부터의 또 다른 입력 없이 조직 절제의 실시간 제어를 수행한다. 대안적인 실시예에 있어서, 제어시스템(100)은 스텝핑 모터 등에 더욱 연결되는데, 이 스텝핑 모터 등은 조직절제엘리먼트(140)에 링크되고, 마이크로프로세서(102)에 링크된다. 스텝핑모터는 조직 절제 엘리먼트(140)의 진행 또는 수축에 의한 마이크로프로세서(102)로부터의 제어신호에 응답하므로, 조직 절제엘리먼트(140)의 구동 및 진행 모두가 제어시스템(100)에 의해 자동으로 제어된다. 예컨대, 비정상 조직이 검출되고 조직 절제엘리먼트(140)가 구동된 후, 조직 절제엘리먼트(140)는 비정상 조직과 정상 조직 사이의 조직 경계가 검출되지 않을 때까지 진행한다. 조직 절제엘리먼트(140)는 이러한 조직 경계가 확인 될 때까지 계속 진행하여, 조직 절제엘리먼트(140) 앞의 정상 조직을 가리킨다. 이러한 경계가 확인될 때, 조직 절제엘리먼트(140)는 구동되지 않게 되고 수축될 수 있다. 대안적인 사용 방법에 있어서, 조직 절제엘리먼트(140)의 수동 오퍼레이터는 조직의 실시간 이미지를 위한 출력 디스플레이장치(136) 상의 의사 이미지를 볼 수 있으므로, 에너지 컨트롤러를 수동으로 활동시키거나 비활동시킴으로써 또는, 수동으로 절제엘리먼트(140)를 진행 또는 수축시킴으로써 오퍼레이터가 이에 따라 응답될 수 있게 한다. 제2광섬유(122)가 조직 절제엘리먼트(140)와 동시에 그리고, 나란히 이용될 수 있고, 조직 절제엘리먼트(140)가 진행함에 따라서, 시스템이 연속적인 고해상도 이미지 데이터를 오퍼레이터에 제공할 수 있게 된다.
따라서, 제어시스템은 최소로 침해하는 조직 절제장치의 자동 또는 수동 제어를 위한 고해상도 이미지 데이터를 제공한다. 대안적인 실시예에 있어서는, 당업자에 공지된 무선주파수장치와, 마이크로파장치, 초음파장치, 기계적인 절단 또는 아서렉토미장치 및, 레이저 도뇨관을 포함하는 다양한 조직 절제 양식과, 장치및, 프로우브가 제어시스템(100)과 함께 사용된다. 더욱이, 조직 절제엘리먼트가 진행됨에 따라서, 치료되는 조직에 관한 연속적인 온라인 정보를 제공하기 위해서, 안내 시스템이 조직 절제엘리먼트와 동시에 사용될 수 있다.
상기 본 발명의 다양한 실시예로부터 본 발명의 목적이 달성될 수 있음은 명백하다. 본 발명이 상세하게 설명되었음에도 불구하고, 이는 본 발명의 일실시예로서 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명의 정신 및 범위는 첨부된 청구항에 의해서만이 한정될 수 있다.

Claims (22)

  1. 조직 절제장치를 제어하기 위한 제어시스템으로서, 상기 제어시스템이 마이크로프로세서와 에너지 컨트롤러를 구비하여 구성되고, 상기 시스템이 조직 절제장치에 결합되고,
    비정상 조직과 정상 조직 사이의 경계가 존재하는지를 검출하며,
    경계가 존재하면, 조직 절제장치의 오퍼레이션을 변경하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제장치를 제어하기 위한 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서, 간섭데이터를 생성하도록 구성된 간섭측정장치가 상기 제어시스템에 결합되고, 여기서 경계가 존재하는지를 결정하며, 상기 시스템이,
    간섭데이터를 사용하여 비정상 조직과 정상 조직 사이의 경계를 확인되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 조직 절제장치를 제어하기 위한 제어시스템.
  3. 제2항에 있어서, 간섭측정장치는 샘플링 원단을 갖춘 샘플링 광섬유를 포함하고, 여기서 정상 조직과 비정상 조직 사이의 경계가 존재하는지를 검출하며, 상기 시스템이,
    간섭데이터를 사용하여 샘플링 광섬유의 샘플링 단부로부터의 거리에 대해서 반사광 강도에 대한 함수를 생성하고, 함수의 붕괴율을 결정하는 것을 특징으로 하는 조직 절제장치를 제어하기 위한 제어시스템.
  4. 제3항에 있어서, 함수의 붕괴율을 결정하기 위해서, 상기 시스템은 함수의 실제 감염 지점을 확인하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제장치를 제어하기 위한 제어시스템.
  5. 제2항에 있어서, 간섭 데이터를 사용하여 조직의 의사 이미지를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제장치를 제어하기 위한 제어시스템.
  6. 제1항에 있어서, 분광데이터를 생성하도록 구성된 분광장치는 상기 제어시스템에 결합되고, 여기서 경계가 존재하는지를 검출하고, 상기 시스템이,
    분광데이터를 사용하여, 비정상 조직과 정상 조직 사이의 경계를 확인하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제장치를 제어하기 위한 제어시스템.
  7. 제6항에 있어서, 분광장치는 래만 분광장치를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제장치를 제어하기 위한 제어시스템.
  8. 제6항에 있어서, 분광장치는 레이라이트 분광장치를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제장치를 제어하기 위한 제어시스템.
  9. 제1항에 있어서, 조직 절제장치의 오퍼레이션을 변경하기 위해서, 상기 시스템은, 정상과 비정상 조직 사이의 경계가 검출되면, 비정상 조직을 절제하기 위해서 조직 절제장치를 구동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제장치를 제어하기 위한 제어시스템.
  10. 제1항에 있어서, 조직 절제장치의 오퍼레이션을 변경하기 위해서, 상기 시스템은, 비정상과 정상 조직 사이의 경계가 검출되면, 정상 조직이 손상되지 않도록 조직 절제장치를 구동하지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제장치를 제어하기 위한 제어시스템.
  11. 제1항에 있어서, 조직 절제장치는 에너지원에 결합되는 조직 절제엘리먼트를 포함하고, 에너지원은 상기 제어시스템에 결합되고, 여기서 조직 절제장치의 오퍼레이션을 변경하기 위해서, 상기 시스템이 에너지원으로 공급되는 제어신호를 변경하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제장치를 제어하기 위한 제어시스템.
  12. 제1항에 있어서, 조직 절제장치는 스텝핑모터를 포함하고, 여기서 조직 절제장치의 오퍼레이션을 변경하기 위해서, 상기 시스템이 스텝핑모터로 공급되는 제어신호를 변경하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제장치를 제어하기 위한 제어시스템.
  13. 조직을 절제하기 위한 조직 절제시스템으로서, 상기 시스템이 조직 절제장치와 간섭측정장치를 구비하여 구성되고, 제어시스템은 마이크로프로세서와 에너지 컨트롤러를 구비하여 구성되며, 상기 제어시스템은 조직 절제장치의 오퍼레이션을 변경하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제시스템.
  14. 제13항에 있어서, 조직 절제장치의 오퍼레이션을 변경하기 위해서, 상기 시스템은,
    정상 조직과 비정상 조직 사이의 경계가 존재하는지를 검출하고,
    경계가 존재하면, 조직 절제장치의 오퍼레이션을 변경하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제시스템.
  15. 제13항에 있어서, 상기 조직 절제장치는,
    조직 절제엘리먼트와,
    상기 에너지 컨트롤러 및 상기 조직 절제엘리먼트에 결합된 에너지원을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 조직 절제엘리먼트는 레이저 도뇨관을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제시스템.
  17. 제15항에 있어서, 상기 조직 절제엘리먼트는 무선주파수장치를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제시스템.
  18. 제15항에 있어서, 상기 조직 절제엘리먼트는 기계적인 아서렉토미장치를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제시스템.
  19. 제15항에 있어서, 상기 조직 절제엘리먼트는 초음파장치를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제시스템.
  20. 제15항에 있어서, 상기 조직 절제엘리먼트는 마이크로파장치를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제시스템.
  21. 제15항에 있어서, 상기 마이크로프로세서에 결합된 출력 디스플레이장치를 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제시스템.
  22. 제15항에 있어서, 상기 출력 디스플레이장치는 컴퓨터 모니터를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 조직 절제시스템.
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