KR20220097930A - 치료 장치를 위한 피드백 검출 - Google Patents
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Abstract
일부 실시예에 따르면, 조직을 분별하여 치료하기 위한 시스템은: 횡방향 링 에너지 프로파일을 갖는 EMR 빔을 생성하도록 구성된 전자기 방사선(EMR) 소스; EMR 빔을 조직 내에 위치된 초점 영역으로 수럼시키도록 구성된 광학 장치; 및 조직의 외부 표면과 접촉하여 배치될 때 조직을 냉각시키도록 구성된 광학 장치로부터 빔-하향에 위치하는 윈도우 어셈블리를 포함한다.
Description
이 출원은 2019년 11월 13일에 제출되고 "전자기 방사선 기반 치료 장치 및 방법"이라는 제목의 미국 가특허 출원 번호 62/934,583의 혜택을 주장하며, 그 전체는 여기에 참조로 통합된다.
현재 진피(dermis)의 분별 치료(fractionated treatment)를 위해 많은 에너지 기반 장치(energy-based device)를 사용할 수 있다. 이러한 방법에는 절제 레이저(ablative laser), 비절제 레이저(non-ablative laser), 마이크로 니들링(micro-needling) 및 RF 에너지 치료(energy treatment)가 포함된다. 일반적으로, 현재 이용 가능한 이러한 분별 에너지 기반 치료(fractionated energy-based treatment)는 치료중인 피부의 외부 부분(outer portion)(예를 들어, 표피(epidermis))에 손상(damage)이 필요하다. 대부분의 경우 표피 손상은 치료 직후 피부에 염증(inflamed), 잡티(blemished) 또는 건강에 좋지 않은 것처럼 보인다. 또한, 표피가 심하게 손상되면 하나 이상의 감염이 발생하고 추가 치료가 필요할 수 있다. 이러한 바람직하지 않은 외관은 표피가 치유될 때까지 지속되는 치료 후 휴지 시간(downtime)을 초래하며, 사용된 치료 파라미터(예를 들어, 절제 대 비절제)에 따라 며칠에서 몇 주가 걸릴 수 있다. 대부분의 환자는 치료 후 휴지 시간이 끝날 때까지 정상 생활로 돌아 가지 않다. 따라서, 치료 후 중단 시간을 최소화하기 위해 표피의 손상을 최소화하면서 진피에 성공적으로 영향을 미칠 수 있는 분별 치료 시스템 및 방법을 이용할 수 있는 것이 바람직하다.
피부 재생(skin rejuvenation)은 종종 분별 치료를 통해 수행된다. 분별 또는 분별 에너지 기반 치료는 조직 영역의 일부만 에너지에 노출되는 치료법을 말한다. 예를 들어, 분별 피부 치료는 피부 부위의 25% 를 레이저 빔으로 치료하고 해당 부위의 피부의 나머지 75% 를 치료하지 않고 남겨 둘 수 있다. 에너지 기반 피부 재생은 콜라겐 네트워크(collagen network) 내에서 통제된 작은 상처(small injury)를 만드는 것을 포함한다. 작은 상처로 인해 새로운 콜라겐이 형성되는 상처 치유 과정이 발생한다. 새로 형성된 콜라겐은 피부를 팽팽하게하여 피부가 더 젊어 보이게 한다. 많은 피부 재생 분별 치료 시스템은 광열 분해를 달성하는 발색단(chromophore)으로서 물을 표적으로 삼아 작동한다.
분별 치료는 일반적으로 두 가지 범주로 나눌 수 있다: 절제 및 비절제. 절제 치료는 조직을 제거하고 진피 내에 열 손상을 일으키는 것 외에도 표면상(superficial) 미세 손상을 초래한다. 비절제 치료는 일반적으로 조직 제거(tissue removal)를 유발하지 않고 대신 열 파괴(thermal disruption)만 유발한다. 절제 분별 치료에 비해 비절제 분별 치료의 장점은 휴지 시간의 감소이다.
조직의 에너지 기반 분별 치료는 일반적으로 원하는 파괴 또는 손상을 초래하기 위해 조직의 선택적 부분에 많은 양의 에너지가 전달되고 흡수되어야 한다. 이러한 파괴 또는 손상은 조직 영역에서 반복되므로, 손상된 조직의 작은 영역(예를 들어, 직경 0.1 ~ 10mm)이 손상되지 않은 조직과 얽히게 된다. 손상된 조직의 작은 부위는 치료 후 치유 과정(healing process)에서 새로운 조직으로 대체된다. 피부의 진피층 내에 손상을 유발하면서 표피층의 손상을 최소화하는 것은 여러 가지 기술적 과제를 제시하며, 그 중 일부는 아래에 열거되어 있다.
첫째, 조직의 진피층에는 조직의 표피층 내에 존재하지 않는 알려진 발색단은 없다. 이것은 진피 내에서 흡수하도록 선택된 방사선도 표피층 내에서 흡수된다는 것을 의미한다.
둘째, EMR이 피부의 표피층과 진피층에 똑같이 잘 흡수되기 때문에 표피보다 진피층에 더 큰 에너지 밀도가 전달되어야 한다. 이를 달성하기 위해, EMR 프로파일은 EMR 빔의 초점 영역(즉, 최대 에너지 밀도의 영역)이 진피 내에 위치되고, EMR 빔의 초점이 맞지 않은 영역(즉, 최소 에너지 밀도의 영역)만이 피부의 표피층에 종속되도록 변화되어야 한다.
셋째, 피부 조직은 탁한 매개체(turbid medium)이고, 이는 피부를 통해 전파되는 방사선이 산란된다는 것을 의미한다. 피부 조직 내에서 방사선의 산란은, 조직 내 깊이에서 초점 영역(최대 에너지 밀도 영역)을 형성하기가 더 어려워서, 위의 제1 및 제2 과제를 복잡하게 만든다.
넷째, 초점 영역(또는 최대 에너지 밀도 영역)은 피부의 진피층 내 깊이에 정확하게 위치해야 한다. 이것은 표피에 대한 원치 않는 손상을 방지하기 위해, 최대 에너지 밀도 영역이 진피에 위치하고 표피 내에 위치하지 않도록 한다.
다섯째, EMR 빔은 조직 외부로부터 전달되고; 따라서, 표피는 약간의 최소한의 조사 및 경미한 열 가열(즉, 진피보다 적음)을 경험한다. 이 제5 과제에 대응하여 표피의 열 손상을 방지하기 위해 치료중인 진피층 바로 위에 놓인 표피층을 능동적으로 냉각시켜야 한다.
따라서, 피부 조직의 진피층에 분별된 치료상의 파괴(therapeutic disruption)를 제공하는 한편, 상부에 놓인 표피층에 대한 손상을 최소화하기 위해, 전술한 모든 과제를 해결하는 분별 치료 시스템 및 방법이 필요하다.
일부 실시예에 따르면, 조직을 분별하여 치료하기 위한 시스템은: 횡방향 링 에너지 프로파일을 갖는 EMR 빔을 생성하도록 구성된 전자기 방사선(EMR) 소스(electromagnetic radiation(EMR) source); EMR 빔을 조직 내에 위치된 초점 영역으로 수럼시키도록 구성된 광학 장치(optic); 및 조직의 외부 표면과 접촉하여 배치될 때 조직을 냉각시키도록 구성된 광학 장치로부터 빔-하향(down-beam)에 위치하는 윈도우 어셈블리(window assembly)를 포함한다. 윈도우 어셈블리는 제1 윈도우, 제1 윈도우로부터 분리된 제2 윈도우, 및 제1 윈도우와 제2 윈도우 사이에 위치되는 냉각제 챔버(coolant chamber)를 포함하고, 냉각제 챔버는 EMR 빔에 실질적으로 비흡수성인 냉각제(coolant)를 수용하도록 구성된다.
시스템의 일부 실시예에서, EMR 빔은 약 1000nm 내지 4000nm 사이의 범위의 파장을 갖는다.
시스템의 일부 실시예에서, 냉각제는 유전체 유체(dielectric fluid), 플루오로카본계 유체(fluorocarbon-based fluid), 물, 부동액, 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 및 프로필렌 글리콜(propylene glycol) 중 적어도 하나를 포함한다.
시스템의 일부 실시예에서, 광학 장치는 적어도 약 0.2의 개구수(numerical aperture)(NA)에서 EMR 빔을 수럼시키도록 추가적으로 구성된다.
시스템의 일부 실시예에서, 시스템은 또한 윈도우 어셈블리와 조직 사이에 위치된 광학 제거매개체(optical clearing medium)를 포함한다. 일부 경우에, 광학 제거매개체는: 글리세린(glycerin), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol) 및 인산-완충 식염수(phosphate-buffered saline) 중 적어도 하나를 포함한다.
시스템의 일부 실시예에서, EMR 소스는 횡방향 링 에너지 프로파일을 성형하도록 구성된 빔 성형기(beam shaper)를 포함한다. 시스템의 일부 버전에서는 빔 성형기에 액시콘(axicon)이 포함되어 있다.
시스템의 일부 실시예에서, 시스템은 제어기(controller)를 추가로 포함한다. 일부 경우에서, 제어기는 EMR 빔을 생성하기 전에 윈도우 어셈블리가 조직을 결정된 온도로 냉각시키는 것을 보장하도록 EMR 소스를 제어하도록 구성된다. 일부 경우에서, 제어기는 EMR 빔을 생성하기 전에 윈도우 어셈블리가 결정된 기간 동안 조직을 냉각시키는 것을 보장하기 위해 EMR 소스를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에 따르면, 조직을 분별적으로 치료하기 위한 방법은: 조직의 외부 표면과 접촉하는 윈도우 어셈블리를 사용하여, 조직을 냉각하는 단계; 전자기 방사선(EMR) 소스를 사용하여 횡방향 링 에너지 프로파일을 갖는 EMR 빔을 생성하는 단계; 및 광학 장치를 사용하여, 조직 내에 위치한 초점 영역으로 EMR 빔을 수렴시키는 단계를 포함한다. 일부 경우에서, 윈도우 어셈블리는 제1 윈도우, 제1 윈도우로부터 분리된 제2 윈도우, 및 제1 윈도우와 제2 윈도우 사이에 위치된 냉각제 챔버를 포함하고, 냉각제 챔버는 EMR 빔의 실질적으로 비흡수성인 냉각제를 함유하도록 구성된다.
방법의 일부 실시예에서, EMR 빔은 약 1000nm 내지 4000nm 사이의 범위의 파장을 갖는다.
방법의 일부 실시예에서, 냉각제는 유전체 유체, 플루오로카본계 유체, 물, 에틸렌 글리콜, 및 프로필렌 글리콜 중 적어도 하나를 포함한다.
방법의 일부 실시예에서, EMR 빔을 수렴시키는 것은 적어도 약 0.2의 개구수(NA)에서 수행된다.
상기 방법의 일부 실시예에서, 상기 방법은 윈도우 어셈블리와 조직 사이에 광학 조직 크리닝 매개체(optical tissue clearing medium)를 도입하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 경우에, 광학 조직 크리닝 매개체는 글리세린, 폴리에틸렌 글리콜 및 인산-완충된 식염수 중 적어도 하나를 포함한다.
방법의 일부 실시예에서, EMR 소스는 횡방향 링 에너지 프로파일을 성형하도록 구성된 빔 성형기를 추가로 포함한다. 방법의 일부 버전에서, 빔 성형기는 액시콘을 포함한다.
방법의 일부 실시예에서, 방법은 EMR 빔을 생성하기 전에 윈도우 어셈블리가 조직을 결정된 온도로 냉각시키는 것을 보장하기 위해, 제어기를 사용하여, EMR 소스를 제어하는 단계를 추가로 포함한다.
방법의 일부 실시예에서, 방법은, EMR 빔을 생성하기 전에 윈도우 어셈블리가 결정된 기간 동안 조직을 냉각시키는 것을 보장하기 위해, 제어기를 사용하여, EMR 소스를 제어하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 조직을 분별적으로 치료하기 위한 시스템은: 약 1400nm 내지 3400nm 범위의 파장을 갖는 EMR 빔을 생성하도록 구성된 전자기 방사(EMR) 소스(electromagnetic radiation(EMR) source); EMR 빔을 횡방향 링 에너지 프로파일로 성형하도록 구성된 빔 성형기(beam shaper) - 빔 성형기는 액시콘(axicon)을 포함함 -; 조직 내에 위치된 초점 영역(focal region)으로 적어도 약 0.2의 수치 개구수(numerical aperture)(NA)에서 EMR 빔을 수럼시키도록 구성된 광학 장치(optic); 조직의 외부 표면과 접촉하여 배치될 때 조직을 냉각시키도록 구성된 광학 장치로부터 빔-하향에 위치하는 윈도우 어셈블리(window assembly) - 윈도우 어셈블리는: 제1 윈도우, 제1 윈도우로부터 분리된 제2 윈도우, 및 제1 윈도우와 제2 윈도우 사이에 위치된 냉각제 챔버(coolant chamber)를 포함하고, 냉각제 챔버는 EMR 빔의 실질적으로 비흡수성이고 플루오로카본계 유체를 포함하는 냉각제(coolant)를 포함하도록 구성됨 -; 및 윈도우 어셈블리가: EMR 빔을 생성하기 전에 결정된 온도로 및 결정된 시간 동안에 중 적어도 하나로, 조직를 냉각시키는 것을 보장하기 위해 EMR 소스를 제어하도록 구성된 제어기(controller)를 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 조직을 분별적으로 치료하기 위한 시스템은: 파장을 갖는 EMR 빔을 생성하도록 구성된 전자기 방사선(EMR) 소스; EMR 빔을 폭으로 시준하도록 구성된 콜리메이터(collimator); 시준된 EMR 빔을 횡방향 링 에너지 프로파일로 성형하도록 구성된 제1 액시콘(first axicon) 및 제2 액시콘(second axicon)을 포함하는 빔 성형기 - 제1 액시콘 및 제2 액시콘은 횡방향 링 에너지 프로파일의 원하는 내부 직경(inner diameter)을 영향을 미치도록 선택된 광학축을 따른 거리만큼 분리되고 시준된 EMR 빔의 폭은 횡방향 에너지 프로파일의 원하는 두께에 영향을 미치도록 선택됨 -; EMR 빔을 조직 내의 초점 영역으로 수렴시켜 초점 영역을 갖는 조직에 영향을 미치도록 구성된 광학 장치(optic)를 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 시스템은: 횡방향 링 형상 에너지 프로파일 및 약 1200nm 내지 약 12000nm의 범위의 파장을 갖는 EMR 빔을 생성하도록 구성된 EMR 소스; EMR 빔을 조직 내에 위치된 초점 영역으로 수럼시키도록 구성된 광학 장치; 조직 내의 초점 영역을 스캔하도록 구성된 빔 스캐닝 시스템; EMR 빔을 투과시키고 조직의 외부 표면과 접촉하여 배치될 때 조직을 냉각시키도록 구성된 광학 장치로부터 빔-하향에 위치하는 윈도우 어셈블리 - 윈도우 어셈블리는: 제1 윈도우, 제1 윈도우로부터 분리되는 제2 윈도우; 및 제1 윈도우와 제2 윈도우 사이에 위치되는 냉각제 챔버를 포함하고, 냉각제 챔버는 EMR 빔의 실질적으로 비흡수성인 플루오로카본계 유체를 포함하는 냉각제를 함유하도록 구성됨 -; 및 복수의 펄스로 EMR 빔을 생성하도록 EMR 소스를 제어하도록 구성된 제어기 - 복수의 펄스 중 적어도 하나의 펄스는 약 100 마이크로초보다 작지 않은 펄스 지속기간을 갖음 - 을 포함한다.
시스템의 일부 실시예에서, 복수의 펄스 중 적어도 하나의 펄스는 약 100mJ보다 크지 않은 펄스 에너지를 갖는다.
시스템의 일부 실시예에서, 시스템은 냉각제를 약 -20oC내지 약 20oC의 범위 내의 온도로 냉각시키도록 구성된 냉각기(chiller)를 추가로 포함한다.
시스템의 일부 실시예에서, 광학 장치는 적어도 약 0.2의 개구수(NA)에서 EMR 빔을 수럼시키도록 추가로 구성된다.
시스템의 일부 실시예에서, 시스템은 윈도우 어셈블리와 조직 사이에 위치된 광학 조직 크리닝 매개체를 추가로 포함하고, 광학 조직 크리닝 매개체는 글리세린, 폴리에틸렌 글리콜 및 인산염-완충된 식염수 중 적어도 하나를 포함한다.
시스템의 일부 실시예에서, EMR 소스는 횡방향 링 형상 에너지 프로파일을 성형하도록 구성된 빔 성형기를 추가로 포함한다. 시스템의 일부 버전에서는 빔 성형기에 액시콘(axicon)이 포함되어 있다.
시스템의 일부 실시예에서, 제어기는 EMR 빔을 생성하기 전에 윈도우 어셈블리가 조직을 미리 결정된 온도로 냉각시키는 것을 보장하도록 EMR 소스를 제어하도록 구성된다.
시스템의 일부 실시예에서, 제어기는 EMR 빔을 생성하기 전에 윈도우 어셈블리가 미리 결정된 기간 동안 조직를 냉각시키는 것을 보장하도록 EMR 소스를 제어하도록 구성된다.
시스템의 일부 실시예에서, EMR 소스, 광학 장치 및 빔 스캐닝 시스템 중 적어도 하나는 링 형상 에너지 프로파일의 내부 직경, 링 형상 에너지 프로파일의 외부 직경, 링 형상 에너지 프로파일의 두께, 및 조직 내의 초점 영역의 깊이 중 하나 이상을 포함하는, EMR 빔의 하나 이상의 파라미터를 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에 따르면, 방법은: 조직의 외부 표면과 접촉하는 윈도우 어셈블리를 사용하여 조직을 냉각시키는 단계; EMR 소스를 사용하여, 횡방향 링 형상 에너지 프로파일 및 약 1200nm 내지 12000nm 범위의 파장을 갖는 EMR 빔을 생성하는 단계; 광학 장치를 사용하여, EMR 빔을 조직 내에 위치한 초점 영역으로 수렴시키는 단계; 빔 스캐닝 시스템을 사용하여, 조직 내의 초점 영역을 스캔하는 단계; 및, 제어기를 사용하여, 복수의 펄스를 갖는 EMT 빔을 생성하도록 EMR 소스를 제어하는 단계 - 복수의 펄스 중 적어도 하나의 펄스는 약 100 마이크로초보다 작지 않은 펄스 지속기간을 갖음 - 를 포함한다. 일부 실시예에서, 윈도우(windoew)는 제1 윈도우; 제1 윈도우로부터 분리된 제2 윈도우; 및 제1 윈도우와 제2 윈도우 사이에 위치된 냉각제 챔버(coolant chamber)를 포함한다. 냉각제 챔버는 EMR 빔의 실질적으로 비흡수성인 플루오로카본계 유체를 포함하는 냉각제를 수용하도록 구성된다.
방법의 일부 실시예에서, 복수의 펄스 중 적어도 하나의 펄스는 약 100mJ보다 크지 않은 펄스 에너지를 갖는다.
방법의 일부 실시예에서, 방법은 냉각기(chiller)를 사용하여 냉각제를 약 -20oC내지 약 20oC의 범위 내의 온도로 냉각시키는 단계를 추가적으로 포함한다.
방법의 일부 실시예에서, EMR 빔을 수렴시키는 단계는 적어도 약 0.2의 개구수(numerical aperture)(NA)에서 수행된다.
방법의 일부 실시예에서, 방법은 윈도우 어셈블리(window assembly)와 조직 사이에 광학 조직 크리닝 매개체(optical tissue clearing medium)를 도입하는 단계를 추가적으로 포함하고, 광학 조직 크리닝 매개체는 적어도 하나의 글리세린(glycerin), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 및 포스페이트 완충 식염수(phosphate buffered saline)를 포함한다.
방법의 일부 실시예에서, EMR 소스는 횡방향 링 형상 에너지 프로파일을 성형하도록 구성된 빔 성형기(beam shaper)를 추가로 포함한다. 방법의 일부 버전에서, 빔 성형기는 액시콘(axicon)을 포함한다.
방법의 일부 실시예에서, 방법은 EMR 빔을 생성하기 전에 윈도우 어셈블리가 조직을 미리 결정된 온도로 냉각시키는 것을 보장하기 위해 제어기를 사용하여 EMR 소스를 제어하는 단계를 추가로 포함한다.
방법의 일부 실시예에서, 방법은 EMR 빔을 생성하기 전에 윈도우 어셈블리가 미리 결정된 기간 동안 조직을 냉각시키는 것을 보장하기 위해, 제어기를 사용하여 EMR 소스를 제어하는 단계를 추가로 포함한다.
방법의 일부 실시예에서, 방법은 상기 링 형상 에너지 프로파일의 내부 직경, 상기 링 형상 에너지 프로파일의 외부 직경, 링 형상 에너지 프로파일의 두께, 및 링 형상 에너지 프로파일의 두께, 및 조직 내의 초점 영역의 깊이 중 하나 이상을 포함하는, EMR 빔의 적어도 하나의 파라미터를 제어하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 시스템은: 약 1400nm 내지 약 3500nm 범위의 파장을 갖는 EMR 빔을 생성하도록 구성된 EMR 소스(EMR source); EMR 빔을 시준된 빔 폭으로 시준하도록 구성된 콜리메이터(collimator); EMR 빔을 횡방향 링 형상 에너지 프로파일로 성형하도록 구성된 제1 액시콘 및 제2 액시콘을 포함하는 빔 성형기(beam shaper) - 제1 액시콘과 상기 제2 액시콘은 광학축을 따라 분리 거리만큼 떨어져 있고, 링 형상 에너지 프로파일의 내부 직경은 분리 거리와 관련되고 링 형상 에너지 프로파일의 두께는 시준된 빔 폭과 관련됨 -; 적어도 약 0.2의 개구수에서 EMR 빔을 조직 내에 위치한 초점 영역으로 수럼시키도록 구성된 광학 장치(optic); 조직 내의 초점 영역을 스캔하도록 구성된 빔 스캐닝 시스템(beam scanning system); EMR 빔을 전송하고 조직의 외부 표면과 접촉하여 배치될 때 조직을 냉각하도록 구성된 광학 장치로부터 빔-하향에 위치된 윈도우 어셈 블리(window assembly) - 윈도우 어셈블리는 제1 위도우; 제1 윈도우와 분리된 제2 윈도우; 및 제1 윈도우와 제2 윈도우 사이에 위치된 냉각제 챔버(coolant chamber)를 포함하고, 냉각제 챔버는 EMR 빔을 실질적으로 비흡수성인 플루오로카본계 유체를 포함하는 냉각제를 수용하도록 구성됨 -; 약 -20oC내지 약 20oC범위의 온도로 냉각제를 냉각시키는 냉각기(chiller); 윈도우 어셈블리가 EMR 빔을 생성하기 전에 미리 결정된 온도로 또는 미리 결정된 시간 동안 조직을 냉각시키는 것을 보장하기 위해 EMR 소스를 제어하고; 및 복수의 펄스로 EMR 빔을 생성하도록 EMR 소스를 제어하도록 구성된 제어기(controller) - 복수의 펄스 중 적어도 하나의 펄스는 100 마이크로초보다 작지않은 펄스 지속시간을 갖음 - 를 포함하고; 및, EMR 소스, 광학 장치, 및 빔 스캐닝 시스템 중 적어도 하나는 링 형상 에너지 프로파일의 내부 직경, 링 형상 에너지 프로파일의 외부 직경,링 형상 에너지 프로파일의 두께, 및 조직 내의 초점 영역의 깊이 중 하나 이상을 포함하는, EMR 빔의 하나 이상의 파라미터를 제어하도록 구성된다.
본 개시 내용의 실시예은 첨부된 도면들과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 보다 완전히 이해될 것이다:
도 1은 일부 실시예에 따른 전자기 방사선(EMR) 처리 장치를 개략적으로 도시한다;
도 2는 일부 실시예에 따른 EMR 치료 방법을 설명하는 흐름도이다;
도 3a는 일부 실시예에 따른 EMR 치료 장치의 예시적인 실시예의 개략도이다;
도 3b는 B-B 선을 따라 도 3a의 장치의 단면도이다;
도 3c는 C-C 선을 따라 도 3a의 장치의 단면도이다;
도 3d는 원 D에서 도 3a의 장치의 상세도이다;
도 3e는 일부 실시 예에 따르면 접촉 윈도우 어셈블리(contact window assembly)의 후면 등각 투영도이다;
도 3f는 일부 실시 예에 따르면 도 3e의 접촉 윈도우 어셈블리의 전면 아이소 메트릭 도이다;
도 3g는 일부 실시 예에 따르면, 도 3e의 접촉 윈도우 어셈블리의 정면도이다;
도 3h는 도 3e의 윈도우 어셈블리의 측면 단면도이다;
도 4a는 일부 실시예에 따른 빔 성형기의 시뮬레이션을 위한 광학 경로 레이아웃의 개략도이다;
도 4b는 일부 실시 예에 따라 가로 가우스 모드를 나타낸다;
도 4c는 일부 실시 예에 따르면 초점 전에 0;5mm의 횡방향 링 에너지 프로파일을 나타낸다;
도 4d는 일부 실시 예에 따르면 초점 전에 0;2mm의 횡방향 링 에너지 프로파일을 나타낸다;
도 4e는 일부 실시 예에 따르면 초점 전에 0;1mm의 횡방향 링 에너지 프로파일을 나타낸다;
도 4f는 일부 실시 예에 따르면 초점 0;5mm 전에 가우스 빔의 에너지 프로파일을 나타낸다;
도 4g는 일부 실시 예에 따르면 초점 전에 횡방향 링(즉, 도넛(donut)) 에너지 프로파일 0;5mm의 에너지 프로파일을 나타낸다;
도 5a는 일부 구체예에 따라 본 명세서에서 논의된 연구 번호 1의 조직 샘플의 수평 조직학을 도시한다;
도 5b는 일부 구체예에 따라 본 명세서에서 논의된 연구 번호 1의 조직 샘플의 수직 조직학을 도시한다;
도 5c는 일부 구체예에 따라 본 명세서에서 논의된 연구 번호 1의 조직 샘플의 수평 조직학을 도시한다;
도 5d는 일부 구체예에 따라 본 명세서에서 논의된 연구 번호 1의 조직 샘플의 수직 조직학을 도시한다;
도 6a는 일부 구체예에 따라 본원에서 논의된 연구 번호 2의 조직 샘플의 수직 조직학을 도시한다;
도 6b는 일부 구체예에 따라 본원에서 논의된 연구 번호 2에서 나온 조직 샘플의 수직 조직학을 도시한다;
도 7a는 일부 구체예에 따라 본원에서 논의된 연구 번호 3의 조직 샘플의 다중 수직 조직학 이미지를 도시한다;
도 7b는 일부 실시 예에 따라 본원에서 논의된 연구 번호 3의 조직 샘플의 다중 수평 조직학 이미지를 도시한다;
도 7c는 일부 실시 예에 따라 본원에서 논의된 연구 번호 3의 조직 샘플의 다중 수평 조직학 이미지를 도시한다;
도 7d는 일부 실시 예에 따라 본원에서 논의된 연구 번호 3의 조직 샘플의 다중 수평 조직학 이미지를 도시한다;
도 7e는 일부 실시 예에 따라 본원에서 논의된 연구 번호 3의 조직 샘플의 다중 수평 조직학 이미지를 도시한다;
도 8은 일부 실시예에 따라 빔 성형을 위한 광학 방식을 개략적으로 도시한다;
도 9a는 일부 실시예에 따라 분별 치료를위한 광학 방식을 개략적으로 도시한다;
도 9b는 일부 실시예에 따라 분별 처리를 위한 광학 방식을 개략적으로 도시한다;
도 10은 치료 시스템의 예시적인 실시예를 도시한다;
도 11a는 치료 시스템의 예시적인 실시예의 정면도를 도시한다;
도 11b는 치료 시스템의 예시적인 실시예의 측면도를 도시한다;
도 11c는 도 11B의 예시적인 실시 예의 단면도를 도시한다;
도 12는 일부 실시예에 따른 라인 스캔 패턴을 도시한다;
도 13은 사전-대물 스캐닝 시스템의 개략도이다;
도 14는 예시적인 사전-대물 스캐닝 시스템의 예시이다;
도 15는 도 14의 사전-대물 스캐닝 시스템을위한 빔 폴딩 평면을 도시한다;
도 16은 예시적인 f- 세타 렌즈를 도시한다;
도 17은 예시적인 사전-대물 스캐닝 시스템의 예시이다;
도 18은 예시적인 사전-대물 스캐닝 시스템의 예시이다;
도 19a-19c는 도 14, 17 및 18의 사전-대물 스캐닝 시스템과 관련된 예시적인 스캐닝 패턴을 도시한다;
도 20은 예시적인 사전-대물 스캐닝 시스템의 예시이다;
도 21은 도 23의 사전-대물 스캐닝 시스템의 예시적인 프리즘 시스템을 도시한다;
도 22는 도 25와 관련된 예시적인 스캐닝 패턴을 도시한다;
도 23은 예시적인 사전-대물 스캐닝 시스템의 예시이다;
도 24는 예시적인 사전-대물 스캐닝 시스템의 예시이다;
도 25는 회전 대물 스캐닝 시스템의 개략도이다;
도 26은 일부 실시예에 따라 1차원(1D) 빔 스캐닝 시스템을 개략적으로 나타낸다;
도 27은 일부 실시예에 따라 2차원(2D) 빔 스캐닝 시스템을 개략적으로 나타낸다; 및
도 28은 사후-대물 대물 스캐닝 시스템의 개략도이다.
도면은 반드시 축척된 것은 아니다. 도면은 본 명세서에 개시된 주제의 전형적인 측면만을 묘사하기 위한 것이며, 따라서 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 본 명세서에 구체적으로 설명되고 첨부 도면에 예시된 시스템, 장치 및 방법은 비 제한적인 예시적인 실시예다.
도 1은 일부 실시예에 따른 전자기 방사선(EMR) 처리 장치를 개략적으로 도시한다;
도 2는 일부 실시예에 따른 EMR 치료 방법을 설명하는 흐름도이다;
도 3a는 일부 실시예에 따른 EMR 치료 장치의 예시적인 실시예의 개략도이다;
도 3b는 B-B 선을 따라 도 3a의 장치의 단면도이다;
도 3c는 C-C 선을 따라 도 3a의 장치의 단면도이다;
도 3d는 원 D에서 도 3a의 장치의 상세도이다;
도 3e는 일부 실시 예에 따르면 접촉 윈도우 어셈블리(contact window assembly)의 후면 등각 투영도이다;
도 3f는 일부 실시 예에 따르면 도 3e의 접촉 윈도우 어셈블리의 전면 아이소 메트릭 도이다;
도 3g는 일부 실시 예에 따르면, 도 3e의 접촉 윈도우 어셈블리의 정면도이다;
도 3h는 도 3e의 윈도우 어셈블리의 측면 단면도이다;
도 4a는 일부 실시예에 따른 빔 성형기의 시뮬레이션을 위한 광학 경로 레이아웃의 개략도이다;
도 4b는 일부 실시 예에 따라 가로 가우스 모드를 나타낸다;
도 4c는 일부 실시 예에 따르면 초점 전에 0;5mm의 횡방향 링 에너지 프로파일을 나타낸다;
도 4d는 일부 실시 예에 따르면 초점 전에 0;2mm의 횡방향 링 에너지 프로파일을 나타낸다;
도 4e는 일부 실시 예에 따르면 초점 전에 0;1mm의 횡방향 링 에너지 프로파일을 나타낸다;
도 4f는 일부 실시 예에 따르면 초점 0;5mm 전에 가우스 빔의 에너지 프로파일을 나타낸다;
도 4g는 일부 실시 예에 따르면 초점 전에 횡방향 링(즉, 도넛(donut)) 에너지 프로파일 0;5mm의 에너지 프로파일을 나타낸다;
도 5a는 일부 구체예에 따라 본 명세서에서 논의된 연구 번호 1의 조직 샘플의 수평 조직학을 도시한다;
도 5b는 일부 구체예에 따라 본 명세서에서 논의된 연구 번호 1의 조직 샘플의 수직 조직학을 도시한다;
도 5c는 일부 구체예에 따라 본 명세서에서 논의된 연구 번호 1의 조직 샘플의 수평 조직학을 도시한다;
도 5d는 일부 구체예에 따라 본 명세서에서 논의된 연구 번호 1의 조직 샘플의 수직 조직학을 도시한다;
도 6a는 일부 구체예에 따라 본원에서 논의된 연구 번호 2의 조직 샘플의 수직 조직학을 도시한다;
도 6b는 일부 구체예에 따라 본원에서 논의된 연구 번호 2에서 나온 조직 샘플의 수직 조직학을 도시한다;
도 7a는 일부 구체예에 따라 본원에서 논의된 연구 번호 3의 조직 샘플의 다중 수직 조직학 이미지를 도시한다;
도 7b는 일부 실시 예에 따라 본원에서 논의된 연구 번호 3의 조직 샘플의 다중 수평 조직학 이미지를 도시한다;
도 7c는 일부 실시 예에 따라 본원에서 논의된 연구 번호 3의 조직 샘플의 다중 수평 조직학 이미지를 도시한다;
도 7d는 일부 실시 예에 따라 본원에서 논의된 연구 번호 3의 조직 샘플의 다중 수평 조직학 이미지를 도시한다;
도 7e는 일부 실시 예에 따라 본원에서 논의된 연구 번호 3의 조직 샘플의 다중 수평 조직학 이미지를 도시한다;
도 8은 일부 실시예에 따라 빔 성형을 위한 광학 방식을 개략적으로 도시한다;
도 9a는 일부 실시예에 따라 분별 치료를위한 광학 방식을 개략적으로 도시한다;
도 9b는 일부 실시예에 따라 분별 처리를 위한 광학 방식을 개략적으로 도시한다;
도 10은 치료 시스템의 예시적인 실시예를 도시한다;
도 11a는 치료 시스템의 예시적인 실시예의 정면도를 도시한다;
도 11b는 치료 시스템의 예시적인 실시예의 측면도를 도시한다;
도 11c는 도 11B의 예시적인 실시 예의 단면도를 도시한다;
도 12는 일부 실시예에 따른 라인 스캔 패턴을 도시한다;
도 13은 사전-대물 스캐닝 시스템의 개략도이다;
도 14는 예시적인 사전-대물 스캐닝 시스템의 예시이다;
도 15는 도 14의 사전-대물 스캐닝 시스템을위한 빔 폴딩 평면을 도시한다;
도 16은 예시적인 f- 세타 렌즈를 도시한다;
도 17은 예시적인 사전-대물 스캐닝 시스템의 예시이다;
도 18은 예시적인 사전-대물 스캐닝 시스템의 예시이다;
도 19a-19c는 도 14, 17 및 18의 사전-대물 스캐닝 시스템과 관련된 예시적인 스캐닝 패턴을 도시한다;
도 20은 예시적인 사전-대물 스캐닝 시스템의 예시이다;
도 21은 도 23의 사전-대물 스캐닝 시스템의 예시적인 프리즘 시스템을 도시한다;
도 22는 도 25와 관련된 예시적인 스캐닝 패턴을 도시한다;
도 23은 예시적인 사전-대물 스캐닝 시스템의 예시이다;
도 24는 예시적인 사전-대물 스캐닝 시스템의 예시이다;
도 25는 회전 대물 스캐닝 시스템의 개략도이다;
도 26은 일부 실시예에 따라 1차원(1D) 빔 스캐닝 시스템을 개략적으로 나타낸다;
도 27은 일부 실시예에 따라 2차원(2D) 빔 스캐닝 시스템을 개략적으로 나타낸다; 및
도 28은 사후-대물 대물 스캐닝 시스템의 개략도이다.
도면은 반드시 축척된 것은 아니다. 도면은 본 명세서에 개시된 주제의 전형적인 측면만을 묘사하기 위한 것이며, 따라서 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 본 명세서에 구체적으로 설명되고 첨부 도면에 예시된 시스템, 장치 및 방법은 비 제한적인 예시적인 실시예다.
이제 본 명세서에 개시된 장치 및 방법의 구조, 기능, 제조 및 사용의 원리에 대한 전반적인 이해를 제공하기 위해 특정 예시적인 실시예가 설명될 것이다. 이들 실시예의 하나 이상의 예가 첨부 도면에 예시되어 있다. 당업자는 본 명세서에 구체적으로 설명되고 첨부 도면에 예시된 장치 및 방법이 비 제한적인 예시적인 실시예고 본 개시의 범위가 청구 범위에 의해서만 정의된다는 것을 이해할 것이다. 하나의 예시적인 실시예와 관련하여 예시되거나 설명된 특징은 다른 실시예의 특징과 결합될 수 있다. 이러한 수정 및 변경은 본 개시의 범위 내에 포함되도록 의도된다.
본 개시내용의 실시예은 피부 재생(skin rejuvenation) 및 피부 재포장(skin resurfacing)을 포함하는 분별 치료, 예를 들어, 여드름, 수두 및 수술용 흉터, 안와주위 및 입주위 주름, 광노화 변화, 안면 이상색증 및 스트레치 마크를 위한 피부 재포장을 포함하는 분별 치료에 관하여 상세히 논의된다. 개시와 관련된 추가의 치료는 기미(melasma) 같은 피부의 색소 질환(pigmentary condition), 및 환형육아종(granuloma annulare)과 같은 다른 색소 상태의 치료를 포함한다.
그러나, 개시된 실시예는 제한없이 다른 색소 및 비-색소 질환 및 다른 조직 및 비-조직 표적의 치료를 위해 사용될 수 있다. 색소 질환의 예에는 염증 후 과색소 침착(post inflammatory hyperpigmentation)(PIH), 눈 주위의 어두운 피부(dark skin surrounding eyes), 검은 눈(dark eyes), 카페 오레 패치(cafι au lait patches), 베커 모반(Becker's nevi), 오타 모반(Nevus of Ota), 선천성 멜라노 세포 모반(congenital melanocytic nevi), 에펠 라이드(ephelides)(주근깨(freckles)) 및 흑색점(lentigo)이 포함될 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 치료할 수 있는 착색 조직(pigmented tissue) 및 구조의 추가 예는 헤모시데린이 풍부한 구조(hemosiderin rich structure), 착색 담석(pigmented gallstone), 문신 함유 조직 및 루테인(lutein), 제아잔틴(zeaxanthin), 로돕신(rhodopsin), 카로티노이드(carotenoid), 빌리베르딘(biliverdin), 빌리루빈(bilirubin) 및 헤모글로빈이 풍부한 구조(hemoglobin rich structure)를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 비 착색 구조, 조직 및 상태의 치료를 위한 표적의 예는 모낭(hair follicle), 모간(hair shaft), 혈관 병변(vascular lesion), 감염 상태(infectious condition), 피지선(sebaceous gland), 여드름(acne) 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
예를 들어 미용 목적을 위한 다양한 피부 상태를 치료하는 방법은 본원에 기재된 시스템을 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 방법은 의사에 의해 수행될 수 있지만, 미용사 및 기타 적절하게 훈련된 사람과 같은 비 의사는 의사의 감독 유무에 관계없이 여기에 설명된 시스템을 사용하여 다양한 피부 상태를 치료할 수 있다.
또한, 본 개시에서, 실시예의 유사한 이름의 구성 요소는 일반적으로 유사한 특징을 가지며, 따라서 특정 실시예 내에서 각각의 유사한 이름의 구성 요소의 각 특징이 반드시 완전하게 설명되는 것은 아니다. 또한, 개시된 시스템, 장치 및 방법의 설명에서 선형 또는 원형 치수가 사용되는 한, 이러한 치수는 이러한 시스템, 장치 및 방법과 함께 사용할 수 있는 형태의 유형을 제한하기 위한 것이 아니다. 당업자는 이러한 선형 및 원형 치수에 상응하는 것이 임의의 기하학적 형상에 대해 쉽게 결정될 수 있음을 인식할 것이다. 시스템과 장치의 크기와 모양, 그리고 그 구성 요소는 적어도 시스템과 장치가 사용될 대상의 해부학적 구조, 시스템과 장치가 사용될 구성 요소의 크기와 모양, 및 시스템과 장치가 사용될 방법과 절차에 따라 달라질 수 있다.
일반적으로, 전자기 방사선(EMR)(예를 들어, 레이저 빔)을 조직의 치료 영역에 초점 맞출 수 있는 높은 개구수(NA) 광학 치료 시스템이 설명된다. 초점 맞춰진 레이저 빔은 주변 조직에 해를 끼치지 않고 치료 영역에 광학 에너지를 전달할 수 있다. 전달된 광학 에너지는, 예를 들어 주변 영역(예를 들어, 상피층, 진피층의 다른 부분 등)에 영향을 주지 않고 피부의 진피층의 치료 영역에서 착색된 발색단(pigmented chromophores) 및/또는 표적을 파괴할 수 있다. 다른 구현에서, 전달된 광학 에너지는 문신 제거 또는 변경 또는 헤모글로빈 관련 치료를 유발할 수 있다.
광 또는 광학 에너지로 피부 상태를 치료하기 위한 예시적인 방법 및 장치는 "피부 기미 치료를 위한 방법 및 장치 및 방법(Method and Apparatus for Treating Dermal Melasma)"이라는 제목의 미국 특허 출원 공개 번호 2016/0199132, 및 "피부 기미의 선택적 치료를 위한 방법 및 장치(Method and Apparatus for Selective Treatment of Dermal Melasma)"라는 제목의 미국 가출원 번호 62/438,818으로 개시되었으며, 각각은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
일반적으로, 조직의 피부 질환(dermatological condition)을 치료하기 위한 시스템 및 해당 방법이 제공된다. 아래에서 자세히 설명하는 것처럼, 개시된 시스템 및 방법은 레이저 빔과 같은 전자기 방사선(EMR)을 사용하여 미리 결정된 양의 에너지를 표적 조직(target tissue)에 전달한다. EMR은 초점 영역에 초점을 맞출 수 있으며 초점 영역은 표적 조직에 대해 임의의 방향으로 전환 또는 회전할 수 있다. 미리 결정된 양의 방사선은 색소 질환을 나타내는 조직의 부분을 열적으로 파괴하거나 손상시키도록 구성될 수 있다. 이런 방법으로, 미리 결정된 양의 에너지는 그 외관을 개선하기 위해 치료를 위해 표적 조직 내의 임의의 위치로 전달될 수 있다.
현재 도 1을 참조하면 방사선 치료(radiative treatment) 시스템()(100)이 나와 있다. 전자기 방사선(EMR) 소스(예를 들어, 레이저 소스)(lectromagnetic radiation(EMR) source)(110)는 파장(약 1000nm 내지 약 12,000nm 범위 내, 예를 들어, 약 1550nm)을 갖는 EMR 빔(예를 들어, 레이저 빔)( EMR beam)(112)을 생성한다. 일부 실시예에 따르면, EMR 빔(112)은 EMR 소스(110)로부터 기본적으로 횡방향 링 에너지 프로파일(예를 들어, TEM 01*)을 갖는다. 다른 실시예에 따르면, 빔 성형기(beam shaper)(114)는 횡방향 링 에너지 프로파일을 생성하기 위해 EMR 빔을 형성한다. 도 1은 두 개의 액시콘을 사용하는 빔 성형기(114)를 도시한다. 제1 웨지 각도(wedge angle)를 갖는 제1 액시콘(116)은 EMR 빔(112)을 수용하고 베셀 빔(Bessel beam)(118)을 생성한다. 베셀 빔이 전파됨에 따라 발산 링 에너지 프로파일을 형성한다. 발산 링 에너지 프로파일(diverging ring energy profile)(120)은 제2 액시콘(122)에 의해 횡방향 링 에너지 프로파일(124)을 갖는 시준된 EMR 빔으로 시준된다. 일부 실시예에 따르면, 제2 액시콘(122)은 제1 액시콘(116)의 제1 웨지 각도와 실질적으로 동일한 제2 웨지 각도를 갖는다. 그 후, 링 에너지 프로파일(ring energy profile)(124)은 초점 광학 장치(focus optic)(128)를 향해 지향된다. 초점 광학 장치(128)의 일부 예는 수렴 광학 장치(converging optic)(예를 들어, 평면 볼록 렌즈) 및 액시콘을 포함한다. 초점 광학 장치(128)는 EMR 빔을 수럼시키고 이를 조직(130)(예를 들어, 피부) 쪽으로 지향시킨다. 일부 경우에, 초점 광학 장치는 적어도 약 0.2(예를 들어, 약 0.3 내지 약 0.5)의 개구수(NA)에서 EMR 빔을 수렴시킨다. 일부 실시예에 따르면, 윈도우 어셈블리(window assembly)(132)는 초점 광학 장치(128)와 조직(130) 사이에 위치된다. 윈도우 어셈블리(132)는 EMR 빔(124)의 파장에서 실질적으로 투명하다. 예시적인 윈도우 재료는 유리, 석영 및 사파이어를 포함한다. 일부 실시예에서, 윈도우 어셈블리(132)는 냉각되고 치료 동안 조직(130)을 냉각시키기 위해 사용된다. 일반적으로, 윈도우 어셈블리(132)는 장치(100)의 작동 중에 조직의 외부 표면과 접촉하여 배치된다. 일부 실시예에 따르면, 윈도우 어셈블리(132)는 두 개의 윈도우, 즉 제1 윈도우(134) 및 제2 윈도우(136)를 포함하고, 냉각 챔버(cooling chamber)(138)는 두 개의 윈도우 사이에 위치된다. 냉각 챔버는 냉각제를 수용하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 냉각제(chamber)(140)의 흐름은 냉각제 챔버(coolant chamber)(138)를 통과한다. 일부 실시예에서, 냉각제는 유전체 유체, 플루오로카본계 유체, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 물, 및 부동액 중 하나 이상을 포함한다. 대부분의 경우, 냉각제는 EMR 빔(124)의 파장에서 일반적으로(예를 들어, 약 50% 이상) 투과성으로 선택된다. 예를 들어, 예시적인 실시예는 1550nm의 파장을 갖는 EMR 빔(124) 및 1550nm에서 실질적으로 투과성인 플루오로카본계 유체(예를 들어, 3M로부터의 Flourinert??)를 포함하는 냉각제를 포함한다. 일부 실시예에서, 매개체(142)는 윈도우 어셈블리(132)의 바닥 표면과 조직(130)의 외부 표면 사이에 배치된다. 일부 버전에서, 이 매개체(142)는 윈도우 어셈블리(132)의 굴절률을 조직(130)과 매칭시키도록 작용한다. 일부 다른 버전에서, 매개체가 조직을 관통한다. 매개체(142)의 예는 글리세롤(glycerol), 포스페이트-완충 식염수(Phosphate-buffered saline)(PBS), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol)(PEG)(400), 및 피부와 거의 동일한 굴절률(예를 들어, 약 1.4)을 갖는 다른 적합한 생체적합성 물질(suitable biocompatible material)을 포함한다. 일부 실시예에서, 시스템(100)은 EMR 소스(110)를 제어하기 위한 제어기(controller)(150)를 더 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예에서 EMR 소스(110)가 조직의 냉각에 응답하여 제어되어 냉각된 조직만이 조사되도록 하는 것이 유리하다. 일부 경우에서, 제어기(150)는 EMR 빔을 생성하기 전에 윈도우 어셈블리가 조직을 결정된 온도로 냉각시키는 것을 보장하도록 EMR 소스를 제어하도록 구성된다. 일부 다른 경우에서, 제어기(150)는 EMR 빔을 생성하기 전에 윈도우 어셈블리가 미리 결정된 시간 기간 동안 냉각되는 것을 보장하기 위해 EMR 소스를 제어하도록 구성된다. 일부 실시예에 따르면, 온도 센서(temperature sensor)(152)(예를 들어, 열전쌍, 또는 서미스터)가 조직 온도를 직접 측정하는데 사용된다. 대안적으로, 조직과 열 연통되는 구성요소의 온도는 온도 센서로 측정된다. 예를 들어, 냉각제 챔버(138)를 유출할 때의 냉각제의 온도는 조직 온도의 지표로서 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, EMR 소스(110), 빔 성형기(114) 및 초점 광학 장치(128) 중 하나 이상과 통신하는 제어기(150)는 EMR 빔의 하나 이상의 파라미터를 제어하도록 추가로 구성된다. 예시적인 EMR 빔 파라미터는 링 형상 에너지 프로파일의 내부 직경, 링 형상 에너지 프로파일의 외부 직경, 링 형상 에너지 프로파일의 두께, 및 조직 내의 초점 영역의 깊이를 포함한다. 일부 실시예에 따르면, EMR 빔은 피부 조직 전체에 걸쳐 스캐닝되어, 예를 들어 분획된 치료를 제공하기 위해 조직 내에 수많은 열 파괴의 위치를 발생시킨다. 고 NA EMR 빔(high NA EMR beam)을 스캐닝하는 것과 관련된 시스템 및 방법의 예는 "전자기 방사선 빔 스캐닝 시스템 및 방법(Electromagnetic Radiation Beam Scanning System and Method)"이라는 제목의 미국 특허 출원 번호 16/219,801 및 국제 출원 No.PCT/US2018/065508, "EMR 기반 조직 치료를 위한 스캐닝 시스템(Scanning Systems for EMR-Based Tissue Treatment)"이라는 제목으로, 둘 다 참조로 여기에 통합된다.
도 2를 참조하여, 흐름도(flowchart)(200)는 일부 실시예에 따른 조직을 조사하는 방법을 나타낸다. 먼저, 조직의 외부 표면과 접촉하여 배치되는 윈도우 어셈블리를 사용하여 조직이 냉각된다(210). 일부 실시예에 따르면, 윈도우 어셈블리는 두 개의 윈도우, 즉 제1 윈도우 및 제2 윈도우를 포함하고, 냉각 챔버는 두 개의 윈도우 사이에 위치된다. 냉각 챔버는 냉각제를 수용하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 냉각제의 흐름은 냉각제 챔버를 통과한다. 일부 실시예에서, 조직은 방법(200)의 임의의 후속 단계 이전에 미리 결정된 온도로 냉각된다. 일부 실시예에서, 조직은 임의의 후속 단계 이전에 미리 결정된 시간 동안 냉각된다. 일부 경우에 미리 결정된 시간 동안 조직을 미리 결정된 온도로 냉각시키는 것은 조직의 외부 층(예를 들어, 표피)에 대한 열 손상을 방지하여 휴지 시간을 감소시킬 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 온도 센서는 조직과 관련된 온도, 예를 들어 조직과 접촉하고(따라서 열적으로 통신하는) 성분의 온도를 측정하기 위해 사용된다. 예시적인 온도 센서는 서미스터(thermistor), 열전쌍(thermocouple) 및 적외선 온도 센서를 포함한다. 온도 센서는 어떤 경우에는 조직 온도를 직접 감지하고, 다른 경우에는 조직 온도와 관련된 다른 물질(예를 들어, 조직과 접촉하는 접촉 냉각 어셈블리를 유출하는 냉각제)의 온도를 감지한다.
다음으로, 전자기 방사(EMR) 빔이 생성된다(220). EMR 빔은 횡방향 링 에너지 프로파일(예를 들어, TEM 01* 또는 도넛 에너지 프로파일)을 포함한다. 그 후 EMR 빔은 초점 영역을 형성하도록 수렴된다(230). 통상적으로, EMR 빔은 하나 이상의 광학 장치(예를 들어, 수렴 렌즈(converging lens) 및/또는 액시콘)를 사용하여 수렴된다. 일부 버전에서 EMR 빔은 약 0.2 이상의 개구수(NA)에서 수렴된다. 마지막으로, EMR 빔은 조직(240)을 향하여, 초점 영역이 조직의 내부(즉, 외부 표면 아래)에 적어도 부분적으로 위치하도록 지향된다. 일부 버전에서, EMR을 조직(240) 쪽으로 향하게 하는 것은 EMR 빔을 스캐닝하는 것을 추가적으로 포함하며, 이에 따라 초점 영역이 조직 내에서 이동된다. EMR 스캔은 일반적으로 세 축 중 적어도 하나에서 수행된다(예를 들어, 광학축에 수직인 축과 광학축에 평행한 축). 예를 들어, 초점 영역은 조직 내의 깊이뿐만 아니라 조직 내에서 측면으로 스캔될 수 있다. 방법(200)의 일부 실시예에서, 광학 조직 크리닝 매개체(optical tissue clearing medium)가 조직에 도입된다. 예를 들어, 일부 경우에, 광학 조직 크리닝 매개체는 조직과 윈도우 어셈블리 사이의 조직 표면 상에 도입된다. 일부 실시예에서, 방법(200)은 EMR 빔의 적어도 하나의 파라미터를 제어하는 단계를 추가적으로 포함한다. EMR 빔의 예시적인 파라미터들은 링 형상 에너지 프로파일의 내부 직경, 링 형상 에너지 프로파일의 외부 직경, 링 형상 에너지 프로파일의 두께, 및 조직 내의 초점 영역의 깊이를 포함한다.
예시적인 실시예
이제 도 3a를 참조하면 앞면 덮개가 제거된 예제 시스템(300)이 나와 있다. 광섬유 레이저 소스(fiber optic laser source)(310)는 레이저를 출력한다. 예시적인 섬유 레이저 소스(310)는 평균 전력이 20W(예를 들어, IPG 부품 번호)인 CW Er-Yb 레이저이다(매사추세츠주 옥스포드의 IPG 포토닉스의 ELR-20-1550-LP). 레이저는 콜리메이터(312)에 의해 직경이 약 4mm의 빔 폭으로 시준된다. 그런 다음 시준된 레이저 빔은 빔 성형기(314)에 의해 횡방향 링(즉, 도넛) 에너지 프로파일(예를 들어, TEM 01*) 으로 성형된다. 그 후, 레이저 빔은 광학 트레인을 따라 지향되고, 궁극적으로 집속되고 예제 시스템(300)의 바닥면에서 윈도우 어셈블리(316) 밖으로 지향된다.
도 3b는 도 3a에서 단면선 B-B를 따라 취한 예제 시스템(300)과 빔 성형기(314)의 단면도를 도시한다. 도 3b에서, 빔 성형기는 두 개의 동일한 액시콘, 제1 액시콘(320) 및 제2 액시콘(322)을 포함한다. 예시적인 액시콘은 토르랩(Thorlabs) 부품 번호 AX2510-C이고, 이의 물리적 웨지 각도는 10o이다. 거의 단일 차수 모드(즉, 가우스 횡방향 에너지 프로파일 및 M 2 <= 1.5)를 갖는 레이저 빔은 제1 액시콘(320)에 의해, 먼저 베셀 빔으로 형성되고, 이어서 발산 횡방향 링(즉, 도넛) 에너지 프로파일로 형성된다. 제2 액시콘은 발산 횡방향 링 에너지 프로파일을 시준된 횡방향 링 에너지 프로파일로 시준한다. 빔 성형기는 횡방향 링 에너지 프로파일의 내부 직경이 제1 액시콘(320)과 제2 액시콘(322) 사이의 분리 거리에 비례적으로 관련되도록 구성된다. 예시적인 실시예에 따르면, 횡방향 링 에너지 프로파일의 내부 직경은 명목상 4mm이다. 이제 횡방향 링(즉, 도넛) 에너지 프로파일로 성형된 레이저 빔은 궁극적으로 윈도우 어셈블리(316)를 통해 시스템(300)을 빠져나가는 광학 경로를 따라 더 전파된다. 도 3c는 도 3a의 단면선 C-C를 따라 찍은 예제 시스템(300)과 윈도우(316)의 단면도를 도시한다. 초점 광학 장치(focus optic)(330)는 윈도우(316)로부터 빔-상향(up-beam)에 위치하여, 레이저 빔이 윈도우 어셈블리(316)를 통해 투과함에 따라 수렴한다. 궁극적으로, 초점 광학 장치(330)는 레이저 빔을 윈도우 어셈블리(316) 외부의 초점 영역으로 가져와서, 윈도우 어셈블리가 조직과 접촉하도록 배치될 때 초점 영역은 조직 내에 위치된다. 예시적인 초점 광학 장치는 비구면 렌즈인 Thorlabs Part No.A240-C이고, 공칭 유효 초점 거리가 8mm이다. 일부 실시예에서, Z-스테이지(331)는 초점 광학 장치(330)를 수용하고, 광학축을 따라 초점 광학 장치(330)의 위치를 조절하여 윈도우(316)에 대한 초점 영역의 깊이(즉, 조직 내의 초점 영역의 깊이)에 영향을 미치도록 구성된다. 예시적인 Z-스테이지 331은 뉴스케일 PN이다: 뉴욕 빅터의 뉴스케일 테크놀로지스의 M3-FS. 일부 경우에서 제어기(150)는 초점 영역 깊이의 변화에 영향을 미치기 위해 Z-스테이지를 제어하도록 구성된다.
도 3d는 도 3c의 세부 원 D에서 가져온 예제 시스템(300)의 세부eh를 도시한다. 윈도우 어셈블리(316)은 도 3d에 더 자세히 나와 있다. 제1 윈도우(340)가 초점 광학 장치(330) 근위에 도시된다. 제1 윈도우(340)로부터 분리된 제2 윈도우(342)가 도시된다. 냉각제 챔버(coolant chamber)(344)는 제1 윈도우(340)와 제2 윈도우(342) 사이에 보여진다. 냉각제 챔버(344)는 냉각제 챔버(344)를 통해 유동할 때 냉각제를 수용하기 위해 밀폐되어 있다. 냉각제는 윈도우 어셈블리(316)와의 접촉을 통해 가온되고 냉각기(chiller)로 복귀된다. 그런 다음 냉각제는 냉각기, 예를 들어 열전 냉각기(예를 들어, 부품 번호)에 의해 냉각되고(뉴욕 와핑거스 폭포의 솔리드 스테이트 냉각(Solid State Cooling of Wappingers Falls)의 나온 부품번호 UC190), 윈도우 어셈블리(316)로 재순환된다. 조사((irradiation)) 중 냉각을 위한 윈도우 어셈블리와 관련된 공개는 드레서 등(Dresser et al.)의 미국 특허 출원 번호 16/237,367에 포함되어 있고, 여기에 참조로 통합된다. 도 3a 내지 d에 대한 참조에 개시된 예시적인 윈도우 어셈블리는 아래에 보다 상세히 설명된다.
조사 동안 냉각을 위한 예시적인 윈도우 어셈블리(316)는 도 3e 내지 3h의 다양한 도면으로 개략적으로 표현된다. 도 3e는 어셈블리(assembly)(316)(즉, EMR 공급원을 향하고/표적 조직으로부터 멀어지는 냉각 요소(cooling element)(316)의 부분)의 상부 등각투영도를 도시한다. 도 3f는 윈도우 어셈블리(316)(즉, 표적 조직을 향하고/EMR 소스로부터 멀어지는 윈도우 어셈블리(316)의 부분)의 바닥 등각투영도를 나타낸다. 도 3g는 윈도우 어셈블리(316)의 하부도를 나타낸다. 도 3h는 도 3g에 표시된 단면선을 따라 윈도우 어셈블리(316)의 단면도를 나타낸다. 예시적인 윈도우 어셈블리(316)는 프레임(frame)(350)을 포함한다. 도 3e 및 3g를 참조하여 프레임(350)에는 세 개의 데이텀(datum)(352)이 있다. 데이텀(352)은 에너지 기반 장치(예를 들어, 300) 상의 마운트에 대응하며, 이는 조사를 발생시킬 수 있고, 이에 의해 윈도우 어셈블리(316)가 에너지 기반 장치 상에 제거 가능하게 부착되고 교체될 수 있게 한다. 일부 실시예에 따르면, 데이텀(352)은 하나 이상의 기하학적 형태, 예를 들어 평면, 선, 및 점과 근사할 수 있다. 일부 버전에 따르면, 데이텀(352)은 운동학적 마운트(kinematic mount)(예를 들어, 맥스웰리안 또는 켈빈 마운트)의 일부를 포함한다. 윈도우 어셈블리(316)의 세 개의 데이텀(352)은 평면에 위치할 수 있다. 예시적인 윈도우 어셈블리(316)는 제1 시일(first seal)(354)에 의해 프레임(350)에 밀봉되는 제1 윈도우(340) 및 제2 시일(356)에 의해 프레임(350)에 밀봉되는 제2 윈도우(342)를 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 제1 시일(354) 및 제2 시일(356)은 접착제를 포함한다. 접착제의 예로는 광경화 접착제, 실리콘 및 에폭시가 포함될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제1 시일(354) 및/또는 제2 시일(356)은 용접( weld), 브레이즈(braze), 또는 땜납(solder)을 포함하고, 대응하는 제1 윈도우(340) 및/또는 제2 윈도우(342)의 에지는 이러한 유형의 시일을 허용하는 재료(예를 들어, 금속)로 금속화되거나, 스퍼터링되거나, 코팅될 수 있다. 또한, 제2 윈도우(342)는 하나 이상의 패스너(fastener)(358)로 프레임(350)에 부착된다. 도 3g 및 3h에서 볼 수 있으며, 윈도우 어셈블리(316)의 패스너(358)는 세 개의 기계 나사에 의해 제자리에 고정된 클램프 플레이트(clamp plate)를 포함한다. 패스너의 추가 예로는 나사, 클램프, 스냅 고정 링, 탭 또는 이들의 임의의 조합이 포함될 수 있다. 제2 윈도우(342)를 프레임에 부착하는 것은 제2 윈도우(342)의 원위 표면(distal surface)(360)이 제2 시일(356)에 부가적인 응력을 도입하지 않고 조직과 견고하게 접촉하게 배치될 수 있게 하고, 이는 제2 윈도우(342)의 원위 표면(360)의 굴곡 또는 이동을 초래할 수 있다.
원위 표면(360)과 EMR 빔을 집속시키는 광학 장치 사이의 거리의 변화는 빔의 작동 거리(working distance) 및 조직 내의 결과적인 초점의 위치에 영향을 미친다. 일부 실시예에 따르면, 제2 윈도우(342)의 원위 표면(360)은 데이텀(352)에 대한 미리 결정된 형상(예를 들어, 배향, 위치 등)에 위치될 수 있다. 예를 들어, 일부 버전에서, 제2 윈도우(342)는 원하는 공차(예를 들어, 0.5mrad) 내에서 하나 이상의 데이텀(352)에 의해 근사된 평면에 평행하게 위치된다. 추가적으로, 제2 윈도우(342)는 원하는 공차(예를 들어, 0.05mm) 내에서 광학축(예를 들어, z-축)을 따라 정확한 거리에 위치될 수 있다. 추가적으로, 일부 실시예에 따르면, 제1 윈도우(340) 및 제2 윈도우(342) 모두는 평행하게 위치되고, 이들 사이의 규정된 거리는 원하는 공차(예를 들어, 0.5mrad 및 0.05mm) 내에 있을 수 있다. 여러 가지 이유로, 일부 실시예에서 제2 윈도우의 원위 표면(360)은 비-평면 형상(예를 들어, 볼록 또는 오목)을 포함한다. 예를 들어, 볼록한 형상의 원위 표면(360)은 조직과 접촉하여 배치될 때 조직을 압박하는 데 유리할 수 있다.
도 3h는 시스템(400) 내의 챔버(chamber)(344)를 나타낸다. 챔버(344)는 프레임(350), 제1 윈도우(340) 및 제2 윈도우(342)에 의해 바운딩된다. 챔버(344)는 제1 시일(354) 및 제2 시일(356)에 의해 밀봉될 수 있다. 챔버(344)는 냉각제를 수용하도록 구성된다. 일부 실시예에 따르면, 냉각제의 유동이 챔버(344)와 유체 연통하는 하나 이상의 포트(port)(362)를 통해 챔버(344)에 공급된다. 일부 실시예에 따르면, 포트(362)는 포트(362)와 유체 연통하는 냉각제 유동 소스로부터의 냉각제의 유동을 제공할 수 있다. 일부 구현에서, 냉각제 유동원은 하나 이상의 피팅(fitting)(364)을 통해 포트(362)와 유체 연통될 수 있다. 도 3e 및 3f는 챔버(344)에 냉각제를 공급하고 챔버(344)에서 냉각제를 반환하기 위한 냉각제 공급 피팅(364a)과 냉각제 리턴 피팅(364b)을 모두 도시한다.
일부 실시예에 따르면, 제2 윈도우는 높은 열투과율(thermal effusivity)을 갖는 재료(예를 들어, 석영, 사파이어, 다이아몬드 등)를 포함한다. 열투과율(thermal effusivity)이 높을수록 조직 표면에서 냉각제의 흐름으로 더 많은 열이 전달 될 수 있다. 마찬가지로, 일부 실시예에 따르면, 제1 윈도우(340)는 더 낮은 열투과율을 갖는 재료(예를 들어, 유리 또는 중합체)를 포함한다. 더 낮은 열투과율 재료를 갖는 제1 윈도우(340)를 갖는 구현체들은 제1 윈도우를 통해 냉각제의 흐름 내로 더 적은 열을 전달할 수 있다. 그 결과, 응축( condensation)은 제1 윈도우(340)가 높은 열투과율 재료를 포함하는 버전보다 더 느리게 발생할 수 있다. 추가적으로, 일부 실시예에서, 제1 윈도우는 제2 윈도우의 두께(예를 들어, 약 1mm)를 가지며, 이는 제2 윈도우의 두께(예를 들어, 약 0.5mm) 보다 크며, 열 에너지 전달이 제2 윈도우를 가로질러 더 자유롭게 일어날 수 있게 한다. 일부 버전에 따르면 깨끗하고 건조한 공기, 질소, 이산화탄소 또는 아르곤과 같은 비 응축 가스를 제1 윈도우에 날려 응축을 추가로 방지 할 수 있다.
도 4a는 일부 실시예에 따른 시뮬레이션된 광학 레이아웃(simulated optical layout)(400)을 도시한다. 시준된 가우스 빔(collimated Gaussian beam)(410)은 베셀 빔(414)을 형성하는 제1 액시콘(412)에 입사 및 중심상에 전파한다. 베셀 빔(414)은 시준된 횡방향 링(즉, 도넛) 에너지 프로파일 빔(energy profile beam)(418)을 형성하는 제2 액시콘(416)에 입사 및 중심상에 전파한다. 시준된 횡방향 링 에너지 프로파일 빔(418)은 초점 영역(424)에 초점을 맞추는 수렴시키는 횡방향 에너지 프로파일(422)을 형성하는 비구면 초점 광학 장치(420)에 입사 및 중심상에 전파한다.
도 4b는 시준된 가우스 빔(410)의 제1 시뮬레이션된 가우스 빔 프로파일(430)을 도시한다. 도 4c는 초점 영역(424) 이전에 수렴시키는 횡방향 링 에너지 프로파일(422 0.5mm)의 제1 시뮬레이션된 횡방향 링(즉, 도넛) 빔 프로파일(432)을 도시한다. 도 4d는 초점 영역(424) 이전에 수렴시키는 횡방향 링 에너지 프로파일(422, 0.2 mm)의 제2 시뮬레이션된 횡방향 링 빔 프로파일(434)을 도시한다. 그리고, 도 4e는 초점 영역(424) 이전에 수렴시키는 횡방향 링 에너지 프로파일(422) 0.1mm 의 제3 시뮬레이션된 횡방향 링 빔 프로파일(third simulated transverse ring beam profile)(436)을 도시한다. 수렴 횡방향 링 에너지 프로파일 빔(converging transverse ring energy profile beam)(422)은 동일한 조건 하에서 가우시안 모드 빔이 갖는 것보다 빔 프로파일에 걸쳐 더 낮은 조도(irradiance)를 갖는다. 도 4f를 참조하여 초점에서 0.5mm 떨어진 가우스 빔에 대한 가우스 에너지 프로파일(440)이 표시된다. 초점으로부터 0.5mm 떨어진 횡방향 링 에너지 프로파일 빔에 대한 횡방향 링(즉, 도넛) 에너지 프로파일(442)이 도 4g에 도시된다. 도 4f와 도 4g에 특성화된 두 빔은 모두 동일한 전력(예를 들어, 1W)을 갖는다. 그러나, 가우스 빔에 대한 국부 최대 조도는 횡방향 링 에너지 프로파일 빔(예를 들어, 0.75W/cm2) 보다 훨씬 크다(예를 들어, 1.29W/cm 2). 이것은 횡방향 링 빔이 피부의 외부 층(outer layers)(예를 들어, 표피(epidermis))에 더 적은 피크 에너지 밀도를 전달하는 동시에, 피부의 깊은 층(예를 들어, 진피(dermis))에 동일한 양의 에너지를 전달하도록 허용한다. 횡방향 링 빔에서 피크 국부 에너지 밀도(peak local energy density)의 감소의 제어는 횡방향 링 에너지 프로파일의 내부 직경의 폭을 변화시킴으로써 달성된다. 더 큰 내경은 빔의 외부 부분에 더 많은 에너지를 밀어 넣고 빔 내의 피크 에너지 밀도(또는 전력 밀도)를 감소시킨다. 부가적으로, 초점 광학 장치(420)의 개구수를 증가시킴으로써 가우시안 및 횡방향 링 에너지 프로파일 모두에서 피크 국부 에너지 밀도가 감소될 수 있다.
예시적인 생체 외 연구(Exemplary Ex Vivo Studie)
일부 실시 예에 따르는 많은 연구가 수행되었다. 이 연구는 최대 평균 전력이 20W이고 파장이 1550nm(IPG) 인 연속파(CW) Er-Yb 파이버 레이저를 사용하여 수행되었다. 절제된 인간 조직은 높은 수치 조리개(예를 들어, 0.4 이상의 NA) 초점 시스템(focusing system)을 사용하여 조사되었다. 분별 조사는 XY 전환 스테이지(X-Y translation stage)에서 초점 시스템을 기준으로 인체 조직을 스캔 할 때 CW 섬유 레이저를 펄싱하여 수행되었다. 그런 다음 인체 조직을 절개하고 염색하고 검사되었다. 니트로 블루 테트라 졸륨 클로라이드(nitro blue tetrazolium chloride)(NBTC) 얼룩을 사용하여 생존력을 테스트했다. 구체적으로, NBTC 얼룩은 조직 내의 단백질에 작용한다. 이러한 단백질이 손상되면(예를 들어, 열 변성) 더 이상 NBTC에 의해 염색되지 않고 얼룩지지 않은 것처럼 보이다.
연구 번호 1
가우스 빔을 사용하여 조직의 비절제 열 파괴에 필요한 펄스 에너지를 결정하기 위해 첫 번째 연구가 수행되었다. 연구 번호 1에 사용된 파라미터는 다음과 같다:
| 렌즈 개구수(LENS NA) 0.5 | 유닛 | ||||
| 스킨 | 인간 복강성형술(Human Abdominoplasty) | ||||
| 피부의 단일층 깊이 0.5mm | 조직4 | 조직3 | 조직2 | 조직1 | |
| 피부의 단일층 깊이 0.7mm | 조직5 | 조직6 | 조직7 | 조직8 | |
| 레이저 평균 출력 | 15.5 | 15.5 | 15.5 | 15.5 | W |
| 스팟당 필요한 에너지 | 10 | 20 | 30 | 40 | mJ |
| 스팟 피치 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | mm |
| 스팟 사이즈 | 0.025 | 0.025 | 0.025 | 0.025 | mm |
| 펄스 지속 시간 | 0.65 | 1.29 | 1.94 | 2.58 | msec |
| 스테이지 속도 | 38.75 | 19.38 | 12.92 | 9.69 | mm/초 |
| 레이저 펄스 반복 속도 | 0.01 | 0.03 | 0.04 | 0.05 | 초 |
| 77.5 | 38.75 | 25.83 | 19.38 | Hz | |
| 10x10mm2를 위한 치료 시간 | 5.2 | 10.3 | 15.5 | 20.6 | 초 |
연구 번호 1에 대한 몇 가지 대표적인 결과는 도 5a-d의 조직학 슬라이드(histological slide)에 나와 있다. 도 5a는 약 10mJ의 에너지를 갖는 펄스로 조사한 후 취한 수평 단면을 도시한다. 도 5b는 약 10mJ의 에너지를 갖는 펄스로 조사한 후 취한 수직 단면을 도시한다. 단백질의 아주 약간의 열 변성은 NBTC 얼룩에 의해 입증된다. 대조적으로, 10mJ를 초과하는 펄스 에너지, 예를 들어 약 40mJ에서의 조사는 현저한 열 파괴를 초래하는 것으로 나타났다. 도 5c는 펄스 조사 당 40mJ의 조직 포스트 표면 아래 약 300 마이크로 미터에서 찍은 수평 단면을 도시한다. 그리고, 도 5d는 펄스 조사 당 40mJ 후 조직의 수직 단면을 도시한다. 연구 번호 1에서 이 파라미터 세트가 펄스 당 10mJ가 임계 펄스 에너지이며 그 이하에서는 열 중단이 거의 또는 전혀 발생하지 않는다고 결론지었다.
연구 번호 2
연구 번호 2는 분별 비절제 생체 외 조사(ex vivo irradiation)에 대한 광학 조직 크리닝 매개체의 영향을 결정하기 위해 수행되었다. 절제된 인간 조직의 샘플을 조사 전 4시간 동안 광학 조직 크리닝 매개체에 넣었다. 샘플은 매개체 표피가 들어있는 페트리 접시(petri dish)에 담근다. 인산염 완충 식염수(PBS)와 글리세롤의 두 가지 광학 조직 크리닝 매개체가 테스트되었다. 연구 번호 2에 사용된 파라미터는 다음과 같다.
| 렌즈 0.5NA | 유닛 | 광학 조직 크리닝 매개체 | ||||
| 스킨 | 인간 복강성형술 |
|||||
| 피부의 단일층 깊이 0.5mm | 조직 4 | 조직3 | 조직2 | 조직1 | 글리세롤 | |
| 피부의 단일층 깊이 0.7mm | 조직 8 | 조직7 | 조직6 | 조직5 | PBS | |
| 레이저 파워 | 15.5 | 15.5 | 15.5 | 15.5 | W | |
| 스팟당 필요한 에너지 | 20 | 10 | 7 | 5 | mJ | |
| 스팟 피치 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | Mm | |
| 스팟 크기< | 0.025 | 0.025 | 0.025 | 0.025 | Mm | |
| 펄스 지속 시간 | 1.290 | 0.645 | 0.452 | 0.323 | msec | |
| 스테이지 속도 | 19.38 | 38.75 | 55.36 | 77.50 | mm/초 | |
| 레이저 펄스 반복 속도 | 0.03 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 초 | |
| 38.75 | 77.50 | 110.71 | 155.00 | Hz | ||
| 10x10mm2를 위한 치료 시간 | 10.3 | 5.2 | 3.6 | 2.6 |
열 파괴는 광학 조직 크리닝 매개체 침지 조직 샘플에서 펄스 당 20mJ에서만 볼 수있었다. 낮은 테스트 펄스 에너지(5mJ, 7mJ 및 10mJ)에서 NBTC 생존력 염색을 통해 열 파괴가 분명하지 않았다. 연구 번호 2에 대한 몇 가지 대표적인 결과는 도 6a-b의 조직학 슬라이드에 나와 있다. 도 6a는 펄스 당 20mJ로 조사되는 글리세롤 침지 조직에서 채취 한 수직 단면을 도시한다. 도 6b는 펄스 당 20mJ로 조사되는 PBS 침지 조직에서 채취 한 수직 단면을 도시한다.
연구 번호 3
연구 번호 2는 분별 비절제 생체 외 조사에 대한 횡방향 링(즉, 도넛) 에너지 프로파일의 영향을 결정하기 위해 수행되었다. 절제된 인간 조직의 샘플을 조사 전 4시간 동안 광학 조직 크리닝 매개체에 넣었다. 샘플은 매개체 표피(medium epidermis)가 들어있는 페트리 접시(petri dish)에 담근다. 인산염 완충 식염수(PBS)와 글리세롤의 두 가지 광학 조직 크리닝 매개체가 테스트되었다. 레이저 빔은 위에서 설명한 바와 같이 횡방향 링 에너지 프로파일로 성형되고 조직에 집중되었다. 연구 번호 2에 사용된 파라미터는 다음과 같다.
| 1550nm 코팅 윈도우의, 두 개의 액시콘이 있는 베셀 빔 | |||||||
| 복강성형술 피부 | 유닛 | OTC | 빔 형상 | ||||
| 피부의 단일층 깊이 0.5mm | 조직 4 | 조직 3 | 조직 2 | 조직 1 | PBS | 도넛(Donut) | |
| 조직 7 | 조직 6 | 조직 5 | - | 글리세롤 | 도넛(Donut) | ||
| 레이저 파워 | 16.2 | 16.2 | 16.2 | 16.2 | W | ||
| 스팟당 필요한 에너지 | 20 | 10 | 7 | 5 | mJ | ||
| 스팟 피치 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | Mm | ||
| 스팟 크기< | 0.025 | 0.025 | 0.025 | 0.025 | Mm | ||
| 펄스 지속 시간 | 1.235 | 0.617 | 0.432 | 0.309 | Msec | ||
| 스테이지 속도 | 20.25 | 40.50 | 57.86 | 81.00 | mm/초 | ||
| 레이저 펄스 반복 속도 | 0.02 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 초 | ||
| 40.50 | 81.00 | 115.71 | 162.00 | Hz | |||
| 10x10mm2를 위한 치료 시간 | 9.9 | 4.9 | 3.5 | 2.5 | |||
연구 번호 3의 조직학 결과는 도 7a-e를 참조하여 설명된다. 도 7a는, 왼쪽에 펄스 에너지 당 10mJ, 오른쪽에 펄스 에너지 당 20mJ의, 글리세롤 침지 조직, 아래에 PBS에 침지 조직을 갖는 데카르트 레이아웃의 네 개의 조직학 이미지를 나타낸다. 일반적으로, 10mJ 펄스 에너지보다 20mJ펄스 에너지에서 더 넓고 깊은 열 중단이 분명하다. 도 7b는 글리세롤에 담그고 10mJ 펄스 에너지를 조사한 조직을 촬영한 수평 조직학 이미지를 도시한다. 도 7c는 글리세롤에 담그고 20mJ 펄스 에너지를 조사한 조직을 촬영한 수평 조직학 이미지를 도시한다. 도 7d는 PBS에 담그고 10mJ 펄스 에너지를 조사한 조직을 촬영한 수평 조직학 이미지를 도시한다. 도 7e는 PBS에 담그고 20mJ 펄스 에너지를 조사한 조직을 촬영한 수평 조직학 이미지를 도시한다. 횡방향 링 에너지 프로파일로 조사된 조직의 수평 조직학에서는 링 형상의 손상을 볼 수 있다(예를 들어, 도 7c). 수평 조직학에서 링으로 나타나는 손상은 조직 내 깊은 지점(예를 들어, 300 - 1000 마이크로 미터)에 도달하는 얇은 벽의 중공 원뿔의 3 차원이다. 손상의 원뿔 내에는 수평 단면(예를 들어, 도 7c)의 손상 링과 수직 단면의 'Y'모양 손상(예를 들어, 도 7a)에 의해 입증된 건강한 영향을 받지 않는 조직이 존재한다. 이 조사 패턴의 이점은 현재의 분별 조사 기술보다 표피가 덜 손상된다는 것이고; 손상된 표피는 건강한(즉, 영향을받지 않는) 조직으로 둘러싸인 작은 좁은 폭(예를 들어, 1 - 100 마이크로 미터)에서 손상된다.
파라미터 선택
본 개시의 실시예의 실행과 관련된 파라미터는 아래 표에 요약되어 있다:
| 최소 | 최대 | 공칭 | |
|
EMR 파장
(nm) |
200 | 20000 | 1550 |
|
개구수
(-) |
0.01 | 1 | 0.5 |
|
초점 영역 너비
(마이크로미터, μm) |
0.05 | 5000 | 4 |
|
초점 영역 길이
(mm) |
0.005 | 500 | 0.5 |
| 조직 표면 아래 초점 영역 깊이(mm) | 0 | 10 | 0.3 |
| 펄스 에너지(mJ) | 0.1 | 300 | 30 |
| 펄스 지속 시간(nS) | 1 | 1,000,000,000 | 5,000,000 |
| 평균 전력(W) | 0.01 | 100 | 10 |
| 피크 전력(W) | 1 | 1,000,000 | 20 |
| 사전 냉각 시간(S) | 0.1 | 200 | 10 |
|
사전 냉각 온도
( o C) |
-200(극저온 냉각용) | 10 | 2 |
| 횡방향 링(즉, 도넛) 에너지 프로파일, 내부 직경(mm) | 0.05 | 50 | 4 |
| 횡방향 링(즉, 도넛) 에너지 프로파일, 환형 폭(mm) | 0.05 | 50 | 2 |
| 광학 조직 크리닝 성분(Optical Tissue Clearing Constituents) | 글리콜, 인산염 완충 식염수(PBS), 폴리에틸렌 글리콜(PEG)(400). | ||
| 냉각제 성분(Coolant Constituents) | 물, 알코올, 프로필렌 글리콜, 플루오로 카본 기반 유체 및 부동액 | ||
| 스캐닝 시스템 | 전환 스테이지(Translation Stage), 검류계(galvanometer) | ||
일부 실시예에서, 링 형상 에너지 프로파일의 측면은 제어가능 하다. 도 8a는 링 형상 에너지 프로파일(ring-shaped energy profile)을 생성하도록 구성된 한 쌍의 액시콘(800)을 나타낸다. 두 개의 액시콘(800)의 분리(S)(810)와 결과적인 링 형상 빔의 메이저 직경(812) 사이의 관계가 표현될 수 있다:
여기서, n은 제1 및 제2 액시콘의 굴절률이고 α는 제1 및 제2 액시콘(800)의 웨지 각도이다.
상술한 바와 같이, 시준된 빔 직경(collimated beam diameter)(814)은 액시콘 쌍(axicon pair)(800)에 진입함에 따라 링 형상의 에너지 프로파일 폭(816)을 결정한다. 따라서, 일부 실시예에서, 링 형상 에너지 프로파일(ring-shaped energy profile)(816)의 폭은 시준된 빔 직경(814)을 변화시킴으로써 제어된다. 예를 들어, 일부 경우에 빔 확장기(beam expander)(예를 들어, 갈리안 빔 확장기 또는 케플러리안 빔 확장기)가 액시콘 쌍(800)에 도달하기 전에 시준된 빔 직경(814)을 확장(또는 감소) 하기 위해 사용된다. 마이너(minor)(즉, 내부(inner)) 직경(818)은 링 에너지 프로파일의 메이저(즉, 외부(outer)) 직경(812)으로 표현될 수 있다. 구체적으로, 마이너 직경(minor diameter)(818)은 콜리메이트된 빔(814)의 직경보다 작은 메이저 직경(812)과 동일하거나, 또는
여기서,
는 마이너 직경(818),
은 메이저 직경(812),
은 빔 직경(814)이다. 일부 실시예에 따르면, 링 형상 에너지 프로파일과 관련된 하나 이상의 파라미터들은 제어기에 의해 제어되고, 이는 전술한 파라미터(예를 들어, 액시콘 쌍(800) 분리 거리(810) 및/또는 빔 확장기 레이트)를 조작한다. 예를 들어, 일부 경우에 액시콘 쌍(800) 사이의 분리 거리(810)는 전동 스테이지(예를 들어, 토르랩(Thorlabs) PN:PT1-Z8)을 사용하여 전자적으로 조작될 수 있다. 마찬가지로, 일부 경우(예를 들어, 갈리안 빔 확장기)에서 두 광학 장치 사이의 광학 경로 거리가 빔 확장기의 빔 확장(또는 빔 감소) 속도를 제어한다. 이 경우, 전동 스테이지가 액시콘 쌍(800)에 진입할 때 빔(814)의 폭을 제어하기 위해 또한 사용될 수 있다.
작은 직경의 분별 치료는 더 작은 상처와 빠른 치유를 초래한다. 예를 들어, 특정 너비(예를 들어, 약 0.15mm, 0.25mm 또는 0.5mm) 보다 큰 부분 손상은 일부 개인에게 흉터를 유발할 수 있음이 밝혀졌다. 현재 상업적으로 달성 가능한 것보다 낮은 작은 부분 손상 폭은 임계 값 최소 부분 손상 폭 크기까지 휴지 시간을 더욱 최소화한다. 특히, 단일 셀보다 작은 빔 크기(예를 들어, 약 20마이크로미터)는 실질적으로 가능한 가장 작은 분별 손상을 초래한다. 상술한 바와 같이, 일부 경우에 상술한 예시적인 광학 시스템은 이러한 규모의 조직에 대한 열 손상을 달성한다. 추가의 예시적인 실시예에서, 이 조직에 대한 작은 분별된 손상은 다른 예시적인 광학 시스템을 통해 달성된다.
당업자는 전술한 실시예에 기초하여 본 발명의 추가 특징 및 이점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구 범위에 의해 지시된 것을 제외하고는 특별히 도시되고 설명된 것에 의해 제한되지 않는다. 본 명세서에 인용된 모든 간행물 및 참고 문헌은 그 전체가 본 명세서에 명백히 참고로 포함된다.
추가 실시예.
수십 마이크로미터 스케일에서 분별 손상에 영향을 미치기 위한 추가적인 실시예가 도 9a-b를 참조하여 설명된다. 도 9a를 참조하여, 베셀 빔 초점 영역(910)을 생성하는 광학 방식(900)이 표시된다. 베셀 빔 초점 영역은 일반 회절 제한 초점 영역과 달리 초점 폭과 초점 영역 길이를 가지며 서로 분리할 수 있다. 일반적으로, 초점 영역 길이(즉, 피사계 심도)는 초점 영역 반경(예를 들어, 레일리 범위)의 제곱에 비례하여 관련된다. 초점 영역 길이와 초점 영역 폭을 분리하면 매우 좁은(예를 들어, 약 0.1mm 미만) 매우 긴 초점 영역(예를 들어, 0.5mm 이상)을 형성 할 수 있다.
도 9a는 길고 좁은 빔을 생성하는 데 사용할 수있는 광학 경로를 개략적으로도시한다. 이 구성에는 세 개의 액시콘이 사용된다. 제1 액시콘(912) 및 제2 액시콘(914)은 빔을 시준된 환형 빔(916) 으로 성형하는데 사용되고, 제3 액시콘(918)은 빔을 베셀 빔 초점 영역(910)에 집속하기 위해 사용된다.
일부 예시적인 실시예에 따르면, 부분 치료를 위한 손상의 폭은 베셀 빔 초점 영역(910)의 제1 로브(lobe)의 폭과 관련된다. 베셀 빔 초점 영역(Bessel beam focal region)(910)의 제1 로브의 반폭, ωo는 파장 λ, 액시콘의 웨지 각도 α 및 액시콘의 굴절률 n의 함수이고, n은:
이다.
따라서, 일부 실시예에 따르면, 이러한 광학 파라미터의 선택은 제3 액시콘(918)에 대한 액시콘 웨지 각도의 선택을 통해 달성된다. 아래 표는 액시콘 웨지 각도를 기반으로 한 1550nm 빔에 대한 몇 가지 예시적인 제1 로브 직경을 도시한다.
|
웨지 각도
(deg) |
wp1 로브 다이암(First Lobe Diam).
(um) |
| 0.5 | 296 |
| 1 | 148 |
| 2 | 74 |
| 5 | 30 |
| 10 | 15 |
| 20 | 7 |
| 30 | 5 |
분별 치료(fractionated treatment)에 의한 손상 길이는 베셀 빔 초점 영역(Bessel beam focal region)(910)의 길이와 관련된다. 액시콘에 의해 형성된 베셀 빔의 길이(예를 들어, 피사계 심도(depth of field)[DOF])(920)는 액시콘에서의 빔의 폭의 함수이다. 환형 빔(annular beam)이 사용될 때 초점 영역 길이는 환형(annulus) 폭(922)의 함수이다. 환형의 폭은 차례로 시준된 빔(924)의 폭의 함수(예를 들어, 절반)이며, 이는 환형 빔을 형성하도록 형성된다. 베셀 빔의 길이는 아래 방정식을 사용하여 근사화할 수 있다:
예를 들어 4mm 출력 빔, 파장 1550nm 및 20o 웨지 각도의 경우 베셀 빔 초점 영역의 길이는 15mm에 근사한다.
제3 초점 액시콘(918)의 선단과 베셀 빔 초점 영역(Bessel beam focal region)(910) 사이의 작동 거리(WD)(926)는 환형 링(annular ring)(916)의 내부 직경(928)의 함수이다. 액시콘(918)의 선단으로부터 측정된 작동 거리(926)는 도 9a-b를 참조하여 아래 방정식을 사용하여 근사치할 수 있다:
위의 방정식은 X1과 X0에 대한 아래 두 방정식에서 유도된다. 도 9b는 이러한 방정식 간의 관계를 도시한다.
위에서 볼 수 있는 바와 같이, 링 에너지 프로파일(916)의 마이너(즉, 내부) 직경(928)은 작동 거리(working distance)(926)에 영향을 미친다. 예를 들어, 액시콘에 의해 작용하는 비 환형 빔은 액시콘의 끝에서 시작하는 베셀 빔 초점 영역을 생성한다. 일부 실시예에서, 초점 영역(ocal region)(910)은 초점 액시콘( focusing axicon)(918)에 입사하는 환형 빔의 작은 직경(928)을 제어함으로써 조직 내(예를 들어, 조직의 표면 아래) 깊이로 제어되어 초점 영역(910)의 작동 거리(926)에 영향을 미친다. 일부 버전에서, 환형 빔(916)의 마이너 직경(minor diameter)(928)은 제1 액시콘(912)과 제2 액시콘 사이의 분리(separation) 함수이다. 마이너 직경은 링 에너지 프로파일(916)의 메이저(즉, 외부) 직경(930) 으로 표현될 수 있다. 구체적으로, 마이너 직경(minor diameter)(928)은 시준된 빔(924)의 직경보다 작은 메이저 직경(major diameter)(930)과 동일하거나, 또는:
도 10은 치료 시스템(treatment system)(1010)의 예시적인 일 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 처리 시스템(1010)은 플랫폼(1012), 및 방출기(emitter)(1014) 및 제어기(controller)(1016)를 포함한다. 플랫폼(1012)은 하나 이상의 조작기 또는 암(1020)을 포함할 수 있다. 암(1020)은 피험자(subject)(1024)의 표적 조직(target tissue)(1022)에 다양한 치료를 수행하기 위해 방출기(emitter)(1014)에 커플링될 수 있다. 장착 플랫폼(12) 및 방출기(14)의 작동은 사용자에 의해 수동으로 또는 제어기(16)를 사용하여(예를 들어, 사용자 인터페이스를 통해) 지시될 수 있다. 특정 실시예(도시되지 않음)에서, 이미터는 핸드-헬드 폼 팩터를 가질 수 있고 플랫폼(1012)은 생략될 수 있다. 다른 실시예에서, 플랫폼은 로봇 플랫폼 일 수 있으며 암은 방출기 조작을 위해 제어기에 통신 가능하게 커플링 될 수 있다.
방출기(1014) 및 제어기(1016)(및 선택적으로 플랫폼(1012))는 통신 링크(communications link)(1026)를 통해 서로 통신할 수 있으며, 이는 임의의 적절한 통신 프로토콜에 따라 임의의 적절한 유형의 신호(예를 들어, 전기, 광학, 적외선 등)를 전달하는 임의의 적절한 유형의 유선 및/또는 무선 통신 링크 일 수 있다.
제어기(1016)의 실시예는 방출기(1014)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 한 측면에서, 제어기(1016)는 EMR(1030)의 이동을 제어할 수 있다. 아래에서 자세히 설명했듯이, 방출기(1014)는 EMR(1030)의 방출을 위한 소스(1032) 및 EMR(1030)의 조작을 위한 스캐닝 시스템(scanning system)(1034)을 포함할 수 있다. 예로서, 스캐닝 시스템(1034)은 EMR(1030)을 초점 영역에 초점을 맞추고 이 초점 영역을 공간에서 이동 및/또는 회전시키도록 구성될 수 있다. 제어기(1016)는 통신 링크(26)를 통해 소스(1032)에 신호를 전송하여 파장, 전력, 반복 속도, 펄스 지속 시간, 펄스 에너지, 초점 속성(예를 들어, 초점 볼륨(focal volume), 레일레이 길이(Rayleigh length) 등)과 같은 하나 이상의 선택된 속성을 갖는 EMR(1030)을 방출하도록 소스(1032)에 명령할 수 있다. 또 다른 측면에서, 제어기(controller)(1016)는 하나 이상의 전환 및/또는 회전 동작에서 표적 조직(1022)에 대해 EMR(1030)의 초점 영역을 이동시키도록 스캐닝 시스템(1034)에 명령하기 위해 통신 링크(communications link)(1026)를 통해 스캐닝 시스템(scanning system)(1034)에 신호를 전송할 수 있다.
치료 시스템( treatment system)(1010) 및 방법의 실시예는 진피층과 같은 피부 조직 내의 치료의 맥락에서 본원에서 논의된다. 그러나, 개시된 실시예는 제한없이 피험자의 임의의 위치에서 임의의 조직의 치료를 위해 사용될 수 있다. 비 피부 조직의 예는 점막 조직(mucosal tissue), 생식기 조직(genital tissue), 내부 기관 조직(internal organ tissue) 및 위장관 조직(gastrointestinal tract tissue)의 표면 및 표면 아래 영역을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
예시적인 수동 스캔 시스템
일부 실시예에서, 치료 영역 상에서 수동으로 스캔(즉, 임상의에 의해 수동으로 이동) 되는 핸드헬드 시스템( treatment system)(1100)이 사용된다. 도 11a-11c는 수동으로 스캔할 수 있는 예시적인 실시예를 도시한다. 도 11a는 시스템(1100)의 정면도를 나타내고, 도 11b는 시스템(1100)의 측면도를 나타내고, 도 11c는 시스템(1100)의 단면도를 도시한다. 도 11a - 11c를 참조하여 파이버 레이저는 콜리메이터(1110)를 통해 레이저 빔을 출력한다. 레이저 빔은 모든 파장이 될 수 있다. 파장 선택의 세부 사항은 위에 자세히 설명되어 있다. 시준된 레이저 빔은 빔 성형기(1112)에 의해 작용된다. 상술한 바와 같이, 빔 성형기(1112)는 콜리메이터(1110)로부터 시준된 레이저 빔을 취하여 횡방향 링 에너지 프로파일로 형성한다. 단면도(도 11c)에 도시된 바와 같이, 빔 성형기는 제1 액시콘(1112A), 얼라인먼트 미러(alignment mirror)(1112B), 및 제2 액시콘(1112C)을 갖는다. 두 개의 액시콘(1112A 및 1112C)은 빔을 성형하는 데 사용된다. 얼라인먼트 미러(1112B)는 제2 액시콘(1112C) 상에 레이저 빔을 정렬하기 위해 사용된다. 일반적으로 액시콘은 정렬 불량, 특히 집중의 오정렬에 매우 민감하다. 빔 성형기(1112)이후에, 레이저 빔은 제1 검류계 미러(galvanometer mirror)(1114)에 의해 반사되고 빔 확장기(beam expander)(1116) 내로 그리고 빔 확장기(1116)를 통과하도록 지향된다. 빔 확장기는 케플러리안 빔 확장기(Keplerian beam expander)이고, 빔을 중간 초점에 초점을 맞추는 제1 포지티브 광학 요소(1116A) 및 레이저 빔을 시준하는 제2 포지티브 광학 요소(1116B)를 포함한다. 일부 경우에, 빔 확장기 광학 장치 중 하나 이상이 동적이며 광학축을 따라 이동될 수 있다. 선형 스테이지(linear stage)(1116C)는 제2 포지티브 광학 요소(1116B)를 광학축을 따라 이동시킨다. 예시적인 선형 스테이지는 뉴욕, 빅터의 뉴스케일 테크놀로지스(Newscale Technologies of Victor)의 뉴스케일(Newscale) M3-LS-3.4-15이다. 빔 확장기(1116)는 시준된 링 빔을, 예를 들어 2 내지 20X 사이의 계수만큼 확장시킨다. 빔 확장기(1116)를 빠져나갈 때, 레이저 빔은 대물 렌즈(objective lens)(1119)(예를 들어, 비구면 초점 광학 장치, 예를 들어, 독일 예나의 비구면 PN:AFL25-40)에 의해 초점을 맞춘 정적 폴드 미러((static fold mirror))(1118)에 의해 반사되고, 제2 검류계 미러(1120)에 의해 반사되고, 접촉 윈도우(contact window)(1122)로부터 나오도록 지향된다. 일부 버전에서, 빔 확장기는 제1 검류계 미러(114)와 대물 렌즈(1119) 사이의 공액 거리에 배치되는 무한 초점 릴레이 시스템(afocal relay system)이다. 상기 상세히 설명된 많은 것과 같이, 접촉 윈도우(1122)는 제1 윈도우(1122A), 제1 윈도우로부터 분리된 제2 윈도우(1122B), 및 제1 윈도우(1122A)와 제2 윈도우(1122B) 사이에 위치된 냉각제 챔버(1122C)를 포함한다. 제2 윈도우(1122B)는 볼록한 조직 접촉 표면(즉, 외부 표면)을 갖는다. 이 모양은 치료되는 조직과 긍정적인 접촉을 보장하고 조직에서 더 쉽게 미끄러지는 데 도움이되므로 일부 상황에서 유리하다.
도 11a-11c에 설명된 핸드헬드 시스템(1100)은 영역을 수동으로 처리하는 데 사용된다. 임상의가 핸드헬드 시스템(1100)을 치료 조직 위로 이동함에 따라, 제2 검류계 미러(1120)는 피부의 표면 위에서 측면으로 점들의 라인을 스캔한다. 이제 도 12를 참조하면, 스캔 포인트(1200)의 예시적인 선이 표시된다. 예시적인 라인(1200)은 레이저 에너지가 전달되는 8개의 개별 지점(1210)을 포함한다. 8 개의 지점(1210)은 도 12에 표시된 것처럼 위에서 아래로(즉, A-H) 순차적으로 스캔된다. 마지막 지점에서 에너지가 전달된 후(즉, 포인트 H) 라인 스캔이 반복되고 다시 시작된다. 선은 지점의 수(1210)에 피치(pitch)(1214)를 곱한 값(즉, 인접 포인트 사이의 거리)과 거의 동일한 폭(1212)을 갖는다. 도 11a-c를 다시 간략하게 참조하면, 라인은 일반적으로 라인 스캔(line scan)(1200)의 방향에 수직인 수동 스캔 방향(manual scan direction)(1216)을 따라 핸드헬드 시스템(1100)의 제2 검류계 미러(1120)에 의해 스캔된다.
대표적인 빔 스캐닝 시스템
일부 실시예에서, 빔 스캐닝 시스템 및 방법이 제공된다. 이러한 실시예 및 빔 스캐닝 시스템 및 방법과 관련된 공개가 아래에 설명되어 있다. 일반적으로 빔 스캐닝 시스템 및 방법은 사전-대물 스캐닝(pre-objective scanning), 대물 스캐닝(objective scanning) 및 사후-대물 스캐닝(post-objective scanning) 유형 중 하나 이상으로 분류 될 수 있다. 사전-대물 스캐닝은 실시예을 포함하며, 여기서 빔은 대물렌즈(objective)에 입사하여 지향되기 전에(즉, 상향 빔으로부터) 스캔(예를 들어, 편향, 기울이기 및/또는 틸팅)된다. 대물 스캐닝은 예를 들어 대물렌즈를 이동시킴으로써 빔을 스캐닝(예를 들어, 편향, 기울이기 및/또는 틸팅) 하는 실시예을 포함한다. 사후-대물 스캐닝은 대물렌즈로부터(즉, 다운 빔) 후에 스캐닝(예를 들어, 편향, 기울이기 및/또는 틸팅)이 수행되는 실시예을 포함한다.
사전-대물 스캐닝
도 13은 대물렌즈 2110 및 스캐닝 유닛(2112)을 포함하는 사전-대물 스캐닝 시스템(pre-objective scanning system)(2100)의 개략도이다. 스캐닝 유닛(scanning unit)(2112)은 레이저 소스(laser source)(2102)로부터 레이저 빔(laser beam)(2104)을 수신하고, 레이저 빔(2104)을 대물렌즈(objective)(2110)로 지향한다. 대물렌즈(2110)는 레이저 빔(2104)을 수신하고 집속된 레이저 빔(2106)을 조직(2116)(예를 들어, 피부)의 치료 영역에서 초점 볼륨(focal volume)(2108)으로 지향할 수 있다. 스캐닝 시스템(2112)은 대물렌즈(2110)를 향하는 레이저 빔(2104)의 방향을 변경할 수 있다. 예를 들어, 스캐닝 시스템(2112)은 하나 이상의 스캔 방향을 따라 출사 레이저 빔(outgoing laser beam)의 방향을 변경할 수 있다. 대물렌즈(2110)에 충돌하는 레이저 빔(2104)의 방향의 변화는 초점 볼륨(2108)이 조직(2116) 내의 치료 경로(treatment path)(2114)를 추적하게 할 수 있다. 초점 볼륨(2108)은 스캔 속도로 치료 경로(2114)를 횡단한다. 스캐닝 유닛(2112)은 레이저 빔(2104)(또는 레이저 빔(2104)의 일부)를 대물렌즈(objective)(2110)로 지향시킬 수 있는 하나 이상의 광학 요소를 포함한다. 사전-대물 스캐닝 시스템(2100)은 대물렌즈(2110)와 조직(2116) 사이에 위치될 수 있는 접촉 표면(예를 들어, 도 24에 도시된 바와 같이)을 포함할 수 있다. 접촉 표면(contacting surface)은 조직(2116)의 표면에 압력을 가할 수 있고, 조직(2116)의 표면으로부터 열의 소산을 허용할 수 있다.
도 14는 예시적인 사전-대물 스캐닝 시스템(2200)의 예시이다. 스캐닝 시스템(2200)은 입사 레이저 빔(incident laser beam)(2104)을 수신하고(예를 들어, 레이저 소스(2102)로부터) 입사 레이저 빔(2104)을 대물렌즈(2110)(예를 들어, f-세타 렌즈) 쪽으로 향하게 할 수 있는 다각형 스캐너(polygon scanner)(2202)를 포함한다. 레이저 빔(2104)의 출사 방향(예를 들어, 레이저 빔(2104)이 대물렌즈(2110) 상에 충돌하는 입사각은 조직(2116) 내의(예를 들어, x-y 평면에서의) 초점 볼륨(2108)의 위치를 결정할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 레이저 소스(2102)는 복수의 대응하는 초점 볼륨을 발생시키는 복수의 레이저 펄스를 제공한다. 순차적 레이저 펄스로 인한 두 초점 볼륨 사이의 거리는 초점 볼륨 피치이다.
다각형 스캐너(2202)는 다수의 반사 표면(예컨대, 2202 a-c)을 포함할 수 있다. 다각형 스캐너(2202)는 회전 방향(rotational direction)(2206)을 따라 축(2204)을 중심으로 회전할 수 있다. 반사 표면(2202a-c)이 축(2204)을 중심으로 회전함에 따라(예를 들어, 축(2204)에 대한 반사 표면(2202a-c)의 각도 위치가 변화함에 따라, y-z 평면에서 입사 레이저 빔(2104)의 입사각이 변화한다. 이것은 제1 스캔 방향을 따라(예를 들어, y축을 따라) 출사 레이저 빔(outgoing laser beam)(2104)의 방향을 변화시킨다. 예를 들어, 반사 표면(예를 들어, 2202b)이 회전 방향(2206)을 따라 축(2204)을 중심으로 회전하는 경우, 출사 레이저 빔의 방향은 더 높은 y-값으로부터 더 낮은 y-값으로 스윕된다.
축(2204)은 z축 및/또는 x-축을 중심으로 틸팅/회전할 수 있다. 이것은 x-z 평면에서 입사 레이저 빔(2104)의 입사각이 변화하게 할 수 있으며, 이는 제2 스캔 방향을 따라(예를 들어, x-축을 따라) 출사 레이저 빔(2104)의 방향을 변화시킨다. 다각형 스캐너(2202)의 회전 및 축(2204)의 회전/틸팅은 x-y 평면에서 출사 레이저 빔(2104)의 스캐닝을 초래할 수 있는 출사 레이저 빔(2104)의 방향의 변화를 허용할 수 있다.
출사 레이저 빔(outgoing laser beam)(2104)의 방향의 변화에 기초하여, 대물렌즈(2110)는 조직(2116) 내의 하나 이상의 치료 경로를 따라 초점 볼륨(2108)을 추적할 수 있다. 예를 들어, 다각형 스캐너(2202)의 회전에 기인하는 출사 레이저 빔(2104)의 방향의 변화는 초점 볼륨(2108)이 y축을 따라 이동하게 할 수 있다. 축(2204)의 틸팅으로 인한 출사 빔의 방향의 변화는 초점 볼륨(2108)이 x축을 따라 이동하게 할 수 있다. 일 구현에서, 사전-대물 스캐닝 시스템(2200)은 조직(2116)에 대해 x-축을 따라 이동될 수 있다. 이로 인해 x축을 따라 초점 볼륨(2108) 위치가 추적될 수 있다.
초점 볼륨(2108)은 제3 치료 경로, 즉 z축을 따라 이동할 수도 있다. 이것은 z-축을 따라 대물렌즈(2110)를 변화시킴으로써(예를 들어, 조직(2116) 으로부터 멀어지거나 또는 조직(2116) 쪽으로 향하는) 달성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 렌즈(2240)는 입사하는 또는 출사 레이저 빔(2104)의 빔 경로에 배치될 수 있다. 빔 전파 방향(beam propagation direction)(2242)(광학축이라고도 함)을 따라 렌즈(2240)의 위치를 변화시킴으로써, 위치 초점 볼륨(location focal volume)(2108)은 z-축(예를 들어, 조직(2116)의 깊이)을 따라 추적될 수 있다.
도 15는 사전-대물 스캐닝 시스템(2200)에 대한 빔 폴딩 평면(beam folding plane)(2300)을 도시한다. 스캐닝 시스템(2200)은 빔 폴딩 평면(2300) 주위로 스캐닝 시스템(2200)을 폴딩시킴으로써(예를 들어, z-축을 따라 스캐닝 시스템(2200)의 범위를 감소시킴으로써) 콤팩트하게 만들어질 수 있다. 이것은 예를 들어, 빔 폴딩 평면에 미러(예를 들어, 평면 미러)를 배치하고 미러를 x-y 평면에 평행하게 배향시킴으로써 달성될 수 있다.
도 16은 사전-대물렌즈 스캐닝 시스템(2200)에서 대물렌즈로 사용될 수 있는 예시적인 f-세타 렌즈(f-theta lens)(2400)를 도시한다. 입사 레이저 빔(2104)은 출사 레이저 빔(2104)을 f-세타 렌즈(2400)로 지향시킬 수 있는 반사 표면(reflecting surface)(2402)(예를 들어, 다각형 스캐너(2202)의 반사 표면(2202b))에 충돌할 수 있다. 반사 표면(2402)의 배향은 출사 레이저 빔(2104)이 f-세타 렌즈 상에 충돌하는 입사각(예를 들어, y-z 평면에서의 입사각)을 결정할 수 있다. 입사각은 초점 볼륨(2108)의 위치(예를 들어, y축을 따라)를 결정할 수 있다.
도 17은 예시적인 사전-대물 스캐닝 시스템(2500)의 예시이다. 스캐닝 시스템(scanning system)(2500)은 레이저 빔(2104)을 수신하고(예를 들어, 광섬유(2520)를 통해) 레이저 빔(laser beam)(2104)을 대물렌즈(2110)(예를 들어, f-세타 렌즈) 쪽으로 지향시킬 수 있는 미러 시스템을 포함한다. 출사 레이저 빔(outgoing laser beam)(2104c)의 방향은 조직(2116) 내의(예를 들어, x-y 평면에서의) 초점 볼륨(2108)의 위치를 결정할 수 있다.
미러 시스템은 두 개의 스캐닝 미러(scanning mirror)를 포함할 수 있다. 제1 스캐닝 미러(2506)는 제1 축(2522)을 중심으로 회전할 수 있고(예를 들어, 시계 반대 시계 방향 등), 제2 스캐닝 미러(2508)는 제2 축(2524)을 중심으로(예를 들어, 시계 방향, 반시계 방향 등) 회전할 수 있다. 제1 스캐닝 미러(2506)가 회전함에 따라 미러(2506) 상의 입사 레이저 빔(incident laser beam)(2104)의 입사각이 변화한다. 이것은 제1 스캔 방향(예를 들어, y축을 따라)을 따라 출사 레이저 빔(2104b)의 방향을 변화시킨다. 제2 스캐닝 미러(2508)가 회전함에 따라 스캐닝 미러(2508) 상의 레이저 빔(2104b)의 입사각이 변화한다. 이것은 제2 스캔 방향(예를 들어, x축을 따라)을 따라 출사 레이저 빔(2104c)의 방향을 변화시킨다. 제1 스캐닝 미러(2506) 및 제2 스캐닝 미러(2508)의 회전은 대물렌즈의 평면에서 출사 레이저 빔(2104c)의 스캐닝을 초래할 수 있는 출사 레이저 빔(2104c)의 방향의 변화를 허용할 수 있다.
출사 레이저 빔(2104c)의 방향의 변화에 기초하여, 대물렌즈(2110)는 조직(2116) 내의 하나 이상의 치료 경로를 따라 초점 볼륨(2108)(도시되지 않음)을 추적할 수 있다. 예를 들어, 제1 스캐닝 미러(2506)의 회전에 기인하는 출사 레이저 빔(2104c)의 방향의 변화는 초점 볼륨(2108)이 제1 치료 경로를 따라 이동하게 할 수 있다. 제2 스캐닝 미러(2508)의 회전에 기인하는 출사 레이저 빔(2104c)의 방향의 변화는 초점 볼륨(2108)이 제2 치료 경로를 따라 이동하게 할 수 있다.
스캐닝 시스템(2500)은 레이저 빔(2104a, 2104b 또는 2104c)의 빔 경로에 배치될 수 있는 렌즈(lens)(2540)를 포함할 수 있다. 빔 전파 방향을 따라 렌즈(2540)의 위치를 변화시킴으로써, 위치 초점 볼륨(2108)은 조직(2116)의 깊이를 따라 추적될 수 있다.
스캐닝 미러 시스템의 일부 구현예에서, 제1 스캐닝 미러(2506)에 의한 레이저 빔(2104b)의 방향의 변화는 클 수 있다. 이는 레이저 빔(2104b)이 제2 스캐닝 미러(2508)에 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 부가적으로, 제2 스캐닝 미러(2508) 상의 레이저 빔(2104b)의 큰 입사각은 초점 영역의 만곡된 치료 경로(curved treatment path)를 초래할 수 있다. 이러한 효과는 제1 스캐닝 미러(2506)와 제2 스캐닝 미러(2508) 사이에 제3 스캐닝 미러를 포함시킴으로써 방지/감소될 수 있다. 도 18은 제1 스캐닝 미러(2506)로부터 아래쪽 및 제2 스캐닝 미러(2508)로부터 위쪽에 있는 제3 스캐닝 미러(2507)를 포함하는 예시적인 사전-대물 스캐닝 시스템(2600)의 예시이다. 제3 스캐닝 미러(2507)는 더 작은 제2 스캐닝 미러(2508)를 허용할 수 있고, 초점 영역 치료 경로의 만곡을 방지/감소시킬 수 있다.
도 19a-19c는 스캐닝 유닛(2112)(예를 들어, 다각형 스캐너(2202), 미러 시스템(2502) 등) 으로부터 출사 빔(예를 들어, 출사 레이저 빔(2104))의 다양한 스캐닝 패턴을 도시한다. 도 19a는 출사 빔이 다음 순서로 스캔하는 제1 스캐닝 패턴을 도시한다: (a) 왼쪽에서 오른쪽으로 이동(예를 들어, x 축을 따라), (b) 위에서 아래로 이동(예를 들어, y 축을 따라), 및 (c) 오른쪽에서 왼쪽으로 이동(예를 들어, 음의 x 축을 따라). 도 19b는 출사 빔이 다음 순서로 스캔하는 제2 스캐닝 패턴을 도시한다: (a) 왼쪽에서 오른쪽으로 이동(예를 들어, x 축을 따라), (b) 위에서 아래로 이동 및 오른쪽에서 왼쪽 이동의 중첩, 및 (c) 왼쪽에서 오른쪽으로 이동. 도 19c는 출사 빔이 다음 순서로 스캔하는 제3 스캐닝 패턴을 도시한다: (a) 왼쪽에서 오른쪽 움직임과 위에서 아래로 이동의 중첩, 및 (b) 오른쪽에서 왼쪽 움직임과 위에서 아래로 움직임의 중첩. 광빔(light beam)의 움직임(예를 들어, 왼쪽에서 오른쪽으로, 오른쪽에서 왼쪽으로, 위에서 아래로 등)은 스캐닝 미러(2506, 2507, 2508)의 시계 방향 또는 반시계 방향 회전에 의해, 또는 다각형 스캐너(2202)의 회전/축 틸팅에 의해 얻어질 수 있다.
도 20은 예시적인 사전-대물 스캐닝 시스템(2800)의 예시이다. 스캐닝 시스템(2800)은 입사 레이저 빔(2104)(예를 들어, 광섬유(2820)를 통해)을 수신하고 대물렌즈(2110)(예를 들어, f-세타 렌즈)를 향해 출사 빔(2105)(도 21 참조)을 전송할 수 있는 프리즘 시스템(prism system)(2802)을 포함한다. 출사 빔(outgoing beam)(2105)의 방향은 조직(2116) 내의 초점 볼륨(2108)의 위치를 결정할 수 있다.
도 21은 사전-대물 스캐닝 시스템(2800)과 함께 사용할 수 있는 프리즘 시스템(2802)를 도시한다. 프리즘 시스템(2802)은 공통 축(common axis)(2822)을 중심으로 회전할 수 있는 제1 프리즘(first prism)(2806) 및 제2 프리즘(second prism)(2808)을 포함한다. 각 프리즘은 특성 각도에 따라 입사 광빔의 방향을 변경할 수 있다. 제1 프리즘(2806)과 제2 프리즘(2808)이 모두 완벽하게 정렬되면, 입사 레이저 빔의 방향은 특성 각도의 두 배만큼 변경된다. 제1 프리즘(2806)과 제2 프리즘(2808)이 완벽하게 어긋나는 경우, 입사 레이저 빔의 방향은 변하지 않은 채로 남는다. 프리즘(2806, 2808)의 다른 모든 방향에 대해, 입사 레이저 빔의 방향은 0도와 특성 각도의 2배 사이의 범위에 있는 각도에 의해 변경될 수 있다.
프리즘(2806, 2808) 모두가 동일한 각속도로 회전하는 경우(예를 들어, 회전 중에 상대적인 방향이 변하지 않는 경우), 출사 빔(2105)은 원형 치료 경로(circular treatment path)를 따라 스캔한다. 프리즘(2806 및 2808)이 다른 각속도로 회전하는 경우 회전 중에 상대 방향이 변경된다. 예를 들어, 프리즘 쌍은 완벽한 정렬 상태(출사 빔의 방향이 특성 각도의 두 배만큼 벗어난 상태)와 완벽한 비정렬 상태(출사 빔의 방향이 변경되지 않은 상태) 사이에서 스윙한다.
도 22는 제1 프리즘과 제2 프리즘의 각속도가 상이한 프리즘 시스템(2802)으로부터 발생하는 출사 빔(2105)의 스캐닝 패턴을 도시한다. 출사 빔은 나선형 패턴을 형성하고 - 출사 빔(2105)은 안쪽으로 나선형으로(예를 들어, 중심에 도달 할 때까지) 나선형이 뒤따를 수 있으며 그 다음에 외부 나선형이 올 수 있다.
도 23은 예시적인 사전-대물 스캐닝 시스템(3100)의 예시이다. 스캐닝 시스템(3100)은 레이저 빔(2104)을 안내할 수 있는 광섬유(optical fiber)(3110)에 결합된 스캐닝 유닛(3102)을 포함한다. 스캐닝 유닛(3102)은 제1 액추에이터(first actuator)(3106) 및 제2 액추에이터(second actuator)(3108)를 포함할 수 있다. 제1 액추에이터는 x-축을 중심으로 광섬유(3110)의 일부(예를 들어, 대물렌즈(3112)에 근위하는 광섬유의 팁)를 회전시킬 수 있다. 이것은 제1 스캔 방향을 따라(예를 들어, y축을 따라) 출사 레이저 빔(outgoing laser beam)(2104)의 방향을 변화시킨다. 제2 액추에이터(3108)는 y-축을 중심으로 광섬유(3110)의 일부(예를 들어, 대물렌즈(3112)에 근위하는 광섬유의 팁)를 회전시킬 수 있다. 이것은 제2 스캔 방향(예를 들어, x축을 따라)을 따라 출사 레이저 빔(2104)의 방향을 변화시킨다. 제1 및 제2 액추에이터에 의한 작동은 대물렌즈(3112)의 평면(예를 들어, x-y 평면)에서 출사 레이저 빔(2104)의 스캐닝을 초래할 수 있는 출사 레이저 빔(2104)의 방향을 변화시키는 것을 허용할 수 있다. 출사 레이저 빔(2104)의 방향의 변화에 기초하여, 대물렌즈(3112)(예를 들어, f-세타 렌즈)는 조직(2116) 내의 하나 이상의 치료 경로를 따라 초점 부피(2108)를 추적할 수 있다.
도 24는 예시적인 사전-대물 스캐닝 시스템(3200)의 예시이다. 스캐닝 시스템(3200)은 레이저 빔(2104)을 안내할 수 있는 광섬유(3210)에 결합된 스캐닝 유닛(3202)을 포함한다. 스캐닝 유닛(3202)은 6축 액추에이터(six-axis actuator)(3206) 및 지지 암(support arm)(3208)을 포함할 수 있다. 광섬유(3210)의 일부는 6축 액추에이터(3206) 상의 장착 위치(mounting location)(3230)에 견고하게 결합될 수 있다. 지지 아암(3208)은 조직(2116)에 근위하는 광섬유의 부분을 지지할 수 있다.
6축 액추에이터(3206)는 광섬유(3210)를 x, y 및 z 축을 따라 이동시킬 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 6축 액추에이터(3206)는 광섬유(3210)를 x, y 및 z 축을 중심으로 회전시킬 수 있다. 광섬유(3210)의 팁(tip)은 조직(2116) 내의 초점 볼륨(2108)에 출사 레이저 빔(2104)을 집속시킬 수 있는 대물렌즈(3212)에 결합될 수 있다. 사전-대물 스캐닝 시스템(3200)은 또한 대물렌즈(3212)와 조직(2116) 사이의 출사 레이저 빔(2104)의 광학 경로에 놓일 수 있는 접촉면(contacting surface)(3216)을 포함할 수 있다.
초점 볼륨(2108)은 광섬유를 y축 주위로 회전시킴으로써 제1 치료 경로를 따라(예를 들어, x축을 따라)이동될 수 있다. 초점 볼륨(2108)은 또한 x축 주위로 광섬유를 회전시킴으로써 제2 치료 경로를 따라(예를 들어, y축을 따라)이동될 수 있다. 일부 구현에서, 회전 동안(예를 들어, x축, y축 등을 따라), 초점 볼륨(2108)이 조직(2116)에서 고정된 깊이로 유지되는 것을 보장하기 위하여 광섬유(3210)의 팁과 조직(2116) 사이의 거리를 변경하는 것이 바람직할 수 있다(예를 들어, z-축을 따라 광섬유의 팁을 이동시킴으로써).
대물 스캐닝(Objective Scanning)
도 25는 회전 대물 스캐닝 시스템(rotary objective scanning system)(3300)의 개략도이다. 회전 대물 스캐닝 시스템(3300)은 레이저 소스(3302)로부터 레이저 빔(3304)을 수신할 수 있다. 스캐닝 시스템(3300)은 레이저 빔(3304)을 집속하고 조직(3311)(예를 들어, 피부)의 치료 영역(3310) 내의 초점 영역(3308)에 집속된 레이저 빔(3306)을 지향시키는 대물렌즈(도시되지 않음)를 포함한다. 대물렌즈가 이동함에 따라(예를 들어, 스캐닝 시스템(3300)에 대해 및/또는 전체 스캐닝 시스템(3300)의 이동으로 인해), 초점 영역은 치료 영역(3310)을 통한 치료 경로(3312)를 추적할 수 있다. 치료 경로(3312)는 경로 형상(예를 들어, 원형, 타원형 등)을 가질 수 있다. 스캐닝 시스템(3300)은 레이저 빔(3304)(또는 레이저 빔(3304)의 일부)를 이동하는 대물렌즈를 향하도록 지향시킬 수 있는 광학 요소들을 포함한다.
스캐닝 시스템(3300)은 또한 치료 영역(3310)을 안정화시키고 및/또는 조사 프로파일의 제어 및 균일성을 용이하게 할 수 있는 인터페이스("베이스", "윈도우" 또는 "접촉면"라고도 함)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스는 압력의 인가를 통해 및/또는 계면과 치료 영역 사이에 겔 패드를 포함시킴으로써 치료 영역(3310)을 고정시킬 수 있다. 치료 영역(3310) 상의 인터페이스에 의해 인가되는 압력은 압력 검출기에 의해 검출될 수 있다. 인터페이스는 또한 피부와 인터페이스 사이의 상대적인 움직임을 감지하는 접촉 센서를 포함할 수 있다. 치료 부위의 계면에 의해 제공되는 압력은 또한 조사되는 치료 부위의 부피를 희게(또는 일부 혈액을 제거) 할 수 있다. 이는 혈관에 대한 원치 않는 손상의 위험을 줄이면서 치료 영역(예를 들어, 치료 영역 내의 착색 세포)에 의한 집속 레이저 빔(3306)의 흡수의 선택성을 초래할 수 있다.
인터페이스는 예를 들어 집속된 레이저 빔(3306) 으로 인해 치료 영역(3310)의 가열에 의해 발생될 수 있는 치료 영역(3310) 으로부터의 열을 냉각/방출할 수 있다. 인터페이스는 방열에 적합한 재료(예를 들어, 사파이어, 다이아몬드, 유리 등)로 제조될 수 있다. 일부 구현예에서, 인터페이스는 치료 영역의 온도가 임계 온도를 넘는 것을 방지할 수 있는 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 냉각 시스템은 치료 영역의 온도를 검출할 수 있는 온도 센서를 포함할 수 있다. 온도가 임계 온도를 초과하는 경우, 사용자에게 통지될 수 있고 및/또는 냉각 유닛(예를 들어, 펠티에 장치, 극저온 분무, 전도성 저온 도관 등)이 활성화되어 치료 영역을 냉각시킬 수 있다.
회전 대물렌즈 스캐닝 시스템은 다양한 실시예를 가질 수 있다. 회전 대물 스캐닝 시스템의 두 개의 예시적인 실시예는 면내 회전 대물 스캐닝 시스템 및 횡방향 회전 대물 스캐닝 시스템을 포함하며, 이들 모두는 아래에 설명된다.
도 26은 일부 실시예에 따라 전자기 방사선(EMR) 빔(3402)을 스캐닝하기 위한 시스템(3400)을 개략적으로 나타낸다. 모터(3404)는 회전 이동(rotational movement)(3406)을 발생한다. 모터(3404)는 왕복 메커니즘(reciprocating mechanism)(3408)에 작동 가능하게 결합되어, 회전 이동(3406)이 왕복 메커니즘(3408)을 구동한다. 왕복 메커니즘(3408)은 회전 이동(3406)을 제1 스캔된 축(3412)(예를 들어, x-축)을 따라 일반적으로 선형으로 작용하는 왕복 이동(reciprocating movement)(3410) 으로 변환한다. 일부 실시예에 따르면, 왕복 메커니즘은 캠 및 팔로워, 크랭크 및 슬라이더, 스카치 요크 및 멀티-바 링키지 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 왕복 이동(3410)은 복수의 스트로크(예를 들어, 두 개의 스트로크, 전진 스트로크 및 후진 스트로크)와 함께 이동한다. 전형적으로, 왕복 메커니즘(3408)은 왕복 이동(3410)에 일정한 속도를 제공하도록 구성된다. 다른 방법으로, 왕복 이동(3410)은 적어도 하나의 스트로크의 일부 부분에 걸쳐 실질적으로 평탄한 속도 프로파일을 갖는다.
일정 속도의 실시예은 미리 결정된 또는 원하는 일정 속도를 채택할 수 있다. 예를 들어, 원하는 일정한 속도는 약 2mm/S ~ 약 5M/s의 범위에서 선택할 수 있다. 특정 실시예에서, 일정 속도는 원하는 일정 속도의 선택된 백분율일 수 있다. 예를 들어, 선택된 백분율은 원하는 일정 속도의 약 10% 내지 약 90% 범위(예를 들어, 약 50%)로부터 선택될 수 있다.
일정한 속도가 제공되는 왕복 이동(3410)의 스트로크 부분은 변할 수 있다. 예를 들어 일정한 속도를 갖는 스트로크 부분은 약 5% ~ 약 95% 범위에서 선택할 수 있다.(예를 들어, 약 10% 이상).
초점 광학 장치(3414)는 왕복 이동(3410)에 따라 경험하고 이동하도록 왕복 메커니즘(3408)에 작동 가능하게 결합된다. 초점 광학 장치(3414)는 광학축(3418)을 따라 EMR 빔(3402)을 초점(3416)에 집속하도록 구성된다. 이에 따라 초점 광학 장치(3414)의 왕복 이동(3410)은 제1 스캔된 축(3412)을 따라 초점(3416) 및 광학축(3418)을 따라 이동한다.
일부 실시예에 따르면, EMR 빔(3402)은 전자기 방사(EMR) 소스(3420)에 의해 생성된다. EMR 소스의 예는 아래에 자세히 설명되어 있다. EMR 빔(3402)은 EMR 소스(3420)로부터 전달되고 광학 시스템(3422)에 의해 초점 광학 장치(3414) 상에 입사를 지향한다. 전형적으로, 광학 시스템(3422)은 하나 이상의 반사성 및/또는 투과형 광학 장치를 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 광학 시스템(3422)은 이동하는 하나 이상의 동적 광학 요소(3424)를 포함한다. 예를 들어, 광학축(3418)을 따라 배치되고 초점 광학 장치(3414)에 기계적으로 부착된 반사기 형태의 동적 광학 요소(3424)는 왕복 이동(3410)에 따라 경험하고 이동한다. 아래에서 보다 상세히 논의된 바와 같이, EMR 소스(3420)는 미리 결정된 반복율에 따라 펄스 모드에서 동작하도록 구성될 수 있다. EMR 소스의 반복률과 왕복 이동(3410)의 일정 속도 사이의 관계는 제1 스캔된 축(3412)을 따라 순차적 펄스화된 초점들 사이의 공칭 피치를 결정할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 하우징(3426)은 광학축을 따라 초점 광학 장치(3414)와 초점(3416) 사이에 배치된다. 하우징(housing)(3426)은 접촉 표면을 통해 표적 표면, 예를 들어 표적 조직(3428)의 표면과 접촉하도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 초점(focus)(3416)은 표적 조직(3428)의 표면의 빔 아래로 위치된다. 하우징(3426)은 아래에 자세히 설명되어 있다. 하나의 실시예에서, 접촉 표면은 표적 조직(3428)을 냉각시키도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 센서(예를 들어, 압력 센서, 접촉 센서, 온도 센서 등)가 하우징 내에 위치될 수 있고, 표적 조직의 하나 이상의 변수를 측정하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 변수는 적어도 하나의 압력, 접촉 표면과 표적 조직 사이의 접촉, 및 온도를 포함할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 제어기(3430)는 모터(3404), 왕복 메커니즘(108), 및 EMR 소스(3420) 중 하나 이상을 제어하는데 사용된다. 일부 버전에서, 제어기(3430)는 회전 이동(3406) 및 왕복 이동(3410) 중 적어도 하나를 측정하는 하나 이상의 센서(3432)로부터의 입력을 취한다.
도 27은 두 축에서 전자기 방사선(EMR) 빔을 스캔하는 시스템 3500을 개략적으로 나타냅니다. 모터(3502)는 제1 스캔된 축(3510)을 따라 회전 이동(3504)을 왕복 이동(3508) 으로 변환하는 왕복 이동(3504)을 발생시키고 왕복 메커니즘(3506)에 전달한다. 일부 실시예에 따르면, 왕복 이동(3508)은 선형 스트로크를 포함하고 선형 스트로크의 일부에 걸쳐 일정한 속도를 갖는다. 초점 광학 장치(3512)는 왕복 이동(3506)에 따라 경험하고 이동하도록 왕복 메커니즘(3506)의 출력에 기계적으로 부착된다. 간헐적 메커니즘(intermittent mechanism)(3514)은 왕복 메커니즘(3506)과 작동 가능하게 결합된다. 간헐적 메커니즘(3514)은 간헐적으로 간헐적 이동(intermittent movement)(3516)을 출력한다. 일부 실시예에 따르면, 간헐적 메커니즘은 래칫 메커니즘, 제네바 휠 메커니즘, 캠 메커니즘, 및 간헐적 기어 메커니즘 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 간헐적 이동(3516)은 선형이며 일반적으로 제1 스캔된 축(3510)에 대해 일반적으로 직교하는 제2 스캔된 축(3518)을 따라 작용한다.
일부 실시예에 따르면, 간헐적 메커니즘(3514)은 왕복 이동(3508)이 특정 위치에 또는 그 근처에 있을 때, 예를 들어 스트로크의 시작, 스트로크의 중간 또는 스트로크의 끝에서 간헐적 이동(3516)을 도입하도록(예를 들어, 타이밍된) 구성된다.
일부 실시예에 따르면, 제어기(3530)는 모터(3502), 왕복 메커니즘(3506), 및 간헐적 메커니즘(3514) 중 하나 이상을 제어하는데 사용된다. 일부 버전에서, 제어기(3530)는 회전 이동(3504), 왕복 이동(3508), 및 간헐적 이동(3516) 중 적어도 하나를 측정하는 하나 이상의 센서(3532)로부터의 입력을 취한다.
사후-대물 스캐닝(Post-Objective Scanning)
도 28은 사후-대물 스캐닝 시스템(3600)의 개략도이다. 사후-대물 스캐닝 시스템(3600)은 대물렌즈(3610) 및 스캐닝 유닛(3612)을 포함한다. 대물렌즈(3610)는 레이저 소스(3602)로부터 레이저 빔(3604)을 수신하고 집속된 레이저 빔(3606)을 스캐닝 유닛(3612)에 지향한다. 스캐닝 유닛(3612)은 집속된 레이저 빔(3606)을 수신하고 이를 조직(3616)(예를 들어, 피부)의 치료 영역 내의 초점 영역(3608) 으로 지향시킬 수 있다. 스캐닝 유닛(3612)은 초점 영역(3608)이 치료 경로(3614)를 추적하도록 허용할 수 있다. 스캐닝 유닛(3612)은 집속된 레이저 빔(3606)(또는 집속된 레이저 빔(3606)의 일부)을 피부를 향해 지향시킬 수 있는 하나 이상의 광학 요소(optical element)를 포함한다.
사전-대물렌즈 및 사후-대물 빔 스캐너의 일부 실시예에 따른 예제 파라미터는 아래 표에 나와 있다.
스캔 파라미터 예
본 명세서에 설명된 주제는 디지털 전자 회로, 또는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어에서 구현될 수 있으며, 여기에는 본 명세서에 개시된 구조적 수단과 그 구조적 균등물, 또는 이들의 조합이 포함된다. 여기에 설명된 주제는, 데이터 처리 장치에 의해 실행되거나 데이터 처리 장치(예를 들어, 프로그래밍 가능한 프로세서, 컴퓨터 또는 여러 컴퓨터)의 작동을 제어하기 위해 정보 캐리어(예를 들어, 기계 판독 가능 저장 장치)에 유형적으로 구현되거나 전파된 신호에 구현된 하나 이상의 컴퓨터 프로그램과 같은, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품으로 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 응용 프로그램 또는 코드라고도 함)은 컴파일 되거나 해석된 언어를 포함하여 모든 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있고, 독립 실행형 프로그램 또는 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적합한 모듈, 구성 요소, 서브 루틴 또는 기타 장치를 포함하여 모든 형태로 배포할 수 있다. 컴퓨터 프로그램이 반드시 파일에 해당하는 것은 아니다. 프로그램은 다른 프로그램이나 데이터를 보유하는 파일의 일부, 해당 프로그램 전용의 단일 파일 또는 여러 조정 파일(예를 들어, 하나 이상의 모듈, 서브 프로그램 또는 코드의 일부를 저장하는 파일)에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 컴퓨터 또는 한 사이트의 여러 컴퓨터에서 실행되도록 배포되거나 여러 사이트에 분산되고 통신 네트워크로 상호 연결될 수 있다.
여기에 설명된 주제의 방법 단계를 포함하여 이 명세서에 설명된 프로세스 및 논리 흐름은 입력 데이터 및 출력 생성에 대해 작동함으로써 여기에 설명된 주제의 기능을 수행하기 위해 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상의 프로그램 가능 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 프로세스 및 논리 흐름은 다음과 같이 수행할 수도 있고, 본 명세서에 설명된 주제의 장치는 예를 들어 FPGA(필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이) 또는 ASIC(주문형 집적 회로)와 같은 특수 목적 논리 회로로서 구현될 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서는 예를 들어 범용 및 특수 목적의 마이크로 프로세서와 모든 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 일반적으로 프로세서는 읽기 전용 메모리나 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 다에서 명령어들과 데이터를 수신한다. 컴퓨터의 필수 요소는 명령을 실행하기 위한 프로세서와 명령 및 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 메모리 장치다. 일반적으로, 컴퓨터는 또한 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 대용량 저장 장치, 예를 들어, 자기, 광자기 디스크, 또는 광 디스크로부터 데이터를 수신하거나 이들로 데이터를 전송하거나 둘 전체를 포함하거나 작동 가능하게 연결된다. 컴퓨터 프로그램 명령 및 데이터를 구현하는 데 적합한 정보 매체는, 예를 들어 반도체 메모리 장치(예를 들어, EPROM, EEPROM 및 플래시 메모리 장치); 비 휘발성 메모리 자기 디스크(예를 들어, 내부 하드 디스크 또는 이동식 디스크); 광 자기 디스크; 및 광학 디스크(예를 들어, CD 및 DVD 디스크)를 포함하여 모든 형태의 비휘발 메모리의 형태를 포함한다. 프로세서와 메모리는 특수 목적 논리 회로에 의해 보충되거나 통합될 수 있다.
사용자와의 상호 작용을 제공하기 위해 여기에 설명된 주제는, 예를 들어, 사용자에게 정보를 표시하기 위한 CRT(음극선 관) 또는 LCD(액정 디스플레이) 모니터, 사용자가 입력을 제공할 수 있는 키보드 및 포인팅 장치(예를 들어, 마우스 또는 트랙볼) 컴퓨터의 디스플레이 장치를 가진 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 다른 종류의 장치를 사용하여 사용자와의 상호 작용을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 사용자에게 제공되는 피드백은 모든 형태의 감각 피드백(예를 들어, 시각적 피드백, 청각적 피드백 또는 촉각적 피드백) 일 수 있으며, 사용자로부터의 입력은 음향, 음성 또는 촉각 입력을 포함한 모든 형태로 수신될 수 있다.
여기에 설명된 기술은 하나 이상의 모듈을 사용하여 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "모듈"은 컴퓨팅 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 및/또는 이들의 다양한 조합을 의미한다. 그러나 최소한 모듈은 하드웨어, 펌웨어에서 구현되지 않거나 비 일시적 프로세서 판독 가능 기록 저장 매개체에 기록되지 않은 소프트웨어로 해석되어서는 안된다(즉, 모듈은 그 자체로 소프트웨어가 아님). 실제로 "모듈"은 프로세서 또는 컴퓨터의 일부와 같은 물리적이고 일시적이지 않은 하드웨어를 항상 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 두 개의 다른 모듈이 동일한 물리적 하드웨어를 공유할 수 있다(예를 들어, 두 개의 다른 모듈이 동일한 프로세서 및 네트워크 인터페이스를 사용할 수 있음). 여기에 설명된 모듈은 다양한 애플리케이션을 지원하기 위해 결합, 통합, 분리 및/또는 복제될 수 있다. 또한, 특정 모듈에서 수행되는 것으로 여기에 설명된 기능은 하나 이상의 다른 모듈에서 및/또는 특정 모듈에서 수행되는 기능 대신에 또는 그에 추가하여 하나 이상의 다른 장치에 의해 수행될 수 있다. 또한, 모듈은 여러 장치 및/또는 다른 구성 요소에 걸쳐 로컬 또는 원격으로 구현될 수 있다. 또한 모듈을 한 장치에서 다른 장치로 이동하거나 두 장치에 모두 포함할 수 있다.
여기에 설명된 주제는 백엔드 구성 요소(예를 들어, 데이터 서버), 미들웨어 구성 요소(예를 들어, 애플리케이션 서버), 또는 프론트 엔드 컴포넌트(예를 들어, 사용자가 여기에 설명된 주제의 구현과 상호 작용할 수 있는 그래픽 사용자 인터페이스 또는 웹 브라우저를 갖는 클라이언트 컴퓨터), 또는 이러한 백 엔드, 미들웨어 및 프런트 엔드 구성 요소의 조합을 포함하는 컴퓨팅 시스템에서 구현될 수 있다. 시스템의 구성 요소는 디지털 데이터 통신의 모든 형태 또는 매개체, 예를 들어 통신 네트워크에 의해 상호 연결될 수 있다. 통신 네트워크의 예로는 근거리 통신망("LAN")과 광역 통신망("WAN")(예를 들어, 인터넷)이 있다.
명세서 및 청구 범위 전체에 걸쳐 본원에서 사용되는 대략적인 언어는 관련된 기본 기능의 변경을 초래하지 않고 허용 가능하게 변할 수 있는 임의의 정량적 표현을 수정하기 위해 적용될 수 있다. 달리 명시되지 않거나 문맥에서 달리 명백하지 않은 경우 "실질적으로" 또는 "약"은 1 % 범위 내에 있는 숫자 또는 일부 실시 측면에서 5 % 범위 내의 또는 일부 실시 측면에서 어느 방향으로 든 수의 10 % 범위 내의 수(보다 큼 또는 숫자보다 작음)를 포함할 수 있다(해당 숫자가 허용 가능한 값의 100 %를 초과하는 경우 제외).
따라서, "약", "대략" 또는 "실질적으로"와 같은 용어 또는 용어에 의해 수정된 값은 지정된 정확한 값으로 제한되지 않는다. 적어도 어떤 경우에는, 근사 언어는 값을 측정하기 위한 도구의 정밀도에 해당할 수 있다. 명세서 및 청구 범위 전체에 걸쳐, 범위 제한은 조합 및/또는 상호 교환될 수 있으며, 그러한 범위는 문맥 또는 언어가 달리 지시하지 않는 한 그 안에 포함된 모든 하위 범위를 식별하고 포함한다.
명세서 및 청구 범위에서 본원에 사용된 바와 같은 관사 "하나(a)" 및 "한(an)"은 명확하게 반대로 표시되지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그룹 구성 중 하나, 둘 이상 또는 모든 구성이 사용되어 있는 경우, 그룹의 하나 이상의 구성 사이에 "또는"을 포함하는 청구항 또는 설명은 충족된 것으로 간주되거나, 또는 달리 명시되지 않거나 문맥에서 달리 명시되지 않는 한 주어진 제품 또는 프로세스와 관련이 있다. 본 개시 내용은 그룹의 정확히 하나의 구성이 주어진 제품 또는 공정에 존재하거나, 사용되거나, 달리 관련되는 실시예를 포함한다. 본 개시 내용은 또한 하나 이상의 또는 모든 그룹 구성이 주어진 제품 또는 프로세스에 존재하거나, 사용되거나, 달리 관련되는 실시예를 포함한다. 더욱이, 달리 지시되지 않는 한 또는 모순 또는 불일치가 발생할 것이라는 것이 당업자에게 명백하지 않는 한, 개시된 실시예는 나열된 청구항 중 하나 이상으로부터의 하나 이상의 제한, 요소, 절, 설명 용어 등이 동일한 기본 청구항(또는, 기타 모든 청구항)에 의존하는 다른 청구항으로 도입되는 모든 변형, 조합 및 순열을 제공한다는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에 설명된 모든 실시예는 적절한 경우 개시된 실시예의 모든 상이한 측면에 적용 가능하다는 것이 고려된다. 또한, 임의의 실시예 또는 측면이 적절할 때마다 하나 이상의 다른 이러한 실시예 또는 측면과 자유롭게 조합될 수 있다는 것도 고려된다. 요소가 목록으로 표시되는 경우(예를 들어, Markush 그룹 또는 유사한 형식), 요소의 각 서브 그룹이 또한 개시되고, 임의의 요소(들)가 그룹으로부터 제거될 수 있음을 이해해야 한다. 일반적으로, 개시된 실시예 또는 개시된 실시예의 측면이 특정 요소, 특징 등을 포함하는 것으로 언급되는 경우, 본 개시의 특정 실시예 또는 본 개시의 측면은 이러한 요소, 특징 등으로 구성되거나 본질적으로 구성된다. 단순화를 위해, 이러한 실시예는 모든 경우에 본 명세서에서 그렇게 많은 단어로 구체적으로 설명되지 않았다. 또한, 명세서에서 특정 배제가 언급되는지 여부에 관계없이, 본 개시의 임의의 실시예 또는 측면이 청구 범위로부터 명시적으로 배제될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 임의의 하나 이상의 활성제, 첨가제, 성분, 선택적 제제, 유기체 유형, 장애, 피험자 또는 이들의 조합은 제외될 수 있다.
여기에 제공되는 범위의 경우, 본 개시의 실시예는 엔드 포인트가 포함된 실시예, 양쪽 엔드 포인트가 모두 제외된 실시예, 및 하나의 엔드 포인트가 포함되고 다른 엔드 포인트가 제외되는 실시예를 포함한다. 달리 표시되지 않는 한 두 엔드 포인트가 모두 포함되어 있다고 가정해야 한다. 더욱이, 달리 표시되거나 당업자의 문맥 및 이해로부터 달리 명백하지 않는 한, 범위로 표현된 값은, 문맥에서 달리 명시하지 않는 한, 범위의 하한 단위의 10 분의 1까지 본 개시의 다른 실시예에서 언급된 범위 내의 임의의 특정 값 또는 하위 범위를 가정할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 일련의 수치가 여기에 언급된 경우, 본 개시는 시리즈의 임의의 두 값에 의해 정의된 임의의 중간 값 또는 범위와 유사하게 관련되고 가장 낮은 값이 최소값으로 취해질 수 있고 가장 큰 값이 최대로 취해질 수 있는 실시예를 포함한다. 본원에 사용된 수치는 백분율로 표현된 값을 포함한다.
위에서 몇 가지 변형이 자세히 설명되었지만 다른 수정 또는 추가가 가능하다.
위의 설명과 청구 범위에서, "적어도 하나의(at least one of)" 또는 "하나 이상의(one or more of)"와 같은 구절은 요소 또는 특징의 결합 목록이 뒤따를 수 있다. 용어 "및/또는"은 또한 둘 이상의 요소 또는 특징의 목록에 나타날 수 있다. 사용되는 문맥과 달리 암시적으로 또는 명시적으로 모순되지 않는 한, 그러한 문구는 나열된 요소 또는 특징 중 개별적으로 또는 언급된 요소 또는 특징 중 임의의 다른 언급된 요소 또는 특징과 결합하여 의미하는 것으로 의도된다. 예를 들어, "A 및 B 중 적어도 하나"; "A와 B 중 하나 이상;" 및 "A 및/또는 B"라는 문구는 각각 "A 단독, B 단독 또는 A와 B를 함께"를 의미하도록 의도된다. 세 개 이상의 항목을 포함하는 목록에도 유사한 해석이 사용된다. 예를 들어 "A, B 및 C 중 하나 이상", "A, B 및 C 중 하나 이상" 및 "A, B 및/또는 C"라는 문구는 각각 "A 단독, B 단독, C 단독, A와 B 함께, A와 C 함께, B와 C 함께, 또는 A와 B와 C 함께"를 의미하는 것으로 의도된다. 또한, 상기 및 청구 범위에서 "기반"이라는 용어의 사용은 인용되지 않은 특징 또는 요소도 허용되도록 "적어도 부분적으로 기반"을 의미하는 것으로 의도된다.
본 명세서에 설명된 주제는 원하는 구성에 따라 시스템, 장치, 방법 및/또는 물품으로 구체화될 수 있다. 전술한 설명에서 설명된 구현은 여기에서 설명된 주제와 일치하는 모든 구현을 나타내는 것은 아니다. 대신, 이들은 설명된 주제와 관련된 측면과 일치하는 몇 가지 예일뿐이다. 위에서 몇 가지 변형이 자세히 설명되었지만 다른 수정 또는 추가가 가능하다. 특히, 본 명세서에 설명된 것들에 추가하여 추가 특징 및/또는 변형이 제공될 수 있다. 예를 들어, 전술한 구현은 개시된 특징의 다양한 조합 및 하위 조합 및/또는 위에 개시된 여러 추가 특징의 조합 및 하위 조합에 관한 것일 수 있다. 또한, 첨부된 도면에 도시되고/되거나 여기에 설명된 논리 흐름은 바람직한 결과를 달성하기 위해 도시된 특정 순서 또는 순차적인 순서를 반드시 필요로 하지 않는다. 다른 구현은 다음 청구항의 범위 내에 있을 수 있다.
Claims (41)
- 시스템에 있어서,
횡방향 링 에너지 프로파일을 갖는 EMR 빔을 생성하도록 구성된 전자기 방사(EMR) 소스;
상기 EMR 빔을 조직 내에 위치한 초점 영역으로 수럼시키도록 구성된 광학 장치; 및
상기 조직의 외부 표면과 접촉하여 배치될 때 상기 조직을 냉각시키도록 구성된 상기 광학 장치로부터 빔-하향에 위치하는 윈도우 어셈블리를 포함하고,
상기 윈도우 어셈블리는:
제1 윈도우;
상기 제1 윈도우와 분리된 제2 윈도우; 및
상기 제1 윈도우와 상기 제2 윈도우 사이에 위치되는 냉각제 챔버 - 상기 냉각제 챔버는 상기 EMR 빔의 실질적으로 비흡수성인 냉각제를 수용하도록 구성됨 - 를 포함하는
시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 EMR 빔은 약 1000nm 내지 4000nm 사이의 범위의 파장을 갖는
시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 냉각제는 유전체 유체, 플루오로카본계 유체, 물, 부동액, 에틸렌 글리콜 및 프로필렌 글리콜 중 적어도 하나를 포함하는
시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 광학 장치는 적어도 약 0.2의 개구수(NA)에서 상기 EMR 빔을 수럼시키도록 추가로 구성되는
시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 윈도우 어셈블리와 상기 조직 사이에 위치된 광학 조직 크리닝 매개체를 추가로 포함하고, 상기 광학 조직 크리닝 매개체는 글리세린, 폴리에틸렌 글리콜 및 인산염수 완충 식염수 중 적어도 하나를 포함하는
시스템. - 제1항에 있어서,
상기 EMR 소스는 상기 횡방향 링 에너지 프로파일을 성형하도록 구성된 빔 성형기를 더 포함하는
시스템.
- 제6항에 있어서,
상기 빔 성형기는 액시콘을 포함하는
시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 EMR 빔을 생성하기 전에 상기 윈도우 어셈블리가 상기 조직을 결정된 온도로 냉각시키는 것을 보장하도록 상기 EMR 소스를 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하는
시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 EMR 빔을 생성하기 전에 상기 윈도우 어셈블리가 결정된 기간 동안 상기 조직을 냉각시키는 것을 보장하도록 상기 EMR 소스를 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하는
시스템.
- 방법에 있어서,
조직의 외부 표면과 접촉하는 윈도우 어셈블리를 사용하여, 조직을 냉각시키는 단계 - 상기 윈도우 어셈블리는:
제1 윈도우;
상기 제1 윈도우와 분리된 제2 윈도우; 및
상기 제1 윈도우와 상기 제2 윈도우 사이에 위치된 냉각제 챔버를 포함하고, 상기 냉각제 챔버는 EMR 빔의 실질적으로 비흡수성인 냉각제를 수용하도록 구성됨 -;
전자기 방사(EMR) 소스를 사용하여, 횡방향 링 에너지 프로파일을 갖는 EMR 빔을 생성하는 단계; 및
광학 장치를 사용하여, 상기 EMR 빔을 조직 내에 위치한 초점 영역으로 수렴시키는 단계를 포함하는
방법.
- 제10항에 있어서,
상기 EMR 빔은 약 1000nm 내지 4000nm 사이의 범위의 파장을 갖는
방법.
- 제10항에 있어서,
상기 냉각제는 유전체 유체, 플루오로카본계 유체, 물, 부동액, 에틸렌 글리콜 및 프로필렌 글리콜 중 적어도 하나를 포함하는
방법.
- 제10항에 있어서,
상기 EMR 빔을 수렴시키는 단계는 적어도 약 0.2의 개구수(NA)에서 수행되는
방법.
- 제10항에 있어서,
상기 윈도우 어셈블리와 상기 조직 사이에 광학 조직 크리닝 매개체를 도입하는 단계를 더 포함하고, 상기 광학 조직 크리닝 매개체는 글리세린, 폴리에틸렌 글리콜 및 인산염 완충 식염수 중 적어도 하나를 포함하는
방법.
- 제10항에 있어서,
상기 전자기 방사선 소스는 상기 횡방향 링 에너지 프로파일을 성형하도록 구성된 빔 성형기를 더 포함하는
방법.
- 제15항에 있어서,
상기 빔 성형기는 액시콘을 포함하는
방법.
- 제10항에 있어서,
상기 EMR 빔을 생성하기 전에 상기 윈도우 어셈블리가 상기 조직을 결정된 온도로 냉각시키는 것을 보장하기 위해, 제어기를 사용하여 상기 EMR 소스를 제어하는 단계를 더 포함하는
방법.
- 제10항에 있어서,
상기 EMR 빔을 생성하기 전에 상기 윈도우 어셈블리가 결정된 기간 동안 상기 조직을 냉각시키는 것을 보장하기 위해, 제어기를 사용하여 상기 EMR 소스를 제어하는 단계를 더 포함하는
방법.
- 시스템에 있어서,
약 1400nm와 3400nm 사이의 범위에서 파장의 EMR 빔을 생성하도록 구성된 전자기 방사(EMR) 소스;
상기 EMR 빔을 횡방향 링 에너지 프로파일로 성형하도록 구성된 빔 성형기 - 상기 빔 성형기는 액시콘을 포함함 -;
조직 내에 위치된 초점 영역에 대해 적어도 약 0.2의 개구수에서 상기 EMR 빔을 수럼시키도록 구성된 광학 장치;
상기 조직의 외부 표면과 접촉하여 배치될 때 상기 조직를 냉각시키도록 구성된 상기 광학 장치를 형성하는 빔-하향에 위치된 윈도우 어셈블리 - 상기 윈도우 어셈블리는:
제1 윈도우;
상기 제1 윈도우와 분리된 제2 윈도우; 및
상기 제1 윈도우와 상기 제2 윈도우 사이에 위치된 냉각제 챔버를 포함하고, 상기 냉각제 챔버는 상기 EMR 빔의 실질적으로 비흡수성이고 플루오로카본계 유체를 포함하는 냉각제를 수용하도록 구성됨 -; 및
상기 윈도우 어셈블리가: EMR 빔을 생성하기 전에 결정된 온도로 그리고 결정된 시간 동안에 중 적어도 하나로, 조직를 냉각시키는 것을 보장하기 위해 상기 EMR 소스를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는
시스템.
- 시스템에 있어서,
파장을 갖는 EMR 빔을 생성하도록 구성된 전자기 방사선(EMR) 소스;
상기 EMR 빔을 폭으로 시준하도록 구성된 콜리메이터;
상기 시준된 EMR 빔을 횡방향 링 에너지 프로파일로 성형하도록 구성된 제1 액시콘 및 제2 액시콘을 포함하는 빔 성형기 - 상기 제1 액시콘 및 상기 제2 액시콘은 상기 횡방향 링 에너지 프로파일의 원하는 내부 직경에 영향을 미치도록 선택되는 광학축을 따른 분리 거리에 의해 분리되고, 상기 시준된 EMR 빔의 폭은 상기 횡방향 에너지 프로파일의 원하는 두께에 영향을 미치도록 선택됨 -; 및
상기 EMR 빔을 조직 내의 초점 영역으로 수럼시키여, 상기 초점 영역 내의 상기 조직에 영향을 미치도록 구성된 광학 장치를 포함하는
시스템.
- 시스템에 있어서,
횡방향 링 형상 에너지 프로파일 및 약 1200nm 내지 약 12000nm의 범위의 파장을 갖는 EMR 빔을 생성하도록 구성된 전자기 방사(EMR) 소스;
상기 EMR 빔을 조직 내에 위치된 초점 영역으로 수렴시키도록 구성된 광학 장치;
상기 조직 내의 상기 초점 영역을 스캔하도록 구성된 빔 스캐닝 시스템;
상기 조직의 외부 표면과 접촉하여 배치될 때 상기 EMR 빔을 투과시키고 상기 조직을 냉각시키도록 구성된 상기 광학 장치로부터 빔-하향에 위치되는 윈도우 어셈블리 - 상기 윈도우 어셈블리는:
제1 윈도우;
상기 제1 윈도우와 분리된 제2 윈도우; 및
상기 제1 윈도우와 상기 제2 윈도우 사이에 위치되는 냉각제 챔버 - 상기 냉각제 챔버는 상기 EMR 빔의 실질적으로 비흡수성인 플루오로카본계 유체를 포함하는 냉각제를 수용하도록 구성됨 -; 및
복수의 펄스로 상기 EMR 빔을 생성하기 위해 상기 EMR 소스를 제어하도록 구성된 제어기 - 상기 복수의 펄스 중 적어도 하나의 펄스는 약 100 마이크로초보다 작지 않은 펄스 지속기간을 갖음 - 를 포함하는
시스템.
- 제21항에 있어서,
상기 복수의 펄스 중 적어도 하나의 펄스는 약 100mJ보다 크지 않은 펄스 에너지를 갖는
시스템.
- 제21항에 있어서,
상기 냉각제를 약 -20 oC 내지 약 20 oC의 범위 내의 온도로 냉각시키도록 구성된 냉각기를 더 포함하는
시스템.
- 제21항에 있어서,
상기 광학 장치는 적어도 약 0.2의 개구수(NA)에서 상기 EMR 빔을 수럼시키도록 추가로 구성되는
시스템.
- 제21항에 있어서,
상기 윈도우 어셈블리와 상기 조직 사이에 위치된 광학 조직 크리닝 매개체를 추가로 포함하고, 상기 광학 조직 크리닝 매개체는 글리세린, 폴리에틸렌 글리콜 및 인산염수 완충 식염수 중 적어도 하나를 포함하는
시스템. - 제21항에 있어서,
상기 EMR 소스는 상기 횡방향 링 형상 에너지 프로파일을 성형하도록 구성된 빔 성형기를 더 포함하는
시스템.
- 제26항에 있어서,
상기 빔 성형기는 액시콘을 포함하는
시스템.
- 제21항에 있어서,
상기 제어기는 상기 EMR 빔을 생성하기 전에 상기 윈도우 어셈블리가 상기 조직을 미리 결정된 온도로 냉각시키는 것을 보장하도록 상기 EMR 소스를 제어하도록 구성되는
시스템.
- 제21항에 있어서,
상기 제어기는 상기 EMR 빔을 생성하기 전에 상기 윈도우 어셈블리가 미리 결정된 기간 동안 상기 조직을 냉각시키는 것을 보장하도록 상기 EMR 소스를 제어하도록 구성되는
시스템.
- 제21항에 있어서,
상기 EMR 소스, 상기 광학 장치 및 상기 빔 스캐닝 시스템 중 적어도 하나는 상기 링 형상 에너지 프로파일의 내부 직경, 상기 링 형상 에너지 프로파일의 외부 직경, 상기 링 형상 에너지 프로파일의 두께, 및 상기 조직 내의 상기 초점 영역의 깊이 중 하나 이상을 포함하는, 상기 EMR 빔의 하나 이상의 파라미터를 제어하도록 구성되는
시스템.
- 방법에 있어서,
조직의 외부 표면과 접촉하는 윈도우 어셈블리를 사용하여, 조직을 냉각시키는 단계 - 상기 윈도우 어셈블리는:
제1 윈도우;
상기 제1 윈도우와 분리된 제2 윈도우; 및
상기 제1 윈도우와 상기 제2 윈도우 사이에 위치된 냉각제 챔버를 포함하고, 상기 냉각제 챔버는 EMR 빔의 실질적으로 비흡수성인 플루오로카본계 유체를 포함하는 냉각제를 수용하도록 구성됨 -;
전자기 방사(EMR) 소스를 사용하여, 횡방향 링 형상 에너지 프로파일 및 약 1200nm 내지 약 12000nm 범위의 파장을 갖는 EMR 빔을 생성하는 단계;
광학 장치를 사용하여, 상기 EMR 빔을 조직 내에 위치된 초점 영역으로 수렴시키는 단계;
빔 스캐닝 시스템을 사용하여, 상기 조직 내의 상기 초점 영역을 스캔하는 단계; 및
제어기를 사용하여, 복수의 펄스로 상기 EMR 빔을 생성하도록 상기 EMR 소스를 제어하는 단계 - 상기 복수의 펄스 중 적어도 하나의 펄스는 약 100 마이크로초보다 작지 않은 펄스 지속기간을 갖음 - 를 포함하는
방법.
- 제31항에 있어서,
상기 복수의 펄스 중 적어도 하나의 펄스는 약 100mJ보다 크지 않은 펄스 에너지를 갖는
방법.
- 제31항에 있어서,
냉각기를 사용하여, 상기 냉각제를 약 -20 oC 내지 약 20 oC의 범위 내의 온도로 냉각시키는 단계를 더 포함하는
방법.
- 제31항에 있어서,
상기 EMR 빔을 수렴시키는 단계는 적어도 약 0.2의 개구수(NA)에서 수행되는
방법.
- 제31항의 방법에 있어서,
상기 윈도우 어셈블리와 상기 조직 사이에 광학 조직 크리닝 매개체를 도입하는 단계를 더 포함하고, 상기 광학 조직 크리닝 매개체는 글리세린, 폴리에틸렌 글리콜 및 인산염 완충 식염수 중 적어도 하나를 포함하는
방법.
- 제31항의 방법에 있어서,
상기 전자기 방사선 소스는 상기 횡방향 링 형상 에너지 프로파일을 성형하도록 구성된 빔 성형기를 더 포함하는
방법.
- 제36항에 있어서,
상기 빔 성형기는 액시콘을 포함하는
방법.
- 제31항에 있어서,
상기 EMR 빔을 생성하기 전에 상기 윈도우 어셈블리가 상기 조직을 미리 결정된 온도로 냉각시키는 것을 보장하기 위해, 제어기를 사용하여 상기 EMR 소스를 제어하는 단계를 더 포함하는
방법.
- 제11항에 있어서,
상기 EMR 빔을 생성하기 전에 상기 윈도우 어셈블리가 미리 결정된 기간 동안 상기 조직을 냉각시키는 것을 보장하기 위해, 제어기를 사용하여 상기 EMR 소스를 제어하는 단계를 더 포함하는
방법.
- 제31항에 있어서,
상기 링 형상 에너지 프로파일의 내부 직경, 상기 링 형상 에너지 프로파일의 외부 직경, 상기 링 형상 에너지 프로파일의 두께, 및 상기 조직 내의 초점 영역의 깊이 중 하나 이상을 포함하는, 상기 EMR 빔의 하나 이상의 파라미터를 제어하는 단계를 더 포함하는
방법.
- 시스템에 있어서,
약 1400nm 내지 3500nm 범위의 파장을 갖는 EMR 빔을 생성하도록 구성된 전자기 방사(EMR) 소스;
상기 EMR 빔을 시준된 빔 폭으로 시준하도록 구성된 콜리메이터;
상기 EMR 빔을 횡방향 링 형상 에너지 프로파일로 성형하도록 구성된 제1 액시콘 및 제2 액시콘을 포함하는 빔 성형기 - 상기 제1 액시콘 및 상기 제2 액시콘은 광학축에 따른 분리 거리에 의해 분리되고, 상기 링 형상 에너지 프로파일의 내부 직경은 상기 분리 거리와 관련되고, 상기 링 형상 에너지 프로파일의 두께는 상기 시준된 빔 폭과 관련됨 -;
조직 내에 위치된 초점 영역에 대해 적어도 약 0.2의 개구수에서 상기 EMR 빔을 수럼시키도록 구성된 광학 장치;
상기 조직 내의 상기 초점 영역을 스캔하도록 구성된 빔 스캐닝 시스템;
상기 조직의 외부 표면과 접촉하여 배치될 때 상기 EMR 빔을 투과시키고 상기 조직을 냉각시키도록 구성된 광학 장치로부터 빔-하향에 위치되는 윈도우 어셈블리 - 상기 윈도우 어셈블리는:
제1 윈도우;
상기 제1 윈도우와 분리된 제2 윈도우; 및
상기 제1 윈도우와 상기 제2 윈도우 사이에 위치된 냉각제 챔버 - 상기 냉각제 챔버는 상기 EMR 빔의 실질적으로 비흡수성인 플루오로카본계 유체를 포함하는 냉각제를 수용하도록 구성됨 -;
상기 냉각제를 약 -20oC 내지 약 20oC의 범위 내의 온도로 냉각시키도록 구성된 냉각기;
상기 윈도우 어셈블리가 상기 EMR 빔을 생성하기 전에 미리 결정된 온도로 또는 미리 결정된 시간 동안 상기 조직을 냉각시키는 것을 보장하기 위해 상기 EMR 소스를 제어하고; 및 복수의 펄스로 상기 EMR 빔을 생성하도록 상기 EMR 소스를 제어하도록 구성된 제어기 - 상기 복수의 펄스 중 적어도 하나의 펄스는 100 마이크로초보다 작지 않은 펄스 지속 시간을 갖음 - 를 포함하고; 및
상기 EMR 소스, 상기 광학 장치, 및 상기 빔 스캐닝 시스템 중 적어도 하나는, 상기 링 형상 에너지 프로파일의 내부 직경, 상기 링 형상 에너지 프로파일의 외부 직경, 상기 링 형상 에너지 프로파일의 두께, 및 상기 조직 내의 상기 초점 영역의 깊이 중 하나 이상을 포함하는, 상기 EMR 빔의 하나 이상의 파라미터를 제어하도록 구성되는
시스템.
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