KR20130108067A - 조직 치료를 위한 발전 및 제어 장치 - Google Patents
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Abstract
병든 조직에서 치료 반응을 유도하기 위해 선량으로 에너지 전달의 발생 및 제어를 행하는 장치, 시스템 및 방법이 제공된다. 풍선 카테터는 발전기 및 제어기에 부착된 전극을 구비하여 풍선과 전극이 에너지 치료 중에 조직과 접촉하게 할 수 있다. 에너지는 부드러운 가열을 달성하기 위해 측정 임피던스에 기초하여 조직에게 선택적으로 인가될 수 있다. 에너지 조사 전에 회로 임피던스를 계산함에 의한 장치의 눈금조정 및 부착 액세서리의 식별은 설정점 주변에서의 전력 전달의 조절을 촉진한다. 에너지 전달은 실질적으로 균일한 벌크 조직 온도 분포를 달성하도록 제어될 수 있다. 에너지 전달은 신경 활동에 유리하게 영향을 줄 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 교차 참조
이 출원은 2010년 4월 9일자 출원한 미국 가출원 제61/342,191호의 35 USC 119(e)하의 이익을 주장하며, 이 미국 가출원의 전체 내용은 여기에서의 인용에 의해 모든 목적에 대하여 그 전체가 본원에 통합된다.
본 출원의 주제는 "혈전 및 다른 목표 조직 및/또는 구조물의 선택적 치료를 위한 동조 RF 에너지"의 명칭으로 2006년 3월 28일자 출원한 미국 특허 출원 제11/392,231호; "선택성의 편심 리모델링 및/또는 죽상경화증 물질의 제거"의 명칭으로 2004년 9월 10일자 출원한 미국 특허 출원 제10/938,138호; "목표 조직의 선택적 치료를 위한 동조 RF 에너지 및 전기적 조직 특성화"의 명칭으로 2006년 10월 18일자 출원한 미국 가출원 제60/852,787호; "목표 조직의 선택적 치료를 위한 동조 RF 에너지 및 전기적 조직 특성화"의 명칭으로 2007년 4월 4일자 출원한 미국 가출원 제60/921,973호; "목표 조직의 선택적 치료를 위한 동조 RF 에너지 및 전기적 조직 특성화"의 명칭으로 2007년 10월 18일자 출원한 미국 특허 출원 제11/975,651호; "조직 형태에 대한 지식과 함께하거나 또는 그러한 지식없이 하는 선택적 에너지 축적"의 명칭으로 2009년 11월 12일자 출원한 미국 특허 출원 제12/617,519호; "신체 조직에서 바람직한 온도 효과 유도"의 명칭으로 2007년 10월 18일자 출원한 미국 특허 출원 제11/975,474호; "신체 조직에서 바람직한 온도 효과를 유도하는 시스템"의 명칭으로 2007년 10월 18일자 출원한 미국 특허 출원 제11/975,383호; "루멘의 선택적 약물 전달"의 명칭으로 2009년 11월 13일자 출원한 미국 특허 출원 제12/616,720호; "교류 에너지 소스를 이용한 신체 조직에서의 바람직한 온도 효과 유도"의 명칭으로 2009년 9월 22일자 출원한 미국 특허 출원 제12/564,268호; 및 "에너지 및 바이오액티브의 지향성 전달"의 명칭으로 2009년 5월 13일자 출원한 미국 가출원 제61/177,744호의 주제들과 관련이 있고, 상기 출원들의 전체 내용은 인용에 의해 여기에 통합된다.
발명의 분야
본 발명은, 일반적으로, 에너지를 적용(또는 다른 방식으로 이용)하는 의료 장치, 시스템 및 방법뿐만 아니라, 전기 에너지를 통한 정확한 제어가 유리한 기타의 분야에 관한 것이다. 예시적 실시형태에 있어서, 본 발명은 루미날 질병, 특히 죽상경화성 플라그(plaque), 취약성이 있는 "핫" 플라그 등에 대한 카테터 기반 치료중에 에너지 조사(dosage)의 선택적 전달을 위한 에너지 발생 및 제어 장치를 제공한다.
의사들은 신체의 내부 조직, 특히 혈관과 같은 신체의 내강(lumen) 내의 조직에 접근하여 치료하기 위해 카테터를 이용한다. 예를 들면, 풍선 혈관 성형술 및 기타의 카테터가 죽상경화증 질병에 의해 좁아진 동맥을 개방하기 위해 가끔 사용된다.
풍선 혈관 성형술은 폐색된 혈관을 개방하는데 가끔 효과적이지만, 풍선 확장술과 관련된 트라우마(trauma)가 중대한 상해를 줄 수 있고, 따라서 풍선 확장술의 잇점이 시간이 지남에 따라 제한될 수 있다. 혈관의 유리한 개방을 확장하기 위해 스텐트(stent)가 일반적으로 사용된다.
스텐팅은 풍선 확장술과 함께, 죽상경화증에 대한 양호한 치료법이다. 스텐팅에 있어서, 붕괴된(collapsed) 금속 프레임워크가 신체 내로 도입되는 풍선 카테터에 장착된다. 스텐트는 폐색 위치에서 조작되고 하부에 있는 풍선의 확장에 의해 그 위치에서 팽창된다. 스텐팅은 널리 사용되고 있고 많은 경우에서 일반적으로 수용가능한 결과를 가져온다. 혈관, 특히 관상 동맥의 치료와 함께, 스텐트는 재생성의 위장 및 폐 장애의 치료와 같이, 신체 내의 많은 다른 관상 장애를 치료하는데 또한 사용될 수 있다.
스텐팅 후에 신체 내강의 재협착 또는 후속되는 좁아짐이 발생하는 경우가 많이 있다. 더 최근에는 약물 코팅 스텐트(예를 들면, 존슨 앤드 존슨의 사이퍼(Cypher™) 스텐트, 시롤리머스(Sirolimus™)를 포함한 관련된 약물)는 현저히 감소된 재협착율을 나타내고, 다른 것들은 대안적인 약물 유리 스텐트(drug eluting stents)를 개발하고 상업화하고 있다. 또한, 절차적 혈관성형 성공률을 또한 개선할 수 있는 체계적 약물 전달(정맥주사 또는 경구투입)과 함께하는 작업이 또한 시작되었다.
약물 유리 스텐트가 많은 환자들의 죽상경화증 치료에 대한 상당한 희망을 주는 것으로 나타나고 있지만, 스텐트가 사용될 수 없거나 중대한 단점을 나타내는 경우가 많이 있다. 일반적으로, 스텐팅은 신체에 임플란트를 남긴다. 그러한 임플란트는 특히 임플란트의 제거가 어렵고 침습 수술을 수반하는 경우에, 기계적 피로, 붕괴 등을 포함한 위험성을 제공할 수 있다. 스텐팅은 확산 동맥 질환의 치료, 바이퍼케이션의 치료, 크러쉬(crush)를 받기 쉬운 신체 부위의 치료, 및 비틀림, 연장 및 단축된 동맥의 치료에 추가적인 단점을 가질 수 있다.
가끔은 풍선 혈관 성형술 및/또는 스텐팅과 함께 혈관 내 방사선, 극저온 치료, 초음파 에너지 등을 포함한 각종의 수정된 재협착 치료 또는 재협착 금지 폐색 치료 양상이 또한 제안되어 있다. 이러한 및 다른 접근법이 혈관 성형술 및 스텐팅 후에 후속적인 혈류 퇴화를 감소시키는 다양한 희망의 정도를 보여주지만, 혈관 성형술에 의해 조직에 초기에 부여된 트라우마는 문제로 남는다.
더욱 최근에, 확장술의 또 다른 단점들이 나타나고 있다. 이러한 단점들은 취약성 플라그(vulnerable plaque)의 존재를 포함하고, 이러한 취약성 플라그의 존재는 심근경색 또는 심장마비를 유발할 수 있는 물질을 파괴 및 방출할 수 있다.
협착된 동맥을 개방하기 위한 스텐팅 및 풍선 혈관 성형술의 많은 대안 기술들이 또한 제안되어 있다. 예를 들면, 다양한 죽상반절제 장치(atherectomy device) 및 기술들이 개시되고 시도되었다. 혈관 성형술 및 스텐팅의 단점 및 제한에도 불구하고, 죽상반 절제술은 널리 사용되지 못하고 있고 확장술 기반 접근법의 성공률이 높지 않다.
게다가, 죽상반절제 및 삭마와 같이 병반(lesion)을 감소시키거나 제거하기 위해 질환 조직을 디벌킹(debulking)하는 분야에서의 방법들은 만일 질환 조직을 치료하는 과정에서 건강한 조직이 손상되는 것으로부터 보호하는 어떤 수단이 있으면 일반적으로 잘 제공되지 않는다.
전술한 점에 비추어, 신체의 내강, 특히 혈관 조직을 리모델링하는 새로운 장치, 시스템 및 방법을 제공하는 것이 유리하다. 극한 확장의 트라우마, 이웃의 건강한 조직에 대한 손상으로 재분류할 필요 없이 신체 내강을 리모델링할 수 있는 구조를 제공하면서 높은 비용 또는 복잡도를 회피하고, 스텐팅이 적합하지 않은 혈관 및 기타의 신체 내강의 개방을 가능하게 하는 것이 또한 바람직할 것이다.
본 발명은 조절된 선량(dosage)으로 에너지를 전달함으로써 조직을 치료하는 것에 관한 것이다. 조직은 에너지를 인가하고, 조직 특성화 분석을 행하고, 제어기와 함께 에너지원을 사용함으로써 복수의 에너지 전달 표면을 선택적으로 동력을 공급함으로써 목표(target)로 정해질 수 있다.
예시적인 실시형태에 있어서, 전력 전달 장치는 발전 회로를 포함하고, 전력 발생원, 증폭기 블록, 전력 출력 설정점 제어기, 전력 전달 목표에서 임피던스를 측정하기 위해 사용된 전력 전달 지점에서의 전압 및 전류 피드백, 전압 및 전류 피드백을 수신하는 피크 유효 전력 센서 블록, 및 전력 출력 설정점 제어기와 피크 유효 전력 센서 블록으로부터의 신호를 수신하는 비례 적분 미분(Proportional, Integral, Derivative; PID) 제어기를 포함하며, PID 제어기는 회로로부터의 전력 출력이 전력 전달 목표에서의 측정 임피던스에 응답하여 전력 출력 설정점 부근의 범위 내에서 유지되도록 전력 증폭기 블록에 대한 총 입력 전압을 변조한다.
일부 예시적인 실시형태에서는 출력 전력이 무선 주파수(RF) 전력이지만, 다른 예시적인 실시형태에서는 전력이 초음파, 마이크로파, 레이저의 형태를 갖거나, 또는 다른 적당한 형태의 에너지일 수 있다.
일부 예시적인 실시형태에 있어서, 전달 장치는 카테터를 또한 포함할 수 있고, 카테터는 복수의 에너지 전달 표면, 더 바람직하게는 팽창가능한 풍선에 장착된 복수의 에너지 전달 표면을 갖도록 구성될 수 있다.
일부 예시적인 실시형태에 있어서. 장치를 바람직하게 눈금조정(calibrating)하는 방법이 제공되고, 이 방법은 발전 중에 회로 부하 임피던스의 실시간 변화의 측정이 장치의 전력 전달 목표에서 임피던스의 실시간 변화를 나타내도록, 다양한 부하를 이용하여 벡터 네트워크 분석으로 전력 회로 임피던스를 계산하는 단계를 포함한다.
일부 예시적인 실시형태에 있어서. 부착된 액세서리의 유형을 그 임피던스 특성에 기초하여 확인하기 위해 눈금조정을 반복함으로써 장치에 부착된 액세서리를 식별하는 단계를 포함한 방법이 제공된다.
일부 예시적인 실시형태에 있어서. 목표 조직에서 실질적으로 균일한 벌크(bulk) 온도 분포를 달성하도록 조절된 방식으로 에너지를 인가하는 방법이 제공된다.
일부 예시적인 실시형태에 있어서. 유리한 생물학적 반응을 달성하기 위해 신경의 활동을 변경하도록 신경 조직에 에너지를 인가하는 방법이 제공된다.
본 발명의 양호한 실시형태들은 조직의 치료상의 생물학적 효과를 달성하기 위한 절차 중에 사용될 수 있다. 가장 바람직하게, 본 발명은 혈관 성형 절차 전, 중 및/또는 후의 임의의 지점 및 시간에 사용될 수 있다.
다른 양태에 있어서, 본 발명은 목표 조직의 치료를 위한 발전 장치를 제공한다. 발전 장치는 주파수 신호를 발생하는 주파수 합성기를 포함한다. 전력 증폭기는 주파수 합성기를 전력 출력에 작용적으로 결합한다. 출력은 목표 조직에 결합가능하고, 전력 센서는 목표 조직으로부터 전압 및 전류 피드백을 수신하고 목표 조직에서의 측정 임피던스를 출력하도록 구성된다. 제어기는 전력 증폭기에 전력 센서를 결합한다. 제어기는 전력 설정점을 수신하는 입력을 구비하며, 목표 조직에서의 측정 임피던스 및 전력 설정점에 응답하여 변조 신호를 전력 증폭기로 전송하여 주파수 신호마다 전력 증폭기로부터 목표 조직까지의 전력 출력이 전력 설정점 부근의 바람직한 범위 내에서 유지되게 한다.
선택적으로, 주파수 합성기는 직접 디지털 합성기(Direct Digital Synthesizer; DDS)와 같은 디지털 주파수 합성기와, 주파수 합성기를 전력 증폭기에 결합하는 디지털-아날로그 변환기를 포함한다. 장치로부터 목표 조직으로의 에너지 출력은 전형적으로 RF 에너지를 포함하지만 대안적으로 마이크로파 에너지 등을 포함할 수 있다. 많은 실시형태에 있어서, 발전 장치는 시스템에 포함되고, 시스템은 긴 카테터를 또한 포함한다. 카테터는 가요성의 긴 카테터 몸체를 구비하고, 그 말단부는 혈관 내로 전진할 수 있게 구성된다. 커넥터는 몸체의 근접 단부(proximal end)에 결합될 수 있고, 커넥터는 사용중에 카테터가 출력을 말단부 부근의 목표 조직에 결합하도록 출력에 결합하게끔 구성된다. 시스템의 발전 장치에 의해 측정된 목표 조직의 임피던스는 가끔 발전 장치, 카테터 몸체 등의 임피던스로부터 독립적이다.
다른 양태에 있어서, 본 발명은 목표 조직의 치료에 대비하여 RF 시스템을 눈금조정하는 눈금조정 모듈을 제공한다. RF 시스템은 임피던스 측정 회로를 포함한 발전 장치를 포함한다. 모듈은 발전 장치의 임피던스 측정 회로로부터 제1 임피던스를 수신하기 위한 제1 입력을 포함한다. 제1 임피던스는 발전 장치를 목표 조직에 결합하기 전에 발전 장치에서의 낮은 회로 부하에 대응한다. 제2 입력도 유사하게 임피던스 측정 회로로부터 제2 임피던스를 수신하지만, 제2 임피던스는 발전 장치에서의 높은 회로 부하(역시 발전 장치를 목표 조직에 결합하기 전의 것)에 대응한다. 제3 입력은 임피던스 측정 회로로부터 유사한 제3 임피던스를 수신하고, 제3 임피던스는 높은 회로 부하와 낮은 회로 부하 사이의 것이다. 프로세서는 측정된 임피던스를 이용하여 시스템 임피던스를 계산하고, 목표 조직에 전력을 인가하는 동안에 전체 회로 부하 임피던스의 실시간 변화의 측정에 응답하여 목표 조직에서 임피던스의 변화를 촉진하도록 구성된다. 전체 회로 부하 임피던스는 발전 장치의 임피던스와 목표 조직에서의 임피던스를 포함한다.
전형적으로, RF 시스템은 발전 장치를 목표 조직에 결합하는 카테터 또는 다른 결합 장치를 또한 포함한다. 더 일반적으로, 여기에서 설명하는 시스템의 전체 회로는 사용중에 발전 회로, 전력 출력 목표 회로 및 결합 회로를 포함할 수 있고, 전체 시스템 회로의 이들 부분들은 각각 시스템의 전체 임피던스에 대한 각각의 임피던스부에 기여한다. 전체 회로의 이들 부분의 임피던스 기여를 더 정확히 특징화하고 목표 조직(또는 다른 전력 출력 목표)에서 임피던스를 더 정확히 측정하기 위해, 프로세서는 카테터를 발전 장치에 결합한 후에 및 카테터를 목표 조직에 결합하기 전에 발전 장치 및 카테터의 다른 시스템 임피던스를 계산하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 조직 치료를 위한 발전 및 제어 장치를 제공하는 것이 가능하다.
도 1은 전력 시스템에서 전극을 구비한 풍선 카테터와 함께 사용하는 발전 및 제어 장치의 일 실시형태를 개략적으로 보인 도이다.
도 2는 도 1의 장치에서 사용하는 팽창성 풍선의 일 실시형태를 개략적으로 보인 도이다.
도 3a는 도 2의 풍선의 개략적인 횡단면도이다.
도 3b는 도 1의 장치를 이용한 조직 분석 및 선택적인 에너지 처리에 사용하는 전극의 일 실시형태를 개략적으로 보인 도이다.
도 4는 발전 및 제어 회로의 일 실시형태를 개략적으로 보인 도이다.
도 5는 도 4에 도시된 피크 유효 전력 센서 블록의 DDS 다운 변환부의 일 실시형태를 개략적으로 보인 도이다.
도 6은 도 4에 도시된 피크 유효 전력 센서 블록의 DC 기저대역 처리부의 일 실시형태를 개략적으로 보인 도이다.
도 7은 도 4에 도시된 PID 제어 블록의 일 실시형태를 개략적으로 보인 도이다.
도 8은 입사 및 반사 전력을 감지 및 제어하는 2-포트 네트워크 설계를 개략적으로 보인 도이다.
도 9a는 도 4에 도시된 증폭기 블록의 일 실시형태를 개략적으로 보인 도이다.
도 9b는 도 4에 도시된 증폭기 블록의 "소프트 전류 제한" 관계를 보인 도이다.
도 10은 도 1에 도시된 장치의 조직 치료 실시형태에서 최대 및 최소 측정 전류를 예시적으로 나타낸 도이다.
도 11은 도 1에 도시된 장치의 조직 치료 실시형태에서 최대 및 최소 측정 임피던스를 예시적으로 나타낸 도이다.
도 12는 도 1에 도시된 장치의 조직 치료 실시형태에서 최대 및 최소 측정 전압을 예시적으로 나타낸 도이다.
도 13은 도 1에 도시된 장치의 조직 치료 실시형태에서 목표 사이트 및 발전기에서의 측정 전력을 예시적으로 나타낸 도이다.
도 14a 및 도 14b는 도 1에 도시된 장치의 실시형태에 대하여 경험적으로 유도된 에너지 선량 및 임피던스 제어를 이용한 루미날 조직에서 실질적으로 균일한 벌크 온도 분포를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 15a 및 도 15b는 도 1에 도시된 장치의 실시형태에 대하여 누적 손상 이론을 이용하여 유도된 에너지 선량을 이용한 루미날 조직에서의 실질적으로 균일한 벌크 온도 분포를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 16은 목표 전력 출력에서 정확한 임피던스 측정이 가능하도록 발전 시스템을 눈금조정하기 위한 방법 및 시스템을 개략적으로 보인 도이다.
도 2는 도 1의 장치에서 사용하는 팽창성 풍선의 일 실시형태를 개략적으로 보인 도이다.
도 3a는 도 2의 풍선의 개략적인 횡단면도이다.
도 3b는 도 1의 장치를 이용한 조직 분석 및 선택적인 에너지 처리에 사용하는 전극의 일 실시형태를 개략적으로 보인 도이다.
도 4는 발전 및 제어 회로의 일 실시형태를 개략적으로 보인 도이다.
도 5는 도 4에 도시된 피크 유효 전력 센서 블록의 DDS 다운 변환부의 일 실시형태를 개략적으로 보인 도이다.
도 6은 도 4에 도시된 피크 유효 전력 센서 블록의 DC 기저대역 처리부의 일 실시형태를 개략적으로 보인 도이다.
도 7은 도 4에 도시된 PID 제어 블록의 일 실시형태를 개략적으로 보인 도이다.
도 8은 입사 및 반사 전력을 감지 및 제어하는 2-포트 네트워크 설계를 개략적으로 보인 도이다.
도 9a는 도 4에 도시된 증폭기 블록의 일 실시형태를 개략적으로 보인 도이다.
도 9b는 도 4에 도시된 증폭기 블록의 "소프트 전류 제한" 관계를 보인 도이다.
도 10은 도 1에 도시된 장치의 조직 치료 실시형태에서 최대 및 최소 측정 전류를 예시적으로 나타낸 도이다.
도 11은 도 1에 도시된 장치의 조직 치료 실시형태에서 최대 및 최소 측정 임피던스를 예시적으로 나타낸 도이다.
도 12는 도 1에 도시된 장치의 조직 치료 실시형태에서 최대 및 최소 측정 전압을 예시적으로 나타낸 도이다.
도 13은 도 1에 도시된 장치의 조직 치료 실시형태에서 목표 사이트 및 발전기에서의 측정 전력을 예시적으로 나타낸 도이다.
도 14a 및 도 14b는 도 1에 도시된 장치의 실시형태에 대하여 경험적으로 유도된 에너지 선량 및 임피던스 제어를 이용한 루미날 조직에서 실질적으로 균일한 벌크 온도 분포를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 15a 및 도 15b는 도 1에 도시된 장치의 실시형태에 대하여 누적 손상 이론을 이용하여 유도된 에너지 선량을 이용한 루미날 조직에서의 실질적으로 균일한 벌크 온도 분포를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 16은 목표 전력 출력에서 정확한 임피던스 측정이 가능하도록 발전 시스템을 눈금조정하기 위한 방법 및 시스템을 개략적으로 보인 도이다.
본 발명의 실시형태는 치료 효과를 달성하기 위해 목표 조직의 치료를 위한 발전 및 제어 장치에 관한 것이다. 바람직하게, 목표 조직은 루미날 조직(luminal tissue)이고, 이것은 동맥 질환에서 발견되는 것과 같은 병든 조직을 또한 포함할 수 있다.
본 발명의 설명이 맥관 구조에 기술을 사용하는 것에 촛점이 맞추어지지만, 본 발명의 기술은 기타의 루미날 장애에 대해서도 또한 유용하다. 본 발명이 사용될 수 있는 다른 해부조직 구조는 식도, 구강, 비인두강, 이관 및 고막공동, 뇌의 공동(sinus of the brain), 동맥계통, 정맥계통, 심장, 후두, 호흡관, 기관지, 위, 십이지장, 회장, 결장, 직장, 방광, 수뇨관, 사정관, 정관, 요도, 자궁내강, 질관, 및 경부관 등이다.
RF, 초음파, 마이크로파 및 레이저 에너지를 이용하여 조직을 가열하는 장치는 "신체 조직에서 바람직한 온도 효과 유도"라는 명칭으로 2007년 10월 18일자 출원한 미국 특허 출원 제11/975,474호, "신체 조직에서 바람직한 온도 효과를 유도하는 시스템"이라는 명칭으로 2007년 10월 18일자 출원한 미국 특허 출원 제11/975,383호, "이미징 및 편심성 죽상경화증 물질 레이저 리모델링 및/또는 삭마 카테터"라는 명칭으로 2005년 5월 3일자 출원한 미국 특허 출원 제11/122,263호, 및 "교류 에너지원을 이용하여 신체 조직에서 바람직한 온도 효과 유도"라는 명칭으로 2009년 9월 22일자 출원한 미국 특허 출원 제12/564,268호에 개시되어 있으며, 상기 특허 출원들의 전체 내용은 인용에 의해 본 명세서에 통합되고, 본 발명과 결합될 수 있다.
발전 및 제어
본 발명의 많은 실시형태에서, 발전 및 제어 장치는 내부 회로(400), 제어 소프트웨어, 사용자 인터페이스(102), 및 회로(400)와 사용자 인터페이스(102)를 내장하는 발전 및 제어 엔클로저(101)를 포함할 수 있다.
도 1과 도 4를 참조하면, 엔클로저(101) 내에 내장된 내부 회로(400)는 직접 디지털 합성기(direct digital synthesizer; DDS) 블록(401)을 포함하고, DDS 블록의 디지털 코드 출력은 디지털-아날로그 변환기(DAC)(402)를 통과하는 것이 바람직할 수 있다. DAC(402)는 DDS 블록(401)으로부터의 디지털 코드 신호를 아날로그 전압 신호(414)로 변환한다. 전압 신호(414)와 아날로그 변조 전압 신호(413)는 바람직하게 증폭기 블록(403)을 통과하여 목표 전력 출력을 발생한다. 목표 전력 출력(404)에서 전압 및 전류 부하의 측정치는 전압 센서(405) 및 전류 센서(407)에 의해 측정되고, 바람직하게, 전압 센서(405) 및 전류 센서(407)의 출력 신호는 각각 아날로그-디지털 변환기(ADC)(406, 408)를 통과한다. ADC(406)로부터의 디지털 전압 신호와 ADC(408)로부터의 디지털 전류 신호는 피크 유효 전력 센서(410)에 의해 수신되고, 여기에서 전력 전달 목표(404)의 발전 및 제어 장치의 유효 전력 출력이 실시간으로 측정될 수 있다. 전력 설정점 제어부(409)는 소프트웨어 프로그램형 운용 파라미터에 기초를 둔다.
도 5와 도 6에 도시된 양호한 실시형태에 있어서, 피크 유효 전력 센서 블록(410)은 저역 통과 필터(502)로 전압 출력을 발생하고 저역 통과 필터(504)로 전류 출력을 발생하는 DC 기저대역 신호 아래로 전압 감지 신호(V)(406으로부터)와 전류 감지 신호(I)(408로부터)를 혼합하기 위해 사용되는 DDS(500)를 포함할 수 있다. 피크 유효 전력 센서 블록(410)으로부터의 전압 및 전류 출력은 동상 전류(507), 동상 전압(505), 및 구적 전류(quadrature current)(508), 구적 전압(506) 성분을 포함한다. 회로(410) 내의 블록들은 신호 성분들 사이 및 회로(410)의 블록들을 통과하는 수 개의 신호들 사이의 순간 진폭, 주파수 및 위상 편이를 인식할 수 있기 때문에, 회로(410) 내의 신호들은 동상 및 구적 성분을 포함하는 것이 바람직하다. 피크 유효 전력 센서(410)의 저역 통과 필터(502) 및 저역 통과 필터(504)로부터의 디지털 출력 신호는 도 6에 도시된 전력 계산 회로에 전송될 수 있다.
이제, 도 6을 참조하면, 동상 전압 신호(505)와 구적 전압 신호(506)의 제곱들을 합산하고, 그 합산 결과를 제곱근 회로(602)에 통과시킴으로써 전압 진폭이 계산될 수 있다. 전류 진폭은 동상 전류 신호(507)와 구적 전류 신호(508)의 제곱들을 합산하고, 그 합산 결과를 제곱근 회로(606)에 통과시킴으로써 계산될 수 있다. 보정되지 않은 전력은 전압 진폭과 전류 진폭을 승산함으로써 계산되는 것이 바람직하다.
전압 신호의 위상은 전압 신호의 구적 성분(506)과 전압 신호의 동상 성분(505)을 역 탄젠트 게이트(603)를 통과시킴으로써 계산되는 것이 바람직하다. 유사하게, 전류 신호의 위상은 전류 신호의 구적 성분(508)과 전류 신호의 동상 성분(507)을 역 탄젠트 게이트(607)를 통과시킴으로써 계산되는 것이 바람직하다. 코사인 게이트(608)는 역 탄젠트 게이트(603, 607)로부터의 차분 출력을 수신하여 역률 보정이 계산될 수 있게 한다. 피크 유효 전력은 보정되지 않은 전력을 코사인 게이트(608)의 출력과 승산하고 그 결과를 라운딩 게이트(609)로 라운딩시킴으로써 계산될 수 있다.
비록 도 5와 도 6은 가장 양호한 실시형태를 보이고 있지만, 피크 유효 전력은 다른 수단, 예를 들면 순간 RF 전압 파형과 RF 전류 파형을 함께 승산하고 그 결과 신호를 적분하여 평균 값을 얻는 수단; 여기에서 개시되고 설명되는 장치의 회로를 포함한 컴포넌트들에 적합하고 사용된 전력 유형에 적합한 임의의 이용가능 수단으로부터 선택된 피크 유효 전력을 계산하는 수단을 이용하여 계산될 수 있다.
이제, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 증폭기 블록(403)은 DDS 블록(400)으로부터 전압 입력(414)을 수신하고 PID 제어기(411)로부터의 전압 출력(413)을 변조하는 가변 이득 증폭기(901), 및 전력 증폭기(902)를 포함할 수 있다. 전력 증폭기(902)는 도 9b에 도시된 것과 같은 "소프트 전류 제한"을 가지며, 이 때문에 가용 출력 전압이 필요한 출력 전류의 증가에 따라 조절 방식(tailored manner)으로 감소한다. 소프트 전류 제한을 가진 전력 증폭기(902)의 장점은 전달된 최대 출력 전력이 전류 제한 회로의 특성에 의해 고유적으로 제한될 수 있다는 점이고, 전류 제한 회로는 광범위한 부하 임피던스에 걸쳐서, 가장 바람직하게는 부하 임피던스의 약 10배를 초과하는 실질적으로 일정한 최대 가용 출력 전력을 제공할 수 있다. 소프트 전류 제한 방식의 추가의 장점은 교환식 모드 전원 기술을 이용하여 구현될 때, 광범위한 부하 임피던스에 걸쳐서, 가장 바람직하게는 부하 임피던스의 약 10배를 초과하여 극히 높은 전력 증폭기 효율이 달성될 수 있다는 점이다.
목표 전력 출력(404)의 제어는 바람직하게, 궁극적으로 증폭기 블록(403)으로 통과하는 변조 전압 신호(413)를 생성하는 PID 제어기(411)에 신호를 보내는 전력 설정점 제어부(409) 및 피크 유효 전력 센서 블록(410)을 통하여 달성될 수 있다. 전력 설정점 제어부(409)는 프로그램된 동작 파라미터에 기초하여 소프트웨어 제어 신호를 제공할 수 있고, 소프트웨어 제어 신호는 많은 실시형태에 있어서 주변의 건강한 조직에 대한 손상을 회피하는 방식으로 병든 조직의 리모델링을 촉진하도록 설정될 수 있다. 전력 출력(404)에서 동상 및 직각 위상으로 실시간 부하 측정치를 취함으로써, 회로(400)는 그것에 따라 특징화될 수 있고, 출력이 설정점으로부터 비교적 작은 범위 내에서 변화하도록 출력을 변조함으로써 부하 변화에 응답할 수 있다. 설정점에 대한 전력 출력 변화는 약 ±2%일 수 있지만, 양호한 실시형태에서는 출력 변화를 다른 범위, 예를 들면 약 ±5%, 약 ±10%, 약 ±15%, 및 약 ±20% 또는 그 이상으로 조절할 수 있다.
이제, 도 4 및 도 7을 참조하면, PID 제어기(411)는 바람직하게 전력 출력 설정점(409) 및 피크 유효 전력 출력 블록(410)으로부터 출력 신호를 수신한다. PID 제어기(411)는 비례(701)("P"), 적분(702)("I") 및 미분(703)("D") 계산 Kpe(t), 및 Kdde(τ)/dt를 각각 수행하는 하드웨어 및/또는 소프트웨어 모듈을 포함할 수 있고, 이것은 이상적인 형태의 수학식 Vm(t)= 로 표현될 수 있다. 상기 수학식에서 Vm(t)는 출력(404), 피크 유효 전력 계산(410) 및 전력 설정점(409)에서의 측정 전력에 응답하는 시간 함수로서의 계산된 변조 전압(413)을 나타낸다.
여기에서, Kpe(t)는 소망 전력에 대한 측정된/계산된 전력에서의 에러에 대한 비례 반응을 나타내고;
는 소망 전력에 대한 측정된/계산된 전력에서의 에러의 합에 대한 적분 반응을 나타내며(여기에서 τ는 적분되는 시구간을 나타내고 e(t)는 현재 시간(t)의 계산된 전력을 나타냄);
Kdde(τ)/dt는 소망 전력에 대한 측정된/계산된 전력의 에러의 변화율에 대한 미분 반응을 나타낸다.
가장 양호한 실시형태에 있어서, PID 수학식은 더 일반적인 "표준" 또는 "산업" 형태인 으로 표현될 수 있다. 여기에서, 상수 Ki 및 Kd는 적분 및 미분 시간 값을 각각 나타내는 Ti 및 Td로 교체된다. 표준 형태는 제어 수학식에서 미분 및 상수의 사용을 단순화하는 장점을 제공한다.
양호한 실시형태에 있어서, 목표 전력 출력부(404)에서의 전력의 계산치와 전력 측정치 사이에는 약 160 마이크로초의 시간 간격 "t"가 존재한다. PID 제어 루프(411)의 출력 계산은 출력 전력을 대략 설정점에 근접하게 조절하도록 증폭기 블록(403)을 구동하기 위해 사용되는 것이 바람직한 변조 전압(414) 또는 "조작 변수"라고 부를 수 있다. 상수 Ki, Kp 및 Kd는 회로(400)가 출력(404)에서의 증가하는 에러에 얼마나 빨리 응답할 수 있는지, 또는 설정점(409)에 비하여 404에서 출력의 에러를 감소시키도록 증폭기 블록(403)을 얼마나 빨리 변조할 수 있는지 규정하는 것을 돕는다. 전력 계산(704)은 바람직하게 DDS 블록(401)의 출력의 구적(506) 및 동상(505) 전압 성분, 및 구적(507) 및 동상(508) 전류 성분에 기초를 둔다.
이제, 도 1과 도 8을 참조하면, 엔클로저(101)의 발전 및 제어 장치와 부착 액세서리(100')(이것은 예를 들면 도 1의 카테터 어셈블리(108)와 커넥터(103)를 포함할 수 있다)를 포함한 전체 장치(100)는 도 8에 도시된 것과 같은 통신 방식을 이용할 수 있다. 비록 도 8이 2-포트 네트워크(800)를 이용하는 양호한 실시형태를 도시하고 있지만, 소정의 전력 제어 응용을 위한 바람직한 배치에 따라서 다른 수의 통신 포트를 이용할 수 있다. 일반적으로 전압 센서(405), 전류 센서(407) 및 목표 부하(조직)(404) 사이에는 중요한 RF 손실, 반사 및 위상 편이가 있다. 이러한 RF 손실, 반사 및 위상 편이는 부하(조직)(404)에 전달된 실제 전력에서 중요한 변화를 야기하고, 게다가 부하(조직) 임피던스의 측정치에서 중요한 에러를 야기한다. 양호한 실시형태에 있어서, 일반화 2-포트 반사계가, 정확하게 제어하는 부하(조직) 전력 및 정확하게 측정하는 부하(조직) 임피던스 둘 다에 대하여, RF에서의 RF 손실, 반사 및 위상 편이 모두를 보상하기 위해 사용된다. 이러한 목적으로, 2-포트 네트워크(800)는 엔클로저(101)의 발전 및 제어 장치, 부착 액세서리(100') 및 목표 전력 출력부(404)에서의 부하 사이에서 입사 전력파와 반사 전력파를 이용하는 일련의 제어 계산을 포함할 수 있고, 바람직하게 엔클로저(101)의 발전 및 제어 장치에 의해 조절된 전압 및 전류 출력(800V&I)을 발생한다.
입사 전력파는 첨자 "an"으로 표시되고, 반사 전력파는 첨자 "bn"으로 표시되며, 404에서의 입사 및 반사 전력은 각각 "aL" 및 "bL"로 표시된다. 도 8에 도시된 산술 연산에 대한 이하의 설명에서는, 명확히 할 목적으로, 수학식에서 도 8에 도시된 설명 요소 번호 "800"을 생략하여, 설명되는 수학식의 의미를 단순화할 것이다.
입사 및 반사 전력파(각각 an과 bn)에 대한 산란 파라미터의 2-포트 네트워크 정의는 다음과 같이 규정된다:
여기에서, a1과 b1은 발전기(101)에서의 입사 전력파와 반사 전력파이고, a2와 b2는 부하(예를 들면 전극(112))에서의 입사 전력파와 반사 전력파이다.
확대된 수학식과 함께 2-포트 네트워크의 S-파라미터 매트릭스는 다음과 같이 규정될 수 있다.
회로(400)를 포함할 수 있는 발전기(101)에서 및 부하(404)에서의 복소 임피던스는 각각 로(ρ) 및 감마(Γ)로서 규정될 수 있다. 로 및 감마는 그 다음에 다음과 같이 입사 전력파와 반사 전력파를 이용하여 바람직하게 규정될 수 있다:
로 스페이스로부터 감마 스페이스로의 역변환은 이제 아래와 같이 수학식 1 내지 수학식 9의 관계를 이용하여 유도될 수 있다.
수학식 18은 로 스페이스로부터 감마 스페이스로 역변환의 명시적 형태를 제공한다. 산란 파라미터는 그룹화될 수 있고, 하기의 형태로 역변환 계수 A, B 및 D로서 바람직하게 규정될 수 있다.
수학식 18은 계수 A, B 및 D를 역변환의 양호한 명시적 형태로 치환함으로써 단순화될 수 있고, 그에 따라서 역변환의 양호한 일반 형태를 제공할 수 있다.
수학식 22를 이용하고 감마에 대한 해를 구해서, 순방향 변환이 양호한 형태로 유도될 수 있다.
수학식 19 내지 수학식 21에서와 유사한 방식으로, 순방향 변환 계수 A', B' 및 D'는 다음과 같이 감마 스페이스와 로 스페이스 사이에서 수학식을 단순화하기 위해 바람직하게 사용될 수 있다.
수학식 12는 계수 A', B' 및 D'를 순방향 변환의 양호한 명시적 형태로 치환함으로써 단순화될 수 있고, 그에 따라서 순방향 변환의 양호한 일반 형태를 제공할 수 있다.
부하(404)에서의 순방향 전력은 부하(404)에 입사하는 전력파의 제곱의 크기로서 바람직하게 규정될 수 있다.
유사하게, 부하(404)로부터의 역방향 전력은 부하(404)에 의해 반사된 전력파의 제곱의 크기로서 규정될 수 있다.
위에서 규정한 관계를 통하여, 목표 전력 출력 부하(404)에서 흡수된 전력은 하기의 관계를 통해 입사 전력으로부터 반사 전력을 뺀 값으로서 규정될 수 있다.
수학식 7, 9 및 32를 수학식 34 내지 36에 대입하면, 확장된 형태의 하기의 관계가 얻어진다.
가장 양호한 2-포트 네트워크에 있어서, 이제 포트 1에서의 입사 전력과 반사 전력이 규정될 수 있다. 800a1에서의 입사 전력은 800a1에서 입사하는 전력파의 제곱의 크기로서 바람직하게 규정될 수 있다.
그리고, 800b1에서의 반사 전력은 800b1에서 반사된 전력파의 제곱의 크기로서 바람직하게 규정될 수 있다.
포트 1에서 흡수된 전력("P1")은 수학식 41과 42를 이용하여, 포트 1에서의 입사 전력으로부터 포트 1에서의 반사 전력을 뺀 값으로서 규정될 수 있다.
포트 1에서 흡수된 전력("P1")은 흡수된 전압의 크기와, 흡수된 전류의 크기와, 흡수 전압과 흡수 전류 간의 각도의 코사인을 곱한 값으로서 또한 규정될 수 있다.
수학식 9를 수학식 7에 대입하고 b2에 대하여 풀면 도 8의 800b2에 대하여 규정된 하기의 관계를 규정할 수 있다.
도 8의 부하(404)에서의 전력은 이제 수학식 49를 수학식 39에 대입함으로써 규정되고 수학식 45를 수학식 51에 대입함으로써 분자를 팽창시킬 수 있다.
본 발명의 양호한 실시형태에 있어서, 도 4의 회로(400)에서 공지 임피던스의 측정은 도 16과 관련하여 이해되는 것처럼 변환 계수 A,B,D 및 A',B',D'를 규정하기 위해 행하여질 수 있다. 가장 바람직하게, 공지 회로 부하(404)에서 3개의 측정치가 취해지고, 가장 바람직하게, 임피던스 ZρO가 약 1000Ω의 부하에서 취해지고, 임피던스 ZρS가 약 50Ω의 부하에서 취해지며, 임피던스 ZρL이 약 150Ω의 부하에서 취해진다. 이때, 발전 및 제어 장치(101)에서의 복소 전압 및 전류 측정치(도 8의 800V&I)는 수학식 53을 이용하여 임피던스 ZρO, ZρS 및 ZρL을 계산하기 위해 사용되고 이때 시스템임피던스는 값 150Ω이 지정된다. 그러나, ZρO, ZρS 및 ZρL을 계산하기 위한 공지의 회로 부하 및 지정된 시스템임피던스는 약 제로 오옴과 약 무한대 오옴 사이의 범위를 가진 다른 값으로 수행될 수 있다. 도 16에 도시된 것처럼, 이러한 눈금조정법은 발전 컴포넌트를 목표 조직에 결합하기 전에, 이상적으로 말하면 부착물(100')을 엔클로저(101)의 발전 회로(400)에 결합하기 전에 단계 1601을 시작할 수 있다. 3개의 다른 부하들은 각 부하에 대하여 단계 1602, 1603 및 1604에서 취한 임피던스가 인가된다. 이 측정치들은 회로(400)의 컴포넌트에 의해 취해지고, 여기에서 설명하는 시스템 특성 계산을 위한 하드웨어 및/또는 소프트웨어 모듈에 입력된다.
수학식 53을 푸는 것은 약 1000Ω, 약 50Ω 및 약 150Ω의 각각의 부하에서 바람직하게 임피던스 ZΓO, ZΓS, 및 ZΓL을 제공하기 위해, 바람직하게 네트워크 분석을 이용한, 가장 바람직하게는 벡터 네트워크 분석을 이용한 임피던스 측정치의 예비 집합을 수반할 수 있다. 6개의 양호한 임피던스 측정치 ZΓO, ZΓS, ZΓL, ZρO, ZρS 및 ZρL은 그 다음에 변환 계수 A', B', D'를 계산하기 위해 바람직하게 사용될 수 있다.
이제, 수학식 54 내지 56에 의해 바람직하게 규정된 계수들의 값은 수학식 31을 이용하여 도 4의 목표 전력 출력(404)에서 실제 부하 임피던스를 계산하고 수학식 52를 이용하여 목표 전력 출력(404)에서 인가된 실제 전력을 계산하기 위해 바람직하게 사용될 수 있고, 그에 따라서 404에서의 출력이 부하의 실시간 변화에 기초하여 설정점에 대해 적확하게 조절되도록 계산된 변조 출력 전압(413)을 PID 제어기(411)로부터 바람직하게 제공하고, 전력 전달은 여기에서 설명하는 범위 내에서 유지된다.
양호한 실시형태에 있어서, 전력 전달점에서의 실제 전력 출력은 가장 바람직하게 출력(404)에서 인가 부하의 측정된 복소 임피던스 각에 기초를 둔다. 그 점에서, 부하는 조직을 가장 바람직하게 표시하고 복소 임피던스 각은 조직의 건강 또는 질병 상태 및/또는 장치(100)의 사용 과정을 통한 조직 상태의 변화를 바람직하게 표시한다. 또한, 임피던스는 용량과 저항의 함수이기 때문에, 실시간 조직 용량 및 실시간 조직 저항은 임피던스, 용량 및 저항 간의 관계를 통하여 측정 데이터에 기초하여 또한 알려질 수 있다.
임피던스가 실수 성분과 허수 성분을 갖는다는 것을 상기하면, 수학식 57의 관계는 하기와 같이 추가로 표현 및 전개될 수 있다.
상기 수학식에서 ω는 회로의 고유 주파수를 나타내고, C는 부하에서 측정한 실시간 조직 용량을 나타내며, R은 부하에서 측정한 실시간 조직 저항을 나타낸다.
C2에 대하여 수학식 61을 풀고 수학식 63을 수학식 62에 대입하며, C에 대하여 수학식 64를 풀면 다음과 같이 된다.
ω2C2R2에 대하여 수학식 65를 풀고 수학식 61에 대입함으로써, 단순화 관계가 얻어질 수 있다.
이제, 수학식 66을 간단히 하고 R에 대하여 풀어서 수학식 57로부터 임피던스 Z의 공지 값을 통해 실시간 조직 저항이 결정될 수 있다.
수학식 67을 수학식 65에 대입하고 C에 대하여 풀어서 실시간 조직 용량이 결정될 수 있다.
가장 양호한 실시형태에 있어서, 도 1의 시스템 또는 전체 장치(100)는 도 4의 회로(400)와 커플링 장치 또는 액세서리(100')를 포함하고, 이 장치는 치료 응답을 촉진하기 위해 조직의 특성화 및 선택적 치료에 사용될 수 있다. 임피던스, 이미징 양식 및 에너지 양식에 기초한 조직의 특성화 및 선택적 치료는 "선택적 편심 리모델링 및/또는 죽상 경화증 물질의 삭마"의 명칭으로 2007년 11월 6일자로 스테인크(Steinke) 등에게 특허된 미국 특허 제7,291,146호 및 위에서 인용한 미국 특허 출원 제11/392,231, 11/975,651, 11/617,519, 11/975,474, 11/975,383, 12/564,268호에 개시되어 있으며, 이들 자료의 전체 내용은 여기에서의 인용에 의해 본 명세서에 통합된다. 가장 양호한 실시형태에 있어서, 출력 전력은 RF 에너지이지만, 초음파, 레이저, 마이크로파, 및 전술한 인용 자료에서 개시 및 설명된 것들이 또한 본 발명의 범위 내에 있다.
이제, 도 4를 참조하면, 일부 실시형태에 있어서, DDS 블록(401), 전력 출력 설정점 제어부(409) 및 피크 유효 전력 센서 블록(410)은 임베디드 프로세서 없이 필드 프로그램가능 게이트 어레이를 포함한다. 필드 프로그램가능 게이트 어레이가 내부 프로세서를 포함하는 다른 실시형태에 있어서, DDS 블록(401), 전력 출력 설정점 제어부(409), 피크 유효 전력 센서 블록(410) 및 PID 제어기는 필드 프로그램가능 게이트 어레이에 포함될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 발전기 및 제어 장치(101)는 치료를 제어 또는 기록하기 위해 프로세서를 포함할 수도 있고 또는 프로세서에 결합될 수도 있다. 프로세서는 전형적으로 여기에서 설명하는 하나 이상의 실시형태 및 방법 중 일부 또는 전부를 구현하기 위한 기계 판독가능 프로그램 명령어 또는 코드를 동작시키는 하나 이상의 프로그래머블 프로세서 유닛을 포함한 컴퓨터 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함한다. 코드는 가끔 메모리(선택적으로, 읽기 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 비휘발성 메모리 등), 및/또는 기록 매체(예를 들면, 플로피 디스크, 하드 드라이브, CD, DVD, 비휘발성 반도체 메모리 카드 등)와 같은 유형 매체(tangible media)로 구체화될 것이다. 코드 및/또는 관련 데이터 및 신호는 네트워크 접속(예를 들면, 무선 네트워크, 이더넷, 인터넷, 인트라넷 등)을 통해 프로세서에 또는 프로세서로부터 또한 전송될 수 있고, 코드의 일부 또는 전부는 하나 이상의 버스를 통해 프로세서 내에서 및 카테터 시스템의 구성요소들 사이에서 또한 전송될 수 있으며, 적당한 표준 또는 사적 통신 카드, 커넥터, 케이블 등이 가끔 프로세서에 포함될 것이다. 프로세서는 가끔 적어도 부분적으로 소프트웨어 코드로 프로세서를 프로그램함으로써 여기에서 설명하는 계산 및 신호 전송 단계를 수행하도록 구성될 수 있으며, 상기 소프트웨어 코드는 단일 프로그램, 일련의 분리된 서브루틴 또는 관련 프로그램 등으로서 기록될 수 있다. 프로세서는 표준 또는 사적 디지털 및/또는 아날로그 신호 처리 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어를 포함할 수 있고, 바람직하게 환자의 치료 중에 여기에서 설명하는 계산을 수행하도록 충분한 처리력을 구비할 수 있으며, 프로세서는 선택적으로 퍼스널 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 사적 처리 유닛 또는 이들의 조합을 포함한다. 현대의 컴퓨터 시스템과 연관된 표준 및 사적 입력 장치(예를 들면, 마우스, 키보드, 터치스크린, 조이스틱 등) 및 출력 장치(예를 들면, 프린터, 스피커, 디스플레이 등)가 또한 포함될 수 있고, 복수의 처리 유닛(또는 별도의 컴퓨터)을 구비한 프로세서가 광범위한 중앙집중형 또는 분산형 데이터 처리 아키텍쳐에서 사용될 수 있다.
가장 양호한 실시형태에 있어서, 장치(100)의 제어 소프트웨어는 시스템 사용 용이성, 융통성 및 신뢰성을 더욱 향상시키기 위해 클라이언트-서버 스키마(schema)를 이용할 수 있다. "클라이언트"는 시스템 제어 로직이고; "서버"는 제어 하드웨어이다. 통신 관리자는 시스템 조건의 변화를 가입 클라이언트 및 서버에 전송한다. 클라이언트는 현재의 시스템 조건이 어떤지 및 특수한 조건 변경에 기초하여 어떤 명령 또는 결정을 수행해야 하는지를 안다. 서버는 클라이언트 명령에 기초하여 시스템 기능을 수행한다. 통신 관리자가 중앙집중형 정보 관리자이기 때문에, 새로운 시스템 하드웨어는 바람직하게 종래의 클라이언트-서버 관계로의 변화를 요구하지 않을 수 있고; 새로운 시스템 하드웨어 및 그 관련 제어 로직은 단순히 통신 관리자를 통해 관리되는 정보에 대한 추가의 "가입자"로 될 수 있다. 이 제어 스키마는 바람직하게 고정식의 베이스 루틴과 함께 강한 중앙 동작 프로그램을 갖는 장점을 제공하고; 바람직하게 시스템과 함께 동작하도록 설계된 새로운 회로 컴포넌트를 동작시키기 위해 베이스 루틴에 대한 변화가 필요하지 않을 수 있다.
조직 치료를 위한 액세서리
일부 실시형태에 있어서, 도 1의 전체 시스템 또는 장치는, 발전 장치와 함께, 부착형 액세서리를 더 포함할 수 있고, 부착형 액세서리는 가장 바람직하게, 에너지 전달 표면을 구비한 인트라루미날 카테터(108)를 포함할 수 있다.
많은 실시형태에 있어서, 에너지 전달 표면은 바람직하게 복수의 간격진 전극(112)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 것과 같은 발전 장치(101)는 선택된 전극의 선택적 동력 공급(energizing)을 가능하도록 커넥터(103)에 의해 복수의 전극에 작용적으로 결합된다.
많은 실시형태에 있어서, 에너지 전달 표면은 풍선이 루멘의 조직과 같은 조직과 접촉하도록 팽창될 때 목표 조직 내의 복수의 리모델링 구역을 규정하도록, 도 3a에 도시된 것처럼, 팽창성 풍선 주위에 배치된 복수의 전극(112)을 포함한다.
이제, 도 1과 도 2를 참조하면, 조직에서 바람직한 온도 효과를 유도하는 카테터 시스템의 하나의 예시적인 실시형태가 도시되어 있다. 카테터 시스템은 근접 단부(107) 및 말단부(111)가 있는 카테터 몸체(109)를 구비한 풍선 카테터(108)를 포함한다. 카테터 몸체(109)는 가요성이고 카테터 축(113)을 규정하며, 가이드와이어 루멘(206) 및 팽창 루멘(201)과 같은 하나 이상의 루멘을 포함할 수 있다. 추가의 루멘은 관류(perfusion), 유체 전달, 이미징 등과 같은 다른 치료 또는 응용을 위해 필요한 경우에 제공될 수 있다. 카테터(108)는 말단부(111) 부근의 팽창성 풍선(200) 및 근접 단부(107) 부근의 하우징(106)을 포함한다. 하우징(106)은 가이드와이어 루멘(206)과 연결되는 제1 커넥터(104) 및 팽창 루멘(201)과 유체 전달을 행하는 제2 커넥터(105)를 포함한다. 팽창 루멘(201)은 풍선(200)과 제2 커넥터(105) 사이에서 연장한다. 제1 및 제2 커넥터(104, 105)는 둘 다 LUER-LOC™ 커넥터와 같은 표준 커넥터를 선택적으로 포함할 수 있다. 말단 팁은 가이드와이어 등이 통과할 수 있도록 통합 팁 밸브를 포함할 수 있다.
하우징(106)은 또한 전기 커넥터(103)를 수용할 수 있고, 전기 커넥터(103)는 바람직하게 도체(203)를 통해 전극(112)에 각각 전기적으로 결합된 복수의 전기 접속을 포함한다. 이러한 구성은, 바람직하게, 전극(112)은 용이하게 동력이 공급되도록 하고, 전극들은 가끔 단극성 또는 쌍극성 RF 에너지, 마이크로파 에너지, 초음파 에너지, 또는 다른 적당한 형태의 에너지 형태로 에너지를 생성할 수 있는 내부 제어기 및 전원(101)에 의해 동력이 공급된다. 이러한 하나의 실시형태에 있어서, 전기 커넥터(103)는 도 4의 회로(400)에 결합되고, 도 4의 회로(400)는 도 3b에 도시된 것처럼 에너지가 전극(112)에 선택적으로 지향될 수 있게 하는 방식으로 RF 에너지를 그 가장 바람직한 형태로 생성할 수 있다. 단극성 RF 에너지가 사용될 때, 예를 들면 외부 전극 또는 카테터 몸체(109)의 전극에 의해 환자 접지(ground)가 제공될 수 있다.
이제, 도 3b와 도 1을 참조하면, 전극(112)은 바람직하게 주변 조직(300)과 결합되고, 이러한 결합에 의해 에너지가 전극(112A, 112B, 112C, 112D)과 조직(300) 사이에서 전송되어 바람직하게 생물학적 반응을 개시하게 할 수 있다. 풍선(200)은 전형적으로 풍선 카테터(108)의 말단부(111)를 포함하고, 풍선(200) 상의 전극(112)과 같은 에너지 전달 표면은 일반적으로 카테터(108)의 근접 단부(107)에 결합된 에너지원을 이용하여 동력이 공급될 것이다. 에너지 도관(203)은 근접 단부(107)와 풍선(200) 사이에서 카테터 몸체(109)를 따라 연장하고, 에너지 도관(203)은 가끔 RF 에너지 등을 인가하기 위한 전기 도체, 레이저 또는 기타 광 에너지를 전도하기 위해 카테터 몸체 내의 루멘을 따라 연장하는 광섬유 필라멘트와 같은 광 도체 등을 포함한다.
도 3b에 도시된 것처럼, 전극(112)은 바람직하게 풍선(200)의 주변에서 원주방향으로 배치될 수 있다. 가장 바람직하게 RF 에너지인 에너지(301)는 가장 양호한 실시형태에 있어서 인접하는 전극 쌍 112A와 112C 또는 112A와 112D, 또는 주변 조직(300) 내에서 건강한 조직 부분(303)과 질병이 있는 조직 부분(302) 둘 다를 치료하는 전극(112A~112D)의 임의 조합으로 지향될 수 있다. 이 구성은 바람직하게, 특정 치료 구역 또는 세그멘트 내의 에너지 또는 열("조직 리모델렝 에너지")을 특정 깊이에서 전극 쌍(112A~112D) 사이에 체적을 가진 전극 쌍(112A~112D) 간의 조직(300)("리모델링 구역")으로 전달할 수 있는 에너지 경로(301)를 생성한다. 전극 쌍(112A~112D)의 다른 조합을 이용하면 중복하는 쌍을 이용함으로써 리모델링 구역들 간의 갭을 감소 또는 제거할 수 있다. 쌍극 에너지와 함께 전극 쌍(112A~112D)을 이용하면 단극 방법에 비하여 개선된 성능을 제공할 수 있다. 병든 조직(302)은 건강한 조직(303)보다 더 높은 전기 저항을 갖는 것으로 알려져 있다. 112A 및 112B와 같이, 단극 시스템에서 전극(112)들의 쌍을 이용함으로써, 조직 리모델링 에너지는 리모델링 구역이 생성될 수 있도록 건강한 조직(303), 병든 조직(302), 또는 이들의 조합을 바람직하게 통과할 수 있다. 임의 수의 전극(112)이 임의 수의 리모델링 구역을 생성하기 위해 상이한 패턴 또는 어레이로 사용될 수 있다. 발전기 및 제어 장치(101)는 일정한 전류, 일정한 전압, 일정한 전류를 인가하거나, 조직의 유형 및 소망의 치료 반응에 대하여 가장 유리한 일정한 온도를 생성하도록 변조할 수 있다.
풍선(200)은 도 2에 더 구체적으로 도시되어 있다. 풍선(200)은 일반적으로 팽창 루멘(201)에 결합된 근접부(202)와 가이드와이어 루멘(206)에 결합된 말단부(205)를 포함한다. 풍선(200)은 액체 또는 기체에 의해 팽창될 때 방사상 방향으로 확장한다. 일부 실시형태에 있어서, 풍선(200)은 조직(300)과 접촉하도록 여압되는(pressurized) 저압 풍선일 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 풍선(200)은 조직(300)을 가열하고 조직(300) 루멘을 팽창시키기 위해 더 높은 압력을 사용할 수 있는 혈관 성형 풍선일 수 있다. 풍선(200)은 방사상으로 확장된 팽창 구성으로부터 특히 사용후 제거를 위해 낮은 프로필 구성으로 풍선을 재구성하기 위해 폴드(fold)를 가진 연성 또는 비연성 풍선을 포함할 수 있다.
전극(112)은 풍선(200)의 표면상에 장착되고, 관련 도체(203)들이 전극(112)으로부터 가깝게 연장한다. 전극(112)들은 풍선(200)에서 많은 상이한 패턴 또는 어레이로 배열될 수 있다. 시스템은 에너지의 단극성 또는 쌍극성 응용을 위해 사용될 수 있다. 단극성 에너지를 전달하기 위해, 접지 전극은 접지 전극 패드와 같이 카테터(108) 샤프트에서 또는 환자의 피부에서 사용될 수 있다. 쌍극성 에너지를 전달하기 위해, 인접 전극(112)들이 축방향으로 옵셋되어 쌍극성 에너지가 인접 주변(축방향으로 옵셋된) 전극(112) 사이로 지향되게 할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 전극(112)은 풍선(200) 주위에 띠 모양으로 배열되어 쌍극성 에너지가 인접하는 말단 전극과 근접 전극(112) 사이로 지향되게 할 수 있다.
조직 감지 및 치료 에너지 선량의 선택적 전달
많은 실시형태에 있어서, 전극(112)들은 바람직하게 치료 결과를 달성하도록 목표 조직(300, 302, 303)을 평가하고 그 다음에 목표 조직을 치료하도록 동력이 공급될 수 있다. 예를 들면, 조직 징후(tissue signature)가 임피던스 측정치의 사용으로 조직 치료 영역을 식별하기 위해 사용될 수 있다. 도 3b에 도시된 것처럼, 루멘 내에서 원주 방향으로 이격된 전극(112)을 이용한 임피던스 측정치는 조직(300, 302, 303)을 분석하기 위해 사용될 수 있다. 인접 전극(112)들의 쌍들 간(및/또는 분리된 전극(112A~112D)들의 쌍들 간)의 임피던스 측정치는 전류 경로가 병든 조직(302)을 통과할 때, 및 전류 경로가 예를 들면 루미날 벽의 건강한 조직(303)을 통과할 때 다를 수 있다. 그러므로, 병든 조직(302)의 어느 한 쪽에서 전극(112)들 간의 임피던스 측정치는 건강한 조직(303)을 표시할 수 있다. 혈관내 초음파, 광학 코히어런스 단층촬영 등과 같은 다른 특징화를 이용하여 임피던스 측정치와 함께 또는 임피던스 측정치에 대한 대안으로서 치료 대상의 영역을 식별할 수 있다. 일부 예에서, 조직의 징후 및/또는 징후 윤곽이 사람마다 다르기 때문에 인근 조직들을 구별하기 위해 치료 대상의 조직(300, 302, 303)의 베이스라인 측정치를 획득하는 것이 바람직할 수 있다. 게다가, 조직 징후 및/또는 징후 윤곽 곡선이 정상화되어 다른 조직들 간에 관련 경사도, 옵셋 등을 확인할 수 있다. "목표 조직의 선택적 치료를 위한 조정된 RF 에너지 및 전기적 조직 특징화"라는 명칭으로 2006년 10월 18일자 출원한 미국 특허 출원 제60/852,787호 및 "목표 조직의 선택적 치료를 위한 조정된 RF 에너지 및 전기적 조직 특징화"라는 명칭으로 2007년 4월 4일자 출원한 미국 특허 출원 제60/921,973호에 개시된 임의의 기술들이 본 발명과 결합될 수 있고, 상기 미국 출원들은 여기에서의 인용에 의해 그 전체 내용이 본원에 통합된다.
발전기 및 제어 장치(101)는 약 0.001 와트 내지 약 50 와트의 전력 범위, 바람직하게는 약 0.25 내지 5 와트의 평균 전력 범위로 약 1초 내지 약 180초 동안, 또는 약 4 주울 내지 약 45 주울로 전극(112)들을 선택적으로 동력을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 더 높은 에너지 치료는 예를 들면 0.5 와트를 약 90초 동안 또는 약 0.25 와트를 약 180초 동안 행하는 것처럼 더 낮은 전력을 더 긴 지속기간 동안 행하여진다. 2 내지 4 와트 범위에서의 대부분의 치료는 약 1초 내지 약 4초 동안 수행된다. 만일 더 넓은 전극(112) 간격을 사용하면, 치료의 평균 전력 및 지속기간을 비율에 따라 늘리는 것이 바람직하고, 그 경우에, 평균 전력은 약 5 와트보다 더 높고 총 에너지는 약 45 주울을 초과할 수 있다. 마찬가지로, 더 짧거나 더 작은 전극 쌍(112A~112D)을 이용하면, 평균 전력을 비율에 따라 줄이는 것이 바람직하고, 총 에너지는 약 4 주울 미만으로 할 수 있다. 전력 및 지속기간은 심각한 손상을 야기하는 충분한 것 미만으로, 바람직하게는 특히 혈관 내에서 병든 조직을 제거하는 충분한 것 미만으로 되도록 눈금조정된다.
목표 조직의 바람직한 가열을 제공하고 부행 조직(collateral tissue)에 대한 가열을 제한하기 위한 적당한 전력 범위는 적어도 부분적으로 에너지가 인가되는 시간, 전극(112)(또는 다른 에너지 전달 표면)의 기하학적 구조 등에 의존할 수 있다. 먼저, 여기에서 설명하는 치료를 전극으로 조직에 인가할 때, 특히 여기에서 설명하는 범위 내의 전력을 인가할 때, 바람직한 범위를 벗어난 전압 및/또는 전류의 인가를 회피하기 위해 회로 내의 조직에 대한 양호한 부하 임피던스 범위가 있을 수 있다. 적당한 부하 임피던스 범위는 일반적으로 약 20 오옴 내지 약 4500 오옴의 범위, 더 전형적으로 약 40 오옴 내지 약 2250 오옴의 범위, 바람직하게는 약 50 오옴 내지 약 1000 오옴의 범위 내이다.
회로 내에서 조직의 부하 임피던스는, 전극의 기하학적 구조 및 극성이 회로 내에 포함된 조직의 기하학적 구조에 실질적으로 영향을 주기 때문에, 조직의 특성에, 및 예를 들면 조직에 연결된 전극의 기하학적 구조에 또한 의존할 수 있다. 에너지가 공급되는 조직은 약 0.2 지멘스/미터 내지 약 0.5 지멘스/미터의 범위에서 특수한 전도성을 가질 수 있다. 다른 유형의 병든 조직은 다른 범위의 특수한 전도성을 가질 수 있다. 즉 일부 유형의 병든 조직은 약 0.2 지멘스/미터 내지 약 0.35 지멘스/미터의 범위의 특수한 전도성 범위를 갖는 반면에, 다른 유형의 병든 조직은 약 0.35 지멘스/미터 내지 약 0.5 지멘스/미터의 범위 내의 특수한 전도성 범위를 가질 수 있다.
치료에 대한 바람직한 전력, 에너지 및 시간은 마찬가지로 상호 관련성이 있고, 적어도 전극(112)의 기하학적 구조와 또한 관련이 있다. 매우 일반적으로 말하자면, 장시간 동안 적용되는 낮은 전력 치료는 총 에너지가 비교적 높은 치료를 야기하고 단시간 동안 적용되는 높은 전력 치료는 낮은 에너지 치료를 야기하는 경향이 있다. 더 구체적으로 말하면, 비교적 낮은 평균 전력(1W 이하)에서, 치료당 총 에너지 전송은 약 8~45 주울의 범위일 수 있다. 높은 전력(1W 초과)에서, 치료당 총 에너지 전송은 약 4~15 주울의 범위일 수 있다. 만일 전극 간격이 2배로 되면 전력은 4배로 증가한다. 조직에 전송된 전력은 가끔 전력 및 에너지 밀도를 바람직한 범위 내에서 유지하기 위해 특수한 전극 구성으로 눈금조정 및 스케일될 수 있다. 예시적인 전력 범위는 예를 들면 약 1~5 와트이다. 낮은 전력 설정을 위한 지속기간은 전형적으로 약 1 초로부터 약 8 초까지 변화한다. 약 1 와트 미만의 매우 낮은 전력 설정은 약 10초보다 훨씬 더 긴 지속기간을 이용할 경우 또한 가능하다.
전극(112) 구성을 변화시킴으로써 전력 설정을 크게 조정하는 것이 또한 가능하다. 예를 들어서, 만일 전극(112)의 내부 엣지 대 엣지 간격이 증가하면, 조직의 체적이 약 4배 더 커지기 때문에 약 4배의 전력이 인가될 수 있다. 그래서, 여기에서 설명하는 예시적인 실시형태와 다른 전극 구성은 약 4~20 와트의 전력 범위 내에서 사용될 수 있다. 전극(112)의 단축, 및 그에 따라서 리모델링 구역의 체적의 단축 및 감소는 조직 부피에 인가하기에 적당한 전력의 크기에 역시 영향을 줄 것이다.
이러한 복소 집합의 관계를 정량화하기 위해서, 및 예시적인 장치가 동작할 수 있는 공간을 한정하기 위해서, 수 개의 이러한 파라미터의 안전한 값들 사이의 경험적 관계가 그래픽적으로, 표 형태로, 또는 수학적 관계에 따라 발생되고 제공될 수 있다. 특히 유리한 관계를 묘사하는 예시적인 수학식은 다음과 같다.
위 수학식에서 b는 0.2 내지 0.6 범위 내의 파라미터이고, x는 전극(112)의 내부 엣지 대 엣지 간격(밀리미터 단위)이며, L은 전극(112)의 길이(밀리미터 단위)(및 리모델링 구역의 대략적 길이)이고, 전력은 와트 단위이고, t는 시간(초 단위)이다. b는 (와트/㎣)*(초0.59)의 단위를 갖는다. 상기 수학식에 의해 묘사되는 범위의 예시적인 치료는 2초 동안의 4 와트, 3초 동안의 3 와트, 4초 동안의 2 와트, 및 12초 동안의 1 와트 등의 치료를 포함한다.
회로(400)의 눈금조정은 공지의 회로 부하(404)에서 3개의 측정치를 취함으로써 수행될 수 있다. 가장 바람직하게, 임피던스 ZρO는 약 1000Ω의 부하에서 취해지고, 임피던스 ZρS는 약 50Ω의 부하에서 취해지며, 임피던스 ZρL은 약 150Ω의 부하에서 취해진다. 이때 임피던스 ZρO, ZρS 및 ZρL을 계산하기 위해 발전기 및 제어 장치(101)에서 복소 전압 및 전류 측정치(도 8에서 800V&I)가 사용된다. 눈금 조정의 양호한 방법은 임피던스가 여기에서 예시되고 설명되는 것처럼 조직 특징화 및 치료 제어를 위한 수단을 제공하도록 조직의 치료 전에 또는 치료중에 임피던스의 정확한 실시간 측정을 가능하게 한다.
장치(100)의 눈금조정은 부착된 액세서리의 유형을 그 임피던스 특성에 따라 확인하기 위해 눈금조정을 반복함으로써 장치에 부착된 액세서리를 식별하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 예를 들면, 부착된 액세서리가 전극(112)을 추가로 포함한 카테터를 포함하는 도 1에서, 제공되는 전극(112)의 수는 발전기 및 제어 장치(102)에 커넥터(103)에 의해 작용적으로 부착된 카테터(108) 내에서 전극 회로(예를 들면 도 2에 도시된 전극(112) 및 도체(203))의 수의 다중화 감지에 의해 결정될 수 있다. 다시 도 1, 도 4, 도 8 및 도 16을 참조하면, 액세서리(100')(전형적으로 카테터(108)) 없는 발전기 회로(400)의 눈금조정 후에, 카테터는 발전기 회로에 부착될 수 있고(1603), 3개의 임피던스 측정치가 전체 장치(100)에 대하여 다시 취해질 수 있다.
바람직하게 눈금조정을 자동으로 다시 수행함으로써 다수의 장점이 얻어질 수 있다. 예를 들면, 회로(400)의 각종 요소와 같은 단일 서브컴포넌트보다 장치 어셈블리(100) 전체를 눈금조정함으로써, 부하(404)에서 취해진 임피던스 측정치는 부착된 액세서리와 상관없이 조직 특징화 및 전력 제어에 대한 정확한 표시자를 유지할 수 있다. 또한, 부착된 액세서리의 감지된 구성은 전극(112)의 다채로운 구성의 의존성이 여기에서 예시하고 설명하는 양호한 지속기간 및 에너지 전달 파라미터에 대응하도록 프로그램된 치료 루틴에 대응할 수 있다. 더 나아가, 부착된 액세서리의 미리 프로그램된 인식은 액세서리의 부적당한 사용 또는 양립하지 않는 부착물의 사용을 금지한다. 또한, 부착된 액세서리의 유형을 검출하는 능력은 다른 장비의 동작에 대한 간섭 또는 살균 중에 감퇴할 수 있는 무선 주파수 식별과 같은 다른 식별법과 관련된 복잡화를 회피하는 강하고 단순한 액세서리 식별법이 가능하게 한다. 더욱이, 자기 식별법은 사용자 명령의 필요성을 감소 또는 제거할 수 있고, 그에 따라서 사용의 용이성을 개선하고 사용자와 장치 간의 언어 장벽과 같은 이슈를 최소화한다. 또한, 그래픽 사용자 인터페이스(102)의 사용은 언어 의존성을 제거 또는 감소시키고 사용의 용이성을 증가시키는 추가 수단으로서 사용될 수 있다.
많은 실시형태에 있어서, 발전 및 제어 장치(101)는 전력 전달 목표(404)에서 측정된 임피던스 값의 범위 내에서 동작하도록 프로그램되어 시스템의 제한하는 위 또는 아래의 집합이 자동으로 셧다운(shut down)되도록 할 수 있다. 예를 들면, 장치(101)는 약 5 오옴 내지 약 1000 오옴, 더 양호하게는 약 50 오옴 내지 약 500 오옴의 부하 임피던스 범위에서 동작하도록 프로그램될 수 있고, 여기에서 범위의 하한은 건강하거나 조직에 반응하는 조직을 연상시키고 범위의 상한은 빈약한 전기 접촉 또는 조직의 파괴를 연상시킨다. 프로그램된 임피던스 제한은 바람직한 선량을 초과하는 위치에 대하여 비제어성 에너지 인가를 회피하는 추가 안전장치의 장점을 제공할 수 있다.
도 10 내지 도 13은 각각 도 1의 장치 어셈블리에 의해 제어되고 전달될 때 부드러운 가열(gentle heating)을 이용하는 전형적인 조직 치료의 전류, 임피던스, 전압, 위상각, 및 전극 전력 응답을 보인 것이다. 도 13에 있어서, 목표에서의 측정 전력은 발전기에서의 전력 출력과 비교하여 나타내었다.
여기에서 설명하는 혈관 치료 장치, 시스템 및 방법의 실시형태는 부드러운 또는 표준 확장과 함께 부드러운 가열에 의해 죽상경화성 질환을 치료하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 전극(112)이 위에 배치된 혈관성형 풍선 카테터 구조(108)는, 선택적으로 표준의 비가열성 혈관성형 확장 압력과 같거나 그보다 훨씬 낮은 확장 압력과 함께, 확장 중에 및/또는 확장 후에 혈관 벽에 전위를 인가할 수 있다. 약 10~16 기압의 풍선(200) 팽창 압력이 예를 들면 특수한 병소(lesion)의 표준 혈관성형 확장을 위해 적당한 경우에, 여기에서 설명하는 풍선(200) 위의 가요성 회로 전극(112, 203), 풍선 구조물(200) 위에 직접 배치된 전극(112) 등은 약 10~16 기압을 사용하거나 약 6 기압 이하, 아마도 약 1~2 기압만큼 낮은 기압에 의해 영향을 받을 수 있다. 이러한 적당한 확장 압력은 맥관구조의 질병 치료를 위해 여기에서 설명하는 조직 특징화, 조정된 에너지, 편심 치료 및 다른 치료 양태 중의 하나 이상의 양태와 결합될 수도 있고 결합되지 않을 수도 있다.
많은 실시형태에 있어서, 혈관의 확장 전에, 확장 중에 및/또는 확장 후에 추가되는 부드러운 가열 에너지는 확장 효과를 증가시키고 복잡화를 낮출 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 이러한 제어성의 풍선(200) 가열은 반동(recoil)의 감소를 나타내고, 임플란트의 단점 없이 스텐트형 확장의 장점들 중 적어도 일부를 제공한다. 가열의 잇점은 향상될 수 있고, 및/또는 혈관 외막층의 가열을 유해 응답 문턱치 이하로 제한함으로써 복잡화가 억제될 수 있다. 많은 경우에, 혈관 내막 및/또는 중막의 이러한 가열은 약 10초 미만, 가끔은 약 3초(또는 2초) 미만의 가열 시간을 이용하여 제공될 수 있다. 다른 경우에, 매우 낮은 전력이 더 긴 지속기간 동안 사용될 수 있다. 회로의 구동 전위를 목표 조직 위상각에 일치시킴으로써 목표 조직(300, 302, 303)에 대한 에너지(301)의 효율적인 결합이 바람직한 가열 효율을 향상시키고 전력 곡선 아래의 영역을 효과적으로 최대화할 수 있다. 위상각의 정합은 절대적일 필요가 없고, 특징화 목표 조직에 대한 완전한 위상 정합이 장점을 가질 수 있지만, 대안적인 시스템이 전형적인 목표 조직을 실질적으로 정합시키도록 적당한 전위를 미리 설정할 수 있고; 실제 위상각이 정확하게 정합되지 않더라도 목표 조직 내의 가열 국부화가 표준 전력 형태를 이용하는 것보다 훨씬 더 나을 수 있다.
리모델링은 가장 바람직하게는 RF의 형태이지만, 마이크로파 및/또는 초음파 에너지의 형태로도 전극(112) 등에 대한 에너지의 인가를 수반할 수 있다. 이 에너지는 예를 들면 취약성 플라그의 섬유성 막 또는 동맥의 내막층의 가열을 제한하는 목표 및/또는 부수 조직의 온도를 제한하도록 제어될 것이다.
일부 실시형태에 있어서, 포면 조직 온도 범위는 약 50℃ 내지 약 90℃이다. 부드러운 가열을 위해, 조직 표면 온도는 약 50℃ 내지 약 65℃의 범위일 수 있고, 보다 공격적인 가열의 경우에는 표면 조직 온도가 약 65℃ 내지 약 90℃의 범위일 수 있다. 벌크 조직 온도가 대부분 약 50℃ 내지 약 55℃ 이하에서 유지되도록 약 50℃ 내지 약 65℃ 범위의 조직 표면 온도 미만으로 내막층 또는 섬유성 막과 같은 다른 조직의 가열을 억제하면서 지질 울혈(lipid pool)의 용융을 포함하도록 취약성 플라그의 지질 풍부 울혈의 가열을 제한하는 것은, 그렇지 않은 경우에 재발협착증 등을 유발하는 면역 반응을 억제할 수 있다. 약 50℃ 내지 약 65℃ 사이의 비교적 약한 표면 온도는 더 큰 혈관강 및 개선된 혈류를 제공하도록 치료를 위해 치료 중에, 치료 직후에, 및/또는 조직의 가열 반응을 통한 치료 후 1시간 이상, 1일 이상, 1주일 이상, 또는 1개월 이상 후에 단백질 본드(bond)를 변성(denature)하고 파괴하기에 충분할 수 있다.
비록 여기에서 설명하는 방법 및 장치가 혈관의 조직 치료에 선택적이지 않지만, 장치(100)는 죽상경화증이 시간의 50% 이상, 및 아마도 경우의 75% 만큼(또는 그 이상)으로 혈관의 축에 대하여 편심으로 될 수 있기 때문에 동심 및 편심 죽상경화증의 치료를 위해 사용될 수 있다.
죽상경화증 물질의 리모델링은 죽상경화성 및 기타 플라그의 수축, 용융 등을 포함할 수 있다. 동맥의 층들 내의 죽상경화성 물질이 변성, 용융될 수 있고 및/또는 치료가 혈류를 개선하도록 동맥층들 내에서 죽상경화성 물질의 수축 및/또는 생물 활성 물질(bioactive)의 전달을 수반할 수 있다. 본 발명은 편심성 병변을 포함하는, 취약성 플라그 또는 취약성 플라그와 관계된 혈관의 치료와 관련하여 특수한 장점을 또한 제공할 수 있다. 본 발명은 캡을 두껍게 하고 플라그의 파열 위험성이 더 적게 되도록 캡 구조물의 약한 가열, 및/또는 지질 풍부 울혈을 리모델링, 변성, 용융, 수축 및/또는 재분배하도록 취약성 플라그의 지질 풍부 울혈을 가열하는 데에 또한 적용할 수 있다.
실질적으로 균일한 벌크 온도를 달성하기 위한 제어식 에너지 적용
이제 도 14a 내지 도 15b를 참조하면, 선량으로서 제어식 에너지 전달이 선택적 분산형 에너지 전달에 의해 벌크 조직에서의 실질적으로 균일한 온도 분포를 달성하기 위해 바람직하게 사용될 수 있다. 더 바람직하게, 조직은 고온에서 야기될 수 있는 조직의 손상을 회피하면서 단백질을 변성시키고 치료 반응을 촉진시키기 위한 충분한 높은 온도를 달성하기 위해 약 50℃ 내지 약 70℃의 범위 내에서 가열될 수 있다. 조직 온도의 조절은 열전쌍, 서미스터 등과 같은 수단을 이용한 직접 온도 측정을 통해 달성될 수 있다. 그러나, 장치를 단순화하고 인트라루미날 장치에 와이어 또는 다른 감지 하드웨어를 포함시킴으로써 야기되는 장치 외형의 잠재적인 증가를 회피하는 것이 유리할 수 있다. 본 발명은 정확한 에너지 선량을 전달하는 능력 및 전력 전달 지점에서 임피던스의 실시간 변화를 측정하는 능력을 소유하기 때문에, 균일한 온도 분포가 이러한 수단을 통해 또한 달성될 수 있다.
하나의 양호한 실시형태에 있어서, 조직 임피던스는 조직 온도 조건을 추론하기 위해 사용될 수 있다. 시간의 함수로서의 임피던스 변화, 또는 임피던스 기울기의 도함수(dz/dt)는 조직 온도의 변화를 감지하기 위해 사용될 수 있다. 구체적으로, 임피던스의 증가는 조직의 컨덕턴스가 조직의 냉각에 따라 감소되는 것으로 주어지는 조직 냉각을 시사한다. 반대로, 임피던스의 감소는 조직의 컨덕턴스가 조직의 가열에 따라 증가하는 것으로 주어지는 조직 가열을 시사한다. 그러므로, 실질적으로 일정한 조직 임피던스, 또는 제로와 대략 동일한 dz/dt는 전력 전달 지점에서 임피던스의 감지를 통한 일반적으로 균일한 온도 분포를 획득하는 수단으로서 사용될 수 있다.
분산형 에너지 전달은 평균 온도의 균일성을 획득하는데 추가로 원조하기 위해 바람직하게 사용될 수 있다. 예를 들면, 전극(112A~112L)은 풍선의 주변에 대하여 분산될 수 있다. 전극(112A~112L)은 쌍극 모드로 전력이 공급되고, 대안적인 전극 쌍은 제1의 순차적인 에너지 인가에서 모든 다른 전극 쌍이 다른 시구간 동안 다른 에너지 레벨로 전력이 공급되도록 전력이 공급된다. 제2의 순차적인 에너지 인가에 있어서, 제1의 순차적인 에너지 인가에 의해 발화(fired)되지 않은 전극 쌍이 전력을 공급받는다. 예를 들면, 50℃, 또는 60℃, 또는 70℃와 같이 특수한 온도를 달성하기 위해 전극 쌍에 대하여 전력을 공급하는 구성 및 순서는 경험적으로 결정될 수 있다. 벌크 조직에서 실질적으로 균일한 온도를 바람직하게 유지하기 위해 순차적인 선량의 형태로 에너지를 전달하는 지속기간은 조직 임피던스 측정을 통하여 제어될 수 있다.
전력을 공급하는 임의의 다양한 시간, 전력 공급간의 시간, 전력이 공급되는 전극들 간의 간격, 및 전달되는 총 에너지가 가열되는 조직의 특수한 성질에 기초하여 사용될 수 있지만, 도 14a에 도시된 하나의 양호한 실시형태는 약 4 와트로 약 1.5초 동안 하나 거른 전극 쌍에 순차적으로 전력을 공급하고, 그 다음에 약 4 와트로 약 1초 동안 이전에 전력이 공급되지 않은 전극에 순차적으로 전력을 공급함으로써 실질적으로 균일한 온도 분포를 보여주고 있다. 간격을 둔 순차적인 발화의 장점은 조직이 자연스럽게 가열되고, 유지되며 냉각을 시작해서, 선택적인 분산없이 전력을 인가하는 것에 비하여 높은 열 집중이 바람직하게 회피된다는 것이다. 초기의 전력 선량이 전달되면, 추가의 전력은 조직 임피던스 측정을 통하여 조절된 대로 인가될 수 있다. 도 14b에 도시된 다른 예시적인 실시형태에 있어서, 전력은 도 14a에서 설명한 것과 동일한 순차적인 방식으로 전달되지만, 제2의 순차적인 전력 인가는 약 30초의 중지(pause)를 따르고 제2의 순차적인 전력 인가의 지속기간은 약 1.5초로 증가될 수 있다.
다른 예시적인 실시형태에 있어서, 도 15a 및 도 15b에 도시된 것처럼, 아레니우스식(Arrhenius equation)에 의해 설명되는 것과 같은 누적된 손상 이론의 사용은 누적된 조직 온도 효과가 전력 선량 루틴을 구축하기 위해 사용될 수 있도록 에너지 선량을 수치적으로 예측하기 위해 사용될 수 있다. 약 5초 동안 약 4 와트로 하나 거른 전극 쌍들 간의 제1의 순차적 전력 전달은 이전에 전력이 공급되지 않은 전극 쌍에 대한 제2의 순차적 전력 전달로 이어질 수 있고, 여기에서 제2 시퀀스에서 각 전극 쌍에 대한 전력 레벨 및 시간 지속기간은 조직의 누적된 가열 및 냉각이 실질적으로 균일한 온도 분포가 달성되는 것을 고려하도록 위치에 따라 변할 수 있다. 예를 들면, 전극 쌍에 대한 정돈된 제2 동력 공급 시퀀스는 시퀀스의 제1 전극 쌍에 대하여 약 0.45초 동안 약 4 와트, 시퀀스의 제2 전극 쌍에 대하여 약 0.65초 동안 약 2.6 와트, 제3 전극 쌍에서 약 1.15초 동안 약 1.8 와트, 제4 전극 쌍에서 약 1.65초 동안 약 1.5 와트, 제5 전극 쌍에서 약 3.15초 동안 약 1.3 와트, 및 약 5초 동안 약 1.1 와트일 수 있다. 이 예에서, 누적 효과는 풍선의 외주변을 따라 12개의 전극이 분산된 풍선을 이용하여 약 60℃의 조직 온도를 바람직하게 발생할 것이다.
누적 손상 이론의 사용은 전력 선량 루틴이 소정의 조직 유형에서 소정의 온도를 달성하기 위해 특별하게 개발될 수 있도록 특징화 조직 반응 곡선에 기초하여 특수 유형의 조직에 대해 맞추어질 수 있다.
게다가, 실질적으로 균일한 분포에서 벌크 조직 온도를 유지하기 위해 손상 누적 모델을 사용하든지 또는 조직 임피던스 측정치를 사용하든지, 에너지 선량은 부분적으로 본 명세서의 앞에서 설명한 전극 구성에 따라 달라질 수 있다.
신경 활동을 수정하기 위한 에너지 적용
본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 있어서, 목표 선량으로 에너지를 전달하는 능력은 유리한 생물학적 반응을 달성하기 위해 신경 조직에 대하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 만성 통증, 비뇨기 장애, 고혈압, 및 각종의 다른 지속성 조건들은 신경 조직의 동작을 통하여 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 약물 치료에 반응하지 않는 만성 고혈압은 신동맥 부근에서 과도한 신경 활동을 못하게 함으로써 개선 또는 제거될 수 있는 것으로 알려져 있다. 신경 조직은 자연적으로 재발 특성을 갖지 않는 것으로 또한 알려져 있다. 그러므로, 신경 조직의 전도 경로를 파괴함으로써 과도한 신경 활동에 유리하게 영향을 주는 것이 가능하다. 신경 전도 경로를 파괴할 때, 이웃하는 신경 또는 기관 조직에 대한 손상을 회피하는 것이 특히 유리하다. 에너지 선량을 지휘하고 제어하는 능력은 신경 조직의 치료에 잘 적합된다. 에너지 선량을 가열하든지 제거하든지, 여기에서 예시하고 설명하는 에너지 전달의 정확한 제어는 신경 조직에 대하여 지향될 수 있다. 더욱이, 에너지의 지향성 적용은 전형적인 제거 프로브를 이용할 때 요구되는 정확한 접촉을 할 필요 없이 신경에 목표정하는데 충분할 수 있다. 예를 들면, 편심 가열은 제거를 야기하지 않고 및 루미날 조직의 피어싱을 요구하지 않고 신경 조직을 변성하기에 충분한 온도로 적용될 수 있다. 그러나, 전력 제어 및 발전 장치(101)에 의해 제어되는 정확한 에너지 선량을 이용한 삭마 프로브와 유사하게 조직을 피어싱하고 삭마 에너지를 전달하도록 본 발명의 에너지 전달 표면을 구성하는 것이 또한 바람직할 수 있다.
과도한 신경 활동의 감소를 수반하는 신장 고혈압의 예를 다시 참조하면, 도 3b는 신경 활동에 영향을 주도록 에너지를 지향시키는 비 피어싱, 비 삭마 방법을 설명하는데 사용될 수 있다. 신경 조직은 신동맥의 루멘을 둘러싸는 조직(300, 302, 303)의 일부 위치에서 위치될 수 있다. 풍선(200) 위의 전극(112)들은 영향을 받는 신경의 공지 방향으로 에너지(301)를 전달하기 위해 전력이 공급되고, 에너지 침투의 깊이는 에너지 선량의 함수이다. 더욱이, 장치(101)가 여기에서 예시하고 설명하는 것처럼 먼저 특징화하고 그 다음에 목표된 방식으로 조직을 치료하기 위해 사용되도록 신경 조직의 임피던스 특성을 결정하기 위해 경험적 분석을 이용할 수 있다. 에너지의 전달 및 조절은 누적된 손상 모델링을 또한 수반할 수 있다.
이해의 명확성을 위해 예로서 예시적인 실시형태를 상세히 설명하였지만, 이 기술에 숙련된 사람이라면 각종의 수정, 개작 및 변화가 가능하다는 것을 이해할 것이다.
Claims (55)
- 회로를 구비하고 조직의 치료를 위한 발전 장치에 있어서,
전력 증폭기에 작용적으로 결합된 직접 디지털 합성기(direct digital synthesizer; DDS)와;
신호를 제공하는 전력 출력 설정점 제어기와;
전력 전달 목표에서 임피던스를 측정하기 위해 전력 전달 목표에서 측정한 전압 및 전류 피드백을 수신하고 피드백에 기초한 신호를 제공하는 피크 유효 전력 센서와;
상기 전력 출력 설정점 제어기 및 상기 피크 유효 전력 센서로부터의 신호를 수신하도록 작용적으로 결합되고, 회로로부터의 전력 출력이 상기 전력 전달 목표에서의 측정 임피던스에 응답하여 전력 출력 설정점에 대한 범위 내에서 유지되도록 변조 전압 신호를 상기 전력 증폭기에 지향시키게끔 작용적으로 결합된 PID 제어기
를 포함한 발전 장치. - 제1항에 있어서, 상기 DDS와 상기 전력 증폭기 사이에 디지털-아날로그 변환기가 결합된 것인, 발전 장치.
- 제1항에 있어서, 에너지 출력은 RF 에너지인 것인, 발전 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전력 전달 목표는 조직을 포함한 것인, 발전 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 DDS, 상기 전력 출력 설정점 제어기 및 상기 피크 유효 전력 센서는 필드 프로그램가능 게이트 어레이를 포함한 것인, 발전 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전력 증폭기는 직렬로 작용적으로 결합된 가변 이득 증폭기 및 선형 전력 증폭기를 포함한 것인, 발전 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 전력 증폭기는 최대 출력 전압이 상기 전력 증폭기에 흐르는 전류에 의해 제어되는 선형 전력 증폭기를 포함한 것인, 발전 장치.
- 제7항에 있어서, 사용 중에 상기 선형 전력 증폭기로부터 상기 전력 전달 목표로 인가되는 출력 전압은 최대 이용가능한 출력 한계가 약 50 오옴(Ohm) 내지 약 500 오옴의 부하 임피던스 범위를 초과하는 RF 출력 전압을 포함한 것인, 발전 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 선형 전력 증폭기로부터의 최대 출력 전압은 상기 전력 증폭기 내에서의 전력 소산을 제한하는 것인, 발전 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 선형 전력 증폭기는 스위칭 모드 기술을 이용하여 상기 최대 출력 전압을 제어하는 것인, 발전 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 제어기는 PID 제어기를 포함하고, 상기 PID 제어기로부터의 변조 전압 신호는 상기 가변 이득 증폭기에 의해 수신되는 것인, 발전 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 피크 유효 전력 센서는 DDS를 포함하고, 전류 회로는 제곱근 및 역 탄젠트 게이트를 병렬로 또한 포함하며, 전압 회로는 제곱근 및 역 탄젠트 게이트를 병렬로 또한 포함하는 것인, 발전 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 피크 유효 전력 센서의 DDS는 저역 통과 필터를 이용하여 전압 출력을 갖고, 저역 통과 필터를 이용하여 전류 출력을 갖는 것인, 발전 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 전류 회로 및 상기 전압 회로의 역 탄젠트 게이트의 출력은 코사인 게이트를 통과하도록 작용적으로 결합된 것인, 발전 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전력 전달 목표로부터 상기 피크 유효 전력 센서로 인가되는 전압 및 전류 피드백은 각각 동상(in-phase) 및 구적(quadrature) 신호 성분을 포함한 것인, 발전 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 피크 유효 전력 센서로부터의 신호는 상기 전력 전달 목표에서 회로의 유효 전력 출력을 나타내는 것인, 발전 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제어기는 비례, 적분 및 미분 계산 모듈을 구비한 PID 제어기를 포함하고, 상기 모듈들은 상기 피크 유효 전력 센서 및 상기 전력 설정점 제어기로부터 신호를 수신하여, 변조 전압 신호가 설정점 부근의 범위 내에서 회로의 전력 출력을 조절하도록 생성되는 것인, 발전 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전력 출력 설정점은 약 0.001 와트(Watt) 내지 약 50 와트인 것인, 발전 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전력 출력은 최대 약 ±20%만큼 설정점에 대해 변조하는 것인, 발전 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전력 출력은 최대 약 ±10%만큼 설정점에 대해 변조하는 것인, 발전 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전력 출력은 최대 약 ±5%만큼 설정점에 대해 변조하는 것인, 발전 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전력 출력은 최대 약 ±2%만큼 설정점에 대해 변조하는 것인, 발전 장치.
- 전력 전달 목표의 치료를 위해 장치를 눈금조정하는 방법에 있어서,
낮은 제1 회로 부하에서 회로 임피던스를 측정하는 단계와;
높은 제2 회로 부하에서 회로 임피던스를 측정하는 단계와;
상기 제1 회로 부하와 상기 제2 회로 부하 사이에 있는 제3 회로 부하에서 회로 임피던스를 측정하는 단계와;
발전 중에 전체 회로 부하 임피던스의 실시간 변화의 측정이 장치의 전력 전달 목표에서의 임피던스의 변화를 나타내도록 상기 측정된 임피던스들을 이용하여 벡터 네트워크 분석으로 장치의 회로의 시스템 임피던스를 계산하는 단계
를 포함하고, 장치의 전력 출력은 전력 전달 목표에서 실시간 측정된 임피던스 변화에 기초하여 전력 출력 설정점에 대해 조절되는 것인, 장치 눈금조정 방법. - 제23항에 있어서, 전력을 눈금조정 및 보상할 목적으로 임피던스를 계산하기 위해 바이리니어(bi-linear) 변환을 사용하는 단계를 더 포함한 장치 눈금조정 방법.
- 제24항에 있어서, 상기 바이리니어 변환은 하나 이상의 회로 부하의 측정치로부터 유도된 상수를 이용하는 것인, 장치 눈금조정 방법.
- 제23항에 있어서, 하나 이상의 회로 부하의 측정치는 상기 전력 전달 목표에 전달된 전력을 보상하기 위해 또한 사용되는 것인, 장치 눈금조정 방법.
- 제23항에 있어서, 부착된 액세서리의 유형을 그 임피던스 특성에 기초하여 확인하기 위해 눈금조정의 단계들을 반복함으로써 장치에 부착된 액세서리를 식별하는 단계를 더 포함한 장치 눈금조정 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 전력 전달 목표는 조직인 것인, 장치 눈금조정 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 액세서리는 카테터를 포함한 것인, 장치 눈금조정 방법.
- 제29항에 있어서, 상기 카테터는 전극을 또한 포함한 것인, 장치 눈금조정 방법.
- 제30항에 있어서, 제공된 전극의 수는 장치에 부착된 카테터 내의 전극 회로의 수의 다중화 감지에 의해 결정되는 것인, 장치 눈금조정 방법.
- 조직의 치료를 위한 발전 장치에 있어서,
RF 전력 증폭기에 작용적으로 결합된 DDS와;
신호를 제공하는 RF 전력 출력 설정점 제어기와;
RF 전력 전달 목표에서 임피던스를 측정하기 위해 RF 전력 전달 목표에서 측정한 전압 및 전류 피드백을 수신하고 피드백에 기초한 신호를 제공하는 피크 유효 RF 전력 센서와;
상기 RF 전력 출력 설정점 제어기 및 상기 피크 유효 RF 전력 센서로부터의 신호를 수신하도록 작용적으로 결합되고, 회로로부터의 RF 전력의 출력이 RF 전력 전달 목표에서의 측정 임피던스에 응답하여 RF 전력 출력 설정점에 대한 범위 내에서 유지되도록 변조 전압 신호를 상기 RF 전력 증폭기에 지향시키게끔 작용적으로 결합된 제어기를 포함한 발전 장치. - 루멘 주변 조직의 편심 리모델링 치료를 위한 발전 및 제어 장치에 있어서,
RF 전력 증폭기에 작용적으로 결합된 DDS와;
신호를 제공하는 RF 전력 출력 설정점 제어기와;
루멘 주변에 대하여 임피던스를 측정하기 위해 조직에서의 전압 및 전류 피드백을 수신하고 상기 피드백에 기초한 신호를 제공하는 피크 유효 RF 전력 센서와;
상기 RF 전력 출력 설정점 제어기 및 상기 피크 유효 RF 전력 센서로부터의 신호를 수신하도록 작용적으로 결합되고, 회로로부터의 RF 전력의 출력이 상기 루멘의 주변에 대한 측정된 조직 임피던스에 응답하여 RF 전력 출력 설정점에 대한 치료 조직 리모델링 범위 내에서 유지되도록 변조 전압 신호를 상기 RF 전력 증폭기에 지향시키게끔 작용적으로 결합된 제어기를 포함한 발전 장치. - 제1항에 있어서, 상기 전력 전달 목표에서의 측정 임피던스가 약 50 오옴 내지 500 오옴의 범위 내에 있을 때 시스템 운영 소프트웨어가 발전을 제한하는 것인, 발전 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전력 전달 목표에서의 측정 임피던스는 상기 전력 전달 목표에서의 용량 및 저항을 결정하기 위해 사용되는 것인, 발전 장치.
- 피크 유효 전력을 계산하는 방법에 있어서,
비보정 전력을 계산하는 단계와;
전력 보정 계수를 계산하는 단계와;
피크 유효 전력을 획득하기 위해 상기 비보정 전력과 상기 전력 보정 계수를 승산하는 단계
를 포함한 피크 유효 전력 계산 방법. - 제36항에 있어서, 상기 비보정 전력을 계산하는 단계는, 전류 진폭을 계산하는 단계, 전압 진폭을 계산하는 단계, 및 상기 비보정 전력을 획득하기 위해 결과적인 진폭들을 승산하는 단계를 더 포함한 것인, 피크 유효 전력 계산 방법.
- 제36항에 있어서, 상기 전력 보정 계수를 계산하는 단계는, 동상 전압 신호와 구적 전압 신호 간의 위상각을 계산하는 단계, 동상 전류 신호와 구적 전류 신호 간의 위상각을 계산하는 단계, 및 전압 위상각과 전류 위상각 간의 차의 코사인을 취하는 단계를 더 포함한 것인, 피크 유효 전력 계산 방법.
- 피크 유효 전력을 계산하는 방법에 있어서,
순간 RF 전압을 측정하는 단계와;
순간 RF 전류를 측정하는 단계와;
피크 유효 전력을 획득하기 위해 상기 RF 전압에 상기 RF 전류를 승산하는 단계
를 포함한 피크 유효 전력 계산 방법. - 제39항에 있어서, 평균 RF 전력을 획득하기 위해 상기 계산된 피크 유효 전력을 시구간에 대하여 적분하는 단계를 더 포함한 피크 유효 전력 계산 방법.
- 조직에서 실질적으로 균일한 온도 분포를 얻기 위해 선량으로서의 제어식 에너지 전달 방법에 있어서,
복수의 에너지 전달 표면을 조직 부근에 배치하는 단계와;
순서화 방식으로 상기 복수의 에너지 전달 표면의 제1 부분에 전력을 공급함으로써 상기 조직에 에너지 선량을 인가하는 단계와;
순서화 방식으로 상기 복수의 에너지 전달 표면의 제2 부분에 전력을 공급함으로써 상기 조직에 에너지 선량을 인가하는 단계
를 포함한 에너지 전달 방법. - 제41항에 있어서, 조직 임피던스를 측정하고 상기 측정된 조직 임피던스가 대략 일정하도록 에너지를 인가함으로써 순차적 에너지 전달 및 조직 온도 분포를 제어하는 단계를 더 포함한 에너지 전달 방법.
- 제42항에 있어서, 상기 조직 임피던스는 조직 온도를 추론하기 위해 사용되고, 상기 조직 온도는 경험적으로 에너지 선량과 관계되는 것인, 에너지 전달 방법.
- 제41항에 있어서, 순차적 에너지 전달 및 조직 온도 분포의 균일성은 누적 손상 이론을 통해 결정된 에너지 선량에 기초를 둔 것인, 에너지 전달 방법.
- 제41항에 있어서, 복수의 에너지 전달 표면은 발전 및 제어 장치에 작용적으로 결합되고, 상기 발전 및 제어 장치는 전력 증폭기에 작용적으로 결합된 DDS와, 전력 전달 목표에서 측정되고 전력 전달 목표에서의 임피던스를 측정하기 위해 사용되는 신호, 전압 및 전류 피드백을 제공하는 전력 출력 설정점 제어기와, 상기 전압 및 전류 피드백을 수신하고 피드백에 기초한 신호를 제공하는 피크 유효 전력 센서와, 상기 전력 출력 설정점 제어기 및 상기 피크 유효 전력 센서로부터의 신호를 수신하도록 작용적으로 결합되고, 회로로부터의 전력 출력이 상기 전력 전달 목표에서의 측정 임피던스에 응답하여 전력 출력 설정점에 대한 범위 내에서 유지되도록 변조 전압 신호를 전력 증폭기에 지향시키게끔 작용적으로 결합된 PID 제어기를 포함한 것인, 에너지 전달 방법.
- 신경 활동에 영향을 주도록 편심적으로 목표정해진 에너지를 제어식으로 전달하는 방법에 있어서,
복수의 에너지 전달 표면을 내부에 신경이 포함된 목표 조직 영역 부근에 배치하는 단계와;
발전 및 제어 장치를 이용하여 목표 조직 영역에서 신경 신호의 전도를 영구적으로 파괴하기에 충분한 에너지 선량을 조직에 인가하는 단계를 포함하고, 발전 및 제어 장치는 전력 증폭기에 작용적으로 결합된 DDS와, 전력 전달 목표에서 측정되고 전력 전달 목표에서의 임피던스를 측정하기 위해 사용되는 신호, 전압 및 전류 피드백을 제공하는 전력 출력 설정점 제어기와, 상기 전압 및 전류 피드백을 수신하고 피드백에 기초한 신호를 제공하는 피크 유효 전력 센서와, 상기 전력 출력 설정점 제어기 및 상기 피크 유효 전력 센서로부터의 신호를 수신하도록 작용적으로 결합되고, 회로로부터의 전력 출력이 상기 전력 전달 목표에서의 측정 임피던스에 응답하여 전력 출력 설정점에 대한 범위 내에서 유지되도록 변조 전압 신호를 전력 증폭기에 지향시키게끔 작용적으로 결합된 PID 제어기를 포함한 것인, 에너지 전달 방법. - 제45항에 있어서, 상기 복수의 에너지 전달 표면 부근에서 조직의 임피던스를 측정하고 에너지의 인가를 신경의 위치까지의 근접성에 기초하여 에너지 전달 표면의 선택된 부분에 지향시킴으로써 신경의 위치를 특징화하는 단계를 더 포함한 에너지 전달 방법.
- 제45항에 있어서, 신경 신호의 전도성을 영구적으로 파괴하는 에너지 선량은 신경 조직의 전도 특성의 변성으로부터 야기되는 것인, 에너지 전달 방법.
- 제45항에 있어서, 신경 신호의 전도성을 영구적으로 파괴하는 에너지 선량은 신경 조직의 제거로부터 야기되는 것인, 에너지 전달 방법.
- 목표 조직의 치료를 위한 발전 장치에 있어서,
주파수 신호를 발생시키는 주파수 합성기와;
상기 목표 조직에 결합가능한 전력 출력에 주파수 합성기를 작용적으로 결합하는 전력 증폭기와;
상기 목표 조직으로부터 전압 및 전류 피드백을 수신하고 상기 목표 조직에서의 측정 임피던스를 출력하도록 구성된 전력 센서와;
상기 전력 센서를 상기 전력 증폭기에 결합하는 제어기
를 포함하고, 상기 제어기는 전력 설정점을 수신하는 입력을 구비하고, 주파수 신호당 상기 전력 증폭기로부터 상기 목표 조직으로의 전력 출력이 전력 설정점에 대한 범위 내에서 유지되도록, 전력 설정점 및 목표 조직에서의 측정 임피던스에 응답하여 변조 신호를 상기 전력 증폭기에 전송하는 것인, 발전 장치. - 제50항에 있어서, 상기 주파수 합성기는 디지털 주파수 합성기를 포함하고, 디지털-아날로그 변환기는 상기 주파수 합성기를 상기 전력 증폭기에 결합하는 것인, 발전 장치.
- 제50항에 있어서, 목표에 대한 에너지 출력은 RF 에너지를 포함한 것인 발전 장치.
- RF 시스템에 있어서,
제50항의 발전 장치를 포함하고 긴 카테터를 또한 포함하며, 상기 긴 카테터는 혈관 내로 전진하도록 구성된 말단부 및 근접 단부를 가진 긴 가요성의 카테터 몸체와, 상기 근접 단부에 결합되고 사용중에 상기 카테터가 상기 말단부 부근의 목표 조직에 출력을 제공하게끔 상기 출력에 결합하도록 구성된 커넥터를 포함하고, 상기 목표 조직의 측정 임피던스는 발전 장치 및 카테터 몸체의 임피던스와 무관한 것인, RF 시스템. - 목표 조직의 치료에 대비하여, 임피던스 측정 회로를 구비한 발전 장치를 포함한 RF 시스템을 눈금조정하기 위한 눈금조정 모듈에 있어서,
발전 장치를 목표 조직에 결합하기 전에 발전 장치에서의 낮은 회로 부하에 대응하는 제1 임피던스를 발전 장치의 임피던스 측정 회로로부터 수신하는 제1 입력과;
발전 장치를 목표 조직에 결합하기 전에 발전 장치에서의 높은 회로 부하에 대응하는 제2 임피던스를 발전 장치의 임피던스 측정 회로로부터 수신하는 제2 입력과;
발전 장치를 목표 조직에 결합하기 전에, 높은 부하와 낮은 부하 사이에 있는, 발전 장치에서의 중간 회로 부하에 대응하는 제3 임피던스를 발전 장치의 임피던스 측정 회로로부터 수신하는 제3 입력과;
목표 조직에 대한 전력 인가 중에 전체 회로 부하 임피던스의 실시간 변화의 측정에 응답하여 목표 조직에서의 임피던스 변화를 촉진하도록, 측정 임피던스를 이용하여 시스템 임피던스를 계산하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 상기 전체 회로 부하 임피던스는 발전 장치의 임피던스 및 목표 조직에서의 임피던스를 포함한 것인 눈금조정 모듈. - 제56항에 있어서, RF 시스템은 발전 장치를 목표 조직에 결합하는 카테터를 더 포함하고, 프로세서는 카테터를 발전 장치에 결합한 후에 및 카테터를 목표 조직에 결합하기 전에 발전 장치 및 카테터의 다른 시스템 임피던스를 계산하도록 또한 구성된 것인 시스템.
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