KR20180095832A - 마이크로파 에너지를 전달하는 전기 수술 탐침 - Google Patents

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Abstract

복사 원위 팁의 기하학적 구조 및 재료를 적절히 선택하는 것을 통해, 예를 들어, 폐의 조직을 정밀하게 절제할 수 있는 소규모 국부적인 마이크로파 장을 제공하는 최소 침습 수술 기술에 사용하기 위한 전기 수술 기기. 상기 기기는 기기 코드 내에 형성된 전력 전달 구조물을 갖는 기관지 내시경과 함께 사용될 수 있다. 비전 시스템이 상기 에너지 전달 구조물에 포함될 수 있다. 상기 기기는, 유전체 팁 및 내부에서 길이방향으로 연장되는 원위 전도성 부분을 포함하는 복사 팁 부분으로 마이크로파 에너지를 운반하기 위한 동축 케이블을 포함한다. 상기 유전체 팁은 상기 동축 케이블 내의 유전체 재료보다 더 큰 유전 상수를 갖는다. 상기 디바이스의 상기 원위 단부는 국부적인 절제 량을 달성하기 위해 폐 종양 조직으로 마이크로파 에너지를 효율적으로 전달하는 것을 용이하게 하도록 설계된다.

Description

마이크로파 에너지를 전달하는 전기 수술 탐침
본 발명은 표적 조직을 절제하기 위해 마이크로파 에너지를 생물학적 조직으로 전달하는 전기 수술 탐침에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 탐침은, 예를 들어, 종양, 병변 또는 자궁 근종을 절제하고 천식을 치료하기 위해 폐 또는 자궁에서 사용될 수 있다. 탐침은 기관지 내시경 또는 카테터의 채널을 통해 삽입되거나 또는 복강경 수술 또는 개방 수술에서 사용될 수 있다.
특히 작은 결절이 발생할 가능성이 있는 말초 구역쪽 기관지 나무의 치수가 작은 것으로 인해, 폐 종양에 접근하는 것이 본질적으로 어렵다. 이로 인해 화학 요법(표적 약물, 항암제(화학 요법제)), 방사선 치료(전리 방사선 전달), 수술(침습적 및 최소 침습적), 및 RF/마이크로파 절제와 같은 많은 치료 옵션이 사용되었다. 외과적 절차는 폐 절제(하나의 폐의 제거), 폐엽 절제(엽 제거), 소매 폐엽 절제(부착된 기관지 부분과 함께 폐엽 절제술), 쐐기 절제술(폐의 쐐기 형상 부분의 제거), 및 분절 절제/분절 절제술(특정 폐 분절 절제술)을 포함한다.
폐 및 다른 신체 조직의 다양한 상태를 치료하기 위해 마이크로파 방사 탐침을 사용하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 폐에서 마이크로파 복사선은 천식을 치료하고 종양 또는 병변을 제거하는데 사용될 수 있다.
시장에 존재하는 기존의 마이크로파 절제 디바이스는 경피적으로 삽입되도록 설계되었다. 그러나 이러한 디바이스는 움직이는 폐 안에 경피적으로 위치하는 것이 어렵기 때문에 기흉이나 혈흉(흉막 내에 공기와 혈액이 각각 있는 것)과 같은 합병증을 유발할 수 있다.
탐침을 사용하여 표적 조직으로 에너지를 전달하는 것은 복사 부분을 표적 부위에 가깝게 위치시킬 수 있어서 표적 부위에 높은 비율의 전력을 전달할 수 있고 주변 건강한 조직에 더 낮은 비율의 전력을 상실하기 때문에 바람직하다. 이것은 치료의 부작용을 감소시킬 뿐만 아니라 효율성을 증가시킨다.
폐암 환자의 사망률을 줄이고 수술 중 및 수술 후 합병증 발생률을 줄이기 위해서는 최소 침습적 절차를 통한 효과적인 폐암 치료가 바람직하다. 탐침은 복강경 수술, 개방 수술 또는 기도와 같은 신체의 채널을 통해 조직으로 삽입될 수 있다. 최저 침습적인 방법은 신체의 채널을 사용하는 것이어서 이로 인해 수술 절차에 의한 환자의 부담을 덜어준다. 카테터 또는 기관지 내시경을 사용하여 기기를 표적 부위로 안내하는데 도와줄 수 있으며, 사용된 기구의 일부 예는 US2009/306644에 기재되어 있다.
US2014/046174에서, 마이크로파 절제 카테터는 환자의 기도를 통해 기관지 내시경에 의해 표적 부위로 전달되는 복사 구획을 갖는 것이 개시된다.
US2014/046174에서와 같이 원위 단부 상에 복사 부분을 갖는 동축 케이블 및 US2013/324995의 에너지 전달 디바이스와 같은 복사 부분에 다양한 설계가 사용될 수 있다.
가장 일반적으로, 본 발명의 일 양태는 폐의 조직을 정밀하게 절제할 수 있는 국부적인 마이크로파 장을 매우 소규모로 제공하는 최소 침습적 수술 기술에 사용하기 위한 전기 수술 기기를 제공한다. 이것은 복사 원위 팁(distal tip)을 위한 기하학적 구조 및 재료를 적절히 선택하는 것을 통해 이루어진다. 아래에서 보다 상세히 설명된 바와 같이, 본 발명의 다른 양태는 기관지 내시경의 기기 코드 내에 전력 전달 구조물을 통합한다. 본 발명의 두 양태는 치료 동안 피드백 정보의 풍부한 소스를 시술자에게 제공하기 위해 서로 조합하여 및/또는 조향 제어, 온도 감지 및 비전 시스템과 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 마이크로파 에너지를 폐 조직으로 전달하기 위한 전기 수술 기기로서, 상기 전기 수술 기기는 마이크로파 에너지를 운반하기 위한 동축 케이블로서, 상기 동축 케이블은 내부 전도체, 외부 전도체, 및 상기 내부 전도체와 상기 외부 전도체를 분리하는 제1 유전체 재료를 포함하는, 상기 동축 케이블; 및 상기 동축 케이블의 원위 단부에 배치되어 상기 동축 케이블로부터 상기 마이크로파 에너지를 수신하는 복사 팁 부분을 포함하고, 상기 복사 팁 부분은 상기 제1 유전체 재료와 상이한 제2 유전체 재료로 형성된 유전체 팁, 및 상기 유전체 팁 내로 길이방향으로 연장되는, 상기 내부 전도체의 원위 전도성 부분을 포함하고, 상기 제2 유전체 재료는 상기 제1 유전체 재료보다 더 큰 유전 상수(dielectric constant)를 갖고, 상기 복사 팁 부분은 조직 절제를 위해 국부적인 마이크로파 장을 복사하도록 배열된, 상기 전기 수술 기기가 제공된다. 따라서 상기 기기는 원위 단부에 유전 상수 부하를 갖는 동축 기반 디바이스이다. 상기 디바이스의 원위 단부는 국부적인 절제 량을 달성하기 위해 폐 종양 조직으로 마이크로파 에너지를 효율적으로 전달하는 것을 용이하게 하도록 설계된다. 결과적으로 국부적으로 열에 의해 유도되는 조직 손상(절제 영역)은 유전체를 가열한 결과 발생한다. 에너지를 전달하는 다른 방식이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 기기는 상기 마이크로파 에너지를 상기 생물학적 조직으로 전달하기 위해 동일 평면 상에 전송 라인의 마이크로 스트립을 형성하기 위해 상기 유전체 팁의 외부 표면 상에 배열된 전도성 재료를 포함할 수 있다.
상기 기기는 또한 무선 주파수(radiofrequency: RF) 에너지를 전달하도록 구성될 수 있다.
상기 유전체 팁의 효과는 상기 마이크로파 에너지의 파장을 감소시켜, 작은 기하학적 제약 조건에 기초하여 임피던스를 더 잘 정합하고 그 결과 절제 프로파일을 제어할 수 있게 하는 것이다. 예를 들어, 상기 동축 케이블 및 복사 팁 부분의 외부 직경은 1.9 mm 이하, 바람직하게는 1.5 mm 이하일 수 있다. 이 크기는 기기를 상업적으로 이용 가능한 기관지 내시경 기기 채널 아래로 끼우고 이 기기 채널에 의해 조작될 수 있게 한다. 아래에 설명된 바와 같이, 이 기기는 또한 기관지 내시경 기기 채널의 단부로부터 밖으로 연장될 때 기기를 조종할 수 있는 자체 조향 기구를 더 포함할 수 있다.
디바이스의 가요성(flexibility)을 유지하기 위해, 상기 유전체 팁의 축방향 길이는 3 mm 이하, 바람직하게는 2 mm 이하이다. 이것은 제2 유전체 재료가 특히 원위 단부에서 상기 기기의 가요성에 악영향을 미치지 않으면서 비교적 강성일 수 있게 한다.
상기 마이크로파 에너지는 단일의 안정한 주파수, 예를 들어, 5.8 GHz일 수 있다. 상기 제2 유전체 재료의 유전 상수는, 상기 마이크로파 에너지가 상기 유전체 팁으로 전파될 때 상기 유전체 팁의 축방향 길이가 상기 마이크로파 에너지의 파장의 무시할 수 없는 부분에 대응하도록 상기 마이크로파 에너지의 주파수에 기초하여 선택될 수 있다. 본 명세서에서, 무시할 수 없는 부분은 0.05 이상, 바람직하게는 0.06 초과일 수 있다. 이것은 상기 제2 유전체 재료가 적절한 파장 단축 효과를 제공하는 것을 보장할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제2 유전체 재료의 유전 상수는 80 이상이다. 예를 들어, 이산화티타늄이 상기 제2 유전체 재료로서 사용될 수 있다. 상기 마이크로파 에너지의 주파수에서 저손실인 PFTE 또는 임의의 다른 유전체가 상기 제1 유전체 재료에 사용될 수 있다.
상기 복사 팁 부분은 입력 임피던스를 조직 부하 임피던스에 정합시키기 위해 1/4 파장 임피던스 변환기로서 작용하도록 배열될 수 있다. 즉, 상기 임피던스 변환기 앞에서 전송 라인을 볼 때 임피던스 부정합의 효과가 보이지 않도록 상기 복사 팁 부분의 기하학적 구조가 선택된다.
상기 복사 팁 부분은, 상기 원위 전도성 부분의 근위 부분을 둘러싸고 상기 유전체 팁으로부터 상기 제1 유전체 재료를 분리하는 중간 유전체 요소를 더 포함할 수 있으며, 상기 중간 유전체 요소는 상기 제2 유전체 재료와 다른 제3 유전체 재료로 형성된다. 상기 제3 유전체 재료는 상기 제1 유전체 재료와 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 중간 유전체 요소의 기하학적 구조는 전술한 임피던스 정합 기능을 용이하게 하기 위해, 예를 들어, 시뮬레이션 등을 사용하여 선택될 수 있다.
상기 기기의 일 실시예는 예를 들어 적합한 전기 수술 발생기에 대한 인터페이스를 제공하기 위해 상기 동축 케이블의 근위 단부에 핸들을 포함하고, 상기 동축 케이블 및 복사 팁 부분을 운반하기 위한 폐쇄된 단부를 갖는 카테터/시스(sheath)를 포함할 수 있다.
국부적인 마이크로파 장은 예를 들어 상기 복사 팁 부분 주위에 실질적으로 구형일 수 있다. 상기 유전체 팁 내 상기 마이크로파 에너지의 파장을 단축시키면 상기 마이크로파 장이 근위쪽으로, 예를 들어, 동축 케이블의 길이 뒤로 연장하거나 신장하는 것을 방지할 수 있다. 마이크로파 장의 형상이 구형인 경우의 하나의 장점은 회전 불변이어서 기기 채널에서 기기의 배향을 제어할 필요가 없다는 것이다.
그러나, 일부 상황에서는 상기 복사 팁 부분의 모든 면에서 동일한 장이 필요치 않을 수 있다. 따라서, 상기 복사 팁 부분은 상기 마이크로파 장을 상기 복사 팁 부분의 일측으로 향하도록 배열된 장 형성 요소(field shaping element)를 포함할 수 있다. 상기 장 형성 요소는 유전체 층 및 전도성 재료 층을 포함하는 초크(choke)를 포함할 수 있다.
상기 장 형성 요소는 상기 마이크로파 장이 방사되는 측과 반대쪽 상기 유전체 팁의 외부 표면 측을 따라 길이 방향으로 연장되는 전도성 핑거(conductive finger)일 수 있으며, 상기 전도성 핑거는 상기 동축 케이블의 외부 전도체에 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 전도성 핑거는 상기 마이크로파 에너지의 대부분이 상기 복사 팁 부분의 일측으로부터 방사되는 것을 보장하도록 상기 장을 반사하는 반사기로서 작용한다. 상기 전도성 핑거는 상기 유전체 팁의 좁은 원주 부분에 걸쳐 연장되는 것이 바람직하다. 상기 전도성 핑거의 원주 치수가 좁을수록 상기 임피던스 정합 기능이 더 우수해진다.
상기 전도성 핑거는 상기 원위 전도성 부분을 넘어 연장되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 복사 팁 부분은 상기 유전체 팁의 원위쪽에 배치된 유전체 캡(dielectric cap) 및 원위 전도성 부분을 포함할 수 있으며, 상기 전도성 핑거는 상기 유전체 캡의 외부 표면을 따라 연장되고, 이에 의해 상기 전도성 핑거는 상기 원위 전도성 부분보다 상기 동축 케이블로부터 더 멀리 연장된다. 이러한 구성은 또한 임피던스 정합 기능을 향상시킨다. 상기 유전체 캡은 상기 제2 유전체 재료와 동일하지 않은 제4 유전체 재료로 형성된다. 상기 제4 유전체 재료는 바람직하게는 상기 마이크로파 에너지에 대해 낮은 손실을 나타내는 재료이고, 상기 제1 유전체 재료와 동일한 것일 수 있다. 따라서, 상기 제1 유전체 재료(즉, 동축 케이블 내의 유전체)는 (동축 케이블의 단부에서 외부 전도체를 위한 절연 장벽으로서 작용하는) 상기 제3 유전체 재료 및 (디바이스의 원위 팁을 형성할 수 있는) 상기 제4 유전체 재료와 동일한 것일 수 있다. 이들 모든 요소는 예를 들어 PTFE로 형성될 수 있다. 상기 제2 유전체 재료는 상기 제3 유전체 재료와 상기 제4 유전체 재료 사이에 샌드위치될 수 있고, 더 높은 유전 상수를 갖는다. 상기 제2 유전체 재료는, 예를 들어, 이산화티타늄으로 제조될 수 있다.
상기 전도성 핑거는 상기 동축 케이블의 외부 전도체의 연장부일 수 있다. 상기 전도성 핑거는 이에 따라 상기 유전체 팁 상에 고정될 수 있다. 이 예에서, 상기 기기는 복사되는 상기 마이크로파 장의 위치를 제어하기 위해 상기 기기 채널에서 회전할 필요가 있을 수 있다.
그러나, 다른 실시예에서, 상기 전도성 핑거는 상기 동축 케이블의 상기 외부 전도체 상에 장착되어 이에 전기적으로 연결된 전도성 슬리브의 원위 단부일 수 있으며, 상기 전도성 슬리브는 상기 전도성 핑거의 원주 방향 위치를 조절하기 위해 상기 유전체 팁에 대해 회전 가능하다. 이러한 배열에서, 전체 기기가 상기 기기 채널에서 회전 가능할 필요는 없다. 상기 전도성 슬리브만을 제어하면 한다. 상기 전도성 슬리브의 배향은 한 쌍의 안내 와이어 등에 의해 제어될 수 있다.
상기 전도성 슬리브는 다른 유형의 장 형성 요소를 제공하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 장 형성 요소는 상기 유전체 팁 위에 형성된 전도성 슬리브일 수 있으며, 상기 전도성 슬리브는 상기 마이크로파 장이 방사되는 측에서 내부에 형성된 복사 슬롯(radiating slot)을 형성한다. 상기 전도성 슬리브는 상기 복사 슬롯의 원주 방향 위치를 조절하기 위해 상기 유전체 팁에 대해 회전 가능할 수 있다.
상기 전도성 슬리브는 회전할 필요가 없다. 예를 들어, 상기 전도성 슬리브는 상기 유전체 팁의 상기 외부 표면 주위에 복수의 반경방향으로 오프셋된 복사 슬롯을 가질 수 있으며, 상기 복사 팁 부분은 상기 복수의 복사 슬롯 중 하나의 복사 슬롯만을 선택적으로 노출시키도록 동작 가능한 액추에이터를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 전도성 슬리브는 상기 유전체 팁의 양측에 한 쌍의 복사 슬롯을 가질 수 있다. 상기 액추에이터는 내부에 형성된 반경방향으로 오프셋된 (예를 들어 정반대쪽에) 절결부(cutout)를 갖는 길이 방향으로 슬라이딩 가능한 슬리브를 포함할 수 있으며, 상기 액추에이터는 제1 절결부가 상기 한 쌍의 복사 슬롯 중 제1 복사 슬롯을 노출시키는 제1 위치와, 제2 절결부가 상기 한 쌍의 복사 슬롯 중 제2 복사 슬롯을 노출시키는 제2 위치 사이에서 이동 가능하다. 상기 절결부와 복사 슬롯들의 상대적인 위치는 두 복사 슬롯들이 동시에 노출되지 않도록 선택된다. 예를 들어, 상기 절결부는 길이 방향으로 서로 오프셋될 수 있다. 이 예에서, 상기 한 쌍의 복사 슬롯은 동시에 노출되는 것을 피하기 위해 상이한 양만큼 측방향으로 정렬되거나 오프셋될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 액추에이터는, 예를 들어, 구형의 장이 복사될 수 있도록 두 슬롯들이 노출되는 제3 위치로 이동 가능할 수 있다.
상기 장 형성 요소는 상기 유전체 팁 상에 형성된 패치(patch) 안테나를 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 장 형성 요소는 동축 전송 라인의 접지 평면에 복수의 슬롯을 제공함으로써 형성된 누설 있는 슬롯 라인, 즉 복사 요소를 포함할 수 있다.
외부 시스는 예를 들어 생체 적합성을 제공하거나 및/또는 기기를 보호하기 위해 상기 복사 팁 부분 상에 형성될 수 있다. 상기 유전체 팁은 상기 폐 내부에서 상기 기기를 조작하는 것을 돕는 기하학적 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 디바이스의 원위 단부는 둥글 수 있는데, 예를 들어, 돔형 또는 반구형일 수 있다.
상기 기기는 상기 기기의 원위 단부를 시각화할 수 있기 위해 이미징 신호를 운반하는 이미징 요소를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 이미징 요소는 광섬유 다발을 포함하는 파이버내시경(fibrescope)을 포함할 수 있다. 상기 광섬유 다발은 0.3 mm 내지 0.5 mm의 직경을 가질 수 있으며, 조명 섬유와 검출 섬유를 모두 포함할 수 있다. 적합한 파이버내시경은 후지쿠라(Fujikura)사에 의해 제조되고 최대 10,000개의 픽셀을 갖는 이미지를 제공할 수 있다. 내부 전도체 및 원위 전도성 부분은 광섬유 다발을 운반하기 위한 채널을 형성하기 위해 중공일 수 있다. 대안적으로, 상기 광섬유 다발은 내부 전도체 및 원위 전도성 부분과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 섬유 다발은 상기 제1 유전체 재료 및 복사 팁 부분을 통해 연장될 수 있고, 외부 표면 상에 전도성 재료 층을 가질 수 있으며, 이에 의해 이것은 실제로 상기 동축 케이블의 내부 전도체 및 상기 원위 전도성 부분을 형성한다.
대안적인 실시예에서, 상기 이미징 요소는 상기 복사 팁 부분의 원위 단부에 장착된 이미지 센서, 및 상기 이미지 센서로부터 상기 기기의 근위 단부로 신호를 운반하기 위한 통신 케이블을 포함할 수 있다. 상기 이미지 센서는 CMOS 또는 CCD 기반일 수 있다. 상기 통신 케이블은 조명 신호를 운반하기 위한 하나 이상의 광섬유를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 이미지 센서는 초음파 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 전술한 배열과 유사하게, 상기 내부 전도체 및 상기 원위 전도성 부분은 상기 통신 케이블을 운반하기 위한 채널을 형성하기 위해 중공일 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 광섬유 다발 또는 통신 케이블은 상기 동축 케이블의 축으로부터 오프셋될 수 있다. 예를 들어, 상기 광섬유 다발 또는 상기 통신 케이블은 상기 동축 케이블과 나란히 이어지거나 또는 상기 기기를 둘러싸는 외부 시스 또는 카테터 내에 통합될 수 있다.
보다 양호한 이미지 해상도를 얻기 위해, 상기 기기의 원위 단부에 장착된 복수의 이미지 센서가 있을 수 있다. 복수의 광섬유 다발이 상기 이미지 데이터를 상기 기기의 근위 단부로 운반할 수 있다.
상기 기기는 상기 원위 단부에 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 따라서 상기 기기는 상기 기기의 원위 단부에서의 조건에 관해 추가적인 피드백을 제공할 수 있다. 상기 온도 센서는 상기 동축 케이블의 상기 외부 전도체 상에 장착된 열전쌍일 수 있다. 상기 열전쌍은 이와 함께 형성된 복수의 스터브(stub)를 가질 수 있으며, 상기 스터브는 상기 마이크로파 에너지와 동일한 주파수를 갖는 신호를 필터링하도록 배열된다.
대안적으로, 상기 온도 센서는 전술한 상기 이미징 요소와 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 온도 센서는 상기 단부의 원위 단부에 온도 감응 마이크로 기계 구조물을 포함할 수 있다. 상기 이미징 요소 또는 일부 다른 수단은 상기 온도 감응 마이크로 기계 구조물을 광학적으로 모니터링하여 상기 기기의 원위 단부에서의 온도 조건을 나타내는 정보를 유도하는데 사용될 수 있다.
상기 마이크로파 에너지는 펄스 방식으로 인가될 수 있다. 상기 마이크로파 에너지가 상기 온도 센서로부터 오는 응답 신호를 뒤덮어버리는(swamp) 것을 피하기 위해, 상기 마이크로파 에너지가 오프일 때, 즉 펄스 동작의 오프 기간에 있을 때 온도 측정이 이루어질 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 기기는 상기 마이크로파 에너지에 의해 야기된 상기 온도 센서로부터의 응답 신호 상의 잡음을 제거하기 위한 필터링 장치를 포함할 수 있다. 상기 필터링 장치는 상기 응답 신호로부터 더 높은 주파수 성분을 제거하도록 배열된 저역 통과 필터 및 공통 모드 주입 계측 증폭기를 포함할 수 있다.
전체 기기는 폐쇄된 단부 카테터 또는 외부 시스에 장착될 수 있다. 상기 외부 시스는 상기 복사 팁 구획의 움직임을 제어하기 위한 안내 와이어, 및 상기 기기의 원위 단부를 냉각시키기 위한 유체 중 임의의 하나 이상을 운반하도록 배열된 다중 루멘 카테터(multi lumen catheter)일 수 있다. 상기 기기의 움직임을 제어하기 위한 안내 와이어를 제공함으로써, 현재 치료할 수 없는 종양을 찾고 치료하기 위해 기관지 나무 내를 탐색하는 것이 가능할 수 있다. 상기 안내 와이어는 상기 외부 시스 내로 이어지거나 또는 상기 외부 시스와 일체형 부분으로 압출(extruded)될 수 있다. 하나의, 두 개의 또는 세 개의 안내 와이어가 사용될 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은, 마이크로파 에너지를 폐 조직으로 전달하기 위한 전기 수술 장치로서, 상기 전기 수술 장치는, 마이크로파 에너지를 발생시키는 발생기; 환자의 폐에 비경피적으로 삽입하기 위한 기관지 내시경으로서, 길이를 따라 이어지는 기기 채널을 갖는 상기 기관지 내시경; 및 상기 기관지 내시경의 기기 채널 내에 전술된 전기 수술 기기를 포함하고, 상기 동축 케이블은 상기 발생기로부터 마이크로파 에너지를 수신하도록 연결된, 상기 전기 수술 장치를 제공한다. 상기 발생기는 환자의 호흡 사이클에 맞춰 마이크로파 에너지의 펄스를 전달하도록 배열될 수 있다.
추가적인 양태에서, 본 발명은, 기관지 내시경으로서, 몸체; 및 환자의 폐에 비경피적으로 삽입하기 위한 가요성 기기 코드를 포함하고, 상기 기기 코드는 상기 몸체로부터 연장되고, 상기 몸체를 관통 형성된 길이 방향으로 연장되는 기기 채널을 갖고, 상기 몸체는, 마이크로파 에너지를 수신하도록 연결 가능한 전력 입력 포트; 및 상기 기기 코드의 원위 단부로부터 광 신호를 수신하도록 배열된 광학 포트를 포함하고, 상기 기기 코드는 상기 기기 채널 주위에 형성된 동축 전송 라인을 포함하며, 상기 동축 전송 라인은 상기 전력 입력 포트에 연결되고 상기 마이크로폰 에너지를 상기 기기 코드의 원위 단부로 운반하는, 상기 기관지 내시경을 제공한다. 이러한 양태에서, 상기 전력을 전달하는 수단은 상기 기기 채널을 통해 이어지는 동축 케이블로 전달되는 것과는 달리, 상기 기관지 내시경의 상기 기기 코드에 통합된다. 이것은 동일한 전체 기기 코드 직경 내에서 큰 동축 구조물이 사용될 수 있게 한다. 이에 따라 이것은 기기 채널의 손실을 줄이고 및/또는 다른 용도를 위해 공간을 확보할 수 있다.
상기 기관지 내시경은 상기 기기 채널의 원위 단부에 장착된 복사기를 가질 수 있으며, 상기 복사기는 상기 동축 전송 라인에 전기적으로 연결되어 이로부터 마이크로파 에너지를 수신하고 마이크로파 장을 방사한다. 상기 복사기는 예를 들어 상기 기기 코드로부터 돌출되고 복사 팁에서 끝나는 동축 케이블 구획을 갖는 전술한 바와 같은 전기 수술 기기일 수 있다. 상기 동축 전송 라인의 외부 직경은 상기 전기 수술 기기의 동축 케이블의 외부 직경보다 더 클 수 있다. 즉, 전체 전력 전달 구조물은 상이한 직경을 갖는 한 쌍의 동축 라인을 포함한다.
통합된 동축 전송 라인을 갖는 기관지 내시경은 다른 유형의 복사기와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 복사기는 팽창 가능한 벌룬(balloon), 반경방향으로 확장되는 튜브, 겸자 구조물, 및 패들(paddle) 구조물 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
상기 기기 채널(또는 기기 코드 내의 다른 전용 채널)은 치료 동안 상기 동축 전송 라인을 냉각시키기 위한 유체(예를 들어, 염수 또는 물과 같은 냉각제)를 수용하도록 배열될 수 있다. 따라서, 상기 몸체는 유체 입력 포트를 포함할 수 있으며, 상기 유체 입력 포트는 상기 기기 채널(또는 기기 코드 내의 다른 루멘)과 연통된다.
상기 몸체는 하나 이상의 안내 와이어에 연결된 제어 액추에이터를 포함할 수 있으며, 상기 안내 와이어들은 상기 기기 코드를 통해 상기 복사기까지 연장되며, 상기 제어 액추에이터는 상기 복사기의 움직임을 제어하기 위해 상기 기기 코드 내에서 상기 안내 와이어를 이동시키도록 동작 가능하다. 상기 안내 와이어는 상기 기기 채널을 통해 또는 상기 기기 코드 내 다른 전용 통로를 통해 연장될 수 있다.
상기 몸체는 조명 포트를 포함할 수 있고, 상기 기기 코드는 치료 구역을 조명하기 위해 조명 신호를 상기 원위 단부로 운반하기 위해 상기 조명 포트와 광학적으로 연통하는 하나 이상의 광학 채널을 포함할 수 있다. 상기 조명 신호는 상기 치료 구역이 상기 광학 포트(예를 들어, 아이 피스(eye piece))를 통해 보일 수 있게 하는 광학 복사선(예를 들어, 백색광)일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 조명 신호는 상기 치료 구역의 이미지들이 캡처될 수 있게 할 수 있다.
일 예에서, 상기 조명 신호는 분광 목적을 위한 것일 수 있다. 상기 조명 신호는 예를 들어, UV 레이저일 수 있다.
광원은 상기 조명 신호를 생성하기 위해 상기 몸체에 장착될 수 있다. 상기 광원은 LED 또는 할로겐 광원일 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은, 마이크로파 에너지를 폐 조직으로 전달하기 위한 전기 수술 장치로서, 상기 전기 수술 장치는, 마이크로파 에너지를 발생시키는 발생기; 및 전술된 기관지 내시경을 포함하고, 상기 전력 입력 포트는 상기 동축 전송 라인에 상기 마이크로파 에너지를 운반하기 위해 상기 발생기에 연결된, 상기 전기 수술 장치를 제공한다. 상기 발생기는 1% 내지 50%의 듀티 사이클로 상기 마이크로파 에너지를 펄스화하도록 배열될 수 있다.
본 명세서에서, 무선 주파수(RF)는 10 kHz 내지 300 MHz 범위의 안정된 고정 주파수를 의미할 수 있으며, 마이크로파 주파수는 300 MHz 내지 100 GHz 범위의 안정된 고정 주파수를 의미할 수 있다. RF 에너지에 대한 바람직한 스폿 주파수는 100 kHz, 250 kHz, 400 kHz, 500 kHz, 1 MHz 및 5 MHz 중 임의의 하나 이상을 포함한다. 마이크로파 에너지에 대한 바람직한 스폿 주파수는 915 MHz, 2.45 GHz, 5.8 GHz, 14.5 GHz 및 24 GHz를 포함한다.
본 명세서에서, "전도성"이라는 용어는 문맥이 달리 지시하지 않는 한 "전기 전도성"을 의미한다.
본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명이 사용될 수 있는 전기 수술 장치의 개략도;
도 2는 본 발명의 실시예에 사용될 수 있는 전기 수술 디바이스의 길이방향 단면도;
도 3은 본 발명의 일 실시예인 전기 수술 디바이스의 길이방향 단면도;
도 4는 본 발명의 일 실시예인 전기 수술 디바이스의 길이방향 단면도;
도 5a는 도 1의 전기 수술 장치 디바이스에 의해 생성된 복사선 흡수 패턴의 시뮬레이션의 길이방향 단면도;
도 5b는 도 1의 전기 수술 디바이스에 의해 생성된 복사선 흡수 패턴의 시뮬레이션의 축방향 단면도;
도 6은 도 3의 전기 수술 디바이스에 의해 생성된 복사선 흡수 패턴의 시뮬레이션의 길이방향 단면도;
도 7a는 도 4의 전기 수술 디바이스에 의해 생성된 복사선 흡수 패턴의 시뮬레이션의 제1 길이방향 단면도;
도 7b는 도 4의 전기 수술 디바이스에 의해 생성된 복사선 흡수 패턴의 시뮬레이션의 축방향 단면도;
도 7c는 도 4의 전기 수술 디바이스에 의해 생성된 복사선 흡수 패턴의 시뮬레이션의 제2 길이방향 단면도;
도 8a는 본 발명의 일 실시예인 전기 수술 디바이스의 길이방향 단면도;
도 8b는 도 8a에 도시된 전기 수술 디바이스의 제1 변형예의 개략적인 사시도;
도 8c는 도 8a에 도시된 전기 수술 디바이스의 제2 변형예의 개략적인 사시도;
도 9a는 본 발명의 일 실시예인 전기 수술 디바이스의 길이방향 단면도;
도 9b는 도 9a에 도시된 전기 수술 디바이스의 개략 사시도;
도 10a는 본 발명의 일 실시예인 전기 수술 디바이스의 길이방향 단면도;
도 10b는 도 10a에 도시된 전기 수술 디바이스의 제1 형태의 개략적인 사시도;
도 10c는 도 10a에 도시된 전기 수술 디바이스의 제2 형태의 개략적인 사시도;
도 11은 본 발명의 일 실시예인 통합된 전력 전달을 갖는 기관지 내시경의 개략도;
도 12는 도 11에 도시된 기관지 내시경의 기기 코드의 축을 따른 개략도;
도 13은 도 11에 도시된 실시예의 제1 변형예인 기관지 내시경의 기기 코드의 원위 부분을 통한 개략적인 단면도;
도 14는 도 11에 도시된 실시예의 제2 변형예인 기관지 내시경의 기기 코드의 원위 부분을 통한 개략적인 단면도;
도 15는 도 11에 도시된 실시예의 제3 변형예인 기관지 내시경의 기기 코드의 원위 부분을 통한 개략적인 단면도;
도 16은 도 11에 도시된 실시예의 제4 변형예인 기관지 내시경의 기기 코드의 원위 부분을 통한 개략적인 단면도;
도 17은 도 11에 도시된 실시예의 제5 변형예인 기관지 내시경의 기기 코드의 원위 부분을 통한 개략적인 단면도;
도 18은 도 11에 도시된 실시예와 함께 사용될 수 있는 원위 복사기를 통한 개략적인 단면도;
도 19는 도 18의 원위 복사기에 사용될 수 있는 계측 증폭기의 개략 회로도; 및
도 20은 도 18의 원위 복사기에 사용될 수 있는 저역 통과 필터의 개략도.
상세한 설명; 추가 옵션 및 환경 설정
도 1은 마이크로파 에너지 및 유체, 예를 들어, 냉각 유체를 침습성 전기 수술 기기의 원위 단부에 공급할 수 있는 전체 전기 수술 시스템(100)의 개략도이다. 시스템(100)은 마이크로파 에너지를 제어 가능하게 공급하기 위한 발생기(102)를 포함한다. 이러한 목적에 적절한 발생기는 전체 내용이 본 명세서에 병합된 WO 2012/076844에 기술되어 있다. 이 발생기는 전달하기에 적절한 전력 레벨을 결정하기 위해 기기로부터 되수신된 반사 신호를 모니터링하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 발생기는 최적의 전달 전력 레벨을 결정하기 위해 기기의 원위 단부에서 보이는 임피던스를 계산하도록 배열될 수 있다. 발생기는 환자의 호흡 사이클과 정합하도록 변조된 일련의 펄스로 전력을 전달하도록 배열될 수 있다. 이것은 폐가 수축되었을 때 힘 전달이 일어나는 것을 허용할 것이다.
발생기(102)는 인터페이스 케이블(104)에 의해 인터페이스 조인트(106)에 연결된다. 인터페이스 조인트(106)는 또한 주사기와 같은 유체 전달 디바이스(108)로부터 유체 공급 장치(107)를 수용하도록 연결된다. 필요한 경우, 인터페이스 조인트(106)는 하나 이상의 제어 와이어 또는 푸시 로드(미도시)의 길이 방향(전후) 움직임을 제어하기 위해 트리거(110)를 슬라이딩함으로써 동작 가능한 기기 제어 기구를 수용할 수 있다. 복수의 제어 와이어가 존재하는 경우 전체 제어를 제공하기 위해 인터페이스 조인트에 다수의 슬라이딩 트리거가 존재할 수 있다. 인터페이스 조인트(106)의 기능은 발생기(102), 유체 전달 장치(108) 및 기기 제어 기구로부터의 입력을 인터페이스 조인트(106)의 원위 단부로부터 연장되는 단일 가요성 샤프트(112)에 결합시키는 것이다.
가요성 샤프트(112)는 기관지 내시경(114)의 기기 (작업) 채널의 전체 길이를 통해 삽입 가능하다.
가요성 샤프트(112)는 기관지 내시경(114)의 기기 채널을 통해 기관지 내시경의 튜브의 원위 단부에서 (예를 들어, 환자 내부로) 돌출하도록 형성된 원위 조립체(118)(도 1에서는 축척대로 도시되어 있지 않음)를 갖는다. 원위 단부 조립체는 마이크로파 에너지를 생물학적 조직으로 전달하기 위한 활성 팁을 포함한다. 팁 구성에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다.
후술하는 원위 조립체(118)의 구조물은 종래의 조향 가능한 가요성 기관지 내시경과 함께 사용하도록 특별히 설계될 수 있으며, 여기서 원위 조립체(118)의 최대 외부 직경은 2.5 mm 이하, 바람직하게는 1.9 mm 미만 (보다 바람직하게는 1.5 mm 미만)이고, 가요성 샤프트의 길이는 1.2m 이상일 수 있다.
전술한 장치는 기기를 도입하는 하나의 방법이다. 다른 기술도 가능하다. 예를 들어, 기기는 카테터를 사용하여 삽입될 수도 있다.
본 발명은 마이크로파 에너지를 조직, 특히 폐에 전달할 수 있는 기기를 제공하고자 한다. 부작용을 줄이고 기기의 효율을 최대화하기 위해 전송 안테나를 가능한 한 표적 조직에 가깝게 배치해야 한다. 이상적으로는, 기기의 복사 부분은 치료 동안 종양의 내부(예를 들어, 중심)에 위치된다. 폐 내의 표적 부위에 도달하기 위해, 기기는 기도를 통해 성대와 같은 장애물 주변으로 안내되어야 한다. 이것은, 기기가 이상적으로는 가요성이고 단면이 작다는 것을 의미한다. 특히, 기기는 좁고 감길 수 있는 세기관지(bronchiol)를 따라 조향될 필요가 있는 안테나 부근에서 매우 유연해야 한다. 또한 안테나의 부품들이 강성일 때 안테나가 좁은 위치에서 적절히 작동하고 기기의 가요성을 증가시킬 수 있도록 가능한 한 기기의 안테나 부분의 크기를 줄여야 한다. 아래에 설명된 바와 같이, 이 기기는 직렬로 배열된 2개의 동축 전송 라인을 포함할 수 있고, 여기서 근위 동축 전송 라인은 원위 동축 전송 라인보다 더 큰 외부 직경을 갖는다. 근위 동축 전송 라인의 외부 직경은 2 mm 이상일 수 있고, 원위 동축 전송 라인의 외부 직경은 1.5 mm 이하일 수 있고, 예를 들어, 1.2 mm일 수 있다. 근위 동축 전송 라인은 가요성 샤프트의 대부분을 따라 연장될 수 있다. 예를 들어, 근위 동축 전송 라인은 1m의 길이를 가질 수 있고, 원위 동축 전송 라인은 0.3m 이하의 길이를 가질 수 있다. 이러한 배열은 근위 동축 전송 라인이 너무 뜨거워지지 않고 더 많은 마이크로파 전력이 조직으로 전달되는 것을 보장할 수 있다.
케이블이 원치 않게 가열되는 것을 피하는 또 다른 방법은 마이크로파 에너지를 펄스 방식으로 전달하는 것이다. 일례에서, 마이크로파 에너지는 9%의 듀티 사이클(duty cycle)로 전달될 수 있는데, 예를 들어, 10 ms 온(ON) 부분 및 100 ms 오프(OFF) 부분으로 구성된 110 ms 주기로 전달될 수 있다. 듀티 사이클은 9% 미만일 수 있는데, 예를 들어, 5%일 수 있다.
케이블이 가열되는 것은 또한 냉각 유체를 제공함으로써 완화될 수 있다.
마이크로파 복사선을 표적 부위에 전달하기 위한 케이블은 저손실이어야 하고, 작은 단면을 가져야 하고 유연해야 한다. 케이블은 치료 동안 가열되는 것을 피하기 위해 저손실이어야 하며 안테나로부터 원하는 복사선을 생성할 수 있도록 원위 단부에 충분한 전력이 있어야 한다.
사용할 때 밀봉된 기관지 내시경, 카테터 또는 다른 보호 시스를 사용하는 것에 의해 케이블이 신체로부터 분리되지 않는 경우 신체와의 원치 않는 상호 작용을 피하기 위해 케이블은 생물학적으로 비활성 재료로 만들어져야 한다.
바람직한 케이블 유형은 외부 전도체에 의해 축방향으로 둘러싸인 유전체 시스에 의해 축방향으로 둘러싸인 내부 전도체로 구성된 동축 케이블이다. 이러한 케이블로 제조된 안테나의 복사 부분은 내부 전도체 구획과, 동축 케이블의 외부 전도체의 단부로부터 돌출된 유전체 시스로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명은 잘 한정된 복사 패턴을 갖는 안테나를 제공하고자 한다. 시술자는 표적 조직에서 복사선이 최대화되고 건강한 조직에서 복사선이 최소화되도록 조직의 특정 영역을 치료하기 위한 기기를 선택할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 일부 상황에서는, 조직의 영역에 의해 수신된 복사선의 양이 시술자에 의해 보다 용이하게 제어될 수 있도록, 실질적으로 균일한 전력 흡수 분포를 갖는 대체로 구형인 대칭 복사 패턴을 생성하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 다른 상황에서는 또한 기기의 다른 면에 있는 건강한 조직에 불필요한 복사선이 가해지는 것을 피하기 위해 복사선을 기기의 일측으로 제한하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 치료를 위해 기기가 위치된 기도의 일측에만 표적 조직이 있을 때 이러한 구성이 사용될 수 있다.
또한 시술자가 표적 부위로부터 정보를 수신할 수 있도록 다른 기기와 함께 기기를 동작할 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 기관지 내시경은 성대와 같은 장애물 주위에서 기기를 조향하는 것을 도와줄 수 있다. 다른 기기는 온도계 또는 카메라를 포함할 수 있다.
이하의 설명에서, 달리 언급되지 않는 한, 구성 요소의 길이는 동축 케이블의 길이방향 축과 평행한 방향의 치수를 나타낸다.
도 2는 조직 절제 안테나(10)를 형성하는 동축 케이블의 축을 따라 취해진 길이방향 단면도이다. 조직 절제 안테나는 복사 부분(12)을 포함한다. 내부 전도체(14)는 외부 전도체(18)에 의해 반경방향으로 둘러싸인 유전체 시스(16)에 의해 반경방향으로 둘러싸인다. 내부 전도체(14)와 절연 시스(16)는 외부 전도체(18)의 원위 단부(19)를 넘어 연장되고, 내부 전도체와 절연 시스의 돌출 구획이 복사 부분(12)을 형성한다. 이 예에서, 내부 전도체(14)는 절연성 시스(16)보다 더 짧아서 절연성 시스(16)의 단부가 내부 전도체(14) 위에 캡을 형성한다.
도 5a 및 도 5b는 도 2에 도시된 안테나(10)에 대한 복사 패턴 시뮬레이션의 길이방향 단면 및 축방향 단면을 각각 도시한다. 이 패턴은 외부 전도체(18)의 단부 부근의 세장형 구역을 커버하는 것을 볼 수 있다. 이 패턴은 축 대칭이고, 일반적으로 외부 전도체(18)의 원위 단부(19)에서 가장 강하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예인 전기 수술 기기(200)의 원위 단부의 단면도이다. 전기 수술 기기(200)는 마이크로파 에너지를 운반하기 위해 근위 단부에서 전기 수술 발생기(도시되지 않음)에 연결된 동축 케이블(202)을 포함한다. 동축 케이블(202)은 제1 유전체 재료(210)에 의해 외부 전도체(208)로부터 분리된 내부 전도체(206)를 포함한다. 동축 케이블(202)은 마이크로파 에너지에 대해 저 손실인 것이 바람직하다. 원위 단부로부터 반사된 마이크로파 에너지의 역 전파를 억제하여 디바이스를 따라 역방향 가열을 제한하기 위해 동축 케이블 상에 초크(도시되지 않음)가 제공될 수 있다.
디바이스는 원위 단부에 온도 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에서, 기기의 원위 단부에서의 온도를 나타내는 신호를 다시 근위 단부로 전달하기 위해 열전쌍(230)이 외부 전도체 상에 장착된다. 이러한 유형의 온도 센서는 도 18 내지 도 20을 참조하여 아래에서 보다 상세히 논의된다.
온도를 모니터링하는 다른 기술이 사용될 수 있다. 예를 들어, 물리적 구성이 온도에 감응하는 하나 이상의 마이크로 기계 구조물이 디바이스의 원위 단부에, 예를 들어, 아래에 설명된 외부 시스 내 또는 상에 장착될 수 있다. 이러한 구조물은 광섬유와 인터페이스할 수 있고, 이에 의해 구조물이 움직이는 것에 의해 야기된 반사 신호의 변화가 온도 변화를 나타낼 수 있다.
동축 케이블(202)은 원위 단부에서 복사 팁 구획(204)에서 종료한다. 이 실시예에서, 복사 팁 구획(204)은 외부 전도체(208)의 원위 단부(209) 앞으로 연장되는 내부 전도체(206)의 원위 전도성 구획(212)을 포함한다. 원위 전도성 구획(212)은 제1 유전체 재료(210)와 상이한 제2 유전체 재료로 형성된 유전체 팁(214)에 의해 원위 단부가 둘러싸여 있다. 유전체 팁(214)의 길이는 원위 전도성 구획(212)의 길이보다 더 짧다. 중간 유전체 슬리브(216)는 동축 케이블(202)의 원위 단부와 유전체 팁(214)의 근위 단부 사이에서 원위 전도성 구획(212)을 둘러싼다. 중간 유전체 슬리브(216)는, 제2 유전체 재료와는 상이하지만 제1 유전체 재료(210)와는 동일할 수 있는 제3 유전체 재료로 형성된다.
이 실시예에서, 동축 케이블(202) 및 복사 팁 구획(204)은 최외측 표면 위에 형성된 외부 시스(218)를 갖는다. 외부 시스(218)는 생체 적합성 재료로 형성될 수 있다. 외부 시스(218)는 복사 팁 구획(204)에 의해 복사되는 마이크로파 에너지(즉, 복사 패턴 및 리턴 손실)를 상당히 간섭하지 않는 것을 보장할 만큼 충분히 작은 두께를 갖는다. 일 실시예에서, 시스는 PTFE로 제조되지만 다른 재료도 또한 적합하다. 시스의 벽 두께는 500V(피크) 이상의 항복 전압을 견딜 수 있도록 선택된다.
유전체 팁(214)의 목적은 복사되는 에너지의 형상을 변경하는 것이다. 제2 유전체 재료는 마이크로파 에너지의 파장을 감소시켜 복사 에너지가 더 구형의 복사 패턴을 나타내는 결과를 가져오도록 선택된다. 이를 위해, 제2 유전체 재료는 큰 유전 상수(비유전율 ε r )를 갖는 것이 바람직하다. 제2 유전체 재료의 유전 상수는, 제2 마이크로파 에너지가 유전체 재료를 통해 전파할 때 마이크로파 에너지의 파장의 무시할 수 없는 부분을 여전히 구성하면서 유전체 팁(214)의 길이가 최소화될 수 있도록 선택되는 것이 바람직하다. 특히 제2 유전체 재료가 강성인 경우, 유전체 팁은 디바이스의 가요성을 유지하기 위해 가능한 한 짧은 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 유전체 팁은 2 mm 이하의 길이를 가질 수 있다. 제2 유전체의 유전 상수는 80을 초과할 수 있으며, 마이크로파 에너지의 주파수에서 100 이상인 것이 바람직하다. 제2 유전체 재료는 TiO2(이산화티타늄)일 수 있다.
재료의 유전 상수가 증가함에 따라 재료의 복사 파장은 더 짧아진다. 따라서, 더 큰 유전 상수를 갖는 유전체 팁(214)은 복사 패턴에 더 큰 영향을 미친다. 유전 상수가 클수록, 여전히 복사 패턴의 형상에 상당한 영향을 미치면서 유전체 팁(214)은 더 작아질 수 있다. 큰 유전 상수를 갖는 유전체 팁(214)을 사용한다는 것은 안테나가 작게 만들어질 수 있어서 기기가 유연하게 유지될 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, TiO2의 유전 상수는 약 100이다. 5.8 GHz의 주파수를 갖는 마이크로파 복사선의 파장은 (제1 유전체 재료 및/또는 제3 유전체 재료에 사용되는 재료일 수 있는) PTFE의 약 36 mm에 비해 TiO2로 약 6 mm이다. 이 배열에서 약 1 mm의 유전체 팁(214)으로 복사 패턴의 형상에 현저한 영향이 생성될 수 있다. 유전체 팁(214)이 짧기 때문에, 유전체 팁은 전체적으로 안테나의 가요성을 여전히 유지하면서 강성의 재료로 만들어질 수 있다.
유전체 팁(214)은 임의의 적절한 원위 형상을 가질 수 있다. 도 3에서는 돔 형상을 갖지만 반드시 이것이 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 유전체 팁은 원통형, 원뿔형 등일 수 있다. 그러나, 유전체 팁은 작은 채널을 통해 조종될 때 안테나의 이동성을 증가시키기 때문에 평활한 돔 형상이 바람직할 수 있다. 유전체 팁(214)은 조직이 기기에 달라붙는 것을 방지하기 위해 파릴렌 C 또는 파릴렌 D 또는 PFTE와 같은 비-점착 재료로 코팅될 수 있다. 이러한 방법으로 전체 기기를 코팅할 수 있다.
복사 팁 구획(204)이 복사 팁 구획(204)과 접촉하는 생체 조직 부하에 발생기의 입력 임피던스를 정합시키기 위해 1/4 파장 임피던스 변환기를 형성하도록 바람직하게는 중간 유전체 슬리브(216)의 특성이 (예를 들어, 시뮬레이션 등을 통해) 선택된다.
도 3에 도시된 구성을 갖는 안테나의 흡수 패턴의 시뮬레이션의 길이방향 단면이 도 6에 도시되어 있다. 생성된 패턴은 도 5a 및 도 5b에 도시된 패턴보다 더 균일하고 더 구형이다. 도 6의 패턴은 축 대칭이며, 복사선의 더 많은 부분이 도 5a 및 도 5b에서 발생하는 바와 같이 케이블 아래로 확산되는 것이 아니라 복사 부분 주위에 집중된다. 이것은, 사용할 때 조직 영역이 보다 균일하게 복사선을 받을 수 있다는 것을 의미하고, 이는 건강한 조직에 손상을 줄 가능성이 더 적다는 것을 의미한다. 복사선은 또한 덜 확산되기 때문에 시술자는 표적 조직을 보다 정확히 복사하고 건강한 조직에 복사선을 줄이거나 또는 손상을 줄일 수 있다. 도 6에 도시된 복사 패턴의 배 방울(pear drop) 형상은 또한 자궁 근종을 치료하는데 특히 유용할 수 있다.
치료하는 동안 주변 조직은 복사된 에너지를 흡수한다. 에너지가 전달되는 조직의 부피는 마이크로파 에너지의 주파수에 달려 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예인 전기 수술 기기(220)의 원위 단부의 단면도이다. 도 3에 도시된 전기 수술 기기(200)와 공통인 구성 요소는 동일한 참조 부호로 부여되고 다시 설명되지 않는다.
이 실시예에서, 복사 팁 구획(204)은 다르게 구성된다. 중간 유전체 슬리브(216)는 유전체 팁(214)보다 훨씬 더 짧은 길이를 갖는 짧은 칼라(collar)이다. 그러나, 유전체 팁(214)은 마이크로파 에너지의 파장을 단축시켜 더 집중된 장을 제공한다는 점에서 도 3과 관련하여 전술한 것과 동일한 방식으로 작용한다.
제2 유전체 재료와 다르지만 제1 또는 제3 유전체 재료(210)와 동일할 수 있는 제4 유전체 재료로 형성된 유전체 캡(222)이 유전체 팁(214)의 원위 단부에 형성된다. 도 3과 유사하게, 제2 유전체 재료는 TiO2일 수 있고 제3 유전체 재료는 PFTE일 수 있다. 제4 유전체 재료는 또한 PTFE일 수 있다.
도 4는 축척에 맞게 그려지지 않았다. 유전체 팁(214)의 길이는 전술한 바와 유사할 수 있고, 예를 들어, 3 mm 미만, 바람직하게는 2 mm 미만일 수 있다. 유전체 캡(222)의 길이는 유전체 팁(214)의 길이보다 더 짧을 수 있다. 예를 들어, 유전체 캡은 1 mm 이하일 수 있다. 도 3 및 도 4 모두에서, 기기의 최대 외부 직경은 3 mm 이하, 바람직하게는 1.9 mm 이하인 것이지만, 본 발명은 이들 치수에 한정될 필요는 없다.
이 실시예에서, 외부 전도체(208)의 일부분, 예를 들어, 좁은 스트립 또는 전도성 핑거(224)가 동축 케이블(202)을 넘어 연장된다. 전도성 핑거(224)는 복사 장이 전도성 핑거(224)와 반대쪽 복사 팁 측으로부터 밖으로 향하도록 하는 장 반사기로서 작용한다.
유전체 캡(222)은 내부 전도체(206)에 의해 형성된 원위 전도성 부분(212)의 원위 단부를 넘어 전도성 핑거가 연장될 수 있도록 제공된다. 이러한 구성은 복사 팁 구획(204)의 임피던스 정합 기능을 향상시키는 것으로 밝혀졌다.
도 4에 도시된 구조물의 특정 예에서, 전도성 핑거(224)는 동축 케이블의 원위 단부를 넘어서 3.6 mm의 길이만큼 연장될 수 있다. 유전체 팁(214)은 2.5 mm의 길이를 가질 수 있고 TiO2로 제조될 수 있다. 내부 전도체(206)의 원위 전도성 부분(212)은 동축 케이블(202)의 단부로부터 2.6 mm 돌출하여, 중간 유전체 슬리브(216)는 0.1 mm의 길이를 가질 수 있다. 이러한 구성으로, 전도성 핑거(224)는 원위 전도성 부분(212)의 원위 단부를 지나 1 mm 연장되어, 그 반사 기능의 효과를 향상시킨다. 유전체 캡(222)은 1 mm의 길이를 갖는다. 본 명세서에 주어진 치수는 특정 유전 상수 값에 기초하는 특정 예와 관련된다. 다른 유전체 재료의 경우 치수는 적절히 변할 수 있다.
이 안테나는 매우 짧기 때문에 이 안테나는 엄격히 만곡된 튜브에 쉽게 삽입될 수 있으며, 작은 폐 기도를 통해 표적 부위에 가까이 가도록 안내될 수 있다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 도 4에 도시된 안테나 구조물에 의해 복사된 마이크로파 에너지의 시뮬레이션된 흡수의 다양한 도면을 도시한다.
도 7a는 시뮬레이션된 흡수의 길이방향 단면을 도시한다. 전도성 핑거(224)와 반대쪽 안테나 측으로부터 훨씬 더 많은 복사선이 방사된다. 도 7b는 유사한 효과를 나타내는 시뮬레이션된 흡수의 축방향 도면을 도시한다.
도 7c는 유전체 팁(214)을 위한 재료를 선택하는 것에 의해 장의 형상이 어떻게 변하는지를 나타내는 전도성 핑거와 반대쪽 측을 직접 바라볼 때 시뮬레이션된 흡수의 길이방향 단면을 도시한다.
도 8a는 본 발명의 다른 실시예인 전기 수술 기기(240)의 원위 단부의 단면도이다. 도 4에 도시된 전기 수술 기기(220)와 공통인 구성 요소는 동일한 참조 부호로 부여되고 다시 설명되지 않는다.
이 실시예에서, 전도성 핑거(224)는 외부 전도체(208)의 연장부로서 제공되지 않는다. 대신에, 이 전도성 핑거는 동축 케이블(202)의 적어도 원위 부분 위에 장착되는 전기 전도성 슬리브(242)의 일부로서 형성된다. 전기 전도성 슬리브(242)는, 예를 들어, 억지 끼워 맞춤에 의해 외부 전도체(208)에 전기적으로 연결된다. 이 실시예에서, 전기 전도성 슬리브(242)는 동축 케이블(202) 및 복사 팁 구획(204)에 대해 회전 가능하다. 이것은 전도성 핑거(224)의 위치가 전체 기기를 비틀지 않고 복사 팁 구획의 원주 둘레에서 변할 수 있게 한다.
전도성 핑거(224)는 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 도 8b는, 전도성 핑거(224)가 복사 팁 구획(204)의 원주의 대부분을 둘러싸고, 이에 의해 마이크로파 에너지가 복사될 수 있도록 유전체 팁(214)을 노출시키는 길이 방향 슬롯(244)을 한정하는 제1 변형예를 도시한다.
도 8c는 전도성 핑거(224)가 전기 전도성 슬리브(242)의 나머지 부분으로부터 연장되는 좁은 세장형 스트립인 제2 변형예를 도시한다.
도 9a는 본 발명의 다른 실시예인 전기 수술 기기(250)의 원위 단부의 단면도이다. 도 8a에 도시된 전기 수술 기기(240)와 공통인 구성 요소는 동일한 참조 부호로 부여되고 다시 설명되지 않는다.
이 실시예에서, 전도성 핑거(224)를 형성하는 대신에, 회전 가능한 전기 전도성 슬리브(242)가 복사 팁 구획(204)의 원위 단부까지 연장되지만, 마이크로파 에너지가 복사될 수 있도록 유전체 팁(214)을 노출시키기 위해 내부에 형성된 하나 이상의 (이 예에서는 2개의) 슬롯(246)을 갖는다. 도 9b는 이 배열의 외관을 도시한다.
기기의 원위 단부가 개방 회로로 배열되면, 슬롯은 원위 단부로부터 마이크로파 에너지의 절반 파장의 배수에 위치될 수 있다. 원위 단부가 단락 회로로 배열되면, 최원위 슬롯은 원위 단부로부터의 마이크로파 에너지의 1/4 파장에 위치되며, 후속 슬롯은 마이크로파 에너지의 절반 파장의 배수만큼 제1 슬롯으로부터 분리된다. 슬롯이 제2 유전체 재료 위에 놓이는 경우, 이것은 슬롯의 위치를 계산하는 데 사용되는 유전체 재료에서의 마이크로파 에너지의 파장을 감소시킨다.
이 실시예의 또 다른 변형예에서, 회전 가능한 전기 전도성 슬리브는 생략되고, 대신에 외부 전도체가 복사 팁 구획(214)을 커버하도록 연장되고 슬롯(들)이 외부 전도체에 형성된다.
다른 도시되지 않은 실시예에서, 마이크로파 에너지가 조직 내로 방사될 수 있게 하기 위해 복사 팁 구획(204)에 상이한 유형의 복사 구조물이 제공될 수 있다. 예를 들어, 패치 안테나는 유전체 팁(214)의 외부 표면 상에 전도성 구조물을 제조함으로써, 예를 들어, 부분적으로 금속화함으로써 제공될 수 있다. 대안적으로, 유전체 팁(214)은 동축 케이블(102)로부터 전력을 수신하도록 연결된 마이크로스트립 라인 또는 동일 평면 상의 안테나 구조물을 포함하도록 구성될 수 있다.
도 10a는 본 발명의 다른 실시예인 전기 수술 기기(260)의 원위 단부의 단면도이다. 도 8a에 도시된 전기 수술 기기(240)와 공통인 구성 요소는 동일한 참조 부호로 부여되고 다시 설명되지 않는다.
이 실시예에서, 외부 전도체(208)는 복사 팁 구획(204)의 원위 단부까지 연장되고, 유전체 팁(214)을 노출시키도록 내부에 형성된 한 쌍의 정반대쪽에 위치된 슬롯(256a, 256b)을 갖는다. 축방향으로 슬라이딩 가능한 전기 전도성 슬리브(252)는 동축 케이블(202) 및 복사 팁 구획(204)의 적어도 원위 단부 위에 장착된다. 전기 전도성 슬리브(252)는 외부 전도체(208)에 전도성으로 연결되어 이들이 효과적으로 동일한 전도성 몸체로 된다. 전기 전도성 슬리브(252)는 양측에 형성된 한 쌍의 슬롯(254a, 254b)을 갖는다. 그러나, 외부 전도체(208) 상의 슬롯(256a, 256b)과 달리, 슬롯(254a, 254b)은 서로 축방향으로 오프셋되어 있다. 각각의 슬롯(254a, 254b)은 각각의 슬롯(256a, 256b)과 원주 방향으로 정렬되어, 각각의 슬롯(254a, 254b)이 각각의 슬롯과 축방향으로 정렬될 때 유전체 팁이 노출될 수 있게 한다. 따라서, 사용 시, 전기 전도성 슬리브(252)의 축방향 위치는 슬롯(256a, 256b)들 중 하나만이 각각의 슬롯(254a, 254b)과 정렬하도록 선택될 수 있으며, 이에 의해 마이크로파 에너지가 유전체 팁으로부터 복사되는 측방향이 순전히 축방향(길이방향) 작동 운동을 사용하여 선택될 수 있다.
도 10b는 후방 슬롯(256b)이 외부 전도체(208) 상의 제1 슬롯(254b)과 정렬된 상태에 있는 전방 위치에서 축방향으로 슬라이딩 가능한 전기 전도성 슬리브(252)를 도시한다. 도 10c는 전방 슬롯(256a)이 외부 전도체(208) 상의 제2 슬롯(254a)과 정렬된 상태에 있는 후퇴된 위치에 축방향으로 슬라이딩 가능한 전기 전도성 슬리브(252)를 도시한다.
축방향으로 슬라이딩 가능한 전기 전도성 슬리브(252)는 기관지 내시경의 기기 채널을 따라 기기 채널의 근위 단부에서의 액추에이터(도시되지 않음)로 통과하는 제어 와이어 또는 푸시 로드(도시되지 않음)에 의해 전방 위치와 후퇴된 위치 사이에서 이동될 수 있다.
전술한 임의의 실시예에서, 비전 시스템을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 원위 단부의 이미지가 조작자에게 디스플레이를 위해 전송될 수 있게 하는 하나 이상의 이미징 구성 요소를 포함하는 것이 가능하다. 이미지 구성 요소는, 파이버내시경의 기능을 수행하는, 즉, 통신 케이블을 통해 처리 유닛에 연결하기 위해 디바이스의 원위 단부로부터 근위 단부로 시각적 이미지가 결합될 수 있도록 하는 이미징 및 광 다발(light bundle) 광섬유를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 파이버내시경 기반 비전 시스템은 기기의 길이를 따라 광섬유 다발 및 이미지 섬유 다발을 형성함으로써 실현될 수 있다. 렌즈는 광 및 이미지를 적절하게 집속하기 위해 섬유 다발의 원위 단부에 제공될 수 있다. 섬유 다발은 외부 직경 상에 금속화될 수 있으며, 이에 의해 동축 기반 구조물의 내부 전도체의 기능을 더 제공할 수 있다. 대안적으로, 섬유 다발은 보호 외부 시스 내에 동축 케이블과 나란히 배치될 수 있다. 제3 구성 방법은 외부 시스의 벽 두께에 섬유 다발을 포함시키는 것일 수 있다.
다른 실시예에서, 비전 시스템은 디바이스의 원위 단부에 장착된 이미지 센서(예를 들어, 적절한 CCD/CMOS 디바이스)를 사용하여 실현될 수 있으며, 여기서 통신 케이블은 디바이스의 길이를 따라 이어진다. 디바이스의 원위 단부에 있는 개별 조명 섬유 다발 또는 광원(예를 들어, LED)은 이미지 센서가 이미지를 포착할 수 있도록 표적을 조명할 수 있다. 이 실시예에서, 통신 케이블은 동축 케이블의 내부 전도체 내에서 이어지거나 일체로 형성될 수 있다. 대안적으로, 통신 케이블은 동축 케이블에 인접하여 외부에서 이어지거나 또는 외부 시스의 벽 두께 내에서 이어질 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 이미징 구성 요소는 초음파 이미지를 위한 초음파 변환기 및/또는 분광 이미징을 위한 레이저 광 입력을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 치료 동안 원위 단부에서 움직이거나 또는 회전하는 것을 용이하게 하기 위해 기기가 가요성인 것이 바람직하다. 움직이거나 또는 회전하는 것은 임의의 적절한 방식으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 안내 와이어가 제공될 수 있다. 각각의 안내 와이어는 기기를 따라 길이 방향으로 이어질 수 있으며, 원위 단부가 일측으로 움직이도록 하기 위해 근위 단부에서 당겨질 수 있다. 대안적인 실시예에서, 기기의 외부 시스는 안내 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 안내 와이어가 디바이스의 원위 단부의 위치를 제어할 수 있도록 외부 시스의 벽 내로 압출될 수 있다.
외부 시스는 다층 또는 다중-부품 구조물을 가질 수 있다. 전술한 바와 같이, 외부 시스는 동축 케이블, 별도의 제어 와이어(들), 섬유 다발(별도로 제공된 경우, (제공된 경우) 이미지 센서용 통신 케이블, (제공된 경우) 온도 센서용 와이어)) 등을 운반할 수 있다. 외부 시스는 독립적으로 이들 구성 요소를 운반하기 위해 복수의 루멘을 갖는 다중-루멘 카테터를 포함할 수 있다. 외부 시스는 예를 들어 동축 케이블 및 복사 팁을 냉각시키기 위해 유체를 운반하도록 배열될 수 있다. 냉각 유체를 순환시키기 위해 유입 루멘 및 유출 루멘이 있을 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예인 기관지 내시경(300)의 개략도이다. 이 실시예에서, 전술된 동축 케이블은 내시경 디바이스의 기기 채널을 통해 이동하지 않는다. 대신에, 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 동축 전송 라인 구조물이 기관지 내시경의 기기 코드에, 예를 들어, 기기 채널 루멘 주위에 일체로 형성된다.
도 11에 도시된 기관지 내시경(300)은 다수의 입력 포트, 및 기기 코드(304)가 연장되는 출력 포트를 갖는 몸체(302)를 포함한다. 기기 코드(304)는 복수의 루멘을 둘러싸는 외부 재킷(jacket)을 포함한다. 복수의 루멘은 몸체(302)로부터 기기 코드(304)의 원위 단부로 다양한 것을 운반한다. 복수의 루멘 중 하나는 전술한 기기 채널이다. 다른 루멘은, 예를 들어, 원위 단부에서 조명을 제공하거나 원위 단부로부터 이미지를 수집하기 위해 광 복사선을 운반하기 위한 채널을 포함할 수 있다. 몸체(302)는 원위 단부를 보기 위한 아이 피스(308)를 포함할 수 있다. 원위 단부에서 조명을 제공하기 위해, 광원(310)(예를 들어, LED 등)은 조명 입력 포트(311)에 의해 몸체(302)에 연결될 수 있다.
기기 코드(304)의 원위 단부에는 복사기(306)가 장착된다. 복사기(306)는 기기 코드(304) 내에 형성된 동축 전송 라인 구조물로부터 마이크로파 에너지를 수신하고 원위 단부에 존재하는 조직을 절제하기 위해 마이크로파 장을 방사하도록 배열된다. 복사기(306)는 도 2, 도 3, 도 4, 도 8a 내지 도 8c, 도 9a 내지 도 9b 및 도 10a 내지 도 10c를 참조하여 전술한 임의의 기기에 대응하는 구조물을 가질 수 있다.
몸체(302)는 적절한 마이크로파 발생기(도시되지 않음)로부터 기기 코드(304)의 동축 전송 라인 구조물로 마이크로파 에너지를 전달하기 위해 동축 케이블(예를 들어, 종래의 동축 케이블)에 연결하기 위한 전력 입력 포트(305)를 포함한다.
전술한 바와 같이, 기기 코드(304)의 적어도 원위 단부의 위치를 제어할 수 있는 것이 바람직하다. 몸체(302)는 기기 코드(304)를 통해 연장되는 하나 이상의 제어 와이어(도시되지 않음)에 의해 기기 코드(304)의 원위 단부에 기계적으로 결합된 제어 액추에이터(312)를 포함할 수 있다. 제어 와이어는 기기 채널 내에서 또는 자신의 전용 채널 내에서 이동할 수 있다. 제어 액추에이터(312)는 레버 또는 회전 가능한 노브일 수 있다.
도 12는 동축 전송 라인 구조물이 어떻게 일체로 형성되었지를 나타내기 위해 기기 코드(304)의 축을 내려다 본 도면이다.
이 실시예에서, 기기 코드(304) 내에 4개의 루멘이 있다. 최대 크기의 루멘은 기기 채널(314)이다. 이 실시예에서, 동축 전송 라인 구조물(316)은 기기 채널(314)의 벽에 형성된다. 동축 전송 라인 구조물(316)은 유전체 재료 층(322)에 의해 외부 전도성 층(320)으로부터 분리된 내부 전도성 층(318)을 포함한다. 이들 층의 두께 및 재료는 동축 전송 라인 구조물(316)이 상대적으로 저 손실로 마이크로파 에너지를 운반할 수 있는 것을 보장하기 위해 이 기술 분야에 알려진 바와 같이 선택된다. 내부 전도성 층(318)의 내부 표면 상에 형성된 보호 층이 있을 수 있다.
다른 루멘은 카메라 채널(324) 및 한 쌍의 조명 채널(326)을 포함하지만, 본 발명은 이러한 구성으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 제어 와이어 또는 유체 전달 또는 흡입을 위한, 예를 들어, 다른 루멘이 있을 수 있다.
마이크로파 전력을 기기 코드에 전달하는 수단을 포함하면 다수의 장점을 제공할 수 있다. 첫째, 이것은 주어진 기기 코드 직경 내에서 더 큰 직경의 동축 전송 라인 구조물이 사용될 수 있게 할 수 있다. 이것은 동축 전송 라인 구조물의 손실을 감소시킬 수 있게 하고, 이는 치료 동안 더 높은 전력 레벨이 원위 단부에서 이용 가능하고 및/또는 기기 코드가 더 적게 가열될 수 있게 한다. 둘째, 이것은 다른 용도를 위해 기기 채널을 확보할 수 있다. 이것은 루멘 수와 기기 코드의 전체 직경이 감소될 수 있음을 의미할 수 있다. 예를 들어, 기기 채널은 예를 들어 원위 단부에서 조직 내로 전달하거나 치료 동안 기기 코드를 냉각시키기 위해 유체를 운반하도록 배열될 수 있다.
도 13은 복사기에 연결된 상태의 일례를 도시하는 전술한 기기 코드(304)의 원위 단부의 개략적인 단면도이다. 이 예에서, 복사기는 전술한 바와 같은 동축 케이블(202)을 포함한다. 대응하는 특징부에 대해서는 동일한 참조 부호가 사용되며, 이에 따라 다시 설명되지 않는다. 도 13에는 동축 케이블(202)의 근위 단부만이 도시되어 있다. 원위 단부(미도시)는 전술한 것과 동일한 형태를 갖는 복사 팁(204)을 포함할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 동축 전송 라인 구조물(316)의 외부 전도체(322)는 제1 반경방향 전도성 요소(328)에 의해 동축 케이블(202)의 외부 전도체(208)에 전기적으로 연결되고, 동축 전송 라인 구조물(316)의 내부 전도체(318)는 제2 반경방향 전도성 요소(330)에 의해 동축 케이블(202)의 내부 전도체(206)에 전기적으로 연결된다.
한 쌍의 제어 와이어(332)는 몸체 상의 제어 액추에이터로부터 기기 채널(314)을 통해 연장되어 동축 케이블(202)의 외부 시스(218) 내에 장착된다. 동축 케이블이 기기 코드(304)의 원위 단부에 고정되기 때문에, 기기 채널(314) 내에서 제어 와이어(332)의 상대적인 길이방향 움직임은 동축 케이블(202)의 원위 단부가 측면에서 이쪽으로부터 저쪽으로 이동하게 할 수 있다.
도 13에 도시된 실시예는 복사기용 제어 기구(즉, 조향 기구)가 일체형으로 형성된 전력 전달 구성과 어떻게 결합될 수 있는지를 도시한다. 또한, 이 실시예는, 전력 전달 구조물이 직렬로 연결된 한 쌍의 동축 전송 라인으로 형성되고, 원위 동축 전송 라인의 외부 직경이 근위 동축 전송 라인의 외부 직경보다 더 작은 경우의 일례이다. 이러한 구조물은 물리적으로 작은 기기가 기관지 나무를 항해하기를 원하는 욕구와 전력 손실 문제 사이에 유리한 균형을 제공할 수 있다. 더 큰 직경의 근위 동축 전송 라인은 더 작은 직경의 원위 동축 전송 라인보다 손실이 더 적어서, 이러한 구조물을 사용하면 기기 코드의 전체 길이에 동일한 크기의 동축 케이블을 사용한 경우보다 더 효율적으로 작은 기기로 전력을 전달할 수 있다.
도 13에 도시된 예에서, 기기 채널(314)은, 예를 들어, 치료 동안 동축 전송 라인(316)을 냉각시키기 위해 유체를 순환시키는데 사용될 수 있다.
원위 동축 케이블(202)은 기기 코드(304)로부터 분리 가능할 수 있다. 따라서, 도 12에 도시된 구조물은 다양한 원위 기기 구성과 함께 사용 가능할 수 있다. 일부 예가 도 14 내지 도 18을 참조하여 아래에서 설명된다. 도 13과 공통되는 특징은 동일한 참조 부호로 부여되고 다시 설명되지 않는다.
도 14는 확장 가능한 벌룬(334)이 기기 채널의 원위 단부에 장착된 일례를 도시한다. 벌룬(334)은 기기 채널(314)을 통해 적절한 유체를 적용함으로써 팽창될 수 있거나, 또는 복수의 연결 스트랜드(338)에 의해 벌룬(334)의 내부 표면에 연결될 수 있는 제어 로드(336)를 사용하여 수동으로 동작될 수 있다. 일례에서, 벌룬(334)은 유체를 사용하여 확장될 수 있으며, 제어 로드(336)를 뒤로 당겨서 수축될 수 있다.
벌룬(334)은 하나 이상의 복사 요소(미도시)를 위한 기판으로서 작용할 수 있는 가요성 유전체 재료로 제조될 수 있다. 벌룬은 대동맥 벌룬과 유사할 수 있다. 복사 요소는 동축 전송 라인 구조물(316)과 전기적으로 통신하는 패치 안테나 등일 수 있다.
도 15는 반경방향으로 확장 가능한 복사 구조물(340)이 기기 채널(314)의 원위 단부에 장착된 일례를 도시한다. 복사 구조물(340)은 외부 표면에 일련의 길이방향 슬릿(slit)을 갖는 관형일 수 있다. 복사 구조물(340)의 이동 가능한 원위 단부(343)가 고정된 근위 단부(345)를 향하여 이동될 때, 슬릿들 사이의 구조물 부분들은 반경방향으로 벌어진다. 하나 이상의 복사 요소(346), 예를 들어, 패치 안테나 등이 벌어지는 부분들에 장착될 수 있다. 복사 요소는 동축 전송 라인 구조물과 전기적으로 통신한다.
이동 가능한 원위 단부(343)는 예를 들어, 한 쌍의 커넥터 스트랜드(344)를 통해 기기 채널에 장착된 제어 로드(342)에 연결될 수 있다.
도 16은 기기 채널(314)의 원위 단부에 겸자 구조물(350)이 부착된 일례를 도시한다. 겸자 구조물(350)은 선회 점(353)에 연결된 한 쌍의 죠(jaw)(351)를 포함한다. 한 쌍의 죠(351)는 기기 채널(314)을 통해 연장되는 고정 슬리브(354)에 장착될 수 있는 제어 채널(352)의 동작 하에서 개폐될 수 있다.
한 쌍의 죠(351) 중 하나 또는 둘 모두는, 예를 들어, 내부 표면에 형성된 복사 요소(356)(예를 들어, 패치 안테나 등)를 갖는다. 복사 요소(356)는 동축 전송 라인 구조물(316)과 전기적으로 통신한다. 이 예에서, 겸자 구조물(350)은 원위 캡(362)에 의해 기기 채널(314)에 고정될 수 있다. 원위 캡(362)은 동축 전송 라인 구조물(316)의 내부 전도체(318) 및 외부 전도체(322)와 복사 요소(351) 사이에 전기적 연결을 각각 제공하기 위해 한 쌍의 반경방향 전도성 요소(358, 360)를 포함할 수 있다.
겸자 구조물(350)은 기관지 나무에서 조직을 파지하는데 사용될 수 있다.
도 17은 패들 구조물(364)이 기기 채널의 원위 단부에 부착된 일례를 도시한다. 도 16과 공통인 특징은 동일한 참조 부호로 부여되고 다시 설명되지 않는다. 패들 구조물(364)은 상부에 제조된 하나 이상의 복사 요소(368)(예를 들어, 패치 안테나 등)를 갖는 유전체 몸체(366)를 포함한다. 복사 요소는 예를 들어, 반경방향 전도성 요소(358, 360)를 통해 동축 전송 라인 구조물에 전기적으로 연결된다. 패들의 위치는 제어 로드(370)를 사용하여 제어될 수 있다.
도 18은 온도 센서(374)(예를 들어, 열전쌍)를 포함하는 개략적인 원위 팁 부분(372)을 도시한다. 원위 팁 부분은, 기관지 내시경의 기기 채널을 통해 연장될 수 있거나 또는 전술한 바와 같이 기기 코드 내에 통합된 중공 동축 전송 라인 구조물의 원위 단부에 연결될 수 있는 동축 케이블을 포함한다.
상세히는, 팁 부분(372)은 제1 유전체 재료(382)에 의해 외부 전도체(380)로부터 분리된 내부 전도체(378)를 포함하는 동축 케이블(376)을 포함한다. 동축 케이블은 전술한 동축 케이블(202)과 동일할 수 있다. 동축 케이블(376)은 내부에 장착된 복수의 온도 센서(374)를 갖는 외부 재킷(384)으로 둘러싸여진다. 온도 센서를 위한 신호 라인(386)도 또한 외부 재킷(384)에서 운반된다. 신호 라인(386)은 온도 센서로부터의 정보를 외부 모니터링 디바이스(도시되지 않음)에 제공하기 위해 기기로부터 근위쪽으로 연장된다.
동축 케이블(376)의 원위 단부에는 외부 전도체(380)의 원위 단부(392)를 넘어 연장되는 내부 전도체(378)의 원위 전도성 구획(390)을 포함하는 복사 팁 구획(388)이 있다. 원위 전도성 구획(390)은 제1 유전체 재료(382)와 상이한 제2 유전체 재료로 형성된 유전체 팁(394)에 의해 원위 단부에서 둘러싸인다. 유전체 팁(394)의 길이는 원위 전도성 부분(390)의 길이보다 더 짧다. 중간 유전체 슬리브(396)는 동축 케이블(376)의 원위 단부와 유전체 팁(394)의 근위 단부 사이의 원위 전도성 구획(390)을 둘러싼다. 중간 유전체 슬리브(396)는, 제2 유전체 재료와는 상이하지만 제1 유전체 재료(382)와는 동일한 것일 수 있는 제3 유전체 재료로 형성된다.
복사 팁 구획(388)은, 보다 집중된 장을 제공하기 위해 마이크로파 에너지의 파장을 감소시킨다는 점에서 도 3과 관련하여 전술한 것과 동일한 방식으로 작용한다. 실제로, 복사 팁 구획은 도 2, 도 3, 도 4, 도 8a 내지 도 8c, 도 9a 내지 도 9b 및 도 10a 내지 도 10c 중 임의의 것에 도시된 것과 동일한 방식으로 구성될 수 있다.
제2 유전체 재료와는 상이하지만 제1 또는 제3 유전체 재료(382, 396)와 동일한 것일 수 있는 제4 유전체 재료로 형성된 유전체 캡(398)이 유전체 팁(394)의 원위 단부에 형성된다. 도 3과 유사하게, 제2 유전체 재료는 TiO2일 수 있고, 제3 유전체 재료는 PFTE일 수 있다. 제4 유전체 재료도 또한 PTFE일 수 있다. 온도 센서(375)는 유전체 캡(398)에 장착될 수 있다. 유전체 캡(398) 내의 온도 센서(375)로부터의 신호 라인은 유전체 팁(394)을 통과할 수 있다.
온도 센서를 위한 신호 라인이 마이크로파 에너지를 운반하는 전송 라인에 매우 가깝기 때문에 마이크로파 에너지가 온도 센서로부터의 응답 신호를 뒤덮어버리는 것을 피하기 위한 조치가 필요할 수 있다. 일례에서, 이것은, 일련의 펄스들로 마이크로파 에너지를 전달하고 펄스들 사이의 갭에서 온도 센서들로부터 판독 값들을 취함으로써 수행될 수 있다.
다른 예에서, 온도 센서로부터의 응답 신호는 마이크로파 에너지로 인한 임의의 잡음을 필터링함으로써 추출될 수 있다. 도 19는 열전쌍(401)을 위한 적절한 필터링 장치(400)의 일례를 도시한다. 필터 장치(400)는 열전쌍(401)의 와이어 레그(leg)(404, 406) 상의 신호(V sig1 , V sig2 )로부터 임의의 공통 잡음을 제거하도록 배열된 한 쌍의 저역 통과 필터(402) 및 계측 증폭기(404)를 포함한다.
도 19에 도시된 장치에서, 출력 신호(V out )는 다음 식으로 표현될 수 있다:
Figure pct00001
.
도 20은 필터링 장치(400)에 적합한 저역 통과 필터(402)의 일례를 도시한다. 저역 통과 필터(402)는 열전쌍의 각각의 와이어 레그(404, 406) 상에 형성된 복수의 (바람직하게는 3개의) 스터브(410)를 포함한다. 스터브(410)는 마이크로파 에너지의 반 파장의 배수만큼 분리되고, 마이크로파 에너지의 1/4 파장의 홀수 배와 동일한 높이를 갖는다.

Claims (44)

  1. 마이크로파 에너지를 생물학적 조직으로 전달하기 위한 전기 수술 기기로서,
    마이크로파 에너지를 운반하기 위한 동축 케이블로서, 내부 전도체, 외부 전도체, 및 상기 내부 전도체와 상기 외부 전도체를 분리하는 제1 유전체 재료를 갖는, 상기 동축 케이블; 및
    상기 동축 케이블의 원위 단부에 배치되어 상기 동축 케이블로부터 상기 마이크로파 에너지를 수신하기 위한 복사 팁(radiating tip) 부분을 포함하되,
    상기 복사 팁 부분은,
    상기 제1 유전체 재료와 다른 제2 유전체 재료로 형성된 유전체 팁, 및
    상기 유전체 팁 내로 길이방향으로 연장되는, 상기 내부 전도체의 원위 전도성 부분을 포함하고,
    상기 제2 유전체 재료는 상기 제1 유전체 재료보다 더 큰 유전 상수를 갖고, 상기 복사 팁 부분은 조직 절제를 위해 국부적인 마이크로파 장을 복사하도록 배열된, 전기 수술 기기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 동축 케이블 및 상기 복사 팁 부분의 상기 외부 직경은 1.9 mm 이하인, 전기 수술 기기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로파 에너지는 단일 안정 주파수를 갖고, 상기 제2 유전체 재료의 유전 상수는, 상기 마이크로파 에너지가 상기 유전체 팁 내에서 전파될 때 상기 유전체 팁의 축방향 길이가 상기 마이크로파 에너지의 파장의 무시할 수 없는 부분에 대응하도록 상기 마이크로파 에너지의 주파수에 기초하여 선택되는, 전기 수술 기기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 유전체 재료의 유전 상수는 80 이상인, 전기 수술 기기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복사 팁 부분은, 상기 원위 전도성 부분의 근위 부분을 둘러싸고 상기 유전체 팁으로부터 상기 제1 유전체 재료를 분리하는 중간 유전체 요소를 더 포함하되, 상기 중간 유전체 요소는 상기 제2 유전체 재료와 상이한 제3 유전체 재료로 형성된, 전기 수술 기기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복사 팁 부분은 입력 임피던스를 조직 부하 임피던스에 정합시키기 위해 1/4 파장 임피던스 변환기로서 작용하도록 배열된, 전기 수술 기기.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로파 에너지를 생물학적 조직으로 전달하기 위한 마이크로스트립 또는 동일 평면 상의 전송 라인을 형성하기 위해 상기 유전체 팁의 외부 표면 상에 배열된 전도성 재료를 포함하는 전기 수술 기기.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복사 팁 부분은 상기 마이크로파 장을 상기 복사 팁 부분의 일측으로 향하도록 배열된 장 형성 요소(field shaping element)를 포함하는, 전기 수술 기기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 장 형성 요소는 상기 마이크로파 장이 방사되는 측과 반대쪽 상기 유전체 팁의 외부 표면 측을 따라 길이방향으로 연장되는 전도성 핑거(finger)이되, 상기 전도성 핑거는 상기 동축 케이블의 상기 외부 전도체에 전기적으로 연결된, 전기 수술 기기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 복사 팁 부분은 상기 유전체 팁의 원위쪽에 배치된 유전체 캡 및 원위 전도성 부분을 포함하고, 상기 전도성 핑거는 상기 유전체 캡의 외부 표면을 따라 연장되고, 이에 의해 상기 전도성 핑거는 상기 원위 전도성 부분보다 상기 동축 케이블로부터 더 멀리 연장되는, 전기 수술 기기.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 전도성 핑거는 상기 동축 케이블의 상기 외부 전도체의 연장부인, 전기 수술 기기.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 전도성 핑거는 상기 동축 케이블의 상기 외부 전도체 상에 장착되고 상기 외부 전도체에 전기적으로 연결된 전도성 슬리브의 원위 부분이되, 상기 전도성 슬리브는 상기 전도성 핑거의 원주 방향 위치를 조절하기 위해 상기 유전체 팁에 대해 회전 가능한, 전기 수술 기기.
  13. 제8항에 있어서, 상기 장 형성 요소는 상기 유전체 팁 위에 형성된 전도성 슬리브이되, 상기 전도성 슬리브는 상기 마이크로파 장이 방사되는 측에서 내부에 형성된 복사 슬롯을 갖는, 전기 수술 기기.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전도성 슬리브는 상기 복사 슬롯의 원주 방향 위치를 조절하기 위해 상기 유전체 팁에 대해 회전 가능한, 전기 수술 기기.
  15. 제13항에 있어서, 상기 전도성 슬리브는 상기 유전체 팁의 양측에 한 쌍의 복사 슬롯을 갖되, 상기 복사 팁 부분은 상기 한 쌍의 복사 슬롯 중 하나만을 선택적으로 노출시키도록 동작 가능한 액추에이터를 포함하는, 전기 수술 기기.
  16. 제15항에 있어서, 상기 액추에이터는 내부에 형성된 대향하는 절결부(cutout)를 갖는 길이방향으로 슬라이딩 가능한 슬리브를 포함하고, 상기 액추에이터는 제1 절결부가 상기 한 쌍의 복사 슬롯 중 제1 복사 슬롯을 노출시키는 제1 위치와, 제2 절결부가 상기 한 쌍의 복사 슬롯 중 제2 복사 슬롯을 노출시키는 제2 위치 사이에서 이동 가능한, 전기 수술 기기.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기기의 원위 단부를 시각화할 수 있기 위해 이미징 신호를 운반하기 위한 이미징 요소(imaging element)를 포함하는 전기 수술 기기.
  18. 제17항에 있어서, 상기 이미징 요소는 광섬유 다발을 포함하는 파이버내시경(fibrescope)을 포함하는, 전기 수술 기기.
  19. 제18항에 있어서, 상기 내부 전도체 및 상기 원위 전도성 부분은 상기 광섬유 다발을 운반하기 위한 채널을 형성하기 위해 중공인, 전기 수술 기기.
  20. 제18항에 있어서, 상기 광섬유 다발은 상기 제1 유전체 재료 및 상기 복사 팁 부분을 통해 연장되고, 상기 동축 케이블의 상기 내부 전도체 및 상기 원위 전도성 부분을 형성하기 위해 외부 표면 위에 전도성 재료 층을 갖는, 전기 수술 기기.
  21. 제17항에 있어서, 상기 이미징 요소는 상기 복사 팁 부분의 상기 원위 단부에 장착된 이미지 센서, 및 상기 이미지 센서로부터 상기 기기의 상기 근위 단부로 신호를 운반하기 위한 통신 케이블을 포함하는, 전기 수술 기기.
  22. 제21항에 있어서, 상기 내부 전도체 및 원위 전도성 부분은 상기 통신 케이블을 운반하기 위한 채널을 형성하기 위해 중공인, 전기 수술 기기.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원위 단부에 온도 센서를 포함하는 전기 수술 기기.
  24. 제23항에 있어서, 상기 온도 센서는 상기 동축 케이블의 상기 외부 전도체 상에 장착된 열전쌍인, 전기 수술 기기.
  25. 제24항에 있어서, 상기 열전쌍은 상기 마이크로파 에너지와 동일한 주파수를 갖는 신호를 필터링하기 위해 배열된 복수의 스터브(stub)를 포함하는, 전기 수술 기기.
  26. 제23항에 있어서, 상기 온도 센서는 상기 단부의 상기 원위 단부에 온도 감응 마이크로 기계 구조물, 및 상기 온도 감응 마이크로 기계 구조물을 광학적으로 모니터링하는 수단을 포함하는, 전기 수술 기기.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동축 케이블은 외부 시스(sheath) 내에 장착되고, 상기 외부 시스는,
    상기 복사 팁 구획의 움직임을 제어하기 위한 안내 와이어, 및
    상기 기기의 상기 원위 단부를 냉각시키기 위한 유체
    중 임의의 하나 이상을 운반하도록 배열된 다중-루멘 카테터(multi lumen catheter)인, 전기 수술 기기.
  28. 마이크로파 에너지를 폐 조직으로 전달하기 위한 전기 수술 장치로서,
    마이크로파 에너지를 발생시키는 발생기;
    환자의 폐에 비경피적으로 삽입하기 위한 기관지 내시경으로서, 길이를 따라 이어지는 기기 채널을 갖는 상기 기관지 내시경; 및
    상기 기관지 내시경의 상기 기기 채널에 장착된 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항의 전기 수술 기기를 포함하되,
    상기 동축 케이블은 상기 발생기로부터 마이크로파 에너지를 수신하도록 연결된, 전기 수술 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 발생기는 환자의 호흡 사이클에 맞춰 마이크로파 에너지의 펄스를 전달하도록 배열된, 전기 수술 장치.
  30. 기관지 내시경으로서,
    몸체; 및
    환자의 폐에 비경피적으로 삽입하기 위한 가요성 기기 코드로서, 상기 몸체로부터 연장되고, 상기 몸체를 관통하여 형성된 길이방향으로 연장되는 기기 채널을 갖는, 상기 가요성 기기 코드를 포함하되,
    상기 몸체는,
    마이크로파 에너지를 수신하도록 연결 가능한 전력 입력 포트, 및
    상기 기기 코드의 원위 단부로부터 광 신호를 수신하도록 배열된 광학 포트를 포함하고,
    상기 기기 코드는 상기 기기 채널 주위에 형성된 동축 전송 라인을 포함하고, 상기 동축 전송 라인은 상기 기기 코드의 상기 원위 단부에 마이크로파 에너지를 운반하기 위해 상기 전력 입력 포트에 연결된, 기관지 내시경.
  31. 제30항에 있어서, 상기 기기 채널의 원위 단부에 장착된 복사기를 포함하되, 상기 복사기는 상기 동축 전송 라인에 전기적으로 연결되어 상기 동축 전송 라인으로부터 마이크로파 에너지를 수신하고 마이크로파 장을 방사하는, 기관지 내시경.
  32. 제31항에 있어서, 상기 복사기는 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 전기 수술 기기인, 기관지 내시경.
  33. 제32항에 있어서, 상기 동축 전송 라인의 외부 직경은 상기 전기 수술 기기의 상기 동축 케이블의 외부 직경보다 더 큰, 기관지 내시경.
  34. 제31항에 있어서, 상기 복사기는,
    확장 가능한 벌룬(balloon),
    반경방향으로 확장하는 튜브,
    겸자 구조물, 및
    패들(paddle) 구조물
    중 임의의 것을 포함하는, 기관지 내시경.
  35. 제30항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 몸체는 유체 입력 포트를 포함하되, 상기 유체 입력 포트는 상기 기기 채널과 연통하는, 기관지 내시경.
  36. 제31항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 몸체는 하나 이상의 안내 와이어에 연결된 제어 액추에이터를 포함하되, 상기 안내 와이어는 상기 기기 코드를 통해 상기 복사기로 연장되고, 상기 제어 액추에이터는 상기 복사기의 움직임을 제어하기 위해 상기 기기 코드 내에 상기 안내 와이어를 이동시키도록 동작 가능한, 기관지 내시경.
  37. 제30항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 몸체는 조명 포트를 포함하고, 상기 기기 코드는, 조명 신호를 상기 원위 단부로 운반하고 치료 구역을 조명하기 위해 상기 조명 포트와 광 통신하는 하나 이상의 광학 채널을 포함하는, 기관지 내시경.
  38. 제37항에 있어서, 상기 조명 신호를 생성하기 위해 상기 몸체에 장착된 광원을 포함하는 기관지 내시경.
  39. 제30항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기기 코드의 상기 원위 단부에서 치료 구역을 시각화하기 위하여 이미징 신호를 운반하기 위한 이미징 요소를 포함하는 기관지 내시경.
  40. 제39항에 있어서, 상기 이미징 요소는 광섬유 다발을 포함하는 파이버내시경을 포함하는, 기관지 내시경.
  41. 제39항에 있어서, 상기 이미징 요소는 상기 기기 코드의 상기 원위 단부에 장착된 이미지 센서, 및 상기 이미지 센서로부터 상기 기기의 상기 근위 단부로 신호를 운반하기 위한 통신 케이블을 포함하는, 기관지 내시경.
  42. 제30항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원위 단부에 온도 센서를 포함하는 기관지 내시경.
  43. 마이크로파 에너지를 폐 조직으로 전달하기 위한 전기 수술 장치로서,
    마이크로파 에너지를 발생시키는 발생기; 및
    제30항 내지 제42항 중 어느 한 항의 기관지 내시경을 포함하되,
    상기 전력 입력 포트는 상기 마이크로파 에너지를 상기 동축 전송 라인으로 운반하기 위해 상기 발생기에 연결된, 전기 수술 장치.
  44. 제43항에 있어서, 상기 발생기는 1% 내지 50%의 듀티 사이클로 상기 마이크로파 에너지를 펄스화하도록 배열된, 전기 수술 장치.
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