KR20130086245A - 열 수술 안전 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 에너지를 공급원으로부터 처치 체적으로 전달하는 광학 송출 구성요소; 및 핸드피스의 위치를 표시하는 정보를 제공하도록 구성된 가속도계를 포함하는 핸드피스를 포함하는 레이저 수술 장치를 제공하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법은 레이저 에너지를 공급원으로부터 처치 체적 내의 복수의 위치로 전달하기 위해 핸드피스를 사용하는 단계; 가속도계를 사용하여, 핸드피스의 위치를 표시하는 정보를 제공하는 단계; 핸드피스의 위치를 표시하는 정보에 기초하여 처치 체적 내의 복수의 위치 각각에서 송출되는 에너지의 양을 표시하는 정보를 결정하는 단계; 및 처치 체적 내의 복수의 위치 각각에서 송출되는 에너지의 양을 표시하는 그래픽 표현을 디스플레이하는 단계를 포함한다.

Description

열 수술 안전 장치 및 방법 {THERMAL SURGERY SAFETY APPARATUS AND METHOD}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2009년 3월 5일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/157862호에 기초하여 우선권을 주장하고, 이의 전체 내용은 본 명세서에서 전체적으로 참조로 통합되었다.

본 출원은 2007년 11월 13일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/987,596호, 2007년 11월 13일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/987,617호, 2007년 11월 14일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/987,819호, 2007년 11월 14일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/987,821호, 2008년 1월 3일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/018,727호, 2008년 1월 3일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/018,729호, 및 2007년 6월 8일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/933,736호에 기초하여 우선권을 주장하고, 이들 각각의 내용은 본 명세서에서 전체적으로 참조로 통합되었다.

건강 또는 체형을 개선하기 위해, 환자는 그의 신체의 일부로부터 바람직하지 않은 조직을 제거하기 위한 수술적 방법에 의존한다. 예를 들어, 지방 조직을 제거하기 위해, 몇몇 환자는 격렬한 다이어트 및 운동에도 불구하고, 환자들 중 일부가 특히 특정 부위에서 지방을 감소시킬 수 없기 때문에, 지방이 흡입 메커니즘에 의해 제거되는 시술인 지방 흡입을 선호한다. 대안적으로, 레이저 또는 다른 광 공급원이 조직을 가열, 제거, 파괴(예를 들어, 사멸), 광응고, 박멸 또는 달리 처치(이하에서, 집합적으로 "처치" 또는 "처치법"으로 불림)하기 위해 인가되었다.

처치 메커니즘이 환자의 피부 아래에서 구현되기 때문에, 의료인은, 예를 들어, 일정 유형의 시각적 보조에 의해, 처치의 범위 또는 처치 영역의 처치된 부분의 상태를 평가할 수 없다. 이와 같이, 의료인은 감각의 수단에 의한 것을 제외하고는, 처치의 범위를 결정하거나 처치 영역의 미처치 부분으로 기구(들)을 안내하기 위한 다른 수단을 갖지 않는다. 결국, 시술 중에, 원치 않는 조직의 불균등한 제거를 생성하는 것이 드물지 않고, 이는 환자의 피부 상에 미적으로 좋지 않은 패터닝을 남길 수 있다.

아울러, 전형적인 적용에서, 레이저 지방 분해와 같은 시술 중에 레이저 송출 섬유 전방의 조직 유형을 확인하기 위한 직접적인 방법이 없다. 의사는 원치 않는 지방 층 내에 섬유 팁을 위치시키기 위해 그의 해부학 및 인체 생리학적 지식에 의존한다. 의사는 송출 섬유를 통해 단일 또는 복수의 파장을 운반하는 가시 조준 빔에 의해 보조된다. 숙련된 의사는 조준 빔 가시성을 피부 아래에서의 섬유 팁 위치 및 깊이와 연관시킬 수 있다. 그러나, 숙련된 의사에게도, 섬유 팁 전방의 조직의 유형을 결정하는 것은 매우 어렵다 (거의 불가능하다).

또한, 조직이 에너지 공급원의 조직 내에서의 흡수의 결과로서 레이저 또는 광 에너지 공급원을 사용하여 처치될 수 있지만, 수술 기구는 처치 부위의 처치된 부분에 의해 흡수되는 파워량을 산정하는 메커니즘이 없다. 이와 같이, 의료인은 과소 처치 또는 과다 처치할 수 있어서, 조직의 불완전한 제거 또는 과노출로 인한 조직의 탄화를 생성한다.

본 발명자는 에너지가 목표 조직으로 지향되는 의료 환경(예컨대, 레이저 수술 시술)에서 사용하기 위한 하나 이상의 센서를 제공함으로써, 증가된 안전성 및 사용의 용이성이 얻어질 수 있음을 인식하였다. 상이한 유형의 센서 입력을 조합함으로써, 진행되는 의료 시술을 특징짓는 풍부한 정보가 제공될 수 있다.

예를 들어, 본 발명자는 본 명세서에서 원치 않는 조직 또는 신체 부위를 제거하기 위한 시술 중에 사용되는 수술 장치의 움직임을 검출하기 위한 메커니즘을 포함하는 방법 및 장치를 설명한다.

조직 내로의 파워의 인가는 구성 조직의 흡수율에 따른 국소 온도 상승을 생성한다. 전파 거리는, 예를 들어, 파장/조직 유형에 의존한다. 아울러, 각각의 조직 유형은 관련된 시간 상수 및 열 전도성을 갖는다. 따라서, 원칙적으로, 생체 내에서의 조직 온도 상승은 처치 부위 내로 삽입되는 장치의 에너지 송출 구성요소의 위치가 알려지는 한, 구성 조직, 파장 및 조직에 지향되는 파워의 인지로부터 결정될 수 있다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 에너지 송출 구성요소의 위치는 속력 피드백을 제공하기 위해 적분되는, 장치의 가속도를 처리함으로써 결정될 수 있다. 속력 피드백을 산정하면, 장치는 속력 피드백의 값에 관련된 처치 영역으로 지향되는 파워량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 장치는 과도한 생체내 열 효과를 방지하기 위해, 장치가 이동하지 않거나 소정의 값 미만의 속력으로 이동할 때, 처치 영역으로 지향되는 에너지를 발산하는 것을 정지시킬 수 있다. 속력 피드백은 또한, 예컨대, 이동 단위당 조직 내에 침착되는 정착 에너지를 유지하기 위해, 에너지의 인가 선량을 제어하도록 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 에너지 송출 구성요소의 위치는 처치 영역 내에서의 에너지 송출 구성요소의 위치 피드백을 제공하기 위해 속도의 1차 적분 (또는 가속도의 2차 적분)을 취함으로써 결정될 수 있다. 위치 피드백 어플리케이션을 위한 파워 제어는 파워 대 위치 차이 알고리즘에 의해 행해진다. 예를 들어, 처치 영역 내의 조직 내로의 각각의 에너지 토출/샷(shot)은 8-사분 위치 상에서 3차원 데카르트(Cartesian) 지점에 할당된다. 데카르트 기준 위치 상의 각각의 지점은 "열 용기"를 나타낸다. 열 용기는 인가 에너지 또는 입력 에너지(E_in), 흡수율 대 전파 거리, 기본 온도, 및 조직 유형과 관련된 시간 상수 및 전도성에 따라 유출되는 카운트를 축적시킨다. 조직 유형 측정 및/또는 직접 또는 간접 온도 측정과 같은 추가의 센서 입력이 공간적 에너지 분포 정보를 보강하거나 확인하기 위해 위치 정보와 함께 사용될 수 있다.

일 태양에서, 레이저 에너지를 공급원으로부터 처치 체적으로 전달하는 광학 송출 구성요소; 및 핸드피스의 위치를 표시하는 정보를 제공하도록 구성된 가속도계를 포함하는 핸드피스를 포함하는 레이저 수술 장치가 개시된다. 장치는 가속도계 및 공급원에 결합되어 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하는 프로세서; 및 디스플레이를 포함한다. 프로세서는 핸드피스의 위치를 표시하는 정보에 기초하여 처치 체적 내의 복수의 위치 각각에서 송출되는 에너지의 양을 표시하는 정보를 결정하도록 구성된다. 디스플레이는 처치 체적 내의 복수의 위치 각각에서 송출되는 에너지의 양을 표시하는 그래픽 표현을 디스플레이하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 프로세서는 가속도계로부터의 피드백에 기초하여 처치 체적으로 송출되는 에너지의 양을 제어하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 가속도계는 3개의 축을 따라 가속도를 측정한다.

몇몇 실시예에서, 가속도계는 자이로 보상식 가속도계이다.

몇몇 실시예에서, 그래픽 표현은 처치 체적의 맵을 포함하고, 맵 상의 복수의 지점은 처치 체적 내의 복수의 위치에 대응하고, 각각의 지점의 그래픽 품질은 처치 체적 내의 위치에서 송출되는 에너지의 양에 의존한다.

몇몇 실시예에서, 그래픽 표현은 3차원 표현이다.

몇몇 실시예에서, 핸드피스는 처치 체적 내의 위치에서의 조직의 온도를 표시하는 정보를 제공하도록 구성된 온도 센서를 추가로 포함한다. 프로세서는 온도 센서에 결합되고, 핸드피스의 위치를 표시하는 정보 및 처치 체적 내의 위치에서의 조직의 온도를 표시하는 정보에 기초하여 처치 체적 내의 복수의 위치 각각의 온도를 표시하는 정보를 결정하도록 구성된다. 디스플레이는 처치 체적 내의 복수의 위치들 각각에서 송출되는 에너지의 양을 표시하는 그래픽 표현을 디스플레이하도록 구성된다.

일 태양에서, 레이저 에너지를 공급원으로부터 처치 체적으로 전달하는 광학 송출 구성요소 및 핸드피스의 위치를 표시하는 정보를 제공하도록 구성된 가속도계를 포함하는 핸드피스를 포함하는 레이저 수술 장치를 제공하는 단계를 포함하는 레이저 수술 방법이 개시된다. 방법은 레이저 에너지를 공급원으로부터 처치 체적 내의 복수의 위치로 전달하기 위해 핸드피스를 사용하는 단계; 가속도계를 사용하여, 핸드피스의 위치를 표시하는 정보를 제공하는 단계; 핸드피스의 위치를 표시하는 정보에 기초하여 처치 체적 내의 복수의 위치 각각에서 송출되는 에너지의 양을 표시하는 정보를 결정하는 단계; 및 처치 체적 내의 복수의 위치 각각에서 송출되는 에너지의 양을 표시하는 그래픽 표현을 디스플레이하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예는 가속도계로부터의 피드백에 기초하여 처치 체적 내의 복수의 위치로 송출되는 에너지의 양을 제어하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 가속도계는 3개의 축을 따라 가속도를 측정한다.

몇몇 실시예에서, 가속도계는 자이로 보상식 가속도계이다.

몇몇 실시예에서, 그래픽 표현은 처치 체적의 맵을 포함하고, 맵 상의 복수의 지점은 처치 체적 내의 복수의 위치에 대응하고, 각각의 지점의 그래픽 품질은 처치 체적 내의 위치에서 송출되는 에너지의 양에 의존한다.

몇몇 실시예에서, 그래픽 표현은 3차원 표현이다.

몇몇 실시예에서, 핸드피스는 처치 체적 내의 위치에서 조직의 온도를 표시하는 정보를 제공하도록 구성된 온도 센서를 추가로 포함하고, 프로세서는 온도 센서에 결합된다. 그러한 실시예는 온도 센서를 사용하여, 핸드피스의 위치를 표시하는 정보 및 처치 체적 내의 위치에서의 조직의 온도를 표시하는 정보에 기초하여 처치 체적 내의 복수의 위치 각각의 온도를 표시하는 정보를 결정하는 단계, 및 처치 체적 내의 복수의 위치 각각에서 송출되는 에너지의 양을 표시하는 그래픽 표현을 디스플레이하는 단계를 포함한다.

다른 태양에서, 레이저 에너지를 공급원으로부터 처치 체적으로 전달하는 광학 송출 구성요소; 및 3개의 축을 따라 핸드피스의 가속도를 표시하는 정보를 제공하도록 구성된 가속도계를 포함하는 핸드피스를 포함하는 레이저 수술 장치가 개시된다. 장치는 가속도계 및 공급원에 결합되어, 가속도계로부터의 피드백에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하는 프로세서를 포함한다.

몇몇 실시예는 핸드피스의 공간적 배향을 표시하는 정보를 제공하도록 구성된 자이로스코프를 포함하고, 프로세서는 자이로스코프에 결합되어, 가속도계 및 자이로스코프로부터의 피드백에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 프로세서는 3개의 축을 따른 핸드피스의 가속도를 표시하는 정보, 및 핸드피스의 공간적 배향을 표시하는 정보에 기초하여 핸드피스의 절대 위치를 표시하는 정보를 결정하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 프로세서는 3개의 축을 따른 핸드피스의 가속도를 표시하는 정보에 기초하여 핸드피스의 속력을 표시하는 정보를 결정하고, 핸드피스의 속력을 표시하는 정보를 사용하는 피드백에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 3개의 축을 따른 핸드피스의 가속도를 표시하는 정보는 적어도 하나의 축에 대해, 축을 따른 핸드피스의 가속도에 의존하는 진폭을 갖는 신호를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 프로세서는 각각의 축을 따른 핸드피스의 속도를 표시하는 정보를 결정하기 위해 신호를 적분하기 전에 신호의 저주파 성분을 선택적으로 차단하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 프로세서는 3개의 축을 따른 핸드피스의 가속도를 표시하는 정보에 기초하여 3개의 축 각각을 따른 핸드피스의 속력을 결정하고; 3개의 축 각각을 따른 핸드피스의 속력의 가중 평균을 계산함으로써 핸드피스의 가중 평균 속력을 결정하고; 핸드피스의 가중 평균 속력을 사용한 피드백에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하도록, 구성된다.

몇몇 실시예에서, 핸드피스는 처치 체적 내로의 삽입을 위한 프로브 부재를 포함하고, 프로브 부재는 프로브 부재 축을 따라 연장하고, 가속도계는 3개의 축 각각을 따른 가속도를 표시하는 정보를 제공하도록 구성되고, 3개의 축들 중 하나는 프로브 부재 축에 대해 실질적으로 평행하고; 프로세서는 3개의 축 각각을 따른 핸드피스의 속력의 가중 평균을 계산함으로써 핸드피스의 가중 평균 속력을 결정하도록 구성되고, 프로브 부재 축에 대해 실질적으로 평행한 축은 다른 축들보다 더 큰 가중이 주어진다.

다른 태양에서, 레이저 에너지를 공급원으로부터 처치 체적으로 전달하는 광학 송출 구성요소; 및 3개의 축을 따른 핸드피스의 가속도를 표시하는 정보를 제공하도록 구성된 가속도계를 포함하는 핸드피스를 제공하는 단계; 레이저 에너지를 공급원으로부터 처치 체적으로 전달하기 위해 핸드피스를 사용하는 단계; 가속도계를 사용하여, 3개의 축을 따른 핸드피스의 가속도를 표시하는 정보를 제공하는 단계; 및 가속도계로부터의 피드백에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하는 단계를 포함하는 레이저 수술 방법이 개시된다.

몇몇 실시예에서, 핸드피스는 자이로스코프를 추가로 포함하고, 방법은 자이로스코프를 사용하여, 핸드피스의 공간적 배향을 표시하는 정보를 제공하는 단계를 포함하고, 가속도계 및 자이로스코프로부터의 피드백에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하는 단계를 추가로 포함한다.

몇몇 실시예는 3개의 축을 따른 핸드피스의 가속도를 표시하는 정보 및 핸드피스의 공간적 배향을 표시하는 정보에 기초하여 핸드피스의 절대 위치를 표시하는 정보를 결정하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예는 3개의 축을 따른 핸드피스의 가속도를 표시하는 정보에 기초하여 핸드피스의 속력을 표시하는 정보를 결정하는 단계; 및 핸드피스의 속력을 표시하는 정보를 사용한 피드백에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예는 3개의 축을 따른 핸드피스의 가속도를 표시하는 정보에 기초하여 3개의 축 각각을 따른 핸드피스의 속력을 결정하는 단계; 3개의 축 각각을 따른 핸드피스의 속력의 가중 평균을 계산함으로써 핸드피스의 가중 평균 속력을 결정하는 단계; 및 핸드피스의 가중 평균 속력을 사용한 피드백에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 핸드피스는 프로브 부재 축을 따라 연장하는 프로브 부재를 포함한다. 방법은 처치 체적 내로 프로브 부재를 삽입하는 단계; 처치 체적 내에서 프로브 부재를 반복적으로 전진 및 후퇴시키는 단계; 3개의 축 각각을 따른 가속도를 표시하는 정보를 제공하기 위해 가속도계를 사용하는 단계 - 3개의 축들 중 하나는 프로브 부재 축에 대해 실질적으로 평행함 -; 및 3개의 축 각각을 따른 핸드피스의 속력의 가중 평균을 계산함으로써 핸드피스의 가중 평균 속력을 결정하는 단계를 포함하고, 프로브 부재 축에 대해 실질적으로 평행한 축은 다른 축들보다 더 큰 가중이 주어진다.

다른 태양에서, 레이저 에너지를 공급원으로부터 처치 체적으로 전달하는 광학 송출 구성요소를 포함하며, 환자 내의 절개부를 통해 처치 체적 내로 삽입되도록 구성된 프로브 부재, 및 절개부에 대한 핸드피스의 위치를 표시하는 정보를 제공하도록 구성된 가속도계를 포함하는 핸드피스; 가속도계 및 공급원에 결합되어 절개부에 대한 핸드피스의 위치를 표시하는 정보에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하는 프로세서를 포함하는 레이저 수술 장치가 개시된다.

몇몇 실시예에서, 가속도계는 핸드피스의 속력을 표시하는 정보를 제공하도록 구성되고, 프로세서는 핸드피스의 속력을 표시하는 정보에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하도록 구성된다.

다른 태양에서, 레이저 에너지를 공급원으로부터 처치 체적으로 전달하는 광학 송출 구성요소를 포함하며, 환자 내의 절개부를 통해 처치 체적 내로 삽입되도록 구성된 프로부 부재; 및 절개부에 대한 핸드피스의 위치를 표시하는 정보를 제공하도록 구성된 가속도계를 포함하는 핸드피스를 제공하는 단계를 포함하는 방법이 개시된다. 방법은 절개부를 통해 처치 체적 내로 프로브 부재를 삽입하는 단계; 처치 체적 내에서 프로브 부재를 반복적으로 전진 및 후퇴시키는 단계; 처치 체적으로 레이저 에너지를 전달하는 단계; 절개부에 대한 핸드피스의 위치를 표시하는 정보를 제공하기 위해 가속도계를 사용하는 단계; 및 절개부에 대한 핸드피스의 위치를 표시하는 정보에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예는 핸드피스의 속력을 표시하는 정보를 제공하기 위해 가속도계를 사용하는 단계; 및 핸드피스의 속력을 표시하는 정보에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하는 단계를 포함한다.

다른 태양에서, 레이저 에너지를 공급원으로부터 처치 체적으로 전달하는 광학 송출 구성요소; 핸드피스의 가속도를 표시하는 가속도 정보를 제공하도록 구성된 가속도계; 및 처치 체적 내의 조직의 온도를 표시하는 온도 정보를 제공하도록 구성된 온도 센서를 포함하는 핸드피스를 포함하는 레이저 수술 장치가 개시된다. 장치는 가속도계, 온도 센서, 및 공급원에 결합되어, 가속도 정보 및 온도 정보에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하도록 구성된 프로세서를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 핸드피스는 환자 내의 절개부를 통해 처치 체적 내로 삽입되도록 구성된 프로브 부재를 포함하고, 프로브 부재는 광학 송출 구성요소의 적어도 일 부분을 포함한다.

몇몇 실시예에서, 프로세서는 가속도 정보에 기초하여 핸드피스의 속력을 표시하는 속력 정보를 결정하고, 속력 정보 및 온도 정보에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 프로세서는 가속도 정보에 기초하여 핸드피스의 위치를 표시하는 위치 정보를 결정하고, 위치 정보 및 온도 정보에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 온도 센서는 열전쌍 및 서미스터로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 온도 센서는 적외선 센서를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 핸드피스는 적외광을 처치 체적으로부터 적외선 센서로 전달하도록 구성된 광학 감지 요소를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 프로세서는 핸드피스의 속력을 임계값에 비교하고, 속력이 임계값 미만일 때 처치 체적으로의 레이저 에너지의 전달을 억제하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 온도 센서는 프로세서가 처치 체적으로의 레이저 에너지의 전달을 억제할 때 또는 프로세서가 핸드피스의 속력이 측정 임계 속력 미만이라고 결정할 때, 조직의 온도를 측정하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 프로세서는 조직의 온도를 임계값에 비교하고, 온도가 임계값을 초과할 때 처치 체적으로의 레이저 에너지의 전달을 억제하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 프로세서는 제1 반복 속도로, 핸드피스의 속력을 속력 임계값에 반복적으로 비교하고, 속력이 속력 임계값 미만일 때 처치 체적으로의 레이저 에너지의 전달을 억제하고, 제2 반복 속도로, 조직의 온도를 온도 임계값에 반복적으로 비교하고, 온도가 온도 임계값을 초과할 때 처치 체적으로의 레이저 에너지의 전달을 억제하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 제1 반복 속도는 제2 반복 속도보다 더 크다.

몇몇 실시예에서, 프로세서는 처치 체적 내의 복수의 위치 각각에서 조직의 온도를 표시하는 정보를 결정하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 프로세서는 처치 체적 내의 복수의 위치 각각에서의 조직의 온도를 표시하는 정보에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하도록 구성된다.

몇몇 실시예는 처치 체적 내의 복수의 위치 각각에서의 조직의 온도를 표시하는 그래픽 도식을 도시하도록 구성된 디스플레이를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 처치 체적 내의 복수의 위치 각각에서의 조직의 온도를 표시하는 정보는, 각각의 위치에 대해, 복수의 시점에서 측정된 일련의 온도를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 프로세서는 일련의 온도의 이동 평균을 각각의 위치에 대해 계산하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 디스플레이는 각각의 위치에서의 이동 평균의 그래픽 표현을 실시간으로 디스플레이하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 가속도계는 MEMs 장치를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 가속도계는 3개의 축을 따라 가속도를 측정한다.

몇몇 실시예에서, 가속도계는 자이로 보상식 가속도계이다.

몇몇 실시예에서, 레이저 에너지를 제어하는 단계는 파장, 펄속 속도, 펄스 듀티 사이클, 강도, 및 플루언스로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함한다.

다른 태양에서, 레이저 에너지를 공급원으로부터 처치 체적으로 전달하는 광학 송출 구성요소; 핸드피스의 가속도를 표시하는 가속도 정보를 제공하도록 구성된 가속도계; 및 처치 체적 내의 조직의 온도를 표시하는 온도 정보를 제공하도록 구성된 온도 센서를 포함하는 핸드피스를 제공하는 단계를 포함하는 레이저 수술 방법이 개시된다. 방법은 처치 체적으로 레이저 에너지를 전달하는 단계; 핸드피스의 가속도를 표시하는 가속도 정보를 제공하기 위해 가속도계를 사용하는 단계; 처치 체적 내의 조직의 온도를 표시하는 온도 정보를 제공하기 위해 온도 센서를 사용하는 단계; 및 가속도 정보 및 온도 정보에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 핸드피스는 프로브 부재를 포함하고, 방법은 환자 내의 절개부를 통해 처치 체적 내로 프로브 부재를 삽입하는 단계; 및 프로브 부재로부터 처치 영역으로 레이저 에너지를 송출하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예는 가속도 정보에 기초하여 핸드피스의 속력을 표시하는 속력 정보를 결정하는 단계; 및 속력 정보 및 온도 정보에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 프로세서는 가속도 정보에 기초하여 핸드피스의 위치를 표시하는 위치 정보를 결정하고, 위치 정보 및 온도 정보에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하도록 구성된다.

몇몇 실시예는 핸드피스의 속력을 임계값에 비교하는 단계, 및 속력이 임계값 미만일 때 처치 체적으로의 레이저 에너지의 전달을 억제하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예는 프로세서가 처치 체적으로의 레이저 에너지의 전달을 억제할 때 또는 프로세서가 핸드피스의 속력이 측정 임계 속력 미만이라고 결정할 때, 조직의 온도를 측정하기 위해 온도 센서를 사용하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예는 조직의 온도를 임계값에 비교하는 단계, 및 온도가 임계값을 초과할 때 처치 체적으로의 레이저 에너지의 전달을 억제하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예는 처치 체적 내의 복수의 위치 각각에서의 조직의 온도를 표시하는 정보를 결정하는 단계; 및 처치 체적 내의 복수의 위치 각각에서의 조직의 온도를 표시하는 정보에 기초하여 처치 체적으로 전달되는 레이저 에너지를 제어하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예는 처치 체적 내의 복수의 위치 각각에서의 조직의 온도를 표시하는 그래픽 도식을 디스플레이하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 처치 체적 내의 복수의 위치 각각에서의 조직의 온도를 표시하는 정보는 각각의 위치에 대해, 복수의 시점에서 측정된 일련의 온도를 포함한다. 방법은 각각의 위치에 대해, 일련의 온도의 이동 평균을 계산하는 단계; 및 각각의 위치에서 이동 평균의 그래픽 표현을 실시간으로 디스플레이하는 단계를 포함한다.

일 태양에서, 환자의 셀룰라이트를 처치하는 방법이 개시된다. 방법은 장치의 발광부가 환자의 진피와 피하 사이의 계면 아래에 위치되도록 환자 내로 광학 송출 장치를 삽입하는 단계; 및 목표 영역 위에 위치된 진피 및 상피 조직에 실질적인 열 손상을 일으키지 않으면서 목표 영역 내에서 열 손상을 일으키도록 계면에 근접하여 위치된 목표 영역을 가열하기 위해 송출 장치의 발광부로부터 치료 광을 송출하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 계면에 근접하여 위치된 목표 영역을 가열하기 위해 송출 장치의 발광부로부터 치료 광을 송출하는 단계는 진피의 가열을 계면 위의 원하는 거리 이내로 실질적으로 국소화하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 원하는 거리는 약 0.5 mm, 1.0 mm 이하이다. 일 실시예에서, 방법은 목표 영역 위에 위치된 상부 진피 및 상피 조직을 약 42℃ 이하의 온도로 유지하면서, 계면에 근접한 목표 영역을 약 50℃ 이상의 온도로 가열하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 목표 영역은 계면을 통해 진피 내로 연장하는 적어도 하나의 지방 세포를 포함하고, 열 손상은 지방 세포의 열 변성을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 목표 영역은 진피를 아래에 놓인 피하 조직에 연결하는 연결 조직을 포함하고, 열 손상은 연결 조직에 대한 손상을 포함한다. 일 실시예에서, 방법은 목표 영역 내로 캐뉼라의 팁을 삽입하는 단계; 및 영역 내의 조직에 기계적 손상을 일으키기 위해 목표 영역 내에서 캐뉼라의 팁을 이동시키는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 목표 영역은 진피를 아래에 놓인 피하 조직에 연결하는 연결 조직을 포함하고, 기계적 손상은 연결 조직에 대한 손상을 포함한다. 일 실시예에서, 광학 송출 장치는 캐뉼라 내에 수용되는 적어도 일 부분을 갖는 광섬유를 포함한다. 다른 실시예에서, 광학 송출 장치는 종축을 따라 제1 단부로부터 제2 단부로 연장하는 측면 분출 광섬유를 포함하고, 송출 장치의 발광부로부터 치료 광을 송출하는 단계는 섬유의 제1 단부에서 치료 광을 수광하는 단계; 치료 광을 섬유의 제2 단부로 전달하는 단계; 및 섬유의 종축을 횡단하는 방향을 따라 섬유의 제2 단부로부터 치료 광의 제1 부분을 발산하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 송출 장치의 발광부로부터 치료 광을 송출하는 단계는 섬유의 종축에 대해 실질적으로 평행한 방향을 따라 섬유의 제2 단부로부터 치료 광의 제2 부분을 발산하는 단계를 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 방법은 치료 광의 제1 부분을 계면을 향해 지향시키는 단계; 및 광의 제2 부분을 피하 내로 지향시키는 단계를 추가로 포함한다. 다른 실시예에서, 치료 광은 레이저 광을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 치료 광은 가시 또는 근적외 내의 파장을 갖는 광을 포함한다. 일 실시예에서, 처치 광은 약 1440 nm의 파장을 갖는다. 다른 실시예에서, 송출되는 치료 광은 4W 내지 20W의 범위 내의 총 파워를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 송출되는 치료 광은 약 8W의 총 파워를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 송출되는 치료 광은 목표 영역에서 약 200 W/cm² 내지 약 20,000 W/cm²의 범위 내의 파워 밀도(power density)를 갖는다. 일 실시예에서, 송출 장치의 발광부로부터 치료 광을 송출하는 단계는 일련의 광 펄스를 송출하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 일련의 펄스는 약 0.5 ms, 또는 약 0.1 ms 내지 약 1.0 ms의 범위 내의 지속 시간(duration)을 갖는 펄스를 포함한다. 몇몇 다른 실시예에서, 일련의 펄스는 약 40 Hz, 또는 약 10 내지 약 100 Hz의 범위 내의 반복 속도(repetition rate)를 갖는다. 일 실시예에서, 광학 송출 장치는 적어도 하나의 센서를 포함하고, 방법은 적어도 하나의 센서를 사용하여, 송출 장치 또는 목표 영역의 적어도 하나의 특성을 표시하는 신호를 발생시키는 단계; 및 센서 신호에 기초하여 치료 광의 송출을 제어하는 단계를 추가로 포함한다. 다른 실시예에서, 송출 장치 또는 목표 영역의 특성은 광학 송출 장치의 위치, 광학 송출 장치의 움직임, 광학 송출 장치의 온도, 광학 송출 장치 주변의 조직 유형, 광학 송출 장치에 의해 송출되는 에너지의 양, 및 목표 영역 내의 조직의 온도로 구성된 목록으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 센서는 서미스터, 가속도계, 및 컬러 센서로 구성된 목록으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다. 일 실시예에서, 방법은 송출 장치 또는 목표 영역의 적어도 하나의 특성을 표시하는 신호에 기초하여 디스플레이를 발생시키는 단계를 추가로 포함한다. 다른 실시예에서, 디스플레이는 처치를 받는 환자의 일정 영역의 온도 맵을 포함한다.

다른 태양에서, 환자의 셀룰라이트를 처치하기 위한 장치가 개시된다. 장치는 장치의 발광부가 환자의 진피와 피하 사이의 계면 아래에 위치되도록 환자 내로 삽입되도록 구성된 발광부를 갖는 광학 송출 장치; 및 목표 영역 위에 위치된 진피 및 상피 조직에 실질적인 열 손상을 일으키지 않으면서 목표 영역 내에서 열 손상을 일으키도록 계면에 근접하여 위치된 목표 영역을 가열하기 위해 송출 장치의 발광부로부터의 치료 광의 송출을 제어하기 위한 제어기를 포함한다.

다른 태양에서, 환자의 안면 또는 목 상에 또는 그 부근에 위치된 피부의 영역을 처치하기 위한 방법이 개시된다. 방법은 장치의 발광부가 환자의 피부의 진피와 아래에 놓인 근막 사이의 계면에 근접하도록 환자 내로 광학 송출 장치를 삽입하는 단계; 및 목표 영역 위에 위치된 진피 및 상피 조직에 실질적인 열 손상을 일으키지 않으면서 목표 영역 내에서 열 손상을 일으키도록 계면에 근접하여 위치된 목표 영역을 가열하기 위해 송출 장치의 발광부로부터 치료 광을 송출하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 계면에 근접하여 위치된 목표 영역을 가열하기 위해 송출 장치의 발광부로부터 치료 광을 송출하는 단계는 진피의 가열을 계면 위의 원하는 거리 이내로 실질적으로 국소화하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 원하는 거리는 약 0.5 mm, 1.0 mm, 이하이다. 일 실시예에서, 방법은 목표 영역 위에 위치된 상부 진피 및 상피 조직을 약 42℃ 이하의 온도로 유지하면서, 계면에 근접한 목표 영역을 약 50℃ 이상의 온도로 가열하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 목표 영역은 계면을 따라 연장하고, 목표 영역을 가열하기 위해 송출 장치의 발광부로부터 치료 광을 송출하는 단계는 치료 광을 송출하면서 계면을 따라 광학 송출 장치의 발광부를 이동시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 방법은 목표 영역 내에 열 손상의 국소화된 하위 영역을 형성하기 위해 계면을 따라 광학 송출 장치의 발광부를 이동시키면서 치료 광의 송출을 변조(modulating)하는 단계를 추가로 포함한다. 다른 실시예에서, 방법은 목표 영역 내로 캐뉼라의 팁을 삽입하는 단계; 및 영역 내의 조직에 기계적 손상을 일으키기 위해 목표 영역 내에서 캐뉼라의 팁을 이동시키는 단계를 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 목표 영역은 진피를 아래에 놓인 근막에 연결하는 연결 조직을 포함하고, 기계적 손상은 연결 조직에 대한 손상을 포함한다. 다른 실시예에서, 광학 송출 장치는 캐뉼라 내에 수용되는 적어도 일 부분을 갖는 광섬유를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 광학 송출 장치는 종축을 따라 제1 단부로부터 제2 단부로 연장하는 측면 분출 광섬유를 포함하고, 송출 장치의 발광부로부터 치료 광을 송출하는 단계는 섬유의 제1 단부에서 치료 광을 수광하는 단계; 치료 광을 섬유의 제2 단부로 전달하는 단계; 및 섬유의 종축을 횡단하는 방향을 따라 섬유의 제2 단부로부터 치료 광의 제1 부분을 발산하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 송출 장치의 발광부로부터 치료 광을 송출하는 단계는 섬유의 종축에 대해 실질적으로 평행한 방향을 따라 섬유의 제2 단부로부터 치료 광의 제2 부분을 발산하는 단계를 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 방법은 치료 광의 제1 부분을 계면을 향해 지향시키는 단계; 및 광의 제2 부분을 아래에 놓인 근막 내로 지향시키는 단계를 추가로 포함한다. 다른 실시예에서, 치료 광은 레이저 광을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 치료 광은 가시 또는 근적외 내의 파장을 갖는 광을 포함한다. 일 실시예에서, 치료 광은 약 1440 nm의 파장을 갖는다. 다른 실시예에서, 송출되는 치료 광은 4W 내지 20W의 범위 내의 총 파워를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 송출되는 치료 광은 약 8W의 총 파워를 갖는다. 일 실시예에서, 송출되는 치료 광은 목표 영역에서 200 W/cm² 내지 20,000 W/cm²의 범위 내의 파워 밀도를 갖는다. 다른 실시예에서, 송출 장치의 발광부로부터 치료 광을 송출하는 단계는 일련의 광 펄스를 송출하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 일련의 펄스는 약 0.5 ms, 또는 약 0.1 ms 내지 약 1.0 ms의 범위 내의 지속 시간을 갖는 펄스를 포함한다. 몇몇 다른 실시예에서, 일련의 펄스는 약 40 Hz, 또는 약 10 내지 약 100 Hz의 범위 내의 반복 속도를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 광학 송출 장치는 적어도 하나의 센서를 포함하고, 방법은 적어도 하나의 센서를 사용하여, 송출 장치 또는 목표 영역의 적어도 하나의 특성을 표시하는 신호를 발생시키는 단계; 및 센서 신호에 기초하여 치료 광의 송출을 제어하는 단계를 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 송출 장치 또는 목표 영역의 특성은 광학 송출 장치의 위치, 광학 송출 장치의 움직임, 광학 송출 장치의 온도, 광학 송출 장치 주변의 조직 유형, 광학 송출 장치에 의해 송출되는 에너지의 양, 및 목표 영역 내의 조직의 온도로 구성된 목록으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다. 다른 실시예에서, 센서는 서미스터, 가속도계, 및 컬러 센서로 구성된 목록으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다. 일 실시예에서, 방법은 송출 장치 또는 목표 영역의 적어도 하나의 특성을 표시하는 신호에 기초하여 디스플레이를 발생시키는 단계를 추가로 포함한다. 다른 실시예에서, 디스플레이는 처치를 받는 환자의 일정 영역의 온도 맵을 포함한다.

다른 태양에서, 환자의 안면 또는 목 상에 또는 그 부근에 위치된 피부의 영역을 처치하기 위한 장치가 개시된다. 장치는 장치의 발광부가 환자의 피부의 진피와 아래에 놓은 근막 사이의 계면에 근접하도록 환자 내로 삽입되도록 구성된 발광부를 갖는 광학 송출 장치; 및 목표 영역 위에 위치된 진피 및 상피 조직에 실질적인 열 손상을 일으키지 않으면서 목표 영역 내에서 열 손상을 일으키도록 계면에 근접하여 위치된 목표 영역을 가열하기 위해 송출 장치의 발광부로부터의 치료 광의 송출을 제어하기 위한 제어기를 포함한다. 일 실시예에서, 장치는 온도 맵 디스플레이를 추가로 포함한다.

다른 태양에서, 열 수술 장치가 개시된다. 장치는 핸드피스로부터 말단 단부로 연장하는 중공 캐뉼라 - 캐뉼라의 말단 단부는 리세스를 포함하는 외측 표면을 가짐 -; 중공 캐뉼라를 따라 말단 단부로 적어도 부분적으로 연장하며, 치료 광을 치료 광 공급원으로부터 캐뉼라의 말단 단부에 근접하여 위치된 처치 영역으로 송출하도록 구성된 광섬유; 및 리세스 내에 적어도 부분적으로 위치된 온도 센서를 포함한다. 일 실시예에서, 장치는 서미스터와 캐뉼라의 외측 표면 사이에 배치된 열 비전도성 내측 재료 층을 추가로 포함한다. 다른 실시예에서, 열 비전도성 재료 층은 캐뉼라의 외측 표면으로부터 온도 센서를 실질적으로 단열시킨다. 또 다른 실시예에서, 단열 재료는 플라스틱, 중합체, 폴리스티렌, 및 접착 재료로 구성된 목록으로부터의 적어도 하나의 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 장치는 리세스 내에 온도 센서를 고정시키기 위해 캐뉼라의 외측 표면 상에 배치된 외측 재료 층을 추가로 포함한다. 다른 실시예에서, 외측 재료 층은 리세스 내에 온도 센서를 고정시키기 위해 캐뉼라의 외측 층의 적어도 일 부분 둘레에 배치된 슬리브를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 외측 재료 층은 열 전도성 재료를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 열 전도성 재료는 금속, 금속 포일, 열 전도성 중합체, 열 전도성 플라스틱, 및 열 전도성 실리콘으로 구성된 목록으로부터의 적어도 하나의 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 외측 재료 층은 서미스터와 캐뉼라의 외측 표면 사이에 배치된 내측 재료 층보다 더 높은 열 전도성을 갖는다. 다른 실시예에서, 온도 센서는 서미스터이다. 또 다른 실시예에서, 서미스터는 약 1 mm 이하의 특징적인 크기를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 서미스터는 약 250 ms 이하의 응답 시간을 특징으로 한다. 일 실시예에서, 장치는 처치 영역 내의 온도를 표시하는 센서로부터의 신호를 수신하고, 치료 광 공급원으로부터 광섬유를 통한 치료 광의 송출을 제어하기 위해, 온도 센서와 통신하는 프로세서를 추가로 포함한다. 다른 실시예에서, 핸드피스는 프로세서와 통신하도록 구성된 적어도 하나의 추가의 센서를 포함하고, 추가의 센서는 핸드피스 또는 처치 영역의 적어도 하나의 특성을 표시하는 신호를 발생시키도록 구성되고, 프로세서는 센서 신호에 기초하여 처치 영역으로의 치료 광의 송출을 제어하도록 구성된다. 일 실시예에서, 핸드피스 또는 목표 영역의 특성은 핸드피스의 위치, 핸드피스의 움직임, 핸드피스의 온도, 캐뉼라의 말단 단부 주변의 조직 유형, 목표 영역으로 송출되는 에너지의 양, 및 목표 영역 내의 조직의 온도로 구성된 목록으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다. 다른 실시예에서, 센서는 서미스터, 관성 센서, 가속도계, 자이로스코프, 및 컬러 센서로 구성된 목록으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 캐뉼라의 말단 단부는 적어도 하나의 흡입 포트를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 리세스는 캐뉼라 내의 슬롯을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 실질적으로 전체 온도 센서가 리세스 내에 수용된다. 일 실시예에서, 광섬유의 적어도 일 부분이 중공 캐뉼라 내에 위치된다. 다른 실시예에서, 중공 캐뉼라는 흡입 캐뉼라를 포함하고, 광섬유의 적어도 일 부분을 수용하는 처치 캐뉼라를 추가로 포함한다.

상기 내용은 유사한 참조 번호가 상이한 도면들 전체에 걸쳐 동일한 부분을 지칭하는 첨부된 도면에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시예의 다음의 더 구체적인 설명으로부터 명백해질 것이다. 도면은 반드시 축척에 따르지는 않고, 대신에 본 발명의 예시적인 실시예가 강조된다.

본 발명에 의해 에너지가 목표 조직으로 지향되는 의료 환경(예컨대, 레이저 수술 시술)에서 증가된 안전성 및 사용의 용이성이 얻어질 수 있다.

도 1은 레이저 수술 시스템의 개략도이다.
도 1a는 본 발명의 장치 내의 가속도계의 일 실시예의 분해도이다.
도 2는 처치 중에 처치 영역에 적용되는 본 발명의 장치를 도시한다.
도 3a는 1개, 2개, 또는 3개의 축에서의 가속도를 변환하는 장치의 일 실시예의 구성을 도시하고, 도 3b는 본 발명의 장치 상으로 장착된 가속도계의 일 실시예를 도시한다.
도 4는 본 발명의 변환기 처리 회로의 일 실시예의 필터 및 입력 증폭기의 개략도이다.
도 5는 속력 대 파워 어플리케이션에서의 총 속력 추정을 위한 개략적인 선도이다.
도 6a 및 6b는 처치 영역의 일 부분에 대한 열 충역을 감소시키고 처치 영역 전체를 통한 더 균등한 에너지 침착을 제공하기 위한 파워 출력의 모드를 도시한다.
도 7은 최소 속력 대 파워 곡선을 도시하는 그래프이다.
도 8은 파워 출력의 측면에서의 장치의 속력 및 장치에 의한 펄스의 반복 속도를 도시하는 그래프이다.
도 9는 오프셋 속력 대 파워 곡선을 도시하는 그래프이다.
도 10은 파워 대 위치 차이 어플리케이션에서의 3차원 데카르트 평면 내에서의 3축 위치를 표시하는 모드를 도시한다.
도 11은 처치 영역의 처치된 부분 및 미처치 부분을 나타내는 처치 영역의 2차원 맵을 도시한다.
도 12a-12d는 중첩 펄스 및 처치 영역의 맵에 대해 그러한 중첩 펄스를 산정하는 모드를 도시한다.
도 13a-13c는 각각 1064 nm, 1320 nm, 및 1400 nm 공급원에 의한 처치 영역 내에서의 단열 온도 상승을 도시하는 그래프이다.
도 14는 간질 목표 내의 물리적 노드를 포함하는 3차원 좌표 및 E_in 대 전파 거리의 플롯을 도시한다.
도 15는 장치 및 광검출기 센서 패드의 실시예를 포함하는 수술 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도 16은 도핑 빔 내에서 사용되는 복수의 파장을 도시하는 그래프이다.
도 17은 광검출기 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 제어하기 위한 피드백 루프를 도시한다.
도 22는 수술 장치를 제어하기 위한 피드백 루프를 도시한다.
도 23은 수술 장치에 대한 온도-위치 매핑을 도시하는 개략도를 도시한다.
도 24는 IR 열 센서를 특징으로 하는 수술 장치를 도시한다.
도 25는 IR 열 센서를 특징으로 하는 수술 장치를 도시한다.
도 26은 반사 방지 코팅 ZnSe의 전달 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 2중 컬러 조직 유형 센서를 도시한다.
도 31은 조직 유형 센서 내에서 사용하기 위한 전자 회로를 도시한다.
도 32는 조직 유형 센서 내에서 사용하기 위한 전자 회로를 도시한다.
도 33은 컬러 광검출기에 대한 응답 곡선을 도시한다.
도 34는 진피 및 피하 계면 아래에 위치된 광학 에너지 송출 장치를 도시한다.
도 35는 진피 및 피하 계면 아래에 위치된 측면 발산 빔을 갖는 광학 에너지 송출 장치를 도시한다.
도 36은 진피 및 피하 계면 아래에 위치되어 계면에서의 목표 영역으로 에너지를 송출하는 측면 발산 빔을 갖는 광학 에너지 송출 장치를 도시한다.
도 37은 굴절되었을 때, 확장된 목표 영역으로 에너지를 송출하는 동일한 장치를 도시한다.
도 38은 펄스식 에너지를 발산하여, 계면에서의 열 에너지의 이산된 목표 영역들을 생성하는 장치를 도시한다.
도 39는 온도 제어 센서를 포함하는 장치를 도시한다.
도 40은 지방 헤르니아의 처치 이전 및 1개월 이후의 환자의 초음파를 도시한다.
도 41-46은 장치 내로 통합된 온도 감지 및 제어 수단의 효과, 및 처치 부위에서의 온도 급상승을 감소시키는데 있어서의 그의 효과를 도시한다.

본 발명의 예시적인 실시예의 설명이 이어진다.

도 1은 본 명세서에서 설명되는 유형의 여러 안전 및 제어 특징을 특징으로 하는 레이저 수술 시스템(10)을 도시한다. 시스템은 의료인 또는 다른 작업자가 손에 쥐도록 구성되고 레이저 공급원(14)으로부터 (예컨대, 광섬유를 거쳐) 처치 영역으로 치료 레이저 에너지를 송출하도록 구성된 핸드피스(12)를 포함한다. 제어기(15)는, 예컨대, 공급원(14)으로부터 처치 영역으로의 광의 전달을 허용 또는 억제함으로써 또는 강도, 파장, 펄스 속도 등과 같은 하나 이상의 레이저 파라미터를 제어함으로써, 치료 레이저 에너지의 송출을 제어하도록 작동한다. 핸드피스(12)는 상이한 유형의 복수의 센서(16a, 16b, 16c)를 포함한다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 센서(16a)는 가속도계이고, 센서(16b)는 온도 센서이고, 센서(16c)는 조직 유형 센서이다.

센서(16a-c)는 진행 중인 처치에 대한 정보를 결정하기 위해 신호의 출력을 처리할 수 있는 제어기(15)에 결합된다. 제어기(15)는 센서(16a-c)에 의해 측정된 정보를 처리하여, 처리된 정보에 기초하여 레이저(15)를 제어할 수 있다. 각각의 센서(16a-c)로부터의 정보는 분리되어 사용되거나, 처치를 받는 영역에 대한 풍부한 실시간 정보를 제공하도록 조합될 수 있다. 이러한 정보는 의료인에게 디스플레이될 수 있거나, 예를 들어, 처치 영역을 가로질러 원하는 선량 프로파일을 제공하거나 위험한 상태(예컨대, 처치 영역의 일 부분의 과열)이 검출되는 경우에 레이저(15)를 억제하기 위해 레이저(15)를 자동으로 제어하도록 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 센서(16a-c)로부터의 정보는 서로를 확인하기 위해 사용될 수 있어서, 향상된 신뢰성 및 안전성을 제공한다.

몇몇 실시예에서, 핸드피스(12) 외부에 위치된 추가의 센서(17)가 또한 처치를 받는 조직의 영역에 대한 정보를 제공한다. 예를 들어, 센서(17)는 처치를 받는 조직, 또는 인접/관련 조직(예컨대, 처치를 받는 조직을 덮는 피부의 외측 표면)의 온도를 측정하는 적외선 카메라 또는 다른 유형 또는 IR 센서일 수 있다.

도 1은 생체내 수술 용도를 위한 장치(100)를 설명한다. 장치(100)는 기구(115)를 포함한다. 기구(115)는 의료인(예컨대, 의사)이 손에 쥐도록 구성될 수 있고, 에너지 공급원(105)을 포함한다. 에너지 송출 구성요소(110)가 처치 영역(도시되지 않음)으로 에너지를 송출하기 위해 에너지 공급원(105) 및 기구(115)에 결합될 수 있다. "처치 영역"이라는 용어는 환자의 신체의 임의의 부분을 포함할 수 있다. 처치 영역의 예는 환자의 신체 내에 위치된 간질 목표 뿐만 아니라, 피부 표면의 일부를 또한 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 송출 구성요소(110)는 광섬유이다. 에너지 송출 구성요소(115)는 기구(115) 및 슬리브(130)를 통해 끼워져서 팁(135)에 도달한다. 시술 중에, 슬리브(130)에 의해 덮인 에너지 송출 구성요소(110)의 부분이 처치 영역에 적용된다. 장치(100)는 관성 가속도를 측정하기 위해 기구(115)에 결합되는 가속도계(120)를 추가로 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 송출 구성요소(110)는 광섬유일 수 있다.

에너지 공급원(105)은 흡입 에너지, 광 에너지, 고주파 에너지, 음파(예컨대, 초음파) 에너지 및 전자기 방사선 중 적어도 하나를 제공하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 공급원은 레이저 광을 포함한다. 레이저 광은 레이저 방사선을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 레이저 방사선은 레이저 펄스(예컨대, Nd:YAG 레이저)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 에너지 공급원은 레이저를 포함한다. 일 실시예에서, 고주파 에너지는 고주파(RF) 펄스를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전자기 방사선은 자외(UV) 광을 포함한다.

펄스가 처치 영역으로 송출될 때, 펄스의 파장은 또한 목표로 인가되는 파워의 양에 대한 인자로 역할한다. 예를 들어, 1440 nm 파장 펄스가, 예를 들어, 동등한 파워의 1320 nm 파장 펄스보다 지방 조직에 의해 더 많이 흡수된다.

소정의 실시예에서, 장치(100)는 에너지 송출 구성요소(110)에 고정된 가속도계(120)를 포함할 수 있다. 가속도계(120)는 에너지 송출 구성요소(110)에 대해 고정된 관계로 기구(115)에 또는 그 안에 장착될 수 있다. 가속도계(120)는 적어도 하나의 방향 및 3개의 직교하는 방향에서 에너지 송출 구성요소(110)의 운동을 표시하는 전기 신호를 발생시킨다. 가속도계(120)로부터의 전기 신호는 에너지 공급원(105)의 작동이 기구(115)의 움직임에 의해 적어도 부분적으로 제어되도록, 에너지 공급원(105)을 제어하기 위한 프로세서(125)로 보내질 수 있다.

소정의 실시예에서, 프로세서(125)는 기구(115) (및 에너지 송출 구성요소(110))가 운동할 때에만 에너지 송출 구성요소(110)가 작동하도록 프로그램될 수 있다. 가속도계(120)가 기구(115) 및 에너지 송출 구성요소(110)가 고정되어 있다고 표시할 때, 에너지 공급원(105)의 출력은 중지된다. 이는 에너지 송출 구성요소(110)가 처치 영역의 동일한 부분으로 빠르게 연속하여 최적 양보다 더 많은 에너지를 송출하는 것을 방지하여, 바람직하지 않은 열 손상을 방지하기 때문에, 안전 기능을 제공한다. 또한, 일 실시예에서, 장치(100)의 안전 기능은 기구(115)가 임계 최소 속력 미만으로 이동하고 있을 때 경고 피드백을 제공하는 제어를 적어도 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 안전 기능과 조합하여, 장치(100)는 에너지 송출 구성요소(110)가 임계 최소 속력 미만으로 이동하고 있을 때 에너지 공급원(105)의 기능을 정지시키기 위한 제어를 포함할 수 있다.

소정의 실시예에서, 에너지 공급원은 펄스화될 수 있는 빔을 발산한다. 예를 들어, 에너지 공급원이 레이저 광을 송출하면, 에너지 공급원은 레이저 펄스의 속도를 제어하도록 활성화된다. 에너지 공급원은 처치 영역으로 지향되는 총 에너지의 양을 제어하기 위해 하나 이상의 파라미터를 조작하도록 구성된다. 일 실시예에서, 에너지 공급원은 펄스당 파워, 펄스 지속 시간, 펄스 반복 속도, 또는 이들의 조합을 제어할 수 있다. 처치 영역으로 지향되는 총 파워를 지속 시간 내에서 일정하게 유지하면서, 에너지 공급원은 펄스당 파워, 펄스 지속 시간, 펄스 속도 또는 이들의 조합을 증가 또는 감소시키도록 구성된다. 일 실시예에서, 에너지 공급원은 에너지 공급원이 가속도계에 의해 제공되는 피드백에 응답하여 각각의 에너지 펄스의 펄스들을 발생시키는 속도를 제어하도록 구성된 제어 시스템을 추가로 포함한다. 따라서, 느린 속력으로 이동하는 장치 (및 에너지 송출 구성요소)는 처치 영역으로 지향되는 더 적은 에너지를 송출한다. 역으로, 더 높은 속력으로 이동하는 장치는 더 많은 파워를 송출한다. 일 실시예에서, 제어 시스템은 장치가 운동할 때에만, 모든 3개의 축에서의 장치 운동에 따라 변조되는 파워로, 에너지 펄스를 발산하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 에너지 공급원은 펄스의 파장, 에너지 송출 구성요소의 속력, 처치 영역의 조직, 플루언스 설정, 전파 거리, 또는 이들의 조합에 관련하여 에너지 펄스의 속도를 제어하도록 활성화된다. 본 명세서에서 언급되는 플루언스 설정은 100%의 파워가 인가되는지를 결정하였다. "플루언스"라는 용어는 본 명세서에서 J/cm²를 의미하는 레이저 용어를 지칭한다.

소정의 실시예에서, 장치는 처치에 응답하는 처치 영역에 의한 반응을 검출하기 위해 에너지 송출 구성요소에 결합되는 검출기를 포함한다. 일 실시예에서, 센서가 그에 지향되는 에너지에 응답하여, 처치 영역의 물리적 변화를 측정하기 위해 에너지 송출 구성요소에 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 검출기가 처치 영역으로부터 에너지 송출 구성요소를 통해 다시 전달되는 방사선을 검출하기 위해 에너지 송출 구성요소에 결합될 수 있다. 예를 들어, 검출기는 에너지 펄스의 역방향으로, 처치 영역으로부터 에너지 송출 구성요소를 따라 이동하는 근적외 방사선을 검출한다. 검출된 근적외 방사선은 처치 영역 내의 조직의 온도를 모니터링하고 에너지 공급원의 작동을 조절하도록 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 장치는 검출된 방사선이 조직의 온도가 소정의 온도를 초과했다고 표시할 때 경고를 제공하도록 프로그램될 수 있다. 장치는 또한 검출된 방사선이 조직의 온도가 소정의 온도를 초과했다고 표시할 때 에너지 공급원의 작동을 금지하도록 프로그램될 수 있다. 예를 들어, 에너지 공급원은 펄스식 모드로 작동하고, 처치 영역으로부터의 근적외 방사선은 연속된 처치 펄스들 사이의 지연 주기 중에 검출된다. 연속파 공급원에 대해서도, 처치 빔 및 진단 빔은 연속파 처치 빔의 듀티 사이클이 1(unity)에 가깝도록, 변조될 수 있다.

도 2는 본 발명의 장치가 적용될 수 있는 방법을 도시한다. 장치(200)는 환자의 피부 상에 만들어진 절개부(210)를 통해 처치 영역(205)(예컨대, 지방 조직) 내로 삽입된다. 에너지 송출 구성요소(215)가 처치 영역(205) 내로 삽입되어 추가로 이동됨에 따라, 에너지 송출 구성요소(215)는 처치 영역(205)에 소정의 속도로 하나 이상의 순차 펄스들을 지향시키도록 구성된다. 시술 중에, 흡수 및 가열의 많은 부분이 에너지 송출 구성요소(215)의 팁(220)에 바로 인접한 조직 내에서 발생한다. 의료인이 처치 영역(205) 내에서 장치(200) 및 에너지 송출 구성요소 장치(215)를 전후로 이동시킴에 따라, 에너지 공급원(도시되지 않음)은 하나 이상의 순차 펄스들을 발산함으로써 에너지를 제공하여, 조직 세포(예컨대, 지방 세포)를 분배하여 파괴한다.

소정의 실시예에서, 에너지 공급원은 에너지 송출 구성요소(215)의 위치에 관련하여 처치 영역(205)으로 지향되는 에너지의 양을 변조하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 에너지 공급원은 처치 영역(205) 내의 물리적 위치로 송출되는 에너지의 양에 관하여 가속도계(230)에 의해 제공되는 피드백에 관련하여 처치 영역(205)으로 지향되는 에너지의 양을 변조하도록 구성된다.

일 실시예에서, 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 장치(300)는 레이저/수술 핸드피스(310) 내에 위치된 3-축 가속도계(305) 및 처치 영역으로 지향되어야 하는 파워 또는 에너지 출력의 양을 조작하기 위한 알고리즘을 구비하여 구성된, 가속도를 작업자에 대해 속력 및/또는 위치 피드백으로 변환하는, 변환기 처리 회로(315)를 포함한다. 처리 회로(315)는 가속도계(305)에 결합되고, 처치 영역(도시되지 않음)으로 지향되는 에너지의 선량 측정을 결정한다. "선량 측정"이라는 용어는 에너지에 대한 노출로부터 생성되는 물질 또는 조직 내의 에너지 선량의 계산을 지칭한다. 이와 같이, 속력 및/또는 위치 피드백에 관련하여, 장치(300)는 처치 영역으로 지향되는 파워 및 에너지의 양을 제어할 수 있다.

소정의 실시예에서, 본 발명의 장치는 가속도계로부터의 피드백을 처리하고 처치 영역으로 지향되는 에너지의 양을 제어하기 위해 가속도계에 결합된 프로세서를 포함한다. 일 실시예에서, 장치는 파워 대 속력 어플리케이션을 포함한다. 이러한 어플리케이션에서, 처치 영역으로 지향되는 파워는 속도 피드백에 관련하여 제어된다. 가속도계는 1, 2, 또는 3-축 속력 피드백을 얻기 위해 필터링, 스케일링, 및 적분되는 출력을 제공한다. 속력 피드백이 2개 또는 3개의 축에 대해 제공될 때, 가속도계(305) 출력의 직류(DC) 성분은 에너지 송출 구성요소에 의한 변동을 교정하기 위해 차단되도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 가속도계(305)의 DC 성분이 차단될 때, 처리 회로(315)는 속력의 + 또는 - 크기를 포함한, 속력에 대한 전체적인 값을 제공하기 위해 동적 가속도를 축적시킨다.

변환기 처리 회로(315)는 아날로그 및 디지털 요소를 포함한다. 가속도계(305)에 의한 속력 피드백의 3개의 채널이 도 4에 도시된 바와 같은 조정 가능한 게인 입력 증폭기가 뒤따르는 DC 차단 대역 필터(예를 들어, ~5 Hz 컷오프를 구비함)와 같은 필터를 거쳐 변환기 처리 회로(315)에 제공된다. 입력 증폭기는 또한 양방향 가속도를 허용하기 위해 가속도 신호를 오프셋시킬 수 있다. 이러한 수단을 통해, 중력으로 인한 일정하거나 정적인 DC 가속도가 차단되고, 동적 또는 변화하는 가속도가 가속도계로 통과되어, 속력 피드백을 얻기 위해 스케일링 및 적분된다. 또한, 도 3에서 300으로 표시된 것과 같은 장치의 배향 또는 각도의 변화는 정적인 중력 가속도 벡터가 모든 3개의 축들 사이에서 가속도 신호로 재분배되게 하고, 이는 신호가 중력에 대해 3-축 기준 프레임의 각도에 의존하기 때문이다.

파워 대 속력 어플리케이션의 소정의 실시예에서, 가속도계는 조합된 3-축 복합 속력 피드백을 제공하도록 구성된다. 조합된 속력 피드백에 기초하여, 처치 영역으로 지향되는 파워 출력은 그 다음 조절되거나 조정될 수 있다. 각각의 속력 신호가 상이한 축을 따른 속도를 표현하기 때문에, 3개의 축으로부터의 속력 값들을 단순 합산하는 것은 가능하지 않다. 예를 들어, X-축 방향으로의 음의 속력 값이 Y-축 또는 Z-축으로의 양의 속력 값으로부터 감산된다. 이와 같이, 본 발명의 가속도계는 각각의 축에서의 절대 속력 값을 독립적으로 취한 다음 도 5에 도시된 바와 같이 모든 축으로부터의 절대값들을 합산함으로써, 의사(quasi) 속력 전체 값을 제공하도록 구성될 수 있다. 도 5는 본 발명의 장치가 어떻게 조합된 3-축 복합 속력 피드백을 제공할 수 있는지의 일례를 도시한다. 단계(505x, 505y, 505z)에서, 각각의 축으로부터의 가속도 신호가 측정된다. 단계(510x, 510y, 510z) 및 단계(515x, 515y, 515z)에서, 입력 증폭기 및 가속도 신호가 오프셋되고 이후에 적분되어, 속력 값을 발생시킨다. 각각의 축으로부터의 속력 값은 그 다음 단계(520x, 520y, 520z)에서 절대값으로 변환된다. 단계(525x, 525y, 525z)에서, 속력에 대한 각각의 절대값은 그 다음 가중되고 합산되어, 각각 조합된 3-축 복합 속력 피드백을 제공한다. 예를 들어, X-축에 대한 속력 값에 대한 절대값은 조합된 3-축 복합 속력 피드백에 85%를 기여하는, 최대 가중이 주어지고, Y 및 Z 축의 값은 각각 15% 및 5%가 가중된다. 각각의 축은 주어진 시술에서 장치에 대한 움직임의 주축을 편향시키거나 강조하기 위해 상이하게 증폭될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, X-축은 지방 분해와 같은 시술의 주 행정을 추적하고, 가속도계에 의한 Y 및 Z 축 센서로부터의 측방향 및 깊이 가속도는 조합된 3-축 복합 속력 피드백에 덜 기여한다. 지방 분해에 대해, X 축으로의 속력은 조합된 3-축 복합 속력 피드백의 80%까지 기여할 수 있고, Y 축은 15%까지, Z 축은 5%까지 기여할 수 있다. 선택된 플루언스(파워 출력)의 100%를 달성하기 위해, 모든 3개의 축에서의 속력의 절대값들이 함께 가산되고, 합은 그 다음 100% 플루언스 대 속력 임계치를 초과해야 한다. 조합된 3-축 복합 속력 피드백이 100% 임계치보다 더 작으면, 파워 출력은 속력에 관련하여 선형으로 감소된다.

소정의 실시예에서, 파워 대 속력 피드백 어플리케이션은 방향 기반 파워 출력 루틴에 의해 처치 영역으로 에너지를 송출하기 위해 에너지 공급원(예컨대, 도 2에서 215로 표시된 구성요소)을 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다. 방향 기반 파워 출력 루틴이 실시되면, 에너지 공급원은 본 발명의 장치가 이동하는 방향에 관련하여 변동되는 양의 에너지를 발산한다. 그러한 프로세서는 처치 영역의 부분들에 에너지를 균등하게 송출하도록 적용된다. 예를 들어, 정방향 행정(605) 중에, 전체 행정 에너지의 67%가 도 6a에 도시된 바와 같이 침착된다. 도 6b에서, 복귀 행정(610)은 총 파워의 잔여 33%를 침착시킨다. 일부 냉각/열 확산 시간이 이후의 샷 이전에 허용되는 것이 의도된다. 결과는 처치 영역의 부분 전체에 걸쳐 더 균등한 에너지 침착을 제공하면서 처치 영역(615)에 대한 열 충격(빠른 ΔT)을 감소시키는 것이다. 또한, 방향 기반 파워 출력 루틴은 측방향 행정에 적용될 수 있다.

파워 대 속력 어플리케이션에서, 의료인은 에너지 송출 구성요소가 이동하는지의 여부 그리고 얼마나 빠르게 이동하는지를 알 수 있지만, 의료인은 에너지 송출 구성요소가 정확히 어디서 이동하고 있는지는 알 수 없다. 예를 들어, 의료인은 (예컨대, Y 및 Z 축으로의 속력이 없이 X-축을 따라서만 전후로 이동하면서) 반복적으로 처치 영역의 처치된 부분으로 복귀할 수 있다. 그러한 경우에, 속력 피드백은 X-축 속력이 최소 속력 대 100% 플루언스 한도를 초과하는 한 최대 파워 출력을 허용한다. 프로세서 또는 변환기 처리 회로의 일 실시예에서, 프로세서 또는 변환기 처리는 에너지 송출 구성요소의 속력에 관련하여 처치 영역으로 지향되는 파워를 제한하는 알고리즘을 구비하여 구성된다. 그러한 알고리즘에 의해, 안전성이 크게 향상된다. 과도한 체류 시간으로 인한 부상이 쉽게 방지되고, 파워 대 속력 어플리케이션을 구비한 본 발명의 장치에 의한 최적 템포에 대한 작업자에 의한 학습의 용이성이 향상된다. 안전 조치에 대한 다른 실시예에서, 본 발명의 장치는 장치 및/또는 처치 영역의 다양한 상태를 표시하는 청각적 피드백을 구비하여 구성될 수 있다. 청각적 피드백은, 예를 들어, 파워의 소진, 처치 영역의 일 부분에서의 과도한 온도 증가, (예컨대, 프로브/도핑 빔 송신율 및/또는 반사율 광검출기에 의해 결정되는 바와 같은) 비목표 조직의 근접성 검출, 및 해로운 상태(예컨대, 출혈, 탄화)를 표시할 수 있다.

소정의 실시예에서, 파워 대 속력 어플리케이션은 파워 제한 알고리즘을 실시하는 프로세서를 추가로 포함한다. 알고리즘은 처치 영역의 에너지/단위 면적이 안전 열 한도를 초과하지 않도록 파워를 제한하거나 조절할 수 있다. 얼마나 많은 파워가 안전한지를 결정하기 위한 변수는 다음 중 적어도 하나에 관련된다: 파장, 플루언스 설정, 조직 유형(예컨대, 조직에 의한 흡수율), 전파 거리 및 반복 속도. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 기본 곡선은 파워 출력이 2 Hz 설정에서 2배가 되기 때문에, 1 Hz 설정에 비교하여 2 Hz 설정에 대해 2배의 최소 속력을 요구할 것이다. 각각의 반복 속도에 대한 상이한 기울기가 도 8에 도시되어 있다. 도 8은 처치 영역으로 지향되는 파워 및/또는 펄스의 반복 속도가 장치의 속력에 관련하여 조정되는 것을 도시한다. 최소 속력 곡선은 다음 중 적어도 하나의 추정에 기초하여 과도한 조직 온도 상승을 방지하기 위한 것이다: 인가 에너지, 조직 흡수율, 냉각 시간, 및 핸드피스 이동 속력. 또한, 기울기 교정 인자가 각각의 파장 및/또는 각각의 조직 유형으로부터 도출될 수 있다.

파워 제한 알고리즘의 일 실시예에서, 장치는 에너지 송출 구성요소가 처치 영역 내로의 진입 지점으로부터의 소정의 거리 내에 있을 때 발산되는 에너지의 양을 변조하도록 구성된 에너지 공급원을 포함할 수 있다. 다시 도 2를 참조하면, 팁(220)이 이미 처치된 물리적 위치를 재방문할 때, 에너지 공급원(도시되지 않음)은 이미 처치된 부분이 화상을 입지 않고 적절한 양의 에너지로 최적으로 처치되도록, 처치 영역의 각각의 부분들로 송출되는 에너지의 양을 변조하도록 구성된다. 예를 들어, 팁(220)은 절개부(210)로부터 상대적으로 먼 물리적 위치(240) 내의 부분보다 더 빈번하게 절개부(210) 부근의 물리적 위치(235)에서의 부분과 접촉하게 된다. 그러므로, 물리적 위치(235)의 부분들이 팁(220)이 접촉할 때마다 동일한 양의 에너지로 펄스를 받으면, 이러한 부분은 시간이 지나면 화상을 입는다. 절개부(210) 부근의 부분에 대한 에너지의 이러한 유형의 원치 않는 과노출을 방지하기 위해, 에너지 공급원은 절개부(210)로부터의 소정의 거리 내의 부분으로 송출되는 에너지의 양을 변조하고 그에 지향되는 에너지의 양에 제한을 가하도록 구성된다.

파워 대 속력 어플리케이션의 소정의 실시예에서, 본 발명의 장치는 도 7에 도시된 바와 같이, 오프셋 메커니즘을 추가로 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 장치는 레이저 광을 포함하고, 레이저 광은 장치의 이동 속력에 의해 직접 조절될 수 있다. 오프셋 메커니즘은 도 9에서 제공되는 속력 대 파워 그래프로부터의 일부 편차를 허용한다. 예를 들어, 이는 특정 시술에 적합하도록 에너지 대 속력 기울기를 하드코딩된 안전 한도 내에서 미세 조정하는 능력을 의료인에게 제공한다. 예를 들어, 장치는 곡선(905)에 의해 표시되는 바와 같이 1 Hz 반복 속도에 대한 파워 대 속력 어플리케이션에서 증가하는 파워에 음의 오프셋을 적용하도록 구성될 수 있다. 역으로, 양의 오프셋이 적용될 때, 장치는 곡선(910)에 의해 표시되는 바와 같이 더 적은 파워를 발산하도록 구성된다. 레이저는 그 다음 이동 속력이 여전히 허용되어야 하는 선택된 플루언스의 백분율을 결정하도록 속력에 관련하여 파워를 감소시킨다. 명백하게, 선택된 플루언스는 장치의 이동 속력에 관계없이 초과되지 않을 것이다.

파워 대 속력 출력 제한 알고리즘에 대한 대안은 파워 대 위치 차이(Δ-위치) 어플리케이션이다. 이러한 경우에, 변환 벡터가 모든 3개의 축에서의 위치 차이로부터 계산된다. 이러한 변환 벡터는 3차원 공간을 통한 거리 및 절대 속도를 정의한다.

파워 대 위치 차이 파워 어플리케이션은 더 정밀한 제어 및 정확한 에너지/단위 면적 온도 상승 제한을 허용한다. 구체적으로, 장치의 절대 위치 및 동시에 파장 및 파워 출력(예컨대, 지방 조직 흡수율)을 추적함으로써, 국소 온도 상승의 매우 우수한 추정이 이루어질 수 있다.

3개의 분리된 위치 트랙을 플로팅함으로써, 가속도계를 사용하여 모든 3개의 축에서 독립적으로 측정된 가속도는 2회 적분되어, 도 10에 도시된 바와 같이 간질 목표의 3차원 공간 내의 정밀한 위치를 산출한다. 3개의 축에서의 위치 트랙은 3차원 데카르트 평면(1000) 상에서 플로팅되고 위치된다. 3개의 축은 하나의 지점 상에서 수렴하고, 3개의 축의 수렴의 플로팅은 목표 영역 내에서의 본 발명의 장치의 에너지 송출 구성요소의 실제 위치(1005)를 산출한다.

절대 위치에 로킹된 각각의 샷의 위치는 처치 영역의 맵을 생성함으로써 시술 전체에 걸쳐 기록될 수 있다. 작업자에 대한 단순 픽셀 암흑화 디스플레이가 누락되거나 미처치된 영역의 신속한 식별을 허용한다. 이러한 피드백은 더 균등하게 분배되는 에너지 처치를 허용한다.

파워 대 위치 차이 어플리케이션의 소정의 실시예에서, 처치 영역은 환자의 피부(예컨대, 안면)의 표면 부분이다. 도 10에 도시된 간질 목표의 3차원 맵과 유사하게, 3차원 지형 맵이 피부 표면 부분의 피크 및 골을 디스플레이한다. 처치 이전에, 3차원 지형 맵은 피부 표면 부분의 사진에 기초하여 2차원-3차원 알고리즘을 사용하여 제작된다. 지형 맵 상의 각각의 지점은 인가 에너지 또는 E_in, 흡수율 대 전파 거리, 및 조직 유형과 관련된 시간 상수 및 연속성 중 적어도 하나를 산정하는 축적을 나타낸다. 처치 중에, 3차원 지형 맵은 에너지 송출 구성요소의 위치; 각각의 부분으로 지향되는 에너지의 양; 및/또는 각각의 부분에 의해 흡수되는 에너지의 양을 표시하도록 구성된다.

파워 대 위치 차이 어플리케이션의 소정의 실시예에서, 처치 영역으로 지향되는 파워는 위치 피드백에 관련하여 제어되고, 여기서 변환은 모든 3개의 축에서의 위치 차이로부터 계산된다. 이러한 변환 벡터는 3차원 공간 내에서의 거리 및 절대 속력을 정의한다. 위치 차이 피드백 어플리케이션을 위해 가속도계에 결합되는 변환기 처리 회로는 중력이 더 이상 무시될 수 없는 점에서 속력 피드백과 다르다. 오히려, 중력 벡터의 방향은 수학적으로 또는 장치 내의 가속도계에 결합된 자이로(예컨대, 도 3에서 320으로 표시된 구성요소)의 사용에 의해 결정되어야 한다. 자이로의 장점은 정렬되면, 시술의 시작 시에, 자이로가 정밀한 기울기 피드백을 제공할 수 있는 점이고, 이는 변환기가 중력을 감산하고, 속력 및 위치를 도출하기 위해 각각의 축으로부터의 가속도를 독립적으로 산정하는 것을 허용한다. 자이로는 또한 다른 가속도계 변동 및 오프셋 보상을 허용한다.

파워 대 위치 차이 어플리케이션의 일 실시예에서, 이러한 위치 피드백 값은 3차원 좌표 평면 상에 기록될 수 있고, 3-축 좌표계 내에서의 에너지 송출 구성요소의 위치의 임의의 변화를 나타낸다. 이러한 위치의 산정은 3차원 좌표 평면 내에서의 지점들 사이의 거리, 지점들 사이의 이동 시간, 또는 다른 관련 위치 데이터를 정의하는 변환 벡터의 계산을 허용하고, 실제 3차원 전체 속력은 물론 절대 위치를 제공한다. 3차원 좌표 평면의 다른 장점은 오프셋 벡터 및 거리, 임의의 축에 대한 회전, 또는 위치 데이터의 거울상 관리를 허용하는 것과 같은 복잡한 작업을 단순화하는 것이다. 거울상 변환에 대한 필요의 일례가 도 1의 기구(105)와 같은 구성요소이다. 구성요소는 신체 내에 있는 에너지 송출 구성요소(110)와 같은 구성요소에 대해 거울상 좌표 평면 내에서 이동한다.

파워 대 위치 차이 어플리케이션을 구비하여 구성된 알고리즘은 또한 이미 처치된 스폿/위치 내로의 과도한 에너지의 발산을 제한하거나 방지할 수 있다. 따라서, 의료인은 동일 조직 섹터 위를 복수회 통과할 수 있지만, 레이저는 과도한 열 상승을 방지하기 위해 펄스마다 또는 밀리초 기반으로 파워를 조절한다. 의료인이 앞서 처치된 영역의 냉각을 더 짧은 시간 허용하면, 대응하여 더 적은 에너지가 이후에 허용된다. 이러한 실시예가 도 11에 도시되어 있다. 본 발명이 2차원 또는 3차원으로 작동할 수 있지만, 설명의 편의상, 도 11은 처치 영역(1100)을 도시하는 2차원 섹션 맵만을 도시한다. 의료인이 처치 영역(1100) 내에서 조종할 때, 맵은 장치(1140)에 의해 처치되는 모든 부분들을 기록하고, 도 11에 도시된 것과 유사한 처치 영역의 도면을 의료인에게 제공한다. 처치 영역(1100)은 내부 신체 공동 또는 처치 영역을 나타내는 상이한 섹션(1110, 1115, 1120, 1125, 1130)으로 기록되고 분할될 수 있다. 스폿/위치(1105, 1106, 1107)는, 예를 들어, 레이저 펄스에 의해 이미 처치된 것이고, 위치(1135, 1136, 1137)는 아직 처치되어야 한다. 처치가 진행함에 따라, 파워 대 Δ-위치 어플리케이션에 기초한 위치로부터 관찰하는 의료인은 미처치 부분(1135, 1136, 1137)으로부터 처치 영역(1100)의 처치된 부분(1105, 1106, 1107)을 쉽게 구분할 수 있다. 따라서, 의료인은 그 다음 장치(1140)을 조종하여, 처치 영역(1100)의 미처치 부분(1135, 1136, 1137)을 처치하기 위해 이동한다. 처치된 부분(1105, 1106, 1107)의 위치에 추가하여, 처치 영역(1100)의 맵은 또한 그에 지향되는 에너지량/면적 및/또는 흡수되는 에너지의 양을 도시한다. 예를 들어, 섹션(1130)은, 예를 들어, 다른 섹션보다 더 많은 레이저 펄스로 처치되고, 맵은 섹션(1130)이 다른 섹션보다 더 많은 파워/면적으로 처치되고, 소정의 부분이 이미 최적으로 처치되었음을 표시하는 피드백을 제공할 것이다. 일 실시예에서, 처치 영역의 맵은 컬러 코딩을 포함할 수 있다. 컬러 코딩은 처치 영역의 부분들에 의한 흡수율의 크기와 같은 처치의 효과를 표시할 수 있다. 컬러 코딩은 또한 발산되는 펄스의 강도, 예를 들어, 소정의 파장에서의 펄스의 많은 샷에 대한 진한 붉은색 점 및 다른 파장에서의 펄스의 더 적은 샷에 대한 연한 붉은색 점을 표시할 수 있다.

소정의 실시예에서, 본 명세서에서 설명되는 파워 대 위치 차이 어플리케이션을 구비하여 구성된 장치는 속력 대 파워 어플리케이션을 구비한 이전에 설명된 것과 유사한 안전 특징을 포함할 수 있다.

소정의 실시예에서, 본 명세서에서 설명되는 파워 대 위치 차이 어플리케이션을 구비하여 구성된 장치는 앞서 설명된 바와 같은 속력 피드백 어플리케이션과 유사하게, 처치 영역 내에서 에너지를 균등하게 분배하기 위한 것을 포함한, 파워 대 속력 어플리케이션에 대해 설명된 프로세서 및/또는 파워 제한 알고리즘 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

소정의 실시예에서, 본 발명의 장치는 중첩 펄스를 고려하는 프로세서를 추가로 포함한다. 각각의 펄스는 펄스의 파장에 의존하여 상이한 거리로 전파되고 상이한 흡수율을 갖는다. 일련의 펄스가 발산될 때, 파장 흡수율 및 전파 거리는 도 12a-12d에 도시된 바와 같이 중첩될 수 있다. 도 12a는 처치 영역(1205) 아래로 삽입되어 에너지(1210)(예컨대, 레이저 펄스)를 송출하는 에너지 송출 구성요소(1201)를 도시한다. 도 12b는 대략 70℃로 가장 고온의 에너지(1210)의 원점에 가장 가까운 원을 대략 50℃의 가장 먼 원까지 이동시키는, 송출되는 에너지(1210)로부터의 방사상 온도 상승을 도시한다. 도 12c는 일련의 중첩 펄스(1225, 1226, 1227)로부터 생성된 열점(1220, 1221)을 도시한다. 열점으로 송출되는 파워의 양을 산정할 목적으로, 열점(1220)에서 흡수되는 결과적인 열 에너지가 함께 단순 가산될 수 있다. 일련의 펄스가 상이한 파장에서 발산될 때, 펄스의 모든 구성 파장의 흡수되는 총 에너지 대 거리는 조직 온도 상승의 정밀한 예측을 허용한다. 도 12d는 2개의 순차적이며 가까이 위치되거나 중첩하는 샷(레이저 펄스)을 대응하는 온도 상승 대 거리와 함께 도시한다. 개별 샷에 대한 온도 변화 또는 ΔT는 단열 계산에 의해 추정될 수 있고, 파장, 파워, 목표 조직 흡수율 및 분산 효과가 목표 조직 내에서의 거리 및 방향에 대한 ΔT의 계산을 허용한다. 생성된 조직 ΔT 구역들이 중첩하는 가까이 위치된 샷들은 인접하여 송출되는 샷들로부터의 예비 가열로 인해 추가의 온도 축적을 갖는다. 아울러, 거리에 대한 최대 ΔT와 최소 ΔT 사이의 비율은 "차등 ΔTmax"로서 정의될 수 있다. 예를 들어, 에너지를 침착시키고 매우 균등한 조직 가열을 일으키기 위해, "차등 ΔTmax"는 더 일관된 조직 가열을 제공하기 위해 최소화되어야 한다.

도 13a-13c에 도시된 바와 같이, 처치 영역의 일 부분이 100 mJ을 송출하는 1064 nm, 1320 nm, 및 1400 nm 에너지 송출 구성요소(예컨대, 600 ㎛ 섬유)에 노출될 때의 단열 온도 상승은 300 ㎛ 방사상 좌표에서 각각 0.2℃, 0.81℃, 및 20℃이다.

파워 대 위치 차이 어플리케이션의 소정의 실시예에서, 처치 영역은 간질 목표이다. 본 발명의 장치에 결합되는 가속도계를 사용하여, 신체 내부의 영역이 매핑될 수 있고, 이에 의해 장치가 간질 목표를 찾는 것을 가능케 한다. 3차원 맵의 일 실시예에서, 에너지가 발산되는 지점은 도 14에 도시된 바와 같이, 원점(1405)(O_x, O_y, O_z)이다. 3차원 맵의 각각의 물리적 지점은 (E_in)의 에너지, 예를 들어, 레이저 펄스가 물리적 노드(1410)로 지향될 때 축적기에 의해 표현되는 물리적 노드의 범위 내의 흡수 에너지의 조합된 효과를 측정하는 축적기를 포함한다. 화살표(1415, 1416, 1417, 1418, 1419, 1420)는 간질 목표로의 E_in의 전파 거리를 도시한다 (E_in 전파의 벡터는 수식 및 변환을 단순화하기 위해 3개의 축에서 표시된다). 3차원 맵 상의 각각의 지점은 인가 에너지 또는 E_in, 흡수율 대 전파 거리, 및 조직 유형과 관련된 시간 상수 및 연속성 중 적어도 하나를 산정하는 축적부를 나타낸다. 화살표를 투영하는 그래프는 에너지 크기 대 거리의 플롯(1425)이다. 숫자 +1, +2, +3, -1, -2, 및 -3은 물리적 노드(1410)로부터의 임의의 거리를 표시하고, +1 및 -1이 가장 가깝다. 이와 같이, 물리적 노드(1410) 부근의 +1 및 -1 아래의 면적은 최고 피크 온도 상승(1430)에 의해 표시된, 가장 많은 에너지를 제공받거나 흡수한다. 역으로, 물리적 노드(1410)로부터 먼 영역, 예를 들어 +3 또는 -3은 최저 피크 온도 상승(1435)을 도시한다.

소정의 실시예에서, 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 도핑 빔 또는 다른 기술이 조직 유형을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, (산소 측정 장치 내에서와 같이) 2개의 상이한 파장의 저파워 발광 다이오드를 사용하는 것은 컬러 특이적 반사율 또는 송신율을 구별하도록 허용한다. 주 처치 파장은 에너지 송출 구성요소 내로 멀티플레싱되는 도핑 또는 프로빙 빔 중 하나일 수도 있다. 조직이 유형에 기초하여 상이한 파장을 반사시키기 때문에, 물리적 노드(1410)로 이루어진 조직의 유형은 처치 중에 도핑 빔에 의해 확인될 수 있다. 본 발명의 장치가 간질 목표 내에서 조종되므로, 에너지 공급원은 최적 처치를 위해 적합한 에너지의 소정량을 제공하기 위해 조직 유형에 따라 자동으로 조정될 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 축적기는 또한 에너지의 하나 이상의 샷 후에 물리적 노드(1410)에서의 냉각 속도를 추적한다. 이와 같이, 장치가 물리적 노드(1410)로 복귀할 때, 에너지 공급원은 더 많은 처치가 필요한지의 여부 그리고 얼마나 많이 필요한지를 결정하기 위해 냉각 속도에 기초하여 조정될 수 있다.

조직 판별기 또는 도핑 빔은 또한 피부에 관련하여 장치의 위치를 확인할 수 있다. 섬유가 (아래로부터) 피부에 너무 가까이 접근하면, 반사율 대 컬러의 적합한 변화가 관찰되어, 알고리즘이 화상을 일으키기 전에 레이저를 중단시키도록 허용하거나, 작업자에게 경고를 제공한다. 일 실시예에서, 도핑 빔은 에너지 송출 구성요소의 팁에 위치되고, 조직에 의해 반사되어 센서에 의해 검출되는 빔을 발산한다.

본 명세서에서 설명되는 장치의 실시예는 레이저 또는 광 에너지에 관련된 에너지 공급원을 구비한다. 그러나, 이러한 에너지 공급원은 지방 분해에서 일반적으로 사용되는 바와 같이, 흡입 에너지로 대체될 수 있다. 흡입 에너지를 구비한 실시예에서, 가속도계가 흡입 에너지 공급원과 통신하고, 따라서 흡입 에너지 공급원은 처치 영역으로 지향되는 흡입 에너지의 양을 변조할 수 있다. 기구(도 1의 115) 및 캐뉼라(도 1의 130)에 끼워지는 에너지 송출 구성요소 (즉, 도 1의 구성요소(110))를 갖는 대신에, 캐뉼라 자체가 처치 영역으로부터 조직 또는 원치 않는 신체 부분을 제거하도록 적용된다.

본 발명의 소정의 실시예에서, 수술 시스템(1500)은 100, 200, 300으로 표시된 장치 또는 흡입 에너지를 구비한 장치와 유사한 장치(1510), 및 장치와 통신하는 시각적 디스플레이를 포함한다. 일 실시예에서, 시각적 디스플레이는 도 3에서 315로 표시된 것과 같은 에너지 송출 구성요소와 유사한 구성요소의 위치, 및/또는 처치 영역의 물리적 지점에 의해 흡수되는 에너지의 양을 표시한다. 시각적 디스플레이의 일례는 도 14에 도시된 바와 같은 광검출기 센서 패드(1505)이다. 광검출기 센서 패드(1505)는 처치 영역 위에서 환자 상에 위치되는 광검출기 요소의 매트릭스를 포함하는 얇은 시트이다. 일 실시예에서, 센서 패드(1505)는 종래의 실크 스크린 인쇄 공정과 같은, 임의의 공지된 수단을 사용하여 제조될 수 있는 염료 기반 태양광 전지(1520)(DBSC)의 매트릭스를 포함한다. 다른 실시예에서, 센서 패드(1505)는 DBSC의 매트릭스(예컨대, ~100개의 1 cm x 1 cm 매트릭스)를 포함한다. DBSC는 검출 회로(1525)로 신호를 운반하기 위해 플라스틱 재료 상으로 인쇄된 금속화된 전극을 갖는 가요성 플라스틱 재료 상에 제조된다. 도 15에 도시된 바와 같이, 센서 패드(1505)는 처치되어야 하는 영역 위에서 환자 상에 위치되고, 팁(1530)의 물리적 지점(1535) 및 개별 샷에 기초하여 분출되는 레이저 샷을 검출한다. 센서 패드(1505)는 팁(1530)의 물리적 지점(1535)과 통신하고, 샷은 USB 커넥터와 같은 데이터 커넥터(1540)를 거쳐 레이저로 다시 분출된다. 이러한 정보는 그 다음 시술 중에 의사를 보조하기 위해 터치스크린 디스플레이 상에 디스플레이될 수 있고, 또한 너무 많은 샷이 임의의 하나의 위치 내에서 분출되었으면 레이저를 불활성화하도록 레이저 제어 시스템에 의해 사용될 수 있다.

도 15에 도시된 바와 같이, 레이저가 분출될 때, 레이저가 분출되는 위치는 x, y 좌표를 다시 디스플레이를 위해 레이저 제어 시스템으로 보내는 광검출기(1535)들 중 하나 또는 소규모 그룹에 의해 검출될 것이다. 레이저 빔은 또한 처치 중에 팁의 적절한 배치를 위해 의료인에게 팁 위치를 송달하기 위해, 발광 다이오드와 같은 하나 또는 여러 저파워 상시 광원으로 도핑될 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 도핑 파장은, 예를 들어, 550 nm 또는 660 nm 또는 이들의 조합일 수 있다. 복수의 파장이 도핑 빔 내에서 사용될 때, 레이저 핸드피스 팁의 깊이는, 예컨대, 도핑 빔의 2개의 파장의 차등 산란으로 인한, 진폭의 변화를 검출함으로써 결정될 수 있다.

센서 패드(1505)는 사용 후에 위치 변환 회로(1525)로부터 제거되어 폐기되는 일회용 구성요소일 수 있다. 변환 회로(1525)는 그 다음 이후의 지방 분해 처치에서 사용하기 위해 새로운 센서 패드(도시되지 않음)에 부착될 수 있다.

레이저 지방 분해 시스템은 도 17에 도시된 바와 같은 사용자 인터페이스 디스플레이(1700)를 포함할 수 있다. 이러한 디스플레이(1700)는 펄스 폭 제어부(1710), 플루언스 디스플레이(1715) 및 제어부 등과 같은 기본적인 사용자 인터페이스 제어부(1705)를 포함한다. 또한, 레이저 샷 위치 디스플레이(1700)는 팁(예컨대, 도 15의 구성요소(1530))의 현재 위치는 물론 센서 패드(예컨대, 도 15의 구성요소(1505)) 상의 어디에 샷이 기록되었는지를 디스플레이할 수 있다. 샷 위치 디스플레이는 바람직하게는 또한 그리드의 컬러 코딩에 의한 것과 같은, 그리드 전체에 걸쳐 발생된 처치의 수준을 표시한다. 이러한 디스플레이는 다음의 샷을 위해 장치를 위치시키는데 있어서 의사를 보조하고 처치 영역의 임의의 하나의 위치 내에서의 과처치를 방지하기 위해 사용될 수 있다.

열 감지

다음은 단독으로 또는 다른 센서 정보와 함께 사용되는, 위에서 설명된 유형의 열 감지 기술을 더 상세하게 설명한다.

온도 센서가 임의의 적합한 방식으로 수술 장치 상에 장착될 수 있다. 예를 들어, 도 18은 섬유 캐뉼라(1820) 내의 광섬유(1810)를 포함하는 레이저 지방 흡입을 위한 수술용 프로브(1800)를 도시한다. 광섬유(1810)는 조직(예컨대, 지방 조직)으로 처치 광을 송출한다. 프로브는 또한 처치 부산물의 제거를 위해 흡입 캐뉼라(1830)를 포함한다. 이러한 프로브의 특징은 흡입 캐뉼라와 일체인 온도 센서(1840)이다. 온도 센서(1840)는 레이저 섬유 팁으로부터 후방에 설치된다. 전형적인 실시예에서, 이러한 구성은 조직 온도의 잘못된 판독으로 이어지는 섬유(1810)의 팁 및 캐뉼라(1820)의 국소화된 가열을 회피한다.

외과적 시술 중에, 조직 온도는 레이징 필드 내에서 프로브를 고정 유지하면서 (짧은 휴지), 판독될 수 있다. 판독에 기초하여, 더 많은 레이저 에너지 또는 냉각 노력이 원하는 내부 조직 온도에 도달하기 위해 적용될 수 있다. 전형적인 적용에서, 온도 판독은 (예컨대, 프로브가 조직 내외로 빠르게 왕복되면) 변동할 것이다. 그러한 경우에, 온도 판독은 유의한 온도를 표시하기 위해 평균화될 수 있다.

다양한 실시예에서, 임의의 적합한 온도 센서가 다양한 수술용 프로브 유형 중 임의의 하나와 함께 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 19는 온도 센서(1920)를 위한 분리된 스테인리스강 캐뉼라(1910)를 특징으로 하는 레이저 지방 흡입을 위한 수술용 프로브를 도시한다. 온도 센서(1920)는 캐뉼라(1910)의 팁 내에 존재하고, 하나 이상의 와이어(1930)가 캐뉼라(1910)를 통해 핸드피스(1940) 내로 이어진다. 와이어(1930)는 핸드피스(1940)의 단부로부터 연장하여, 모니터 또는 처리 유닛에 연결될 수 있다.

도 20은 바로 위에서 도시된 실시예와 달리, 흡입 캐뉼라를 포함하지 않는 레이저 수술용 프로브(2000)의 일 실시예를 도시한다. 프로브(2000)는 내측 캐뉼라(2020)(예컨대, 표준 600 ㎛ 캐뉼라) 내에 위치된 처치 광을 송출하기 위한 광섬유(2010)를 포함한다. 더 큰 외측 캐뉼라(2030)가 내측 캐뉼라(2020)를 둘러싼다. 온도 센서(2040)(예컨대, 열전쌍 접합체)가 외측 캐뉼라(2030)의 팁 부근에 위치된다. 센서(2040) 및 그로부터 연장하는 연결 와이어는 내측 캐뉼라(2020)로부터 열적으로 그리고 전기적으로 격리된다. 예를 들어, 도면의 하부에 도시된 바와 같이, 센서(2040) 및 와이어는 열 및 전기 절연 재료 재킷(2050)에 의해 둘러싸일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 센서 팁, 와이어, 및 절연 재킷은 오토클레이빙될 수 있다. 일 실시예에서, 서미스터는 (오토클레이빙 가능한, 생체 친화성) 열 수축체 내에 덮임으로써 캐뉼라의 외측 표면에 결합되어 수용된다.

다양한 실시예에서, 캐뉼라 팁 내에 또는 그에 인접하여 위치된 서미스터 또는 열전쌍의 사용은 레이저에 조직 온도 피드백을 제공한다. 조직 온도 피드백은 레이저 출력(파워, 펄스 속도, 파장 등)이 주어진 시술에 대해 원하는 조직 온도 프로파일을 이루도록 제어(예컨대, 변조)될 수 있는 폐쇄 루프 조직 온도 제어의 가능성을 허용한다. 예를 들어, 심부 "지방 분해" 시술은 전형적으로 캐뉼라 팁을 IR 카메라와 같은 표면 온도 피드백 기술의 범위에서 충분히 벗어난 것으로 본다. (예컨대, 최적의 안전한 지방 분해를 위해 요구되는 온도를 넘어) 심부 조직 층을 우발적으로 과열시키기 쉽다. 과도한 심부 가열은 혈관의 괴사, 또는 인접한 조직 층(근육, 근막 등)에 대한 열 손상과 같은 다양한 유해한 부작용과 관련된다. 폐쇄 루프 온도 관리 시스템을 채용함으로써, 최적 조직 온도가 유지될 수 있어서, 의료인에 대해 시술을 단순화하고 향상된 안전성에서 개선된 효율을 제공한다.

폐쇄 루프 온도 관리 이점의 다른 예는 캐뉼라 팁이 진피하층에 근접하여 위치되는 피부 타이트닝 시술에서이다. 본질적으로, 레이저는 이러한 심부 진피 영역에 인접한 지방을 가열하고, 상기 열은 소위 콜라겐 재건(피부 타이트닝)을 이루기 위해 전체 진피 상에 작용한다. 몇몇 적용에서, (피부 타이트닝을 이루기 위한) 진피 층을 통한 열 전도가 피부 유형 및 두께에 기초하여 크게 변하는 것이 어려움이다. 심부 진피로부터 상피 층까지의 열 구배가 상당히 변할 수 있다. 따라서, 최적의 표면 온도를 이루면서 심부 진피하 영역을 과열시키는 것이 가능하다. 이는 혈관 손상 및 다른 부작용을 일으킬 수 있다. 심부 또는 진피하 층의 폐쇄 루프 열 제어에 의해, 최적 상피 온도와 진피하 온도 사이의 절충이 이루어질 수 있다.

다양한 적용에 대해, 임의의 조직 접촉 온도 측정 장치의 최적 시간 상수(응답 속도)는 변할 수 있다. 더 빠른 응답 시간은 의사의 처치 행정 전체에 걸쳐 조직 온도를 능동적으로 측정하는 장점을 갖는다. 이를 달성하기 위해, 서미스터 또는 열전쌍의 열 질량은 감소되거나 최소화되어야 한다. 다른 가능성은 (예컨대, 프로브의 속도의 부호 변화를 측정하기 위해 가속도계를 사용하여) 처치 행정 길이를 측정하고, 처치 행정을 근위, 중간, 및 원위 "범위"로 분할하고, 그 다음 캐뉼라 팁이 각각의 범위 내에 존재하는 기간에 대한 평균 온도를 샘플링하는 것이다. 이는 더 느린 응답 시간의 열전쌍이 각각의 근위, 중간 및 원위 범위 영역에 대해 상대적으로 정밀한 평균 온도 피드백 신호를 발생시키도록 허용한다. 상기 피드백은 그 다음 캐뉼라 행정의 각각의 "범위"를 통한 온도 축적을 조정하거나 균등화하기 위해 레이저에 의해 사용될 수 있다. 이러한 접근은 좋지 않은 의료인 기술을 보상한다.

도 21에 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 폐쇄 루프 제어부(2100)는 온도 오차 신호가 합산 블록/차동 증폭기에 의해 도출되고, 레이저 평균 파워 (또는 동등하게는, 펄스형 레이저에 대해, 가변 반복 속도)가 제한 값으로서 작용하는 온도 제어 루프로 구성된다. 원하는 최종 조직 온도가 "온도 명령"으로서 선택된다. 캐뉼라 서미스터로부터의 온도 피드백과 합산되면, 온도 오차 항목이 생성된다. 이러한 오차는 그 다음 게인 생성(증폭)되어 보상되고, 이 결과는 그 다음 레이저 파워/반복 속도 설정점 제한기에 의해 클램핑된다. 생성된 출력은 레이저 파워 또는 레이저 반복 속도 명령으로서 작용한다. 작동은 조직 온도가 온도 명령에 도달하면, 레이저 출력이 억제되도록 되어 있다. 온도에 관계없이, 레이저는 레이저 파워/반복 속도 제한 값을 초과하지 않을 것이다.

도 22에 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 제어 루프(2200)는 내측 레이저 파워 대 속력 (또는 속도) 레이저 제어 루프와 조합된 다른 조직 온도 루프를 포함한다. 위에서 상세하게 설명된 기술을 사용하여, 속력 피드백은, 예컨대, 캐뉼라 핸드피스에 장착되거나 그렇지 않으면 수술용 프로브와 통합된 가속도계에 의해 제공된다. 내측 속력 대 파워 루프는 순간적인 핸드피스 체류(운동 정지) 중에 레이저 파워를 제한하도록 작용하여, 핸드피스가 운동을 정지할 때 레이저를 억제하기 위한 간편한 방법을 제공하여, 더 정밀한 조직 온도 측정이 캐뉼라 서미스터에 의해 이루어질 수 있다. 추가로, 속력 대 파워 또는 내측 제어 루프는 체류 기간 중에 발생할 수 있는 섬유 팁에 근접한 국소 조직 온도의 매우 신속한 증대를 방지한다.

몇몇 실시예에서, 이러한 기술은 또한 (팁 및 가열 조직까지의 거리에 대한) 서미스터의 배치에 있어서의 유연성을 허용하고, 빠른 시간 상수 서미스터 요건을 추가로 감소시킨다. 본질적으로, 파워 대 속력 루프는 (예컨대, 프로브 체류로 인한) 매우 신속한 조직 온도 증가를 제어하고, 서미스터는 처치 과정 중에 발생하는 평균 조직 온도 증가를 더 정밀하게 제어한다. 몇몇 실시예에서, 서미스터/열전쌍은 정확한 측정을 허용하기 위해 가속도계 데이터가 핸드피스가 서미스터/열전쌍의 시간 상수에 비교하여 충분히 느리게 이동하고 있다고 표시할 때 온도 측정을 하도록 트리거링될 수 있다.

조정 가능한 온도 명령은 수행되는 시술의 유형(피부 타이트닝 대 심부 지방 분해)에 기초하여 선택될 수 있거나, 처치되는 신체 위치(목/안면 대 복부)에 기초하여 선택될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 가속도계 출력으로부터 도출된 핸드피스 위치 정보는, 예를 들어, 처치 영역의 온도 맵(예컨대, 2차원 또는 3차원 맵)을 제공하기 위해 온도 센서로부터의 온도 정보와 조합될 수 있다. 예를 들어, 도 23을 참조하면, 일시적인 2차원 온도 맵이 주어진 수술 트랙을 따른 캐뉼라 왕복 행정 경로를 따른 조직 내에서의 가속도계 및 온도의 조합된 데이터로부터 생성될 수 있다. 이는 핸드피스의 왕복 축이 수초 동안 또는 여러 행정 동안 공간적으로 고정될 수 있는 사실에 기초한다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 1초/행정의 전형적인 사이클이 새로운 수술 트랙 이전에 선택된다. 각각의 1초 동안, 온도는 10회 이상 샘플링될 수 있고, 프로브 위치 및 온도의 정보가 플롯(2301)에 도시된 바와 같이 링크된다 (t = 0-3초 이하). 전형적인 적용에서, 정보는 의료인에게 유용하기에 너무 단기적이며 잡음이 있지만, 적어도 3개의 행정 사이클의 이동 평균이 현재의 수술 트랙 내에서의 온도 프로파일의 개략적인 시간/온도 맵(2302)을 생성할 것이다. 도시된 예에서, 의료인에 의한 재빠른 관찰은 수술 트랙의 올바른 절개측 부근에서의 더 축적된 에너지/온도(2303)를 표시한다.

핸드피스의 방향의 변화는 속력이 0이 되므로 샘플링될 수 있다. 이러한 개념은 행정이 행정 내에서가 아니고 말단부 상에서만 정지할 때 유효하다.

몇몇 실시예에서, 서미스터 또는 열전쌍은 다른 유형의 온도 센서에 의해 대체될 수 있다. 예를 들어, 도 24는 처치 도파관/섬유 팁(2410)에 인접한 조직의 IR 온도 감지를 포함하는 수술용 레이저 도파관(2400)의 일 실시예를 도시한다. IR 도파관(2420)(예컨대, ZnSe IR 섬유)이 오버 재킷(2440) 내에서 수술용 도파관(2430)과 함께 결속된다. 도시된 예에서, 2-센서 IR 광검출기 조립체(2450)가 처치 빔 포커스 조립체(2470)에 인접하여 핸드피스(2460) 내에 위치된다. 2개의 별개의 파장에서의 IR 도파관으로부터의 광의 부분들이 분리되고, 예를 들어, 2색 빔 분할기(2480, dichroic beamsplitter)를 사용하여 2개의 IR 센서로 각각 지향된다. 검출기로부터의 신호들은 감도를 증가시키고 "감지 도파관" 전달 변수 또는 특징으로 인한 오차를 제거하기 위해 차등 비교된다.

IR 센서로부터의 신호는 처치 받는 조직에 대한 온도 정보를 얻기 위해 처리된다. IR 온도 모니터링은 레이저로의 조직 온도 피드백을 제공하고 (이는 관찰되는 조직 온도에 기초하여 에너지 침착을 조정한다). 다양한 실시예에서, 이는 단순 최대 온도 안전 한도를 포함할 수 있거나, 피드백은 조직의 폐쇄 루프 온도 제어를 허용할 수 있다. 각각의 경우에, 레이저는 IR 센서로부터 피드백을 취하고, 그 다음 선택된 조직 온도를 달성하기 위해 레이저 출력 파워를 조정한다 (폐쇄 루프).

몇몇 실시예에서, 수술용 도파관 자체는 IR 조직 온도 감지를 제공하기 위해 처치 중에 처치 영역으로부터 IR 광을 수집할 수 있다. 그러나, 몇몇 적용에 대해, 그러한 도파관 또는 섬유는 532 내지 1550 nm 파장(처치 파장) 및 (온도 감지 및 피드백을 위한) 3-14 ㎛, 예컨대, 3-5 ㎛ 또는 8-12 ㎛의 IR 파장 내의 고에너지 레이저를 통과시키도록 요구된다. 몇몇 실시예에서, 이는 원치 않는 요건일 수 있다. 도 25는 이중 섬유 접근을 채용함으로써 이러한 요건을 회피하는 장치(2500)의 일례를 도시한다. 위에서 설명된 시스템에서와 같이, 처치 파장에서의 광이 캐뉼라가 없는 수술 용도에 대해 적합한 도파관(2510)(예컨대, 강화 섬유)을 거쳐 송출된다. 처치 도파관(2510)은 IR 도파관(2520)(예컨대, ZnSe 실린더 또는 튜브)에 의해 둘러싸이고 그와 동축이다. 위에서 설명된 바와 같이, 처치 도파관(2510)은 처치 공급원으로부터 광을 송출하는 처치 섬유(2530)에 결합된다. 결합은 핸드피스의 후방에 연결된 커넥터(2550) 내의 포커스 조립체(2540)를 사용하여 달성된다. 도시된 바와 같이, 커넥터는 또한 IR 도파관 튜브(2520)와 정렬된, (표유 처치 광을 여과하기 위한) IR 통과 필터 링(2560) 및 IR 검출기 링(2570)(예컨대, IR 광검출기의 환상 어레이)를 포함한다. IR 센서 링은 입사하는 IR 광에 응답하여 전기 신호를 생성한다. 이러한 신호는 위에서 설명된 바와 같이, 조직 온도 정보를 결정하여 처치 레이저로 피드백을 제공하도록 작동하는 프로세서로 통과된다.

위에서 설명된 바와 같이, 다양한 실시예에서, 처치 영역으로부터의 IR 광은 생체내 온도 모니터링에 대해 적합한 광학 장치를 거쳐 IR 검출기 조립체로 전파된다. 이러한 광학 장치는, 예를 들어, 코팅된 ZnSe 또는 게르마늄 막대 또는 튜브, 또는 소정의 IR 투과 플라스틱 또는 광 도파관을 포함할 수 있다 (AR 코팅된 ZnSe의 IR 투과 특징이 도 26에 도시되어 있다). IR 광학 장치의 여러 예가 제시되지만, 다른 적합한 재료, 기하학적 특징, 및 구성이 사용될 수 있음을 이해하여야 한다.

위에서 설명된 IR 감지 기술을 사용하여 획득된 온도 정보가 위에서 설명된 임의의 기술에서 서미스터/열전쌍 도출 정보 대신에 사용될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 캐뉼라 온도를 측정하고 캐뉼라가 과열되면 레이저를 중단할 목적으로 캐뉼라 팁에 부착된 온도 센서를 구비한 수술용 프로브가 개시된다. 다양한 실시예에서, 온도 센서는 음의 온도 계수(NTC) 또는 양의 온도 계수(PTC)의 서미스터 또는 IR 광검출기를 포함할 수 있다.

몇몇 실시예는 온도 센서로부터의 온도 피드백 신호가 오차 증폭기 및 보상 회로에 의해 레이저 출력 파워를 조정하도록 사용되는 제어 방법 또는 알고리즘을 채용한다.

몇몇 실시예는 조합된 조직 및 캐뉼라 팁 온도 상승에 기초하여 레이저 출력을 제한할 목적으로 캐뉼라 팁에서 측정되는 온도를 제한하는 방법 또는 제어 알고리즘을 채용한다.

몇몇 실시예는 레이저 수술용 프로브의 캐뉼라 팁에서 측정되는 온도에 기초하여, 조합된 조직 및 캐뉼라 팁 온도 상승에 기초하여 레이저 출력을 제한하는 방법 또는 제어 알고리즘을 채용한다.

몇몇 실시예는 에너지의 균일한 침착 및 온도 상승을 개선하기 위해 조직 온도 상승 또는 처치 영역의 변화를 이루기 위해 멀티플렉싱된 레이저 처치 펄스의 독립된 파장의 상대 파워를 조정하는 방법 또는 제어 알고리즘을 채용한다. 관통 깊이가 상이한 레이저 파장에 대해 변하므로, 단순히 복합 파장의 비율을 조정하는 것이 처치 공간 또는 처치 영역의 치수를 조정한다.

조직 유형 판별

반사율 및 송신율 컬러 센서를 구비한 예시적인 프로브 빔 주입기(2700)가 도 27 및 28에 도시되어 있다. (이러한 예에서, 1064 nm의 파장을 갖는) 조직 처치 빔이 처치 빔 공진기 공동의 출력 커플러(OC)로부터 편광식 빔 분할기(2730)를 거쳐 포커스 조립체(2720)로 전파된다. 편광기/빔 분할기는 1064 nm 처치 빔에 대해 투명하지만, 하나 이상의 프로브/도핑 빔에 대한 편광기로서 작용한다. 따라서, 하나 이상의 파장에서의 프로브 빔 공급원은 처치 빔의 경로 내로 결합되고, 포커스 조립체(2720)로 지향되고, 섬유(2740) 또는 도파관을 따라 출력 팁(2750)으로 전파되고, 관심 조직으로 지향된다. 유사하게, 조직으로부터 반사/송신되는 프로브 광은 수집되어 다시 섬유(2740) 또는 도파관을 따라 출력 팁(2750)으로부터 다시 포커스 조립체(2720)를 통해 전파되고, 처치 빔의 경로로부터 분리되어 하나 이상의 컬러 광검출기(2760)로 지향된다. 광검출기는 표유 처치 광을 여과하고 그리고/또는 복수의 프로브 광 파장들 (즉, 컬러들) 사이를 구별하기 위한 필터를 포함할 수 있다. 광검출기로부터 신호(예컨대, 컬러 및 강도)는 조직을 특징 기술하고 처치(예컨대, 처치 빔 강도, 펄스 지속 시간 등)를 결정하기 위해, 예컨대 아래에서 설명되는 바와 같이, 처리된다. 예를 들어, 레이저 지방 분해 적용에서, 숨겨진 혈관 조직 또는 처치에 대해 부적합한 다른 조직이 식별되면, 처치 레이저는 분출되지 않도록 유도된다.

도 29 및 30은 2중 도파관을 특징으로 하는 조직 유형 결정부를 구비한 레이저 시스템의 예를 도시한다. 위에서 설명된 시스템에서와 같이, 복수의 파장/컬러에서의 도핑/프로브 광(도시된 바와 같이, 532 nm 녹색 및 635 nm 적색 광)이 (예컨대, 거울 및/또는 빔 조합기/분할기와 같은 2색 요소(2710)를 사용하여) 처치 빔의 경로 내로 결합되고, 처치 도파관 또는 섬유(2720)를 따라 처치 영역(2730)으로 전파된다. 그러나, 상기 시스템과 달리, 제2 "감지" 도파관 또는 섬유(2740)가, 예컨대, 환자 내로 삽입되는 캐뉼라(2750) 또는 카테터 내에 처치 섬유와 함께 포함된다. 감지 섬유(2740)는 관심 조직으로부터 반사/송신된 광을 수집하고, 이를 다시 포커스 조립체(2760)로 그리고 컬러 광검출기(2770)(예컨대, RGB 광검출기) 상으로 전파시킨다. 상기 시스템에서와 같이, 광검출기로부터 신호는 조직 결정을 위해 처리 전자 장치(2780)(예컨대, 차등 증폭기, 아날로그-디지털 변환기, 마이크로 프로세서 등, 아래 참조)를 사용하여 처리된다. 조직 결정의 결과는 결정된 조직 유형에 기초하여 처치를 제어(예컨대, 제공 또는 중단)하기 위해 처치 레이저 공급원(2780) (또는 레이저 공급원 제어기(2790))로 공급된다. 몇몇 실시예에서, 감지 섬유 팁(2795)은 도시된 바와 같이, 처치 섬유 팁(2796)으로부터 오프셋될 수 있다.

다양한 실시예에서, 가시 또는 비가시 파장이 조직 유형 판별을 위해 사용될 수 있다. (위에서 언급된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 진단 및 처치 빔은 단일 빔이다). 몇몇 실시예에서, 적어도 2개의 진단 파장이 사용되지만, 더 많은 파장이 정밀도 및 해상도를 개선할 것이다. 예를 들어, 조준 빔 스타일 저파워 가시 레이저(예컨대, 약 1 - 50 mW의 범위 내의 파워 출력을 갖는 레이저)가 쉽게 이용 가능하고, 저비용이며, 레이저 지방 분해에 대해 공통된 주요 관심 조직의 판별에 대해 적합하다. 예를 들어, 사람의 지방은 황색이고, 근막은 백색이고, 피부는 적색 등을 포함한 다량의 더 어두운 안료를 함유한다. 몇몇 실시예에서, 진단 "도핑" 또는 프로브 빔은 연속파(CW)일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상이한 파장들의 시간 멀티플렉싱 또는 펄스화된 조합이 또한 사용될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 단일 파장 진단 빔에 기초하여 조직 유형 결정 시스템을 구성하는 것이 가능하다. 단일 파장은 목표화된 지방과 목표화되지 않은 모든 다른 조직의 흡수 계수의 큰 차이가 있도록 선택된다. 그러나, 그러한 시스템은 소정의 후방 산란 커플링 효율의 크게 의존한다. 이는 진단 빔을 팁 전방의 조직으로 송출하고, 후방 산란 신호를 수집하고, 후방 산란 신호를 레이저 시스템 내의 센서로 송출하는 총 효율이다. (섬유 팁 오염과 같은) 섬유 송출 시스템의 임의의 변화는 후방 산란 커플링 효율을 변화시키고, 단일 파장 진단 시스템의 신뢰성을 감소시킨다.

조직 유형 진단의 신뢰성은 다중 파장 진단 빔을 사용함으로써 크게 개선될 수 있다. 파장의 개수를 증가시키는 것은 진단 시스템의 정밀도를 증가시키고, 그가 예를 들어 복수의 발색단을 구별하도록 허용한다.

일례로서, 2-파장 진단 시스템이 고려될 것이다. 예에서, 시스템은 지방(리포좀)과 물을 구별하는 것으로 가정될 것이다. 지방 이외의 신체 내의 대부분의 조직은 80% 이상의 물을 함유한다. 그러므로, 지방과 물을 구별하는 진단 시스템은 섬유 팁이 지방을 향할 때 에너지를 송출하고, 팁이 임의의 다른 조직을 향할 때 에너지를 송출하지 않도록, 사용될 수 있다.

이론에 구속되기를 의도하지 않지만, 다음의 예는 물 환경 내의 지방 함량을 결정하도록 설계된 2-파장 진단 시스템의 작동을 도시한다. 각각의 파장에 대해, 신호는 공급원으로부터 검출기로 전파된다. 파장 1에 대해, 공급원 강도는 S₁이다. 총 광학 시스템 및 섬유 투과율은 T이다. 섬유의 단부에서 송출되는 신호는 S₁T이다. 신호의 일부는 효율(B)로 섬유로 후방 산란되고, 그의 일부는 효율(A₁)로 흡수된다. 다시 섬유 단부에 도달한 신호는 S₁TB(1-A₁)이다. 후방 산란된 신호는 섬유에 결합되고, 효율(C)로 검출기로 전달되고, 검출기는 효율(D₁)을 갖는다. 검출기에 도달한 신호는 S₁TB(1-A₁)CD₁이다. 2개의 진단 파장들이 충분히 가까우면 (IR 내의 300 nm), 후방 산란 효율(B)은 파장 또는 지방 함량(f)에 의존하지 않는 것으로 가정될 것이다. 그 다음 지방 함량 의존 파라미터만이 흡수 효율(A)이다. 진단된 조직이 알려지지 않은 지방 함량(f)을 가지면, 2개의 파장에 대한 2개의 검출기(V₁, V₂) 내에서 검출된 신호는 다음과 같이 쓸 수 있다.

여기서, 첨자 1 및 2는 파장을 표시하고, 위첨자 F 및 W는 지방 및 물을 표시한다. 2개의 방정식은 다음과 같이 쓸 수 있다.

(1)

조직 흡수와 독립된 파라미터는 시스템 보정에 의해, 즉 지방 함량이 없는 (f = 0) 공지된 샘플로부터 진단 신호(V_1c, V_2c)를 측정함으로써 제거될 수 있다. 보정 측정에 대한 수식은 다음과 같다.

2개의 보정 측정치(R_c)의 비율은 다음과 같이 정의될 수 있다.

보정 비율은 레이저 지방 분해 시술이 시작하기 전에 보정 조직 팬텀으로부터 얻어져서 실시간 조직 결정 시에 사용되도록 진단 시스템 컴퓨터 내에 저장될 수 있다. 레이저 처치 중에, 진단 시스템은 작업자가 처치 팁을 이동시킬 때 처치 펄스들 사이에 배치되거나 (CW 처치 빔과 병렬로) 조직 결정 절차를 실행한다. 실시간 진단 신호(V_1d, V_2d)는 (1)로부터 표현될 수 있다.

보정 측정에 기초하여, 마지막 수식은 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.

곱(S₁TBCD₁)은 제1 방정식으로부터 표현될 수 있고, 제2 방정식에서 대체된다.

2개의 진단 측정(R_d)의 비욜은 다음과 같은 정의될 수 있다.

마지막 수식은 미지의 지방 함량 분획을 표현하기 위해 사용될 수 있다.

계산된 조직 지방 함량(f)은 레이저가 분출되어야 하는지의 여부를 결정하기 위해 임계값에 기초하여 (예를 들어, f > 80%일 때), 조직 결정 시스템에 의해 사용될 수 있다.

조직 지방 함량에 대한 수식 (2)는 지방과 물 내에서 흡수되는 분획의 큰 차이가 있으며 차이 항들 중 적어도 하나가 크도록 적어도 하나의 파장을 선택하는 것의 중요성을 강조한다. 하나의 그러한 파장 영역은 1300 내지 1500 nm이다. 큰 흡수율 차이 파장에 대한 가능한 선택은 1440 nm이다. 수식 (2)의 형태는 지방과 물 속에서 흡수되는 분획이 거의 동일하도록 다른 파장이 선택되면, 단순화된다. 그러한 파장은, 예를 들어, 대략 1190, 1230, 1690 및 1730 nm이다. 파장들 중 하나(파장 1)가 지방과 물 속에서 흡수되는 분획이 거의 동일하도록 선택되면, 지방 함량(f)에 대한 수식 (2)는 2개의 진단 측정(R_d)의 비율의 선형 함수가 된다.

(3)

수식 (3)은 지방 속에서 흡수되는 분획이 물 속에서의 훨씬 더 큰 흡수되는 분획에 비해 무시할 만하면 추가로 단순화될 수 있다.

(4)

수식 (4)는 지방 함량(f)의 함수로서 예상되는 진단 비율 및 보정 비율(R_d, R_c)을 표현하도록 재배열될 수 있다.

(5)

여기서, r_t는 조직 유형 비율로서 해석될 수 있다. 방정식 (5)로부터, 매우 낮은 지방 함량(f

0)에 대해, 진단 비율은 보정 비율과 동일하고, 조직 유형 비율(r_t)

1이라는 것이 명확하다. 지방 함량이 증가함에 따라 (파장 2에 대해, 지방은 물보다 훨씬 더 낮은 흡수율을 가짐), 조직 유형 비율은 증가한다.

몇몇 실시예에서, 진단 시스템에서, 임계 조직 유형 비율은 조직 유형 비율이 임계치를 초과하면, 송출 섬유의 팁 전방의 샘플링된 조직이 지방인 것으로 간주되도록 미리 결정될 수 있다. 임계 조직 유형 비율은, 예를 들어, 방정식 (5) 및 파장 2에서 물 속에서 흡수되는 분획을 사용하여 계산될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 임계 조직 유형 비율은 지방 감량 수술로부터 절제된 조직 지방 내에서의 실험적 측정에 의해 확립될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 조직 유형 결정의 작동은 진단 파장의 특정 선택에 의해 정밀도의 일부 손실에서 크게 단순화될 수 있다. 하나의 그러한 선택은 물과 지방이, 예를 들어, 1230 nm 근방에서 동일한 흡수율을 갖도록 파장 1이 선택될 때이다. 그 다음 파장 2는 물이 거의 동일한 흡수율을 갖고 지방이 훨씬 더 낮은 흡수율을 갖도록 선택된다 (A₁ ^F = A₁ ^W = A^w

A₂ ^W >> A₂ ^F). 예를 들어, 파장 2는 1290 nm 근방에서 선택될 수 있다. 파장 1 및 2의 다른 가능한 조합은 930 nm 및 1070 nm, 1730 nm 및 1630 nm, 2320 nm 및 2100 nm일 수 있다. 이러한 파장 선택에 대해, 2개의 파장에서의 진단 신호에 대한 수식 (1)은 다음으로 단순화된다.

공급원 강도는 S₁ 및 S₂이고, 검출기는 (예를 들어, 전자 장치를 사용하여) 동일하도록 조정될 수 있는 효율(D₁, D₂)을 갖는다. 그 다음 2개의 신호의 진단 비율은 다음으로 감소한다.

그 다음 매우 낮은 지방 함량에 대해, 진단 비율은 1 근방이고, 이는 증가하는 지방 함량과 함께 증가한다. 임계 조직 유형 비율은 계산에 의해 또는 지방 감량 수술로부터 절제된 조직 지방 내에서의 실험적 측정에 의해 확립될 수 있다.

도 31은 컬러 광검출기에 의해 검출된 신호를 처리하는데 있어서 사용하기 위한 예시적인 회로(3100)를 도시한다. 도시된 바와 같이, MTCSiCO 인티그랄 트루 컬러 센서 타입 TO39가 컬러 광검출기로서 사용된다. TO39는 상이한 주파수에서의 광에 응답하여 광전류를 각각 생성하는 3개의 광다이오드를 포함한다 (각각의 광다이오드의 분광 응답 특징이 도 33에 도시되어 있다). 증폭 회로가 TO39로부터의 각각의 광전류를 전압으로 변환하도록 구성된 3개의 연산 증폭기 패키지(OPA491)를 특징으로 한다. 가변 저항이 3개의 광전류 "채널" 각각에 대한 증폭 회로의 응답을 선택적으로 조정하도록 제공된다. 위에서 설명된 바와 같이, 검출기 응답 효율의 그러한 제어는 조직 결정을 단순화하기 위해 사용될 수 있다.

도 32는 또한 위에서 설명된 기술을 사용한 조직 유형 결정 시에 사용하기 위한 차등 증폭기(3200)의 일례를 도시한다. 차등 증폭기는 상이한 검출 파장에 대응하는 2개의 광다이오드 각각에 의해 측정된 광전류의 차이를 나타내는 그의 출력 단자를 가로지른 전압차를 생성한다.

조직 유형 분석을 위해 수집된 광은, 예를 들어, 반사된 프로브/도핑 광, 산란 또는 굴절된 프로브/도핑 광, 송신된 광, 자극된 형광 또는 인광, 또는 조직 유형을 표시하는 임의의 다른 광을 포함할 수 있음을 이해하여야 한다.

본 명세서에서 설명되는 본 발명의 실시예는 외과적 시술에서 사용될 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다. 외과적 시술의 일례는 지방 분해이다.

본 발명이 그의 예시적인 실시예를 참조하여 구체적으로 도시되고 설명되었지만, 형태 및 세부의 다양한 변화가 첨부된 청구의 범위에 의해 포함되는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있음을 본 기술 분야의 당업자가 이해할 것이다.

위에서 설명된 조직 결정 기술 중 하나 이상 또는 그의 임의의 부분은 컴퓨터 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 이들의 조합에서 실시될 수 있다. 방법은 본 명세서에서 설명되는 방법 및 도면을 따르는 표준 프로그래밍 기술을 사용하여 컴퓨터 프로그램 내에서 실시될 수 있다. 프로그램 코드가 본 명세서에서 설명되는 기능을 수행하고 출력 정보를 발생시키기 위해 입력 데이터에 적용된다. 출력 정보는 디스플레이 모니터와 같은 하나 이상의 출력 장치에 적용된다. 각각의 프로그램은 컴퓨터 시스템과 통신하기 위한 높은 수준의 절차적 또는 객체 지향 프로그래밍 언어로 실시될 수 있다. 그러나, 프로그램은 필요하다면, 어셈블리 또는 기계어로 실시될 수 있다. 임의의 경우에, 언어는 컴파일링 또는 번역된 언어일 수 있다. 또한, 프로그램은 그러한 목적으로 미리 프로그램된 전용 집적 회로 상에서 실행될 수 있다.

각각의 그러한 컴퓨터 프로그램은 바람직하게는 저장 매체 또는 장치가 본 명세서에서 설명되는 시술을 수행하기 위해 컴퓨터에 의해 판독될 때, 컴퓨터를 구성하고 작동시키기 위해, 범용 또는 특수 목적의 프로그램 가능한 컴퓨터에 의해 판독 가능한 저장 매체 또는 장치(예컨대, ROM 또는 자기 디스켓) 상에 저장된다. 컴퓨터 프로그램은 또한 프로그램 실행 중에 캐시 또는 메인 메모리 내에 상주할 수 있다. 분석 방법은 또한 컴퓨터 프로그램을 구비하여 구성되는, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체로서 실시될 수 있고, 그렇게 구성된 저장 매체는 컴퓨터가 본 명세서에서 설명되는 기능을 수행하기 위해 특정한 소정의 방식으로 작동하게 한다.

예 1 셀룰라이트의 침습적 처치

다양한 연구에 따르면, 셀룰라이트는 사춘기 이후의 여성의 85-98%와 관계된다. "셀룰라이트"라는 용어는 피하 지방을 갖는 영역 내의 "귤껍질" 증후군 또는 울퉁불퉁한 외양을 설명한다. 이러한 상태는 대퇴부, 팔 및 복부 상에서 가장 일반적으로 관찰된다. 메조테라피, (레이저 또는 고주파 장치와 같은) 에너지 공급원에 의한 처치 또는 이들의 조합, 및 진피하층 내의 진피하절제와 같은, 비침습적 및 침습적인 많은 치료가 제안되었다. 그러나, 이들은 셀룰라이트에 대한 영구적인 치료로서 판명되지 않았다.

셀룰라이트의 구분되는 구조적 특징은 망상 및 유두상 진피 내로의 피하 지방 헤르니아의 존재이다. 대부분의 비침습적 처치의 공통된 목표는 진피 내로 침입한 지방을 제거하고, 진피-피하 계면에서의 지방의 헤르니아를 생성하는 연결 조직을 변경시키는 것이다. 여러 연구는 메조테라피가 일시적으로 진피 내의 지방 헤르니아를 감소시켜서 진피-피하 계면을 편평화할 수 있음을 보여주었다. 그러나, 지방 세포는 진피 영역 내로 재성장할 것이고, 셀룰라이트의 개선은 수개월 동안만 지속된다.

진피하절제는 셀룰라이트에 대한 침습적 처치이다. 이는 피부 표면 내의 천공부를 통해 삽입되는 3면 경사형 피하 바늘을 사용하여 수행된다. 바늘의 예리한 모서리는 셀룰라이트 피부 아래에서 반복적인 전후 움직임으로 조종된다. 지방-헤르니아 피부를 아래에 놓인 조직에 고정시킨 연결 조직을 파괴하는 것이 의도이다. 이는 피부 표면을 아래에 놓인 조직으로부터 자유롭게 하고, 피부가 평평하고 매끄럽게 보이게 한다. 그러나, 이러한 처치는 진피 내로 침입한 지방 주머니를 변경시키지 않고, 파괴된 연결 조직은 결국 동일한 방식으로 재연결될 것이다. 그러므로, 셀룰라이트 외양은 현저하게 개선되지 않는다. 따라서, 셀룰라이트의 오래 지속되는 개선을 생성하는 셀룰라이트 처치 방법에 대한 요구가 기술 분야에 남아 있다.

셀룰라이트 처치에 대한 바람직한 침습적 접근은 진피-피하 계면으로 직접 에너지를 송출한다. 에너지가 피부의 상부 층을 횡단하지 않으므로, 1) 진피하절제와 유사한 방식으로 피부 표면을 자유롭게 하기 위해 연결 조직을 파괴하고; 2) 진피 내의 침입한 지방 세포를 열 변성시키고; 3) 피부를 팽팽하게 하기 위해 진피-피하 접합부에서 상당한 콜라겐 성장 및 균등한 피하 반흔 형성을 유도할 수 있는 공격적인 처치에 대한 가능성이 존재한다. 이러한 접근은 현재의 치료법에 대해 셀룰라이트에 대한 현저한 개선을 가능케 한다.

상기 시술을 수행하기 위한 바람직한 장치는 레이저와 같은 에너지 공급원, 광 에너지를 측면으로 지향시킬 수 있는 "측면 분출(side-firing)" 광섬유와 같은 송출 시스템, 캐뉼라와 같은 진피와 피하 사이의 계면 아래에 섬유를 위치 및 배치시키는 수단, 및 온도 및 위치 센서와 같은 처치 과정을 모니터링하기 위한 센서를 포함하는 다수의 구성요소로 구성된다. 레이저 공급원 및 "측면 분출" 광섬유 송출 시스템의 경우에, 파장 및 레이저 강도는 섬유의 주위로의 노출의 정도를 제어하도록 선택된다. 이는 시술자가 심부 진피 및 피하 내에 열 손상의 영역을 생성하도록 허용한다.

상기 시술을 허용하는 실시예는 레이저 공급원, "측면 분출" 광섬유, 및 섬유를 진피-피하 접합부 아래로 유도하기 위한 캐뉼라를 포함한다. 도 34는 환자의 일정 영역이 처치되는 본 발명의 일 실시예를 도시한다. 광학 송출 장치가 장치의 발광부가 피하로서 도 34에 도시된, 환자의 피부의 진피와 아래에 놓인 근막 사이의 계면에 근접하도록 환자 내로 삽입된다. 피하(하피, 피하 조직 또는 얕은 근막으로도 불림)는 외피의 최하부 층이다. 피하 내에서 발견되는 세포의 유형은 섬유모세포, 지방 세포, 및 마크로파지이다. 치료 광이 목표 영역 위에 위치된 진피 및 상피 조직에 실질적인 열 손상을 일으키지 않으면서 목표 영역 내에서 열 손상을 일으키도록 계면에 근접하여 위치된 목표 영역을 가열하기 위해 송출 장치의 발광부로부터 송출된다. 도 34에 도시된 바와 같이, 광학 송출 장치는 피하 지방 헤르니아 내의 목표 지방 세포를 파괴함은 물론 콜라겐을 재건하고 혈관을 소작하는, 2개의 직교하는 방향으로의 광을 발산한다.

도 35는 도 34와 유사한 장치를 도시하고, 이러한 실시예에서, 광학 송출 장치는 종축을 따라 제1 단부로부터 제2 단부로 연장하며, 송출 장치의 발광측 부분으로부터 치료 광을 송출하는 측면 분출 광섬유를 갖는다. 이러한 장치는 환자의 조직을 통한 장치의 이동을 용이하게 하는, 예리한 팁을 갖는 캐뉼라를 포함한다.

레이저는 방사선이 혈액 또는 조직에 의해 강하게 흡수되는 다수의 이용 가능한 공급원 중 임의의 하나일 수 있다. 이러한 요건을 만족시키는 레이저의 작동 파장은 전자기 스펙트럼의 가시 또는 적외 영역 내에 있을 수 있다. 하나의 바람직한 레이저 공급원은 근적외 레이저, 더 바람직하게는 1440 nm 주위의 파장에서 작동하는 것이다. 이러한 파장은 동물 연구 및 복강 형성술 연구에서, 에너지 침착의 방향을 따른 높은 온도 구배를 산출하는 것으로 입증되었다. 이는 처치 부위에 근접한 조직 손상을 회피하기 위해 상부 진피 및 상피 온도를 계속 42℃ 미만으로 유지하면서 50℃를 초과하는 진피-피하 계면의 가열을 허용한다. 도 36은 치료 광이 진피 및 근막의 계면에 근접하여 위치된 목표 영역을 가열하기 위해 송출 장치의 발광부로부터 송출되는 본 발명의 일 실시예를 도시한다. 목표 영역의 가열은 이러한 조직들의 계면 위와 아래에서 소정의 거리 이내로 실질적으로 국소화된다. 계면에 근접한 목표 영역의 가열은 이러한 목표 영역 내에서 약 50℃ 이상의 온도를 생성하고, 목표 영역 위에 위치된 상부 진피 및 상피 조직은 약 42℃ 이하의 온도로 유지되어, 목표 영역 내의 피하 지방 헤르니아 내의 지방 세포는 파괴함은 물론, 목표 영역 외부의 조직에 실질적인 열 손상을 일으키지 않으면서 콜라겐을 재건하고 혈관을 소작한다.

도 37은 도 36과 유사한 실시예를 도시하지만, 아울러 장치가 광학 송출 장치의 발광부가 확장된 목표 영역을 가로질러 치료 광을 송출하면서 진피 계면을 따라 이동하도록 조작되는 것을 도시한다.

레이저 강도는 진피-피하 접합부를 그의 정상 온도를, 바람직하게는 10℃ 이상으로 초과하여 가열하기에 충분해야 한다. 이는 조직을 생존 불가능하게 만들 것이고, 이어지는 수주에 걸쳐 새로운 콜라겐으로의 대체를 일으킬 것이다. 0.6 mm 직경의 "측면 분출" 섬유에서의 1440 nm에서, 4 내지 20 와트의 범위 내의 강도가 바람직하고, 약 8 와트가 더 바람직하다. 레이저 펄스 지속 시간 및 반복 속도는 연속파로부터 짧은 고강도 펄스까지의 매우 넓은 범위에 걸쳐 변할 수 있다. 1440 nm의 작동 파장에서, 펄스식 레이저가 더 우수한 지혈을 제공하는 것을 입증되었으므로 바람직하고, 더 바람직한 실시예는 0.5 ms 정도의 펄스 지속 시간 및 40 Hz 정도의 반복 속도이다. 도 38은 송출 장치의 발광부로부터의 치료 광이 일련의 광 펄스로서 발생되는 실시예를 도시한다. 약 0.1 ms 내지 약 1.0 ms, 더 바람직하게는 약 0.5 ms의 예시적인 펄스 지속 시간이 채용된다. 약 10 내지 약 100 Hz, 더 바람직하게는 약 40 Hz의 반복 속도가 사용된다.

또한, 장치는 섬유의 말단 단부 부근에 위치된 서미스터와 같은 열 센서를 구비한다. 상기 실시예에 대한 유익한 추가는 가속도계와 같은 운동 센서이다. 그러한 추가는 레이저의 강도가 제어되어 더 균일한 목표 영역을 생성하도록 허용한다. 열 및 위치 센서의 추가는 처치 환경의 더 우수한 제어를 허용하고, 시술의 안전성을 개선한다. 도 39는 송출 장치가 열 센서 수단을 포함하는 본 발명의 일 실시예를 도시한다. 서미스터가 송출 장치 내로 통합되고, 장치의 기부 단부로부터 오프셋된다. 서미스터는 캐뉼라의 외부 상의 열 전도성 층과 연통하고, 이는 그가 목표 영역의 온도를 감지하도록 허용한다. 이는 광섬유 및 장치의 기부 팁으로부터 단열된다. 단열은 빔으로부터의 서미스터의 가열을 방지하고, 아울러 장치 팁에서의 가열된 세포 찌꺼기 또는 수술 부위로부터 흡인되는 물질로부터의 열 효과를 제한한다.

레이저 처치 후의 고주파 초음파 이미징이 진피-피하 계면이 편평화되었고, 상당량이 새로운 콜라겐이 진피-피하 접합부 아래에 침착되었으며, 진피 영역 내의 지방 주머니가 섬유 조직에 의해 점진적으로 대체되었음을 보여주었다. 도 40은 피부의 고주파 초음파 이미지를 도시한다. 우측 패널은 셀룰라이트 환자의 대퇴부 상의 기본 이미지를 도시한다. 좌측 패널은 측면 분출 섬유에 의한 1440 nm 파장 펄스 레이저를 사용한 치료 레이저 처치 1개월 후의 동일한 환자의 처치 부위를 도시한다. "측면 분출" 광섬유는 그의 축으로부터 멀리 레이저 에너지를 지향시키는 여러 이용 가능한 섬유들 중 하나일 수 있다. 하나의 바람직한 측면 분출 설계는 레이저 에너지의 일부를 그의 측면으로 재지향시키고 잔여 에너지를 그의 축을 따라 전방으로 진행하도록 두는 것이다. 그러한 측면 분출 구성은 피부 아래의 격막을 열적으로 변경시키고, 재지향된 에너지는 진피-피하 접합부를 열 변성시켜서 진피 및 헤르니아가 된 지방 주머니 내에서의 콜라겐 성장을 촉진한다.

상기 장치는 피부 표면을 추가로 매끄럽게 하고 치유 중에 새로운 콜라겐 성장을 유도하는 것을 돕기 위해, 메조테라피와 같은 현재의 셀룰라이트 처치 또는 마사지, 레이저 및 RF의 조합과 함께 사용될 수 있다.

예 2. 최소 침습적 안면 거상 시스템

레이저 및 다른 에너지 공급원을 사용한 노화 방지 처치가 저강도 LED 처치와 같은 매우 완화한 처치로부터 더 공격적이며 박피적 재생 방법까지에 이른다. 모든 이러한 처치는 어느 정도의 피부 개선을 일으키고, 놀랍지 않게도 더 공격적인 처치가 더 효과적이다. 상당한 처짐이 있으며 더 큰 개선을 원하는 환자에 대해, 안면 거상 시술과 같은 수술적 개입이 다음 단계이다. 이러한 시술은 대체로 성형외과 의사가 담당하며, 대규모 수술 및 연장된 회복을 수반한다. 이는 당연히 비용이 많이 들고, 회복 기간 중에 합병증에 더 걸리기 쉽다. 일반적인 레이저 처치보다는 더 공격적이며 침습적이지만 최대 안면 거상보다는 덜 공격적이며 침습적인, 피하로의 에너지의 제어된 송출을 허용하는 중간적 시술에 대한 필요가 현재 있다.

본 명세서에서, 에너지의 제어된 피하 송출을 위한 노화 방지 장치 및 시술이 개시된다. 대부분의 레이저 처치에서의 공통된 목표는 새로운 콜라겐 성장의 자극이다. 대부분의 경우에, 이는 피부의 일정 영역을 레이저 방사선에 노출시킴으로써 달성된다. 적절하게 선택되면, 방사선은 진피 내로 투과하고, 아래에 놓인 조직을 온화하게 가열하고, 새로운 콜라겐 성장을 일으킬 응답을 개시할 것이다. 새로운 콜라겐의 양에 의존하여, 결과는 피부 외양의 현저한 개선을 보일 수 있다. 이러한 기술은 레이저 에너지의 표면 인가에 의해 흔히 손상될 수 있는 피부의 상부 층을 횡단해야 하는 필요에 의해 제한된다.

표준 외과적 안면 거상의 경우에, 위에 놓인 피부가 먼저 탈리된다. 아래에 놓인 근막은 외과적으로 변경되고 피부가 재부착된다. 여기서 다시, 피부를 다시 근막 상으로 고정시키고 피부 외양을 개선하기 위해서는 새로운 콜라겐의 성장을 필요로 한다. 레이저 에너지의 표면 인가와 외과적 안면 탈리 및 결착 사이의 중간적 접근은 피부와 근막 사이의 계면에 직접 에너지를 송출하는 것이다. 상부 층을 횡단하지 않으므로, 상당한 콜라겐 성장 및 균등한 피하 반흔 형성을 유도할 수 있는 공격적인 처치에 대한 가능성이 존재한다. 이러한 시술이 안면의 신중하게 선택된 영역에 걸쳐 수행되면, 경피 방법에 대한 상당한 개선을 얻는 것이 가능하다. 또한, 치유 과정 중에 피부를 재위시키면, 결과는 완화한 거상과 동등할 수 있다. 본 장치는 시술자가 이러한 중간적 시술을 수행하도록 허용한다.

장치는 레이저와 같은 에너지 공급원, 광섬유와 같은 송출 시스템, 캐뉼라와 같은 진피와 근막 사이의 계면에 섬유를 위치시키는 수단, 및 바람직하게는 송출 장치의 온도 및 위치/속력과 같은 처치 과정을 모니터링하기 위한 센서를 포함하는 다수의 구성요소로 구성된다. 레이저 공급원 및 광섬유 송출 시스템의 경우에, 파장 및 레이저 강도는 목표 영역으로 송출되는 에너지의 정도를 제어하도록 선택된다. 이는 시술자가 피부의 외양을 향상시키도록 위치되고 배향된 광범위한 새로운 콜라겐 성장 및 균등한 반흔의 영역을 생성하도록 허용한다. 다음에서, 제안된 장치의 추가의 세부가 바람직한 실시예로서 레이저 및 광섬유 송출 시스템을 사용하여 주어진다.

바람직한 실시예에서, 시술은 레이저 공급원, 광섬유, 및 섬유를 진피 아래로 그리고 진피 근막 계면을 따라 유도하기 위한 캐뉼라를 이용한다. 또한, 장치는 섬유의 말단 단부 부근에 위치되는 서미스터와 같은 열 센서 및 가속도계와 같은 위치 및 운동 센서를 구비한다. 레이저는 방사선이 혈액 또는 조직에 의해 강하게 흡수되는 다수의 이용 가능한 공급원들 중 임의의 하나일 수 있다. 이러한 요건을 만족시키는 레이저의 작동 파장은 전자기 스펙트럼의 가시 또는 적외 영역 내에 있을 수 있다. 하나의 바람직한 레이저 공급원은 근적외 레이저, 더 바람직하게는 1440 nm 주위의 파장에서 작동하는 것이다. 이러한 파장은 동물 연구 및 복강 형성술 연구에서, 손상의 매우 국소화된 (여러 개의 섬유 직경) 목표 영역을 산출하는 것으로 입증되었다. 조직학적 검사에서, 진피와 근막 사이에 놓인 지방 세포를 통한 섬유의 통과는 손상된 조직의 채널을 생성하는 것으로 보였다. 이러한 채널 내의 지방 세포는 이후에 제거되고, 섬유상 조직으로 대체되었다. 진피 계면 부근에서의 노출은 훨씬 더 강한 콜라겐 응답을 생성하였다. 레이저 강도는 조직을 그의 정상 온도보다 6℃, 바람직하게는 약 10℃ 높게 가열하기에 충분해야 한다. 이는 조직을 생존 불가능하게 만들 것이고, 이어지는 수주에 걸쳐 그의 괴사를 일으킬 것이다. 0.6 mm 직경의 송출 섬유에서의 1440 nm에서, 4 내지 20 와트의 범위 내의 강도가 바람직하고, 약 12 와트가 더 바람직하다. 레이저 펄스 지속 시간 및 반복 속도는 연속파로부터 짧은 고강도 펄스까지의 매우 넓은 범위에 걸쳐 변할 수 있다. 1440 nm의 작동 파장에서, 펄스식 레이저가 바람직하고, 이는 그가 더 우수한 지혈을 제공하는 것으로 입증되었기 때문이고, 더 바람직한 실시예는 0.5 ms 정도의 펄스 지속 시간 및 40 Hz 정도의 반복 속도이다. 위에서 설명된 실시예에 대한 유익한 추가는 가속도계와 같은 운동 센서이다. 그러한 추가는 레이저의 강도가 제어되도록 허용하여, 더 균일한 처치 영역을 생성한다. 열 센서의 추가 또한 처치 환경의 제어를 허용하고 시술의 안전성을 개선한다.

다른 실시예에서, 상기 장치는 안면 거상 시술과 유사한 효과를 달성하기 위해 거상 스레드 또는 드레싱과 같은 피부 복원 방법과 함께 사용될 수 있다. 피부는 새로운 섬유상 조직이 피부 아래에서 발현하는 동안 원하는 위치에 유지된다. 충분한 새로운 성장 및 완화한 반흔이 발생하면, 조직은 이러한 새로운 섬유상 성장에 의해 제 위치에 유지될 것이다. 또 다른 실시예에서, 핸드피스(섬유 및 캐뉼라)는 피하 반흔 라인을 형성하기 위해 피부 아래에서 천천히 밀거나 당겨진다. 속력이 공지되고 (가속도계), 레이저 파워가 직접 제어 하에 있으므로, 횡단되는 선형 센티미터당 와트의 정밀한 선량이 송출될 수 있다. 이러한 방식으로, 원하는 종말점 온도로 조정되는 균일한 반흔이 생성될 수 있다. 이러한 개념의 하나의 추가의 전개는 "바브(barb)" 또는 조직 손상 및 이후의 콜라겐 재건이 증가된 직경을 이루는 영역을 형성하기 위해 반흔 라인을 따라 파워를 변조하는 것이다. 이러한 바브는 반흔 라인을 고정시키고 조직을 더 효과적으로 제 위치에 유지하기 위한 스테이(stay)로서 작용한다. 가변 손상의 영역이 또한 상이한 투과 깊이를 갖는 상이한 파장에 의해 발생될 수 있다.

예 3. 최소 침습적 등온 피부 요법

레이저 기반 성형 외과적 시술에서, 종말점 온도는 조직 타이트닝을 최적화하고, 콜라겐 재건을 개시하고, 온도 최대치를 안전하게 초과하지 않기 위해 중요하다. 임의의 공급원(레이저, RF, 초음파, 마이크로파)에 대해, 종말점 온도가 중요하다. 여러 임상 연구는 온도가 수분 정도의 지속 시간 동안 대략 47℃를 넘으면, 피부가 괴사하는 것을 입증하였다. 또한, 단단한 반흔 조직이 다량의 피하 조직이 임계 온도를 초과하여 가열되었을 때 생성될 수 있다. 송출 장치 또는 캐뉼라에 온도 모니터링 장치를 추가하는 것이 위에서 설명되었지만, 다음은 임상적으로 실행된 장치의 결과를 상세히 설명한다.

레이저 기반 시술에 대해, 개념은 광섬유 전달 레이저 파워에 의해, 진피 아래에서, 최소 절개 부위 또는 복수의 절개 부위를 통해 지방 층 평면을 관통하는 것을 포함한다. 레이저 파워는 지방 세포를 파괴하기에 충분한 파워를 송출하도록 설계되고, 에너지의 대부분은 결국에 열로 변환된다. 초기에, 이러한 열은 섬유 팁의 최근접부로 국소화되지만, 캐뉼라가 조직을 통해 왕복됨에 따라, 열은 큰 면적(~20 - 200 cm²)에 걸쳐 분포되고, 시간이 지남에 따라, 고온 영역이 저온 영역으로 전도되어, 온도 분포가 더 균등해 진다. 이는 피부의 표면 상에 포커싱된 열 카메라로 확인되었고: 열 카메라는 하부의 국소화된 온도가 30℃의 변동을 가질 수 있을 때에도, 상대적으로 균등한 표면 온도(±5℃)를 보인다. 장치 자체 내로 통합된 온도 모니터링 수단으로서 서미스터를 사용하여, 처치 받는 그러한 영역으로의 레이저 에너지의 침착을 설정된 처치 온도 미만으로 조절할 수 있다. 기술(속력, 중첩), 레이저 파워, 및 파장과 같은 변수가 종말점 피하 온도가 일정하게 유지되므로 제어를 받을 수 있게 된다. 그렇게 함으로써, 표면 온도와 심부 조직 온도 사이의 차이가 유지되고, 조직 손상 온도 최대치가 모두 함께 회피된다. 서미스터에 의해 레이저를 제어하는 방법은 간단하다: 감지된 온도가 사용자 조정 가능한 설정점을 초과할 때, 레이저가 꺼져서, 조직을 보호하고 결과를 최적화한다. 프로브의 열 응답 시간이 밀리초에 가까운 이상적인 프로브에 대해, 레이저는 조직이 설정점 미만인 경우에만 에너지를 침착시키고, 곧이어 균등한 온도 분포가 레이저 파워, 파장 또는 기술과 거의 독립적으로 생성된다. 실제적으로, 캐뉼라의 속력은 대략 10 cm/s이고, 응답 시간은 250 ms이다. 그러므로, 캐뉼라는 캐뉼라가 판독되는 명확한 위상차(out of phase)를 송출하기 전에 2.5 cm을 이동한다. 전체 ID를 최소로 유지하고 열 응답 시간을 짧게 유지하기 위해, 온도 모니터링 장치는 작아질 필요가 있다. 서미스터가 그의 생체 친화적 구성요소, 우수한 정확성 및 안정성, 우수한 작동 범위, 신호 처리의 용이성, 및 작은 크기로 인해 선택되었다. 최적화된 설계는 캐뉼라로부터 단열되고 그의 주변에 대해 우수한 열 접촉을 갖는 서미스터를 갖는다. 그러나, 캐뉼라의 ID를 최소화하기 위해, 서미스터는 기계 가공된 슬롯 내부에서 캐뉼라의 벽 내로 끼워졌다. 캐뉼라 및 서미스터 조합은 서미스터를 섬유상 조직을 통한 외과적 마모 사이클링으로부터 보호하기 위해 열수축성 덮개로 오버코팅되었다. 이러한 2개의 구성 요소는 서미스터의 응답을 지연시킨다 (τ = 250 ms). 캐뉼라와 서미스터와 전도성 보호 층 사이에 단열 층을 사용하는 설계가 바람직하다. 캐뉼라에 장착된 서미스터의 다른 장점은 캐뉼라 내로 미끄러져 들어간 섬유 팁을 검출할 수 있는 것이다. 서미스터가 없으면, 캐뉼라는 과열되고, 섬유를 파괴하고, 해로운 조직 효과를 일으킨다. 서미스터는 문제점을 검출하여 레이저를 자동으로 중단시킬 수 있다. 섬유가 팁 부근의 온도 감지 요소의 위치를 충분히 지나, 캐뉼라 내에서 현저하게 후퇴하면, 레이저는 잠시 캐뉼라를 과열시키고, 서미스터로의 연결을 회로 개방하여 결함 이벤트를 일으킬 것이다. 그러나, 이러한 설계 결점에도 불구하고, 응답이 최종 몇 개의 판독치에 대해 평균화되고 캐뉼라 운동이 수술 영역을 가로질러 ~10 cm/s로 전후로 횡단하면서, 활발하게 유지되면, 결과는 조직 체적 온도의 평균 이상이 된다. 이는 임상 환경에서, 조직 체적 온도를 기록하기 위해 데이터 기록 장치를 사용하고 동시에 열 카메라에 의해 표면을 모니터링하여 입증되었다. 센서 응답 시간과 캐뉼라의 속력의 오정합에도 불구하고, 온도 프로파일은 놀랍게도 균일하여, 전체 처치 영역에 걸치는 등온 영역을 생성한다. 이러한 효과는 부분적으로는 열 확산 뿐만 아니라 장기간 동안 열을 유지하는 지방 세포의 능력 또는 열 용량으로 인한 것이다. 현재의 레이저 소프트웨어는 사용자가 처치 온도 제한 임계치 - 이를 넘으면 레이저가 분출되지 않음 - 를 선택하도록 허용한다. 서미스터 온도 피드백은 서미스터가 설정점 이상을 판독하면 레이저 출력을 억제한다. 온도 제어 회로가 기본적으로 "온-오프" 제어로서 작용하지만, 피드백 신호는 피드백 신호 응답 시간이 약 0.1로부터 10 초까지 변할 수 있도록 그에 적용되는 조정 가능한 이동 평균을 갖는다. 이러한 필터 설정은 온도 제어기가 온도 변화에 빠르게 (0.1 초) 또는 10초 동안 느리게 응답하도록 허용한다. 1초의 평균은 가장 우수한 제어를 제공하는 것으로 보인다. 소정의 영역으로의 적절한 선량이 접근되면, 레이저는 주기적으로 분출을 정지하여, 그러한 영역으로 더 적은 에너지를 그리고 과소 노출 (저온) 영역으로 더 많은 에너지를 침착시킨다. 평균 파워는 레이저 파워 설정보다 단지 더 작을 것이다. 조절 장애가 극복될 수 있으면, 자동 모드가 초기에 레이저를 최대 파워로 작동시키고 (시작과 설정점 사이의 최대 온도차), 설정점이 도달되면 파워를 축소시켜서, 궁극적으로 레이저를 모두 함께 차단한다. 가속도계는 여전히 이러한 등온 기술을 채용하는 임의의 시스템에서 역할한다. 예를 들어, 캐뉼라가 정지하고 레이저가 여전히 높은 파워를 발생시키고 있으면, 섬유의 팁에서의 조직 온도는 신속하게 증가할 것이다. 온도 상승이 섬유 팁에 인접하지만 그와 일치하지는 않는 서미스터에 의해 검출되는데 허용 불가능하게 긴 기간이 걸릴 것이다. 그러므로, 이러한 시스템이 작동하기 위해 섬유가 이동하는 것이 중요하다. 행정의 방향을 모니터링하고 포함시키는 것도 가능하다. 섬유 팁에 대한 서미스터 배치로 인해, 약간의 온도 오프셋이 발생할 것이다. 최고 오프셋 온도는 가열된 조직이 섬유 팁 위를 통과할 때 읽히고 (조직 내로의 섬유의 밀려 들어감), 최저 오프셋 온도는 서미스터가 조직을 통해 당겨질 때 읽힌다. 추가의 조절 수준이 가속도계의 능력 내에서, 캐뉼라 이동의 방향 및 진폭을 모니터링함으로써 적용될 수 있다.

가속도계 피드백이 온도 피드백 필터의 시간 상수(τ)를 동적으로 설정하기 위해 사용되는 실시예가 개시된다. 이상적인 시간 상수는 캐뉼라 이동 속력에 직접 비례한다. 이러한 접근의 장점은 정상 외과적 시술 행정 속력 변동이 온도 제어기가 일정한 필터 τ 대 행정 속력을 갖도록 능동적으로 보상될 수 있는 것이다. 바꾸어 말하면, 서미스터 위상 지연을 캐뉼라 이동 속력의 함수로서 일정하게 유지한다. 이는 레이저에 의한 온도 침착의 균등성을 실제로 악화시킬 수 있는 극도의 위상차 거동을 방지한다 (예컨대, 180° 위상차가 저온 영역 내에서 레이저를 실제로 억제하고, 고온 영역 내에서 레이저를 활성화한다). 추가로, 가속도계 속력 피드백이 양극성이므로, 캐뉼라 방향 대 온도 오프셋을 관리하는 것이 가능하다.

서미스터 제어는 과열로 인한 조직 괴사를 회피하는 것을 도울 뿐만 아니라, 일관된 처치 효과를 달성하기 위해 균일한 방식으로 레이저 에너지의 송출을 조절한다. 도 41의 좌측 패널은 조직 내의 서미스터 판독치의 피부 표면 온도와의 상관 관계를 도시한다. 설정 처치 온도(이러한 경우에, 40℃)는 빠르게 도달되었고, 피부 표면 온도는 그렇게 많이 상승하지 않았다. 레이저 에너지의 송출은 표면 온도 종말점이 도달될 때까지 서미스터 조절에 의해 계속되었다. 도 41의 우측 패널은 처치 중의 각각의 온도에서의 주파수를 카운트한다. 이는 처치 시간의 80% 동안에, 조직이 39-40℃의 설정 온도로 가열되었음을 보여준다. 이러한 균일한 피하 가열은 의사가 전체 처치 영역에 걸쳐 일관된 효과를 달성하는 것을 돕는다.

다음의 도면들은 그러한 시스템의 능력을 입증한다. 도 42의 2가지 경우는 온도 피드백을 구비하여 그리고 온도 피드백이 없이, 동일한 레이저 파워에서 행해진 동일한 시술을 도시한다. 상부 패널에서, 서미스터 피드백은 조직 내의 임의의 온도 상승이 사용자에 의해 조정 가능한 설정점인 45℃를 초과하여 상승하는 것을 방지한다. 제어부로서, 하부 패널은 그러한 제어가 없는 동일한 시술을 도시한다 (68℃의 높은 설정점이 선택되었다).

이러한 높은 파워가 사용되면 (39-46W = 빠른 처치), 과도하게 높은 온도(> 70℃)의 가능성이 존재한다 (도 43). 신체가 몇몇 작은 과도한 열의 영역을 견딜 수 있지만, 의사는 이를 바람직하다고 믿지 않는다. 그러나, 바람직하지 않은 효과가 가능한 이러한 높은 파워의 공급원에서도, 서미스터는 놀랍게도 정확하게 조직 온도를 달성하고, 안전을 보장하고, 임상 결과를 최적화하도록, 공급원을 통제할 수 있다. 최적화된 시스템은 설정점을 빠르게 달성하고 설정점을 가능한 한 효율적으로 유지하기 위해 높은 파워를 사용한다.

도 44는 높은 파워에서의 제어가 없고, 제어가 낮은 파워에서 적용되는, 2가지 경우를 도시한다. 하나는 국소 2도 화상 및 피하에서의 레이저 에너지의 열악한 분포를 일으키고, 다른 하나는 화상의 가능성이 없이 우수하고 균등한 분포를 보인다. 이들은 완전히 다른 기술을 가진 다른 의사들이다. 국소 화상은 서미스터 피드백에 의해 방지될 수 있었다.

이러한 개념을 한 단계 더 생각하면, 최고 파워 시스템의 안전성도 확인되며 결과는 더 일관된 결론을 도출할 뿐만 아니라, 시술은 시술 목표로 조정된 등온 설정점에 도달하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 도 45에서, 다음의 적외선 이미지는 상완부에 대한 처치의 표면 온도를 표시하고, 3개의 구역이 매우 균등한 온도 프로파일을 갖는 것으로 황녹색으로 도시되어 있다. 레이저 캐뉼라는 FLIR의 R의 우측으로 도면의 최상부로 진입하는 것으로 도시될 수 있다. 이러한 이미지는 45℃의 설정점이 선택된 제2 그래프에 정합될 수 있다. 모든 3개의 구역은 45℃의 설정점에서 처치되었다. 그러나, 본 명세서에서 설명된 이러한 시스템의 능력에 의해, 각각의 수술 구역은 상이한 온도로 처치될 수 있었다.

도 46에 도시된 가상의 안면 및/또는 목 처치의 경우에, 맵이 등온 구역을 지정하는 수술 표지자에 의해 수술 평면의 일부로서 생성될 수 있다. 타이트닝 효과는 조직이 해부학적으로/생리학적으로/경험적으로 가장 우수하게 반응하는 경우에 조정되고 적용될 수 있다. 이는 가능하게는 미처치 조직에 대한 경계 부근에서 더 낮은 온도로 그리고 처치 영역의 핵심부에서 더 높은 온도로, 몇몇 영역들을 처치함으로써 페더링(feathering)될 수 있다. 조직 수축에 대해 최적화된 균일한 온도를 적용함으로써, 텐서(tensor) 경로는 무작위적인 가열이 아닌, 결과를 새로운 수준으로 제어하기 위해 바이어스된 수축으로, 의도된 축 상에서 조직을 당기도록 배치될 수 있다.

타이트닝 및 지방 제거가 수술적 목표인 피부 치료법의 개발은 조직을 임상적 설정점으로 정밀하게 가열할 수 있는 시스템으로부터 크게 유익을 얻을 것이다. 외과적 시술의 개시 시의 등온 수술 구역들의 통합은 의사가 결과를 현재 가능한 것을 넘어서 최적화하는 것을 가능케 할 것이다.

캐뉼라가 가열된 조직을 통해 통과될 때 레이저를 억제함으로써, 필연적으로 시술을 지연시켜야 한다고 흔히 생각한다. 이는 레이저의 최고 미억제 파워가 일정하게 유지될 때에만 해당된다. 본 명세서에서 설명된 온도 제어 시스템을 사용함으로써, 에너지를 인가하기 위해 더 높은 파워의 레이저를 사용하는 것이 가능하고 안전하다. 더 높은 파워의 레이저가 온도 제어 시스템에 의해 안전하게 사용될 수 있으므로, 시술 시간이 당연히 감소하는 것이 이어진다. 이러한 효과는 캐뉼라가 이미 가열된 조직을 통해 이동할 때의 레이저 억제(온도 조절)에 의해서만 제한된다. 결국, 레이저 파워를 증가시키는 것은 시술을 더 빠르게 만들고, 온도 조절은 시술을 소량으로 더 느리게 만들지만, 더 높은 파워의 레이저의 사용을 허용한다. 이의 순수한 결과는 더 빠르고 더 균등하게 처치하는 레이저 시스템이다.

Claims (1)

1. 환자의 셀룰라이트를 처치하는 방법이며,
   광학 송출 장치 삽입 단계로서, 광학 송출 장치의 발광부가 환자의 진피와 피하 사이의 계면 아래에 위치되도록 환자 내로 광학 송출 장치를 삽입하는 단계; 및
   목표 영역 위에 위치된 진피 및 상피 조직에 실질적인 열 손상을 일으키지 않으면서 목표 영역 내에서 열 손상 일으키기 위해 계면에 근접하여 위치된 목표 영역을 가열하기 위해 송출 장치의 발광부로부터 치료 광을 송출하는 단계
   를 포함하는 방법.

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