KR20210077699A - 피부과 치료용 장치 - Google Patents
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Abstract
환자의 피부 아래의 표적을 치료하기 위한 시스템은 환자의 피부 부위를 향해 제 1의 일련의 레이저 펄스를 방사하는 레이저 장치로서, 상기 레이저 펄스가 도달해야 할 표적이 상기 피부 아래에 위치하는 것인 레이저 장치; 냉각 유체를 이용하여 상기 피부 부위를 냉각하는 냉각 시스템; 상기 피부 부위의 제1 온도를 측정하는 제1 측정 센서; 상기 냉각 유체의 온도를 측정하는 제2 측정 센서; 및 상기 제1 및 제2 온도 측정 센서로부터 신호를 수신하는 컴퓨터를 포함하고, 상기 컴퓨터는 미리 정해진 파워, 지속 시간 및 간격을 갖는 제 1의 일련의 레이저 펄스를 방사하는 상기 레이저 장치를 제어하고, 상기 온도 측정 센서는 상기 제1의 일련의 레이저 펄스 이후에 상기 피부 영역의 온도를 측정하며, 상기 컴퓨터는 상기 미리 정해진 파워, 지속 시간 및 간격을 갖는 제2의 일련의 펄스의 방사 후에 상기 피부 부위의 도달 예측 온도를 계산한다.
Description
본 발명은 피부과 치료용 시스템, 특히 피부(skin) 아래의 표적을 치료하기 위한 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 배지, 보다 일반적으로는, 다층 구조에 포함된 특정 발색단을 표적으로 하는 광유도 열 치료를 위한 정확한 선량 측정을 결정하기 위한 시스템에 관한 것이다.
예를 들어, 제모, 여드름 치료, 혈관 파열, 원치 않는 문신, 발색단 등 피부와 같은 배지에 포함된 일반적인 표적을 포함한 피부과 치료를 위한 전자기 방사선의 사용은 현재 널리 퍼져 있는 기술이지만, 그것의 사용을 중요하게 만드는 많은 양태가 있다. 이들 기술의 핵심은 주변 조직과 위의 피부 층을 손상시키지 않고, 따라서 조직의 영구적 손상 및 치료 중 및 치료 후 환자의 통증 유발 없이 표적을 손상시킬 수 있는 충분한 열 에너지를 보내기 위해 "정확한” 선량의 전자기 방사선을 제공하는 것이다.
위에서 언급된 다양한 유형의 피부과 치료 중에 사용자/피부과 전문의는 피부 표면 아래에 위치한 표적의 온도를 알 수 있게 하고 환자에게 안전하고 치료에 효과적인 조건에서 표적을 손상시키는 전자기 방사선의 정확한 용량을 결정할 수 있게 하는 시스템에 접근할 수 없는 것으로 알려져 있다.
이러한 접근 방식과 관련된 중요한 측면은 표적을 둘러싼 생물학적 조직의 파라미터의 변화, 치료할 표적의 물리적 파라미터의 변화 및 환자의 정신-육체적 상태의 가변성에서 비롯된다.
또한 피부과 치료에 사용되는 시스템 내 변화도 고려해야 한다.
전자기 방사선을 이용한 피부과 치료 중 이러한 모든 변화에 대한 평가는 매우 복잡해 보이며, 현재 사용자/피부과 전문의의 경험에 의해 관리된다.
앞서 언급한 변수들을 정확하고 완전하게 제어하면 정확한 분석을 촉진할 수 있으므로, 결과뿐만 아니라 피부 화상, 흉터, 표면 조직의 손상, 피부의 내부 손상 등 어떤 경우에는 원하는 목표에 도달하지 못한 채 발생하는 환자의 잠재적 위험을 더 잘 예측할 수 있다고 하는 것이 전문가에게는 명백하다.
당업자에게 공지된 가변성의 예는 인체 피부의 상이한 부분의 상이한 열 반응이다. 인체의 동일한 부위가 때때로 뜨거운 영역과 차가운 영역 등 피부 온도에 있어서 부분 별로 큰 차이를 보일 수 있다. 또한, 어떤 경우에는 열 전달 속도가 다른 경우에서보다 빠르다. 이것은 골조직의 존재 또는 더 높거나 더 낮은 혈액 관류 속도 및 마지막으로 환자의 정신 생리학적 조건 때문일 수 있다. 여기에 내재적인 고유 요소인 나이, 성별 및 인종이 추가된다.
원하는 결과를 얻기 위해서, 사용자/피부과 전문의는 자신의 경험에 의존하여 피부 표면의 열 반응을 직접 관찰한다.
피부과 치료에서 파라미터의 변수를 제어할 수 있는 시스템의 이용 가능성이 피부과 분야에서 혁신적이고 창의적인 양태를 나타낸다고 하는 것은 당업자에게 명백하다.
일부 시스템에는, 피부 표면 온도 센서가 통합되어 있거나 피하 온도 센서가 환자의 피부에 삽입되었거나 도달한 온도에 따라 발광을 변화시키는 분자 염료가 추가되었다. 첫 번째 접근 방식은 피부 표면 온도를 안전하게 표시하지만 피부 표면 아래에 위치한 표적의 온도에 대한 정보를 얻을 수 없다. 다른 두 가지 접근법은 환자에게 확실히 더 침습적이다.
더욱이, 피부 표면 온도를 측정하는 센서의 도입은 치료 중 피부 표면 손상을 방지하는 데에만 유용하다. 이 시스템을 사용하면, 공간, 즉 피부의 다양한 부분(표적 및 비표적)에서, 시간, 즉 공정 중 및 끝에서의 열 구배의 진전, 더 중요하게는 표적을 파괴할 온도 값을 알고 예측할 수 없다.
성공 가능성(표적에 대한 열적 손상)을 높이고 주변 조직의 손상을 회피하기 위해서, 기존의 방법 및 시스템은 다양한 치료 단계, 즉 예냉, 방사선의 사전 컨디셔닝(즉, 예열) 및 복사열(즉, 처리)을 기반으로 하지만, 다양한 한계가 있다.
레이저 방사선을, 예를 들어 진피(기저 피부)의 피하 표적 부위로 전달하는 유일한 비침습적 방법은 방사선을 표피의 위에 있는 피부 부위를 통해 이 부위로 방사선을 전송하는 것으로, 어떤 경우에는 입사 방사선의 일부가 피부의 위 부위에 흡수되어 흉터와 같은 돌이킬 수 없는 손상을 조직에 초래하고 환자의 통증을 유발할 수 있다.
또한, 치료에 사용되어야 하는 에너지의 양은 표적의 깊이에 따라 증가하는 것으로 알려져 있다. 이는 더 강력한 레이저 시스템의 사용과 더 긴 기간의 조사를 의미한다. 이는 위에 있는 피부와 비표적 조직을 손상시킬 가능성을 더욱 증가시킨다.
결과적으로, 위에서 설명한 효과로부터 비표적 조직을 보호하기 위해서, 많은 절차에서 표피를 효율적으로 냉각(예냉)해야 한다.
이 예냉 단계 다음에 예열 단계와 실제 처리 단계가 이어진다.
경우에 따라, 예열 프로토콜과 치료 프로토콜은 동일한 레이저를 이용하여 수행되는 바, 두 프로토콜에는 서로 다른 레이저 설정 및 적용 파라미터가 포함되어 있어 올바른 치료 선량 측정 및 치료 장치의 구성을 더욱 더 복잡하게 만든다.
냉각 과정은 부정적인 결과를 초래할 수 있다. 얼마나 많은 열이 방출되어야 하는지, 얼마나 많은 냉각이 필요한지, 접촉면이 어떤 온도에 유지되어야 하는지를 이해하고 냉각을 적절히 사용하는 것이 부작용 없는 효과적인 치료를 위한 핵심 포인트이다((Willey et al. Complications of Laser Dermatologic Surgery, Lasers in Surgery and Medicine 38: 1-15 (2006)).
과거, 피지선 치료용 레이저 시스템이, 예를 들어, WO2017/077427호 및 WO2017/109667호의 문서에 설명되었다.
본 발명의 목적은 피부 표면의 온도 판독만을 기반으로 피부 내에 위치한 생물학적 표적의 열 손상 온도에 도달할 수 있어, 주변 및 기저 조직에 대한 손상 및 바람직하지 않은 영향을 피할 수 있는 방법 및/또는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적 및 다른 목적은 첨부된 청구 범위에 기재된 시스템 및 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 특징은 피부과 치료 중의 피부의 각 부분(발색단, 입자, 피부층, 피부 표면, 혈관, 피지선, 모발, 색소성 주근깨)의 온도 값을 제공하는 것이다. 이러한 방식으로 표적의 손상 온도에 도달했는지 여부를 알 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징은 실시간 예측 시스템을 도입하여 표적의 손상을 보장하는 데 필요한 정확한 양의 전자기 방사선을 제공하여 화상 또는 기타 일시적 및/또는 영구적 손상과 같은 생물학적 손상을 방지함으로써, 환자의 임의의 형태의 통증을 감소시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 실시간 예측 시스템을 제공하여 표적의 손상 온도에 도달하고, 화상 또는 기타 일시적 및/또는 영구적 손상과 같은 생물학적 손상을 방지함으로써, 환자의 임의의 형태의 통증을 감소시키는 것이다.
본 발명의 특징은 환자의 피부에 갑작스런 이상이 나타나거나 환자가 갑작스런 불편함을 느끼는 경우 치료를 중단하는 것이다. 어떤 경우에는, 혈압이 상승하고 결과적으로 피부 표면의 온도가 상승하여 환자의 불편이 분명해진다. 본 발명이 실시간으로 이러한 온도 상승을 예측함에 따라, 극단적인 경우 방사 및 치료가 일반적으로 중단된다.
본 발명의 또 다른 특징은 냉각 과정(예냉, 레이저 치료중 냉각 및 후냉)을 실시간으로 모니터링하여 과도한 추위 또는 과도한 열로 인한 피부 내부 또는 외부 손상을 회피하는 것이다. 실제, 표면 온도의 균일성 값과 레이저 펄스가 시작되기 전의 온도 값이 실시간으로 모니터링된다.
본 발명의 또 다른 특징은 시술자가 치료할 전체 부위 내의 피부의 다른 부위에 대한 치료 파라미터의 정의를 기초로 개인화된 치료 프로토콜을 개발하는 전처리 세션을 수행하는 것이다.
본 발명의 특징 및 장점은 첨부된 도면에서 비제한적인 예로서 예시된 실제의 실시예에 대한 후술되는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 광열 치료 시스템의 예의 블록도를 예시하며,
도 2는 일 실시예에 따른 광열 치료 시스템과 함께 사용하기 위한 스캐너 배열체의 예의 블록도를 예시하고,
도 3은 일 실시예에 따른 치료 매트릭스 배열체의 예를 예시하며,
도 4는 일 실시예에 따른 통합 치료 프로토콜로서 사용하기에 적합한 광 펄스 세트의 다이어그램의 예를 도시하고,
도 5는 일 실시예에 따라 치료 펄스가 적용될 때 시간의 함수로 피부 표면에서 측정된 온도 그래프를 보여주는 도면으로서, 왼쪽에는 얼굴 피부 일부의, 그리고 오른쪽에는 목 피부 일부의 온도 그래프를 보여주며,
도 6은 일 실시예에 따라 치료 펄스가 적용될 때 시간의 함수로서 피지선 표적에서 추정된 온도를 보여주고,
도 7은 측정된 피부의 표면 온도를 분석하고, 후속 펄스가 적용될 때의 피부의 온도를 예측하고, 그에 따라 치료 프로토콜을 수정하는 프로세스의 예를 예시하는 흐름도를 보여주며,
도 8은 온도 예측을 수행하여 적응 기술을 관리하기 위해 측정된 온도 그래프를 보여준다.
도 2는 일 실시예에 따른 광열 치료 시스템과 함께 사용하기 위한 스캐너 배열체의 예의 블록도를 예시하고,
도 3은 일 실시예에 따른 치료 매트릭스 배열체의 예를 예시하며,
도 4는 일 실시예에 따른 통합 치료 프로토콜로서 사용하기에 적합한 광 펄스 세트의 다이어그램의 예를 도시하고,
도 5는 일 실시예에 따라 치료 펄스가 적용될 때 시간의 함수로 피부 표면에서 측정된 온도 그래프를 보여주는 도면으로서, 왼쪽에는 얼굴 피부 일부의, 그리고 오른쪽에는 목 피부 일부의 온도 그래프를 보여주며,
도 6은 일 실시예에 따라 치료 펄스가 적용될 때 시간의 함수로서 피지선 표적에서 추정된 온도를 보여주고,
도 7은 측정된 피부의 표면 온도를 분석하고, 후속 펄스가 적용될 때의 피부의 온도를 예측하고, 그에 따라 치료 프로토콜을 수정하는 프로세스의 예를 예시하는 흐름도를 보여주며,
도 8은 온도 예측을 수행하여 적응 기술을 관리하기 위해 측정된 온도 그래프를 보여준다.
첨부된 도면을 참조하면, 도 1은 피부와 같은 배지에 포함된 특정 발색단을 표적화하고 주위 배지를 손상시키지 않고 표적을 손상시키기에 충분히 높은 온도로 표적을 가열하기 위한 표적 광열 치료 시스템의 예를 보여준다. 이 시스템은, 예를 들어, 피지선의 표적 광열 절제(targeted photothermal ablation)에 사용될 수 있으며, 표적 피지선을 둘러싸는 표피와 진피를 보호한다.
다시, 도 1을 참조하면, 광열 치료 시스템은 냉각 유닛(110) 및 레이저 치료 유닛(120)을 포함한다. 냉각 유닛(110)은 시술 전(예냉), 시술 중 및 시술 후(후냉) 냉각 유체를 적용할 수 있다. 냉각 유닛(110)은, 치료 부위, 즉 표적 위의 피부의 외층 부위에, 예를 들어, 접촉을 통한, 또는 공기의 직접 냉각에 의한 냉각 메커니즘을 제공한다. 냉각 유닛(110)은 치료 유닛(120) 내의 제어 장치(122)와 통신한다. 제어 장치(122)가 치료 유닛(120) 내부에 포함되는 것으로 도시되어 있지만, 제어 장치(122)는 냉각 유닛(110) 내에 위치할 수도 있다는 점에 유의해야 한다.
제어 장치(122)는 또한 레이저(124), 디스플레이(126), 피부 온도 센서(128), 페달 스위치(130) 및 비상 온/오프 스위치(132)와 같은 치료 유닛(120) 내부의 다른 구성 요소를 제어한다.
레이저(124)는 치료 프로토콜을 위한 레이저 에너지를 공급하고 제어 장치(122)는 출력 파워 및 펄스 시간과 같은 레이저에 대한 특정 설정을 조정한다. 레이저(124)는 단일 레이저 또는 둘 이상의 레이저의 조합일 수 있다. 두 개 이상의 레이저 시스템이 사용되는 경우, 레이저 파워는, 예를 들어 WO2017/109667호 및 Wo2017/077427호의 문서에 설명된 것처럼 더 강력한 단일 레이저로 기능하도록 광학적으로 결합된다. 디스플레이(126)는 냉각 유닛(110) 및 레이저(124)의 작동 조건 및 시스템의 다른 상태의 작동 조건과 같은 정보를 보여줄 수 있다. 디스플레이(126)를 통해 레이저 시스템(124), 냉각 유닛(110) 및 스캐너(160)를 관리할 수 있다. 온도 센서(128)는 치료 프로토콜을 조정하기 위해 제어 장치(122)에 의해 사용되는 치료 부위의 피부 표면의 온도를 모니터링하는 데 사용된다. 온도 센서(128)는 적외선 열 센서이다. 제어 장치(122)는 또한 레이저(124) 및/또는 냉각 유닛(110)을 원격으로 켜거나 끄기 위해 페달 스위치(130)와 인터페이스한다. 레이저(124)에 의해 방사된 에너지의 에너지 레벨을 모니터링하기 위해서 추가 포토 다이오드(125) 또는 다른 센서를 추가하는 것도 가능하다. 필요한 경우, 기계식 또는 전자식 셔터(127)가 레이저 방사선을 차단하기 위해 전달 광섬유(164) 앞에 위치한다. 제어 장치(122)에는 컴퓨터(121)가 연결되어 제어 냉각 유닛(111), 레이저(124) 및 스캐너(160)를 활성화하기 위해 피부 온도 센서(128) 및 포토 다이오드(125)로부터 오는 모든 프로세스 파라미터를 실시간으로 평가할 수 있다.
계속해서 도 1을 참조하면, 치료 시스템은 냉각 유닛(110)을 포함한다. 제어 보드(111)가 냉각 유닛(110)이 치료 시스템(120)과 통신할 수 있게 한다. 또한, 냉각 유닛(110)에는, 공기 온도 센서, 열선 풍속계와 같은 냉각 유체 센서(112)가 마련되어, 피부(170)의 표면을 통해 피부(171)에 입사되는 공기 흐름의 모든 물리적 파라미터를 모니터링한다. 피부(170) 표면의 냉각이 기류를 이용하는 것과는 다른 기술로 수행되는 경우, 모든 센서는 피부 표면 냉각과 관련된 물리량을 측정하기 위해 구현되어야 한다.
도 1에 예시된 실시예에서, 치료 유닛(120)은 치료 부위의 사전 컨디셔닝(pre-conditioning) 및 표적 치료 모두에 사용되는 단일 설정으로 레이저 에너지를 공급한다. 즉, 치료 유닛(120)은 사전 컨디셔닝에 최적화된 레이저 에너지 이후에 치료에 최적화된 다른 레이저 에너지를 순차적으로 공급하는 것이 아니라, 레이저 에너지 설정을 수정하지 않는 단일한 연속 적용 프로토콜로 사전 컨디셔닝과 치료에 사용되는 동일한 레이저 에너지를 공급한다. 이러한 통합 프로토콜은 시간을 절약하고 치료 적용을 단순화한다.
도 2를 참조하면, 치료 시스템(120)은 사용자가 보유한 장치(핸드 피스)의 일부인 스캐너(160)를 더 포함한다. 피부 표면(170)을 통해 피부(171)와 접촉하는 스캐너(160)는, 예를 들어, 사용자가 취급을 용이하게 하기 위해서 총과 유사한 형상으로 제조될 수 있다. 스캐너(160)는 튜브(162)를 통해 냉각 유닛(110)과 통신하므로, 스캐너(160)를 이용하여 냉각 프로토콜을 적용할 수 있다. 스캐너(160)는 연결부(166)를 통해 온도 센서(128) 및 냉각 유체 센서(112)에 연결되어 데이터를 제어 장치(122)로 전송한다. 더욱이, 스캐너(160)는 레이저(124)를 온/오프하기 위한 온/오프 스위치(210)를 포함하고, 선택적으로는 스캐너(160)의 작동 상태, 예를 들어 레이저가 사용되는지 여부를 나타내는 스캐너(160)의 모니터(212)를 포함한다. 제어 보드(205)가 스캐너 유닛(160)이 치료 시스템(120)과 통신할 수 있게 한다. 레이저 시스템(124)의 출력은 광섬유(164)를 통해 스캐너(160)와 연결되어 스캐너(160)를 이용하여 치료 프로토콜을 적용할 수 있다. 광섬유(164)는, 예를 들어, 정사각형 단면을 갖는 길이 3 미터의 섬유일 수 있다.
냉각 연결부(162)는 냉각 유체(예를 들어, 냉기의 흐름)를 치료 부위로 전달하도록 구성된 냉각 전달 유닛(202)에 연결된다. 냉각 전달 유닛(202)은 피부(170)의 표면과 접촉하는 팁(211)과 연결된다. 팁(211)은 냉각중 피부 표면상의 온도의 균일한 분포 또는 최대 +/-2°C의 점 대 점 변화를 보장하도록 설계된다.
도 3은 치료 대상 발색단을 덮는 치료 부위의 예를 보여준다. 가상 격자 구성이 치료 부위 위에 겹쳐진다. 격자 구성(300)의 예는 2x2 행렬로 배열된 4 개의 블록(303, 304, 305, 306)을 포함한다. 1x1, 2x1, 2x2, 3x2, 2x3, 3x4, 3x3 등과 같은 많은 다른 격자 구성이 가능하다. 빔은 블록 사이에서 간격을 두거나 중첩될 수도 있다.
예냉 프로토콜은, 예를 들어, 처방된 시간, 예를 들어, 10 초 동안 치료 부위를 통해 냉기 흐름을 적용하는 것을 포함할 수 있다. 예냉 후, 냉각 메커니즘은 활성 상태를 유지하고 치료 프로토콜을 시작할 수 있다. 일 실시예에서, 정사각형 단면을 갖는 레이저 빔이 스캐너 장치와 결합하여 사용되어 블록(303, 304, 305, 306)에 순차적으로 레이저 펄스를 적용한다. 일 실시예에 따르면, 사전 컨디셔닝/광치료 프로토콜은 블록을 순차적으로 처리하면서 치료 부위의 각 블록에 미리 정해진 수의 광 펄스를 적용하는 것을 포함한다. 다른 실시예에서, 블록은 무작위 순서로 처리된다.
도 4는 일 실시예에 따른 사전 컨디셔닝/광치료 프로토콜에 적합한 펄스 세트의 예를 예시한다. 시퀀스(400)는 치료 부위 내부의 블록(303 내지 306) 중 하나에 적용되는 광 펄스(401, 402, 403, 404, 405, 406, 407)를 포함한다. 일 실시예에서, 7 개의 레이저 펄스 모두는 동일한 파워이고 행렬 펄스 지연(matrix pulse delay)이라고 하는 균일한 펄스 분리 시간(409)에 의해 분리된다. 일 예에서, 레이저 펄스(401)의 지속 시간은 150 밀리 초이고 펄스 그룹 간의 분리는 2 초이다. 예를 들어, 2 초의 펄스 시퀀스 사이의 분리의 목적은 블록의 위에 있는 피부와 밑에 있는 피부를 냉각시켜 손상을 방지하는 것이다. 펄스 분리 시간 동안, 레이저 사용 효율을 높이기 위해, 레이저를 치료 부위의 다른 블록으로 보낼 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른, 도 4에 예시된 사전 컨디셔닝/광치료 프로토콜에 적합한 펄스 세트의 피부 표면 온도의 예를 예시한다. 시퀀스(500 또는 510)는 각각 광 펄스(401 내지 407)로 인해 피부 블록 중 하나(예: 303)에서 피부 온도 센서(128)를 이용하여 기록한 피크 온도(501, 502, 503, 504, 505, 506, 507)를 포함한다.
도 5는 사전 컨디셔닝/광치료 프로토콜을 따르는 후냉 단계(508)를 보여준다. 이 단계에서, 냉각 유닛(110)은 소정 시간 동안 계속 기능하여 피부 표면의 온도를 정확한 생리학적 온도(예를 들어, 37℃)로 되돌린다. 후냉 시간은 컴퓨터(121)에 의해 조정 및 제어되는 데, 컴퓨터(121)는 피부 온도 센서(128)에 의해 판독된 온도 값과 냉각 센서(112)에 의해 판독된 냉각 유체의 물리적 파라미터를 분석하여 제어 장치(122)를 이용하여 냉각 유닛(111)의 레귤레이터의 동작을 제어한다.
도 6은 도 4에 도시된 것과 같은 레이저 펄스를 사용하여 표적 발색단(이 예에서는 피부 표면에서 800 마이크론)에서 계산된 온도를 보여준다.
따라서, 일련의 레이저 펄스 중의 펄스(400)는 7 개의 피크 온도(601, 602, 603, 604, 605, 606, 607)로 구성되는 피부 내부의 피크 온도 시퀀스(600)를 유도하는 피부(500)의 표면에 일련의 피크 온도를 유도한다. 광 펄스(401 내지 407), 피부의 표면 온도 피크(501 내지 507) 및 표적의 온도 피크(601 내지 607) 사이의 명확한 상관 관계를 확인할 수 있다. 도 5에 도시된 예에서, 치료 부위를 10 초 동안 직접 공기 냉각을 통해 예냉한 후, 냉각을 활성 상태로 유지하면서, 레이저 시스템을 이용하여 광 펄스를 인가하였는데, 광 펄스는 빔 크기가 5.0mm이고 정사각형 프로파일을 가지며, 22 와트에서 파장이 1726mm이고, 2.1 초의 분리 기간으로 지속 시간이 150 밀리 초였다. 이 예에서 예냉 및 치료 중에 사용되는 직접 공기 냉각은 -22°C까지 냉각된 고속 공기 기둥을 전달하여 피부와 공기 사이의 열 전달 계수를 약 H = 600W/m^2 K 보다 크게 결정한다.
레이저 빔의 정확한 크기는, 예를 들어, 시준 렌즈를 사용하여 치료 부위의 크기, 레이저의 파워 프로파일, 신체의 치료 부위의 위치 및 기타 요인에 따라 조정할 수 있다.
계속해서 도 4, 도 5 및 도 6을 참조하면, 광 펄스(401, 402, 403, 404, 405, 406)는 피부 표면의 온도가 피크(501)의 약 20°C에서 피크(506)의 약 44°C로 상승함에 따라 기본적으로 사전 컨디셔닝 효과를 유발하며, 이에 상응하게 발색단의 온도는 피크(601)의 약 55°C에서 피크(606)의 약 75°C까지 상승한다. 이러한 방식으로, 동일한 특성의 광 펄스를 단순히 반복적으로 적용하여 사전 컨디셔닝 및 치료 프로토콜이 효과적으로 통합되므로, 별도의 사전 컨디셔닝 시스템 및 그 시스템 및 광치료 프로토콜과 다른 프로토콜이 필요하지 않다.
또한 사전 컨디셔닝을 위해 적용되는 광 펄스의 수는 치료를 수행하는 광 펄스의 수보다 약간 더 많다는 점에 유의해야 한다. 이 특성은 통증 관리를 위한 예냉 효과와 사전 컨디셔닝 효과의 균형을 맞추기 어렵기 때문에 사전 컨디셔닝에 사용되는 시간의 양을 최소화하려는 기존의 치료 시스템과는 반대이다. 본원에서 설명되는 시스템 및 방법은 사전 컨디셔닝에 사용되는 동일한 설정의 펄스를 치료에 사용하기 때문에 사전 컨디셔닝 시간을 최소로 줄이는 문제를 제거한다.
환자의 불편을 최소화하면서 특정 발색단의 표적 광열 치료의 성공을 위한 필수 조건은 다음과 같다.
1) 표피의 피크 온도 값이 약 55°C 미만이고 어떤 경우에는 45 내지 60°C 사이인지 확인하는 것을 보장하는 것,
2) 치료 펄스의 평균 파워와 냉각 시스템의 열 제거의 균형을 통해 진피의 과열을 방지하는 것 및
3) 피지선 치료를 위해 55℃를 초과하는 피크 온도로 같은 표적 발색단을 선택적으로 가열하는 것.
여기에 설명된 실시예는 훨씬 더 간단한 시스템 및 프로토콜로 기존 시스템과 동일한 효과를 달성한다.
치료 프로토콜 중에 적용되는 펄스의 수(N)는 냉각 효과, 레이저 파워, 펄스 진폭 및 펄스 주파수와 같은 변수에 따라 2 펄스에서 약 100 펄스까지의 범위일 수 있다. 또한, 적용되는 펄스의 수(N)는 환자의 연령, 인종 및 성별에 따라 다르다.
대안으로서, 레이저 펄스를 특정 블록에 적용한 다음 레이저를 다른 블록으로 이동하여 다른 레이저 펄스를 적용하는 대신, 치료 부위를 통한 연속파 레이저 스캐닝에 래스터 스캐닝 프로세스(raster scanning process)를 사용할 수 있다. 이 경우, 래스터 스캐닝을 사용하면, 피지선의 온도 상승은 피지선 크기와 빔의 스캐닝 속도의 컨벌루션(convolution)으로 계산할 수 있다.
위에서 설명한 치료 프로토콜의 이점은 시퀀스의 첫 번째 펄스가 특정 치료 시나리오에 대한 중요한 정보를 제공하는 측정 "프로브"로서 기능을 할 수 있다는 것이다.
표피 및 진피의 두께와 같은 조직의 파라미터는 연령, 성별 및 종족과 같은 요인에 따라 개인에 따라 그리고 피부의 다른 부위 따라 다르다는 것이 문헌에 알려져 있다. 예를 들어, 이마의 피부는 같은 사람이라도 등의 피부와 다른 특성을 가지므로, 다른 치료 위치에 대해서 다른 치료 파라미터가 필요하게 만든다. 특정 치료 프로토콜을 결정할 때 조직 특성의 이러한 변화를 고려하는 것은 레이저를 사용한 여드름 치료에서 중요하다.
예를 들어, 여드름의 레이저 치료에서 열 작동 범위는 일반적으로 표피의 상부 표면과 약 55°C의 진피의 손상 임계 온도, 그리고 피지선을 약 75°C 이상인 손상 임계값으로 가져가는 데 필요한 하한 온도와 관련된다. 치료 프로토콜에서 목표로 하는 피지선의 온도를 직접 측정하는 방법이 없기 때문에, 피부의 표면 온도는 피지선의, 보다 일반적으로, 표적의 온도의 표시를 제공할 수 있다. 따라서, 피지선, 보다 일반적으로, 피부 아래의 표적의 온도와 피부 표면의 온도 사이의 대응 관계를 제공하는 상관 모델을 사용하여 치료 프로토콜을 채택할 수 있다. 특정 치료 프로토콜의 적용을 고려하여, 피부 표면 온도를 피지선, 보다 일반적으로 표적의 손상과 연관시키는, 예를 들어, 분석 열 전달 모델을 사용하여 상관 모델을 개발할 수 있다. 본 발명에서, 이 상관 모델은 피부 온도 센서(128) 및 냉각 센서(112)로부터의 데이터를 실시간으로 분석하는 컴퓨터(121)에 의해 실행된다. 그것은 유한 요소 계산을 통해 처리된다. 이 모델에 포함되는 물리적 상수(예: 비열, 피부 밀도)는 컴퓨터(121)의 메모리에 있는 데이터베이스에 입력된다. 치료에 관여하고 사용자/피부과 전문의가 선택한 조직의 부분에 따라 이들 상수가 검색되어 상관 모델에 적절하게 포함된다.
특히, 피부의 특정 지점을 고려하면, 레이저 시스템(124)에 의해 방사되어 포토 다이오드(125)에 의해 측정된 전자기 방사선의 파워 값과, 센서(112)에 의해 측정된, 냉각 유체(예: 공기) 흐름의 온도, 압력 및 속도와, 센서(128)에 의해 측정된 피부의 표면 온도를 기초로, 표적의 온도는 다음 수학식에 의해 결정된다.
식 중, ρ, k, Cp는 각각 시술자/피부과 전문의가 설정한 환자의 피부(이마, 등, 뺨 등), 연령, 성별 및 인종에 대한 특정 치료 위치와 관련된 일정한 압력에서의 밀도, 열전도도 및 열용량이고,
Q는 광 다이오드(125)에 의해 측정된 레이저 방사선의 파워를 아는 레이저 방사선의 흡수 결과 생성되는 열의 양이고, Qbio는 냉각 및 가열 작용 전에 센서(128)에 의해 측정되는 조직의 대사 열이며,
Tair는 센서(112)에 의해 측정된 냉각제의 온도이고,
T는 센서(128)에 의해 측정된 온도이다.
따라서, 상기 모델은 센서(128)에 의해 구현된 피부(170) 표면의 온도 측정으로부터 시작하여, 치료 대상 조직 부분의 3 차원 프로파일을 처리하고 그 부분의 각 지점에 초기 온도 값을 할당한다. 그 다음, 센서(112)에 의해 측정된 냉각 흐름의 온도, 압력 및 속도의 값과 센서(128)에 의해 측정된 피부의 표면 온도 값으로부터 시작하여, 표면에 대한 냉각 유체의 효과가 평가된다.
측정된 값에서 시작하여 레이저 방사선의 파라미터를 알면, 상기 모델은 조직의 모든 부분에 온도를 공급할 수 있다.
또한, 상기 모델은 위에서 설명한 수학식을 기반으로 시간에 따라 흡수된 열의 소산 모드를 예측할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는, 피부 온도 센서(128) 및 냉각 센서(112)에서 실시간으로 공급되는 데이터를 분석하는 컴퓨터(121)에 의해 실행되는 상관 모델로 인해, 사용자/피부과 전문의가 디스플레이(126)를 통해 피지선, 보다 일반적으로는 표적의 온도를 알 수 있다.
예를 들어, 피지선의 손상 온도는 75°C 보다 높은 것으로 알려져 있다. 40°C 미만의 피부 표면 온도(505)에서는 피지선에 손상이 없는 것으로 확인되었으며, 실제로 온도(605)는 75°C 미만이다. 피부의 표면 온도(506)가 40°C 내지 55°C 사이일 때 피지선에 다른 정도의 손상이 있으며, 온도(606, 607)에서는 75°C보다 높기 때문에 피지선이 파괴된다. 이 절차를 통해, 표피 및 진피 조직에 열 손상이 없도록 보장할 수 있다.
혁신적인 분석 프로토콜을 치료 방법에 통합하여 개인화된 치료 파라미터를 직접 결정하여, 표피의 최종 온도의 측정으로부터 더 낮은 레이저 파워에서의 치료를 추정함으로써, 표피 손상을 방지하고 피지선을 효과적으로 손상시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 치료 프로토콜을 개인의 특정 치료 부위에 맞게 개인화할 수 있으며, 그 치료 프로토콜은 특정 기계의 레이저 파워의 변화 및 주위 습도, 기압 및 온도와 같은 치료 조건의 변화로 인해 초래될 수 있는 치료 변화를 줄여준다.
예를 들어, 피부(501 내지 504)의 표면 온도를 직접 측정함으로써, 처음 4 개의 펄스(401 내지 404)를 적용하는 동안, 도 5 및 도 6의 피크 곡선을 사용하여 후속 펄스(507)의 적용 후의 피부의 최대 표면 온도를 높은 수준의 정밀도로 예측할 수 있다. 따라서, 컴퓨터(121)에 의해 실행되는 상관 방법으로 인해, 피지선 또는, 보다 일반적으로는, 표적의 손상 온도 도달 시기를 예측할 수 있다. 이 예측은 제어 장치(122)를 통해 레이저 치료 프로토콜(128) 및 냉각(110)의 특정 파라미터를 수정하여 적용되는 펄스의 수를 줄이고, 펄스의 지속 시간을 조정하거나 레이저의 파워를 수정하며, 피부 조건(연령, 성별, 위치, 인종)의 모든 경우에서 표적의 손상 온도에 도달하는 데 사용될 수 있다. 이 개인화 프로세스는 치료 과정에서 환자의 편안함과 안전성을 크게 개선시킨다.
일 실시예에서, 컴퓨터(121)에 의해 실행되는 분석 하에, 제어 장치(122)는 트리거를 스캐너(205)의 제어 장치에 전송하여, 예를 들어 인접한 지점 사이에 열이 중첩되는 것을 방지하기 위해 가장 효율적인 방식으로 스캐너를 안내하여 값의 범위 또는 시퀀스 모드를 수정할 수 있다. 즉, 303, 304, 305 및 306은 304, 305, 303 및 306 등으로 될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따라 컴퓨터(121) 및 제어 장치(122)에 의해 실행되는 분석 프로토콜에 대한 프로세스의 예를 예시하는 흐름도를 도시한다. 분석 프로토콜은 예냉 단계(701, 702, 703)와 레이저 및 냉각 단계(704, 705, 706, 707, 708, 709) 및 후냉 단계(710)중에 작용한다. 분석 프로토콜은 예냉중에 피부 표면의 온도 분포가 가급적 균일하다(예: +/-2°C)고 가정한다. 따라서, 분석 프로토콜은 피부 표면의 최대 온도와 표적(예: 피지선)의 손상 임계 온도가 알려져 있는 것으로 가정한다. 또한, 피부 표면 온도와 표적(예: 피지선) 간의 상관 모델이 계산 분석(예: 열 전달 유한 요소 모델링)을 사용하여 확립되었다.
도 7에 도시된 바와 같이, 분석 프로토콜(700)은 단계(701)에서 치료 부위에 예냉을 적용하기 시작한다. 냉각 유체의 온도 및 압력은 냉각 센서(112)에 의해 모니터링되고, 피부의 온도는 열 센서(128)에 의해 모니터링된다. 그 후, 치료 부위에서의 피부의 표면 온도가 단계(702)에서 측정된다. 충분히 균일하다면(가능한 실시예에서, +/-2°C), 프로토콜은 치료 대상 부위에 레이저를 적용하는 단계(704)로 진행한다. 그렇지 않으면, 컴퓨터(121) 및 제어 장치(122)는 원하는 온도 분포의 균일성을 얻기 위해 컨트롤러(111)의 냉각 유닛에 작용한다.
따라서, 분석 프로토콜(700)은 저출력 레이저 펄스를 적용하기 시작한다. 포토 다이오드(125)에 의해 모니터링되는 레이저의 파워는 피부의 손상 임계값보다 낮은 값으로 설정되어야 한다. 그 후, 치료 부위에서의 피부의 표면 온도가 단계(705)에서 측정된다. 온도는, 예를 들어, 적외선 카메라 또는 유사한 장치를 사용하여 측정할 수 있다. 그 후, 수집된 데이터를 컴퓨터(121)에 의해 미리 정해진 상관 모델에 적응시키기에 충분한 데이터가 수집되었는지 여부가 결정된다(706). 결정(706)에 대한 대답이 “아니오”인 경우, 프로세스는 단계(704)로 되돌아가고, 여기서 제어 장치(122)에 의해 다른 저출력 설정의 레이저 펄스가 치료 부위에 적용되어 적용된 레이저 파워와 피부의 온도 사이의 추가 상관 데이터를 수집한다. 필요한 경우, 제어 장치(122)는 레귤레이터(111)의 냉각 유닛을 통해 냉각 파라미터를 변경할 수 있다.
결정(706)에 대한 대답이 “예”인 경우, 분석 프로토콜(700)이 진행하여 단계(707)에서 확립된 상관 모델에 측정된 피부 온도의 데이터를 적응시킨다. 이어서, 개인에 대한 특정 치료 부위에 대한 레이저 및 냉각 시스템의 파라미터가 단계(708)에서 컴퓨터(121)에 의해 결정된다. 그 파라미터들은 제어 장치(122)에 의해 레이저(124) 및 냉각 시스템(110)으로 보내진다. 마지막으로, 단계(709)에서, 개인에 대한 특정 치료 부위에 사용될 정확한 치료 프로토콜이 단계(708)에서 발견된 적절한 레이저 및 냉각 파라미터에 따라 수정된다.
분석 프로토콜은 실제 치료 세션 전에. 예를 들어, 환자가 예약을 위해 체크인하거나 치료 전 세션에 있을 수행될 수 있다. 더 낮은 파워가 사용됨에 따라, 분석 프로토콜은 국소 마취를 필요로 하지 않고 수행할 수 있으므로, 분석 단계중에 표피 또는 피부 손상이 발생하지 않도록 보장한다. 예를 들어, 치료 준비 과정에서, 숙련된 작업자는 다양한 치료 지점의 사전 측정을 신속하게 수행하고 피부 스캔을 통해 개인화된 치료 프로토콜을 개발할 수 있다.
레이저 파워와 환자의 피부 표면 온도 및/또는 피부 및/또는 장치의 위치 사이의 관계를 확립한 후, 이 관계를 사용하여 진행중인 치료를 지속적으로 조정할 수 있다.
레이저 시스템의 파워와 피부 표면 온도 사이의 관계가 선형임을 입증할 수 있다. 경사도는 치료가 수행되는 부위의 유형에 따라 다르다. 결과적으로, 주어진 환자 및 피부의 특정 부분에 대해 고출력 값에서 선형 외삽을 얻기 위해 낮은 파워 값에서 일련의 치료를 수행할 수 있다. 낮은 파워 값이란 환자에게 어떠한 유형의 손상이나 고통도 일으키지 않는 전달되는 파워 수준을 의미한다. 당연히, 낮은 레이저 파워에서 본 발명의 특징인 피드백 시스템은 위에서 설명한 예측 프로세스로 인해 더 높은 파워에서 생물학적 조직에 손상이 발생하지 않도록 보장한다. 이전 치료 위치에서 도달한 피부 온도를 기준으로 피부과 전문의에게 레이저의 파워 및 냉각 파라미터 조정에 대한 조언을 제공하거나, 장치가 다음 치료 위치에 맞게 자동으로 조정될 수 있다.
전술한 설명을 바탕으로, 상기 프로토콜이 피부과 치료에 속하는 파라미터, 생물학적 조직과 관련된 파라미터(다른 유형의 피부, 피부의 다른 부분 등), 치료 표적과 관련된 파라미터 및 처리 시스템의 설정과 관련된 파라미터의 모든 변형을 관리할 수 있게 함은 명백하다.
우리의 예측 방법은 주변 온도 값, 평형 조건에서의 피부의 표면 온도 값, 외부 압력의 영향으로 인한 피부의 생리적 조건(예: 관류 속도 또는 혈액 온도 등), 그리고 보다 일반적으로는 외부 환경 조건(예: 풍속)과 관계없이 작용한다.
상기 시스템은, 예를 들어, 4개의 제1 레이저 펄스에 의해 생성된 표면 온도 프로파일(801)을 획득한 후, 하기 수학식에 따라 최대 온도 값(802)에 대한 예측을 수행하며, 바람직하게는 최소 온도 값(803)에 대한 예측도 수행한다.
이들 2 개의 곡선은 수행된 측정 엔벨로프의 연속에 해당하는 피크 온도(802, 803)(각각 T0max 및 T0min)의 예측 라인을 나타낸다.
Tmax 및 Tmin은 측정된 온도와 예측된 온도의 포락선을 나타내는 곡선이다.
T1max 및 T1min은 피부 표면에 대한 첫 번째 펄스의 효과를 나타내는 온도 값을 나타낸다.
T0max 및 T0min은 레이저 펄스의 영향으로 인한 피부 표면의 온도 상승 속도를 나타낸다.
상기 시스템은 이제 치료의 후속 펄스, 예를 들어, 4 개의 후속 펄스(804)를 예측할 수 있으므로, 주변 조직에 대한 손상을 방지하면서 표적에 대한 열 손상을 달성할 수 있는 최대 표면 온도(805)에 도달할 수 있다. 이 예측 프로토콜에 사용되는 각 파라미터는 프로세스 파라미터의 함수이다. 결과적으로, 후자를 변경함으로써 프로세스 변수의 모든 변동을 제어할 수 있다. 구체적으로, 레이저 소스의 파워를 변화시킴으로써, 열 구배(801)가 선형적으로 변화한다. 이상에서 제공된 예는 여드름의 부분적 및/또는 영구적 치료를 위한 피지선의 손상을 언급하고 있다. 그러나, 본 발명의 장치 및 방법이 피부과의 모든 관련 분야, 특히 제모에 적용될 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다.
Claims (10)
- 환자의 피부(skin) 아래의 표적을 치료하기 위한 시스템으로서,
환자의 피부 부위를 향해 제 1의 일련의 레이저 펄스를 방사하는 레이저 장치로서, 상기 레이저 펄스가 도달될 표적은 상기 피부 아래에 위치하는 것인 레이저 장치;
냉각 유체를 이용하여 상기 피부 부위를 냉각하는 냉각 시스템;
상기 피부 부위의 제1 온도를 측정하는 제1 측정 센서;
상기 냉각 유체의 온도를 측정하는 제2 측정 센서;
상기 제1 온도 측정 센서 및 상기 제2 온도 측정 센서로부터 신호를 수신하는 컴퓨터
를 포함하고,
상기 컴퓨터는 미리 정해진 파워, 지속 시간 및 간격을 갖는 제 1의 일련의 레이저 펄스를 방사하는 상기 레이저 장치를 제어하고,
상기 온도 측정 센서는 상기 제1의 일련의 레이저 펄스 이후에 상기 피부 영역의 온도를 측정하며,
상기 컴퓨터는 미리 정해진 파워, 지속 시간 및 간격을 갖는 제2의 일련의 펄스의 방사 후에 상기 피부 부위의 도달 예측 온도를 계산하는 것인 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 컴퓨터는 제1의 사전에 정해진 온도에 도달하는 데 필요한 펄스의 수를 계산하는 것인 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 제1의 사전에 정해진 온도는 45 내지 60°C 범위인 것인 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 컴퓨터는 상기 피부 부위의 상기 제1 온도와 관련하여 상기 피부 부위로부터 미리 정해진 깊이에 위치한 표적의 제2 온도를 계산하는 것인 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 컴퓨터는 상기 미리 정해진 파워, 지속 시간 및 간격을 갖는 제 2의 일련의 펄스의 방사 이후 상기 표적의 도달 예측 온도를 계산하는 것인 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 컴퓨터는 상기 피부 부위의 상기 도달 예측 온도의 값을 기초로 상기 일련의 펄스의 상기 미리 정해진 파워, 지속 시간 및 간격 및/또는 상기 냉각 유체의 온도를 변화시키는 것인 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 컴퓨터는 상기 표적의 상기 도달 예측 온도의 값을 기초로 상기 일련의 펄스의 상기 미리 정해진 파워, 지속 시간 및 간격 및/또는 상기 냉각 유체의 온도를 변화시키는 것인 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 컴퓨터는 상기 제1의 일련의 레이저 펄스 이후에, 상기 피부 부위의 측정된 온도 엔벨로프(temperature envelope)의 예측에 의해 상기 피부 부위의 도달 예측 온도를 계산하는 것인 시스템.
- 일련의 레이저 펄스를 방사하는 방법으로서,
미리 정해진 파워, 지속 시간 및 간격을 갖는 제1 일련의 레이저 펄스를 환자의 피부 부위를 향해 방사하는 단계;
냉각 유체를 이용하여 상기 피부 부위를 냉각시키는 단계;
상기 냉각 유체의 온도를 측정하는 단계;
상기 제1의 일련의 레이저 펄스 이후에, 상기 피부 부위의 온도를 측정하는 단계;
미리 정해진 파워, 지속 시간 및 간격을 갖는 제2의 일련의 펄스의 방사 후에 상기 피부 부위의 도달 예측 온도를 계산하는 단계
를 포함하는 방법. - 제9항에 있어서,
상기 미리 정해진 파워, 지속 시간 및 간격을 갖는 제2의 일련의 펄스의 방사 후에 상기 피부 부위 아래에 배치된 표적의 도달 예측 온도를 계산하는 단계
를 더 포함하는 방법.
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