KR20170129685A

KR20170129685A - 문신 형성을 위한 자동화된 측정 및 제어 시스템

Info

Publication number: KR20170129685A
Application number: KR1020177020467A
Authority: KR
Inventors: 윌리엄 알. 래스만
Original assignee: 윌리엄 알. 래스만
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2015-12-30
Publication date: 2017-11-27
Also published as: IL253228A0; EP3240589A2; EP3240589A4; CN107206152A; WO2016109746A2; WO2016109746A3; US20180000419A1

Abstract

피부에 일시적인 또는 영구적인 표식을 생성하는 문신 또는 피부속으로의 안료의 침착은 심미적인 또는 실용적인 목적으로 실시되고 있다. 문신 장치의 인간 및 기계적인 제어가 문신 결과를 향상시키고, 작업자의 요구사항을 경감시킬 수 있는 제어 시스템에 연결된 센서들에 의해 확장될 수 있다.

Description

문신 형성을 위한 자동화된 측정 및 제어 시스템

관련 응용 프로그램과 상호 참조

2014 년 12 월 30 일자 미국가출원번호 62/097,926 및 2015 년 5 월 26 일자 미국가출원번호 62/166,266에 기재되어 있는 내용이 본 명세서에 참고로 인용되었다.

기술 분야

본 발명은 피부 가까이 절단된 모낭의 외관처럼 모방하기 위해 두피에 일시적 또는 영구적인 문신을 생성하기 위한 문신용 잉크의 토출에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 문신 장치에 의해 토출되는 문신용 잉크의 양 및 깊이를 모니터링하고 제어할 수 있는 문신 장치 및 문신 방법에 관한 것이다.

발명 배경

일반적으로, 문신 장치는 흔히 기호, 문자, 패턴, 또는 그림을 만들기 위해 안료를 피부 표면 아래에 안착시키도록 사용되는 장치이다. 전통적으로, 문신 공정은 다양한 바늘 디자인, 바늘의 수동 또는 모터 제어, 높은 수준의 작업자 기술을 사용한다. 개개의 모낭을 모방하는 두피 상의 문신은 특별한 기술과 도구를 필요로 하는 고유한 특성을 갖는 전통적인 문신 공정의 집합체이다.

사람의 두피에서 모발의 손실이나 두피의 손상을 위장하기 위하여 모공이나 짧은 모발의 외관을 가장하는 점묘법(stippling) 패턴에 의하여 두피 상에 문신을 형성하는 것은 비교적 새로운 기술로서, 두피 마이크로 색소침착법(Scalp Micro Pigmentation, SMP)이라 한다. SMP는 현재 1-6개의 바늘 사이를 수용될 수 있는 마이크로안료 도구에 의해 수행되며, 이는 1초당 100-200 사이클을 실행할 수 있다. 작업자는 상기 도구를 사용하여 두피에 각각의 표시를 만들어 전체 두피에 "점묘법효과"를 만들어 짧은 모발이나 모발 모양의 모낭과 비슷하게 만든다. 현재까지, 작업자는 하기의 3가지 동적 변수를 유지할 책임이 있다: (1) 두피에 대한 바늘의 입사각을 제어하도록 핸드 피스(hand piece)의 정확한 각도, (2) 두피 안으로 들어가는 바늘의 깊이를 조절하도록 핸드 피스에 가해지는 압력, 및 (3) 바늘이 두피와 접촉하는 시간 간격을 제어하도록 단일 영역에서의 핸드 피스의 시간 간격. 이 시간 변수는 바늘의 순환(사이클) 속도에 영향을 받는다. 즉, 상기 시간 간격은 바늘이 두피와 접촉하는 횟수로 볼 수 있다. 현재까지, 사이클 속도는 대부분의 경우 공정 초기에 한번만 조정되므로 동적 변수가 아니다. 전체 SMP 과정은, 두피가 동질적인 캔버스(canvas)가 아니라는 점을 인식한다면, 상당한 주의력과 집중력, 그리고 정밀한 타이밍과 미세하고 총체적인 운동 기술의 반복적인 사용을 필요로 한다.

인간의 두피는 SMP의 적용에 관심이 있는 2개의 기본층으로 구성된다. 가장 표면층인 제1 층은 표피이며, 그 두께는 대략 0.5mm에서 1.5mm 사이로 다양하다. 표피층에 침착된 안료 또는 잉크는 영구적인 것으로 간주되지 않는다. 주사 바늘은 두피의 제2 층인 진피층으로 가는 도중에 표피를 관통해야 하며, SMP의 영속성을 위해 그 진피에 안료 또는 잉크가 침착되어야 한다. 진피층은 균질하지 않고 그 경계는 비교적 두껍다. 이러한 차이를 고려할 때, SMP의 결과는 피부 진피층의 특정 위치(깊이)에 미세한 양의 안료 또는 잉크를 침착시키는 것에 달려 있다. SMP의 목표는 표피층 바로 아래의 진피 상부에 안료 또는 잉크를 안착시키는 것이다. 피부층은 동일한 개체에 대해 일관성이 없으므로 작업자는 두피 전체에 걸쳐 SMP를 균일하게 적용하는 것이 어렵고, 따라서 도구의 각도, 압력 및 타이밍과 같은 외부 제어 변수를 지속적으로 조정해야 한다.

문신 공정의 편의를 위해, 종래의 통상적인 문신 장치는 문신 바늘이 조정 가능한 속도 또는 초당 사이클, 통상 초당 100사이클의 범위에서 왕복 운동하도록 구성된다. 바늘이 진피에 실제로 침투하는 깊이와 시간은 실제로 작업자에 의해 제어되어 장치의 팁(tip)을 피부 표면에 밀어 넣고 직면한 저항을 수동으로 '느끼게' 된다. 따라서, 잉크를 토출하는 바늘 스트로크(stroke)의 수 및 깊이는 작업자가 피부 위의 위치를 넘어서 도구에 가해지는 시간 동안 적용되는 힘에 따라 변화한다

문신을 생성할 때 도구의 작업자는 다음 2가지 방법에 제한된다: 문신 잉크를 실제로 토출하는 동안의 "느낌" 그리고 문신의 결과를 평가하는 시각적인 피드백. 이 제한된 변수는 실제로 하기에 열기되는 수많은 인자에 따라 변한다:

피부의 정상 표면에 대한 바늘 각도(a)

스트로크 수(속도*시간 또는 n)

바늘 직경(0.20mm-0.4mm, 마이크론)

바늘 번호(1-9)

니들 패턴(선형, 방사형, 또는 원하는 패턴)

바늘 선명도(1 ~ 5의 눈금)

드웰(Dwell) (시간 마이크로초 또는 라디안)

깊이(d_needie, 0.5-3.0mm)

힘 또는 압력(F, 뉴턴)

잉크 점도(η,(N·s)/m²)

잉크 입자 크기(d, 중앙 직경, 나노미터)

잉크 스펙트럼 응답(λ, 반사스펙트럼)

잉크 농도(Ci, 부피당 잉크입자)

헤어 컬러(RGB 좌표)

스킨 톤(As, 전송 및 반사 기능스펙트럼)

표피 인성(표준점으로 관통하는 힘, Newtons kg-m-s^-2)

피부-경피 계수(E, (Pa 또는 N/m² 또는 m_-1 kg-s_-2))

피부-피하 지방 두께(t, 표피-피부 연결부에서 지방의 바닥까지의 mm)

피부의 국부온도(T)

피부 국소혈관(V)

문신에서, 잉크 깊이의 제어와 일관성은 매우 중요하다. 진피/표피 경계에서 상부 진피 내에 안료가 안착하는 안정된 문신을 만들기 위해, 바늘은 표피 바로 아래에 제어된 양의 문신 색소를 안착시켜야 한다. 피부와 두개골 사이의 전체 간격과 각 층의 상대적 깊이는 나이, 유전, 체중, 두피의 건강, 두피의 모발 양, 그리고 흉터의 존재에 따라 개인마다 다르다. 피부의 생체 역학/점탄성 거동은 개인에 따라 크게 다르며, 한 개인의 두피에서도 영역마다 크게 다르다. 더욱이, 두피의 모든 작은 영역은 두피의 근원적인 해부학적 구조의 윤곽, 결합 조직의 불규칙한 그물망, 지방 주머니, 모낭, 및 땀샘과 같은 구조, 밑에 있는 혈관계, 기타 흉터 및 과립을 포함하여, 이전의 수술이나 부상 여부에 따라 국소적인 변이를 가지고 있고, 이들은 두피의 해부학적 구조를 밀리미터 단위로 현미경적으로 변화시킨다.

문신 장치의 작업자는 오랜 경험을 통해 진행 상황을 확인하고 끊임없이 기술과 장비 설정을 조정하여 지속적인 피드백 과정을 유지하는 법을 배우게 된다. 작업자는 환자의 두피 각 지점에서 각 환자의 피부 해부학적 특성에 대한 '느낌'을 느끼게 되지만, 이는 신체적으로나 정신적으로 피로해지고 실패할 가능성이 높은 것으로 인식된다. 또한 작업자는 주변 지역을 청소하고 검사하는 것을 멈추지 않고 각 부위마다 토출되는 안료의 상태, 위치, 및 함량을 사전 대응할 수 없고, 그래서 작업 속도를 심각하게 감소시키고 있다. 작업자가 작업을 일시 중지하거나 작업을 확인하거나 산만해지거나 달리 중단되거나 피로해지면 결과의 일관성과 연속성을 얻을 수 없다. 일관성과 연속성은 다른 작업자가 동일한 환자를 작업할 때도 역시 어려운 무네이다. 작업자가 다른 작업자와 교대해야 하는 경우, 정보가 쉽게 전달되지 않아서 일관성에 영향을 미치기도 한다. 따라서, 동일한 환자에 대한 한 작업자의 결과가 다른 작업자의 결과와 다르게 나타날 수도 있다. 작업자가 이상적인 양의 안료를 이상적인 피부 깊이에 토출하고 이상적인 시간을 유지하는 것을 기대하는 것은 비현실적이다. 진피의 깊이는 개인에 따라 다르고 두피의 한 영역에서 다른 영역으로 다르며, 그리고 계속적으로 변화하는 미세한 국부적인 스케일에서 다르기 때문에, 깊이를 제어하는 깊이 게이지를 단순하게 설정하는 것은 효과적이지 못하다. 마찬가지로, 피부에서 체류시간(dwell time)에 대한 단일값을 설정하는 것이나 또는 스트로크 수를 설정하는 것도 비효율적이다. 또한 숙련된 작업자조차도 이러한 노력을 유지할 수 없으며 단일 환자의 두피에서 50,000개가 넘는 곳을 대상으로 정확한 작업을 반복할 수도 없다. 즉, 숙련된 작업자조차도 수천 개의 스폿(spot)이 각인되는 전체 두피에 일관된 SMP 패턴을 유지할 수 없다

너무 많은 사이클 동안 바늘을 표피에 남겨두면 표면에서 잉크가 새어 나오는 확장된 상처를 생기게 할 수 있다는 것이 관찰되었다. 문신 장치가 너무 오랜 시간 동안 상부 진피에 유지되거나 너무 많은 바늘 스트로크를 토출하거나 바늘이 진피 깊숙이 들어간 경우에는, 잉크가 불연속적인 잉크 점이 아니라 진피로 더 깊게 퍼지고 옆으로 확산되어 잉크가 확산되는 주변 조직이 나타나게 된다. 확산된 잉크의 아말감은 SMP의 성공적인 점묘법 결과가 아니다. 이러한 현상은 밀리초 단위로 발생하여 미세한 의식적 제어가 불가능하므로, 센서 및 자동화된 제어 시스템을 사용하는 것이 위에서 설명한 변수를 제어하는 가장 좋은 방법이다.

본 발명자가 인식하는 두피의 단일 이산 영역 또는 지점들을 문신하는 한 가지 관점은 각 지점에 안료를 토출하는 동안 '느낌'에 변화가 있다는 것이다. 핸드 피스로 피부 표면을 접촉할 때에는 핸드피스로부터 초기 저항이 존재하는데, 그것이 표피를 관통할 때 바늘이 표피 내로 그리고 표피를 통해 상부 지방 진피까지 들어가는 동안 작동자가 느끼는 진동은 감소한다. 이것은 바늘이 거칠고 은신처 같은 표피의 지점을 반복적으로 통과하기 때문이고, 바늘이 표피 내로 그리고 표피를 통해 진행됨에 따라, 상기 저항은 표피 내의 초기 구조 파괴, 이후의 장치의 각주기마다의 초기 구멍의 확장, 및 상처가 표피에 토출된 잉크에 의해 적셔지기 때문인 것으로 추측된다. 바늘(들)이 표피를 통과하여 상피에 들어가면 상당한 저항 감소가 나타난다.

바늘이 단순히 젖게 되면 바늘과 문신 헤드(tattooing head) 사이의 마찰이 건조할 때보다 더 적다는 것이 직관적으로 명백하다. 이것은 한번에 모터 운동에 대한 저항을 줄여 속도를 증가시키고 전기 저항과 전류 부하를 줄이며, 이 모든 것들은 전기적으로 그리고 음향적으로 감지할 수 있다.

제시된 제어 도식을 사용하여, 작업자의 주의를 더 이상 요구하지 않고, 이상적인 깊이와 추가적인 또는 더 적은 수의 스트로크를 필요에 따라 지속적으로 제공할 수 있다. 이제까지, 바늘 깊이는 인간의 접촉과 느낌에 의해 제어된다. 속도와 지속 시간은 조정할 수 있지만, 바늘 사이클 지속 시간은 고정되어 동적이지 않다. 바늘 관통 각도는 작업자에 따라 다르며 보통 60-90°사이이다. 국부적으로 온도를 조절하면 색소의 침투 및 통증 완화에 영향을 줄 수 있다. 차가운 피부는 혈액 흐름이 낮아 색소의 누출을 막아준다. 이제까지, 바늘 수는 3개가 최적으로 고정되어 있지만, 바늘 수가 동적으로 변할 수 있는 경우, 예를 들어 1 내지 3 바늘 사이를 전환하는 것이 이 기술분야의 진보일 것이다. 현재는 항박테리아 기반의 석유를 피부에 사용하는 것이 일반적이지만, 잉크에 스테로이드 같은 보조제를 추가하여 피부의 치유를 촉진시키는 것도 가능하다.

[비-특허 인용문헌]

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[인용 특허문헌]

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마테라(Matera)에게 특허된 미국특허 제6,685,719호: 방사선 의학 환자들을 마킹하기 위한 무균 잉크의 일회용 저장통을 이용한 외과용 문신 장치 및 방법.

언더우드(Underwood)의 문신 기술(Tattoo technology)이라는 미국특허 제6,550,356호: 무선 (발) 온-오프 스위칭을 갖는 무선 문신 바늘 바 파워 헤드.

미국특허 제6,282,987호: 표준 문신 바늘 바 파워 헤드에 대한 경미한 기계적 개선.

Becker에게 허여된 미국특허 제5,471,102호: 왕복된 경량 핸드 피스, 선형 구동 및 구형파 구동 펄스 방식.

Yacowitz에게 허여된 미국특허 제5,401,242호: 피부에 물질을 주입하기 위한 장치.

Tattooing assembly로 명명된 Yacowitz에게 허여된 미국특허 제5,054,339호는: 바늘로 잉크를 전달하기 위한 전기 펌프.

Chang에게 허여된 Eyebrow Tattooing machine 제목의 미국특허 제4,914,988호: 소형화 및 배터리 구동식.

Angres에게 특허된 영구적인 눈꺼풀 라이너를 적용하기 위한 미세 수술 방법에 관한 미국특허 제4,508,106호: 눈꺼풀 문신에 대한 수술 방법.

발명의 요약

본 발명의 예시적인 실시예는 표피의 기저부 층의 2mm 내에서 진피 상부에 위치하는 안료의 부피 조절과 함께 깊이 조절 문제를 다룬다. 따라서, 본 발명의 한 관점은 문신 장치가 작동하는 깊이 및 안료를 토출하는 스트로크 수를 감지하고 제어할 수 있는 문신 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 작업자가 문신 장치를 지시하고, 그 후 작업자의 손으로 고정된 힘으로 바늘을 피부에 가져 와서 단순히 "착지 및 토출(point and shoot)"하고, 바늘이 자동 정지될 때까지 제자리에 남아 있도록 한다. 문신 장치에 사용되는 작업자의 손은 일관된 지점(spot)을 얻기 위해 힘, 깊이, 및 스트로크의 수를 제어한다. 본 발명에서는 문신 시술자에게 최상의 결과를 얻기 위하여 "느낌"에 대한 모니터링이 필요하지 않으며 신속하게 움직이는 제거 동작도 필요하지 않다. 사이클을 제어하면 바늘들이 철회된 위치에 남도록 하여 피부의 추가 피어싱(piercing)을 방지하고, 작업자가 환자의 피부로부터 기구를 제거하고 다음 장소로 전진시킴으로써 다음 위치로 이동할 수 있게 한다.

본 발명의 중요한 관점은 직업병적인 상해의 위험성을 감소시키는 것이다. 문신 기술자, 특히 두피 마이크로-색소 침착( "SMP")과 같은 "점묘법" 패턴을 전문으로하는 사람들은 손목 관절 증후군과 같은 반복적인 스트레스 장애를 유발하는 것으로 알려져 있으며, 본 발명은 그러한 상해에 기여하는 손목 및 팔 움직임을 감소시킬 수 있다. 유사하게, 한 스팟(spot)의 시술완료 후에 바늘 이동을 멈추는 것은 조작의 듀티 사이클(duty cycle)을 최소화하는 추가적인 이점을 가지며, 손-팔-진동 증후군(HAVS)의 원인으로 가장 흔히 인용되는 50-150Hz 진동에 대한 작업자의 노출시간을 직접적으로 감소시키고, 파괴적인 기계적 또는 음향학적 간섭을 제공하여 진동에 대한 노출을 더욱 감소시킬 수 있다.

본 발명의 또다른 목적은 점묘법 문신(stippled tattooing) 공정에 익숙하지 않은 사람이 쉽게 사용할 수 있는 문신 장치를 제공하는 것이다. 또한, 물과 염화 물 또는 혈액과 점성 물질 또는 피각화 혈전(encrusting clot) 물질과 같은 서로 다른 물질의 습윤 거동은 바늘을 젖게 하는 것을 식별할 수 있는 저항 및 음향 댐핑(damoping)의 기울기를 포함한다. 이것은 바늘의 잉킹(inking)을 제어하고 팁의 청결도를 처리하는 주요 장점을 갖는다. 따라서, 작업자의 잉크 량에 대한 주의가 확실하게 완화될 수 있고, 축적된 재료에 의해 바늘이 오염되는 상황이 용이하게 검출될 수 있다.

본 발명의 또다른 관점은 문신 장치로 두피의 지방피지 하부층에 미리 결정된 양의 문신 잉크를 침착시키는 것을 제공하는데, 상기 장치는 (i) 바늘이 피부와 상호 작용할 때 바늘 피드백 신호의 변화(바늘이 피부에 들어가기 전이나 후에 해석될 수 있음) 및 (ii) 센서에 의해 관측될 때 바늘 위치의 변화(이 센서는 센서의 전기적 요소에 의해 유도되는 초음파, 빛, 열, 카메라, 전압, 또는 전류량일 수 있음)에 반응하는 깊이 센서를 포함한다.

(a) 바늘 깊이; (b) 바늘의 사이클 속도; (c) 바늘의 사이클 지속 시간; (d) 바늘의 관통 각도; (e) 경화 및 안정화를 위해 국부 작업영역 및 침착될 잉크의 온도; (f) 피부에 침투하는 바늘의 수; (g) 안정화 치유 화합물의 추가 전달, 및 (h)희망 효과를 위해 피부에서 잉크의 최적 전달을 제어하는 마이크로 프로세서가 구비된 센서를 제어한다.

도면의 간단한 설명

도 1은 간단한 전원 및 핸드피스를 포함하는 종래의 문신 장치의 개략도이다.

도 2는 만족스럽고 일관된 두피 색소 침착 결과를 나타내는 사진이다.

도 3은 일관성이 없는 점묘법의 크기 및 밀도를 포함하는 불만족스러운 결과를 나타내는 사진이다.

도 4는 진피/표피 경계에서의 섬유 아세포 내의 안료 입자의 조직학 이미지를 도시한다.

도 5는 진피로 확산된 안료 입자의 조직학 이미지를 나타낸다.

도 6은 문신 장치의 4 개의 요소로 구성된 제어를 위한 개략적인 구성도를 도시한다: 그 요소는 인체구조; 문신장치, 전기 음향센서 및 변환기; 및 처리 장치를 포함한다.

도 7은 본 발명 방법의 단계의 상을 도시한다.

발명의 상세한 설명

본 발명의 예시적인 한 구체예에 따르면, 주어진 시간과 제어된 깊이에서 안료 용액이 표피를 넘어 침투성 피부의 상부 진피로 침투하도록 문신용 바늘(들)을 피부 내로 순환시키는 문신 장치가 제공된다. 본 명세서에서는 안료 용액으로 언급되지만, 문신을 하기 위해 많은 상업적으로 이용가능한 잉크 및 안료가 존재한다는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 발명의 한 관점은 콜라겐 또는 콜라겐 생성 자극 화학 물질, 단백질 또는 기타 천연 생성 콜라겐 자극제와 같은 부가적인 보조제가 혼입될 수 있다는 것도 이해되어야 한다. 안료 용액은 추가적인 임상적으로 유익한 수준의 비타민을 함유할 수도 있다.

본 발명의 또다른 구체예에 따른 문신 장치는 몸체 내부에 모터 등의 기계적 구동부가 구비된 손잡이부를 갖는 본체부와 문신 안료를 토출하는 일련의 바늘들로 구성된다.

상기 문신 장치는 문신 바늘의 표피를 통한 순환으로부터 상부 진피로의 기계적 저항의 결과로서 다음의 입력값으로부터 바늘의 작동 상태의 변화를 검출할 수 있는 기계적, 전자적 및 음향적 감지 부재를 더 포함할 수 있다: 회전 및 위치 방향을 결정하기 위한 인코더로부터의 그리고 회전/주파수, 저항, 암페어, 전압, 역기전력(back-EMF) 속도, 무선주파수 방출, 및 음향 방출을 카운트하는 제로 또는 인덱스 또는 기준신호 인코더로부터의 신호. 이 인코더 입력값은 바늘이 피부의 생체 역학적 특성과 관련하여 바늘 움직임의 상대 저항을 결정하기 위해 주로 여러 센서가 함께 작동하도록 협력한다. 이 인코더는 자이로(gyros) 또는 가속도계와 같은 위치 감지장치를 사용하여 작업자의 방향을 설정할 수 있다.

이렇게 제공된 문신 장치의 바늘은 표피와의 접촉, 진피의 점탄성, 진피의 깊이, 및 잉크를 전달할 때 피부가 반복적으로 구멍이 뚫린 정도를 나타내는 주요 센서 역할을 한다. 상이한 조건에 직면하는 주기를 거치는 바늘의 각 스트로크는 기계적, 전기적, 및 음향 피드백의 특성 곡선을 생성하며, 주파수는 상이한 밀도의 재료 및 바늘상의 상이한 부분 드래그(fractional drag)와의 접촉에 의해 가변적으로 지연될 것이고, 이는 인코더에 의해 모니터링되고 분석될 수 있다. 모터는 오늘날의 문신 장치에서 일반적으로 상용되는 교류, 직류, 코일 등이 될 수 있다.

다른 구체예에서, 상기 문신 장치는 사람 작업자 대신에 로봇에 의해 조작 될 수 있다. 로봇 조작은 환자 두피 주위의 3축 이동이 가능한 로봇을 구비한 바람직한 구체예의 마이크로프로세서와의 통신을 통해 가능하다. 이러한 대안적인 구체예에서, 작업자는 환자의 머리 주위에 위치될 수 있는 스마트 로봇일 수 있다. 이러한 로봇 구체예에서, 상기 장치는 환자 머리를 스캔하여 전술한 요인에 기초하여 잉크를 토출하기 위한 적절한 방향을 결정할 수 있다.

본 발명의 처리 장치는 컴퓨터이거나, 필드 프로그래머블 게이트 어레이("FPGA") 같은 마이크로포로세서이고, 이는 작업자로부터 각각의 개별 환자의 신체를 위한 이상적인 기술을 학습할 수 있는 사용자 인터페이스 및 알고리즘을 갖추고 있으며, 이 처리 장치는 기계적 조정 및 전달을 포함한 문신 장치의 작동을 조정할 수 있고, 사이클의 임의의 지점에서 바늘 깊이를 적절한 위치에 유지하도록 본체부로부터의 전력 공급 및 기계적인 조정을 포함한다. 시중에서 판매되는 FPGA (Xilinx Field Programmable Gate Arrays)는 여러 특허를 보유하고 있으며, 매출과 기술 측면에서 프로그래머블 로직 분야의 확실한 시장 선도 제품이다.

바람직한 구체예에서, 본 발명의 방법은 사용자가 문신 장치를 먼저 지시하는 단계와, 문신 장치가 동작 매개 변수를 적응하여 조정하는 제1 단계로부터의 학습에 기초하여 절차의 지속 기간 동안 일관되게 원하는 결과를 얻도록 하는 단계의 두 단계로 구성된다. 예를 들어, 첫번째 샘플링 단계에서 작업자는 모든 매개 변수에 대한 작업자의 수동 제어와 성공에 대한 주관적인 판단을 활용하여 제한된 영역에서, 아마도 10 개의 사이트 또는 스팟에서, 통계적으로 의미있는 작은 샘플을 적용하며, 반면 문신 장치 인코더는 각 사이클마다 데이터를 수집합니다. 처리 장치는 바늘의 침투 깊이, 정확한 깊이에서의 스트로크 수, 및 스팟이 최적으로 배치된 정확한 순간에 피부에서 문신 바늘을 인출하는 포함하는 입력값을 분석한다. 이러한 입력값 학습 분야에서 잘 정립된 감독 학습 알고리즘에 의해 처리될 수 있다. 이것은 표준 또는 평균 상태 밖의 조건에 대한 필요한 적응 반응뿐만 아니라 환자의 피부에 대한 표준 또는 평균 상태를 문신 장치에 설정하고 가르친다. 전달 단계 동안, 문신 장치는 각 스폿의 전달 중에 인코더로부터 데이터를 수집하고 처리 장치가 학습한 것을 사용하여 바늘 스트로크의 속도 및/또는 힘 및 깊이와 스트로크 빈도를 조절하여 안료 용액을 최적의 위치에 토출한다. 또한, 바늘의 수 및 작동은 독립적으로 작동할 수 있다.

또한, 유사한 구동 감지 성능을 갖는 바늘 상태를 모니터링하기 위한 제2 음향 핑(ping) 발생기로서 기능하고, 또한 진동을 제공하여 주요 기계적 진동에 대한 상쇄 간섭을 생성할 수 있는 압전기 또는 소형 모터와 같은 진동 부재가 있을 수 있다.

따라서 첫번째 단계 후에 후속 두피 위치의 처음 몇 스트로크는 감지 및 분석에 사용되며 나머지 바늘 스트로크는 국소적인 두피 상태를 가장 잘 처리하도록 조정된다. 첫번째 단계 동안, 작업자의 입력값과 함께 이들 인자는 각 스폿의 문신의 제어를 허용한다. 예를 들어, 한 스폿이 두꺼운 표피 부위를 가지고 있다면, 바늘이 표피를 접촉시키고 관통하는 것처럼, 진폭 및/또는 주기에서 그리고 관통/인출 사이클의 지속 시간의 정상적인 완료 후의 정상적인 초기 스트로크에서 보다 더 큰 저항에 직면하게 될 것이다.

이 변경된 상태를 감지하면, 처리 장치는 다른 조건의 특성을 결정하기 위해 곡선에 맞출 수 있고, "정상" 주기의 차이 또는 섭동(perturbance)의 영역을 계산하고, 그에 따라 조정할 수 있다. 스트로크의 다른 단계의 지속 시간을 깊게 하거나 변경하기 위한 캠 팔로워(cam follower) 또는 조절가능한 깊이 플레이트와 같은 간단한 기계적 조정은 이 기술분야에는 존재하지 않지만, 기계공학 분야에서는 잘 알려져 있다. 바람직한 구체예에서, 부가적인 전력이 모터에 공급될 수 있거나, 전력 전달의 파형이 조정되어 보다 어려운 해부학 구조를 보상하기 위해 바늘의 속도를 증가시킬 수 있다. 바늘 사이클은 또한 표피에 대해 엄격한 수직 궤적이 아닌, 예를 들어, 피부 표면에 대한 바늘의 수직 침투 및 수축에서 약간의 변화를 갖는 측면에서 측면, 평면에서의 원형 또는 다른 패턴인 진동 운동을 포괄할 수 있다.

여기에 기술된 인코더는 상업적으로 이용가능한 수많은 유형의 센서에 국한되는 것이 아니라 본 발명의 문신 장치의 작동을 돕기 위해 개시된다. 온도 센서는 열전쌍, 저항-온도 감지기, 및 서미스터의 형태로 제공된다. 서미스터는 서미스터에 사용되는 재료가 일반적으로 세라믹 또는 폴리머이지만 저항 온도 검출기(RTD)는 순수 금속을 사용한다는 점에서 RTD와 다르다. 이들은 온도 반응도 또한 다르다. RTD는 넓은 온도 범위에서 유용하지만, 일반적으로 서미스터는 제한된 온도 범위, 일반적으로 -90°C~130°C에서보다 높은 정밀도를 달성한다. 적외선 센서는 적외선을 방출 및/또는 감지하여 환경의 특정 단계를 감지한다. 적외선 센서는 인간의 눈에는 보이지 않는 안료가 묻혀 있거나 또는 없는 진피 사이의 방사선 차이를 감지할 수 있다. 유사하게, 자외선( "UV") 센서는 입사된 자외선의 세기 또는 크기를 측정한다. 이 형태의 전자기 복사는 x-선보다 긴 파장을 갖지만 가시광선보다 여전히 짧다. 신뢰할 수 있는 자외선 감지를 위해 다결정 다이아몬드로 알려진 활성 물질이 사용되고 있다. UV 센서는 얼마나 많은 안료가 진피에 전달되었는지를 측정할 수 있다.

또다른 바람직한 구체예에서, 초음파 또는 감광성 변환기는 표피의 두께 및 밀도를 측정하여 표피 바로 아래의 피부 아래 지방과 구별할 수 있다. 바늘 그 자체는 피부의 모든 층의 주변 해부학과 관련하여 쉽게 감지될 수 있는 견고한 재료로 만들어질 것이다. 이 트랜스듀서는 문신 바늘이 서브-피부 공간으로 들어가는 정확한 지점까지 이 고체 바늘이 표피 내로 그리고 표피를 통과할 때 이들 고체 바늘을 측정한다. 안료가 피부 아래 공간의 지방보다 밀도가 높기 때문에, 안료를 일부 치수의 집합체로 만들 때 시각화할 수 있다. 안료가 표피 바로 아래의 피하 진피 공간에 퇴적됨에 따라, 안료는 피부 아래에 축적될 때 초음파 또는 광학 센서로 볼 수 있다. 초음파 및/또는 광학 센서는, 지방(물에 가까운 밀도를 가짐)과 물보다 높은 밀도를 갖고 음향 및/또는 빛 모두를 반사하는 분량의 금속 분자를 함유하는 안료 아말감(amalgam) 사이의 이러한 밀도 차이로 인해 피부 아래 공간에 침착된 안료 응집체의 물리적 치수를 측정할 수 있다. 바늘이 표피를 관통하는 지점과 색소 응집체의 크기를 측정함으로써, 이상적인 깊이와 응집체 크기가 결정되면 안료 침착을 막기 위한 정확한 피드백 신호를 얻을 수 있다.

오늘날 사용되는 안료에는 원조 미네랄 안료, 현대산업 유기안료, 몇가지 식물성 안료, 및 일부 플라스틱-기재 안료가 포함된다. 알레르기 반응, 흉터, 광독성 반응(즉, 빛, 특히 햇빛 노출로부터의 반응), 및 다른 부작용이 많은 안료로부터 있을 수 있다.

플라스틱-기재 안료는 매우 강렬하여, 많은 사람들이 이에 대한 반응을 보고했다. 블랙(자외선) 빛에 반응하여 빛을 발하는 몇 가지 안료가 있다. 이 안료는 치명적일 만큼 위험할 수 있는데, 일부는 안전할 수 있지만, 다른 것들은 방사성을 띠거나 또는 유독성을 띤다. 가장 오래된 천연 색소로는 미네랄과 카본블랙(인디언 잉크의 주요성분 중 하나)과 같은 것을 토양에서 얻는다. 천연 안료로 가장 많이 사용되는 미네랄 중 일부는 운모(진주빛 진주 분말), 운모 먼지, 및 진주 안료이며, 화장품 등급으로 FDA의 승인을 받았다. 천연 착색제는 물에 분산되는 이상적인 화장품용 안료이며, 약 1 티스푼의 착색제가 4 파운드의 비누를 쉽게 착색한다. 광범위한 비스무트 옥시클로라이드 및 액상 식품착색제가 화장품용 안료로서 광범위하게 사용된다.

그러나 비천연 안료는 천연 화장품 안료보다 강렬한 색을 나타내며 물에 분산되고 투명하며 비누와 잘 섞인다. 안료 블렌드는 이산화티탄과 FDA 승인 산화철, 산화철 갈색, 및 산화철 적색으로 제조된 노란색 안료 블렌드, 및 이산화티탄과 FDA 승인 철 황토, 산화철 갈색, 및 산화철 레드를 혼합한 적색 계열의 안료 블렌드를 포함한다.

안료 외에, 문신 잉크 이외는 담체를 포함한다. 담체는 단일 물질이거나 또는 혼합물일 수 있다. 담체의 목적은 색소를 액상 매트릭스에 고르게 분포시키고, 병원균의 성장을 억제하고, 안료 응집을 방지하고, 피부에 적용하는 것을 돕는 것이다. 액상의 매트릭스를 만드는 데 사용되는 가장 안전하고 가장 보편적인 성분은 다음과 같다:

* 에틸 알코올(에탄올)

* 정수된 물

* 하마메리스(witch hazel)

* 리스테린(Listerine)

* 프로필렌글리콜

* 글리세린(글리세롤)

주요 고려 사항은 화장용 안료가 일정 기간 산화되고 퇴색될 수 있으며 터치 업(touch up: 후손질)이 필요할 수도 있다는 점이다. 안료의 적용에는 항상 모양 선택, 기술 선택, 통증 및 부기 조절, 및 보존적 응용에 대한 철저한 지식이 포함되어야 한다.

아래 표에는 문신 잉크에 사용되는 일반적인 안료 색상이 나와 있다. 많은 잉크가 하나 이상의 색소를 혼합한다는 것을 알아야 한다.(http://chefni&t:r/.about.com/librarY/weekly/aal21602a.htm)

문신안료의 조성
색상	원료	비고
검정색	산화철 (Fe₃O₄) 산화철(FeO) 탄소 로그우드	천연 흑색 안료는 마그네타이트 결정, 분말 제트, 우스터 타이트, 뼈 블랙 및 연소시 발생하는 비정질 탄소(그을음)로 만들어진다. 블랙 안료는 일반적으로 인도 잉크로 만들어진다. 로그우드는 중앙 아메리카와 서인도 제도에서 발견되는 Haematoxylon campechianum의 심재 추출물이다.
갈색	황토	황토는 찰흙과 섞인 철(제2철) 산화물로 구성된다. 자연 황토는 황색이다. 가열에 의해 탈수하면 황토가 붉은색으로 변한다.
빨간색	시나바(HgS) 카드뮴 레드 (CdSe) 산화철 (Fe₂O₃) 나프톨-AS 안료	철 산화물은 또한 일반적인 녹으로 알려져 있다. 시나바 및 카드뮴 안료는 매우 독성이 있다. Naphthol red는 naptha에서 합성된다. 나프톨 레드는 다른 안료보다 반응이 적지만 모든 알레르기 반응이나 다른 반응의 위험이 있다.
주황색	디스아조디아릴라이드 및/또는 디스아조피라존 카드뮴 셀레노-설파이드	이들 유기물은 2개의 모노아조 안료분자의 응축으로 형성된다. 이들은 높은 온도 안정성과 내광성을 가진 거대분자들이다.
프래쉬	ochres (점토와 혼합된 산화철)
노랑색	카드뮴 옐로 (CdS, CdZnS) ochres curcuma yellow 디스아조디아릴라이드	Curcuma는 생강군의 식물 일명 tumeric 또는 CdZnS) curcurmin에서 파생된다. 반응은 일반적으로 밝은색을 얻기 위해 더 많은 안료가 필요하기 때문에 부분적으로 노란색 안료와 관련된다.
녹색	크롬 산화물 (Cr₂O₃)은 Casalis Green 또는 Anadomis Green이라고 불리는 산화 크롬 말라카이트 [Cu₂(CO₃)(OH)₂] 페로시아나이드 및 페리시아니드 납 크롬 모노아조 안료 Cu/Al 프탈로시아닌 Cu 프탈로시아닌	그린은 종종 황산 또는 페로시안화 칼륨(페로시안화물)(황색 또는 적색) 및 페로시안화철(ferric cyanide)(프로이센 블루)과 같은 혼합물을 포함한다.
청색	푸른 하늘색 짙은 청록색 Cu-프탈로시아닌	미네랄의 청색 안료에는 구리(II) 탄산염(아쥬라이트), 규산 알루미늄 실리케이트(청금석), 규산 칼슘 구리(기타), 기타 산화 코발트 알루미늄 산화물, 및 산화 크롬이 포함된다. 가장 안전한 염과 녹색은 구리 프탈로시아닌과 같은 구리염이다. 구리 프탈로시아닌 피막은 유아 가구 및 장난감 및 콘택트 렌즈에 사용하기위한 FDA 승인을 받았다. 구리 기반의 안료는 코발트 또는 울트라린보다 더 안정적이다.
보라색	망간 바이올렛(망간암모늄 피로포스페이트) 각종 알루미늄염 퀴나크리돈 디옥사진/카바졸	보라색 중 일부, 특히 밝은 마젠타는 빛에 장기간 노출되면 광 반응성이며 색상이 손실된다. 디옥사진과 카바졸은 가장 안정한 보라색 안료를 생성한다.
흰색	납 백색(탄산연) 이산화티탄(TiO₂) 바륨술페이트 (BaSO₄) 산화아연

다양한 안료는 상이한 양의 금속 안료를 가지며, 검출기 수단의 감도를 최적화하기 위해 초음파 및/또는 광학 안료 특성이 추가, 감소 또는 제거될 수 있는 것으로 이해된다.

전기 센서는 저렴하고 정확하며 많은 설계에서 쉽게 사용할 수 있다. 전기 센서는 전류, 전압 또는 전력으로 향하게 유도될 수 있다.

압전식 압력 센서는 급속히 변화하는 조건 하에서 작동하며 바람직한 구체예일 수 있다.

초음파 트랜스듀서는 피부의 두께와 밀도를 측정할 수 있다.

편광된 빛과 탈편광된 빛을 사용하여 혈관과 피부의 해부체를 시각화할 수 있다.

Claims

시술자의 두피 내의 선택된 위치의 상부 진피층에 안료를 전달하기 위해 안료를 저장용기로부터 바늘(들) 선단(tip)으로 이동시키도록 작동하는 하나 이상의 바늘을 포함하는 문신 장치에 있어서, 상기 바늘(들)이 상기 두피의 피부를 관통할 때 피부 특성의 변화를 동적으로 감지하기 위한 하나 이상의 센서를 포함하고, 상기 센서(들)는 상기 바늘(들) 팁이 상부 진피에서 선택된 위치의 상기 상부 진피층에 도달했음을 신호하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 문신 장치.
제1항에 있어서, 상기 센서는 전기적 신호, 압력, 온도, 음향, 또는 광학 신호 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 문신 장치.
제1항에 있어서, 하나 또는 복수개의 중공 또는 고체 코어 바늘을 포함하는 것을 특징으로 하는 문신 장치.
제1항에 있어서, 상기 바늘(들)의 침투 깊이 및 상기 바늘(들)의 체류 시간을 결정하기 위하여 상기 신호(들)에 응답하도록 작동하는 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 문신 장치.
제4항에 있어서, 상기 장치가 피부를 45도 또는 90도 각도로 관통하기에 적합한 것을 특징으로 하는 문신 장치.
제4항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는 선택된 위치에서 상기 상부 지방 상부 진피의 깊이에 상기 두피의 선택된 위치에 예정된 양의 안료를 토출하도록 상기 침투 깊이 및 체류 시간을 제어하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 문신 장치.
제3항에 있어서, 인간 또는 로봇 조작에 적합한 것을 특징으로 하는 문신 장치.
제4항에 있어서, 인간 또는 로봇 조작을 위해 적합한 하나 또는 다수의 중공 또는 고체 바늘을 포함하는 것을 특징으로 하는 문신 장치.
제4항에 있어서, 상기 장치는 엑츄에이터, 바늘 인젝터, 또는 가변속도 모터, 회전 캠, 및 상기 제1 신호 또는 마이크로프로세서 출력값에 응답하여 상기 하나 이상의 바늘을 연장시키도록 작동하는 바늘 연장에 대한 나사 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 문신 장치.
제1항에 있어서, 피부 속으로 침투한 바늘 깊이가 0.3mm 내지 4.0mm인 것을 특징으로 하는 문신 장치.
제1항에 있어서, 피부속에서의 바늘 체류 시간이 1.0초 내지 0.005초 사이인 것을 특징으로 하는 문신 장치.
제4항에 있어서, 복수개의 바늘 조립체를 포함하고, 상기 바늘 조립체 각각은 하나 이상의 바늘을 포함하고, 상기 마이크로프로세서는 상기 조립체 각각의 침투 및 체류 시간을 제어하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 문신 장치.
제1항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는 학습 알고리즘에 기초하여 안료의 정확한 토출을 미리 결정하기 위해 인간의 손으로부터의 느낌 또는 로봇 작업자에 의해 감지된 느낌으로부터의 피드백을 이용하는 것을 특징으로 하는 문신 장치.
문신 장치로써 피부를 통해 상부 지방 진피로 소정 양의 원료를 전달하는 방법으로, 상기 방법은,
1. 선택된 위치의 피부 속으로 제1항의 문신 장치를 전진시키는 단계;
2. 깊이 제한 신호에 대한 센서를 관찰하는 단계; 및
3. 상기 깊이 제한 신호가 발생할 때, 문신 장치에서 바늘(들)을 통해 안료를 전달하도록 문신 장치를 작동시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
문신 장치로써 피부를 통해 상부 지방 진피로 소정 양의 원료를 전달하는 방법으로, 상기 방법은,
1. 선택된 위치의 피부 속으로 제14항의 문신 장치를 전진시키는 단계;
2. 안료의 볼륨을 나타내는 압력, 전기적 신호, 온도, 음향 또는 광학 신호로부터 피드백을 위하여 센서를 관찰하는 단계; 및
3. 상기 볼륨 신호가 발생할 때, 동적으로 전달되는 볼륨을 제한하도록, 상기 문신 장치에서 바늘(들)을 통해 안료를 전달하도록 문신 장치를 작동시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제15항의 문신 장치로써 통해 피부를 통해 상부 지방 진피로 소정 양의 물질을 전달하는 방법으로서, 상기 방법은 1. 선택된 위치의 피부 속으로 제1항의 문신 장치를 전진시키는 단계; 2. 상기 센서(들)가 마이크로프로세서에 의해 처리되는 단계; 및 3. 마이크로프로세서가 바늘의 체류 시간 및/또는 바늘 깊이를 동적으로 제어하고 조절할 때, 상기 문신 장치에서 바늘(들)을 통해 안료를 전달하도록 문신 장치를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제16항의 문신 장치로써 통해 피부를 통해 상부 지방 진피로 소정 양의 물질을 전달하는 방법으로서, 상기 방법은 1. 선택된 위치의 피부 속으로 제1항의 문신 장치를 전진시키는 단계; 2. 상기 센서(들)가 마이크로프로세서에 의해 처리되는 단계; 및 3. 문신 장치의 바늘(들)을 통해 안료를 전달하기 위하여, 엑츄에이터, 바늘 인젝터, 또는 가변속도 모터, 회전 캠 팔로워, 및 (a) 상기 제1 신호에 주기적으로 응답하여 상기 하나 이상의 바늘(들)을 연장하고, 및/또는 (b) 상기 바늘 인젝터, 또는 가변속도 모터, 회전 캠 팔로워, 마이크로프로세서 출력값에 응답하여 상기 바늘에 대한 나사 조절부를 동적으로 조절하도록 작동되는 나사 조절부를더 포함하는 문신 장치를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제15항의 문신 장치로써 통해 피부를 통해 상부 지방 진피로 소정 양의 원료를 전달하는 방법으로서, 상기 방법은 1. 선택된 위치의 피부 속으로 제1항의 문신 장치를 전진시키는 단계; 2. 상기 센서(들)가 마이크로프로세서에 의해 처리되는 단계; 3. 상기 문신 장치에서 상기 바늘(들)을 통해 안료를 전달하기 위한 문신 장치를 작동시키는 단계, 및 4. 제17항의 시술자의 피부에 정확한 양의 안료를 전달하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 감지 신호 및 마이크로프로세서 출력값에 응답하여 0.5mm 내지 4.0mm 범위에서 바늘 깊이를 동적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 방법은 동적으로 (a) 1초 내지 0.005초 사이에서 바늘 체류 시간을 조절하여 (b) 특정 양의 안료를 전달하는 것을 특징으로 하는 시술자의 피부에 정확한 양의 안료를 전달하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 방법은 바늘을 (a) 45도에서 (b) 90도로 또는 (c) 45도 내지 90도 사이의 피부에 대한 바늘 각도로 조절하고, 압력신호, 전기신호, 온도신호, 음향신호, 광신호, 또는 마이크로프로세서의 출력값에 반응하여 피부속으로 안료의 전달을 변화시키도록 안료의 전달을 조절하는 것을 특징으로 하는 시술자의 피부에 정확한 양의 안료를 전달하는 방법.
제16항의 문신 장치로써 통해 피부를 통해 상부 지방 진피로 소정 양의 물질을 전달하는 방법으로서, 상기 방법은 1. 선택된 위치의 피부 속으로 제1항의 문신 장치를 전진시키는 단계; 2. 상기 센서(들)가 마이크로프로세서에 의해 처리되는 단계; 및 3. 안료의 전달을 변화시키기 위하여 (a) 인간의 손 또는 (b) 압력신호, 전기신호, 온도신호, 음향신호, 광신호, 또는 마이크로프로세서의 출력값에 반응하는 로봇에 의해 작동되는 문신 장치에서 바늘(들)을 통해 안료를 전달하도록 문신 장치를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제15항의 문신 장치로써 통해 피부를 통해 상부 지방 진피로 소정 양의 물질을 전달하는 방법으로서, 상기 방법은 1. 선택된 위치의 피부 속으로 제1항의 문신 장치를 전진시키는 단계; 2. 상기 센서(들)가 마이크로프로세서에 의해 처리되는 단계; 및 3. 상기 마이크로 프로세서가 안료의 정확한 전달을 미리 결정하도록 (a) 사람 손으로부터의 느낌 또는 (b) 로봇 작업자에 의해 감지된 느낌 또는 (c) 학습 알고리즘으로부터의 피드백을 사용하여, 문신 장치에서 바늘(들)을 통해 안료를 전달하기 위해 문신 장치를 작동시키는 단계로서, 추가로 안료의 양을 상부 지방 진피로 전달하기 위하여 압력신호, 전기신호, 온도신호, 음향신호 또는 광신호의 입력에 의해 조정되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.