KR20210076063A - 미용 레이저 미적 피부 치료 시술의 실시간 모니터링 - Google Patents
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- A61N2005/0658—Radiation therapy using light characterised by the wavelength of light used
Abstract
피부 조직을 치료 광원으로 치료하는 미용 방법은 광축을 따라 치료 광원을 제공하는 단계; 광축을 따라 하나 이상의 조명 광원을 제공하는 단계; 광축을 따라 하나 이상의 센서를 제공하는 단계; 프로그램 가능 컨트롤러를 제공하는 단계를 포함하고, 프로그램 가능 컨트롤러는 조명 광원 및 치료 광원의 활성화를 제어한다. 방법은: 컨트롤러가 하나 이상의 조명 광원을 활성화하고 이것을 피부 조직으로 향하게 하는 단계, 하나 이상의 센서가 피부 조직으로부터 반사된 광을 측정하고 측정된 광의 감지된 정보를 프로그램 가능 컨트롤러로 전송하는 단계; 프로그램 가능 컨트롤러가 하나 이상의 센서의 출력으로부터 수신된 측정된 광을 처리하고 치료 광 요법을 제공하는 단계; 프로그램 가능 컨트롤러가 피부 조직에 대한 치료 요법에 따라 치료 광원을 활성화하는 단계; 및 피부 조직을 치료하는 단계를 포함한다.
Description
관련 출원
본 출원은 둘 다 "Real Time Monitoring of Laser Treatment Procedures"라는 명칭으로 2018년 9월 7일에 출원된 미국 가출원 No. 62/728,096 및 2018년 10월 11일에 출원된 미국 가출원 No. 62/744,219와 관련이 있고, 이들 두 가출원 모두의 전체 내용은 본 명세서에서 참조로 포함되며, 본 출원은 2018년 10월 11일자로 출원된 미국 가출원 62/744,219에 대한 우선권을 주장한다. 본 출원은 또한 "Automation of Apparatus and Methods of Aesthetic Skin Treatments"라는 명칭으로 2018년 11월 11일에 출원된 미국 가출원 No. 62/754,730과 관련이 있으며, 그 전체 내용은 본 명세서에서 참조로 포함된다.
본 발명의 배경
현재까지, 레이저 기반 미적 치료 패러다임은 대부분 완전히 수동적이고 매우 사용자 의존적이며, 피험자의 피부와 타겟 물리적 특성에 관한 시술자의 주관적인 평가에 크게 의존하고 있다. 그러나 기존의 수동 패러다임을 자동화되고 보다 과학적이며 사용자 독립적인 모드로 옮겨갈 수 있는 기술 요소의 구현이 가능할 수 있다. 그것은 미적 의료 레이저 치료의 원리와 레이저-조직 상호작용의 물리학을 고려하여 강력한 과학적 합리성을 갖고 있다.
미적 피부 조직 치료 산업에서 기업은 수동 시스템과 방법을 주로 새로운 기술(즉, 컴퓨터 비전, 이미지 처리, 인공 지능(artificial intelligence)(AI), 및 로봇 기동성, 이미징 및/또는 감지 요소를 포함하는 로봇 공학)에 적응시키는 몇몇 핵심 요소와의 경험이 훨씬 적다고 생각된다.
특정 타겟 피부/병변/모발 속성과 레이저 세팅 사이의 효과적인 연결을 생성하고 검증하는 데이터, 노하우 및 경험의 부분은 이미 존재한다. 이러한 지식의 부분은, 예를 들어, 본 발명 및 본 출원의 양수인인 Lumenis Ltd에 의해 제조되어 판매된 M22 레이저 시스템에서 레이저 세팅을 위한 특정 "프리세트(preset)"에 통합되었다. 따라서, 특정 프리세트를 선택하는 조작자는 제공된 레이저의 펄스 폭, 전력 세팅, 펄스 수, 파장(들)과 같은 것들을 조작함으로써, 특정 목적을 위한 치료를 제공하기 위해 수년에 걸친 경험으로부터 잘 개발되었을 수 있는 치료를 실행에 옮긴다.
그러나 이러한 프리세트는 사람의 피부 유형 및 타겟 병변 속성에 관한 조작자 자신의 주관적인 판단에 따라 조작자의 제어하에 구현된다. 따라서, (현재 개인화되어 있지 않고 자동이 아니긴 하지만) 특정 타겟 속성과 필요한 레이저 세팅 사이의 관련성을 만드는 것은 사실상 가능하다.
본 발명을 개발할 때, 어떤 기술과 방법이 의료용 레이저 플랫폼과 통합될 수 있는지를 평가하는 분석 및 개념 설계가 수행되어 조작자 주관적 입력의 의존성을 제거하고 최적의 임상 결과를 제공할 레이저 세팅의 자동, 온보드, 실시간 피부 진단 및 개인화된 컴퓨팅을 달성하였다.
더욱이, 높은 공간 정확도(예를 들어, 피부상의 다수의 작은 색소 모반 또는 점) 및/또는 큰 표면 영역의 지루한 커버리지(예를 들어, 제모 또는 문신 제거)를 필요로 하는 응용을 위해 완전히 핸즈프리 의료용 레이저 "로봇" 플랫폼과 함께 사용될 수 있는 실시간 시스템이 개발되었다.
차세대 플랫폼은 치료용 레이저 모듈, 필요한 레이저 세팅을 계산하기 위한 스마트 알고리즘을 갖는 새로운 피부 진단 모듈, 타겟으로 삼은 영역에 대해 안전과 효율성을 고려하면서 레이저 어플리케이터를 제어 및 조작할 새로운 로봇 모듈, 및 사용자가 원하는 치료 영역을 계획/표시할 수 있게 하는 새로운 사용자 인터페이스로 구성될 가능성이 높을 것으로 예상된다.
로봇 능력을 통합하여 핸즈프리 시술을 가능하게 하는 기술적 실행 가능성은 로봇 기술이 의료용 응용을 비롯한 다양한 응용에서 상용화됨에 따라 부분적으로 입증되었다. 로봇 능력에 기초한 건강 시장에는 여러 상용 제품이 있다. 예를 들면, Mazor Robotics는 Da Vinci® 수술 시스템에서 그러한 기술을 제공한다.
이론적 분석 및 유사한 원리를 사용하는 상업적으로 구입 가능한 다양한 휴대용 디바이스에 기초한, 자동적 피부 진단의 수행 및 주요 발색단의 매핑(예를 들어, 다중 스펙트럼 반사 이미징, 시각적 분석을 사용함)이 입증되기는 했지만, 각각의 디바이스는 특정 개수의 피부 파라미터로 제한되고, 오프라인으로 작동해야 하며, 레이저 플랫폼에 통합되지 않는다고 생각된다.
예를 들어, 주요 발색단의 피부 진단 측정에 기초하여 최적의 레이저 세팅을 계산하는 기술적 실행 가능성은 임상 연구에서 검증된 피부 모델을 사용하여 지난 20년 동안 선택적 레이저 치료 배후의 전체 이론이 광범위하게 탐구되었기 때문에 부분적으로 입증되었다. 오늘날의 실무에서, 이러한 지식의 구현은 시스템의 사용자 인터페이스의 일부인 "프리세트"를 통해 이루어지기는 하지만, 타겟 속성의 적절한 판단 및 사용자에 의한 수동 선택에 전적으로 의존한다.
시술 워크플로우와의 원활한 인터페이스를 통해, 피부 진단 기술을 의료용 레이저 플랫폼과 매끄럽게 통합하고 실시간으로 루프를 닫아 최적의 레이저 세팅을 결정하는 기술적인 실행 가능성은 아직 입증되지 않았으며 본 발명의 핵심 설계이다.
미적 치료 및 유형의 배경
궁극적으로, 현재의 미적 레이저 치료는 효과가 있지만, 언급했듯이 매우 사용자 의존적이고 예측할 수 없는 경우가 많고 시간이 오래 걸리며, (예를 들어, 여러 번의 패스와 사무실 방문의 필요성으로 인해) 비용이 많이 들고 합병증의 발생이 있다. 일반적으로, 시술자는 피험자 환자, 관심의 신체 부위를 시각적으로 검사하고, 때로는 피험자와 인터뷰하여 피험자 환자의 태양 노출에 대한 전형적인 피부 반응을 알게 된다. 시술자는 레이저 파라미터를 직접 또는 "프리세트" 사용자 인터페이스를 통해 수동으로 선택한 다음, 피부 반응을 분석하기 위해 테스트 패치를 실행하여 방금 만든 세팅이 허용 가능한지를 결정할 수 있다.
그런 다음, 시술자는 때로는 지루하고, 단계적인 레이저 발사를 적용하여 전체 표면 영역을 커버하고, 때로는 과소 치료 또는 과잉 치료를 각자 발생하는 누락되는 커버리지 또는 중첩되는 커버리지의 문제를 가끔씩 만들어 내면서, 치료를 계속한다. 레이저 세팅이 너무 약하면, 치료가 부족하고 추가 패스(예를 들어, 추가 방문)가 반복되어야 하기에, 전체적인 치료 부담과 치료 비용이 증가할 수 있다. 레이저 세팅이 너무 공격적이면, 치료가 과도할 수 있기에, 일시적인 통증, 다양한 정도의 물집 및 화상, 정상 이하/이상 색소 침착, 흉터 및 자색반병(출혈)과 같은 원하지 않는 부작용으로 이어질 수 있다.
빠르게 성장하는 미적 치료 시장은 오로지 훈련된 의사(예를 들어, 피부과 전문의)의 경험에 의존한다. 의사는 보통 특정 피부 병변, 그 분류, 조성 및 구조에 관한 지식을 보유하고 있다. 그러나 일부 의사 만이 안전하고 효과적인 임상 결과를 위해 최적의 레이저 파라미터를 세팅하는 데 필수적인 레이저-조직 상호작용에 관한 완전한 지식을 보유하고 있다. 낮은 수준의 시술자 및 필요한 지식이 부족한 사용자(예를 들어, 피부과 전문의가 아닌 MD, 레이저 기술자, 간호사 또는 미용사)의 시장에서 성장하는 부문이 있다. 더욱이, 치료는 전형적으로 수동적이고 지루하다. 시술자는 치료 위치에 레이저 핸드피스를 시각적으로 조준하고 레이저 펄스를 수동으로 전달할 수 있다. 시술자는 전체 치료 영역을 스폿별로 커버하거나 또는 연속 레이저 방출의 경우 핸드피스를 활공시킴으로써 커버하도록 이러한 작업을 반복해야 할 수 있다. 이러한 수동 조작은 번거로우며, 커버리지, 중첩 및 반복의 측면에서 치료 품질을 통제하기가 어렵다.
레이저 치료의 세부 사항(레이저 유형, 펄스 지속기간, 주파수 및 플루언스(fluence))에 관한 많은 지식은 일반 지침 및 소프트웨어 프리세트가 제공된 사용자 매뉴얼을 통해 레이저 제조업체로부터 시술자에게 전달된다. 이러한 프리세트의 문제점은 다음과 같다: (1) 프리세트는 시술자에 의한 피부 타겟 특성의 주관적인 판단에 의존한다; (2) 프리세트는 다양한 피부 유형에 대해 테스트되었지만, 실제 피부 유형의 다양성이 훨씬 더 커서, 제안된 세팅이 치료를 앞둔 사람/신체 영역에 최적이 아닐 수 있다; (3) 프리세트는 정확한 타겟 직경과 같은 조직의 실제 물리적 특징을 고려하고 있지 않다. 따라서 개인화된 피부 분석 및 맞춤형 치료 요법의 보다 강력한 방법에 대한 필요성이 분명해진다.
그러므로 미적 시장은 (전문적 피부과 전문의에서부터 미용사에 이르기까지) 시술자의 형태에서 다양하고 명확한 품질 보증 조치가 부족하기 때문에, 시술자가 최적의 세팅을 사용했다면 환자가 얼마나 많은 치료를 받을 수 있는지 또는 임상 결과가 얼마나 더 개선되었을 수 있는지에 대해 명확한 정량화를 획득하기 어려울 수 있다. 치료 유형의 예는 다음과 같다.
제모
제모의 경우, 만족스러운 결과를 내는 데 필요한 전형적인 제모 치료 횟수는 6회 정도일 것으로 예상되지만, 실제로는 종종 더 많은 횟수의 치료가 필요하다. 그 이유는 잘 문서화되어 있지 않으며 다원적이다. 그러나, 경험에 기초하여, 그 이유는 레이저 파라미터의 차선적 조정 및/또는 처리된 표면 영역의 차선적인 수동적 적용 범위와 상관관계가 있다. 전자는 차선의 레이저 세팅으로 이어지는 피부 및 모발 유형의 주관적인 평가 결과이고, 후자는 커버리지, 중첩 및 반복의 측면에서 품질을 제어하는 데 어려움이 있는 작은 스폿 크기(기껏 ~3X3cm)의 레이저를 이용하여 넓은 표면적(1000-2000 cm2)을 커버해야 할 필요가 있다.
중첩하는 레이저 발사는 추가 문제를 일으킬 수 있다. 이것은 시간 측면에서 비효율적일뿐만 아니라; 이것은 또한 중첩 치료의 영역에서 (과열로 인한) 과도한 통증을 일으킨다. 이것은 현재 수동적이고 지루한 작업이고 한 번의 치료를 완료하는데 30분이라는 전형적인 시간 슬롯이 걸린다. 더욱이, 제모 시장은 전문적 사용자를 넘어 미용사로까지 확대되었는데, 예를 들어, 여기서 피부와 모발 특성을 정확하게 결정하고 이에 따라 적절한 레이저 세팅을 정확하게 결정하는 미용사의 역량은 전문가보다 열등할 수 있다. 이러한 것은 차례로 피험자가 상당히 높은 비율의 불만족스러운 시술과 불리한 결과에 받게 한다. 또 다른 성장하는 시장은 제모를 위한 가정용 디바이스이다. 이 부문에서, 사용자는 최적의 파라미터를 선택하는 데 전혀 지식이 없고, 그래서 디바이스 제조업체는 안전을 위해 효율성을 손상시켜야 한다. 피부/모발을 스캔하고 안전하고 만족스러운 결과를 위해 사용해야 하는 최적의 파라미터를 추론할 수 있는 기술이 매우 유용할 수 있다.
문신 제거
문신 제거에 있어서, 문제는 두 가지이다. 첫째, 문신 잉크를 선택적으로 파괴하기 위해, 특정 잉크 색상 또는 색상들에 대한 선택적 흡수를 달성하는 동시에 비특이적 효과를 최소화하는 최상의 레이저 파장이 선택되어야 한다. 그러나 일반적으로 사용되는 문신 잉크는 거의 규제가 없으며, 이러한 잉크 조성은 매우 가변적이다. 결과적으로, 유사한 잉크 색상인 것으로 보이는 것은 넓은 피크 흡수 범위를 가질 수 있고 시술자는 특정 잉크의 정확한 유형/특성을 결정할 방법이 없으며, 그래서 사용해야 하는 최적의 레이저 파장을 결정할 수 없다.
더욱이, 잉크의 색상 특성 외에도, 최적의 레이저 세팅 및 임상 결과를 위해서는 피부 유형(멜라닌 양), 잉크의 깊이 및 양이 또한 고려되어야 한다. 오늘날, 이러한 전체 프로세스는 시술자의 개인적 경험(또는 경험 부족)과 주관적인 평가에 기초하여 시술자에 의해 수행된다. 둘째, 문신 표면 영역은 종종 손, 가슴 또는 등 전체만큼 매우 크다. 이러한 경우, 시술자는 스폿 크기가 ~1 cm2 인 레이저 핸드피스를 이용하여 최대 1200 cm2의 표면적을 수작업으로 처리할 수 있다. 이러한 프로세스는 시간 소모적이고 지루하다. 문신 제거에 있어서, 보고된 평균 치료 횟수는 보통 6-10 회이지만 15-20 회 이상의 치료는 특이한 것이 아니다. 그 이유는 아마도 다원적일 수 있지만, 차선적 세팅을 사용하는 것이 확실히 핵심 요인이다.
혈관 제거
혈관 병변과 정맥을 선택적으로 파괴하기 위해, 시술자는 타겟의 깊이와 직경(및 물론 피부 유형)을 결정해야 할 수 있다. 오늘날에는 크기와 깊이의 주관적인 평가 외에 다른 방법이 없다. 조작자는 정맥을 강조할 수 있는 사용 가능한 휴대용 조명 디바이스를 사용할 수 있지만, 이것은 효과적인 레이저 치료에 중요한 파라미터의 정량화는 제공하지 않는다. 레이저 파라미터의 선택은 복잡하다. 파장(wavelength)(WL) 선택은 조직 효과를 결정할 수 있는 중요한 파라미터이다. 이상적으로, 타겟 혈관 대 정상적인 주변 피부의 흡수 비율은 10 : 1을 초과해야 한다. 표피 색소는 혈관 위에 가로놓여 있기 때문에, WL 선택은 혈관 대 색소 파괴의 최적 비율에 기초해야 한다. 펄스 지속기간은 열 효과를 타겟 혈관 내로 제한하는 또 다른 중요한 파라미터이고 혈관 크기에 영향을 받는다. 맥박이 길수록(6-40 ms), 완만한 가열은 혈관벽 협착증 및 더 큰 혈관의 혈전증을 발생하므로 혈관내 혈전증 및 스폿 크기의 자반증은 완화되지만, 광범위한 자반증을 생성하는 미세 혈관은 완화되지 않는다. 스폿 크기 또한 중요하며, 큰 스폿은 더 많은 표피 손상과 통증을 유발할 수 있으므로 플루언스와 함께 신중하게 고려되어야 한다.
색소 병변
색소 병변을 선택적으로 파괴하기 위해, 시술자는 병변 유형, 피부 유형, 병변의 멜라닌 밀도 및 병변의 깊이, 예를 들어, 이것이 표피, 접합부 또는 진피인지를 결정해야 할 수 있다. 다시 말하지만, 이러한 전체 프로세스는 수동으로 또는 사용 가능한 휴대용 도구를 사용하여 수행되며, 올바른 치료법을 선택하기 위해 전적으로 시술자의 지식과 전문성에 의존한다. 색소 병변을 효과적으로 치료하기 위해, 우리는 병변의 조직 병리학적 특성에 잘 알고 있어야 한다.
이러한 지식을 통해, 병변 깊이(즉, 표피, 진피 또는 둘 모두의 조합)가 결정되고, 그런 다음 가장 적합한 레이저 세팅이 결정될 수 있다. 레이저 선택을 위한 샘플 규칙은 다음과 같다: 보다 표면적으로 위치한 양성 색소 병변은 더 짧은 파장, 예를 들면, 532 nm으로 치료될 수 있지만, 더 깊은 병변은 더 알맞은 깊이 침투를 위해 1064 nm와 같은 더 긴 파장을 필요로 할 수 있다. 스폿 크기가 클수록 침투 깊이도 향상된다. 비정형 특징(예를 들어, 비대칭, 경계, 색상)을 가진 색소 병변은 레이저로 치료하면 안되는 병변의 예이다. 불행히도, 색소 병변은 레이저에 다양하게 반응하며, 어떤 개인에 대해서도 치료 결과를 예측하기 어렵다. 그 이유는 분명 다원적이지만, 주관적인 레이저 선택은 확실하게 이것에 주목할만한 역할을 할 수 있다.
부작용(안전성)
다음과 같은 데이터는 현재 수동의 미적 레이저 치료와 관련된 일반적인 부작용(Adverse Effects)(AE)을 서술한다: 메타 분석(Shen L, Zhou G, Zhao J, Li P, Xu Q, Dong Y, Zhang Z. Pulsed dye laser therapy for infantile hemangiomas: a systemic review and meta-analysis. QJM. 2015 Jun; 108(6): 473-80) 및 대규모 검토에서, 정맥(Hemangioma) 치료시 유해 사례(adverse event)(AE) 발생은 전체 6.3 %이다. 색소 침착(기미)에 대한 또 다른 연구(Halachmi S, Haedersdal M, Lapidoth M. Melasma and laser treatment: an evidenced-based analysis. Lasers Med Sci. 2014 Mar;29(2):589-98)에서, AE는 악화 13.3 %, 과색소 17%, 물집 6%, 딱지 4% 까지 높게 도달한다.
FDA MAUDE(FDA MAUDE Data on Complications with Lasers, Light Sources, and Energy-Based Devices; Anne Marie Tremaine, MD and Mathew M. Avram, MD; Lasers in Surgery and Medicine 47:133-140(2015)) 합병증에 관한 데이터로, 1994-2013년 사이에 광원 데이터베이스에서 보고된 사레로는 1200건을 넘는 Medical Device Reporting(MDR)(예를 들어, 690건의 화상 및 물집, 155건의 흉터, 147건의 이색증)이 있다.
저자들은 레이저 제모가 AE와 연관된 가장 일반적인 적응증이고 모든 디바이스에서 볼 수 있는 가장 흔한 AE가 물집과 화상, 그 뒤를 이어 흉터, 이상 변색 및 피부의 위축이라고 결론 내렸다.
대부분의 경우, 조사 후에, 제조업체는 AE가 부적절한 세팅을 포함한 조작자 오류로 인한 가능성이 있다고 판단했다. 사실상, 많은 의사가 AE를 FDA에 보고한 적이 없기 때문에 실제 수치는 아마도 훨씬 더 높을 것이다. 비 의사 조작자에 의한 미적 시술에서 AE는 의사 조작자보다 높을지도 모른다:
가장 중요한 것으로, 분명한 추세는 비 의사 조작자(non-physician operator)(NPO)의 레이저 수술의 실적과 연관된 소송 건수의 상당한 증가를 보여주고 있다는 것이다. NPO는 간호사 시술자, 등록 간호사, 의료 보조원, 미용사 등을 비롯한 광범위한 조작자를 포함한다. 하나의 연구(Jalian HR, Jalian CA, Avram MM. Increased risk of litigation associated with laser surgery by nonphysician operators. JAMA Dermatol. 2014 Apr; 150(4):407-11)는 1999년부터 2012년까지 피부 레이저 수술로 인한 부상이 연루된 175건의 법적 사건을 추적했다. 이 기간 동안, 75명(43 %)에는 비 의사가 레이저를 조작하는 것이 연루되었으며, 2008년 36 %에서 2012년 78 %로 증가했다.
일 양태에서, 치료 광원으로 피부 조직을 치료하는 미용 방법은 광축을 따라 치료 광원을 제공하는 단계; 광축을 따라 하나 이상의 조명 광원을 제공하는 단계; 광축을 따라 하나 이상의 센서를 제공하는 단계; 프로그램 가능 컨트롤러를 제공하는 단계를 포함하고, 프로그램 가능 컨트롤러는 조명 광원 및 치료 광원의 활성화를 제어한다. 방법은: 컨트롤러가 하나 이상의 조명 광원을 활성화하고 이것을 피부 조직으로 향하게 하는 단계 - 조명 광은 피부 조직으로부터 광축을 따라 하나 이상의 센서의 입력으로 반사됨 -; 하나 이상의 센서가 피부 조직으로부터 반사된 광을 측정하고 측정된 광의 감지된 정보를 하나 이상의 센서의 출력으로부터 프로그램 가능 컨트롤러로 전송하는 단계; 프로그램 가능 컨트롤러가 하나 이상의 센서의 출력으로부터 수신된 측정된 광을 처리하고 치료 광 요법을 제공하는 단계; 프로그램 가능 컨트롤러가 치료 요법에 따라 피부 조직을 향해 치료 광원을 활성화하는 단계; 및 피부 조직을 치료하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 방법은 광축을 따라 치료 광원 및 조명 광원 둘 모두를 지향시키는 광 지향 요소를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
추가 양태에서, 조명 광원은 상이한 파장의 광 출력을 갖는 복수의 광원일 수 있고; 방법은 컨트롤러가 복수의 상이한 광원 파장으로부터 하나 이상을 선택하고 하나 이상의 광원을 활성화하여 피부 조직을 조명하는 단계를 더 포함한다. 복수의 광원은 LED 광원이다. 또한, LED 광원은 400 nm 내지 900 nm 범위의 파장을 갖는다. 또한, 치료 광원은 파이버 레이저 소스(fiber laser source), 솔리드-스테이트 레이저 소스(solid-state laser source, an Intense Pulse Light(IPL) light source, and a LED light source), 복합 펄스 광(Intense Pulse Light)(IPL) 광원 및 LED 광원 중 하나 이상으로부터 선택된다. 피부 조직은 색소 병변, 혈관 제거, 문신 제거 및 제모의 하나 이상의 카테고리에 대해 치료된다.
또 다른 양태에서, 방법은 컨트롤러가 피부 조직 치료의 카테고리에 따라 하나 이상의 LED 광원 중 하나 이상을 선택적으로 활성화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 조명 광원 중 하나를 활성화하는 것은 피부 조직 내의 깊이에 따라 다를 수 있다. 방법은 피부 조직을 치료하는 단계 이후에 하나 이상의 조명 광원을 재활성화하여 피부 조직의 상태를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 프로그램 가능 컨트롤러가 하나 이상의 센서의 출력으로부터 수신된 측정된 광을 처리하고 치료 광 요법을 제공하는 단계는 정보를 프로그램 가능 컨트롤러와 연관된 메모리의 룩업 테이블에 포함된 정보에 매칭시킴으로써 정보를 분석하고, 룩업 테이블에서의 매칭에 기초하여 치료 요법을 선택하는 단계를 포함한다. 또한, 프로그램 가능 컨트롤러가 하나 이상의 센서의 출력으로부터 수신된 측정된 광을 처리하고 치료 광 요법을 제공하는 단계는 정보를 프로그램 가능 컨트롤러와 연관된 메모리에 포함된 하나 이상의 내장된 알고리즘에 포함된 정보에 매칭시킴으로써 정보를 분석하고, 매칭에 기초하여 치료 요법을 선택하는 단계를 포함한다. 또한, 프로그램 가능 컨트롤러가 하나 이상의 센서의 출력으로부터 수신된 측정된 광을 처리하고 치료 광 요법을 제공하는 단계는 정보를 프로그램 가능 컨트롤러와 연관된 메모리에 포함된 인공 지능 방법 및 심층 학습(deep learning)을 사용하여 정보와 매칭시킴으로써 정보를 분석하고, 매칭에 기초하여 치료 요법을 선택하는 단계를 포함한다.
일 양태에서, 피부 조직을 치료 광원으로 치료하기 위한 장치는: 광축을 따라 놓인 치료 광원; 광축을 따라 놓인 하나 이상의 조명 광원; 프로그램 가능 컨트롤러 - 프로그램 가능 컨트롤러는 조명 광원 및 치료 광원의 활성화를 제어함 - 를 포함하고; 장치는: 컨트롤러가 하나 이상의 조명 광원을 활성화하고 이것을 피부 조직으로 향하게 하도록 구성 - 조명 광은 피부 조직으로부터 광축을 따라 하나 이상의 센서의 입력으로 반사되고; 하나 이상의 센서는 피부 조직으로부터 반사된 광을 측정하고 측정된 광의 감지된 정보를 하나 이상의 센서의 출력으로부터 프로그램 가능 컨트롤러로 전송함 - 되는 것; 프로그램 가능 컨트롤러가 하나 이상의 센서의 출력으로부터 수신된 측정된 광을 처리하고 치료 광 요법을 제공하도록 추가로 구성되는 것; 프로그램 가능 컨트롤러가 피부 조직에 대한 치료 요법에 따라 치료 광원을 활성화하여 피부 조직을 치료하도록 구성되는 것을 더 포함한다.
다른 양태에서, 장치는 광축을 따라 치료 광원 및 조명 광원 둘 모두를 지향시키는 광 지향 요소를 더 포함한다. 조명 광원은 상이한 파장의 광 출력을 갖는 복수의 광원을 포함하고; 컨트롤러는 복수의 상이한 광원 파장으로부터 하나 이상을 선택하고 하나 이상의 광원을 활성화하여 피부 조직을 조명하도록 구성된다. 또한, 복수의 광원은 LED 광원이고; LED 광원은 400 nm 내지 900 nm 범위의 파장을 갖는다.
추가 양태에서, 치료 광원은 파이버 레이저 소스, 솔리드-스테이트 레이저 소스, 복합 파장 광(IPL) 광원 및 LED 광원 중 하나 이상으로부터 선택된다. 또한, 피부 조직은 색소 병변, 혈관 제거, 문신 제거 및 제모의 하나 이상의 카테고리에 대해 치료된다.
일 양태에서, 컨트롤러는 피부 조직 치료의 카테고리에 따라 하나 이상의 LED 광원 중 하나 이상을 선택적으로 활성화하도록 구성될 수 있다. 또한, 컨트롤러는 피부 조직 내의 깊이에 따라 하나 이상의 조명 광원 중 하나를 활성화하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러는 피부 조직의 치료 후에 하나 이상의 조명 광원을 재활성화하여 치료 이후 피부 조직의 상태를 결정하도록 구성될 수 있다.
또 다른 양태에서, 프로그램 가능 컨트롤러가 하나 이상의 센서의 출력으로부터 수신된 측정된 광을 처리하고 치료 광 요법을 제공하는 것은 정보를 프로그램 가능 컨트롤러와 연관된 메모리의 룩업 테이블에 포함된 정보에 매칭시킴으로써 정보를 분석하고, 룩업 테이블에서의 매칭에 기초하여 치료 요법을 선택하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 프로그램 가능 컨트롤러가 하나 이상의 센서의 출력으로부터 수신된 측정된 광을 처리하고 치료 광 요법을 제공하도록 구성되는 것은 컨트롤러가 정보를 프로그램 가능 컨트롤러와 연관된 메모리에 포함된 하나 이상의 내장된 알고리즘에 포함된 정보에 매칭시킴으로써 정보를 분석하도록 구성되고, 그런 다음 매칭에 기초하여 치료 요법을 선택하도록 구성되는 것을 포함한다.
또 다른 양태에서, 프로그램 가능 컨트롤러가 하나 이상의 센서의 출력으로부터 수신된 측정된 광을 처리하고 치료 광 요법을 제공하도록 구성되는 것은 컨트롤러가 정보를 프로그램 가능 컨트롤러와 연관된 메모리에 포함된 인공 지능 방법 및 심층 학습을 사용하여 정보에 매칭시킴으로써 정보를 분석하도록 구성되고, 그런 다음 매칭에 기초하여 치료 요법을 선택하도록 구성되는 것을 포함한다.
도 1은 본 발명의 하이-레벨 기능 아키텍처 방식을 예시한다.
도 2는 핸즈프리 자동 레이저 의료용 치료 디바이스의 개념 설명을 예시한다.
도 3은 본 발명에서 현재의 치료 문제 및 제안된 해결책을 예시한다.
도 4는 초고속 동적 산란과 다중 스펙트럼 반사 이미징 간의 개념적 차이를 예시한다.
도 5는 전형적인 인간 피부 조직의 조직학적 층을 예시한다.
도 6은 인간 피부 조직의 다양한 층의 광 반사율의 개략적 표현을 예시한다.
도 7은 다양한 피부색과 혈액형에 대한 광 파장의 함수로서 반사율의 그래프를 예시한다.
도 8은 본 발명 내에서 데이터 획득 및 처리의 개략적인 하이-레벨 블록도를 예시한다.
도 9a 내지 도 9h는 본 발명의 양태를 구현하는 다양한 핸드피스의 개략도를 예시한다.
도 10은 본 발명의 양태의 일련의 이벤트를 예시한다.
도 11은 피부 조직에 충돌하는 광의 산란 특성을 예시한다.
도 12는 미(Mie) 및 레일리(Rayleigh) 산란의 산란 특성의 각도 분포를 예시한다.
도 13은 시술 동안 GUI 또는 다른 디바이스의 디스플레이 이미지를 예시한다.
도 14는 다양한 발색단의 스펙트럼을 예시한다.
도 15는 피부 모니터링 디바이스의 일 실시예를 도시한다.
도 16은 공간 주파수 도메인 슬라이싱(spatial frequency domain slicing)을 사용한 결과로서 피부 조직으로부터 정보를 확인하는 결과를 예시한다.
도 17은 본 발명에서 사용되는 낱눈(ommatidium) 구조의 일 실시예를 도시한다.
도 18은 구조의 쉘에 이식된 낱눈을 가진 하프-돔 구조(half-dome structure)를 예시한다.
도 19는 도 18과 같지만 구조의 내부 표면에 추가의 광각 센서가 장착된 다른 하프-돔 구조를 예시한다.
도 20은 치료 레이저 포트, 조명 포트, 고속 포토센서 용 파이버 포트 및 낱눈 포트를 가진 돔 구조를 예시한다.
도 21은 센서가 장착된 하프-돔 구조의 다른 실시예를 예시한다.
도 2는 핸즈프리 자동 레이저 의료용 치료 디바이스의 개념 설명을 예시한다.
도 3은 본 발명에서 현재의 치료 문제 및 제안된 해결책을 예시한다.
도 4는 초고속 동적 산란과 다중 스펙트럼 반사 이미징 간의 개념적 차이를 예시한다.
도 5는 전형적인 인간 피부 조직의 조직학적 층을 예시한다.
도 6은 인간 피부 조직의 다양한 층의 광 반사율의 개략적 표현을 예시한다.
도 7은 다양한 피부색과 혈액형에 대한 광 파장의 함수로서 반사율의 그래프를 예시한다.
도 8은 본 발명 내에서 데이터 획득 및 처리의 개략적인 하이-레벨 블록도를 예시한다.
도 9a 내지 도 9h는 본 발명의 양태를 구현하는 다양한 핸드피스의 개략도를 예시한다.
도 10은 본 발명의 양태의 일련의 이벤트를 예시한다.
도 11은 피부 조직에 충돌하는 광의 산란 특성을 예시한다.
도 12는 미(Mie) 및 레일리(Rayleigh) 산란의 산란 특성의 각도 분포를 예시한다.
도 13은 시술 동안 GUI 또는 다른 디바이스의 디스플레이 이미지를 예시한다.
도 14는 다양한 발색단의 스펙트럼을 예시한다.
도 15는 피부 모니터링 디바이스의 일 실시예를 도시한다.
도 16은 공간 주파수 도메인 슬라이싱(spatial frequency domain slicing)을 사용한 결과로서 피부 조직으로부터 정보를 확인하는 결과를 예시한다.
도 17은 본 발명에서 사용되는 낱눈(ommatidium) 구조의 일 실시예를 도시한다.
도 18은 구조의 쉘에 이식된 낱눈을 가진 하프-돔 구조(half-dome structure)를 예시한다.
도 19는 도 18과 같지만 구조의 내부 표면에 추가의 광각 센서가 장착된 다른 하프-돔 구조를 예시한다.
도 20은 치료 레이저 포트, 조명 포트, 고속 포토센서 용 파이버 포트 및 낱눈 포트를 가진 돔 구조를 예시한다.
도 21은 센서가 장착된 하프-돔 구조의 다른 실시예를 예시한다.
위의 논의에 기초하여, 본 발명은 레이저 치료 시술의 실시간 모니터링을 수행하는 시스템 및 방법을 제공하고, 이에 따라 미적 의료용 레이저 플랫폼의 자동화를 향해 노력하는 상황을 조성하는 것에 관련된다. 원하는 목표는 레이저 파라미터의 자동 세팅을 포함하도록 현재 사용 가능한 상용 제품을 확장하는 완전한 단대단 솔루션이다.
원하는 최종 솔루션은 치료의 계획 및 자동 실행을 지원하는 핸즈프리 자동화 플랫폼이며, 시스템은 각각의 특정 해부학적 타겟에서 적절한 레이저 세팅 및 다음 동작을 실시간으로 지속적으로 자가 결정한다.
그러한 시스템에서, 시술자는 지정된 GUI를 통해, 임상 진단 및 목표, 원하는 치료 영역(들), "발사 금지(no-fire)" 구역 및 유사한 파라미터를 제공할 뿐일 수 있다. 시스템은 각각의 레이저를 발사하기 전에 레이저 파라미터를 결정하고 치료 프로세스를 온라인으로 모니터링하도록 설계되어, 폐쇄 루프 피드백을 레이저 시스템에 제공하여 필요에 따라 최적의 임상 결과를 위한 치료 파라미터를 조정할 수 있다. 이러한 시스템의 가능성 있는 타겟으로 삼은 미적 시장은 혈관 및 색소 병변 치료, 제모 및 문신 제거이다.
본 발명은 2018년 11월 2일에 출원된 미국 가출원 No. 62/754,730에 기재된 것과 같은 이미지 유도식 자율 로봇 시스템(image guided autonomous robotic system)에 통합될 수 있으며, 가출원의 전체 내용은 본 명세서에 포함된다.
제안된 시스템은 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 콘솔/제어 유닛(10), 사용자 인터페이스(12), 모션 유닛(14), 레이저 및 피부 분석 시스템(16) 및 이미징 및 감지 모듈(18)을 포함할 수 있다.
콘솔/콘솔 유닛(10)은 바람직하게는 기존 치료소 인프라스트럭처, 워크플로우 및 경제 모델을 준수하기 위해 소형, 경량, 저비용 및 저전력 소비를 하는 휴대용 레이저 콘솔의 형태로 설치될 수 있다.
시스템은 환자의 치료 영역을 캡처하고 이미징/감지 서브 시스템을 사용하여 실시간으로 움직임을 추적할 수 있다. 획득된 데이터로부터, 시스템은 치료 관심 구역(regions-of-interest)(ROI)을 인식하고 이를 치료 스폿으로 분할할 수 있다. 그런 다음 시스템은 모션 유닛을 사용하여 레이저 빔을 치료 영역으로 안내한 다음, 스캔된 환자의 표면에 수직인 레이저 빔으로 치료 영역을 스캔할 수 있다. 레이저는 인체의 곡률을 면밀히 추적할 필요를 없애고 이에 따라 모션 시스템의 더 빠르고 더 간단한 작동을 가능할 수 있게 하기 위해 스폿 크기가 가변적인 시준된 긴 초점 길이(long-focal-length) 빔을 가질 수 있다.
매크로 수준의 계획, 실행 및 제어 외에도, 시스템은 치료 타겟 위치에서 실시간 피부 진단 및 모니터링을 수행하고 내장된 알고리즘 및 인공 지능 방법을 사용하여 지속적으로 레이저 파라미터를 조정할 수 있다.
하이 레벨에서, 기술은 2018년 11월 2일에 출원된 포함된 62/764,730에서 논의된 바와 같이, 치료 레이저 핸드피스 및 플랫폼 내에 통합된 고속의 다중 스펙트럼 반사/산란 이미징 디바이스에 기초할 수 있다.
피부 조직으로부터의 반사율 이미지는 발색단 흡수와 유도 조명의 감소된 산란이라는 두 가지 물리적 속성에 의해 결정된다. 이러한 파라미터를 조직 깊이를 통해 통합하면 반사율 이미지가 생성된다. 따라서, 반사율 이미징(상이한 파장, 편광 및 패턴)은 최대 수 밀리미터 깊이의 기본 피부 광학 특성에 관한 정보를 제공한다.
이러한 구성은 치료 전, 치료 중 및 치료 후의 조직 상태를 모니터링하고 최적의 레이저 세팅을 실시간으로 결정할 수 있게 할 수 있다. 치료 레이저 발사 기간은 짧으며, 그래서 감지 및 의사 결정 시스템도 또한 빠르며, 즉 몇 밀리 초 이내에 피드백 신호를 전달할 수 있다.
따라서, 본 발명은 미적 치료에서 추측 및 수동 작동을 빼버리기 위해 첨단 계산 방법과 알고리즘을 사용하는 미적 의료용 레이저 시스템과 자동화 및 이미징 기술의 원활한 통합을 제공하도록 설계된다. 훈련된 의사의 경험(또는 경험 부족), 주관적인 평가, 개인적인 편견 및 지루한 작업에 크게 의존하는 대신, 본 발명은 타겟 속성의 과학적 정량화 및 최적의 레이저 세팅의 스마트한 계산에 기초하여 전체 표면 영역을 자동으로 계획하고 치료하는 핸즈프리 시스템을 제공할 수 있다. 이러한 혁신적인 기술은 임상 결과를 개선하고, 더 짧은 시간에 만족스러운 결과에 도달하고, 더 적은 횟수의 사무실 방문을 필요로 하고, 특히 시스템이 더 낮은 수준의 조작자에 의해 작동될 때 AE 비율을 낮추고, 경제 모델을 개선하고, 마지막으로 환자 만족도를 높일 수 있는 잠재력을 가질 수 있다.
본 발명의 기술
도 1 내지 도 3은 각각 구현될 기술의 하이 레벨 시스템의 기능 아키텍처, 핸즈프리 자동 레이저 치료 시스템의 개념 설명, 및 현재 치료 요법과 제안된 솔루션의 현재 패러다임 위험의 예시를 도시한다.
구상된 자동 의료용 레이저 플랫폼은 아래에서 논의되는, 다음과 같은 모듈 내의 기술을 포함할 수 있다:
1. 피부 진단
1.1 (예를 들어, CMOS 기반의) 동적 다중 스펙트럼 반사 이미징
1.2 초고속 동적 산란을 사용한 레이저 치료의 실시간 모니터링 - 포토 다이오드 기반
1.
피부 진단
본 명세서에서는 피부 진단을 위한 두 가지 상이한 접근 방식인, 이미지 센서 기반의 다중 스펙트럼 반사율 이미징 및 포토다이오드 어레이 기반의 초고속 동적 산란이 설명된다. 이들 둘 모두 조직 표면으로부터 반사된 광의 집합에 의존하지만, 상이한 속성, 개발 위험 및 잠재적 제품 및 응용과 관련된 잠재적 장단점을 갖고 있다. 개념적 차이는 도 4(A) 및 도 4(B)에 도시된다.
반사율 이미징 기술(도 4(B))은 카메라를 사용하여 각도 발산이 상대적으로 좁은 카메라의 시야(field of view)(FOV)로부터 광학 신호를 수집하는 반면, 동적 산란(도 4(A))은 비교적 작은 영역으로부터의 집합의 거의 반구 입체각을 제공한다. 전자는 타겟 영역에 관한 좋은 공간 정보를 제공할 수 있지만, 후자는 치료에 의해 유발된 변화에 훨씬 더 민감하다. 더욱이, 단일 픽셀(포토다이오드) 검출기의 샘플링 속도와 동적 범위는 이미징 디바이스에 비해 훨씬 높아, 산란 시의 미묘한 변화를 GHz 속도로 추적할 수 있다. 반면에, 도 4(A)에 도시된 것과 같은 이미징 디바이스는 열등할 수 있지만 어느 정도의 유연성을 제공하고 해상도를 손상시켜 샘플링 속도를 높일 수 있다. 레이저 치료 파라미터의 개인화 및 최적화는 공간 및 동적 정보 둘 모두를 필요로 하기 때문에, 두 기술 모두 실행 가능성을 고려할 수 있다.
1.1 이미지 센서 기반 동적 다중 스펙트럼 반사율 이미징
피부 조직은 매우 복잡한 생물학적 기관이다. 기본 구조는 모든 사람에게 공통적이지만(도 5 참조), 특정 개인에서 그리고 개인들 간 서로 다른 영역 내에서 많은 차이가 있다. 이러한 차이는 피부색(기저 층(Basal layer)의 멜라닌 함량), 머리 색깔 및 두께, 콜라겐 온전성, 혈관 구조, 다양한 유형의 혈관 및 색소 병변, 문신과 같은 이물질 등을 포함한다.
조직 층 구조를 통한 파장 종속 산란(도 6)의 통합은 다양한 유도 조명에 대해 촬영될 수 있는 반사율 이미지를 결정한다. 따라서, 반사율 이미징(상이한 파장, 편광 및 패턴)은 최대 수 밀리미터 깊이의 기본 피부 광학 및 물리적 특성에 관한 정보를 제공한다. 도 7은 상이한 광 파장과 관련하여, 다양한 수준의 멜라닌, 표피와 진피 두께 및 혈액 함량을 가진 특정 피부 영역의 총 확산 반사 스펙트럼의 변화의 예를 도시한다. 그래프상의 원은 아래에서 논의되는 도 9f의 예에서 사용되는 것과 동일한 파장인, 460 nm, 520 nm, 590 nm, 611 nm, 660 nm 및 850 nm를 나타낸다.
본 출원에서, 비접촉식 통합 치료 및 이미징 레이저 어플리케이터가 설명될 것이다. 이것은 일련의 상이한 파장, 편광 및 공간 패턴으로 치료 영역을 조명하고, 그 다음에 치료 전과 치료 후에 일련의 반사율 이미지를 획득하도록 설계되어 있다. 이미지 처리, 주성분 분석(Principle Component Analysis)(PCA), 물리적 모델링 및 최종적으로 신경망 알고리즘을 사용하여, 획득된 반사율 이미징 데이터가 처리되고 레이저 치료 파라미터 세트가 세팅될 수 있다. 하이 레벨에서, 이것은 전임상 및 임상 데이터 수집, 분류 및 치료 예측 단계를 위한 알고리즘 훈련 단계 및 알고리즘 검증 단계의 세 가지 주요 단계로 수행될 것이다.
데이터 수집 단계 동안, 스펙트럼 이미지는 도 8에 개략적으로 도시된 바와 같이, 레이저 치료 중에 실시간으로 동적으로 획득될 수 있다. 문신 및 색소 병변 제거 치료를 위한 나노 초 지속시간에서부터 제모 및 혈관 치료를 위한 수십 밀리 초까지 달라질 수 있는 레이저 치료 펄스(Tx)를 인가한 뒤에 전처리 다중 스펙트럼 이미지(A)가 발생될 수 있다. 치료 레이저를 인가하는 동안, 셔터를 제공함으로써 조명 및 이미징 시스템이 보호될 수 있다. 치료 레이저는 피부 조직을 관통하고, 발색단에 의해 흡수되며, 광화학, 열, 음향 및 생리학적 반응을 비롯한 일련의 반응을 일으킨다. 이러한 반응은 연조직의 응고, 문신 색소의 기계적 분해에 이어 딱지, 광 열분해 또는 정맥 붕괴와 같은 원하는 치료 결과를 발생한다. 이러한 즉각적인 결과는 조직의 흡수 및 산란 속성에 영향을 미치고 이처럼 파장 종속적 반사 이미지를 변화시킨다. 이러한 동적 변화는 타겟이 이미징 시스템의 FOV에 남아있는 한 추적(B)될 수 있다.
원시 치료 전 및 치료 직후 반사율은 획득된 데이터의 전체 치수를 줄이면서 가치 있는 파라미터를 강력하게 분류할 수 있게 하는 주성분 분석(PCA)을를 사용하여 처리될 수 있다. 다시 말해, PCA는 최종 임상 결과(C)에 대한 중요성과 관련하여 데이터 특징을 구분 짓는다. 가장 관련성 있는 파라미터는, 예를 들어, 열 이완 및 연조직 응고를 비롯한 물리적 레이저-조직 상호작용 모델의 개발을 위해 사용될 수 있다. 더욱이, 많은 양의 고도로 상관된 (A-Tx-BC) 데이터는 제모시 홍반 및 문신 제거시 프로스팅 형성(frosting formation)과 같은 정량적이고 즉각적인 생물학적 반응에 기초하는 경험적 방정식을 구성할 수 있게 한다. 현재, 즉각적인 반응은 동적 정량화 없이 훈련된 의사에 의해 비 정량적 방식으로 주관적으로 평가된다. 상업적 이점 외에도, 본 발명에 의해 구상된 플랫폼은 임상 생물학적 물리학을 위한 새롭고 강력한 연구 도구이다.
대부분의 임상 적응증의 경우, 대개 제조업체에 의해 제공되는 레이저 치료 파라미터의 사용 설명서(user guide)는 초기에 다양한 물리적 모델에 의해 결정된 다음, 임상 실험에 의해 검증된다. 이와 같이, 광-조직 상호작용 모델은 총 임상 결과 예측을 위한 귀중한 도구이다. 경험 법칙에 따르면 물리적 모델은 실제의 복잡한 시스템에서 80 %의 정확한 예측 가능성을 만들 수 있다고 한다. 원하는 결과에 대한 치료 파라미터의 정확성을 높이는 가장 효과적인 방법은 인공 지능 기술, 예를 들어, 심층 학습(deep learning)(DP)을 사용하는 것이다. 심층 학습은 복잡한 다단계 "심층" 신경망을 사용하여 레이블이 붙지 않은 방대한 양의 훈련 데이터로부터 특징 검출을 수행할 수 있고 구식의 물리적 추론 접근 방식을 쉽게 능가할 수 있는 시스템을 생성하는 것을 포함한다. 모든 파라미터 및 때로는 파라미터의 다중 요인과 약한 상관 관계를 물리적 모델에 통합하려는 시도는 지루하고 복잡하고 대개의 경우 불가능하며, 가장 중요한 것은 솔루션의 불안정성을 초래할 수 있다.
장기적으로, 임상 데이터가 수집되고, 분석되고, 치료 전 및 단기 치료 직후 스펙트럼 반사율 이미징 데이터와 상관되는 분석에 뒤이어, 다양한 레이저 치료 플랫폼에서 생산 버전이 구현될 수 있다. 제품 수준의 시스템 사양은 (이 연구 프로그램의 결과 및 사용자 요구 사항에 따라) 가능한 한 완화될 것이다. 이것은, 예를 들어, 치료 전 이미지(A)(도 8)를 촬영할 수 있고, 이전에 수집된 방대한 데이터베이스에 기초하여, 최상의 치료 파라미터를 결정할 수 있다. 이것은 또한 비 동적 치료 후에 이미지(B)를 촬영하여 초기 피드백을 제공하고 이전에 상관 관계가 있는 임상 결과 데이터베이스(C)에 기초하여 치료의 유효성을 평가할 수도 있다.
하나의 잠재적인 이미징 치료 레이저 어플리케이터는 도 9a에 도시된다. 이것은 동일한 출력 광학기(optics)를 공유하는, 치료 레이저 부분, 조명 부분 및 이미지 획득 부분의 세 가지 주요 컴포넌트를 통합하고 있다. 레이저에 대한 요구 사항은 임상 적응증에 따라 달라지며 어플리케이터에 결합하는데 영향을 미친다. 치료에 따라, 관절형 암 시스템(articulated arm system), 레이저 핸드피스 또는 콜리메이터가 구비된 고출력 파이버가 가변 줌 시스템의 후면에 부착될 수 있다. 줌 시스템의 목적은 시준된 치료 레이저 광을 타겟 피부 표면의 원하는 타겟 영역에 전달하는 것일 것이다.
도 9a는 다음과 같은 것을 포함한다: 부분(A), 줌(L) 및 편광 광학기(P)를 포함하는 이미징 부분 및 CMOS 또는 다른 센서. 또한, 치료 레이저 부분(B)은 고출력 레이저 파이버(F1), 줌 광학기(L) 및 접이식 미러(FM)를 포함한다. 조명광 부분(C)은 조명 파이버(F2), 줌 및 편광 광학기(P), 광학기(L) 및 퓨리에 공간 필터링(M)을 포함한다. 이것은 단지 예시적인 실시예이며 많은 다른 변형예가 구현될 수 있다.
어플리케이터의 이 부분 내에는 조명-이미징 컴포넌트와 치료 컴포넌트 사이를 스위칭하기 위해 다수의 (아마도 전동식) 접이식 미러가 장착될 수 있다. 치료 컴포넌트에는 조명 컴포넌트(C)가 인접해 있다. 이것의 목적은 타겟 영역을 일련의 파장, 편광 및 공간 패턴으로 조명하는 것이다. 이것은 시준 광학기를 구비한 광 전달 파이버 시스템, 편광기, 조명 시스템의 퓨리에 평면에 있는 가변 특수 필터 및 광이 치료 레이저와 동일한 경로를 통해 전파될 수 있게 하는 접이식 미러를 포함할 수 있다. 조명 시스템의 파장은 적절한 필터를 적용함으로써 조명 섬유에 진입하기 전에 제어될 수 있다. 마지막으로, 어플리케이터의 제3 컴포넌트는 이미지 획득 및 기록 디바이스(A)이다. 이것은 CMOS/CCD 센서, 편광기, 가변 파장 필터, 가변 줌 광학기 및 피부 표면에서 반사된 광을 중앙 애플리케이터 광학기를 통해 센서 쪽으로 안내하는 접이식 거울로 구성될 수 있다.
도 9a와 관련하여 위에서 설명된 치료 디바이스를 달성하기 위해, 기존의 공급업체 제품 용 어댑터가 개발될 수 있다. 예를 들어, 현재, 본 발명의 양수인인 Lumenis Ltd의 경우, 시판 중인 두 개의 핸드피스가 있는데, 첫 번째는 정맥, 혈관 병변 및 제모에 사용되는 M22 Multi-spot Nd:YAG 이고, 두 번째는 문신 및 색소 병변 제거에 사용되는 Q-switched Nd:YAG 핸드피스이다. 두 핸드 피스 모두 동일한 폼 팩터를 가지며, 도 9b에 도시된 바와 같이 치료 레이저 부분으로서 이미징 어댑터에 통합될 수 있다.
도 9c 내지 도 9g는 본 발명을 다른 광선 요법 디바이스에 적용한 것을 도시한다.
예를 들어, 도 9c는 파이버 결합 레이저 소스(fiber-coupled laser source)에 적합한 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 어플리케이터(301)는 알려진 유형의 파이버 레이저 소스(도시되지 않음)와 (302)에서 연결된다. 어플리케이터(301) 내에는 도시된 바와 같이 어플리케이터를 통해 그리고 피부 팁 어댑터(314) 밖으로 가로지르는 파이버 레이저 소스로부터 나오는 레이저 빔 축 경로(303)가 도시되어 있다. 레이저 파이버 광학 축(303)은 먼저 적합한 레이저 시준 광학 요소(304)를 통과한 다음, 레이저 포커싱 광학기(310)를 통과한다. 광축(303)을 따라 다음 하류에는 이색성 미러(311)가 있다. 그 다음에 레이저 빔은 조명 링(312)(아래에서 도 9f와 관련하여 상세히 설명됨)을 통과한 다음 편광 광학 링(313)을 통과한다. 보정 링(315)은 피부 팁 어댑터(314)의 원위 단부에 장착된다.
조명 광원은 피부 조직을 조명하기 위해 광축(303)과 일렬로 배치될 수 있다. 조명 광원(312)이 콘솔(10) 내에 포함될 수 있는 적합한 프로그램 가능 컨트롤러에 의해 활성화될 때, 피부 조직으로부터 반사된 광은 어댑터(314), 링(312 및 313)을 통해 다시 반사된 다음 미러(311)에 충돌할 것이다. 미러(311)는 반사된 광을 이미징 빔 축 경로(308)를 따라 다른 미러(309)로 편향하여 편광 광학기(307), 포커싱 광학기(306) 그 다음으로 CMOS/CCD 센서(305)로 편향시킨다. 센서(305)는 수신되는 광을 측정하고, 본 발명에 따라 광을 분석한 다음, 프로그램 가능 컨트롤러의 적합한 모든 전자 및 프로그래밍 내에서 파이버 레이저 소스의 출력을 변형하게 할 수 있다. 조명 링 광원(312)이 도시되고 아래에서 설명될 것이지만, 링(312) 대신에 또는 이에 추가하여 다른 적합한 광원이 제공될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
이제 도 9d로 돌아가면, 이 도면은 다른 조합의 레이저/이미징 디바이스(501)를 예시한다. 여기서, 파이버 레이저 입력 소스 대신, 어플리케이터 내에는 공지된 유형의 솔리드-스테이트 레이저 소스(502)일 수 있는 레이저 모듈이 포함된다. 그렇지 않으면, 광학 경로 및 광학 요소(503-515)는 도 9c의 실시예에서 그러한 요소와 고대로 일치한다.
도 9c의 실시예에서와 같이, 도 9d의 실시예는 또한 편광 광학 링(513) 및 조명 링(512)을 포함하며, 각각의 구조 및 기능이 이제 논의될 것이다. 편광 광학 링(513)은 피부 조직으로부터의 반사로부터 수신된 각각의 이미지를 교차 편광하기 위해 제공된다.
이제 도 9g로 돌아가면, 이 도면은 본 발명의 또 다른 실시예, 이 경우에는 분수 레이저(fractional laser)(700)를 도시한다. 도 9g의 디바이스 내의 요소는, 도 9h에 예시된 바와 같이, 레이저 에너지를 피부 조직상의 별개의 분리된 스폿으로 지향하는 하나 이상의 공지된 스캐닝 미러(704)가 추가된 것을 제외하고는, 도 9c 및 도 9d의 요소와 거의 동일하며, 여기서 GUI(816)상의 디스플레이(800)는 위에서 설명된 CMOS/CCD 센서로부터의 이미지를 사용하여 치료 스폿(818)뿐만 아니라 라이브(live) 피부 이미지(817)를 디스플레이할 것이다.
도 9f로 돌아가면, 이 도면은 조명 링(512)을 상세히 도시한다. 여기서, 링은 반사된 광뿐만 아니라 레이저 빔이 통과할 수 있게 하는 개구부(607)를 갖는 디스크형 홀더(600)일 수 있다. 링(600)의 주연부 주변에는 다수의 LED(601-606)가 장착된 것으로 도시되어 있다. 도면은 특정 개수의 LED만을 도시하고 있지만, 임의의 적합한 개수의 LED(또는 다른 광원) 및 다양한 파장이 링(600) 상에 장착될 수 있다는 점을 이해해야 한다.
단지 예를 들자면, LED는 일반적으로 450 nm 내지 900 nm 범위의 파장: 460nm(601), 520nm(602), 590nm(603), 611nm(604), 660nm(605) 및 850nm(606)을 가질 수 있다. 이러한 파장은 언급된 바와 같이 예시일 뿐이며 다른 파장이 사용될 수 있다. 주요 목표는 청색에서부터 적색, IR까지를 범위로 하는, 피부에 적용할 넓은 조명 스펙트럼을 제공하여, 위에서 설명한 센서(305 또는 505)를 사용하여 반사율이 측정될 수 있도록 하는 것이다. 피부 조직에 충돌하는 상이한 파장은 상이한 침투 깊이와 상이한 반사율/산란을 가질 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 청색 광은 스펙트럼의 한쪽 끝에서 피부 색소 침착에 관한 데이터를 제공할 수 있지만, 적색 광은 혈관 수준에서 그리고 심지어는 피부의 더 깊숙한 곳에서의 데이터를 제공할 수 있다. LED 중 하나 이상의 LED를 선택하고 활성화함으로써, 피부 상태에 관한 정보/데이터가 온보드 센서, 예를 들어 센서(305 및 505)에 의해 감지될 수 있다. 센서에 의해 수신된 데이터는 적합한 케이블을 통해 또는 무선으로 콘솔(10)로 전송될 수 있고 사용자 인터페이스(12) 상에 표시될 수 있다. 콘솔(10) 내의 프로그램 가능 컨트롤러는 하나 이상의 파장에서 센서(505)의 출력(들)을 판독한 다음, 적절한 프로세서 또는 컴퓨터 유닛을 통해 이러한 출력을 처리하여 레이저 유닛(16)에 적용할 세팅을 결정한다. 프로그램 가능 컨트롤러는, 예를 들어, 피부 유형을 고려하여 반사율 측정을 특정 피부 상태에 매칭시키는 룩업 테이블을 포함하는 메모리를 가질 수 있고, 레이저 치료의 적용을 제어하거나 또는 제안된 치료 파라미터 또는 요법을 디바이스의 조작자에게 제공할 수 있다. 또한, 이러한 디바이스가 사용되고 다수의 환자로부터 판독 값이 감지되고 기록되므로, AI 기술은 치료 파라미터와 요법을 더욱 세분화하는데 사용될 수 있다.
이제 도 9e로 돌아가면, 이 도면은 본 발명을 복합 펄스 광(IPL)을 생성하는 어플리케이터에 적용한 것을 예시한다. IPL 광원은 관련 기술분야에서 그 자체로 잘 알려져 있지만, 여기서 IPL 광원은 구조와 작동면에서 변형된다.
IPL 어플리케이터(401)는 IPL 램프(403) 및 IPL 필터(402)를 포함한다. IPL 램프(403)가 비 간섭 광원이기 때문에, 필터(402)는 공지된 방식으로 원하지 않는 파장의 광을 필터링하기 위해 램프와 피부 조직 사이에 개재된다. 어플리케이터는 환자의 피부 조직과 접촉하여 배치될 수 있는 광 가이드(lightguide)(407)를 포함할 수 있다. 광 가이드는 유리, 사파이어 또는 다른 (일반적으로) 투명한 재료일 수 있다. 램프(403)로부터의 광은 필터(402)를 통과한 뒤에 광 가이드(407)를 통과한다. 필터(402)는 위에서 논의한 광 링(600)과 마찬가지로, 타겟 조직이 상이한 파장의 광에 의해 충돌될 수 있도록 제거 가능하고 교체 가능한 유형일 수 있다.
전형적으로, IPL 디바이스에 사용되는 광 가이드는 직사각형 형상일 수 있지만, 여기서는 조명 결합 광학기(408), 편광 광학기(409), 조명 플레이트(410) 및 보정 림(411)을 포함하도록 변형된다. 요소(408 내지 410)는 IPL 광원로 치료 전, 치료 중 및/또는 치료 후에 환자의 피부 조직을 조명하는 기능을 하며, 도 9c 및 도 9d를 참조하여 위에서 설명한 조명 시스템과 매우 유사하다.
또한, 광 가이드(407)는 도 9e의 좌측 상단 코너에서 보이는 바와 같이 요소(404, 405 및 406)를 포함하도록 추가로 변형된다. 이들 요소는 CMOS/CCD 센서(404), 이미지 포커싱 광학기(405) 및 편광 광학기(406)이다. 이전 실시예에서와 마찬가지로, 조명 플레이트(410)를 거쳐 피부를 조명하는 광은 광 가이드(407)를 통해 센서(404)로 전달되고, 위에서 설명한 바와 같이 아마도 IPL 광원의 작동을 변형하는 데 사용된다.
1.2 포토다이오드 어레이에 기반한 실시간 모니터링을 위한 초고속 동적 산란
여기서 목표는 치료 프로세스를 온라인으로 모니터링하고 레이저 시스템에 피드백을 제공하여 치료 파라미터를 조정하고 효과적인 치료를 얻고 원하는 종점에 안전하게 도달하는 도구를 제공하는 것이다.
치료 전, 치료 중 및 치료 후에 조직 상태를 모니터링하면 임상의와 레이저 시스템이 진행 방법을 결정하는 데 필요한 정보를 제공한다. 시술 중에 시스템 루프를 닫고 다양한 치료 파라미터를 제어하는 것이 특히 유리하다. 대부분의 경우 치료 기간이 짧으므로, 수 밀리 초 안에 피드백 신호를 전달할 수 있는 고속 감지 및 의사 결정 시스템이 바람직하다. 개념의 블록도가 도 10에 제시되어 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 시스템(130)을 이용하는 프로세스는 다음과 같은 단계: 초기 레이저 시스템 세팅을 결정하는 단계; 이러한 세팅을 사용하여 치료를 조직에 적용(134)하는 단계; 치료된 조직을 모니터링/검사/감지(138)하는 단계; 모니터링/검사/감지에 기초하여, 필요한 경우 또는 권장되는 경우, 실시간 루프(140)에서 치료 파라미터를 변경(142)하는 단계를 포함한다.
제안된 개념은 조직 상태, 예를 들면, 정상 조직, 응고된 조직, 멜라닌 함량에 관한 어떤 것을 알려주는 광학 조직 특성을 모니터링하는 것에 기초한다. 고려될 수 있는 두 가지 광학적 특성은 흡수와 산란일 수 있다. 채용되는 기술은 먼저 타겟 조직을 조명한 다음 반사된 광을 측정하는 것이다. 온도와 치료 시간에 따라 조직이 치료되고 새로운 상태로 변환됨에 따라, 그 내부 구조가 변형되고 그 흡수 및 산란 특성이 변경된다(도 11 참조). 산란 패턴과 피부 상태 간에 강한 상관 관계가 있으므로, 우리는 산란된 광의 공간 분포를 모니터링함으로써 이 상태에 관한 정보를 추론할 수 있다. 실시간 피드백을 레이저 시스템에 적용하기 위한 이러한 정보를 사용할 수 있도록 하기 위해, 이러한 데이터의 획득 및 분석은 바람직하게는 이러한 정보를 1 ms 또는 약 1 ms에서 제공할 수 있다.
예를 들어, 응고 프로세스를 모니터링할 때, 계획은 미(Mie)에서 레일리(Rayleigh) 산란 패턴으로 옮겨감에 따라 산란 각도 분포를 모니터링하는 것일 수 있다. 이것은 개략적으로 도 12에 예시된다. 크기가 비슷하거나 파장보다 큰 산란(Mie 산란)의 경우, 대부분의 산란은 전방 산란인 반면, 응고된 조직의 경우처럼 파장보다 작은 산란의 경우, 우리는 Rayleigh 요법으로의 옮겨 감이 있다는 것과, 방사선이 모든 방향으로 산란된다는 것을 알 수 있다. 색소 병변을 치료하는 것과 같은 다른 시술의 경우, 우리는 반사된 광의 강도를 모니터링함으로써 치료된 영역의 광 흡수를 모니터링할 수 있다.
도 13은 치료 시술 바로 전, 도중 및 후에 콘솔상의 디스플레이 스크린 또는 GUI(901)의 묘사를 예시한다. 위에서 논의한 바와 같이, 치료 레이저 디바이스를 활성화하기 전에, 치료 영역의 라이브 피부 이미지(902)가 GUI(901) 상에 디스플레이될 수 있다. 위에서 본 명세서에서 논의된 도 9f의 광원의 파장을 변화시킴으로써, 다양한 조직 깊이가 탐사되고 디스플레이될 수 있다. 도 13의 예에서, (905)에서 얕은 정맥(904) 및 깊은 위치의 "피더(feeder)" 정맥(903)이 디스플레이될 수 있다. 그 다음에 디바이스의 조작자는 원하는 치료 유형이 무엇인지를 결정하고 디바이스 내에 저장된 프로토콜에 기초하여 치료를 제공할 수 있는 레이저 디바이스를 활성화할 수 있다. 그러나, 본 명세서에 설명된 본 발명에 의하면, 디바이스는 도 13에서와 같이 피부 조직을 이미지화하도록 프로그램될 수 있고, 그 다음에 이미지에 기초하여 다소 자율적으로 환자의 피부 조직에 치료 프로토콜을 활성화할 수 있다.
선택된 발색단에 대한 피부 조직의 특징적인 스펙트럼 산란 및 흡수 계수가 도 14에 제시되어 있다.
모니터링 디바이스의 하나의 구현예는 (도 15에 도시된 바와 같은) 하프 돔 구성으로 배열된 고속 포토다이오드 어레이를 사용하여 이루어질 수 있다. 상이한 파장을 사용하여 조직 상태의 상이한 깊이 및 상이한 양상을 모니터링함으로써, 더 많은 정보가 획득되어 의사 결정 알고리즘을 향상시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 우리는 산란된 광의 공간 분포를 모니터링하고, 조직 상태를 평가하며 선호하는 레이저 세팅을 추론할 수 있다.
여러 응용에 적합한 동시적인 탐사 채널은 거의 없다. 예를 들어, 우리는 타겟 및 참조 채널을 사용하여 치료 프로세스를 모니터링하고 광학 끝점(optical end point)을 고유하고 개인적인 수준으로 가져올 수 있다. 다른 응용인 실시간 공간 주파수 도메인 슬라이싱(Real Time Spatial Frequency Domain Slicing)에서, 우리는 상이한 스폿 크기 또는 상이한 공간 패턴을 생성하는 광원을 사용할 수 있다. 공간 주파수가 감소함(스폿 크기가 증가함)에 따라, 광 투과 깊이가 증가하고, 조직의 더 깊은 레벨의 정보가 획득될 수 있다. 따라서, 여러 누적 깊이로부터 획득되는 데이터를 빼면, 우리는 조직 내부의 특정 층으로부터 오는 정보를 획득할 수 있다.
피부 조직(190)의 단면도를 보여주는 도 16에서 볼 수 있는 바와 같이, 하나의 공간 변조에 의한 타겟의 한 유형의 조명은 그 피부의 정보를 하나의 깊이(192)로부터 생성할 수 있는 반면, 다른 공간 변조의 사용은 더 깊은 깊이(196)에서의 정보를 드러내 보여줄 수 있다. 두 데이터 세트 모두의 산란 및 강도를 측정함으로써, 우리는 그 각각에 대해 두 개의 상이한 주파수를 이용하여 록-인 검출(lock-in detection)을 사용할 수 있다. 데이터의 차이는 층(192 및 196) 사이의 층(194)에 특유한 실시간 정보를 추출하는 데 사용될 수 있다. 원한다면, 우리는 추가 조명 패턴을 생성하여 추가의 피부 조직 층을 식별할 수 있다.
다중 조명 채널을 사용하는 또 다른 구현예는 스펙트럼 실시간 모니터링이다. 이를 통해, 더 많은 데이터가 피드백 기능에 추가되어 의사 결정을 보다 정확하게 내릴 수 있다. 이것은 안전성 끝점(safety end point)을 결정하려 시도할 때 특히 중요하다. 이것은 응고와 같은 열 프로세스에 기초한 레이저 치료뿐만 아니라 동일하거나 인접한 스폿에 반복적으로 조명하는 것이 일반적인 문신 제거와 같은 광-음향 기반 치료에서도 마찬가지이다. 스마트한 실시간 데이터 분석에 의해, 피부 상태가 모니터링될 수 있으며, 부작용으로 이어질 수 있는 변화가 검출되는 경우 치료를 중지할 수 있는 추가 기능이 있다.
이 기술의 또 다른 구현예는 이 기술을 사용하여 초점 치료 영역의 실시간 스펙트럼 이미지를 생성하는 것일 수 있다. 이것은 곤충이 소유한 겹눈의 개념을 모방함으로써 수행될 수 있다. 겹눈(도 17 참조)은 밝기와 색상을 구별하는 각막, 수정체 및 광수용체 세포로 구성된 작은 독립적 광수용 유닛인 수천 개의 낱눈(ommatidium)으로 구성된다. 사실상, 예를 들어, 곤충에 의해 인식되는 이미지는 약간 상이한 방향으로 겨누어 향한 수많은 낱눈으로부터의 입력의 조합이다. 단일 조리개 눈에 비해, 겹눈은 이미지 해상도가 좋지 않지만, 매우 큰 시야각을 가지고 있고 빠른 움직임 및, 경우에 따라, 광의 편광을 검출하는 있는 역량을 가지고 있다.
센서(212)를 도 18의 하프 돔 구조(210)에 매립된 인공의 인위적 낱눈 유사 구조에 매립하여 상이한 "낱눈"이 상이한 FOV를 갖는 것과 이들 낱눈이 함께 전체 ROI를 커버하는 것을 보장함으로써, ROI의 이미지가 획득될 수 있다. 센서는 빠르며 동시적인 스펙트럼 신호 픽업(조명에 따라 다름)을 가질 수 있기 때문에, 빠른 스펙트럼 이미징 디바이스가 획득될 수 있다. 더 쉽고 더 조밀해지도록 하기 위해, 우리는 파이버 결합 센서를 사용할 수 있고, 그래서 돔에는 파이버 포트만 존재한다.
"낱눈"의 상이한 광학 설계를 사용함으로써, FOV의 중첩이 발생되거나 또는 방지될 수 있다. 이러한 접근 방식 각각마다 장점과 단점이 있으며 최종 설계는 구현될 실시간 피드백 로직에 크게 좌우될 것이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 고속 포토다이오드의 하프 돔 어레이에 두 가지 유형의 광학 설계, 즉 치료의 초점 영역으로 지향된 좁은 시야 포토다이오드(220)의 집단 및 넓은 시야 포토다이오드(222)의 어레이를 조합함으로서, 우리는 두 가지 유형의 정보: 실제 치료 스폿으로부터의 초점 스펙트럼 이미지 및 스펙트럼 산란 분포를 획득할 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 초기의 가능한 구현예는 고속 전자장치를 기본 구성요소로서 구비한 고속 포토다이오드를 포함한다. 현재 기술에 의하면, 우리는 이러한 응용에 충분히 넘치는 수 GHz만큼 높은 샘플링 속도를 달성할 수 있다. 공간 분포의 획득은 산란된 광의 3D 각도 분포, 즉 하프 돔 패턴을 담아내는 형태로 상기 센서의 어레이를 구축함으로써 해결될 수 있다. 이러한 센서를 꽉 채워 늘어 놓을 수 있도록 하기 위해, 파이버 결합 센서가 사용될 수 있다. 도 20의 하프 돔 구성은 다양한 기능 포트: 치료 레이저 포트(232), 고속 포토센서 용 파이버 포트(234), 낱눈 포트(236) 및 파이버 결합될 수 도 있는 하나 이상의 조명 포트(238)의 베이스로서 사용되는 표면 요소를 가진 측지형 돔(geodesic-type dome)(230)으로 구성된다. 센서 요소의 배열은 Thorlabs DET025AFC Fiber-Coupled Si Detector(2 GHz 대역폭, 150 ps 상승 시간 400 nm - 1100 nm)와 같은 기성품 컴포넌트에 기초할 수 있다. 양호한 신호 대 잡음 비를 달성하고 다중 채널 분석을 가능하게 하기 위해, 록-인 검출이 통합되어 프로빙 광원을 변조할 수 있다. 동시적 다중 채널 분석을 위해, 변조 주파수가 각기 상이한 여러 프로빙 광원이 사용될 수 있다. 센서별 채널별 간단한 록인 증폭기가, 예를 들어, Analog-Devices AD630 Balanced Modulator/Demodulator를 사용하여 구현될 수 있다.
이러한 센서는 위에서 설명한 겹눈 개념을 사용하여 이미징하는 데 사용될 수 있다. 파이버 포트의 일부 또는 전부는 인공 낱눈을 생성하는 방식으로 제작될 수 있다. 동일한 낱눈 요소상의 그러한 포트들의 집단은 필요한 시야가 획득되도록 보장하기 위해 선택된 요소에서 사용 및 구현될 수 있다.
다른 돔 배열체가 도 21에 도시된다. 도 21은 대형 센서 어레이(242) 및 소형 센서 어레이(244)를 갖는 돔 구조(240), 피부 표면에서 반사(243)되는 광 빔(248)을 두 소형 어레이 및 대형 어레이 모두의 센서로 투사하는 프로브 광원(246)을 도시한다.
제안된 기술은 치료 프로세스 자체에 실시간 피드백을 가능하게 하는 획득 속도로 조직 특성의 실시간 모니터링을 제안하는 것으로 보이지 않기 때문에 아마도 현재의 상용 디바이스에 비해 상당한 이점을 제공할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 피부 진단 기술은 차세대 의료용 레이저 제품 및 새로운 레이저 모듈 기술의 개발을 위한 플랫폼으로서 역할을 할 수 있다. 피부 및 타겟 병변 속성을 실시간으로 측정하는 기술을 갖는다면 이에 따라 실시간으로 파장(및 다른 레이저 속성)을 실시간으로 스위칭할 수 있는 다중 파장 레이저 기술을 개발하려는 미래의 노력이 추진될 수 있다. 더욱이, 피부 진단 기술은 병변의 임상 진단을 지원하고 향상시키도록 확장될 수 있다. 예를 들어, 이 기술은 양성 병변과 암 색소 병변 사이를 구별할 수 있다. 이것은 환자 관리 결정에 큰 영향을 미칠 수 있다. 더욱이, 개발된 피부 진단 기술은 새로운 응용과 레이저의 개발을 위한 새롭고 강력한 연구 도구로서 역할을 할 수 있다.
Claims (26)
- 피부 조직을 치료 광원으로 치료하는 미용 방법으로서,
광축을 따라 치료 광원을 제공하는 단계;
상기 광축을 따라 하나 이상의 조명 광원을 제공하는 단계;
상기 광축을 따라 하나 이상의 센서를 제공하는 단계;
프로그램 가능 컨트롤러를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 프로그램 가능 컨트롤러는 상기 조명 광원 및 치료 광원의 활성화를 제어하고,
상기 방법은,
상기 컨트롤러가 상기 하나 이상의 조명 광원을 활성화하고 이것을 상기 피부 조직으로 향하게 하는 단계 - 상기 조명 광은 상기 피부 조직으로부터 상기 광축을 따라 상기 하나 이상의 센서의 입력으로 반사됨 -;
상기 하나 이상의 센서가 상기 피부 조직으로부터 반사된 광을 측정하고 상기 측정된 광의 감지된 정보를 상기 하나 이상의 센서의 출력으로부터 상기 프로그램 가능 컨트롤러로 전송하는 단계;
상기 프로그램 가능 컨트롤러가 상기 하나 이상의 센서의 출력으로부터 수신된 상기 측정된 광을 처리하고 치료 광 요법을 제공하는 단계;
상기 프로그램 가능 컨트롤러가 상기 피부 조직에 대한 상기 치료 요법에 따라 상기 치료 광원을 활성화하는 단계; 및
상기 피부 조직을 치료하는 단계를 포함하는, 미용 방법. - 제1항에 있어서,
상기 광축을 따라 상기 치료 광원 및 상기 조명 광원 둘 모두를 지향시키는 광 지향 요소를 제공하는 단계를 더 포함하는, 미용 방법. - 제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 조명 광원은 상이한 파장의 광 출력을 갖는 복수의 광원을 포함하고;
상기 방법은 상기 컨트롤러가 상기 복수의 상이한 광원 파장으로부터 하나 이상을 선택하고 상기 하나 이상의 광원을 활성화하여 상기 피부 조직을 조명하는 단계를 더 포함하는, 미용 방법. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 광원은 LED 광원인, 미용 방법. - 제4항에 있어서,
상기 LED 광원은 400 nm 내지 900 nm 범위의 파장을 갖는, 미용 방법. - 제1항에 있어서,
상기 치료 광원은 파이버 레이저 소스, 솔리드 스테이트 레이저 소스, 복합 펄스 광(Intense Pulse Light)(IPL) 광원 및 LED 광원 중 하나 이상으로부터 선택되는, 미용 방법. - 제5항에 있어서,
상기 피부 조직은 색소 병변, 혈관 제거, 문신 제거 및 제모의 하나 이상의 카테고리에 대해 치료되는, 미용 방법. - 제7항에 있어서,
상기 컨트롤러가 상기 피부 조직 치료의 카테고리에 따라 상기 하나 이상의 LED 광원 중 하나 이상을 선택적으로 활성화하는 단계를 더 포함하는, 미용 방법. - 제1항에 있어서,
상기 피부 조직 안으로 원하는 깊이의 광 침투에 따라 상기 하나 이상의 조명 광원 중 하나를 활성화하는 단계를 더 포함하는, 미용 방법. - 제1항에 있어서,
상기 피부 조직을 치료하는 단계 이후에 상기 하나 이상의 조명 광원을 재활성화하여 상기 피부 조직의 치료 이후의 상기 피부 조직의 상태를 결정하는 단계를 더 포함하는, 미용 방법. - 제1항에 있어서,
상기 프로그램 가능 컨트롤러가 상기 하나 이상의 센서의 출력으로부터 수신된 상기 측정된 광을 처리하고 치료 광 요법을 제공하는 단계는 상기 정보를 상기 프로그램 가능 컨트롤러와 연관된 메모리의 룩업 테이블에 포함된 정보에 매칭시킴으로써 상기 정보를 분석하고, 상기 룩업 테이블에서의 매칭에 기초하여 치료 요법을 선택하는 단계를 포함하는, 미용 방법. - 제1항에 있어서,
상기 프로그램 가능 컨트롤러가 상기 하나 이상의 센서의 출력으로부터 수신된 상기 측정된 광을 처리하고 치료 광 요법을 제공하는 단계는 상기 정보를 상기 프로그램 가능 컨트롤러와 연관된 메모리에 포함된 하나 이상의 내장된 알고리즘에 포함된 정보에 매칭함으로써 상기 정보를 분석하고, 매칭에 기초하여 치료 요법을 선택하는 단계를 포함하는, 미용 방법. - 제1항에 있어서,
상기 프로그램 가능 컨트롤러가 상기 하나 이상의 센서의 출력으로부터 수신된 상기 측정된 광을 처리하고 치료 광 요법을 제공하는 단계는 상기 정보를 상기 프로그램 가능 컨트롤러와 연관된 메모리에 포함된 인공 지능 방법 및 심층 학습(deep learning)을 사용하여 정보와 매칭시킴으로써 상기 정보를 분석하고, 매칭에 기초하여 치료 요법을 선택하는 단계를 포함하는, 미용 방법. - 피부 조직을 치료 광원으로 치료하기 위한 장치로서,
광축을 따라 놓인 치료 광원;
상기 광축을 따라 놓인 하나 이상의 조명 광원;
상기 광축을 따라 놓인 하나 이상의 센서;
프로그램 가능 컨트롤러; 상기 프로그램 가능 컨트롤러는 상기 조명 광원 및 상기 치료 광원의 활성화를 제어하고;
상기 장치는,
상기 컨트롤러가 상기 하나 이상의 조명 광원을 활성화하고 이것을 상기 피부 조직으로 향하게 하도록 구성 - 상기 조명 광은 상기 피부 조직으로부터 상기 광축을 따라 상기 하나 이상의 센서의 입력으로 반사되고;
상기 하나 이상의 센서는 상기 피부 조직으로부터 반사된 광을 측정하고 상기 측정된 광의 감지된 정보를 상기 하나 이상의 센서의 출력으로부터 상기 프로그램 가능 컨트롤러로 전송되는 것;
상기 프로그램 가능 컨트롤러가 상기 하나 이상의 센서의 출력으로부터 수신된 상기 측정된 광을 처리하고 치료 광 요 법을 제공하도록 추가로 구성되는 것;
상기 프로그램 가능 컨트롤러가 상기 피부 조직에 대한 상기 치료 요법에 따라 상기 치료 광원을 활성화하여 상기 피부 조직을 치료하도록 구성되는 것을 더 포함하는, 장치. - 제14항에 있어서,
상기 광축을 따라 상기 치료 광원 및 상기 조명 광원 둘 모두를 지향시키는 광 지향 요소를 더 포함하는, 장치. - 제14항에 있어서,
상기 하나 이상의 조명 광원은 상이한 파장의 광 출력을 갖는 복수의 광원을 포함하고; 상기 컨트롤러는 상기 복수의 상이한 광원 파장으로부터 하나 이상을 선택하고 상기 하나 이상의 광원을 활성화하여 상기 피부 조직을 조명하도록 구성되는, 장치. - 제14항에 있어서,
상기 복수의 광원은 LED 광원인, 장치. - 제17항에 있어서,
상기 LED 광원은 400 nm 내지 900 nm 범위의 파장을 갖는, 장치. - 제14항에 있어서,
상기 치료 광원은 파이버 레이저 소스, 솔리드 스테이트 레이저 소스, 복합 펄스 광(Intense Pulse Light)(IPL) 광원 및 LED 광원 중 하나 이상으로부터 선택되는, 장치. - 제17항에 있어서,
상기 피부 조직은 색소 병변, 혈관 제거, 문신 제거 및 제모의 하나 이상의 카테고리에 대해 치료되는, 장치. - 제20항에 있어서,
상기 컨트롤러가 상기 피부 조직 치료의 카테고리에 따라 상기 하나 이상의 LED 광원 중 하나 이상을 선택적으로 활성화하도록 구성되는 것을 더 포함하는, 장치. - 제14항에 있어서,
상기 컨트롤러가 상기 피부 조직 안으로 원하는 깊이의 침투에 따라 상기 하나 이상의 조명 광원 중 하나를 활성화하도록 구성되는 것을 더 포함하는, 장치. - 제14항에 있어서,
상기 컨트롤러가 상기 피부 조직의 치료 후에 상기 하나 이상의 조명 광원을 재활성화하여 상기 피부 조직의 치료 이후 상기 피부 조직의 상태를 결정하도록 구성되는 것을 더 포함하는, 장치. - 제14항에 있어서,
상기 프로그램 가능 컨트롤러가 상기 하나 이상의 센서의 출력으로부터 수신된 상기 측정된 광을 처리하고 치료 광 요법을 제공하는 단계는 상기 정보를 상기 프로그램 가능 컨트롤러와 연관된 메모리의 룩업 테이블에 포함된 정보에 매칭시킴으로써 상기 정보를 분석하고, 상기 룩업 테이블에서의 매칭에 기초하여 치료 요법을 선택하는 단계를 포함하는, 장치. - 제14항에 있어서,
상기 프로그램 가능 컨트롤러가 상기 하나 이상의 센서의 출력으로부터 수신된 상기 측정된 광을 처리하고 치료 광 요법을 제공하도록 구성되는 것은 상기 컨트롤러가 상기 정보를 상기 프로그램 가능 컨트롤러와 연관된 메모리에 포함된 하나 이상의 내장된 알고리즘에 포함된 정보에 매칭시킴으로써 상기 정보를 분석하도록 구성되고, 그런 다음 매칭에 기초하여 치료 요법을 선택하도록 구성되는 것을 포함하는, 장치. - 제14항에 있어서,
상기 프로그램 가능 컨트롤러가 상기 하나 이상의 센서의 출력으로부터 수신된 상기 측정된 광을 처리하고 치료 광 요법을 제공하도록 구성되는 것은 상기 컨트롤러가 상기 정보를 상기 프로그램 가능 컨트롤러와 연관된 메모리에 포함된 인공 지능 방법 및 심층 학습을 사용하여 정보에 매칭시킴으로써 상기 정보를 분석하도록 구성되고, 그런 다음 매칭에 기초하여 치료 요법을 선택하도록 구성되는 것을 포함하는, 장치.
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