KR20100039332A - 열적인 수술 안전 스위트 - Google Patents

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KR20100039332A
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리처드 숀 웰치스
제임스 헨리 볼
미르코 미르코프
라파엘 아르만도 시에라
다니엘 홈
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싸이노슈어, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명에 따른 레이저 수술 방법은, 공급부로부터 치료 용적으로 레이저 에너지를 전송하는 광 전달 구성 요소와, 핸드피스의 위치를 표시하는 정보를 제공하도록 구성되는 가속도계를 포함하는 핸드피스를 포함하는 레이저 수술 장치를 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은 공급부로부터 치료 용적 내의 복수의 위치로 레이저 에너지를 전송하도록 핸드피스를 사용하는 단계와, 가속도계를 사용하고 핸드피스의 위치를 표시하는 정보를 제공하는 단계와, 핸드피스의 위치를 표시하는 정보를 기초로 치료 용적 내의 복수의 위치들의 각각에 전달된 에너지량을 표시하는 정보를 결정하고, 치료 용적 내의 복수의 위치들의 각각에 전달된 에너지량을 나타내는 그래픽 화상을 표시하는 단계를 포함한다.

Description

열적인 수술 안전 스위트{THERMAL SURGERY SAFETY SUITE}
환자들은 건강 및 외모를 향상하기 위해 그들의 신체 부위로부터 바람직하지 못한 조직을 제거하는 수술 방법에 의존해왔다. 예컨대, 일부 환자들은 상당한 식이 요법 및 운동에도 불구하고 특히 특정 부위의 지방이 빠지지 않기 때문에 지방 조직을 제거하기 위해 흡입 기구에 의해 지방이 제거되는 시술인 지방 흡인술을 선호해왔다. 달리, 레이저 또는 다른 광원이 조직을 가열, 제거, 파괴[예컨대, 사멸(killing)], 광응고, 박멸 또는 다른 처치(이하, 총괄하여 "처치" 또는 "치료"라 함)를 위해 적용되어 왔다.
치료 기구는 환자의 피부 아래에 이식되기 때문에, 임상의는 예컨대 어떠한 유형의 시각적 보조구에 의해서도 치료 부위의 처치된 부분의 상태 또는 치료의 정도를 평가할 수 없다. 이와 같이, 임상의는 감각에 의한 것을 제외하고는 치료 부위의 처치되지 못한 부분으로 기구를 안내하거나 또는 치료의 정도를 결정하기 위한 다른 어떠한 수단도 제공받지 못한다. 따라서, 시술 중 환자 피부에 심미적으로 아름답지 못한 자국을 남길 수도 있는 바람직하지 못한 조직의 불균일한 제거를 초래하는 것은 드문 일이 아니다.
또한, 통상의 용례에서, 레이저 지방 분해와 같은 시술 도중 레이저 전달 섬유의 전방의 조직 유형을 확인할 수 있는 직접적인 방법이 없다. 의사는 쓸모없는 지방층에 섬유 팁을 위치시키기 위해서 자신의 해부학 및 인체 생리학 지식에 의존한다. 의사는 전달 섬유를 통해 단일 또는 다중 파장을 운반하는 가시적 조준 비임에 의해 도움을 받는다. 숙련된 의사는 피부 아래의 섬유 팁 위치와 깊이를 원조 비임 가시도와 관련시킬 수 있다. 그러나, 숙련된 의사라 할지라도 섬유 팁 전방의 조직 유형을 결정하는 것은 매우 어렵다(거의 불가능하다).
또한, 조직이 레이저 또는 광 에너지 공급부의 조직 내 흡수의 결과로 레이저 또는 레이저 에너지 공급부를 이용하여 처치될 수 있지만, 수술 기구는 치료 부위의 처치 부분에 의해 흡수된 파워의 양을 고려하는 기구가 결여되어 있다. 따라서, 임상의는 불충분한 처치 또는 과도한 처치를 하게 되어, 과도한 노출에 의해 조직을 태우거나 또는 조직을 불완전하게 제거하게 된다.
본 발명자들은 에너지가 목표 조직으로 유도되는 의료 환경(예컨대, 레이저 수술)에서 사용하기 위한 하나 이상의 센서를 제공함으로써 안전성을 증가시키고 사용을 간편하게 하였다. 다양한 형태의 센서 입력을 조합함으로써, 진행중인 의료 시술을 특징화하는 다수의 정보가 제공될 수 있다.
예컨대, 본 발명자들은 원치않는 조직 또는 신체 일부를 제거하기 위한 시술 도중 사용되는 수술 기기의 움직임을 검출하는 기구를 포함하는 방법 및 기기를 개시하였다.
조직 내에 파워를 제공하는 것은 구성 조직(constituent tissue)의 흡수율에 따라 국부적인 온도 상승을 초래한다. 전파 거리는 예컨대 파장/조직 유형에 따라 결정된다. 또한, 각각의 조직 유형은 관련 시간 상수 및 열전도성을 가진다. 따라서, 원칙적으로 생체내의 조직 온도 상승은 치료 부위에 삽입되는 기기의 에너지 전달 구성 요소의 위치를 알 수 있다면, 구성 조직, 파장 및 유도되는 파워를 인지함으로써 결정될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 에너지 전달 구성 요소의 위치는 속도 피드백을 제공하도록 적분되는 기기의 가속도 처리에 의해 결정될 수 있다. 속도 피드백을 계산함으로써, 기기는 속도 피드백의 값에 관련하여 치료 부위로 유도되는 파워의 양을 제어할 수 있다. 예컨대, 기기는 과도한 생체내 열효과(in vivo thermal effect)를 방지하기 위해 기기가 가동중이지 않거나 소정값 이하의 속도로 가동중일 때 치료 부위로 유도되는 에너지 방출을 중지시킬 수 있다. 또한, 속도 피드백은 가해지는 에너지 선량을 제어하도록, 예컨대 이동된 단위당 조직에 부과된 고정된 에너지를 유지하도록 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 에너지 전달 구성 요소의 위치는 치료 부위 내의 에너지 전달 구성 요소의 위치 피드백을 제공하도록 속도의 1차 적분(또는 가속도의 2차 적분)을 취함으로써 결정될 수 있다. 위치 피드백 적용을 위한 파워 제어는 파워 대 위치차 알고리즘(difference-in-position algorithm)으로 수행된다. 예컨대, 치료 부위의 조직 내로의 각각의 에너지 방출/샷(energy discharge/shot)은 8 사분면 상의 3-D 데카르트 지점으로 부여된다. 데카르트 기준면 상의 각각의 지점은 "가열 용기"를 나타낸다. 가열 용기의 온도 값은 가해진 에너지 또는 에너지-인(Ein, energy-in)과, 흡수율(absorbance) 대 전파 거리(propagation distance)와, 기준선 온도(baseline temperature)와, 조직 유형과 관련된 전도도 및 시간 상수에 따라 증가 및 감소한다. 조직 유형 측정 및 직접 또는 간접 온도 측정과 같은 추가적인 센서 입력은 공간 에너지 분포 정보를 증가시키거나 또는 확인하기 위해 위치 정보와 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 레이저 수술 기기는 핸드피스를 포함하고, 핸드피스는, 공급부로부터 치료 용적으로 레이저 에너지를 전송하는 광 전달 구성 요소와, 핸드피스의 가속도를 나타내는 가속도 정보를 제공하도록 구성된 가속도계와, 치료 용적 내의 조직의 온도를 나타내는 온도 정보를 제공하도록 구성된 온도 센서와, 치료 용적 내의 조직의 유형을 나타내는 조직 유형 정보를 제공하도록 구성된 조직 유형 센서를 포함한다. 레이저 수술 기기는, 가속도계, 온도 센서, 조직 유형 센서 및 공급부에 커플링되고, 가속도 정보, 온도 정보 및 조직 유형 정보를 기초로 치료 용적으로 전송되는 레이저 에너지를 제어하도록 구성된 프로세서를 포함한다.
일부 실시예에서, 핸드피스는 환자의 절개부를 통해 치료 용적으로 삽입되도록 된 프로브 부재를 포함한다. 프로브 부재는, 프로브 부재의 팁에 인접한 부위로부터 레이저 에너지를 방사하는 광학 전달 요소의 적어도 일부분을 포함한다.
일부 실시예에서, 프로세서는 가속도 정보를 기초로 핸드피스의 속도를 나타내는 속도 정보를 결정하고, 속도 정보를 기초로 치료 용적으로 전송되는 레이저 에너지를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 프로세서는 가속도 정보를 기초로 핸드피스의 위치를 나타내는 위치 정보를 결정하고, 위치 정보를 기초로 치료 용적으로 전송되는 레이저 에너지를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 온도 센서는 서미스터 또는 열전대를 포함한다.
일부 실시예에서, 온도 센서는 적외선 센서를 포함한다.
일부 실시예에서, 핸드피스는 치료 용적으로부터 적외선 센서로 적외선을 전송하도록 구성된 광학 감지 요소를 포함한다.
일부 실시예에서, 프로세서는 핸드피스의 속도를 임계치와 비교하고, 속도가 임계치 아래에 있을 때 치료 용적으로의 레이저 에너지 전송을 금지하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 프로세서는 조직의 온도를 임계치와 비교하고, 온도가 임계치 위에 있을 때 치료 용적으로의 레이저 에너지 전송을 금지하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 프로세서는 조직 유형 정보를 기초로 프로브 부재의 팁에 인접한 조직의 유형을 결정하고, 프로브 부재의 팁에 인접한 조직이 민감한 조직 유형일 때 치료 용적으로의 레이저 에너지 전송을 금지하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 민감한 조직 유형은 지방 조직의 부위에서 혈관성 조직을 포함한다. 다른 실시예에서, 민감한 조직 유형은 지방 조직의 부위를 덮는 진피 조직을 포함한다.
일부 실시예에서, 조직 유형 센서는, 프로세서에 커플링된 광학 검출기와, 치료 부위로부터 측정 광을 수용하여 이 광을 광학 검출기로 유도하도록 구성되는 광학 감지 요소를 포함한다. 광학 검출기는 다양한 파장에서 복수의 측정광 성분의 강도를 검출하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 광학 감지 요소는 광 전달 구성 요소를 포함한다.
일부 실시예에서, 조직 유형 센서는, 프로브 광 공급부와, 프로브 광 공급부로부터 치료 용적으로 프로브 광을 유도하도록 구성되는 광학 프로브 요소를 포함한다. 광학 감지 요소는 프로브 광의 일부를 목표 용적으로부터 광학 검출기로 향하게 한다.
일부 실시예에서, 프로브 광은 다양한 파장에서 복수의 분광 성분을 포함한다.
일부 실시예에서, 프로브 광은 약 532nm의 파장의 분광 성분과 약 635nm의 파장의 분광 성분을 포함한다.
일부 실시예에서, 광학 프로브 요소는 프로브 광이 치료 용적으로 전송되도록 프로브 광을 광 전달 구성 요소로 유도하는 광학 요소를 포함한다.
일부 실시예에서, 측정 광은 목표 용적 내의 조직에 의해 반사되고, 산란되고, 재방사되는 프로브 광 부분을 포함한다.
일부 실시예에서, 광학 검출기는 컬러 광 검출기를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에서, 레이저 수술 기기는 핸드피스를 포함하고, 핸드피스는, 공급부로부터 치료 용적으로 레이저 에너지를 전송하는 광 전달 구성 요소와, 핸드피스의 위치를 나타내는 위치 정보를 제공하도록 구성된 가속도계와, 치료 용적 내의 조직의 유형을 나타내는 조직 유형 정보를 제공하도록 구성된 조직 유형 센서를 포함한다. 레이저 수술 기기는, 가속도계 및 공급부에 커플링되고, 치료 용적으로 전송되는 레이저 에너지를 제어하도록 구성된 프로세서와 디스플레이를 포함한다. 프로세서는 위치 정보와 조직 유형 정보를 기초로 치료 용적 내의 복수의 위치들 각각에 전달되는 에너지량을 표시하는 정보를 결정하도록 구성된다. 디스플레이는 치료 용적 내의 복수의 위치들 각각에 전달되는 에너지량을 나타내는 그래픽 화상을 표시하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 그래픽 화상은 치료 용적의 맵을 포함하고, 상기 맵 상의 복수의 지점들은 치료 용적 내의 복수의 위치들에 대응하고, 각각의 지점들의 그래픽 화질은 치료 용적 내의 위치로 전달되는 에너지량에 따라 결정된다.
일부 실시예에서, 그래픽 화상은 삼차원 화상이다.
일부 실시예에서, 프로세서는 위치 정보와 조직 유형 정보를 기초로 치료 용적 내의 복수의 위치 각각에서의 온도량을 나타내는 정보를 결정하도록 구성된다. 디스플레이는 치료 용적 내의 복수의 위치 각각에서의 온도량을 나타내는 그래픽 화상을 표시하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 핸드피스는 치료 용적 내의 위치들에서 조직의 온도를 나타내는 온도 정보를 제공하도록 구성된 온도 센서를 더 포함한다. 프로세서는 온도 센서에 커플링되고, 위치 정보, 온도 정보 및 조직 유형 정보를 기초로 치료 용적 내의 복수의 위치들 중 적어도 하나의 온도를 나타내는 정보를 결정하도록 구성된다.
다른 양태에서, 핸드피스를 포함하는 기기가 개시되고, 핸드피스는, 공급부로부터 치료 용적으로 레이저 에너지를 전송하는 광 전달 구성 요소와, 치료 용적 내의 조직의 온도를 나타내는 온도 정보를 제공하도록 구성된 온도 센서와, 치료 용적 내의 조직의 유형을 나타내는 조직 유형 정보를 제공하도록 구성된 조직 유형 센서를 포함한다. 조직 유형 센서는, 다양한 파장에서 복수의 분광 성분을 갖는 프로브 광을 발생하는 프로브 광 공급부와, 프로브 광 공급부로부터 치료 용적으로 프로브 광을 유도하도록 구성되는 광학 프로브 요소와, 광학 검출기와, 치료 부위로부터 측정 광을 수용하여 이 광을 광학 검출기로 유도하도록 구성되는 광학 감지 요소를 포함한다. 광학 검출기는 다양한 파장에서 측정 광의 복수의 분광 성분의 강도를 검출하고 비교하도록 구성된다. 본 기기는, 조직 유형 센서 및 공급부에 커플링되고, 조직 유형 정보를 기초로 치료 용적으로 전송되는 레이저 에너지를 제어하도록 구성된 프로세서를 포함한다.
일부 실시예에서, 프로브 광은 약 532nm의 파장의 분광 성분과 약 635nm의 파장의 분광 성분을 포함한다.
일부 실시예에서, 광학 프로브 요소는 프로브 광이 치료 용적으로 전송되도록 프로브 광을 광 전달 구성 요소로 유도하는 광학 요소를 포함한다.
일부 실시예에서, 측정 광은 목표 용적 내의 조직에 의해 반사되고, 산란되고, 재방사되는 프로브 광 부분을 포함한다.
일부 실시예에서, 광학 검출기는 컬러 광 검출기를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에서, 레이저 수술 방법은, 공급부로부터 치료 용적으로 레이저 에너지를 전송하는 광 전달 구성 요소와, 핸드피스의 가속도를 나타내는 가속도 정보를 제공하도록 구성된 가속도계와, 치료 용적 내의 조직의 온도를 나타내는 온도 정보를 제공하도록 구성된 온도 센서와, 치료 용적 내의 조직의 유형을 나타내는 조직 유형 정보를 제공하도록 구성된 조직 유형 센서를 포함하는 핸드피스를 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은 공급부로부터 치료 용적으로 레이저 에너지를 전송하는 단계와, 가속도, 온도 및 조직 유형 정보를 결정하기 위해 가속도계, 온도 센서 및 조직 유형 센서를 이용하는 단계와, 가속도 정보, 온도 정보 및 조직 유형 정보를 기초로 치료 용적으로 전송되는 레이저 에너지를 제어하는 단계를 포함한다.
다양한 실시예들은 전술한 특징을 단독 또는 조합하여 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 치료 부위의 처치되지 못한 부분으로 기구를 안내하거나 또는 치료의 정도를 결정하기 위한 수단이 제공되어, 시술 중 환자 피부에 심미적으로 아름답지 못한 자국을 남길 수도 있는 바람직하지 못한 조직의 불균일한 제거를 방지할 수 있다.
전술한 설명은 다른 도면에서 유사한 참조 부호가 유사한 부분을 나타내는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다음의 상세한 설명을 통해 명백해진다. 도면은 축척으로 그려진 것은 아니며, 본 발명의 예시적인 실시예에 중점을 둔다.
도 1은 레이저 수술 시스템의 개략도이다.
도 1a는 본 발명의 장치에서의 가속도계의 일 실시예를 도시한 분해도이다.
도 2는 처치 중에 치료 부위에 적용되는 본 발명의 장치를 도시하는 도면이다.
도 3a는 1축, 2축 또는 3축으로 가속도를 변형하는 장치의 일 실시예의 특징을 도시하고, 도 3b는 본 발명의 장치에 장착된 가속도계의 일 실시예를 도시한다.
도 4는 본 발명의 변환기 처리 회로의 일 실시예에서의 필터 및 입력 증폭기를 도시하는 개략도이다.
도 5는 속도 대 파워 적용에서의 전체 속도 추정에 대한 개략적인 다이어그램이다.
도 6a 및 도 6b는 치료 부위의 일부분에 열 쇼크를 감소시키고 치료 부위에 걸쳐 더욱 균일한 에너지 분포를 제공하는 파워 출력의 모드를 도시한다.
도 7은 최소 속도 대 파워 곡선을 도시하는 그래프이다.
도 8은 파워 출력면에서 장치의 속도와, 장치에 의한 펄스의 반복률을 도시하는 그래프이다.
도 9는 오프셋 속도 대 파워 곡선을 도시하는 그래프이다.
도 10은 파워 대 위치차 애플리케이션에서 3차원 데카르트 평면에서 3축 위치를 구성하는 모드를 도시한다.
도 11은 처치 및 비처치 부분을 나타내는 치료 부위의 2차원 맵을 도시한다.
도 12a 내지 도 12d는 중첩 펄스와, 치료 부위의 맵에 대한 그러한 중첩 펄스를 계수하는 모드를 도시한다.
도 13a 내지 도 13c는 1064nm, 1320nm, 1400nm 공급부에 의해 각각 치료 부위에서 단열적인 온도 상승을 도시하는 그래프이다.
도 14는 Ein 대 전파 거리의 간질(interstitial) 목표 및 구성 내의 물리적 노드를 포함하는 3차원 좌표를 도시한다.
도 15는 장치 및 광학 검출기 센서 패드의 실시예를 포함하는 수술 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도 16은 도핑 비임에 사용되는 다중 파장을 도시하는 그래프이다.
도 17은 광학 검출기 센서 패드와 통신하는 사용자 인터페이스 디스플레이의 일 실시예를 도시한다.
도 18은 열 센서를 특징으로 하는 수술 장치를 도시한다.
도 19는 열 센서를 특징으로 하는 수술 장치를 도시한다.
도 20은 열 센서를 특징으로 하는 수술 장치의 실시예를 도시한다.
도 21은 수술 장치를 제어하는 피드백 루프를 도시한다.
도 22는 수술 장치를 제어하는 피드백 루프를 도시한다.
도 23은 수술 장치를 위한 온도-위치 맵핑을 도시하는 개략도이다.
도 24는 IR 열 센서를 특징으로 하는 수술 장치를 도시한다.
도 25는 IR 열 센서를 특징으로 하는 수술 장치를 도시한다.
도 26은 반사 방지 코팅된 ZnSe의 전송 특성의 그래프를 도시한다.
도 27은 조직 유형 센서를 도시한다.
도 28은 조직 유형 센서를 도시한다.
도 29는 감지 도파관을 특징으로 하는 조직 유형 센서를 도시한다.
도 30은 이중 컬러 조직 유형 센서를 도시한다.
도 31은 조직 유형 센서에 사용되는 전자 회로를 도시한다.
도 32는 조직 유형 센서에 사용되는 전자 회로를 도시한다.
도 33은 컬러 광 검출기에 대한 응답 곡선을 도시한다.
이하에 본 발명의 실시예가 설명된다.
도 1은 본 명세서에 설명된 유형의 몇 가지 안전 및 제어 특징부를 나타내는 레이저 수술 시스템(10)을 도시한다. 시스템은 임상의 또는 다른 조작자에 의해 파지되고 치료 레이저 에너지를 레이저 공급부(14)로부터 치료 부위로 (예컨대, 광 섬유를 통해) 전달하도록 구성되는 핸드피스(12)를 포함한다. 제어기(15)는 예컨대 공급부(14)로부터 치료 부위로 광의 전달을 허용 또는 금지함으로써 또는 강도, 파장, 펄스 비율(pluse rate) 등과 같은 하나 이상의 레이저 파라미터를 제어함으로써, 치료 레이저 에너지의 전달을 제어하도록 작동한다. 핸드피스(12)는 다양한 유형의 다중 센서(16a, 16b, 16c)를 포함한다. 예컨대, 본 실시예에서 센서(16a)는 가속도계이고, 센서(16b)는 온도 센서이며, 센서(16c)는 조직 유형 센서(tissue type sensor)이다.
센서(16a 내지 16c)는 제어기(15)에 연결되고, 제어기는 진행중인 치료에 관한 정보를 결정하도록 신호의 출력을 처리할 수 있다. 제어기(15)는 처리된 정보를 기초로 센서(16a 내지 16c) 및 제어 레이저(15)에 의해 측정된 정보를 처리할 수 있다. 센서(16a 내지 16c)의 각각으로부터의 정보는 치료 중인 부위에 관한 다양한 실시간 정보를 제공하도록 별개로 또는 조합하여 이용될 수 있다. 이러한 정보는 임상의에게 표시될 수 있거나, 또는 예컨대 위험한 상태(예컨대, 치료 부위 일부의 과열)가 검출된 경우에, 레이저(15)를 중지하거나 또는 치료 부위에 걸쳐 바람직한 선량 프로파일(dose profile)을 제공하기 위해 레이저(15)를 자동 제어하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 센서(16a 내지 16c)로부터의 정보는 상호 확인하는데 사용되어 신뢰성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 핸드피스(12)의 외부에 위치한 추가적인 센서(17)가 치료 중인 조직 부위에 관한 정보를 제공한다. 예컨대, 센서(17)는 치료 중인 조직 또는 인접한/관련된 조직(예컨대, 치료 중인 조직을 덮는 피부의 외부 표면)의 온도를 측정하는 적외선 카메라 또는 다른 형태의 센서나 IR 센서일 수 있다.
도 1a는 생체 내 수술 처치용 장치(100)를 설명한다. 장치(100)는 기기(115)를 포함한다. 기기(115)는 임상의(예컨대, 외과 의사)에 의해 파지되도록 구성될 수 있고 에너지 공급부(105)를 포함한다. 에너지 전달 구성 요소(110)가 에너지 공급부(105) 및 기기(115)에 커플링되어 에너지를 치료 부위(도시 생략)에 전달할 수 있다. 용어 "치료 부위(treatment area)"는 환자 몸의 임의의 부분을 포함할 수 있다. 치료 부위의 예는 환자 몸 내에 위치한 간질 목표(interstitial target) 뿐만 아니라 피부 표면의 일부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 전달 구성 요소(110)는 광섬유이다. 에너지 전달 구성 요소(115)는 기기(115) 및 슬리브(130)를 통과하여 팁(135)에 도달된다. 시술 중, 슬리브(130)에 의해 덮인 에너지 전달 구성 요소(110)의 부분이 치료 부위에 가해진다. 장치(100)는 관성 가속도를 측정하기 위해 기기(115)에 커플링된 가속도계(120)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 전달 구성 요소(110)는 광섬유일 수 있다.
에너지 공급부(105)는 흡수 에너지, 광 에너지, 무선주파수 에너지, 음(예컨대, 초음파) 에너지 및 전자기 방사 중 적어도 하나를 제공하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 공급부는 레이저광을 포함한다. 레이저광은 레이저 방사를 포함할 수 있다. 그러나 다른 실시예에서, 레이저 방사는 레이저 펄스(예컨대, Nd:YAG 레이저)를 포함한다. 이 실시예에서, 에너지 공급부는 레이저를 포함한다. 일 실시예에서, 무선주파수 에너지는 무선주파수(RF) 펄스를 포함할 수 있다. 그러나 다른 실시예에서 전자기 방사는 자외선(UV) 광을 포함한다.
펄스가 치료 부위에 전달될 때, 펄스의 파장은 목표에 가해지는 파워량에 대한 주요 성분의 역할을 한다. 예컨대, 1440nm 파장 펄스는 예컨대 동등한 파워의 1320 nm 파장 펄스보다 지방 조직에 의해 더 많이 흡수된다.
특정 실시예에서, 장치(100)는 에너지 전달 구성 요소(110)에 고정되는 가속도계(120)를 포함할 수 있다. 가속도계(120)는 에너지 전달 구성 요소(110)에 대해 고정된 관계로 기기(115)에 장착 또는 내장될 수 있다. 가속도계(120)는 3개의 직교 방향으로 그리고 최소한 일방향으로의 에너지 전달 구성 요소(110)의 움직임을 나타내는 전기 신호를 생성한다. 가속도계(120)로부터 전기 신호는 에너지 공급부(105)를 제어하는 프로세서(125)에 전송될 수 있어서, 에너지 공급부(105)의 작동이 기기(115)의 동작에 의해 적어도 부분적으로 제어된다.
특정 실시예에서, 프로세서(125)는 기기(115)[및 그에 따라, 에너지 전달 구성 요소(110)]가 움직일 때에만 에너지 전달 구성 요소(110)가 작동되도록 프로그램될 수 있다. 가속도계(120)가 기기(115) 및 에너지 전달 구성 요소(110)가 정지 상태임을 나타낼 때, 에너지 공급부(105)의 출력이 종료된다. 이로 인해, 에너지 전달 구성 요소(110)가 최적량 이상의 에너지가 치료 부위의 동일 부분에 연거푸 전달하는 것을 방지하여, 바람직하지 못한 열적 손상을 막을 수 있기 때문에 안전 기능이 제공된다. 또한, 일 실시예에서 장치(100)의 안전 기능은 적어도, 기기(115)가 임계 최소 속도 이하로 가동될 때에 경고 피드백을 제공하는 제어를 포함할 수 있다. 대안으로서 또는 이러한 안전 기능과 조합되어, 장치(100)는 에너지 전달 구성 요소(110)가 임계 최소 속도 이하로 가동될 때에 에너지 공급부(105)의 기능을 정지시키는 제어를 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 에너지 공급부는 펄스화될 수 있는 비임을 방사한다. 예컨대, 에너지 공급부가 레이저광을 전달하면, 에너지 공급부는 레이저 펄스율(rate of a laser pulse)을 제어할 수 있다. 에너지 공급부는 치료 부위로 유도되는 전체 에너지량을 제어하기 위해 하나 이상의 파라미터를 조작하도록 형성된다. 일 실시예에서, 에너지 공급부는 펄스당 파워, 펄스 지속시간(pulse duration), 펄스 반복률(pulse repetition rate) 또는 이들 조합을 제어할 수 있다. 치료 부위로 유도되는 전체 파워를 지속 시간 동안 일정하게 유지하면서, 에너지 공급부는 펄스당 파워, 펄스 지속시간, 펄스율 또는 이들 조합을 증가 또는 감소시키도록 형성된다. 일 실시예에서, 에너지 공급부는 가속도계에 의해 제공된 피드백에 응답하여 각각의 에너지 펄스의 펄스들을 발생하는 비율(rate)을 제어하도록 구성된 제어 시스템을 또한 포함한다. 따라서, 저속으로 가동하는 장치(및 그에 따라, 에너지 전달 구성 요소)는 치료 부위로 유도되는 에너지를 더 적게 전달할 것이다. 역으로, 고속으로 가동하는 장치는 더 많은 파워를 전달할 것이다. 일 실시예에서, 제어 시스템은 장치가 움직일 때만 모든 3개의 축으로의 장치 움직임에 따라 조절되는 파워로 에너지 펄스를 방사하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 에너지 공급부는 펄스의 파장, 에너지 전달 구성 요소의 속도, 치료 부위의 조직, 플루언스 설정(fluence setting), 전파 거리 또는 이들 조합에 대한 에너지 펄스율을 제어할 수 있다.
특정 실시예에서, 장치는 치료에 반응하는 치료 부위의 반응을 검출하도록 에너지 전달 구성 요소에 결합된 검출기를 포함한다. 일 실시예에서, 센서가 유도되는 에너지에 반응하여 치료 부위의 물리적 변화를 측정하도록 에너지 전달 구성 요소에 커플링될 수 있다. 다른 실시예에서, 검출기는 에너지 전달 구성 요소를 통해 치료 부위로 다시 전송된(transmitted back) 방사를 검출하도록 에너지 전달 구성 요소에 커플링될 수 있다. 예컨대, 검출기는 에너지 펄스의 역방향으로 치료 부위로부터 에너지 전달 구성 요소의 하방으로 이동하는 근적외선 방사를 검출한다. 검출된 근적외선 방사는 치료 부위의 조직의 온도를 모니터링하고 에너지 공급부의 작동을 조정하는데 이용될 수 있다. 그러나 다른 실시예에서, 장치는 조직의 온도가 미리 설정된 온도를 초과하는 것을 검출된 방사가 나타날 때 경고를 보내도록 프로그램될 수 있다. 장치는 조직의 온도가 미리 설정된 온도를 초과하는 것을 검출된 방사가 나타날 때 에너지 공급부의 작동을 금지하도록 추가로 프로그램될 수 있다. 예컨대, 에너지 공급부는 펄스 모드로 작용되고, 치료 부위로부터의 근적외선 방사는 연속적인 치료 펄스들 사이의 지연 시간 동안 검출된다. 연속적인 웨이브 공급부(wave source)에 대해서도, 치료 비임 및 진단 비임이 조절될 수 있어, 연속적인 웨이브 치료 비임의 듀티 사이클이 1(unity)에 근접되었다.
도 2는 본 발명의 장치가 적용되는 방법을 도시한다. 장치(200)는 환자의 피부 상에 만들어진 절개부(210)를 통해 치료 부위(205)(예컨대, 지방 조직)로 삽입된다. 에너지 전달 구성 요소(215)가 치료 부위(205) 내로 더 삽입되고 추가로 이동될 때, 에너지 전달 구성 요소(215)는 하나 이상의 연속 펄스(sequential pulse)를 치료 부위(205)로 사전에 결정된 비율로 유도하도록 구성된다. 시술 중, 에너지 전달 구성 요소(215)의 팁(220)에 바로 인접한 조직 내에서 다량의 흡수 및 가열이 발생된다. 의사가 치료 부위(205)에서 장치(200) 및 그에 따라 에너지 전달 구성 요소 장치(215)를 전후로 이동시킴에 따라, 에너지 공급부(도시 생략)는 하나 이상의 연속 펄스를 방사시킴으로써, 에너지를 제공하고 조직 세포(예컨대, 지방 세포)를 분산 및 파열시킨다.
특정 실시예에서, 에너지 공급부는 에너지 전달 구성 요소(215)의 위치에 대해 치료 부위(205)로 유도되는 에너지량을 조절하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 에너지 공급부는 치료 부위(205) 내의 물리적 위치에 전달되는 에너지량에 관하여 가속도계(230)에 의해 제공되는 피드백과 관련하여 치료 부위(205)로 유도되는 에너지량을 조정하도록 형성된다.
일 실시예에서, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 장치(300)는 레이저/수술 핸드피스(310) 내에 위치된 3축 가속도계(305)와, 가속도를 조작자에 대한 속도 및/또는 위치 피드백으로 변환하고 치료 부위로 유도되는 에너지 출력 또는 파워를 조종하는 알고리즘을 갖도록 형성되는 변환기 처리 회로(315, translator processing circuit)를 포함한다. 처리 회로(315)는 가속도계(305)에 커플링되고 치료 부위(도시 생략)로 유도되는 에너지의 선량 측정을 결정한다. 용어 "선량 측정"(dosimetry)은 에너지 노출에 기인한 조직 또는 물질(matter) 내의 에너지 선량의 계산을 말한다. 이와 같이, 속도 및/또는 위치 피드백과 관련하여, 장치(300)는 파워 및 치료 부위로 유도되는 에너지량을 제어할 수 있다.
특정 실시예에서, 본 발명의 장치는 가속도계로부터의 피드백을 처리하고 치료 부위로 유도되는 에너지량을 제어하도록, 가속도계에 커플링되는 프로세서를 포함한다. 일 실시예에서, 장치는 파워 대 속도 애플리케이션을 포함한다. 이 애플리케이션에서, 치료 부위로 유도되는 파워가 속도 피드백과 관련하여 제어된다. 가속도계는 1축, 2축 또는 3축 속도 피드백을 얻도록 필터링되고 스케일링되고 적분된 출력을 제공한다. 속도 피드백이 2축 또는 3축에 대해 제공될 때, 정적 가속도가 차단되고 단지 동적 가속도 신호만이 에너지 전달 구성 요소에 의해 감지되도록 가속도계(305) 출력의 직류(DC) 성분이 필터링될 수 있다. 이와 같이, 가속도계(305)의 직류(DC) 성분이 차단될 때, 처리 회로(315)는 + 크기 또는 - 크기의 속도 중 하나를 포함하는, 속도에 대한 전체 값을 제공하도록 동적 가속도를 축적한다.
변환기 처리 회로(315)는 아날로그 및 디지털 소자 모두를 포함한다. 가속도계(305)에 의한 속도 피드백의 3개 채널이 도 4에 도시된 바와 같이, 조절 가능한 게인 입력 증폭기가 후속되는 (예컨대, ~0.25Hz 컷오프를 갖는) DC 차단 고역 통과 필터와 같은 필터를 통해 변환기 처리 회로(315)에 제공된다. 또한, 입력 증폭기는 오프셋될 수 있어, 필터링된 가속도 신호는 양극 양방향 가속도 피드백이 가능하게 된다. 이 수단들을 통해, 중력에 의한 일정하거나 정적인(static) DC 가속도가 차단되고, 동적이거나 가변 가속도가 가속도계로 통과되어 스케일링 및 적분되어 속도 피드백을 얻는다. 또한, 각도 또는 도 3에 300으로 표시된 것과 같은 장치의 배향에 있어서의 변화로 인해, 정적 중력 가속도 벡터는 3축 모두의 사이에 재분배되어 가속도 신호로 재분배되는데, 이는 상기 신호가 중력에 대한 3축 기준 프레임의 각도에 따라 결정되기 때문이다.
파워 대 속도 애플리케이션 중 특정 실시예에서, 가속도계는 조합된 3축 합성 속도 피드백을 제공하도록 구성된다. 따라서, 치료 부위로 유도되는 파워 출력은 조합된 속도 피드백을 기초로 스로틀되거나 조절될 수 있다. 각 속도 신호는 상이한 축들을 따르는 속도를 나타내므로, 3개의 축으로부터의 속도값을 단순히 더하는 것은 불가능하다. 예컨대, X축 방향으로의 음의 속도값은 Y축 또는 Z축 방향으로의 양의 속도값으로부터 감산될 것이다. 따라서, 처리를 단순화하기 위해, 본 발명의 가속도계는 도 5에 도시된 바와 같이 각 축에서 독립적으로 절대 속도값을 취한 후 모든 축으로부터의 상기 절대값을 합산하여 준(quasi) 속도 합계값을 제공하도록 구성될 수 있다. 도 5는 본 발명의 장치가 조합된 3축 합성 속도 피드백을 제공하는 방법의 일예를 설명한다. 단계 505x, y, z에서, 각 축으로부터의 가속도 신호가 측정된다. 단계 510x, y, z 및 단계 515x, y, z에서, 입력 증폭기와 가속도 신호는 오프셋된 후, 적분되어, 속도값을 생성한다. 그 후, 각 축으로부터의 속도값은 단계 520x, y, z에서 절대값으로 변환된다. 단계 525x, y, z에서, 속도에 대한 각각의 절대값들은 가중되고(weighted) 더해져서 각각 조합된 3축 합성 속도 피드백을 제공한다. 예컨대, X축에 대한 속도값에 대한 절대값은 가장 큰 가중치를 받아 조합된 3축 합성 속도 피드백에 85%를 기여하는 반면에, Y축 및 Z축의 값은 각각 15% 및 5%로 가중된다. 각 축은 소정의 시술시 장치에 대한 운동의 주축을 편의시키거나 강조하도록 상이하게 증폭될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, X축은 지방 분해와 같은 시술의 주요 스트로크를 따르지만, 가속도계에 의한 Y축 및 Z축 센서로부터의 측면 및 깊이 가속도는 조합된 3축 합성 속도 피드백에 대해 더 적게 기여한다. 지방 분해에 대해, X축으로의 속도는 조합된 3축 합성 속도 피드백의 80%까지, Y축으로의 속도는 15%까지, 그리고 Z축의로의 속도는 5%까지 기여할 수 있다. 선택된 플루언스(파워 출력)를 100% 달성하기 위해, 3축 모두에서의 속도의 절대값이 서로 더해지고, 그 합계는 속도 임계값에 대한 100% 플루언스를 초과해야 한다. 조합된 3축 합성 속도 피드백이 100% 임계값보다 작으면, 파워 출력은 속도에 대해 선형으로 감소한다.
특정 실시예에서, 파워 대 속도 피드백 애플리케이션은 에너지 공급부(예컨대, 도 2에서 도면부호 215로 표시된 부품)를 제어하여 방향 기초 파워 출력 루틴(direction-based power output routine)에 의해 치료 부위로 에너지를 전달하는 프로세서를 포함할 수 있다. 방향 기초 파워 출력 루틴이 실행되면, 에너지 공급부는 본 발명의 장치가 이동하는 방향에 대해 수정된 양의 에너지를 보낸다. 이러한 프로세서는 치료 부위 부분에 에너지를 고르게 전달하기 위해 적용된다. 예컨대, 도 6a에 도시된 바와 같이, 전방 스트로크(605) 동안, 전체 스트로크 에너지의 67%가 투입된다. 도 6b에서, 복귀 스트로크(610)는 전체 파워의 나머지 33%를 투입한다. 후속 샷 전에 약간의 냉각/열 분산 시간이 허용된다는 것이 아이디어이다. 그 결과, 치료 부위 부분 전체에 걸쳐 더욱 고른 에너지 분산을 제공하면서 치료 부위(615)에 대한 열 충격(급격한 ΔT)을 감소시킨다. 또한, 방향 기초 파워 출력 루틴은 좌우 스트로크(side-to-side stroke)에 적용될 수 있다.
파워 대 속도 애플리케이션에 의해, 임상의는 에너지 전달 구성 요소가 이동하는지 여부와 얼마나 빨리 이동하는지를 알 수 있지만, 임상의는 에너지 전달 구성 요소가 이동하고 곳을 정확하게 알 수는 없다. 예컨대, 임상의는 반복적으로 치료 부위의 처치된 부분으로 복귀(예컨대, Y축 및 Z축으로의 속도는 없이 단지 X축을 따라 앞뒤로 이동)할 수 있다. 이 경우, 속도 피드백은 X축 속도가 100% 플루언스 한계에 대한 최소 속도를 초과하는 한 최대 파워 출력을 허용한다. 프로세서 또는 변환기 처리 회로의 일 실시예에서, 프로세서 또는 변환기 처리는 에너지 전달 구성 요소의 속도와 관련하여 치료 부위로 유도되는 파워를 제한하는 알고리즘으로 구성된다. 이런 알고리즘에 의해, 안전성이 크게 향상된다. 과도한 드웰 시간(dwell time)으로 의한 손상이 쉽게 방지되고, 파워 대 속도 애플리케이션을 갖는 본 발명의 장치에 의한 최적의 템포를 위한 조작자에 의한 습득의 용이성이 향상된다. 안정성 측정을 위한 다른 실시예에서, 본 발명의 장치는 치료 부위 및/또는 장치의 다양한 조건을 나타내는 오디오 피드백을 구비할 수 있다. 오디오 피드백은 예컨대, 파워의 출력, 치료 부위의 일부에서의 과도한 온도 상승, (예컨대, 프로브/도핑 비임 전송 수단 및/또는 반사율 광검출기에 의해 판정되는 것과 같은) 목표하지 않은 조직의 접근 검출, 그리고 불리한 조건(예컨대, 출혈, 연소)을 나타낼 수 있다.
특정 실시예에서, 파워 대 속도 애플리케이션은 파워 제한 알고리즘을 실시하는 프로세서를 더 포함한다. 알고리즘은 치료 부위의 단위 체적당 에너지(energy/unit volume)가 안전 열 한계를 초과하지 않도록 파워 출력을 제한 또는 스로틀한다. 파워가 얼마나 안전한가를 결정하는 변수들은, 파장, 파워 설정, 조직 유형(예컨대, 조직에 의한 흡수율), 전파 거리 및 반복률 중 적어도 하나와 관련된다. 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 기본 곡선은 1Hz 설정에 비해 2Hz 설정에 대해 두 배인 최소 속도를 요구하는데 이는 2Hz 설정에서 파워 출력이 2배이기 때문이다. 각각의 반복률에 대해 상이한 기울기가 도 8에 나타난다. 도 8은 펄스의 반복률 및/또는 치료 부위로 유도되는 파워가 장치의 속도와 관련하여 조절된다는 것을 나타낸다. 최소 속도 곡선은 가해지는 에너지, 조직 흡수율, 냉각 시간 및 핸드피스 이동 속도 중 적어도 하나의 예측값을 기초로 과도한 조직 온도 상승을 방지하기 위한 것이다. 또한, 기울기 수정 인자는 각각의 조직 유형 및/또는 각각의 파장으로부터 얻어질 수 있다.
파워 제한 알고리즘의 일 실시예에서, 장치는 에너지 전달 구성 요소가 치료 부위 내로 도입하는 지점으로부터 미리 정해진 거리 내에 있을 때 방사된 에너지의 크기를 조절하도록 구성되는 에너지 공급부를 포함할 수 있다. 다시 도 2를 참조하면, 팁(220)이 이미 처치된 물리적 위치로 재방문할 때, 에너지 공급부(도시 생략)는 이미 처치된 부분이 연소되지 않고 적절한 크기의 에너지로 최적으로 처치되도록 치료 부위의 각 부분으로 전달되는 에너지의 크기를 조절하도록 구성된다. 예컨대, 팁(220)은 절개부(210)로부터 비교적 멀리에 있는 물리적 위치(240) 내의 부분보다 절개부(210)에 가까운 물리적 위치(235)에서의 부분과 더 자주 접촉하게 된다. 따라서, 팁(220)이 접촉할 때마다 물리적 위치(235)의 일부가 동일한 크기의 에너지로 펄스가 가해지면, 이 부분들은 연소되거나 또는 결국 과도하게 처치될 것이다. 이런 형태의 절개부(210) 부근의 부분에 대한 에너지의 바람직하지 않은 과다 노출을 방지하기 위해, 에너지 공급부는 절개부(210)로부터 미리 정해진 거리 내의 부분에 전달되는 에너지 크기를 조절하고 유도되는 에너지 크기를 제한하도록 구성된다.
파워 대 속도 애플리케이션의 특정 실시예에서, 본 발명의 장치는 도 7에 도시된 바와 같이 오프셋 기구를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 장치는 레이저 광을 포함하고, 레이저 광은 장치의 이동 속도에 의해 직접 스로틀 될 수 있다. 오프셋 기구는 도 9에 제공된 속도 대 파워 그래프로부터 어느 정도의 편향을 허용한다. 예컨대, 이는 특정 시술에 적합하도록 하드코드된 안전 한계 내에서 에너지 대 속도 기울기를 미세하게 조정하는 능력을 임상의에게 제공한다. 예컨대, 장치는 곡선(905)으로 표시된 바와 같이 1Hz 반복률 설정에 대해 파워 대 속도 애플리케이션 내에서 증가하는 파워에 음의 오프셋을 가하도록 구성될 수 있다. 반대로, 양의 오프셋이 가해질 때, 장치는 곡선(910)으로 표시된 바와 같이 더 작은 파워를 방사하도록 구성된다. 그리고 레이저는 이동 속도가 허용되도록 선택된 파워의 백분율을 결정하도록 속도와 관련하여 파워를 감소시킨다. 명백하게, 선택된 파워는 장치의 이동 속도와 무관하게 절대 초과되지 않는다.
파워 대 속도 파워 제한 알고리즘에 대한 대안은 파워 대 위치차(difference-in-position, Δ-position) 애플리케이션이다. 이 경우, 변환 벡터(translation vector)는 3축 모두에서 위치차로부터 계산된다. 이 변환 벡터는 3차원 공간을 통한 절대 속도 및 거리를 규정한다.
파워 대 위치차 파워 애플리케이션은 더욱 정밀한 제어와 정확한 단위 체적당 에너지 온도 상승 제한을 허용한다. 특히, 장치의 절대 위치와 파장 및 파워 출력(예컨대, 지방 조직 흡수율)을 동시에 추적함으로써, 매우 양호한 국부적 온도 상승의 예측이 달성될 수 있다.
3개의 개별 위치 추적을 플로팅 함으로써, 가속도계를 사용하여 3축 모두에서 독립적으로 측정된 가속도는 도 10에 도시된 바와 같이 간질 목표의 3차원 공간 내에 정확한 위치를 산출하도록 두 번 적분된다. 3축 내의 위치 트랙은 3차원 데카르트 평면(1000) 상에 플로팅되고 위치 설정된다. 3축은 한 점에서 모이고, 3축의 수렴 플로팅은 목표 부위 내에 본 발명의 장치의 에너지 전달 구성 요소의 실제 위치(1005)를 산출한다.
절대 위치에 로킹된 각각의 샷의 위치는 치료 부위의 맵을 생성함으로써 과정 내내 기록될 수 있다. 조작자에 대한 단순한 픽셀 암화 디스플레이(pixel darkening display)는 빠지거나 처치되지 않은 부위의 신속한 확인을 허용한다. 이 피드백은 더욱 고르게 분포된 에너지 치료를 허용한다.
파워 대 위치차 애플리케이션의 특정 실시예에서, 치료 부위는 환자의 피부의 표면부(예컨대, 얼굴)이다. 도 10에 도시된 간질 목표의 3차원 맵과 유사하게, 3차원 국소 해부 맵은 피부 표면부의 피크(peak)와 밸리(valley)를 표시한다. 치료 전에, 피부 표면부의 사진을 기초로 2차원 내지 3차원 알고리즘을 사용하여 3차원 국소 해부 맵이 만들어진다. 국소 해부 맵 상의 각 점은 가해지는 에너지(Ein), 흡수율 또는 전파 거리와 시간 상수 및 조직 유형과 관련된 연속성 중 적어도 하나를 고려하는 축적물을 나타낸다. 치료 중, 3차원 국소 해부 맵은 에너지 전달 구성 요소의 위치, 각 부분으로 유도되는 에너지 크기, 그리고/또는 각 부분에 의해 흡수된 에너지 크기를 나타내도록 구성된다.
파워 대 위치차 애플리케이션의 특정 실시예에서, 치료 부위로 유도되는 파워는 3축 모두에서의 위치에 있어서의 차이로부터 변환이 계산되는 위치 피드백과 관련하여 제어된다. 이 변환 벡터는 3차원 공간 내에서의 거리와 절대 속도를 규정한다. 위치차 피드백 적용을 위해 가속도계에 결합된 변환기 처리 회로는 중력이 더 이상 무시될 수 없다는 점에서 속도 피드백과 상이하다. 오히려, 중력 벡터의 방향은 장치 내의 가속도계에 결합된 자이로(예컨대, 도 3에 320으로 표시된 부품)의 사용에 의해 또는 수학적으로 결정되어야 한다. 자이로의 이점은 시술의 처음에 일단 정렬하면 자이로는 정밀한 경사 피드백을 제공할 수 있고, 이는 변환기가 중력을 빼고 각각의 축으로부터의 가속도를 독립적으로 고려하여 속도 및 위치를 얻는 것을 허용한다는 것이다. 자이로는 또한 다른 가속도계 편류 및 오프셋 보상을 허용한다.
파워 대 위치차 애플리케이션의 일 실시예에서, 이들 위치 피드백값은 3차원 좌표 평면상에 차트화되고, 3축 좌표계 내에 에너지 전달 구성 요소의 위치의 임의의 변경을 나타낼 수 있다. 이러한 위치의 고려는 3차원 좌표 평면 내의 점들 사이의 거리, 점들 사이의 이동 시간 또는 다른 상대적인 위치 데이터를 규정하는 변환 벡터의 계산을 허용하고, 실제 3차원 속도 합계뿐만 아니라 절대 위치를 제공한다. 3차원 좌표 평면의 다른 이점은 오프셋 벡터 및 거리, 임의의 축에 대한 회전 또는 위치 데이터의 미러 이미지 관리를 허용하는 것과 같이 복잡한 작동을 단순화한다는 것이다. 미러 이미지 변환에 대한 요구의 예는 도 1a의 기기(105)와 같은 요소이다. 이 요소는 신체 내에 있는 에너지 전달 구성 요소(110)와 같은 요소에 대해 미러 이미지 좌표 평면 내에서 이동한다.
파워 대 위치차 애플리케이션으로 구성된 알고리즘은 또한 이미 처치된 스폿/위치로의 과도한 에너지의 방사를 제한 또는 방지할 수 있다. 따라서, 임상의는 과도한 열 상승을 방지하기 위해 레이저가 펄스마다 또는 밀리초(millisecond)를 기초로 파워를 스로틀백(throttle back)하는 동안 동일한 조직 섹터를 여러 번 지나갈 수 있다. 임상의가 이전에 처치된 부위의 냉각을 더 적게 허용할수록, 상응하여 결과적으로 더 적은 에너지가 허용된다. 이 실시예는 도 11에 도시되어 있다. 본 발명이 2차원 또는 3차원적으로 작동할 수 있지만, 설명을 위해 도 11은 치료 부위(1100)를 나타내는 2차원 단면 맵만을 도시한다. 임상의가 치료 부위(1100) 내에서 행동을 취함에 따라, 맵은 장치(1140)에 의해 처치되는 부분을 모두 기록하고 도 11에 도시된 것과 유사하게 치료 부위의 영상을 임상의에게 제공한다. 치료 부위(1100)는 챠트화되고 치료 부위 또는 체내 공동을 나타내는 상이한 섹션(1110, 1115, 1120, 1125 및 1130)으로 분할될 수 있다. 스폿/위치(1105, 1106, 1107)는 예컨대 레이저 펄스로 이미 처치된 부분이며, 부분(1135, 1136, 1137)은 처치되어야 할 부분이다. 치료가 진행됨에 따라, 파워 대 위치차 애플리케이션을 기초로 상기 위치로부터 관측하고 있는 임상의는 처치되지 않은 부분(1135, 1136, 1137)으로부터 치료 부위(1100)의 처치된 부분(1105, 1106, 1107)을 쉽게 식별할 수 있다. 따라서, 임상의는 치료 부위(1100)의 처치되지 않은 부분(1135, 1136, 1137)을 처치하도록 장치(1140)를 조작하고 이동시킨다. 처치된 부분(1105, 1106, 1107)의 위치와 더불어, 치료 부위(1100)의 맵은 유도되는 에너지/부위의 크기 및/또는 흡수된 에너지의 크기를 도시한다. 예컨대, 섹션(1130)이 다른 섹션보다 더 큰 레이저 펄스로 처치되면, 맵은 섹션(1130)이 다른 섹션보다 더 큰 파워/부위로 처치되고 임의의 부분은 이미 최적으로 처치되었다는 것을 나타내는 피드백을 제공할 것이다. 일 실시예에서, 치료 부위의 맵은 컬러 코딩(color coding)을 포함할 수 있다. 컬러 코딩은 치료 부위의 일부에 의한 흡수율의 크기와 같은 치료의 효과를 나타낼 수 있다. 컬러 코딩은 또한, 임의의 파장에서 다수의 샷의 펄스에 대해 솔리드 레드 점과, 다른 파장에서 약간의 샷의 펄스에 대해 연한 레드 점과 같이, 방사 펄스의 강도를 나타낼 수도 있다.
특정 실시예에서, 파워 대 위치차 애플리케이션으로 구성된 장치는 속도 대 파워 적용으로 구성된 앞서 논의된 것과 유사한 안전 특징부를 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 본 명세서에 논의된 파워 대 위치차 애플리케이션으로 구성된 장치는, 전술한 속도 피드백 적용과 유사하게, 치료 부위 내에 에너지를 고르게 분포시키는 것을 포함한 파워 대 속도 애플리케이션에 대해 논의된 파워 제한 알고리즘 및/또는 프로세서 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 본 발명의 장치는 펄스를 중첩시키기 위해 고려되는 프로세서를 더 포함한다. 각각의 펄스는 펄스의 파장에 따라 상이한 거리 및 상이한 흡수율로 전파된다. 일련의 펄스가 방사되면, 파장, 흡수율 및 전파 거리는 도 12a 내지 도 12d에 도시된 바와 같이 중첩될 수 있다. 도 12a는 치료 부위(1205) 아래에 삽입되고 에너지(1210, 예컨대 레이저 펄스)를 전달하는 에너지 전달 구성 요소(1201)를 도시한다. 도 12b는 전달된 에너지(1210)로부터의 방사상 온도 상승을 도시하며, 에너지(1210) 원점(origin)에 가장 가까운 원은 약 70℃로 가장 뜨겁고, 가장 먼 원은 약 50℃이다. 도 12c는 일련의 중첩하는 펄스(1225, 1226, 1227)로부터 야기된 핫 스폿(1220, 1221)을 도시한다. 핫 스폿으로 전달된 파워의 크기를 고려할 목적으로, 핫 스폿(1220)에서 흡수되는 최종 열 에너지는 단순히 함께 더해질 수 있다. 일련의 펄스가 다른 파장으로 방사되면, 흡수된 전체 에너지 대 모든 구성 파장의 펄스의 거리는 조직 온도 상승의 정확한 예측을 허용한다. 도 12d는 대응하는 온도 상승 대 거리에 의해 2개의 연속적이고 가깝게 위치하거나 중첩하는 샷(레이저 펄스)을 묘사한다. 개별 샷에 대한 온도의 변화 또는 ΔT는 단열적인 계산에 의해 예측될 수 있고, 파장, 파워, 목표 조직 흡수 및 분산 효과는 목표 조직 내의 방향과 거리에 대한 ΔT의 계산을 허용한다. 최종 조직 ΔT 존이 중첩하는 가깝게 위치된 샷들은 인접하여 전달된 샷으로부터의 예열로 인해 온도가 추가적으로 축적된다. 또한, 거리에 대한 최대 ΔT와 최소 ΔT 사이의 비는 "미분값 ΔTmax"로 정의될 수 있다. 예컨대, 에너지를 축적하고 매우 고른 조직 가열을 위해, 더욱 일관된 조직 가열을 제공하도록 "미분값 ΔTmax"가 최소화되어야 한다.
도 13a 내지 도 13c에 도시된 바와 같이, 치료 부위의 일부가 100mJ을 전달하는 1064nm, 1320nm 및 1400nm 에너지 전달 구성 요소(예컨대, 600㎛ 섬유)에 노출될 때의 단열적인 온도 상승은 각각 300㎛ 반경 좌표에서 0.2℃, 0.81℃ 및 20℃이다.
파워 대 위치차 애플리케이션의 특정 실시예에서, 치료 부위는 간질 목표이다. 본 발명의 장치에 커플링되는 가속도계를 사용하면, 체내 부위가 맵핑될 수 있고, 그로 인해 장치가 간질 목표로 안내될 수 있다. 3차원 맵의 일 실시예에서, 정렬이 수행되는 지점이 도 14에 도시된 바와 같이 원점(0x, 0y, 0z)(1405)으로 정의된다. 3차원 맵의 각각의 물리적 지점은 예컨대 레이저 펄스와 같은 에너지 인(Ein)이 물리적 노드(1410)로 유도될 때 어큐뮬레이터에 의해 표현된 물리적 노드의 범위 내에서 흡수된 에너지의 조합 효과를 측정하는 어큐뮬레이터를 포함한다. 화살표(1415, 1416, 1417, 1418, 1419 및 1420)는 간질 목표까지의 Ein의 전파 거리를 나타낸다(Ein 전파의 벡터는 수학적 처리 및 변환을 간략화하도록 3축에 표시된다). 3차원 맵 상의 각 지점은 가해지는 에너지(Ein), 흡수율 또는 전파 거리와 시간 상수 및 조직 유형과 관련된 연속성 중 적어도 하나를 고려하는 축적물을 나타낸다. 화살표를 음영 처리한 그래프는 에너지 크기 대 거리의 플롯(1425)이다. 숫자(+1, +2, +3, -1, -2, -3)는 물리적 노드(1410)로부터의 임의의 거리를 나타내며, +1과 -1이 가장 가깝다. 이들에 있어서, 물리적 노드(1410)에 인접한 +1, -1 이하의 부위는 가장 많은 에너지를 제공받거나 흡수하고, 가장 높은 피크 온도 상승(1430)으로 표시된다. 반대로, 물리적 노드(1410)로부터 가장 먼 부위, 예컨대 +3, -3은 가장 낮은 피크 온도 상승(1435)을 보인다.
특정 실시예에서, 이하에 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 도핑 비임을 주입하거나 다른 기술이 사용되어 조직 유형을 판단할 수 있다. 예컨대, (산소 측정 장치에서와 같이) 2개의 상이한 파장의 낮은 파워 광 방출 다이오드를 사용하는 것은 컬러 특정 반사력 또는 리미턴스(remittance)를 식별하는 것을 허용한다. 주요 치료 파장은 오히려 에너지 전달 구성 요소로 다중 송신된 도핑 또는 프로빙 비임(probing beam) 중 하나일 수 있다. 조직은 유형을 기초로 상이한 파장을 반사하기 때문에, 물리적 노드(1410)를 구성하는 조직의 유형은 치료 중 도핑 비임에 의해 확인될 수 있다. 본 발명의 장치가 간질 목표 내에서 조정됨에 따라, 에너지 공급부는 최적의 치료에 알맞은 미리 정해진 양의 에너지를 제공하도록 조직 유형에 따라 자동으로 조절될 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 어큐뮬레이터는 또한 하나 이상의 에너지 샷 후에 물리적 노드(1410)에서의 냉각률을 추적한다. 따라서, 장치가 물리적 노드(1410)로 복귀할 때, 에너지 공급부는 어느 정도 더 많은 치료가 필요한지 그리고 얼마나 많이 필요한지를 판단하도록 냉각률(rate of cooling)을 기초로 조절될 수 있다.
조직 판별 장치 또는 도핑 비임은 또한 피부에 대한 장치의 위치를 확인할 수도 있다. 섬유가 (아래로부터) 피부에 너무 가깝게 접근하면, 반사율 대 컬러에 있어서의 적절한 변화가 관찰되고 그에 따라 연소를 유발하기 전에 레이저를 차단하는 알고리즘을 허용하거나 조작자에게 경고를 제공한다. 일 실시예에서, 도핑 비임은 에너지 전달 구성 요소의 팁에 위치되며, 조직에 의해 반사되고 센서에 의해 검출되는 비임을 방출한다.
본 명세서에 개시된 장치의 실시예는 레이저 또는 광 에너지와 관련된 에너지 공급부를 구비한다. 그러나 이 에너지 공급부는 통상적으로 지방 분해에 사용되는 것과 같은 흡입 에너지로 대체될 수 있다. 흡입 에너지를 갖는 실시예에서, 가속도계는 흡입 에너지 공급부과 소통하고, 그에 따라 흡입 에너지 공급부는 치료 부위로 유도되는 흡입 에너지의 크기를 조절할 수 있다. 기기(도 1에서 115)와 캐뉼러(도 1에서 130)로 이어지는 에너지 전달 구성 요소[즉, 도 1에서 요소(110)]를 갖는 대신에, 캐뉼러만 단독으로 사용되어 치료 부위로부터 원치 않는 신체의 일부 또는 조직을 제거할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 수술 시스템(1500)은 100, 200, 300으로 도시된 기기 또는 흡입 에너지를 갖는 것과 유사한 장치(1510)와, 장치와 통신하는 영상 디스플레이를 포함한다. 일 실시예에서, 영상 디스플레이는 도 3에서 315로 도시된 것과 같은 에너지 전달 구성 요소와 유사한 요소의 위치, 그리고/또는 치료 부위의 물리적 지점에 의해 흡수된 에너지의 크기를 표시한다. 영상 디스플레이의 예는 도 14에 도시된 광 검출기 센서 패드(1505)이다. 광 검출기 센서 패드(1505)는 환자의 치료 부위 위에 위치되는 광 검출기 소자의 매트릭스를 포함하는 박막 시트이다. 일 실시예에서, 센서 패드(1505)는 종래의 실크 스크린 인쇄 프로세스와 같은 임의의 공지 수단을 사용하여 제조될 수 있는 염료계 태양 전지[1520, dye-based solar cell(DBSC)]의 매트릭스를 포함한다. 다른 실시예에서, 센서 패드(1505)는 DBSCs의 매트릭스(예컨대, ~100 1cm×1cm 매트릭스)로 구성된다. DBSCs는 검출 회로 소자(1525)로 신호를 복귀시키도록 소성 재료에 인쇄된 금속화된 전극을 갖는 가요성 소성 재료상에 제조된다. 도 15에 도시된 바와 같이, 센서 패드(1505)는 환자의 처치될 부위 위에 위치되어, 샷 바이 샷(shot-by-shot)을 기초로 발사된 레이저 샷과 팁(1530)의 물리적 지점(1535)을 검출한다. 센서 패드(1505)는 샷이 USB 커넥터와 같은 데이터 커넥터(1540)를 통해 레이저로 다시 발사되는 곳과 팁(1530)의 물리적 지점(1535)을 소통한다. 이 정보는 터치 스크린 디스플레이 상에 디스플레이되어 시술동안 의사를 돕고, 레이저 제어 시스템에 의해 사용되어 임의의 한 위치에 너무 많은 샷이 발사된다면 레이저를 작동하지 않도록 할 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 레이저가 발사됨에 따라, 레이저가 발사된 위치는 하나 또는 작은 그룹의 광 검출기(1535)에 의해 검출되고, 디스플레이를 위해 레이저 제어 시스템으로 다시 x, y, 좌표를 전송한다. 레이저 비임은 또한 발광 다이오드와 같은 하나 또는 여러 개의 낮은 파워 일정 광원에 의해 도핑되어, 치료 도중 팁의 적절한 위치 설정을 위해 임상의에게 다시 팁의 위치를 전달한다. 도 16에 도시된 바와 같이, 도핑 파장은 예컨대 550nm 또는 660nm 또는 이들의 조합일 수 있다. 다수의 파장이 도핑 비임에 사용될 때, 레이저 핸드피스 팁의 깊이는 예컨대, 도핑 비임의 2개의 파장의 다른 분산으로 인해 진폭의 변화를 검출함으로써 판단될 수 있다.
센서 패드(1505)는 사용 후에 위치 변환 회로 소자(1525)로부터 제거되어 폐기되는 일회용 부품이다. 변환 회로 소자(1525)는 연속적인 지방 분해에 사용하기 위해 (도시되지 않은) 새로운 센서 패드에 부착될 수 있다.
레이저 지방 분해 시스템은 도 17에 도시된 바와 같이 사용자 인터페이스 디스플레이(1700)를 포함할 수 있다. 이 디스플레이(1700)는 펄스 폭 제어(1710), 플루언스 디스플레이(1715) 및 제어 등과 같은 기본적인 레이저 인터페이스 제어(1705)를 포함한다. 또한, 레이저 샷 위치 디스플레이(1700)는 센서 패드 상에 샷이 기록되는 곳[예컨대 도 15의 구성 요소(1505)]과 함께 팁의 현재 위치[예컨대 도 15의 구성 요소(1530)]를 디스플레이할 수 있다. 샷 위치 디스플레이는 또한 바람직하게는 그리드의 컬러-코딩과 같은 것에 의해 그리드를 거쳐 발생되는 치료의 레벨을 표시한다. 이 디스플레이는 의사가 다음 샷을 위한 장치의 위치 설정하는 것을 보조하고, 치료 부위의 임의의 하나의 위치에서의 과도한 처치를 방지하는데 사용될 수 있다.
열 감지
이하에 상세하게 설명되는 전술한 유형의 열 감지 기술은 단독으로, 또는 다른 센서 정보와 함께 사용된다.
온도 센서는 임의의 적절한 방식으로 수술 장치에 장착될 수 있다. 예컨대, 도 18은 섬유 캐뉼러(182) 내에 광섬유(1810)를 포함하는 레이저 지방 제거를 위한 수술 프로브(1800)를 도시한다. 광섬유(1810)는 조직(예컨대, 지방 조직)으로 치료 광을 전달한다. 프로브는 또한 치료 부산물의 제거를 위한 흡입 캐뉼러(1830)를 포함한다. 이 프로브의 특징부는 흡입 캐뉼러에 일체로 된 온도 센서(1840)이다. 온도 센서(1840)는 레이저 섬유 팁으로부터 후방에 설치된다. 전형적인 실시예에서, 이 구성은 조직 온도의 잘못된 판독을 일으키는 캐뉼러(1820) 및 섬유(1810)의 팁의 국부적인 가열을 예방한다.
수술 도중, 레이저 조사되는 부위 내에서 프로브를 고정 상태(일시 정지)로 유지하면서 조직 온도가 판독될 수 있다. 판독을 기초로, 원하는 내부 조직 온도에 도달하도록 더 많은 레이저 에너지 또는 냉각 효과가 가해질 수 있다. 전형적인 적용에서, (예컨대, 프로브가 조직의 내외부로 급속하게 왕복 운동하면) 온도 판독은 변동할 것이다. 이 경우, 온도 판독은 의미 있는 온도를 나타내도록 평균 내어질 수 있다.
다양한 실시예에서, 임의의 적절한 온도 센서가 다양한 수술 프로브 유형 중 임의의 것에 포함될 수 있다. 예컨대, 도 19는 온도 센서(1920)를 위한 개별적인 스테인리스강 캐뉼러(1910)를 특징으로 하는 레이저 지방 제거용 수술 프로브를 도시한다. 온도 센서(1920)는 캐뉼러(1910)의 팁 내에 있으며, 하나 이상의 와이어(1930)가 캐뉼러(1910)를 통해 핸드피스(1940) 내로 빠져나간다. 와이어(1930)는 핸드피스(1940)의 단부로부터 연장되고, 모니터 또는 처리 유닛에 연결될 수 있다.
도 20은 직전에 도시된 실시예와 달리 흡입 캐뉼러를 포함하지 않는 레이저 수술 프로브(2000)의 실시예를 도시하고 있다.
프로브(2000)는 내부 캐뉼러(2020)(예컨대, 표준 600㎛ 캐뉼러)에 위치하여 치료 광을 전달하는 광섬유(2010)를 포함한다. 더 큰 외부 캐뉼러(2030)가 내부 캐뉼러(2020)를 둘러싼다. 온도 센서(예컨대, 열전대 접합부)(2040)가 외부 캐뉼러(2030)의 팁 가까이 위치된다. 센서(2040) 및 그로부터 연장된 연결 와이어는 내부 캐뉼러(2020)로부터 열전기적으로 절연된다. 예컨대, 도면의 하부에 도시된 바와 같이, 센서(2040) 및 와이어는 열전기적 절연재 재킷(2050)에 의해 둘러싸일 수 있다. 일부 실시예에서, 센서 팁, 와이어 및 절연 잭이 오토클레이브(autoclave) 가능할 수 있다. 일 실시예에서, 서미스터(thermister)는 (오토클레이브가능하고, 생체 적합한) 열수축기에 뒤덮임으로써 캐뉼러의 외면에 접합 수용된다.
다양한 실시예에서, 캐뉼러 팁의 내부에 또는 인접하여 위치한 서미스터 또는 열전대의 사용은 조직 온도 피드백을 레이저에 제공한다. 조직 온도 피드백은, 레이저 출력(파워, 펄스율, 파장 등)이 제어(예컨대, 변조)되어 소정 시술에 대한 소정의 조직 온도 프로파일을 달성할 수 있는 폐쇄 루프 조직 온도 제어를 가능하게 한다. 예컨대, 딥(deep) "지방 파열(fat busting)" 시술은 전형적으로 캐뉼러 팁을 충분하게 IR 카메라 등의 표면 온도 피드백 기술의 범위 밖에 위치시킨다. 딥 조직층을 의도치 않게 과열(예컨대, 최적 안전 리포 분열에 필요한 온도 이상으로) 하기 쉽다. 과도한 딥 가열은 혈관 괴사 또는 인접 조직층(근육, 근막 등)의 열손상 등의 다양한 해로운 역효과를 수반한다. 폐쇄 루프 온도 관리 시스템을 채용함으로써, 최적의 조직 온도가 유지되어 임상의 시술을 간소화하고, 강화된 안전성과 함께 상승된 효능을 제공한다.
폐쇄 루프 온도 관리 이점의 다른 예는 캐뉼러 팁이 서브 진피층에 가깝게 위치되는 피부 조임(tightening) 시술에 있다. 본질적으로, 레이저가 이러한 더 깊은 진피 부위에 인접한 지방을 가열하고, 이러한 열이 전체 진피에 작용하여 소위 콜라겐 리모델링(remodeling)(피부 조임)에 영향을 끼친다. 일부 용례에서, (피부 조임을 달성하는) 진피층을 통한 열전도가 피부 유형 및 두께를 기초로 크게 달라지는 것에 어려움이 있다. 깊은 진피로부터 상피층으로의 열 구배가 크게 달라질 수 있다. 따라서, 최적의 표면 온도를 달성하면서 더 깊은 서브 진피 부위를 과열하는 것이 가능하다. 이는 혈관 손상 및 다른 역효과를 일으킬 수 있다. 더 깊은 또는 서브 진피층의 폐쇄 루프 열 제어를 통해, 최적의 상피 온도와 서브 진피 온도 사이에 절충이 이루어질 수 있다.
다양한 용례에 있어서, 임의의 조직 접촉 온도 측정 장치의 최적의 시간 상수(응답률)는 다양할 수 있다. 더 신속한 응답 시간은 외과의의 치료 스트로크(stroke)를 통해 조직 온도를 활발하게 측정하는 장점을 갖는다. 이를 달성하기 위해, 서미스터 또는 열전대의 열용량이 감소 또는 최소화되어야 한다. 또 다른 가능성은, 치료 스트로크 길이를 측정(예컨대, 가속도계를 사용하여 프로브의 속도에서의 신호 변화를 측정)하고, 치료 스트로크를 가까운, 중간의, 먼 "범위"로 나누고, 그 후 각 범위에서 캐뉼러 팁이 존재하는 기간의 평균 온도 샘플을 만든다. 이로 인해 더 늦은 응답 시간 열전대가 각각의 가까운, 중간의, 먼 범위 부위에 대해 상대적으로 정확한 평균 온도 피드백 신호를 생성할 수 있다. 그 후, 상기 피드백은 레이저에 의해 사용되어 캐뉼러 스트로크의 각 "범위"를 통해 온도 축적을 조정 또는 균등하게 할 수 있다. 이러한 방식으로 임상의의 능숙하지 못한 기술이 상쇄된다.
도 21에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 폐쇄 루프 제어(2100)는 온도 오류 신호가 합계 블록/차이 증폭기에 의해 발생되고, 레이저 평균 파워(또는, 등가적으로는, 펄스 레이저용 가변 반복률)이 한계값으로 작용하는 온도 제어 루프로 구성된다. 소정의 최종 조직 온도가 "온도 명령"으로서 선택된다. 캐뉼러 서미스터로부터의 온도 피드백과 가산된 경우, 온도 오류항(error term)이 발생한다. 이러한 오류는 그 후 늘어나(증폭되어) 상쇄되고, 그 결과는 그 후 레이저 파워/반복률 셋포인트 리미터(setpoint limiter)에 의해 고정된다. 얻어진 출력은 레이저 파워 또는 레이저 반복률 명령으로 작용한다. 일단 조직 온도가 온도 명령에 도달하면 레이저 출력이 억제되도록 조작된다. 온도와 관계없이, 레이저는 레이저 파워/반복률 한계값을 초과하지 않을 것이다.
도 22에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 제어 루프(2200)는 내부 레이저 파워 대 속도(또는 속력) 레이저 제어 루프와 결합된 외부 조직 온도 루프를 포함한다. 전술된 기술을 사용하여, 속도 피드백은 예컨대, 캐뉼러 핸드피스에 장착된, 또는 그렇지 않으면 수술 프로브(probe)와 일체형인 가속도계에 의해 제공된다. 내부 속도 대 파워 루프는 순간 핸드피스 휴지(동작 중지)시의 레이저 파워를 제한하여, 더욱 정확한 조직 온도 측정이 캐뉼러 서미스터에 의해 이루어질 수 있도록 핸드피스가 작동을 멈춘 경우 레이저를 억제하는 편리한 방법을 제공한다. 또한, 속도 대 파워 또는 내부 제어 루프는, 그렇지 않으면 휴지시에 일어날 수 있고 섬유 팁에 근접한 국부적인 조직 온도의 매우 신속한 증강을 방지한다.
일부 실시예에서, 이러한 기술은 또한 서미스터 배치에 있어서 (가열된 조직에의 팁 및 거리와 관련하여) 유연성을 가지도록 하고, 또한 빠른 시간 상수 서미스터 요건(fast time constant thermister requirement)을 감소시킨다. 본질적으로, 파워 대 속도 루프는 (예컨대, 프로브 휴지에 기인하여) 매우 신속한 조직 온도 상승을 제어하고, 서미스터는 치료 중 발생하는 평균 조직 온도 상승을 더욱 정확하게 제어한다. 일부 실시예에서, 서미스터/열전대는 가속도계 데이터가 핸드피스가 서미스터/열전대의 시간 상수와 비교하여 충분히 느리게 이동중인 것을 나타내는 경우에 온도 측정을 실시하도록 개시되어 정확한 측정을 가능하게 할 수 있다.
조절가능한 온도 명령은 실행되고 있는 시술의 유형(피부 조임 대 딥 리포 분열)을 기초로 또는 처치 중인 신체 위치(목/얼굴 대 복부)를 기초로 선택될 수 있다.
일부 실시예에서, 가속도계 출력으로부터 얻어진 핸드피스 위치 정보는 온도 센서로부터의 온도 정보와 결합하여, 예컨대, 치료 부위의 온도 맵(예컨대, 2D 또는 3D 맵)을 제공할 수 있다. 예컨대, 도 23을 참조하면, 임시 2D 온도 맵은 가속도계와 소정의 수술 트랙을 따른 캐뉼러 왕복 스트로크 경로를 따른 조직 내의 온도와의 조합 데이터로부터 생성될 수 있다. 이는 핸드피스의 왕복축이 수 초 또는 수 스트로크 동안 공간에 고정될 수 있다는 사실에 기초한다. 예컨대, 도시된 실시예에서, 1초/스트로크인 전형적인 사이클이 새로운 수술 트랙 전에 선택된다. 각각의 1초 1초 동안, 온도는 10회 이상 샘플링되고, 프로브 위치 및 연결된 온도의 정보(t=0 내지 3s 미만)가 플롯(2301)에 도시된다. 전형적인 용례에서, 정보는 임상의가 사용하기에는 너무 일시적이고 혹은 요란할 수 있으나, 적어도 3개의 스트로크 사이클의 이동 평균(running average)은 현재 수술 트랙 내에서 온도 프로파일의 대략적인 시간/온도 맵(2302)을 생성할 것이다. 도시된 예에서, 임상의의 신속한 일견은 수술 트랙의 우측 절개측 가까이에 더욱 축적된 에너지/온도(2303)를 나타낼 수 있다.
핸드피스의 방향 변화는 속도가 0이 되기 때문에 샘플링될 수 있다. 이러한 개념은 스트로크가 맨 끝 단부에서만 중단하고 스트로크 내에서는 중단하지 않는 경우에 작용한다.
일부 실시예에서, 서미스터 또는 열전대는 또 다른 유형의 온도 센서로 대체될 수도 있다. 예컨대, 도 24는 치료 도파관/섬유 팁(2410)에 인접한 조직의 IR 온도 감지 기능을 합체한 수술용 레이저 도파관(2400)의 실시예를 도시한다. IR 도파관(2420)(예컨대, ZnSe IR 섬유)은 오버재킷(2440) 안에서 수술용 도파관(2430)과 함께 번들(bundle) 처리된다. 도시된 예에서, 2개의 센서 IR 광 검출기 조립체(2450)가 치료 비임 포커스 조립체(2470)에 인접한 핸드피스(2460)에 위치한다. 예컨대, 이색성의 비임 스플리터(beam splitter)(2480)를 사용하여, 2개의 특정 파장에서 IR 도파관으로부터의 광 일부가 분리되어 각각 2개의 IR 센서로 유도된다. 검출기로부터의 신호들은 차별적으로 비교되어 감도를 상승시키고 "감지 도파관" 전송 변수 또는 특징으로 인한 오류를 방지한다.
IR 센서로부터의 신호가 처리되어 치료 중인 조직에 대한 온도 정보를 얻는다. IR 온도 감시는 (조직 온도 피드백을 관찰된 조직 온도를 기초로 에너지 적층을 조정하는) 레이저에 제공한다. 다양한 실시예에서, 이는 간단한 최대 온도 안전 한계를 포함할 수 있거나, 또는 피드백은 조직의 폐쇄 루프 온도 제어를 가능하게 할 수 있다. 어느 경우에도, 레이저는 IR 센서로부터 피드백을 받아 그 후 레이저 출력 파워(폐쇄 루프)를 조정하여 선택된 조직 온도를 달성한다.
일부 실시예에서, 수술용 도파관 자체는 치료 중 치료 부위로부터 IR 광을 수집하여 IR 조직 온도 감지를 제공할 수 있다. 그러나 일부 실시예에서, 이러한 도파관 또는 섬유는 532㎚ 내지 1550㎚의 파장(치료 파장) 및 3 내지 14㎛, 예컨대, 3 내지 5㎛ 또는 8 내지 12㎛의 IR 파장(온도 감지 및 피드백용)인 고에너지 레이저를 통과하는 것이 필요할 수 있다. 일부 실시예에서, 이는 요구되지 않는 요건일 수도 있다. 도 25는 이중 섬유 접근을 이용하여 이러한 요건을 회피하는 장치(2500)의 일례를 도시한다. 전술된 시스템과 함께, 치료 파장에서의 광은 캐뉼러가 없는 수술용으로 적합한 도파관(2510)(예컨대, 강화 섬유)을 통해 전달된다. 치료 도파관(2510)은 IR 도파관(2520)(예컨대, ZnSe 실린더 또는 튜브)에 의해 둘러싸이고 그와 동축이다. 전술된 바와 같이, 치료 도파관(2510)은 치료 공급부로부터 광을 전달하는 치료 섬유(2530)에 커플링된다. 이 커플링은 핸드피스의 뒤에 연결된 커넥터(2550)에서 포커스 조립체(2540)를 사용하여 달성된다. 도시된 바와 같이, 커넥터는 또한 IR 도파관 튜브(2520)와 정렬된, (빗나간 치료 광을 필터링하는) IR 통과 필터 링(2560) 및 IR 검출기 링(2570)(예컨대, IR 광 검출기의 환형 배열체)을 포함한다. IR 센서 링은 입사 IR 광에 응답하여 전기 신호를 생성한다. 이러한 신호는 전술된 바와 같이 조직 온도 정보를 판정하고 치료 레이저에 피드백을 제공하도록 작동하는 프로세서로 통과된다.
전술된 바와 같이, 다양한 실시예에서, 치료 부위로부터의 IR 광은 생체 안에서의 온도 감시에 적합한 광학계를 통해 IR 검출기 조립체로 전파된다. 이러한 광학계는 예컨대, 코팅된 ZnSe 또는 게르마늄 로드(rod) 또는 튜브, 또는 임의의 IR 전송 플라스틱(IR transmissive plastic) 또는 광자 도파관까지도 포함할 수 있다(AR 코팅 ZnSe의 IR 전송 특성이 도 26에 도시됨). IR 광학계의 몇몇 예가 제공되었지만, 또 다른 적절한 재료, 형상 및 구성이 사용될 수 있다는 것이 이해된다.
전술된 IR 감지 기술을 사용하여 획득된 온도 정보는 전술된 임의 기술에서 서미스터/열전대 파생 정보를 대신하여 이용될 수 있다.
일부 실시예에서, 캐뉼러 온도를 측정하고 캐뉼러를 과열시키는 레이저를 정지시키는 목적으로 캐뉼러 팁에 부착된 온도 센서를 구비한 수술용 프로브가 개시된다. 다양한 실시예에서, 온도 센서는 마이너스 온도 계수(NTC) 또는 플러스 온도 계수(PTC) 서미스터 또는 IR 광 검출기까지도 포함할 수 있다.
일부 실시예는 온도 센서로부터의 온도 피드백 신호가 오류 증폭기 및 상쇄 회로를 사용하여 레이저 출력 파워를 조정하는데 사용되는 제어 방법 또는 알고리즘을 채용한다.
일부 실시예는 결합된 조직 및 캐뉼러 팁 온도 상승을 기초로 레이저 출력을 제한하는 목적으로 캐뉼러 팁에서 측정된 온도를 제한하는 방법 또는 제어 알고리즘을 채용한다.
일부 실시예는 레이저 수술용 프로브의 캐뉼러 팁에서 측정된 온도를 기초로 하여, 결합된 조직 및 캐뉼러 팁 온도 상승을 기초로 레이저 출력을 제한하는 방법 또는 제어 알고리즘을 채용한다.
일부 실시예는 복합 레이저 치료 펄스의 독자 파장의 상대적인 파워를 조정하여 조직 온도 상승 또는 치료 부위에 변화를 초래하여 에너지의 균질 적층 및 온도 상승을 향상시키는 방법 또는 제어 알고리즘을 채용한다. 관통 깊이는 상이한 레이저 파장에 따라 달라지기 때문에, 복합 파장의 비율을 단순히 조정하는 것이 치료 공간 또는 치료 부위의 치수를 조정한다.
조직 유형 판별
반사성 및 리미턴스 컬러 센서를 가진 예시적인 프로브 비임 인젝터(2700)가 도 27 및 도 28에 도시된다. 조직 치료 비임(본 예에서는, 1064㎚의 파장을 가짐)은 치료 비임 공명기 공동의 출력 커플러(OC, output coupler)로부터 편광된 비임 스플리터(2730)를 통해 포커스 조립체(2720)로 전파된다. 편광기/비임 스플리터는 1064㎚ 치료 비임에 대해 투과적이며 하나 이상의 프로브/도핑 비임에 편광기로서도 작용한다. 이에 따라, 하나 이상의 파장에서의 프로브 비임 공급부는 치료 비임의 경로에 커플링되고, 포커스 조립체(2720)로 유도되고, 섬유(2740) 또는 도파관 아래로 출력 팁(2750)에 전파되고, 관심 조직으로 유도된다. 유사하게는, 조직으로부터 반사/리미턴스된 프로브 광이 수집되고 출력 팁(2750)으로부터 섬유(2740) 또는 도파관을 따라 아래로 전파되고 포커스 조립체(2720)를 통해 아래로 전파되고, 치료 비임의 경로로부터 분리되고, 하나 이상의 컬러 광 검출기(2760)로 유도된다. 광 검출기는 빗나간 치료 광을 필터링하여 그리고/또는 다수의 프로브 광 파장(예컨대, 컬러)을 구별하는 필터를 포함할 수 있다. 광 검출기로부터의 신호(예컨대, 컬러 및 강도)는 예컨대, 후술되는 바와 같이 처리되어, 조직에 특성을 부여하고 치료(예컨대, 치료 비임 강도, 펄스 주기 등)를 결정한다. 예컨대, 레이저 지방분해 용례에서, 숨겨진 혈관 조직, 또는 치료에 맞지 않는 또 다른 조직이 식별되면, 치료 레이저는 발사되지 않도록 유도된다.
도 29 및 도 30은 조직 유형 판정 특징 이중 도파관을 갖는 레이저 시스템의 예를 도시한다. 전술된 시스템에서와 마찬가지로, 다수의 파장/컬러(도시된 바와 같이, 532㎚의 그린 및 635㎚의 레드)에서의 도핑/프로브 광이 [예컨대, 거울 및/또는 비임 결합기/스플리터 등의 이색성 요소(2710)를 사용하여] 치료 비임의 경로에 커플링되고 치료 도파관 또는 섬유(2720)로부터 아래로 치료 부위(2730)에 전파된다. 그러나 전술된 시스템과는 다르게, 제2 "감지" 도파관 또는 섬유(2740)는 예컨대, 캐뉼러(2750) 또는 환자에 삽입된 카테터 내에 치료 섬유를 포함한다. 감지 섬유(2740)는 관심 조직으로부터 반사/리미턴스된 광을 수집하고, 이를 포커스 조립체(2760)에 다시 전파하여 컬러 광 검출기(2770)(예컨대, RGB 광 검출기) 상에 전파한다. 전술된 시스템과 함께, 광 검출기로부터의 신호가 조직 결정용 처리 전자 장비(예컨대, 아래에 도시되는 미분 증폭기, 아날로그-디지털 변환기, 마이크로프로세서 등)를 사용하여 치료된다. 조직 결정의 결과는 치료 레이저 공급부(2780)[또는, 레이저 공급부 제어기(2790)]에 피드백되어 판정된 조직 유형을 기초로 치료를 제어(예컨대, 제공 또는 중단)한다. 일부 실시예에서, 감지 섬유 팁(2795)은 도시된 바와 같이 치료 섬유 팁(2796)으로부터 오프셋 될 수 있다.
다양한 실시예에서, 가시 또는 비가시 파장이 조직 유형 판정에 사용될 수 있다(전술된 바와 같이, 일부 실시예에서 진단 및 치료 비임은 단일 비임임). 일부 실시예에서, 적어도 2개의 진단 파장이 사용되었지만, 더 많은 파장은 정확도 및 분해능을 향상시킬 것이다. 예컨대, 목표-비임 형식 저파워 가시 레이저(예컨대, 약 1 내지 50 mW의 범위 내의 파워 출력을 가진 레이저)가 레이저 지방분해에 공통인 주요 관심 조직의 판정에 쉽게 사용 가능하고, 저가이고, 적합하다. 예컨대, 인체 지방은 노란색이고, 근막은 흰색이고, 피부는 적색 등의 더 어두운 색소를 다량 함유한다. 일부 실시예에서, 진단 "도핑" 또는 프로브 비임은 연속파(CW)일 수 있다. 일부 실시예에서, 상이한 파장의 시간 복합 또는 펄스 조합이 또한 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 단일 파장 진단 비임을 기초로 조직 유형 판정 시스템을 형성하는 것이 가능하다. 단일 파장은 목표 지질(lipid)과 목표가 아닌 다른 모든 조직에의 흡수 계수에 있어서 큰 차이가 있도록 선택된다. 그러나 이러한 시스템은 소정의 후방산란 커플링 효율(backscatter coupling efficiency)에 크게 좌우된다. 이는, 팁 전방 조직에 진단 비임을 전달하고, 후방 산란한 신호를 수집하고, 후방 산란한 신호를 레이저 시스템의 센서에 전달하는 총 효율이다. 섬유 전달 시스템에서의 임의의 변화(섬유 팁 오염 등)가 후방산란 커플링 효율을 변화시키고 단일 파장 진단 시스템의 신뢰도를 감소시킨다.
조직 유형 진단의 신뢰도는 다파장 진단 비임을 사용함으로써 크게 향상될 수 있다. 파장 수를 증가시키는 것은 진단 시스템의 정확도를 증가시키고, 예컨대, 다중 발색단(multiple chromophore)들을 구분할 수 있게 한다.
예로써, 2 파장 진단 시스템이 고려될 수 있다. 예에서, 시스템은 지방(리포좀)과 수분을 구분한다고 가정될 것이다. 지방을 제외한 신체의 대부분의 조직은 80% 이상의 수분을 함유한다. 따라서, 지방과 수분을 구분하는 진단 시스템은 섬유 팁이 지방을 가리키는 경우 에너지를 전달하고, 팁이 다른 조직을 가리키는 경우 에너지를 전달하지 않도록 사용될 수 있다.
이론에 의해 속박되도록 의도되지는 않지만, 후술되는 예는 수분 환경에서 지방 함량을 판정하도록 구성된 2 파장 진단 시스템의 작동을 도시한다. 각 파장에 대해, 신호는 공급부로부터 검출기로 전파된다. 파장(1)에 대한 공급부 강도는 S1이다. 총 광학 시스템 및 섬유 전달은 T이다. 섬유 단부에서 전달된 신호는 S1T이다. 이 신호의 일부가 효율 A1로 흡수되는 반면, 일부는 효율 B로 섬유에 후방 산란한다. 섬유 단부에서 돌아온 신호는 S1TB(1-A1)이다. 후방 산란한 신호는 섬유에 커플링되고 효율 C로 검출기에 전송되어, 검출기는 효율 D1을 가진다. 검출기에 도달한 신호는 S1TB(1-A1)CD1이다. 2개의 진단 파장이 충분히 근접하면(IR에서 300㎚), 후방산란 효율 B가 파장 또는 지방 함량 f에 의존하지 않는다고 가정한다. 그 후, 유일 지방 함량 종속 파라미터는 흡수 효율 A이다. 진단된 조직이 미지의 지방 함량 f를 가지면, 2개의 파장에 대해 2개의 검출기에서 검출된 검출 신호 V1 및 V2는 다음과 같이 기재될 수 있다.
Figure pct00001
여기에서, 지수 1 및 2는 파장을 나타내고, 위첨자 F 및 W는 지방 및 수분을 나타낸다. 2개의 수식이 다시 다음과 같이 기재될 수 있다.
Figure pct00002
조직 흡수로부터 자유로운 파라미터는 시스템 교정에 의해, 지방 함량이 없는(f = 0) 알려진 샘플로부터 진단 신호 V1C 및 V2C를 측정함으로써 삭제될 수 있다. 교정 측정용 수식은 다음과 같다.
Figure pct00003
2개의 교정 측정의 비 RC가 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure pct00004
교정비는 레이저 지방 흡입 시술 시작 전에 교정 조직 모형으로부터 얻어지고, 진단 시스템 컴퓨터에 저장되어 실시간 조직 결정에 사용될 수 있다. 레이저 치료시, 조작자가 처치 팁을 이동하는 동안 진단 시스템은 치료 펄스 사이에 산재된(또는, CW 치료 비임과 평행한) 조직 결정 절차를 가동한다. 실시간 진단 신호 V1d 및 V2d는 수학식 (1)로부터 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00005
교정 측정을 기초로, 마지막 수식이 다음과 같이 다시 기재될 수 있다.
Figure pct00006
S1TBCD1는 첫 번째 수식으로부터 다음과 같이 표현되고 두 번째 수식으로 다음과 같이 치환될 수 있다.
Figure pct00007
2개의 진단 측정의 비 Rd가 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure pct00008
마지막 수식이 미지의 일부 지방 함량을 표현하는 데 사용될 수 있다.
Figure pct00009
계산된 조직 지방 함량 f가 한계값(예컨대, f＞80%인 경우)을 기초로 한 조직 결정 시스템에 의해 레이저 발사 여부 판정에 사용될 수 있다.
조직 지방 함량용 수학식 (2)는 지방 및 수분에 흡수된 부분에 큰 차이가 있고 분모에서 적어도 하나의 차이항(difference term)이 커지도록 하나 이상의 파장 선택의 중요성을 강조한다. 이러한 하나의 파장 구역은 1300㎚ 내지 1500㎚이다. 큰 흡수차 파장에 대한 가능한 선택은 1440㎚이다. 수학식 (2)의 형식은 지방 및 수분에서 흡수된 부분이 거의 같도록 또 다른 파장이 선택되면 단순화될 수 있다. 이러한 파장은 예컨대, 약 1190㎚, 1230㎚, 1690㎚ 및 1730㎚이다. 지방 및 수분에서 흡수된 부분이 거의 같도록 이 파장 중 하나[파장(1)]가 선택되면, 지방 함량 f에 대한 수학식 (2)는 2개의 진단 측정비 Rd의 선형 함수가 된다.
Figure pct00010
수학식 (3)은 또한 지방에 흡수된 부분이 수분에 흡수된 훨씬 많은 부분에 비교하여 무시될 정도이면 더 단순화될 수 있다.
Figure pct00011
수학식 (4)는 지방 함량 f의 함수로서 진단 기대비 및 교정비(Rd 및 Rc)를 표현하도록 재구성될 수 있다.
Figure pct00012
여기에서, rt는 조직 유형비(tissue type ratio)로 해석될 수 있다. 수학식 (5)로부터, 매우 낮은 지방 함량(f
Figure pct00013
0)에 있어서, 진단비가 교정비 및 조직 유형비(rt
Figure pct00014
1)과 동일하다는 것이 분명하다. 지방 함량이 증가할수록[그리고 지방이 수분 보다 훨씬 낮은 흡수율을 가진 파장(2)에 대해], 조직 유형비가 증가한다.
일부 실시예에서, 진단 시스템 한계 조직 유형비는 조직 유형비가 한계를 초과하면, 전달 섬유의 팁 전방에서 샘플링된 조직이 지방이라고 여겨지도록 미리 설정될 수 있다. 한계 조직 유형비는 예컨대, 수학식 (5) 및 파장(2)에서 수분에 흡수된 부분을 사용하여 계산될 수 있다. 일부 실시예에서, 한계 조직 유형 비는 지방 축소 수술로부터 절제된 조직 지방에서의 실험 측정에 의해 설정될 수 있다.
일부 실시예에서, 조직 유형 판정 작업은 진단 파장의 특정 선택에 의한 정확도의 일부 상실과 함께 크게 단순화될 수 있다. 이러한 하나의 선택은 수분과 지방이 동일한 흡수율을 가지도록, 예컨대 약 1230㎚인 파장(1)이 선택되는 경우이다. 그후, 수분이 거의 동일한 흡수율을 가지고 지방이 훨씬 낮은 흡수율을 가지도록 파장 (2)가 선택된다(
Figure pct00015
). 예컨대, 파장(2)은 약 1290㎚로 선택될 수 있다. 또 다른 파장(1) 및 파장(2)의 조합은 930㎚과 1070㎚, 1730㎚과 1630㎚, 및 2320㎚과 2100㎚일 수 있다. 이러한 파장 선택에 대해, 2개의 파장에서의 진단 신호용 수학식 (1)이 다음과 같이 단순화된다.
Figure pct00016
공급부 강도가 S1 및 S2이고, 검출기가 효율 D1 및 D2를 가지면 (예컨대, 전자 장비를 사용하여) 동일하게 조정될 수 있다. 그후, 2개의 신호의 진단비는 다음과 같이 감소된다.
Figure pct00017
그후, 매우 낮은 지방 함량에 대한 진단비는 약 1이고, 이는 지방 함량이 증가함으로써 증가한다. 한계 조직 유형비는 지방 축소 수술로부터 제거된 조직 지방 계산 또는 실험 측정에 의해 설정될 수 있다.
도 31은 컬러 광 검출기에 의해 검출된 신호의 처리에 사용되는 예시적인 회로(3100)를 도시한다. 도시된 바와 같이, MTCSiCO 일체형 트루 컬러 센서 타입 TO39가 컬러 검출기로서 사용된다. TO39는 상이한 주파수에서의 광에 응답하여 각각 광전류를 생성하는 3개의 포토다이오드를 포함한다(각 포토다이오드의 스펙트럼 응답 특징은 도 33에 도시됨). 증폭 회로는 TO39로부터의 각 광전류를 전압으로 변환하도록 구성된 3개의 앰프 패키지(OPA491)를 특징으로 한다. 가변 레지스터가 3개의 광전류 "채널" 각각으로의 증폭 회로 응답을 선택적으로 조정하도록 구비된다. 전술된 바와 같이, 이러한 검출기 응답 효율의 제어가 조직 결정 단순화에 사용될 수 있다.
도 32는 또한 전술된 기술을 사용하여 조직 유형 판정에 사용되는 미분 증폭기(3200)의 예를 도시한다. 미분 증폭기는 그 출력 단자에 걸쳐 상이한 검출된 파장에 대응하여 2개의 포토다이오드 각각에 의해 측정된 광전류에서의 차이를 대표하는 전압차를 생성한다.
조직 유형 분석을 위해 수집된 광은 예컨대, 반사된 프로브/도핑 광, 산란 또는 굴절된 프로브/도핑 광, 리미턴스된 광, 자극 형광 또는 인광, 또는 조직 유형은 또 다른 광을 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 본 발명의 실시예는 수술에서 사용될 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다. 수술의 일례는 지방 분해이다.
본 발명이 그 예시적인 실시예를 참조로 도시되고 기재되었으나, 본 기술분야의 당업자에 의해 형식 및 세부사항에의 다양한 변형이 첨부된 청구범위에 의해 포함된 본 발명의 범주 내에서 이루어질 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
전술된 조직 결정 기술의 하나 이상 또는 그 일부가 컴퓨터 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 그 조합에서 실행될 수 있다. 본 명세서에 기재된 방법 및 도면을 따라 표준 프로그래밍 기술을 사용하여 컴퓨터 프로그램에서 방법이 실행될 수 있다. 프로그램 코드는 입력 데이터에 적용되어 본 명세서에 기재된 기능을 수행하고 출력 정보를 생성한다. 출력 정보는 디스플레이 모니터 등의 하나 이상의 출력 장치에 적용될 수 있다. 각 프로그램은 고 레벨 시술 언어 또는 대상 유도형 프로그래밍 언어로 실행되어 컴퓨터 시스템과 통신할 수 있다. 그러나 원하는 경우, 프로그램은 어셈블리 또는 기계어로 실행될 수 있다. 임의의 경우에, 언어는 편집된 또는 해석된 언어일 수 있다. 또한, 프로그램은 그 목적을 위해 미리 프로그램된 전용 집적 회로 상에서 가동될 수 있다.
이러한 컴퓨터 프로그램 각각은, 컴퓨터에 의해 저장 매체 또는 장치가 판독되어 본 명세서에 기재된 절차를 실행하는 경우에 컴퓨터를 구성하고 작동하기 위해, 일반적인 또는 특수한 목적으로 프로그램가능한 컴퓨터에 의해 판독가능한 저장 매체 또는 장치(예컨대, ROM 또는 자성 디스켓)에 저장되는 것이 바람직하다. 또한, 컴퓨터 프로그램은 프로그램 실행시 캐시(cache) 또는 주메모리에 존재할 수 있다. 분석 방법은 또한 컴퓨터 프로그램과 함께 구성된 컴퓨터 판독가능한 저장 매체로서 실행될 수 있다. 이렇게 구성된 저장 매체는 컴퓨터를 특정하게 미리 정의된 방식으로 조작하여 본 명세서에 기재된 기능을 수행하게 한다.
10 : 레이저 수술 시스템
12 : 핸드피스
14 : 레이저 공급부
15 : 제어기
16, 17 : 센서
100 : 수술 처치용 장치
105 : 에너지 공급부
110 : 에너지 전달 구성 요소
120 : 가속도계
125 : 프로세서
130 : 슬리브
135 : 팁

Claims (31)

  1. 레이저 수술 장치이며,
    핸드피스로서, 공급부로부터 치료 용적으로 레이저 에너지를 전송하는 광 전달 구성 요소와, 핸드피스의 가속도를 나타내는 가속도 정보를 제공하도록 구성된 가속도계와, 치료 용적 내의 조직의 온도를 나타내는 온도 정보를 제공하도록 구성된 온도 센서와, 치료 용적 내의 조직의 유형을 나타내는 조직 유형 정보를 제공하도록 구성된 조직 유형 센서를 포함하는, 핸드피스와,
    프로세서를 포함하고,
    프로세서는 가속도계, 온도 센서, 조직 유형 센서 및 공급부에 커플링되고, 가속도 정보, 온도 정보 및 조직 유형 정보를 기초로 치료 용적에 전송되는 레이저 에너지를 제어하도록 구성되는
    레이저 수술 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    핸드피스는 환자의 절개부를 통해 치료 용적으로 삽입되도록 구성되는 프로브 부재를 포함하고,
    프로브 부재는 프로브 부재의 팁에 인접한 영역으로부터 레이저 에너지를 방사하는 광학 전달 요소의 적어도 일부분을 포함하는
    레이저 수술 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    프로세서는,
    가속도 정보를 기초로 핸드피스의 속도를 나타내는 속도 정보를 결정하고,
    속도 정보를 기초로 치료 용적으로 전송되는 레이저 에너지를 제어하도록 구성되는
    레이저 수술 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    프로세서는,
    가속도 정보를 기초로 핸드피스의 위치를 나타내는 위치 정보를 결정하고,
    위치 정보를 기초로 치료 용적으로 전송되는 레이저 에너지를 제어하도록 구성되는
    레이저 수술 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    온도 센서는 서미스터 또는 열전대를 포함하는
    레이저 수술 장치.
  6. 제2항에 있어서, 온도 센서는
    적외선 센서를 포함하는
    레이저 수술 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    핸드피스는 치료 용적으로부터 적외선 센서로 적외선을 전송하도록 구성되는 광학 감지 요소를 포함하는
    레이저 수술 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    프로세서는 핸드피스의 속도를 임계치와 비교하고 속도가 임계치 아래에 있을 때 치료 용적으로의 레이저 에너지 전송을 금지하도록 구성되는
    레이저 수술 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    프로세서는 조직의 온도를 임계치와 비교하고 온도가 임계치 위에 있을 때 치료 용적으로의 레이저 에너지 전송을 금지하도록 구성되는
    레이저 수술 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    프로세서는,
    조직 유형 정보를 기초로 프로브 부재의 팁에 인접한 조직의 유형을 결정하고,
    프로브 부재의 팁에 인접한 조직이 민감한 조직 유형일 때 치료 용적으로의 레이저 에너지 전송을 금지하도록 구성되는
    레이저 수술 장치.
  11. 제10항에 있어서, 민감한 조직 유형은 지방 조직의 부위에서 혈관성 조직을 포함하는
    레이저 수술 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    민감한 조직 유형은 지방 조직의 부위를 덮는 진피 조직을 포함하는
    레이저 수술 장치.
  13. 제2항에 있어서,
    조직 유형 센서는,
    프로세서에 커플링되는 광학 검출기와,
    치료 부위로부터 측정 광을 수용하여 이 광을 광학 검출기로 유도하도록 구성되는 광학 감지 요소를 포함하고,
    광학 검출기는 다양한 파장에서 복수의 측정광 성분의 강도를 검출하도록 구성되는
    레이저 수술 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    광학 감지 요소는 광 전달 구성 요소를 포함하는
    레이저 수술 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    조직 유형 센서는,
    프로브 광 공급부와, 프로브 광 공급부로부터 치료 용적으로 프로브 광을 유도하도록 구성되는 광학 프로브 요소를 포함하고,
    광학 감지 요소는 프로브 광의 일부를 목표 용적으로부터 광학 검출기로 유도하는
    레이저 수술 장치.
  16. 제13항에 있어서, 프로브 광은 다양한 파장에서 복수의 분광 성분을 포함하는
    레이저 수술 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    프로브 광은 약 532nm의 파장의 분광 성분과 약 635nm의 파장의 분광 성분을 포함하는
    레이저 수술 장치.
  18. 제14항에 있어서,
    광학 프로브 요소는 프로브 광이 치료 용적으로 전송되도록 프로브 광을 광 전달 구성 요소로 유도하는 광학 요소를 포함하는, 레이저 수술 장치.
  19. 제15항에 있어서, 측정 광은 목표 용적 내의 조직에 의해 반사되고 산란되고 재방사되는 프로브 광 부분을 포함하는
    레이저 수술 장치.
  20. 제14항에 있어서,
    광학 검출기는 컬러 광 검출기를 포함하는
    레이저 수술 장치.
  21. 레이저 수술 장치이며,
    핸드피스로서, 공급부로부터 치료 용적으로 레이저 에너지를 전송하는 광 전달 구성 요소와, 핸드피스의 위치를 나타내는 위치 정보를 제공하도록 구성되는 가속도계와, 치료 용적 내의 조직의 유형을 나타내는 조직 유형 정보를 제공하도록 구성되는 조직 유형 센서를 포함하는, 핸드피스와,
    가속도계 및 공급부에 커플링되고 치료 용적으로 전송되는 레이저 에너지를 제어하도록 구성되는 프로세서와,
    디스플레이를 포함하고,
    프로세서는 위치 정보와 조직 유형 정보를 기초로 치료 용적 내의 복수의 위치 각각에 전달되는 에너지량을 나타내는 정보를 결정하도록 구성되고,
    디스플레이는 치료 용적 내의 복수의 위치 각각에 전달되는 에너지량을 나타내는 그래픽 화상을 표시하도록 구성되는
    레이저 수술 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    그래픽 화상은 치료 용적의 맵을 포함하고,
    맵 상의 복수의 지점들은 치료 용적 내의 복수의 위치들에 대응하고,
    각각의 지점들의 그래픽 화질은 치료 용적 내의 위치로 전달되는 에너지량에 따라 결정되는
    레이저 수술 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    그래픽 화상은 삼차원 화상인
    레이저 수술 장치.
  24. 제21항에 있어서,
    프로세서는 위치 정보와 조직 유형 정보를 기초로 치료 용적 내의 복수의 위치 각각에서의 온도량을 나타내는 정보를 결정하도록 구성되고,
    디스플레이는 치료 용적 내의 복수의 위치 각각에서의 온도량을 나타내는 그래픽 화상을 표시하도록 구성되는
    레이저 수술 장치.
  25. 제21항에 있어서,
    핸드피스는 치료 용적 내의 위치들에서 조직의 온도를 나타내는 온도 정보를 제공하도록 구성되는 온도 센서를 더 포함하고,
    프로세서는 온도 센서에 커플링되고 위치 정보, 온도 정보 및 조직 유형 정보를 기초로 치료 용적 내의 복수의 위치들 중 하나 이상의 온도를 나타내는 정보를 결정하도록 구성되는
    레이저 수술 장치.
  26. 공급부로부터 치료 용적으로 레이저 에너지를 전송하는 광 전달 구성 요소와, 치료 용적 내의 조직의 온도를 나타내는 온도 정보를 제공하도록 구성되는 온도 센서와, 치료 용적 내의 조직의 유형을 나타내는 조직 유형 정보를 제공하도록 구성되는 조직 유형 센서를 포함하는 핸드피스로서, 상기 조직 유형 센서는, 다양한 파장에서 복수의 분광 성분을 갖는 프로브 광을 발생하는 프로브 광 공급부와, 프로브 광 공급부로부터 치료 용적으로 프로브 광을 유도하도록 구성되는 광학 프로브 요소와, 광학 검출기와, 치료 부위로부터 측정 광을 수용하여 이 광을 광학 검출기로 유도하도록 구성되는 광학 감지 요소를 포함하고, 광학 검출기는 다양한 파장에서 측정 광의 복수의 분광 성분의 강도를 검출하고 비교하도록 구성되는, 핸드피스와,
    조직 유형 센서 및 공급부에 커플링되고, 조직 유형 정보를 기초로 치료 용적으로 전송되는 레이저 에너지를 제어하도록 구성되는, 프로세서를 포함하는
    장치
  27. 제26항에 있어서,
    프로브 광은 약 532nm의 파장의 분광 성분과 약 635nm의 파장의 분광 성분을 포함하는
    장치.
  28. 제26항에 있어서,
    광학 프로브 요소는 프로브 광이 치료 용적으로 전송되도록 프로브 광을 광 전달 구성 요소로 유도하는 광학 요소를 포함하는
    장치.
  29. 제26항에 있어서,
    측정 광은 목표 용적 내의 조직에 의해 반사되고, 산란되고, 재방사되는 프로브 광 부분을 포함하는
    장치.
  30. 제26항에 있어서,
    광학 검출기는 컬러 광 검출기를 포함하는
    장치.
  31. 레이저 수술 방법이며,
    핸드피스 제공 단계로서, 공급부로부터 치료 용적으로 레이저 에너지를 전송하는 광 전달 구성 요소와, 핸드피스의 가속도를 나타내는 가속도 정보를 제공하도록 구성되는 가속도계와, 치료 용적 내의 조직의 온도를 나타내는 온도 정보를 제공하도록 구성되는 온도 센서와, 치료 용적 내의 조직의 유형을 나타내는 조직 유형 정보를 제공하도록 구성되는 조직 유형 센서를 포함하는, 핸드피스를 제공하는 단계와,
    공급부로부터 치료 용적으로 레이저 에너지를 전송하는 단계와,
    가속도, 온도 및 조직 유형 정보를 결정하기 위해 가속도계, 온도 센서 및 조직 유형 센서를 이용하는 단계와,
    가속도 정보, 온도 정보 및 조직 유형 정보를 기초로 치료 용적으로 전송되는 레이저 에너지를 제어하는 단계를 포함하는
    레이저 수술 방법.
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