KR20210030381A - 기계 학습 및 인공 지능을 이용하는 체내 제어 가능한 소형화 의료 기기 - Google Patents

기계 학습 및 인공 지능을 이용하는 체내 제어 가능한 소형화 의료 기기 Download PDF

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KR20210030381A
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크리스토퍼 제이 벨리스
매튜 피 팔머
니샤 베로니카 파마
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미라키 이노베이션 씽크 탱크 엘엘씨
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Abstract

체내 이동을 위해 적어도 하나의 의료기기를 포함하는 의료시스템. 상기 의료기기는 내부 영역을 정의하는 호스트 구조, 적어도 하나의 데이터 수집 시스템, 상기 적어도 하나의 데이터 수집 시스템의 데이터를 전송하기 위한 적어도 하나의 통신 수단을 포함한다. 상기 의료기기는 상기 의료기기는 살아있는 유기체의 루멘(lumen)에 들어맞는 크기의 주변 경계에 맞도록 구성된다. 상기 의료시스템은 외부 처리 장치를 포함한다. 상기 외부 처리 장치는 적어도 하나의 통신 수단으로부터 전송된 데이터를 수신하도록 구성되고 상기 의료 기기로부터 수신된 데이터에 대한 분석을 수행하도록 구성된다.

Description

기계 학습 및 인공 지능을 이용하는 체내 제어 가능한 소형화 의료 기기
본 발명은 일반적으로 체내 제어 가능한 소형화 의료기기에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 기기의 동작을 제어하고 안내하기 위해 기계 학습 및 인공 지능(Artificial Intelligence, 이하 AI라고 함)을 이용하는 체내 의료기기에 관한 것이다. 상기 기기는 잠재적 환자의 병리를 식별하기 위해 실시간으로 알고리즘을 사용하여 이미징 시스템, 샘플 및 데이터 수집 시스템에서 얻은 데이터를 분석할 수 있다. 상기 AI는 환자의 병력을 고려해 환자의 데이터를 임상 데이터의 데이터베이스(database)와 비교하고, 결과를 평가하고, 진단을 내리고 그리고/또는 치료를 제공할 수 있다.
많은 의료 절차에서 의사는 환자를 진단을 하거나 치료하기 위해서 신체 내 영역에 접근해야 한다. 보통은 의사는 인체 구멍(natural orifices) 및 내강(lumens)을 통해 신체 내부 영역에 접근한다. 인체 구멍은 비공, 구강, 외이도, 비루관, 항문, 요도, 질 및 유두를 포함한다. 인체 내강은 위장관 내부, 폐의 기관지경, 세뇨관 및 요로도관 내부, 질경(膣經), 자궁 및 난관을 포함한다. 인체 구멍 및 내강을 통한 절개로 의사들은 환자의 체내 거의 모든 영역에 접근할 수 있다.
신체 내 영역 접근을 위한 기존 방법에는 개복 수술, 복강경 수술 및 내시경 수술이 있다. 복강경 수술은 의사가 작은 "열쇠 구멍"을 내어 특수 설계된 기구를 이용해 체내 영역에 접근하도록 한다. 초기 복강경 기구는 선형 특성으로 체내 영역 접근을 위해 직선 상 장애물이 없는 "시선" 확보가 필요했다. 내시경 수술은 의사가 가요성 도구를 구강 또는 직장으로 통과시켜 소화계통 영역에 접근하도록 한다.
최근 의사들은 로봇을 이용해 의료 기기를 제어하기 시작했다. 의료용 로봇은 일반적으로 마스터/슬레이브 구성으로 연결되어 의사의 움직임을 기기의 움직임으로 변환시킨다. 로봇 제어로 인해 가요성 복강경 기기가 출현했다. 하지만, 의료용 로봇의 도입으로 의사들은 기기의 움직임과 동작을 능동적으로 제어해야 하고 대규모 고가 자본 장비 및 전용 수술공간을 필요로 한다.
이 밖에도, 환자가 캡슐을 섭취하고 소화계통 통과시 사진촬영이 가능한 캡슐 내시경이 발명되었다. 하지만, 캡슐 내시경의 움직임을 제어하고, 방향, 속도 및 위치를 추적 및 제어하고, 정확한 촬영 위치를 파악하고, 모든 유형의 수술절차 및 치료를 제공하기 위한 수단이 없다.
따라서, 해당 기술 분야의 개선이 바람직하다. 로봇기구를 이용한 외과수술 및 치료 시행능력이 캡슐 시스템 또는 기타 구조의 절개 흔적(footprint), 크기, 기동성과 결합한다면 유용할 것이다. 의사가 의료 기기를 특정 위치로 이동할 수 있도록 의료 기기의 움직임을 제어하는 수단을 제공하면 유용할 것이다.
또한, 환자의 조직 샘플 및 의료 영상은 임상 진단을 위해 사용된다. 의료 영상은 임상 분석 및 의료 개입을 위한 신체 내부의 시각적 표현을 가능하게 한다. 지난 20년 동안 의료 영상은 중대한 변화를 겪었고 과거 분명한 질병에 대한 진단에서 오늘날 미묘한 이상까지도 감지하게 되었다. 영상 기술은 점점 더 새로워지며, 이전에는 생체검사와 조직학적 해석으로만 가능했던 것을 시각화하기 위해 시도한다. 고해상도 및 고화질 의료 영상의 출현으로 의사들은 신체의 넓은 영역에서 수집된 방대한 의료 데이터를 선별하는 문제를 점점 더 큰 부담으로 느끼게 될 것이다. 의료 데이터가 고해상도 및 고화질 이미지뿐만 아니라 온도, 압력 및 pH 수준과 같은 기타 임상 관련 데이터를 포함한 다중 변량(multi-variate)인 경우, 문제는 더욱 심해진다. 따라서 의료 영상, 조직 샘플 및 기타 임상 관련 데이터의 분석을 자동화하기위한 AI 알고리즘의 개발이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 내부 영역을 정의하는 호스트 구조를 포함하는 체내 이동용 의료기기를 제공하는 것이다. 상기 의료기기는 상기 호스트 구조에 연결된 하나 이상의 추진 시스템을 포함한다. 상기 호스트 구조와 추진 시스템은 살아있는 유기체의 루멘(lumen)에 들어맞는 크기의 주변 경계에 맞춰 조정이 가능하다. 상기 의료기기는 하나 이상의 추진 시스템과 통신하는 하나 이상의 전원 공급 장치를 포함한다. 상기 의료기기는 하나 이상의 상기 추진 시스템 및 전원 공급 장치와 통신하는 제어 유닛을 포함한다. 상기 제어 유닛은 상기 호스트 구조와 상기 추진 시스템이 루멘 내부에서 스스로 제어할 수 있도록 루멘 내부에서 상기 호스트 구조와 추진 시스템을 이동시키기 위해 상기 추진 시스템을 제어하도록 구성된 컴퓨터 프로세스 컨트롤러(controller)를 구비한다.
상기 추진 시스템은 상기 호스트 구조와 통신하는 스프로킷 구동 트랙 구조(sprocket driven track structure); 상기 호스트 구조로부터 배출되는 유체 제트 스트림(fluid jet stream); 상기 호스트 구조로부터 뻗어나온 복수의 관절형 촉수; 상기 호스트 구조의 외부 표면에 형성된 스크류 드라이브(screw-drive); 상기 호스트 구조와 통신하는 풀(pull) 장치 및/또는 푸시(push) 장치; 및 벌룬(balloon)을 팽창 및 수축시키는 배열구조들(arrangements)을 포함할 수 있고, 상기 벌룬은 상기 호스트 구조 표면상 미리 결정된 위치 및/또는 상기 호스트 구조 주위의 미리 결정된 위치에 배치된다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 추진 시스템은 루멘 내의 의료 기기의 방향(orientation) 제어를 위해 구성된 방향 제어장치를 포함한다. 상기 방향 제어장치 및 상기 추진 시스템은, 예를 들어, 안정화 날개, 플리퍼(flipper), 앵커(anchor), 브레이스(brace), 지지대, 클램프(clamp), 자이로스코프(gyroscope) 및/또는 밸러스트(ballast) 시스템을 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에서, 상기 의료기기는 테더(tether), 의료용 스코프(scope) 및/또는 제 2 의료기기를 수용하기 위한 도킹 스테이션(docking station)을 포함한다. 일 실시 예에서, 상기 의료용 스코프는 이비인후과 검이경, 비인두경, 복강경, 부비동내시경, 질 확대경, 절제용 내시경 또는 방광경을 포함한다. 일 실시 예에서, 상기 도킹 스테이션은 테더, 홀딩 장치, 해제 장치, 발사 장치, 푸시(push) 장치 및/또는 풀(pull) 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 상기 의료기기(5)는 루멘 내부에서 의료기기를 추적하고 안내하기 위해 상기 제어장치와 통신하는 추적 장치, 신호 송신기 및 신호 수신기를 포함한다.
상기 전원 공급 장치는 소형 배터리, 연료 전지, 전기 화학 반응기, 압전기, 루멘 및 인접 기관의 조직 내 유체로부터 열 및/또는 화학 반응 에너지를 얻는 에너지 수확장치, 열 반응장치, 열흡수 에너지 변환장치 및 마찰 전기 에너지 수확장치를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 호스트 구조는 하나 이상의 전원 공급 장치, 에너지 저장 장치, 약물, 이미징 시스템, 컴퓨터 프로세서 컨트롤러(controller), 통신 송신기 및 수신기, 추진 시스템, 치료 전달 장치(예를 들어, 방사선원), 공정 폐기물, 생체 검사, 혈액 및 조직 샘플, 의료 및 수술기구, 유체, 가스, 분말 및 소모품을 수용하기 위한 소형 구획부를 갖는 저장 시스템(storage system)을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 호스트 구조는, 임상적 비활성 재료, 살균성 재료, 탄성재료, 화학반응성 재료, 화학적 비활성 재료, 붕해성 재료, 용해성 재료, 접이 가능 재료, 미리 정해진 시간 동안 체액 노출을 견디는 물리적 및 화학적 특성을 가진 재료를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 호스트 구조는 X- 선 방사선 촬영, 자기 공명 영상, 의료용 초음파 또는 초음파, 공초점 현미경, 탄성영상(elastography), 광간섭 단층 촬영(optical-coherence tomography), 촉각 영상(tactile imaging), 열 화상 및 의료 디지털 사진과 같은 이미징 시스템을 포함한다. 일 실시 예에서, 상기 이미징 시스템은 의료기기의 루멘(lumen)을 통해 이동하도록 구성된다. 일 실시 예에서, 상기 이미징 시스템 중 하나 이상은 루멘에 있는 동안 의료 기기로부터 방출되고 지속적인 모니터링을 위해 루멘 내 미리 결정된 위치에 배치된다.
일 실시 예에서, 상기 호스트 구조는 광간섭 단층 촬영 (OCT) 유도 레이저 기기, 방사선 방출원, 화학요법 적용장치, 제약 및 약물 적용 장치, 광역학 요법 장치와 같은 하나 이상의 치료 전달 시스템을 포함한다. 일 실시 예에서, 상기 치료 전달 시스템 중 하나 이상은 치료를 제공하기 위해 의료 기기의 루멘(lumen)을 통해 이동하도록 구성된다. 일 실시 예에서, 상기 치료 전달 시스템 중 하나 이상은 루멘에 있는 동안 의료 기기로부터 방출되고 진행중인 치료 전달을 위해 루멘의 미리 결정된 위치에 배치되도록 구성된다. 일 실시 예에서, 상기 치료 전달 시스템 중 하나 이상은 치료의 시간, 기간 및/또는 적용 위치를 기록하도록 구성된 저장 매체로 구성된다.
일 실시 예에서, 상기 호스트 구조는 샘플 수집 시스템 및/또는 데이터 수집 시스템을 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 샘플 수집 시스템은 조직 생체검사 샘플 및 혈액, 뼈, 세포, 골수, 혈액, 소변, DNA 및/또는 대변 샘플을 얻도록 구성된다.
일 실시 예에서, 상기 데이터 수집 장치는 하나 이상의 pH 프로브(probe), 가속도계, 압력 변환기, 온도계 및/또는 치수 측정 시스템을 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 호스트 구조는 약물, 액체, 분말, 화학반응제 및 방사선 방출원과 같은 페이로드(payload)를 저장 및/또는 분배하도록 구성된 저장 구획부가 장착된 하나 이상의 재료 분배 시스템을 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 재료 분배 시스템은 액추에이터(actuator), 펌프(pump), 압축기, 노즐(nozzle), 흐름 제어 장치, 주입 장치, 피어싱(piercing) 장치, 선량 측정 장치 및 기록 장치를 포함한다.
일 실시 예에서, 본 발명은 적어도 2개의 대화형(상호작용) 의료기기들을 포함하며, 여기서 대화형 의료기기들은 외부 컴퓨터 기반 제어 시스템과 통신 및/또는 서로 통신하며 미리 정해진 임무 혹은 작업을 수행하기 위해 서로 협력하도록 구성된다.
본 발명은 약물 투여, 치료 투여, 의료기기 배치, 영상 및/또는 수술을 수행하는 의료 기기를 사용하는 방법을 포함한다.
본 발명의 의료기기 사용 방법은 위장관, 비뇨기과 응용, 폐, 방광, 비강 시스템, 생식 시스템, 경 요도 방광종양 절제술 (TURBT), 경 요도 전립선 절제술 (TURP), 직장 전립선 초음파, 생체검사 및 방사선 치료를 포함한다.
본 발명은 시술을 위한 각종 환경, 실험 및 수술, 긴급환자 및 외래 환자 수술 및/또는 평범한 일상에서 의료 기기를 사용하는 것을 포함한다.
일 실시 예에서, 복수의 의료 기기는 히트 싱크, 화학 반응기 및 저장 용기와 같은 하나 이상의 레포지토리(repository)와 통신한다. 일 실시 예에서, 복수의 의료기기는 냉각 시스템 및 물질 배출 시스템을 포함하고, 상기 레포지토리는 체내 또는 체외에 위치한다.
본 발명은 하나 이상의 의료 기기를 사용하고 의료 기기로부터 수신된 데이터에 대한 분석을 수행하도록 구성된 의료 시스템을 포함하며, 여기서 데이터 분석은 기계 학습 및 인공 지능을 포함한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 체내 이동을 위한 하나 이상의 의료 기기를 사용하는 의료 시스템을 제공하는 것이다. 상기 의료 기기는 내부 영역을 정의하는 호스트 구조와 하나 이상의 데이터 수집 시스템을 포함한다. 상기 의료 기기는 상기 데이터 수집 시스템으로부터 데이터를 전송하기 위한 하나 이상의 통신 수단을 포함한다. 상기 의료 기기는 살아있는 유기체의 루멘(lumen)에 들어맞는 크기의 주변 경계에 맞춰 구성할 수 있다. 상기 의료 시스템은 상기 통신 수단으로부터 전송된 데이터를 수신하도록 구성되고 상기 의료 기기로부터 수신된 데이터에 대한 분석을 수행하는 처리 장치(예를 들어, 체내 또는 체외 또는 의료 기기 내부)를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 데이터 수집 시스템으로부터의 데이터는 이미지, pH 값, 온도, 위치, 힘, 압력, 치수, 시간 및 이들의 조합으로 구성된 그룹이다.
일 실시 예에서, 상기 이미지는 백색광, 염료를 사용한 콘트라스트 강조(contrast enhancement), 광학 방법, 전자 방법, 협대역 영상, 자동 형광, 공초점 레이저 현미경, 광간섭 단층 촬영, 형광 발광, 반사 분광법, 표적 이미징, 다중 모드 이미징을 통해 얻는다.
일 실시 예에서, 상기 외부 처리 장치는 로컬 컴퓨터 단말기, 클라우드 컴퓨터 단말기 또는 휴대용 장치이다.
일 실시 예에서, 상기 데이터 분석은 외부 처리 장치에 의해 수행되고 비정상적인 패턴 및 이상에 대한 데이터의 검토를 포함하며 의료 기기로부터 수신된 데이터를 외부 처리 장치와 통신하여 데이터베이스에 저장된 데이터와 비교하기 위해 데이터에 대한 명령 및 알고리즘의 적용을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 비정상적인 패턴 및 이상에 대한 데이터의 검토는 전체적인 형태의 분석; 형태; 세포 모양; 크기; 핵 모양; 핵의 크기와 수; 염색질의 구조; 산란 특성; pH 수준, 온도 수준; 압력; 그리고 촉각 수준을 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 데이터 분석은 신생물성 병변, 궤양 및 폴립을 포함하는 이상 확률을 제공한다.
일 실시 예에서, 상기 데이터 분석은 의료 기기에 의해 수행될 의료 관련 단계와 같은 다음 단계에 대한 권장 사항을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 환자에게서 하나 이상의 이상을 진단 또는 치료하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 하나 이상의 의료 기기를 환자의 구멍 또는 내강에 배치하고, 의료 기기를 사용하여 환자에 대한 데이터를 수집하고, 의료 기기에서 외부 처리 장치로 환자에 대한 데이터를 전송하고, 데이터를 분석하기 위해 의료 기기로부터 수신된 데이터에 명령을 적용하고, 환자를 진단하거나 치료하기 위해 데이터 분석을 이용하는 것을 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 데이터는 이미지, pH 값, 온도, 위치, 힘, 압력, 치수, 시간 및 이들의 조합을 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 이미지는 백색광, 염료를 사용한 콘트라스트 강조(contrast enhancement), 광학 방법, 전자 방법, 협대역 영상, 자동 형광, 공초점 레이저 현미경, 광간섭 단층 촬영, 형광 발광, 반사 분광법, 표적 이미징, 다중 모드 이미징을 통해 얻는다. 외부 처리 장치는 로컬(local) 컴퓨터 단말, 클라우드(cloud) 컴퓨터 단말 및 휴대용 장치를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 데이터 분석은 외부 처리 장치에 의해 수행되고 의료 기기로부터 수신된 데이터를 외부 처리 장치와 통신하여 데이터베이스에 저장된 데이터와 비교하기 위해 비정상적인 패턴 및 이상에 대한 데이터의 검토 및 데이터에 대한 명령 및 알고리즘의 적용을 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 비정상적인 패턴 및 이상에 대한 데이터의 검토는 전체적인 형태의 분석; 형태; 세포 모양; 크기; 핵 모양; 핵의 크기와 수; 염색질의 구조; 산란 특성; pH 수준, 온도 수준; 압력; 그리고 촉각 수준을 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 데이터 분석은 신생물성 병변, 궤양 및 폴립을 포함하는 이상 확률을 제공한다.
일 실시 예에서, 상기 데이터 분석은 의료 기기에 의해 수행될 의료 관련 단계와 같은 다음 단계에 대한 권장 사항을 제공한다.
첨부된 도면은 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기 위하여 도시한다. 하지만, 본 발명은 상기 도면에 도시된 정확한 배열 및 수단에 국한되지 않음을 이해해야 한다.
도 1a는 본 발명에 따른 전형적인 체내 제어 가능한 의료기기를 도시한다.
도 1b는 본 발명에 따른 또 다른 전형적인 체내 제어 가능한 의료기기를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 체내 제어 가능한 의료기기를 대안적으로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 나선형 스크류 드라이브(screw drive) 추진 시스템을 특징으로 하는 체내 제어 가능한 의료기기를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 스프로킷(sprocket) 구동 트랙 추진 시스템을 특징으로 하는 체내 제어 가능한 의료기기를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 스프로킷(sprocket) 구동 트랙 추진 시스템을 특징으로 하는 체내 제어 가능한 의료기기를 대안적으로 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 유체/제트 스트림 추진 시스템을 특징으로 하는 체내 가능한 의료기기를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 촉수 추진 시스템을 특징으로 하는 체내 제어 가능한 의료기기를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 촉수 추진 시스템을 특징으로 하는 체내 제어 가능한 의료기기를 대안적으로 도시한다.
도 9a 내지 9c는 본 발명에 따른 앵커(anchor) 및 테더(tether) 추진 시스템을 특징으로 하는 제내 제어 가능한 의료기기를 도시한다.
도 9d 및 9e는 본 발명에 따른 푸시(push)형 추진 시스템을 특징으로 하는 제내 제어 가능한 의료기기를 도시한다.
도 9f 및 9g는 본 발명에 따른 자기장 유형 추진 시스템을 특징으로 하는 체내 제어 가능한 의료기기를 도시한다.
도 10a 내지 10c는 본 발명에 따른 팽창/수축 벌룬(balloon) 추진 시스템을 특징으로 하는 체내 제어 가능한 의료기기를 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 자이로스코프(gyroscope), 날개/플리퍼(flipper) 안정화 시스템을 특징으로 하는 체내 제어 가능한 의료기기를 도시한다.
도 12a 내지 12g는 체내 제어 가능한 의료기기를 배치하기 위한 상이한 스코프(scope) 시스템을 도시한다.
도 13a 내지 13c는 스코프에 의해 배치되는 체내 제어 가능한 의료기기를 도시한다.
도 14a 및 14b는 스코프에 의해 위장에 배치되는 체내 제어 가능한 의료기기를 도시한다.
도 15a 및 15b는 체내 제어 가능한 의료기기를 제어하기 위한 시스템을 도시한다.
도 16a 및 16b는 체내 제어 가능한 의료기기에 전력을 공급하기 위한 상이한 전력 공급 시스템을 도시한다.
도 17은 체내 제어 가능한 의료기기에 전력을 공급하기 위한 유도 충전의 사용을 도시한다.
도 18은 2개의 체내 제어 가능한 의료기기 사이의 테더링된 전력 전달을 도시한다.
도 19는 체내 제어 가능한 의료기기를 위한 기기 내 저장 시스템을 도시한다.
도 20a 및 20b는 체내 제어 가능한 의료기기와 통합될 수 있는 이미징 시스템을 도시한다.
도 21a 및 21b는 체내 제어 가능한 의료기기에 의한 모니터링 센서의 배치를 도시한다.
도 22a, 내지 22c는 체내 제어 가능한 의료기기에 의한 치료 시스템 전달을 도시한다.
도 23a 내지 23g는 체내 제어 가능한 의료 기기에 의해 사용될 수 있는 상이한 조직 및 체액 샘플링(sampling) 장치를 도시한다.
도 24는 체내 제어 가능한 의료 기기에 의해 사용될 수 있는 재료 분배 시스템을 도시한다.
도 25는 대화형 체내 의료 기기들을 도시한다.
도 26은 본 발명 실시예에 따른 의료시스템을 도시한다.
도 27은 체내 제어 가능한 의료기기에 의해 획득된 데이터 분석에서 수행되는 단계의 흐름도를 도시한다.
도 28은 환자에게 배치되고 처리장치에 무선으로 연결된 체내 제어 가능한 의료기기를 도시한다.
도 29는 체내 제어 가능한 의료기기로부터 촬영되고 이미지의 데이터와 비교되는 이미지를 도시한다.
도 1a는 본 발명에 따른 예시적인 체내 제어 가능한 의료기기(이하 "의료기기")를 도시한다. 일 실시예에서, 상기 의료기기(5)는 캡슐 형상이다. 상기 의료기기(5)는 원위 단부(10), 근위 단부(15), 원위 단부(10)와 근위 단부(15)를 연결하는 몸체(20)가 있다. 여기에 설명된 바와 같이, 제어 유닛, 전원 공급 시스템, 체내 기기 저장 시스템(intra-device storage system), 이미징 시스템, 테라피 시스템, 샘플 및 데이터 수집 시스템, 재료 분배 시스템은 의료기기(5)의 몸체(20) 내 위치할 수 있다. 체내 제어 가능한 의료기기는 체내 탐색이 될 해부학적 구조와 의료기기의 전달 방법에 따라 크기가 조정될 수 있다. 예를 들어, 위장관에서 작동하는 체내 제어 가능한 기기의 전체 치수는 직경 약 25mm, 길이 약 75mm일 수 있다. 상기 기기의 직경이 약 15mm, 길이가 약 50mm일 경우, 더 바람직하다. 가장 바람직하게는 상기 기기의 직경이 약 15mm미만, 길이 약 50mm 미만일 수 있다. 스코프(scope)를 구비한 체내 제어 가능한 기기의 전체 치수는 직경 약 20mm, 길이 약 75mm일 수 있다. 상기 기기의 직경이 약 15mm, 길이가 약 50mm일 경우, 더 바람직하다. 가장 바람직하게는 상기 기기의 직경 약 15mm 미만, 길이 약 50mm 미만의 경우, 가장 바람직하다. 제어 시스템, 전원 공급 시스템, 체내 저장 시스템, 이미징 시스템, 테라피 시스템, 샘플 및 데이터 수집 시스템, 재료 분배 시스템의 크기는 해당 치수에 따라 달라진다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 의료기기(5)는 내부 영역(20A)을 갖는 호스트 구조(320) 인 몸체(20)를 포함한다. 제 1 추진 시스템(30A) 및 제 2 추진 시스템(30B) (예를 들어, 도 4 및 5를 참조해 도시되고 설명된 것과 유사한 스프로킷(sprocket) 및 트랙(track) 시스템)은 호스트 구조(320)에 연결된다.
비록 제 1 추진 시스템(30A) 및 제 2 추진 시스템(30B)이 도시되고 설명되지만, 본 발명은 하나의 추진 시스템 또는 2개 이상의 추진 시스템이 사용될 수 있으므로, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 한, 상기 실시예에 한정되지 아니한다.
제 1 추진 시스템(30A) (예를 들어, 도 2-8 참조) 및 제 2 추진 시스템(30B)은 소형화된 크기의 주변 경계(peripheral boundary) (323) (예를 들어, 피부 또는 외부 표면)로 구성될 수 있고, 인간과 같이 살아있는 유기체의 루멘(300) (또는, 조직, 근육 또는 지방)에 맞도록 조정된다. 일 실시 예에서, 상기 의료기기(5)는 뼈 내의 골수를 탐색하도록 구성된다. 예를 들어, 위장관 내에서 작동하는 체내 제어 가능 기기의 전체 치수는 약 25mm의 직경과 약 75mm의 길이일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 기기는 약 15mm의 직경 및 약 50mm의 길이일 수 있다. 가장 바람직하게는 상기 기기의 직경은 약 15mm 미만, 길이는 약 50mm 미만일 수 있다. 스코프(scope)를 사용하여 전달되는 체내 제어 가능 기기의 전체 치수는 직경이 약 20mm이고 길이가 약 75mm 일 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 기기의 직경은 약 15mm, 길이는 약 50mm 일 수 있다. 가장 바람직하게는 상기 기기의 직경은 15mm 미만이고 길이는 50mm 미만일 수 있다.
일 실시 예에서, 호스트 구조(320)는 내부에 상기 호스트 구조(320)의 내부 영역(20A)에 접근하기 위한 개구(322)를 포함한다. 일 실시 예에서, 후퇴 가능한(retractable), 제거 가능 또는 피봇 가능한(pivotable) 부재(24) (예를 들어, 도어(door), 창 또는 플랩(flap))는 상기 개구(322)를 선택적으로 덮는다.
상기 추진 시스템(30A 및 30B)은 루멘(300) 내에서 기기(5)를 이동시키는 데 사용될 수 있다. 또한, 상기 추진 시스템(30A 및 30B)은 방향(orientation) 제어 장치(31A 및 31B)로서 사용될 수 있다. 상기 추진 시스템은 상기 루멘(300) 내에서 기기의 위치를 유지하기 위해 더 작고 미세한 움직임을 생성할 수 있으며 상기 루멘(300), 조직, 근육 또는 지방 내에서 상기 기기의 방향을 변경하는 데 사용될 수 있다.
상기 루멘(300), 조직, 근육 또는 지방 내에서 상기 의료 기기(5)의 방향을 제어하면 상기 체내 기기 저장 시스템, 이미징 시스템, 테라피(therapy) 시스템, 샘플(sample) 및 데이터 수집 시스템 및/또는 재료 분배 시스템이 상기 루멘, 조직, 근육, 골수 또는 지방 내의 관심 영역에 인접할 수 있도록 한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 제 1 전원 공급 장치(40A) 및 제 2 전원 공급 장치(40B)는 상기 제 1 추진 시스템(30A) 및 제 2 추진 시스템(30B)과 (예를 들어, 일반적으로 점선(11P)으로 표시된 전력 공급 도체 또는 전송 라인 또는 채널을 통해) 통신한다. 상기 제 1 전원 공급 장치(40A) 및 제 2 전원 공급 장치(40B)가 상기 제 1 추진 시스템(30A) 및 제 2 추진 시스템(30B)과 통신하는 것으로 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 하나의 추진 시스템 또는 2개 이상의 추진 시스템이 사용될 수 있고, 상기 전원 공급 장치(예를 들어, 30A 또는 30B) 중 임의의 것이 하나 이상의 추진 시스템(예를 들어, 40A 또는 40B)과 통신할 수 있으므로, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 제어 유닛(350)은 상기 제 1 추진 시스템(30A), 제 2 추진 시스템(30B), 제 1 전원 공급 장치(40A) 및 제 2 전원 공급 장치(40B)와 (예를 들어, 일반적으로 점선(11S)으로 표시된 신호 전송 라인, 유선 또는 무선 채널을 통해) 통신한다. 상기 제어 유닛(350)은 루멘(300)에서 상기 호스트 구조(320), 상기 제 1 추진 시스템(30A) 및 제 2 추진 시스템(30B)을 이동시키기 위해 상기 제 1 추진 시스템(30A), 제 2 추진 시스템(30B)을 제어하도록 구성된 컴퓨터 프로세스 컨트롤러(355)를 포함한다. 이에 따라, 상기 호스트 구조(320), 상기 제 1 추진 시스템(30A), 제 2 추진 시스템(30B) 및 제어 유닛(350)은 루멘(300) 내 자가조종(self-maneuverable)이 가능하다.
도 1b에서 도시된 바와 같이, 추적 장치(351), 신호 송신기(352) 및 신호 수신기(353)는 상기 루멘(300) 내에서 상기 의료기기(5)를 추적하고 안내하기 위해 신호 라인 (11S)을 통해 상기 제어 유닛(350)과 통신한다.
도 2의 예시적인 실시예에서, 체내 제어 가능한 의료기기(5)는 문어 형상일 수 있다. 상기 기기는 몸체(30)와 부속 장치(35)들을 갖는다. 부속 장치(35)들은 추진하고, 호스트 구조(20)를 덮거나 감싸고, 호스트 구조(20)의 일부를 형성하거나, 치료 및 진단 업무를 수행한다. 도 1b를 참조하여 설명한 것과 유사한 제어 시스템, 전원 공급 시스템, 체내 기기 저장 시스템, 이미징 시스템, 테라피 시스템, 샘플 및 데이터 수집 시스템, 재료 분배 시스템은 기기의 몸체(30) 및/또는 부속장치(35)들 내에 또는 호스트 구조(20) 내부 영역에 위치할 수 있다.
도 3-11에 도시된 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 체내 제어 가능한 의료 기기에 관한 것이며, 특히 루멘(lumen) 또는 오리피스(orifice) 내에서 상기 체내 제어 가능한 의료기기를 이동시키기 위한 추진 시스템에 관한 것이다. 상기 추진 시스템은 루멘 또는 오리피스 내에서 상기 기기의 방향을 제어하기 위해, 도 1에 따른 하나 이상의 방향 제어 장치(31A, 31B)를 포함한다. 상기 체내 제어 가능한 의료기기는 루멘 및/또는 오리피스를 테더링(tethered)(연결) 및/또는 테더링되지 않은(untethered)(연결되지 않은) 상태로 이동하도록 크기가 조정된다.
따라서, 상기 체내 제어 가능한 의료기기는 다음을 포함하되 이에 국한되지 않는 하나 이상의 추진 시스템이 장착되어 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같은, (1) 상기 기기와 통신하는 스프로킷(sprocket) 구동 트랙 구조; (2) 상기 기기로부터 배출되는 유체 제트 스트림(fluid jet stream); (3) 상기 기기 표면 및/또는 주변의 미리 결정된 위치에서 벌룬(balloon)을 팽창 및 수축시키는 배열 구조들(arrangements); (4) 기기로부터 뻗어나온 복수의 관절형 촉수(articulating tentacle); (5) 기기의 외부 표면에 형성된 스크류 드라이브(screw drive) 및 (6) 안정화 날개, 플리퍼(flipper), 앵커(anchor), 브레이스(brace), 지지대 및/또는 클램프(clamp)를 포함한다. 상기 체내 제어 가능한 의료 기기는 소화계의 연동운동을 통해 체내에서 움직일 수도 있다. 일 실시 예에서, 추진 시스템은 상기 기기(5)를 관심 영역으로 이동시키는 데 사용될 수 있다. 이후, 상기 기기는 연동 운동을 통해 수동적으로 체내에서 빠져나가거나 테더(tether)로 체내에서 꺼낼 수 있다.
도 3에는 스크류 드라이브(screw-drive) 추진 시스템을 갖춘 체내 제어 가능한 의료 기기가 표시된다. 상기 스크류 드라이브(screw-drive) 추진 시스템은 상기 기기의 외부 표면에 나선형 나사산(helical thread)이 있다. 상기 나선(helix)(40)은 체내 제어 가능한 의료 기기의 몸체(20)를 둘러싸고 있다. 나사산(screw thread)(45)은 상기 나선(40) 주위로 제공된다. 상기 몸체(20)의 중심 축 주위로 나선(40)의 회전은 상기 체내 제어 가능한 의료 기기가 상기 루멘(300) 또는 오리피스에서 전진하게 한다. 상기 나선(40)의 회전 방향을 전환하면 상기 체내 제어 가능한 의료 기기가 반대 방향으로 전진하게 한다.
도 4 및 도 5를 참조하는 대안적인 실시 예에서, 상기 기기와 통신하는 스프로킷(sprocket) 구동 트랙 구조를 갖는 체내 제어 가능 기기가 도시된다. 상기 트랙(track)(50)은 몸체(20)의 축 (A) (도 4)을 따라, 몸체(20) 둘레를 따라 (도 5의 화살표 C 참조) 또는 상기 호스트 구조(20)의 하나 이상의 부분(도 1b의 제 2 추진 시스템(30B))을 따라 배향될(oriented) 수 있다. 스프로킷 (도시되지 않음)은 상기 기기(도 4)의 근위 단부(10) 및 원위 단부(15) 내에 수용되거나 몸체(20)의 중심(도 5)에 포함될 수 있다. 상기 체내 제어 가능한 의료 기기(5)의 본체(20)에 대한 상대적인 트랙(50)의 움직임은 의료기기의 움직임을 생성한다.
대안적인 실시 예에서 도 6을 참조하면, 유체 / 가스 제트 스트림(jet stream) 배출 추진 시스템을 갖는 체내 제어 가능한 의료기기가 도시되어 있다. 물질 (예를 들어, 기체, 액체, 겔 또는 입자)의 제트 스트림(55)은 노즐(nozzle) 또는 오리피스(orifice)(60)를 통해 체내 제어 가능한 의료기기(5)로부터 방출될 수 있다. 오리피스(60)는 의료기기의 원위 단부(10) 및 /또는 근위 단부(15)에 위치할 수 있다. 상기 제트 스트림(55) 물질은 상기 기기의 몸체(20) 내에 저장될 수 있다. 또는, 상기 물질은 신체에서 채취할 수 있다 (예를 들어, 위액). 또는, 상기 유체는 신체에서 (예를 들어, 위액)에서 채취하여 추진력을 생성하기 위해 상기 오리피스(60)를 통해 압력을 받는 유체 / 가스 제트 스트림(jet stream)(55)로서 배출되는 가스(예를 들어, 이산화탄소 가스)를 생성하기 위해 기기(20) 내에 저장된 화합물 (예를 들어, 중탄산 나트륨)과 반응할 수 있다. 또한, 프로펠러(propeller) 및/또는 터빈(turbine)(61)은 노즐 또는 오리피스(orifice)(60) 내에 위치할 수 있다. 물질의 제트 스트림(55)은 터빈을 회전시켜 추력을 생성할 수 있다. 또한, 유체/가스 제트 스트림 배출 추진 시스템은 방향 제어 시스템(31A 및 31B)으로 사용될 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조한 대안적인 실시 예에서, 신체로부터 뻗어나온 복수의 관절 촉수를 갖는 체내 제어 가능한 의료기기(5)가 도시된다. 상기 기기의 몸체(20)의 길이를 따라 복수의 촉수(65)가 배치될 수 있다 (도 7); 또는, 상기 촉수(65)는 상기 기기의 원위 단부(10) 또는 근위 단부(15)에 위치할 수 있다 (도 8). 상기 촉수(65)는 선형일 수 있다. 상기 촉수(65)는 힌지 영역(hinged regions)(70)을 갖는 선형일 수 있거나 길이(75) 전체에 걸쳐 관절식으로 연결될 수 있다. 상기 촉수(65)의 움직임은 상기 체내 제어 가능한 의료기기의 추진력을 생성한다.
도 9a-9g를 참조한 대안적인 실시 예에서, 푸시(push) 및 풀(pull) 추진 시스템을 갖는 체내 제어 가능한 의료기기(5)가 도시된다. 도 9a 내지 9c에는 후퇴(retractable)가능한 앵커(anchor) 기반 추진 시스템이 도시되어 있다. 앵커 (80)는 업계에서 공지된 임의의 종류의 앵커일 수 있다. 도 9a에서 도시된 바와 같이, 상기 근위 단부(15)는 P1 위치에 있고 상기 앵커 (80)는 후퇴 위치에 있다. 도 9 b에 도시된 바와 같이, 상기 앵커 (80)는 연장된 테더(tether)(85)를 통해 전개되고 위치 P2에서 조직에 부착된다. 상기 앵커 (80)는 테더 (85)에 의해 체내 제어 가능한 의료기기(5)에 연결된다. 상기 테더 (85) (도 9C)를 후퇴시킴으로써 추진력이 발생하여 의료기기를 위치 P2로 당긴다.
대안적인 실시 예에서, 도 9d 및 9e는 푸시(push) 추진 시스템을 나타낸다. 도 9d에서 도시된 바와 같이, 상기 근위 단부(15)는 P1 위치에 있고 푸시로드(push rod)(87)는 후퇴 위치에 있다. 상기 푸시로드(87)의 단부는 고정 구조(86)에 인접할 수 있다. 고정 구조(86)는 루멘(300), 프로브(probe) 또는 스코프(scope)일 수 있다. 푸시로드(87) (도 9e)를 전진시킴으로써 추진력이 발생하여 상기 의료기기를 위치 P2로 밀게 된다.
도 9f 및 도 9g을 참조한 대안적인 실시 예에서, 푸시(push) 및 풀(pull) 시스템을 보여준다. 도 9f에 도시된 바와 같이, 상기 푸시 및 풀 추진 시스템은 자석 또는 자기장을 사용하여 기기(5)를 이동한다. 상기 자석은 영구 또는 전자기일 수 있다. 상기 자석(88)은 기기(5) 내에 위치한다. 또한, 루멘(300) 외부에 위치하는 하나 이상의 자석(89)이 있을 수 있다. 자석(88 및 89)은 N극 또는 S극을 갖도록 구성된다. 자석(89)은 상기 유기체 외부에 위치할 수 있다. 근위 단부(15)는 P1 위치에 있다. 추진력은 자석(89)과 자석(88) 사이에 인력을 생성함으로써 생성된다 (도 9G). 자석(88A)의 S극과 자석 89의 N극 사이에 인력이 생성된다. 해당 인력은 상기 의료 기기를 P2 위치로 이동시킨다. 또는, 자석(88A)의 S극 (또는 N극)은 자석(89)의 S극 (또는 N극)과 정렬될 수 있고, 반발력이 생성되어 상기 의료 기기(5)를 밀기 위해 사용될 수 있다.
도 10을 참조한 대안적인 실시 예에서, 화살표 R의 방향 및 장치 상에 그리고/또는 주위의 배향(orientation) (예를 들어, 화살표 R2 및 R3에 의해 지시된 바와 같은 회전 또는 각도 이동)으로 미리 결정된 위치에서 팽창 및 수축하는 벌룬(ballon)들(90)의 배열구조(arrangement)을 갖는 체내 제어 가능한 의료기기(5) 가 도시된다. 상기 벌룬(ballon)(90)은 압력 하에서 팽창될 수 있지만 압력이 해제될 때 원래 구성으로 되돌아갈 수 있는 탄성 재료로 만들어질 수 있다. 상기 벌룬(ballon)(90)은 유체 및 /또는 가스로 채워질 수 있다. 상기 벌룬(ballon)(90)이 채워지면 벌룬(ballon)의 부피가 커지고 모양이 바뀐다. 예를 들어, 상기 벌룬(ballon)(90)은 유체 및/또는 가스로 채워질 때 형태(95)로 변경될 수 있다. 유체 및/또는 가스는 의료 기기(5)의 본체(20) 내에 저장될 수 있다. 또는, 유체는 신체로부터 수집될 수 있다 (예를 들어, 위액). 또는, 체액 (예를 들어, 위액)을 채취하여 장치 내에 저장된 화합물 (예를 들어, 중탄산 나트륨)과 반응하여 가스(예를 들어, 이산화탄소)를 생성할 수 있다. 해당 가스는 상기 벌룬(ballon)(90)을 채우고 팽창하는 데 사용될 수 있다. 컨트롤러(controller)는 기기 내에 위치하여 유체 및/또는 가스 흐름을 다른 벌룬(ballon)으로 보낼 수 있다. 벌룬(ballon)의 리드미컬(rhythmic)한 팽창과 수축은 추진력을 만들 수 있다.
도 1b 및 도 11을 참조한 대안적인 실시 예에서, 체내 제어 가능한 의료기기(5)에는 방향 제어 장치(예를 들어, 안정화 날개 (31A, 31B))가 장착될 수 있다. 상기 방향 제어 장치(예를 들어, 안정화 날개 (31A, 31B))는 본 명세서에 개시된 임의의 추진 시스템과 호환(양립) 가능하다. 상기 방향 제어 장치(예를 들어, 안정화 날개 (31A, 31B))는 루멘(lumen) 내에서 의료기기(5)의 이동을 안내하는 데 도움을 줄 수 있다. 상기 방향 제어 장치(예를 들어, 안정화 날개 (31A, 31B))는 안정화 및 안내를 추가로 제공하기 위해 플랩(flap)(105)을 더 가질 수 있다. 방향 제어 장치는 또한 자이로 스코프(gyroscope)(31B) 일 수 있다. 자이로 스코프(31B)는 안정성을 제공하거나 기준 방향을 유지하기 위해 사용될 수 있다.
도 12a-g 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 체내 제어 가능한 의료 기기(5)에 관한 것으로, 특히 체내 의료 기기를 루멘(100)에 배치하기 위한 배치 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 단단한 샤프트(shaft) 또는 가요성 도관을 갖는 의료 응용 분야를 위한 스코프들(scopes)은 루멘(lumen)에 위치하는 동안 스코프의 프로브(probe) 부분의 하나 이상의 부분에서 배치(deployment)하기위한 하나 이상의 장치 저장 구획부, 채널, 작동 장치, 테더(tether) 및 배출 포트(port)로 구성된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 배치 장치(deployment device)는 이비인후과 검이경 (115), 비인두경 (120), 복강경 (125), 부비동내시경 (130), 질 확대경 (135), 절제용 내시경(145) 및 방광경 (150)을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 의료용 스코프(110)와 통합되도록 구성된다. 또한, 의료기기(5)는 스코프 대신 튜브(tube)를 통해 배치될 수 있다. 아울러, 상기 의료기기(5)는 카테터(catheter)를 통해 혈관에 배치될 수 있거나 외과적으로 배치될 수 있다 (예를 들어, 심장 수술 후). 의료 기기(5)는 적절한 크기의 바늘(예를 들어 골수에 접근하기 위해)을 통해 배치될 수 있고 또한 일반적으로 체내의 임의의 영역(예를 들어, 근육, 지방 및 조직) 또는 피부에 배치될 수 있다. 의료 기기(5)는 상처 부위의 피부에 배치되어 치료를 제공할 수 있다 (예를 들어, 제올라이트(zeolite) 또는 항균 약물과 같은 응고 물질 방출).
도 13에 도시된 바와 같이, 상기 체내 제어 가능한 의료 기기(5)는 내시경 (100)의 작업 채널(150)을 통해 배치될 수 있다. 상기 작업 채널(150)의 단부에는 도킹 스테이션(151) (도 13b 및 도 13c)이 있을 수 있다. 상기 도킹 스테이션(151)은 클로(claw)(152) (도 13b) 또는 스프링(153) (도 13c)을 이용하여 의료기기(5)를 잡고 배치한다. 도 14b에서 루멘(100)에 체내 제어 가능한 의료기기를 배치하기 위한 방법은 기기를 위장 (155)에 직접 전달하기 위한 스코프(110)의 사용을 추가로 포함한다. 또한, 상기 스코프(110)는 기기를 다양한 기관, 예를 들어 방광과 같은 기관에 직접 전달하는 데 사용될 수 있다. 루멘에 체내 의료기기를 배치하는 방법은 구강을 통한 소화, 비강, 인두, 후두, 기관, 기관지 및 폐를 포함하는 인간의 호흡기에 도입하기 위한 해당 기기의 하나 이상의 나노 크기 버전의 흡입을 추가로 포함한다.
도 15a 및 15b에 도시된 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 체내 제어 가능한 의료기기(5)에 관한 것으로, 특히 루멘에서 체내 제어 가능한 의료기기를 제어하고 통신하기 위한 제어 및 통신 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 상기 제어 및 통신 시스템은 루멘의 미리 결정된 위치에 대해 상기 기기의 위치 및 방향을 식별 및 추적하고 상기 기기를 미리 결정된 위치로, 위치로부터 및 그 주위로 안내하도록 기기 추진 및 방향 시스템을 제어하도록 구성된다.
도 1b 및 15a 및 15b에 도시된 바와 같이, 상기 제어 유닛(50)은 유선(160) (도 15a) 및 / 또는 무선(165) (도 15b) 통신 장치(예를 들어, 송신기 352 및 수신기 353)를 포함한다. 상기 유선 및/또는 무선 통신 장치는 체내 기기의 실시간 위치 정보를 기반으로 추진 및 방향 시스템의 작동을 제어하고 통신하는 의료기기(10)의 컴퓨터화된 프로세스 컨트롤러(55) (도 1B)를 갖춘 외부 명령 및 모니터 센터와 연결된다. 상기 제어 유닛(50)은 루멘 내에서 체내 제어 가능한 의료기기의 식별, 추적 및 제어를 실행하기 위해 컴퓨터화된 프로세스 컨트롤러로 작동 가능한 컴퓨터 판독 가능 매체의 소프트웨어 알고리즘을 포함한다.
상기 제어 유닛(350)은, 도 1b의 요소번호 315, 352 및 353을 참조해 도시되고 설명된 구성들과 유사하게, 루멘 내에서 체내 제어 가능한 의료기기의 위치를 결정하도록 구성된 GPS, 방사선 방출원/방사선 모니터링 장치, 초음속 장치, 근거리 통신 장치, Wi-Fi 장치 및 블루투스(Bluetooth) 장치를 포함하여, 추적 장치(351), 송신기(352) 및 수신기(353)를 포함한다 (도 1b 및도 3 참조).
도 16a 및 도 16b에 도시된 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 체내 의료기기용 전원 공급 시스템(175), 특히 체내 제어 가능한 의료 기기 및 여기에 연결할 수 있는 보조 기기의 내부의 그리고 주위의 부속품(subcomponent)들의 추진, 제어 및 작동을 위한 전원을 제공하는, 소형화된 전원 공급 장치 및 저장 장치에 대한 것이다(예를 들어, 집적 회로를 갖고 집적 회로 기판에 배치된 컴퓨터 칩 [체내 제어 가능한 의료기기는 체내 탐색이 될 해부학적 구조와 의료기기의 전달 방법에 따라 크기가 조정될 수 있다. 예를 들어, 위장관 내에서 작동하는 체내 제어 가능 기기의 전체 치수는 직경 약 25mm, 길이 약 75mm 일 수 있다. 보다 바람직하게는, 장치의 직경은 약 15mm, 길이는 약 50mm 일 수 있으며, 가장 바람직하게는 직경은 약 15mm 미만, 길이는 약 50mm 미만일 수 있다. 스코프(scope)를 사용하여 전달될 수 있는 체내 제어 가능 기기의 전체 치수는 직경이 약 20mm이고 길이가 약 75mm 일 수 있다. 보다 바람직하게는 직경은 약 15mm, 길이는 약 50mm 일 수 있다. 가장 바람직하게는 직경은 15mm 미만이고 길이는 50mm 미만일 수 있다. 제어 시스템, 전원 공급 시스템, 장치 내 저장 시스템, 이미징 시스템, 치료 시스템, 샘플 및 데이터 수집 시스템, 재료 분배 시스템은 이러한 치수 지침에 맞게 크기가 조정된다.]) 특히 소형화된 전원 공급 장치에는 배터리, 연료 전지, 전기 화학 반응기, 압전 장치, 루멘 및 인접 기관의 내부 및 조직조직에서 열 및 / 또는 화학 반응 에너지를 얻는 에너지 수확 장치, 열 반응기 열 흡수 에너지 변환 장치 및 마찰 전기 에너지 수확 장치가 포함된다.
배터리는 알칼리 배터리, 원자 배터리(atomic battery), 납산(lead-acid) 배터리, 리튬 이온 배터리, 마그네슘 이온 배터리, 니켈-카드뮴 배터리, 니켈 금속수소화물 배터리 및 충전식 알칼리 배터리를 포함하지만 이에 제한되지 않고 업계에 공지된 임의의 종류를 포함할 수 있다. 전기 화학 반응기는 장치 내에서 전기를 생성하는 데 필요한 화학 물질을 저장할 수 있다. 또는 전기 화학 반응기는 체내에서 발견되는 유체를 사용하여 장치 내부 또는 장치에 저장된 화학 물질과 반응하여 전기를 생성할 수 있다. 압전 장치는 신체 자체의 움직임 (예를 들어, 연동 운동) 또는 루멘 내에서 이동할 때 장치의 움직임을 수집하여 전기를 생성할 수 있다. 열 흡수 장치는 체온에서 에너지를 수집하여 전기를 생성할 수 있다. 마찰 전기 에너지 수확 장치는 기기의 본체가 그 내부를 통과하는 본체의 루멘과 마찰 접촉을 할 때, 전기를 생성한다. 또한, 에너지는 커패시터(capacitor), 열 매체, 배터리 및 기계적 팽창 장치(예를 들어, 스프링 및 벌룬(ballon)을 사용하여 장치에 의해 저장될 수 있다.
또한, 도 17에 도시된 바와 같이, 체내 제어 가능한 의료 기기(5)는 신체(190)의 외부 또는 신체(190) 내부로부터 유도 에너지 전달에 의해 직접 전력을 공급받을 수 있다. 유도 에너지 수신기(180)는 기기(5) 내에 위치할 수 있다. 유도 에너지 송신기(185)는 신체(190) 외부에 위치할 수 있다. 상기 기기는 다른 내부 에너지 저장 장치에서 기능 할 수 있고, 충분한 저장된 전기가 소비되었을 때 충전, 유도에 의해 재충전될 수 있다.
또는, 도 18에 도시된 바와 같이, 하나의 체내 제어 가능한 의료기기(5)는 제 2 체내 제어 가능한 의료기기(5)에 테더링(연결)될 수 있다. 테더(연결선)(195)는 제 1 기기의 전원(175)으로부터 제 2 기기의 제 2 전원(175)으로 전력을 전송할 수 있다. 제 2 체내 제어 가능한 의료기기(5)는 신체(190) 외부에 위치할 수 있다. 두 기기는 영구적으로 함께 연결될 수 있거나 전기 전송이 필요할 때 연결될 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 체내 기기 저장 시스템(200)들을 갖는 체내 의료기기에 관한 것이며, 특히 하나 이상의 전원 공급 장치, 에너지 저장 장치, 약물, 이미징 시스템, 컴퓨터 프로세서 컨트롤러(controller), 통신 송신기 및 수신기, 추진 시스템, 치료 전달 장치(예를 들어, 방사선원), 공정 폐기물, 생체 검사 샘플, 혈액 및 조직 샘플, 의료 및 수술기구, 유체, 가스, 분말 및 소모품을 수용하기 위한 소형화된 구획부(miniaturized compartment)들에 대한 것이다. 상기 저장 구획부들은 벽, 내부 및 외부지지 구조, 입구, 출구, 센서 (예를 들어, 온도, 압력 및 화학 센서), 밸브, 펌프 및 입구/출구 구멍으로 구성된다. 상기 체내 저장 시스템(200)은 신경 차단 및 자극 약물 및 장치를 유지하는 데 사용될 수 있으며, 동맥벽에서 플라크(plaque)를 청소하기 위한 장치를 유지하거나 장 제한 밴드를 유지 및 배치할 수 있다.
도 20A, 20B 및 도 21에서 도시한 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 체내 제어 가능한 의료기기 내에 (도 20a) 또는 원격 (도 20b) 내에 하나 이상의 이미징 시스템(205)을 갖는 체내 제어 가능한 의료기기에 관한 것이다. 상기 이미징 시스템은 X- 선 방사선 촬영, 자기 공명 영상, 의료용 초음파 또는 초음파, 공초점 현미경, 탄성영상, 광간섭 단층 촬영, 촉각 영상, 열 화상 및 의료 디지털 사진과 같은 영상 시스템을 포함한다. 일 실시 예에서, 상기 이미징 시스템(205)은 체내 제어 가능한 의료기기(도 20a 및 20b)에서 루멘(300)을 통해 이동하도록 구성된다. 도 21a 및 도 21b를 참조한 대안적인 실시 예에서 상기 이미징 시스템(205)은 루멘에 있는 동안 체내 제어 가능한 의료기기로부터 방출되고 지속적인 모니터링을 위해 루멘의 미리 결정된 위치에 놓이도록 추가로 구성된다. 도 21a에 도시된 바와 같이, 상기 의료기기(5)는 이미징 시스템(205)을 구비할 수 있다. 상기 의료기기(5)는 소장을 통해 이동할 수 있고, 간 췌장 팽대 또는 간 췌장 덕트 (210)로도 알려진 바터팽대부(ampulla of Vater)에 인접하여 영상 시스템(205)을 배치시킬 수 있다. (도 21b 참조). 그 후 상기 의료기기(5)는 이미징 시스템 없이 소장을 통해 계속 이동할 수 있다. 이미징 시스템(205)은 이미지를 저장하기 위한 저장 매체(206)로 구성될 수 있다. 이미징 시스템(205)은 또한 루멘의 다른 위치에 위치한 하나 이상의 수신기와 신체(예를 들어, 인체)의 다른 위치 및 기관에 그리고 외부에 위치한 하나 이상의 수신기로 실시간 이미지를 전송하도록 전송 장치(207)로 구성될 수 있다.
도 22a 내지 도 22c에 도시된 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 체내 제어 가능한 의료기기 내에 (도 22a) 또는 원격 (도 22b) 내에 하나 이상의 치료 전달 시스템(215)을 갖는 체내 제어 가능한 의료기기에 관한 것이다. 광간섭 단층 촬영 (OCT) 유도 레이저 기기, 방사선 방출원, 화학요법 배치장치, 제약 및 약물 배치 장치, 광역학 요법 장치와 같은 하나 이상의 치료 전달 시스템을 포함한다. 치료 전달 시스템(215)은 체내 제어 가능한 의료기기의 루멘을 통해 이동하고 치료를 제공하도록 구성된다. 치료 전달 시스템(215)은 루멘(100)에 있는 동안 기기로부터 방출되고 진행중인 치료 전달을 위해 루멘(100)의 미리 결정된 위치에 배치되도록 추가로 구성될 수 있다 (도 22C 참조). 치료 전달 시스템(215)은 치료의 시간, 기간 및 적용 위치를 기록하기 위해 저장 매체(216)와 함께 구성될 수 있다. 상기 이미징 시스템(205) 및 치료 전달 시스템(215)은 실시간 이미지를 루멘의 다른 위치에 위치한 하나 이상의 수신기와 신체(예를 들어, 인체) 의 다른 위치 및 기관에 위치한 그리고 신체 외부에 위치한 하나 이상의 수신기로 전송하기 위해 전송 장치(217)를 더 포함한다. 도 22a 및 도 22b의 상기 의료 기기(5)는 소장을 통해 이동할 수 있고 간 췌장 팽대 또는 간 췌장 덕트 (210)로도 알려진 바터팽대부(ampulla of Vater)에 인접하여 치료 전달 시스템(215)을 배치시킬 수 있다(도 22c 참조). 그 후 의료기기(5)는 상기 이미징 시스템 없이 상기 소장을 통해 계속 이동할 수 있다.
도 23a-23d에 도시된 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 하나 이상의 샘플 및 데이터 수집 시스템을 갖는 체내 제어 가능한 의료 기기에 관한 것이다. 상기 샘플 수집 시스템은 조직 생체검사 샘플 및 혈액, 뼈, 세포, 골수, 혈액, 소변, DNA 및/또는 대변 샘플을 얻도록 구성된다. 상기 샘플 수집 장치는 스네어(snare)(220), 포셉(forcep)(225) 및 바늘(230)을 포함하여 업계에 알려진 임의의 것을 포함할 수 있다. 데이터 수집 장치는 pH 프로브(probe), 가속도계, 압력 변환기, 온도계 및 치수 측정 시스템을 포함할 수 있다. 샘플 및 데이터 수집 시스템은 전체 혈구 수, 골밀도 측정, 산도 테스트 및 탁도 테스트와 같은 국소 테스트를 수행하도록 구성된다. 샘플 및 데이터 수집 시스템은 치수, 각도, 속도 및 체적 측정을 수행, 기록 및 전송하도록 구성된다. 체내 제어 가능한 의료기기는 소형화된 바늘 흡인 장치(230) (도 23c) 및 흡입 장치(235) (도 23d 참조)를 포함하여 테스트를 수행하고 데이터를 얻기 위한 소형화된 장치를 포함한다. 치수, 각도, 속도 및 체적 측정은 초음파 시스템 및 레이저 이미징을 포함하는 체내 제어 가능한 의료 기기로부터 배치된 소형 장치로 획득된다.
도 24에 도시된 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 하나 이상의 재료 분배 시스템을 갖는 체내 제어 가능한 의료기기에 관한 것이다. 재료 분배 시스템(240)은 약물, 액체, 분말, 화학적 반응성 제제 및 방사선 방출 원을 포함하는 페이로드(payload)를 저장 및 분배하고 분배 작업 전후에 페이로드의 위치를 기록 및 추적하기 위한 저장 구획부(storage compartment)(저장부) (245)을 구비한다. 재료 분배 시스템은 액추에이터(actuator), 펌프, 압축기, 노즐(nozzle), 밸브(valve) 및 오리피스(orifice)를 포함하는 유량 제어 장치(250), 주입 및 피어싱(piercing) 장치(255) 및 용량 측정 및 기록 장치(260)를 포함한다.
본 발명은 일반적으로 체내 제어 가능한 의료기기의 제조를 위한 재료, 특히 임상적 비활성 재료, 살균성 재료, 탄성재료, 화학반응성 재료, 화학적 비활성 재료, 붕해성 재료, 용해성 재료, 접이 가능 재료, 미리 정해진 시간 동안 체액 노출을 견디는 물리적 및 화학적 특성을 가진 재료를 포함한다. 상기 재료에는 중합체, 금속 합금, 형상 기억 중합체, 형상 기억 금속 합금, 형상 기억 세라믹, 복합재, 실리콘, 열가소성 폴리우레탄(polyurethane) 기반 재료, 부형제(excipients), 제올라이트(zeolite) 흡착제 및 스티렌-부타디엔 고무 (SBR)가 포함된다. 물질은 종이, 전분과 같은 생분해성 물질, 젤라틴 또는 콜라겐과 같은 생분해성 물질을 더 포함할 수 있다.
도 25에 도시된 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 체내 제어 가능한 의료기기의 상호 작용 그룹(대화형 의료기기들)에 관한 것이다. 대화형(상호 작용하는) 기기들 그룹은 서로 통신하는 둘 이상의 기기(5) 및/또는 외부 컴퓨터 기반 제어 시스템을 포함한다. 2개 이상의 체내 제어 가능한 의료 기기는 서로 협력하여 체내 제어 가능한 의료 기기 사이에 전원 공급 장치, 의료 기기, 저장 구획부(storage compartments) 및 보조 기기와 같은 구성 요소를 분배하여, 그 결과 개별 체내 제어 가능한 의료기기들이 그룹으로 서로 협력하여 체내 제어 가능한 의료 기기가 의도 한 기능적 작업을 수행하고 루멘에 맞는 작은 크기의 개별 체내 제어 가능한 의료기기가 사용될 수 있도록 한다. 체내 제어 가능한 의료기기들의 대화형 그룹은 개별적으로 배치되는 경우에 의도된 의료 절차 또는 기타 기능적 작업을 수행하는 데 효과적이지 않은 체내 제어 가능한 의료기기들이 집단으로서 함께 작동하도록 구성된다. 체내 제어 가능한 대화형 의료 기기들은 루멘을 통한 체내 제어 가능한 의료 기기들의 추진을 돕기 위해 체내 제어 가능한 의료 기기들 사이에 테더링(tethering) (270) 또는 견인 장치(예를 들어, 윈치(winches))를 포함한다. 또한, 체내 의료기기는 기기 간에 무선으로 (265) 통신할 수 있다. 체내 의료 기기는 신체(190) 외부에 위치한 수신기 또는 컨트롤러(controller)(280)와 통신할 수 있다. 체내 의료 기기(5)는 드론(drone)처럼 작동할 수 있으며, 환자와 같은 공간 또는 환자와 다른 위치에서 운영자에 의해 통신 및 제어될 수 있다. 또한, 대화형 의료기기를 고려할 때, 2개 이상의 체내 제어 가능한 의료기기(5)가 배치될 수 있다. 제 1 체내 의료기기(5)는 대화형 의료기기 그룹을 떠나 관심 영역으로 이동할 수 있다. 해당 기기는 첫 번째 작업을 수행하고 의료기기 그룹의 다른 기기와 다시 통신하고 제 2 기기(5)가 제1 기기(5)로 이동하도록 지시할 수 있다. 제 2 기기(5)는 특정 기능 때문에 대화형 여러 의료기기들 사이에서 선택될 수 있다. (예를 들어, 제 2 기기(5)는 추가 배터리, 이미징 시스템, 치료 시스템, 샘플 및 데이터 수집 시스템, 및/또는 재료 분배 시스템을 가질 수 있다). 제 2 기기(5)는 제 1 기기(5)에 능력을 전달할 수 있거나 제 2 기기(5)는 그 특정 능력과 관련된 작업을 수행할 수 있다. 이 직렬 통신 및 여러 의료기기들 사이에서 기기 배치는 원하는 절차가 완료될 때까지 계속될 수 있다.
본 발명은 인공 지능과 기계 학습 (이하 통칭하여 "AI"라 함)을 사용하여 체내 제어 가능한 의료기기(5)의 동작을 안내하고 알린다. AI를 사용하여 체내 제어 가능한 의료기기(5)는 진단 결정을 내리고 치료를 제공하며 의사에게 병리에 대해 경고할 수 있다
AI는 체내 제어 가능한 의료기기(5)가 생성하는 대량의 데이터를 검토하기 위해 사용된다. 구성에 따라 그리고 이전 도면들에서 설명한 바와 같이, 상기 기기(5)는 다른 이미징, 센서, 프로브(probe) 및 샘플 기술을 포함할 수 있다. 세포 수준의 이미징은 상당한 양의 데이터를 생성하므로 의사가 실시간으로 분석하기에는 너무 많은 양이다. AI는 기기(5)로부터 전송된 데이터의 분석을 허용하고 임상적으로 관련된 결정을 용이하게 한다.
도 26에 도시된 바와 같이, AI를 활용한 의료기기(5)는 의료 시스템(1000)에 포함된다. 상기 의료 시스템(1000)은 체내 이동을 위한 상기 의료기기(5)를 포함하고 있으므로, 상기 의료 시스템(1000)의 상기 의료기기(5)는 환자의 신체에 배치될 수 있다. 상기 의료 시스템(1000)에서 사용되는 상기 의료기기(5)는 본 명세서에 설명되고 예시된 실시 예에 따른 임의의 구성이지만, 상기 의료기기는 내부 영역(20A)을 정의하는 호스트 구조(320)를 갖는다. 상기 의료 시스템(1000)의 의료기기(5)는 카메라, pH 프로브, 가속도계, 압력 변환기, 온도계 및 치수 측정 시스템과 같은 적어도 하나의 데이터 수집 시스템 및 이들 중 임의의 조합을 포함한다. 도 26에 표시되지는 않았지만, 상기 의료기기(5)는 샘플 수집 시스템도 포함하는 것으로 고려된다.
상기 의료 시스템(1000)의 상기 의료기기(5)는 예를 들어 통신 장치(예를 들어, 송신기(352) 및 수신기(353)) 및 체외 (190)에 있는 처리 장치 또는 체내 또는 의료기기(5) 내부에 있는 처리장치(290)와 같은 통신을 위한 적어도 하나의 수단을 포함한다. 상기 통신 수단은 데이터 수집 시스템에서 외부 처리 장치(290)로 데이터를 전송하며 (예를 들어, 무선 통신과 같은 통신 경로 (290C)를 통해 링크), 외부 처리 장치는 의료기기로(5)부터 전송된 데이터를 수신하고 분석하도록 구성된다. 상기 처리 장치(290)는 의료기기(5)로부터 수신한 데이터를 분석하는 일련의 명령 ( "AI 명령", "AI 알고리즘" 및 / 또는 "AI"라고도 함)을 구현하거나 적용하여 사용자에게 진단 및/또는 치료 권장 사항을 제공한다.
의료 시스템(1000)은 기계학습 되고 의료기기(5) 내부 또는 원격 위치에 있는 컴퓨터 프로세서에 소프트웨어 코드로 프로그램밍 된 AI 알고리즘의 사용을 포함하여, 간결하고 쉽게 식별 가능하며 실행 가능한 형식으로 정보를 저장하고 의사에게 환자의 신체에서 주요 관련 결과의 위치를 알려주도록 구성된다. 의료 시스템(1000)에서 사용되는 AI 명령에 의해 제공된 권장 사항은 환자 자신의 이전 의료 기록을 오버레이(overlay)하여 보다 개인화된 치료 계획을 제공할 수 있다. 상기 의료 시스템(1000)에 채용된 AI 기술은 환자의 스캔, 진단 및 치료 사이의 시간을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 상기 의료 시스템(1000)에 채용된 AI 기술은 더 빠른 치료 옵션을 제공하고, 환자가 겪을 수 있은 시술 횟수를 줄이며, 상기 의료 시스템에 대한 전반적인 재정적 부담을 줄이는 데 핵심적인 역할을 할 수 있다. 상기 의료 시스템(1000)에 적용된 AI 기술은 인간의 임상 실습에서 불가피한 진단 및 치료 오류를 줄일 수 있다. 상기 의료 시스템(1000)에 적용된 AI 기술은 더 많은 환자 집단으로부터 유용한 정보를 추출하고 의사 및 기타 의료 종사자가 건강 위험 경고 및 건강 결과 예측을 위한 실시간 추론을 수행하는 데 도움을 줄 수 있다. 상기 의료 시스템(1000)에 적용된 AI 기술은 또한 최신 의료 정보 및 최상의 임상 관행을 제공하여 적절한 환자 치료에 더 나은 정보를 제공함으로써 의사를 지원할 수 있다.
상기 의료 시스템(1000) 및 상기 의료기기(5)는 환자에서 적어도 하나의 이상(anomaly)을 진단 또는 치료하는 방법에 사용된다. 상기 방법은 본 명세서에 기재된 임의의 실시 예에 따른 적어도 하나의 의료기기(5)를 환자의 루멘(lumen) 또는 오리피스(orifice)에 배치하는 것을 포함한다. 상기 의료기기(5)는 본 명세서에 설명되고 의료 분야에 공지된 바와 같이 환자의 루멘 또는 오리피스에 배치된다. 상기 의료기기(5)가 환자에게 배치되면, 환자에 대한 데이터가 의료기기에 의해 수집된다. 상기 의료 기기에 의해 수집된 데이터에는 이미지, pH, 크기 등의 데이터가 포함되지만 이에 국한되지 않는다. 상기 데이터는 여기에 설명된 센서 및 데이터 / 샘플 수집 시스템에 의해 수집된다. 수집된 데이터는 상기 의료 기기(5)로부터 체외 (190)에 있는 처리 장치 또는 체내 또는 의료 기기(5) 내부에 있는 의료기기(5)와 같은 처리 장치(290)로 전송된다. 전술한 바와 같이, 데이터는 무선으로 또는 유선 연결을 통해 의료기기(5) 및 처리 장치(290)의 장치를 통해 전송된다. 상기 처리 장치(290)에 의해 수신되거나 외부 처리 장치에 제공되거나 저장된 명령은 상기 의료기기(5)로부터 수신된 데이터에 적용된다. 명령의 적용은 데이터를 분석하고 분석된 데이터는 환자를 진단하거나 치료하는데 사용된다.
도 27은 체내 제어 가능한 의료기기(5)에 의해 수집된 데이터를 이용하여 진단 및 치료 결정을 내리고 분석하기 위한 AI 알고리즘을 구현하는 단계의 흐름도 (285)를 도시한다. 도 27에 도시된 바와 같이, 285A 단계에서, 소형화된 체내 제어 가능한 의료기기(5)는 데이터 수집 시스템(들), 예를 들어 센서 및 이미징 구성 요소를 사용하여 일련의 데이터를 수집한다. 데이터에는 이미지, 온도, pH 또는 압력이 포함될 수 있다. 실시간으로, 285B 단계에서, 상기 체내 제어 가능한 의료기기는 데이터를 처리 장치(290)로 전송한다 (도 26 및 도 28 참조). 도 26 및 도 28에 도시된 바와 같이, 상기 처리 장치(290)는 환자의 신체의 외부에 있다(즉, 외부 처리 장치). 상기 외부 처리 장치(290)는 상기 의료기기(5)로부터 데이터를 수신하도록 구성된 임의의 유형의 처리 장치이다. 일 실시 예에서, 도 26 및 28에서 점선으로 도시된 바와 같이, 상기 외부 처리 장치(290)는 의료기기(5)와 무선 통신한다. 다른 실시 예에서, 상기 외부 처리 장치(290)는 하나 이상의 와이어로 의료기기에 연결된다. 상기 외부 처리 장치(290)는 클라우드 컴퓨터, 로컬 컴퓨터 단말기 또는 환자가 휴대하는 장치이다. 일 실시 예에서, 상기 외부 처리 장치(290)는 사용자 (예를 들어, 의사, 간호사, 환자)에게 정보를 디스플레이하기 위한 하나 이상의 그래픽 사용자 인터페이스에 연결된다. 일 실시 예에서, 상기 외부 처리 장치(290)는 인터넷, 서버 및 외부 데이터베이스 중 적어도 하나에 연결된다. 하나 이상의 의료기기(5)가 단일 외부 처리 장치(290)와 통신할 수 있고 하나 이상의 외부 처리 장치(290)가 단일 의료기기(5)와 통신할 수 있다는 것이 고려된다.
도 27에 도시된 바와 같이, 285C 단계에서, 상기 처리 장치(290)는 의료기기(5)로부터 예를 들어, 통신을 위한 적어도 하나의 수단(353)으로부터 전송에 의해 데이터를 그리고 의료기기(5) 외부의 소스(예를 들어 다른 의료기기, 인터넷, 신체의 외부에 위치한 컴퓨터)에 대해 수신된, 의료기기에 배치된 컴퓨터 프로세서에 저장된 AI 알고리즘을 수신한다. 285D 단계에서, 상기 처리 기기(290)는 상기 의료 기기(5)로부터 수신된 데이터를 처리에 저장된 마스터 데이터 세트와 비교한다. 상기 마스터 데이터 세트는 정상 및 병리 샘플 모두에 대한 정보를 포함한다. 285E 및 285F 단계에서, 상기 의료 기기(5)로부터 수신된 데이터가 마스터 데이터 세트의 정상 샘플 범위를 벗어날 때 AI 알고리즘에 따른 명령은 데이터를 비정상으로 표시하고, 진단을 위해서 데이터를 다른 병리학적 샘플과 비교하고, 의료기기(5)로부터 수신하고 마스터 데이터 세트와 비교된 데이터에 AI 알고리즘을 적용하여 다음 치료 단계를 권장한다.
이미지를 사용한 실시예를 참조한 도 29에서 도시된 바와 같이, 체내 제어 가능한 의료 기기(5)는 의료 기기(5) 내부에 또는 표면에 설치된 카메라로 이미지 (295)를 촬영한다. 상기 이미지 (295)는 통신 수단(353)을 통해 처리 장치(290)로 전송된다. 처리 장치(290)에서, AI 알고리즘은 도 27에 도시된 흐름도 (285)에 따라 이미지를 처리한다. 상기 이미지 (295)는 다른 이미지 (305)의 데이터베이스와 비교된다. 상기 이미지 (295)의 관심 영역(300)은 AI 알고리즘에 의해 식별되고 AI 알고리즘에 의해 비정상으로 플래그(flagged) 지정된다. 상기 관심 영역(300)은 처리 장치(290)에 저장된 AI 알고리즘에 의해 결장 폴립(polyp)으로 식별된다.
상기 진단에 따라, 상기 처리 장치(290)는 동작 (즉, 생체 검사, 추가 이미징 등)을 수행하기 위해 신호를 상기 체내 제어 가능한 의료기기(5)로 다시 전송한다. 또는, 상기 처리 장치(290)는 다른 체내 제어 가능한 의료기기(5)가 비정상 부위에 배치되거나 소환되도록 요청할 수 있다.
본 발명은 또한 체내 제어 가능한 의료기기의 구성에 대한 것으로, 특히 일회용, 분해 가능하고 선택적으로 접을 수 있은 체내 제어 가능한 의료기기 및 그 재료 및 구조에 관한 것이다. 체내 제어 가능한 의료 기기는 팽창 및 수축될 수 있도록 자체 팽창 및 수축이 가능한 엘라스토머(elastomer)(예를 들어, 니트릴)와 같은 재료로 만들어질 수 있다. 또한, 종이, 전분, 젤라틴(gelatin) 또는 콜라겐(collagen)과 같은 생분해성 재료 및/또는 합성 천연 중합체를 포함하는 생분해성, 붕해성 또는 용해성 재료로 만들어질 수 있다. 접이 가능한 기기는 인체 내강에서 평평하게 펴거나, 압출되거나 늘려지거나 분해되도록 구성될 수 있다. 따라서, 체내 제어 가능한 의료기기는 분석, 검사 또는 향후 사용을 위해 복구할 필요 없이 인체 내강에서 또는 배출을 통해 폐기될 수 있다.
본 발명은 의료 분야에서 체내 제어 가능한 의료기기를 사용하기 위한 방법, 특히 약물 투여 및 치료, 의료기기를 배치하고, 영상화 및 수술에 사용하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 체내 제어 가능한 의료기기를 사용하기 위한 방법은 위장관, 비뇨기과 응용, 폐, 방광, 비강 시스템, 생식 시스템, 경 요도 방광종양 절제술 (TURBT), 경 요도 전립선 절제술 (TURP), 직장 전립선 초음파, 생체검사 및 방사선 치료에 사용하는 것을 포함한다. 상기 체내 제어 가능한 의료기기를 사용하기 위한 방법은 시술을 위한 각종 환경, 실험 및 수술, 긴급환자 및 외래 환자 수술 및/또는 평범한 일상에서 의료 기기에 사용하는 것을 포함한다.
본 발명은 특정 실시예들이 개시되고 설명되었으나, 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 점에 유의해야 하며, 특허 청구 범위는 본 발명의 범위 내에서 변경 및 수정을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (47)

  1. 체내 이동용 의료기기에 있어서,
    상기 의료기기는:
    내부영역을 정의하는 호스트 구조;
    상기 호스트 구조에 연결된 적어도 하나의 추진 시스템;
    상기 적어도 하나의 추진 시스템과 통신하는 적어도 하나의 전원 공급 장치;
    상기 적어도 하나의 추진 시스템과 상기 적어도 하나의 전원 공급 장치와 통신하는 제어 유닛을 포함하며,
    상기 호스트 구조 및 상기 적어도 하나의 추진 시스템은, 살아있는 유기체의 루멘(lumen)에 들어맞는 크기의 주변 경계에 맞춰 조정이 가능하도록 구성되고,
    상기 제어 유닛은 상기 루멘 내에서 상기 호스트 구조와 상기 적어도 하나의 추진 시스템이 이동하도록 상기 적어도 하나의 추진 시스템을 제어하도록 구성된 컴퓨터 프로세스 컨트롤러를 포함하여 상기 호스트 구조와 상기 적어도 하나의 추진 시스템이 상기 루멘 내에서 스스로 조정이 가능한,
    체내 이동용 의료기기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 추진시스템은:
    상기 호스트 구조와 통신하는 스프로킷 구동 트랙 구조;
    상기 호스트 구조로부터 배출되는 유체 제트 스트림;
    상기 호스트 구조로부터 뻗어나온 복수의 관절형 촉수;
    상기 호스트 구조의 외부 표면에 형성된 스크류 드라이브;
    상기 호스트 구조와 통신하는 풀(pull) 장치 및 푸시(push) 장치 중 적어도 하나; 및
    상기 호스트 구조 표면의 미리 결정된 위치 및 상기 호스트 구조 주변의 미리 결정된 위치 중 적어도 하나에 제공된 벌룬(balloon)을 팽창 및 수축시키는 배열구조들;
    중 적어도 하나를 포함하는,
    체내 이동용 의료기기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추진 시스템은 상기 루멘(lumen) 내 상기 의료기기의 방향 제어를 위해 구성된 방향 제어 장치들을 포함하는,
    체내 이동용 의료기기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 방향 제어 장치들 중 적어도 하나와 상기 적어도 하나의 추진 시스템은 안정화 날개, 플리퍼(flipper), 앵커(anchor), 브레이스(brace), 지지대, 클램프(clamp), 자이로스코프(gyroscope), 밸러스트(ballast) 시스템 중 적어도 하나를 포함하는.
    체내 이동용 의료기기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 의료기기는 테더(tether), 의료용 스코프(scope) 및 제 2 의료기기 중 하나를 수용하기 위한 도킹 스테이션(docking station)을 더 포함하는,
    체내 이동용 의료기기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 의료용 스코프는 이비인후과 검이경, 비인두경, 복강경, 부비동내시경, 질 확대경, 절제용 내시경 또는 방광경 중 적어도 하나인,
    체내 이동용 의료기기.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 도킹 스테이션은 테더, 홀딩 장치, 해제 장치, 발사 장치, 푸시(push) 장치 및 풀(pull) 장치 중 적어도 하나를 포함하는,
    체내 이동용 의료기기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 의료기기는 상기 루멘(lumen) 내부에서 상기 의료기기를 추적하고 안내하기 위해 상기 제어 유닛과 통신하는 추적 장치, 신호 송신기 및 신호 수신기 중 적어도 하나를 더 포함하는,
    체내 이동용 의료기기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전원 공급 장치는 소형 배터리, 연료 전지, 전기 화학 반응기, 압전기, 루멘 및 인접 기관의 조직 내 유체로부터 열 및/또는 화학 반응 에너지를 얻는 에너지 수확장치, 열 반응장치, 열흡수 에너지 변환장치 및 마찰 전기 에너지 수확장치 중 적어도 하나를 포함하는,
    체내 이동용 의료기기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 호스트 구조는 하나 이상의 전원 공급 장치, 에너지 저장 장치, 약물, 이미징 시스템, 컴퓨터 프로세서 컨트롤러(controller), 통신 송신기 및 수신기, 추진 시스템, 치료 전달 장치(예를 들어, 방사선원), 공정 폐기물, 생체 검사 샘플, 혈액 및 조직 샘플, 의료 및 수술기구, 유체, 가스, 분말 및 소모품을 수용하기 위한 소형 구획부를 갖는 적어도 하나의 저장 시스템(storage system)을 포함하는,
    체내 이동용 의료기기.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 호스트 구조는 임상적 비활성 재료, 살균성 재료, 탄성재료, 화학반응성 재료, 화학적 비활성 재료, 붕해성 재료, 용해성 재료, 접이 가능 재료, 미리 정해진 시간 동안 체액 노출을 견디는 물리적 및 화학적 특성을 가진 재료 중 적어도 하나를 포함하는,
    체내 이동용 의료기기.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 호스트 구조는, 적어도 하나의 이미징 시스템을 포함하고, 상기 적어도 하나의 이미징 시스템은, X- 선 방사선 촬영, 자기 공명 영상, 의료용 초음파 또는 초음파, 공초점 현미경, 탄성영상, 광간섭 단층 촬영, 촉각 영상, 열 화상 및 의료 디지털 사진으로 구성된 그룹에서 선택되는.
    체내 이동용 의료기기.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 이미징 시스템은 의료기기에서 상기 루멘(lumen)을 통해 이동하도록 구성된,
    체내 의료용 의료기기.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 이미징 시스템은 상기 루멘(lumen)에 있는 동안 의료 기기로부터 방출되고 지속적인 모니터링을 위해 상기 루멘 내 미리 결정된 위치에 배치되도록 구성되는,
    체내 이동용 의료기기.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 호스트 구조는 광간섭 단층 촬영 (OCT) 유도 레이저 기기, 방사선 방출원, 화학요법 배치장치, 제약 및 약물 배치 장치, 광역학 요법 장치로 구성된 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 치료 전달 시스템을 포함하는,
    체내 이동용 의료기기.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 치료 전달 시스템은 상기 의료기기의 상기 루멘(lumen)을 통해 이동하고 치료를 제공하도록 구성된,
    체내 이동용 의료기기.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 치료 전달 시스템은 상기 루멘(lumen)에 있는 동안 의료 기기로부터 방출되고 진행중인 치료 전달을 위해 상기 루멘의 미리 결정된 위치에 배치되도록 구성된,
    체내 이동용 의료기기.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 치료 전달 시스템은 치료의 시간, 기간, 적용 위치 중 적어도 하나를 기록하도록 구성된 저장 매체로 구성된,
    체내 이동용 의료기기.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 호스트 구조는 샘플 수집 시스템 및 데이터 수집 시스템 중 적어도 하나를 포함하는,
    체내 이동용 의료기기.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 샘플 수집 시스템은 조직 생체검사 및 혈액, 뼈, 세포, 골수, 혈액, 소변, DNA 및 대변 샘플 중 적어도 하나를 얻도록 구성된,
    체내 이동용 의료기기.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 데이터 수집 장치는 pH 프로브(probe), 가속도계, 압력 변환기, 온도계 및 치수 측정 시스템 중 적어도 하나를 포함하는,
    체내 이동용 의료기기.
  22. 제 1항에 있어서,
    상기 호스트 구조는 약물, 액체, 분말, 화학반응제 및 방사선 방출원 중 적어도 하나를 포함하는 페이로드(payload)를 저장, 분배 또는 저장 및 분배하도록 구성된 적어도 하나의 저장 구획부가 장착된 적어도 하나의 재료 분배 시스템을 포함하는,
    체내 이동용 의료기기.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 재료 분배 시스템은 액추에이터(actuator), 펌프(pump), 압축기, 노즐(nozzle), 흐름 제어 장치, 주입 장치, 피어싱(piercing) 장치, 용량 측정 장치 및 기록 장치 중 적어도 하나를 포함하는,
    체내 이동용 의료기기.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항의 의료기기가 적어도 2개로 구성된 대화형 의료기기들에 있어서, 상기 대화형 의료기기들은 외부 컴퓨터 기반 제어 시스템 중 적어도 하나와 그리고 서로 간에 통신하고, 적어도 하나의 미리 정해진 임무를 수행하기 위해 서로 협력하도록 구성된,
    대화형 의료기기들.
  25. 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항의 의료 기기를 사용하는 방법으로서, 상기 방법은 약물 투여, 치료 투여, 의료기기 배치, 영상 및 수술 중 적어도 하나를 제공하는 방법.
  26. 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항의 의료 기기를 사용하는 방법으로서, 상기 방법은 위장관, 비뇨기과 응용, 폐, 방광, 비강 시스템, 생식 시스템, 경 요도 방광종양 절제술 (TURBT), 경 요도 전립선 절제술 (TURP), 직장 전립선 초음파, 생체검사 및 방사선 치료 중 적어도 하나에 사용함을 포함하는 방법.
  27. 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항의 의료 기기를 사용하는 방법으로서,
    상기 방법은 시술을 위한 각종 환경, 실험 및 수술, 긴급환자 및 외래 환자 수술 및 평범한 일상에서 사용을 포함하는, 방법.
  28. 적어도 하나의 레포지토리(repository)와 통신하는 복수의 의료기기에 있어서,
    상기 레포지토리는 히트 싱크, 화학 반응기 및 저장 용기 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 복수의 의료기기 중 적어도 하나는 냉각 시스템 및 물질 배출 시스템 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 레포지토리는 체내 및 체외 중 적어도 한 곳에 위치하는,
    복수의 의료기기.
  29. 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항의 의료기기를 포함하는 의료 시스템으로서, 의료기기로부터 수신된 데이터에 대해 데이터 분석을 수행하며, 상기 데이터 분석은 기계 학습 및 인공 지능 중 적어도 하나를 포함하는,
    의료 시스템.
  30. 체내 이동을 위해 적어도 하나의 의료기기 및 외부 처리 장치를 포함하는 의료시스템에 있어서,
    상기 의료기기는;
    내부 영역을 정의하는 호스트 구조;
    적어도 하나의 데이터 수집 시스템; 및
    상기 적어도 하나의 데이터 수집 시스템의 데이터를 전송하기 위한 적어도 하나의 통신 수단을 포함하고,
    상기 의료기기는 살아있는 유기체의 루멘(lumen)에 들어맞는 크기의 주변 경계에 맞도록 구성되고,
    상기 외부 처리 장치는 적어도 하나의 통신 수단으로부터 전송된 데이터를 수신하도록 구성되고 상기 의료 기기로부터 수신된 데이터에 대한 분석을 수행하도록 구성된,
    의료시스템.
  31. 제 30항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 데이터 수집 시스템의 상기 데이터는 이미지, pH 값, 온도, 위치, 힘, 압력, 치수, 시간 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택되는,
    의료 시스템.
  32. 제 30항에 있어서,
    상기 이미지는 백색광, 염료를 사용한 콘트라스트 강조(contrast enhancement), 광학 방법, 전자 방법, 협대역 영상, 자동 형광, 공초점 레이저 현미경, 광간섭 단층 촬영, 형광 발광, 반사 분광법, 표적 이미징, 다중 모드 이미징 중 적어도 하나를 통해 얻는,
    의료 시스템.
  33. 제 30 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 처리 장치는 로컬 컴퓨터 단말기, 클라우드 컴퓨터 단말기 및 휴대용 장치로 구성된 그룹에서 선택되는,
    의료 시스템.
  34. 제 30 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 처리 장치에 의해 수행되는 상기 데이터 분석은,
    비정상적인 패턴 및 이상에 대한 데이터의 검토;
    상기 의료 기기로부터 수신된 데이터를 외부 처리 장치와 통신하여 데이터베이스에 저장된 데이터와 비교하기 위해 상기 데이터에 대한 명령의 적용을 포함하는,
    의료시스템.
  35. 제 34 항에 있어서,
    비정상적인 패턴 및 이상에 대한 상기 데이터의 검토는,
    전체 형태의 분석; 형상; 세포 모양; 크기; 핵 모양; 핵의 크기와 수; 염색질의 구조; 산란 특성; pH 수준, 온도 수준; 압력; 그리고 촉각 수준 중 적어도 하나의 분석을 포함하는,
    의료 시스템.
  36. 제 30 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 분석은 신생물성 병변, 궤양 및 폴립을 포함하는 이상 확률을 제공하는,
    의료 시스템.
  37. 제 30 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 분석은 다음 단계에 대한 권장 사항을 제공하는,
    의료 시스템.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 다음 단계는 상기 의료기기에 의해 수행될 수 있는,
    의료 시스템.
  39. 환자에게서 하나 이상의 이상을 진단 또는 치료하는 방법에 있어,
    상기 방법은,
    제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 따른 의료 기기 적어도 하나를 환자의 루멘 또는 오리피스에 배치하는 단계;
    상기 의료 기기를 사용하여 상기 환자에 대한 데이터를 수집하는 단계;
    상기 의료 기기에서 외부 처리 장치로 상기 환자에 대한 상기 데이터를 전송하는 단계;
    상기 데이터를 분석하기 위해 의료 기기로부터 수신된 상기 데이터에 대해 명령을 적용하는 단계;
    상기 환자를 진단하거나 치료하기 위해 상기 데이터 분석을 이용하는 단계를 포함하는,
    방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 데이터는 이미지, pH 값, 온도, 위치, 힘, 압력, 치수, 시간 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되는,
    방법.
  41. 제 39 항에 있어서,
    상기 이미지는 백색광, 염료를 사용한 콘트라스트 강조(contrast enhancement), 광학 방법, 전자 방법, 협대역 영상, 자동 형광, 공초점 레이저 현미경, 광간섭 단층 촬영, 형광 발광, 반사 분광법, 표적 이미징, 다중 모드 이미징 중 하나를 통해 얻는,
    방법.
  42. 제 39 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 처리 장치는 로컬(local) 컴퓨터 단말, 클라우드(cloud) 컴퓨터 단말 및 휴대용 장치로 구성된 그룹에서 선택되는,
    방법.
  43. 제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 처리 장치에 의해 수행되는 상기 데이터 분석은,
    비정상적인 패턴 및 이상에 대한 상기 데이터의 검토; 및
    상기 의료 기기로부터 수신된 데이터를 외부 처리 장치와 통신하여 데이터베이스에 저장된 데이터와 비교하기 위해 상기 데이터에 대한 명령 적용을 포함하는,
    방법.
  44. 제 43 항에 있어서, 비정상적인 패턴 및 이상에 대한 상기 데이터의 검토는 전체형태; 형상; 세포 모양; 크기; 핵 모양; 핵의 크기와 수; 염색질의 구조; 산란 특성; pH 수준, 온도 수준; 압력; 그리고 촉각 수준 중 적어도 하나의 분석을 포함하는,
    방법.
  45. 제 39 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 데이터 분석은 신생물성 병변, 궤양 및 폴립을 포함하는 이상 확률을 제공하는,
    방법.
  46. 제 39 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 데이터 분석은 다음 단계에 대한 권장 사항을 제공하는,
    방법.
  47. 제 46 항에 있어서
    상기 다음 단계는 상기 의료기기에 의해 수행될 수 있는,
    방법.
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