KR20240004743A - 스마트 관주 및 흡인 시스템 및 방법 - Google Patents

스마트 관주 및 흡인 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20240004743A
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세르게이 필리페트스키
드미트리 부투소브
그레고리 알트슐러
올리비어 트랙서
아이작 오스트로브스키
아나스타시야 코발렌코
펠릭스 스투칼린
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아이피지 포토닉스 코포레이션
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Abstract

관주 및 흡인 시스템은, 신장 내부와 유체 연통되는 원위 단부를 갖는 카테터 샤프트, 샤프트를 통해 연장되는 관주 채널 및 흡인 채널, 관주 채널 및 흡인 채널과 유체 결합되는 바이패스 채널, 바이패스 채널을 통해 관주 채널과 흡인 채널 사이의 유체 연통 레벨을 제어하도록 구성된 바이패스 밸브, 흡인 펌프, 흡인 채널 상에 배치되고 흡인 채널에서 유체의 펄스 유동을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 밸브, 신장 내부와 유체 연통하는 압력 센서, 및 제어기를 포함하고, 제어기는 적어도 하나의 압력 측정값을 수신하고, 측정된 압력을 임계값과 비교하며, 비교에 기초하여, 바이패스 밸브, 흡인 펌프, 및 적어도 하나의 밸브 중 적어도 하나에 제어 명령을 전송하도록 구성된다.

Description

스마트 관주 및 흡인 시스템 및 방법
우선권
본 출원은 35 U.S.C.§119 하에 2021년 5월 4일자로 출원된 SMART IRRIGATION AND ASPIRATION SYSTEM이라는 명칭의 미국 가특허 출원 제63/183,675호에 대한 우선권의 이익을 청구하고, 상기 출원은 그 전문이 모든 목적을 위해 참조로 본 명세서에 포함된다.
기술 분야
본 기술 분야는 전반적으로 레이저 쇄석술에 관한 것이며, 더 구체적으로는 신장 내 압력 제어에 중점을 두고 요관경을 사용하는 레이저 보조 신장 결석 제거에 관한 것이다.
신장 결석 질환은 세계 모집단의 12%에 영향을 미치는 것으로 추정되는 널리 퍼진 상태이다. 대부분의 환자는 자연적으로 결석을 배출할 수 있지만, 의학적 개입이 요구될 정도로 충분히 상태가 심각할 수 있다. 극심한 통증, 메스꺼움, 구토, 감염, 소변 유동 차단, 및 신장 기능 상실이 뒤따를 수 있다. 레이저 쇄석술은 신장 결석을 치료하는 방법이다. 광섬유에 의해 지향되는 광 에너지는 결석을 자연적으로 배출될 수 있는 더 미세한 부분으로 분쇄하는 데 사용된다. 가요성 요관경을 이용한 신장 결석 치료에 대한 종래의 접근법은 요관경 샤프트와 액세스 외장 또는 자연 요로 사이의 공간을 통한 강제 유체 관주 및 자연 흡인을 이용한 디바이스를 포함된다. 보다 최근의 접근법은 또한 결석 절제로부터 초래되는 결석 단편과 먼지를 진공 세정기로 세정하기 위해 요관경 내에 흡인 채널을 갖게 구성되는 디바이스를 포함한다(예를 들어, 미국 특허 공개 제2017/0215965호 참조).
레이저 쇄석술의 문제점 중 하나는 결석 목표화이다. 광섬유가 결석과 접촉하지 않는 경우, 절제 속도가 낮아져, 시술 시간이 증가된다. 더욱이, 레이저 펄스가 의도하지 않은 목표를 향해 잘못 지향되어, 부수적인 손상을 유발할 수 있다. 또 다른 문제는 시술 중 신장과 요관경의 압력 및 유체 평형을 유지하는 것이다. 결석 단편을 제거하기 위해 진공을 인가하면 신장 내 유체 함량과 압력이 변경되어, 적절하게 관리되지 않으면, 환자 또는 요관경에 의도하지 않은 손상을 유발할 가능성이 있다. 더욱이, 레이저 쇄석술 시술 중에, 요관경의 흡인 채널에 진공이 생성된다. 이 채널의 원위 단부는 결석과 그 단편에 의해 막히는 경우가 많을 수 있다. 막힘이 심하면 수술 중에 요관경을 반복해서 제거, 세정, 재삽입해야 할 수도 있다.
양태 및 실시예는 관주 및 흡인 시스템에서 유체 유동을 제어하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
예시적인 실시예에 따르면, 관주 및 흡인 시스템이 제공되며, 시스템은, 근위 단부 및 원위 단부를 갖는, 카테터 샤프트로서, 원위 단부는 신장 내부와 유체 연통되는, 카테터 샤프트, 근위 단부로부터 원위 단부까지 샤프트를 통해 연장되는 관주 채널, 근위 단부로부터 원위 단부까지 샤프트를 통해 연장되는 흡인 채널, 관주 채널 및 흡인 채널과 유체 결합되는 바이패스 채널, 바이패스 채널을 통해 관주 채널과 흡인 채널 사이의 유체 연통 레벨을 제어하도록 구성된 바이패스 밸브, 흡인 채널과 유체 연통하고 원위 단부로부터 흡인 채널의 근위 단부를 향해 유체를 펌핑하도록 구성된 흡인 펌프, 흡인 채널 상에 배치되고 흡인 채널에 유체의 펄스 유동을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 밸브, 신장 내부와 유체 연통하는 압력 센서, 및 압력 센서, 바이패스 밸브, 적어도 하나의 밸브, 및 흡인 펌프와 연통하는 제어기를 포함하며, 제어기는: 압력 센서로부터 적어도 하나의 압력 측정값을 수신하고, 측정된 압력값을 미리 결정된 압력 임계값과 비교하며, 비교에 기초하여, 바이패스 밸브, 적어도 하나의 밸브, 및 흡인 펌프 중 적어도 하나에 제어 명령을 전송하도록 구성된다.
일 예에서, 제어기는 단위 시간당 측정된 압력값을 계산하고 단위 시간당 측정된 압력값이 제1 미리 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 지의 여부를 결정하며, 이에 응답하여 흡인 채널의 유체 유량이 증가되도록 흡인 펌프에 제어 명령을 전송하도록 구성된다. 일 예에서, 제1 미리 결정된 임계값에 대해 기초로서 사용되는 측정된 압력값은 50 cmH2O이다.
일 예에서, 제어기는 단위 시간당 측정된 압력값이 제2 미리 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 지의 여부를 결정하고, 이에 응답하여 바이패스 채널이 개방되고 관주 채널이 흡인 채널에 유체 결합되며 관주 유체가 흡인 채널의 원위 단부를 향해 지향되도록 바이패스 밸브에 제어 명령을 전송하도록 구성된다. 일 예에서, 제2 미리 결정된 임계값에 대해 기초로서 사용되는 측정된 압력값은 60 cmH2O이다.
일 예에서, 제어기는 반복 사이클에서 미리 결정된 지속 기간(τ1) 동안 적어도 하나의 밸브를 폐쇄하고 미리 결정된 지속 기간(τ2) 동안 적어도 하나의 밸브를 폐쇄하는 제어 명령을 전송함으로써 유체의 펄스 유동을 구현하도록 구성되고, τ1과 τ2는 미리 결정된 시간 기간(t)만큼 분리되고 각각의 사이클은 시간 기간(T)으로 구성된다. 일 예에서, 적어도 하나의 밸브는 바이패스 채널과 흡인 펌프 사이의 흡인 채널 상에 배치된다.
일 예에서, 적어도 하나의 밸브는 제1 밸브 및 제2 밸브를 포함하고, 제2 밸브는 바이패스 채널과 흡인 채널의 원위 단부 사이의 흡인 채널 상에 배치된다. 추가의 예에서, 제어기는 반복 사이클에서 미리 결정된 지속 기간(τ1) 동안 제1 밸브를 폐쇄하고 미리 결정된 지속 기간(τ2) 동안 제2 밸브를 폐쇄하는 제어 명령을 전송함으로써 유체의 펄스 유동을 구현하도록 구성되고, τ1과 τ2는 미리 결정된 시간 기간(t)만큼 분리되고 각각의 사이클은 시간 기간(T)으로 구성된다.
일 예에서, 바이패스 밸브는 3방향 솔레노이드 핀치 밸브로서 구성되고, 적어도 하나의 밸브는 2방향 솔레노이드 핀치 밸브로서 구성된다.
일 예에서, 압력 센서는 카테터 샤프트의 외부 표면에 근접해 있다.
일 예에서, 시스템은 레이저 방사선을 방출하도록 구성되는 레이저 소스, 및 레이저 소스에 결합되고 흡인 채널의 원위 단부에 매우 근접하여 레이저 방사선을 송신하도록 구성되는 광섬유를 더 포함하며, 광섬유는 카테터 샤프트의 근위 단부로부터 원위 단부까지 연장된다.
다른 예시적인 실시예에 따르면, 흡인 및 관주 시스템을 작동하는 방법이 제공되며, 방법은, 흡인 채널의 원위 단부로부터 근위 단부까지 펄스 유체 유동을 제공하는 단계로서, 흡인 채널의 원위 단부는 신장 내부와 유체 연통하는, 단계, 신장 내부의 압력값을 측정하는 단계, 측정된 압력값이 제1 압력 임계값보다 작은 지의 여부를 결정하는 단계, 및 측정된 압력값이 제1 압력 임계값을 충족하거나 초과할 때 펄스 유체 유동의 속도를 증가시키는 단계를 포함한다.
일 예에서, 방법은 관주 채널의 근위 단부로부터 원위 단부까지 유체 유동을 제공하는 단계로서, 관주 채널의 원위 단부는 신장 내부와 유체 연통하는, 단계, 측정된 압력값이 제2 압력 임계값보다 작은 지의 여부를 결정하는 단계, 및 측정된 압력값이 제2 압력 임계값을 충족하거나 초과할 때 관주 채널로부터 흡인 채널로 유체 유동을 지향시키는 단계를 더 포함한다. 일 예에서, 관주 채널로부터 흡인 채널로의 유체 유동은 바이패스 채널을 통해 지향된다. 또 다른 예에서, 방법은 흡인 채널의 근위 단부와 바이패스 채널 사이의 흡인 채널 상에 배치된 밸브를 폐쇄하는 단계를 더 포함한다.
일 예에서, 펄스 유체 유동은 흡인 채널 상에 배치된 적어도 하나의 밸브에 의해 구현된다. 일 예에서, 펄스 유체 유동은 반복 사이클에서 미리 결정된 지속 기간(τ1) 동안 적어도 하나의 밸브를 폐쇄하고 미리 결정된 지속 기간(τ2) 동안 적어도 하나의 밸브를 폐쇄함으로써 구현되고, τ1과 τ2는 미리 결정된 시간 기간(t)만큼 분리되고 각각의 사이클은 시간 기간(T)으로 구성된다. 다른 예에서, 적어도 하나의 밸브는 제1 밸브 및 제2 밸브를 포함하고, 펄스 유체 유동은 반복 사이클에서 미리 결정된 지속 기간(τ1) 동안 제1 밸브를 폐쇄하고 미리 결정된 지속 기간(τ2) 동안 제2 밸브를 폐쇄함으로써 구현되고, τ1과 τ2는 미리 결정된 시간 기간(t)만큼 분리되고 각각의 사이클은 시간 기간(T)으로 구성된다. 일 예에서, τ1 및 τ2는 20 ms에서 500 ms까지의 범위 내에 있고, 시간 기간(T)은 0.5 s에서 3.0 s까지의 범위 내에 있다.
이러한 예시적인 양태 및 실시예의 또 다른 양태, 실시예, 및 이점이 아래에서 상세히 설명된다. 더욱이, 앞서 설명한 정보 및 다음의 상세한 설명은 모두 다양한 양태 및 실시예의 단지 예시적인 예이고, 청구된 양태 및 실시예의 속성 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 골격을 제공하도록 의도된다는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에 개시된 실시예는 다른 실시예와 결합될 수 있으며, "실시예", "예", "몇몇 실시예", "몇몇 예", "대안 실시예", "다양한 실시예", "일 실시예", "적어도 하나의 실시예", "본 실시예 및 다른 실시예", "특정 실시예" 등에 대한 언급은 반드시 상호 배타적이지 않으며, 설명된 특정 피처, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있다는 것을 나타내도록 의도된다. 본 명세서에서 이러한 용어의 출현은 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다.
적어도 하나의 실시예의 다양한 양태는 실척으로 작성되도록 의도되지 않은 첨부 도면을 참조하여 아래에서 설명된다. 도면은 다양한 양태 및 실시예의 예시 및 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되고 그 일부를 구성하지만, 임의의 특정 실시예의 제한의 정의로서 의도되지 않는다. 명세서의 나머지 부분과 함께 도면은 설명되고 청구된 양태 및 실시예의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다. 도면에서, 다양한 도면에 예시되어 있는 각각의 동일하거나 또는 거의 동일한 구성요소는 동일한 번호로 표시된다. 명확성을 위해, 모든 구성요소가 모든 도면에 라벨 표시되지 않을 수도 있다. 도면에서:
도 1a는 본 발명의 양태에 따른 관주 및 흡인 시스템의 일 예의 개략도이고;
도 1b는 본 발명의 양태에 따른 관주 및 흡인 시스템의 또 다른 예의 개략도이며;
도 2는 도 1b의 관주 및 흡인 시스템의 블록도이고;
도 3은 본 발명의 양태에 따른 요관경의 일 예의 원위 단부의 사시도이며;
도 4a는 본 발명의 양태에 따른 펄스 유동의 일 예의 개략도이고;
도 4b는 본 발명의 양태에 따른 펄스 유동의 다른 예의 개략도이며;
도 5는 도 1b의 시스템 기능의 양태를 보여주는 시간 그래프이고;
도 6은 본 발명의 양태에 따른 관주 및 흡인 시스템의 또 다른 예의 개략도이며;
도 7은 본 발명의 양태에 따른 실험 결과를 보여주는 그래프이다.
전술한 바와 같이, 레이저 쇄석술과 관련된 문제는 결석 목표화, 신장의 압력 및 유체 평형 유지, 결석 부스러기로 인한 막힘 등을 포함한다. 본 명세서에 개시된 해결책은 관주, 흡인, 및 레이저 방사선 작동 파라미터의 모니터링 및 실시간 제어를 통해 레이저 및 유체 펌프 시스템의 기능을 동기화하는 시스템 및 방법을 구현함으로써 이들 문제를 극복하고 임상 시술의 안전하고 효과적인 결과를 보장하고자 한다.
다양한 양태에 따르면, 스마트 관주 및/또는 흡인 유동은 흡인 효율을 증가시키고 막힘을 방지하도록 구현된다. 본 명세서에 사용될 때, 관주 및/또는 흡인 유동과 관련하여 "스마트"라는 용어는 제어기와의 양방향 통신(즉, 신호의 송신 또는 수신)을 유지하는 능력을 지칭한다. 레이저 치료 중에, 흡인 채널의 부압은 관주 채널 출구로부터의 관주 유체 유동과 조합하여 절제 프로세스의 결과인 작은 결석 입자와 먼지의 유동을 흡인 채널에 생성한다. 신장 압력을 안전한 범위로 유지하기 위해서는 이러한 유입과 유출의 균형을 맞추는 것이 중요하다. 본 명세서에 설명된 실시예에 따르면, 흡인 채널이 절제 입자로 막히지 않게 하고 유체 유동을 위해 개방된 상태를 유지하기 위해 여러 기능이 구현될 수 있다:
· 치료 영역(신장)의 액체 압력 모니터링
· 흡인 유동의 지속적인 펄싱
· 압력 모니터링의 결과로서 흡인 채널의 부압 변경
· 막힘을 제거하기 위해 관주 유동을 흡인 채널로 전환
막힘 검출 및 신장 압력 제어
다양한 실시예에 따르면, 개시된 관주 및 흡인 시스템은 유동 센서(유체 속도 또는 유량 센서라고도 지칭됨) 및 압력 센서와 같은 하나 이상의 센서, 적어도 하나의 밸브, 유체 펌프, 및 제어기 또는 제어 시스템의 일부로서 기능하는 처리 컴퓨터를 포함한다.
일 실시예에 따른 관주 및 흡인 시스템의 하나의 비제한적인 예가 도 1a에서 전체적으로 100a로 표시되어 있다. 시스템(100a)은 근위 단부(113) 및 원위 단부(114)를 갖는 카테터 샤프트(112)(도 2 및 도 3 참조) - 원위 단부(114)는 신장 내부와 유체 연통됨 -, 관주 채널(102), 흡인 채널(104), 바이패스 채널(108), 바이패스 밸브(132), 흡인 채널 상에 배치된 적어도 하나의 밸브(예를 들어, 밸브(138)), 흡인 펌프(115), 하나 이상의 압력 센서(156, 158), 및 제어기(190)를 포함한다.
관주 채널(102) 및 흡인 채널(104)은 근위 단부(113)로부터 원위 단부(114)까지 샤프트(112)를 통해 연장된다. 관주 채널(102)과 흡인 채널(104) 모두의 원위 단부는 신장 내부와 유체 연통된다. 흡인/관주 시스템(100a)은 "3채널" 요관경(섬유, 흡인 및 관주용)이라고도 명명되는 요관경(105) 내에서 사용된다. 유체는 관주 채널(102)을 통해 (예를 들어, 신장으로) 펌핑되고, 흡인 채널(104)을 통해 신장 밖으로 펌핑된다. 채널과 관련하여 사용된 "근위 단부"라는 용어는 대응 펌프에 부착된 단부를 지칭하고, "원위 단부"라는 용어는, 원위 단부가 쇄석술 시술을 위한 위치에 있을 때, 신장의 내부 체적 내에 있도록 요관경에서 노출된 단부(예를 들어, 원위 단부는 도 3에 나타냄)를 지칭한다.
바이패스 채널(108)은 관주 채널(102) 및 흡인 채널(104)과 유체 결합되고, 바이패스 밸브(132)는, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 바이패스 채널(108)을 통해 관주 채널(102)과 흡인 채널(104) 사이의 유체 연통 레벨을 제어하도록 구성된다. 흡인 펌프(115)는 흡인 채널(104)과 유체 연통하고 흡인 채널(104)의 원위 단부로부터 근위 단부를 향해 유체를 펌핑하도록 구성된다. 이 실시예에서, 흡인 채널(104) 상에 배치된 적어도 하나의 밸브는 바이패스 채널(108)과 흡인 펌프(115) 사이에 배치되는 밸브(138)를 포함한다.
압력 센서(156, 158)는 신장 내부와 유체 연통하며, 각각 압력을 측정하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 카테터(112)는 압력 센서(158)를 갖게 구성된다. 도 3은 압력 센서(158)에 대한 2개의 가능한 위치를 도시하며, 각각은 카테터 샤프트(112)의 원위 단부(114)에 또는 그 근방에 위치 설정된다. 몇몇 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 압력 센서(158)는 카테터 샤프트(112)의 외부 표면에 근접할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 예에서 카테터 샤프트(112)의 외부 표면은 압력 센서(158)를 수용하는 작은 리세스를 갖는다. 다른 예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 압력 센서(158)는 요관경(105)의 카메라(165)에 근접하게, 예를 들어 카메라(165) 위의 표면 상에 위치 설정된다.
몇몇 실시예에서, 압력 센서(156)는 별개의 삽입 디바이스를 통해 신장으로 배치된다. 이 경우, 압력 센서(156)는 카테터 샤프트(112) 외부에 배치되고(카테터 샤프트(112)에 부착되거나 달리 일체화되지 않음), 본 명세서에서는 "외부" 압력 센서라고도 지칭된다. 예를 들어, 소형 압력 센서는 바늘 및/또는 카테터, 또는 임의의 다른 액세스 외장을 통해 신장에 삽입될 수 있으므로, 요관경 외부에(즉, 카테터 샤프트, 흡인 채널, 및 관주 채널 외부에) 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 압력 센서(156)는 19 밀리미터(mm) 미만인 적어도 하나의 치수(예를 들어, 직경 또는 길이)를 갖고, 추가 실시예에서는 15 mm 미만인 적어도 하나의 치수를 가지며, 또 다른 실시예에서는 11 mm 미만인 적어도 하나의 치수를 갖는다. 특정 실시예에 따르면, 압력 센서(156)는 0.5 mm 미만의 직경을 갖고, 일 실시예에서는 0.3 mm 미만의 직경을 갖는다. 특정 실시예에서, 압력 센서(156)는 6 mm 미만의 길이를 가지며, 일 실시예에서는 5 mm 미만의 길이를 갖는다. 압력 센서(156)는 카테터 샤프트(112)의 원위 단부에 근접하여 신장 내 압력의 생체 내 모니터링을 제공하도록 신장 내에 위치 설정될 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 흡인 채널(104) 상에 배치된 적어도 하나의 밸브는 흡인 채널(104)에 유체의 펄스 유동을 제공하도록 구성된다. 도 1의 시스템(100a)에서, 밸브(138)는 흡인 채널(104)에 유체의 펄스 유동을 제공하도록 구성된다. 밸브(138)는 양방향 솔레노이드 핀치 밸브와 같은 핀치 밸브로서 구성된다. 이러한 유형의 밸브가 여기되지 않으면, 플런저가 개방되어, 유체가 입구 및 출구 포트를 통해 밸브를 통해 유동하게 한다. 플런저가 여기되면, 플런저가 폐쇄되어, 흡인 배관이 압축되고 유체 유동을 완전히 차단한다. 동시에, 흡인 배관의 압축의 결과로서, 소량의 액체가 흡인 라인을 따라 뒤로 푸시된다. 몇몇 실시예에서, 제어기(190)는 흡인 펌프(115) 및 밸브(138) 중 적어도 하나에 하나 이상의 제어 명령을 전송함으로써 흡인 채널에서 유체의 펄스 유동을 구현하도록 구성된다. 제어기(190)는 밸브(138)에 개방 또는 폐쇄시키는 제어 명령을 전송하도록 구성된다. 흡인 펌프(115)는 또한 제어기(190)에 의해 제어되어 흡인 채널(104)의 원위 단부로부터 근위 단부로 유체를 펌핑함으로써, 유체를 밸브(138)를 통해 "끌어당길" 수 있다. 밸브(138)는 흡인 채널 내의 액체를 따라 짧은 펄스의 배압을 전송함으로써 흡인 유체 유동을 중단하며, 이는 입자의 혼합을 용이하게 하고 막힘의 위험을 감소시킨다. 더욱이, 흡인 채널은 최소 신장 특성, 즉, 높은 탄성 메모리를 제공하는 재료로 구성된다. 일 실시예에 따르면, 흡인 채널은 PEBAX®와 같은 열가소성 엘라스토머로 구성된다.
펄스 유체 유동의 하나의 비제한적인 예의 개략도가 도 4a에 도시되어 있다. 제어기(190)는 미리 결정된 지속 기간(τ1) 동안 밸브(138)를 폐쇄하고 미리 결정된 지속 기간(τ2) 동안 밸브(138)를 폐쇄하는 제어 명령을 전송하고, τ1과 τ2는 반복 사이클에서 미리 결정된 시간 기간(t)만큼 분리되고 각각의 사이클은 시간 기간(T)으로 구성된다. 시간 기간(T)은 τ1의 시작부터 연속적인 τ1의 시작까지의 지속 기간이다. 유체 내의 결과적인 펄스 유동이 또한 도 4a에 도시되어 있다. 도 4a에 도시된 바와 같은 이 예에서, τ1과 τ2는 서로 동일하지만, 몇몇 실시예에서는 τ1과 τ2가 서로 상이하다는 것을 이해해야 한다.
다른 실시예에 따른 관주 및 흡인 시스템의 다른 비제한적인 예가 도 1b에서 전체적으로 100b로 표시되어 있다. 시스템(100b)은 도 1a의 시스템(100a)과 거의 동일하지만, 이 경우, 흡인 채널(104)의 펄스 유체 유동은 2개의 밸브를 사용하여 구현된다. 따라서, 흡인 채널(104)의 적어도 하나의 밸브는 제1 밸브(138) 및 제2 밸브(136)를 포함하고, 제2 밸브(136)는 바이패스 채널(108)과 흡인 채널(104)의 원위 단부 사이의 흡인 채널(104) 상에 배치된다. 펄스 유체 유동의 하나의 비제한적인 예의 개략도가 도 4a에 도시되어 있고, 다른 예가 도 4b에 도시되어 있다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 이 구성에서, 제어기(190)는 미리 결정된 지속 기간(τ1) 동안 제1 밸브(138)를 폐쇄하고 미리 결정된 지속 기간(τ2) 동안 제2 밸브(136)를 폐쇄하는 제어 명령을 전송하고, τ1과 τ2는 반복 사이클에서 미리 결정된 시간 기간(t)만큼 분리되고 각각의 사이클은 시간 기간(T)으로 구성된다. 앞서 언급한 바와 같이, 시간 기간(T)은 τ1의 시작부터 연속적인 τ1의 시작까지의 지속 기간이다. 도 4a에서, τ1은 τ2와 동일하고(즉, 같으며), 이는 또한 도 4b의 예 D에 도시된 구성이다. 또한, τ1과 τ2 사이의 분리(즉, 미리 결정된 시간 기간(t))는 τ1의 종료와 τ2의 시작 사이의 지속 기간이지만, 다른 실시예에서, 미리 결정된 시간 기간(t)은, 도 4b의 예 A-C를 참조하여 아래에서 설명되는 바와 같이, τ1의 시작과 τ2의 시작 사이의 지속 기간으로서 정의될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 도 4b의 A, B, 및 C에 도시된 바와 같이, τ1과 τ2는 서로 동일하지 않다. 전술한 바와 같이, 이러한 예에서, τ1과 τ2 사이의 분리를 나타내는 미리 결정된 시간 기간(t)은 τ1의 시작과 τ2의 시작 사이의 지속 기간으로서 정의된다. 유체(물)에서의 펄스의 조합된 효과는 도 4a 및 도 4b의 모든 예에 나타나 있다.
몇몇 실시예에서, τ1 및 τ2는 각각 20에서 500 밀리초(ms)까지의 범위 내에 있는 지속 기간이다. 몇몇 실시예에 따르면, τ1 및 τ2는 하나의 사이클 또는 시간 기간으로부터 다음 사이클 또는 시간 기간까지 상이한 지속 기간을 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 미리 결정된 시간 기간(t)은 1 ms에서 500 ms까지의 범위 내에 있다. 몇몇 실시예에서, 미리 결정된 시간 기간(t)은 1 ms에서 200 ms까지의 범위 내에 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 시간 기간(T)은 0.5에서 3.0초(s)까지의 범위 내에 있다.
흡인 채널(104)에 있는 적어도 하나의 밸브를 사용하여 구현되는 펄스 유동은 여러 이점을 제공한다. 우선, 펄스 유동은 흡인 채널(104)의 막힘을 방지할 수 있다. 또한, 흡인 유체 유동을 펄싱하면 레이저 절제 속도를 더욱 개선시키거나 달리 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 흡인 채널(104)의 압력이 일정하거나 거의 일정한 값으로 유지되면, 레이저 절제 크레이터가 성장하는 상황이 발생할 수 있지만, 광섬유 팁으로부터 결석 표면(즉, 크레이터 하단)까지의 거리가 계속해서 증가하기 때문에 절제 효율이 떨어진다. 결국, 이는 레이저가 계속 발사되지만, 더 이상 결석이 파괴되지 않는 교착 상황을 초래할 수 있다. 펄스 흡인 유체 유동은 결석이 흡인 채널(104)로부터 약간 멀어지게 이동하게 하고 위치를 변경하게 하며, 이는 레이저가 결석의 상이한 위치로 발사(레이저 방사선은 일련의 레이저 펄스에 의해 구현될 수 있음)할 수 있게 한다. 또한, 결석은 이 펄스 유체 유동에 의해 생성된 압력 펄스에 의해 흡인 채널(104)의 입구를 향해 당겨진다.
도 1a 및 도 1b에 예시된 바와 같이, 시스템(100a 및 100b)은 또한 관주 채널(102) 내의 유량을 측정하도록 구성된 유량 센서(140), 관주 채널(102) 내의 압력을 측정하도록 구성된 압력 센서(150), 및 관주 유체 소스(160)와 유체 연통하는 관주 펌프(110)를 포함할 수 있다. 시스템(100a 및 100b)은 또한 광섬유(106)에 레이저 에너지를 제공하는 레이저 소스(107)를 포함한다. 광섬유(106)의 원위 단부로부터 방출된 레이저 에너지는 신장 결석 물질을 절제하는 기능을 한다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 관주 유체의 유동은, 관주 소스(160)로부터 관주 채널(102)의 원위 단부로 관주 유체를 펌핑하도록 구성된 관주 펌프(110)에 제어기(190)가 제어 신호 또는 제어 명령을 전송하게 함으로써 시스템(100)에서 개시된다. 관주 채널(102) 내의 관주 유체의 유체 유량은 유량 센서(140)에 의해 측정될 수 있고 관주 유체의 유량은 가변 속도 펌프로서 구성된 관주 펌프(110)에 의해 조절될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 관주 유체의 유체 유량은 60에서 120 mL/min까지의 범위 내에 있다. 일 실시예에서, 관주 유체의 유체 유량은 80 ml/min이다.
신장에서 압력 센서(156, 158) 중 적어도 하나에 의해 취한 압력 측정값은 제어 시스템(100a, 100b)에서 제어기(190)에 대한 피드백 중 적어도 하나로서 사용된다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, 제어기(190)는 압력 센서(156 및/또는 158)로부터 적어도 하나의 압력 측정값을 수신하고, 측정된 압력값을 미리 결정된 압력 임계값과 비교하며, 비교에 기초하여, 제어 명령을 전송하거나 바이패스 밸브(132), 적어도 하나의 밸브(136 및/또는 138), 및 흡인 펌프(115) 중 적어도 하나를 달리 제어하도록 구성된다. 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 제어기(190)는 또한 시스템(100)의 다른 센서(예를 들어, 관주 채널(102)의 압력 센서(150), 관주 채널(102)의 유량 센서(140), 흡인 채널(104)의 유량 센서(144))로부터 입력을 수신하는 능력을 갖고 시스템(100)의 다른 구성요소(예를 들어, 관주 펌프(140), 레이저(107))를 제어한다.
시술 중에, 신장의 초기 목표 압력값(예를 들어, 40 cmH2O, 미리 결정된 압력 임계값의 예)이 초기 작동 모드에서 흡인 펌프(115) 및 흡인 채널(104)의 유체 유동을 제어하기 위해 제어기(190)(제어 시스템으로도 지칭됨)에 의해 기초로서 사용된다. 흡인 펌프(115)는 또한 가변 속도 펌프로서 구성되며, 신장의 압력이 초기 목표 압력값이 되도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 신장의 초기 압력이 너무 낮으면, 제어기(190)는 흡인 펌프(115)를 감속시켜 신장으로부터 더 적은 유체가 제거되도록 할 수 있고, 신장의 초기 압력이 너무 높으면, 제어기(190)는 흡인 펌프(115)를 가속시켜 신장으로부터 더 많은 유체를 제거할 수 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 흡인 채널(104)의 유체 유량은 60에서 150 mL/min까지의 범위 내에 있다. 신장의 내부 압력은 시술이 추가로 진행됨에 따라 변경될 것이며, 센서(들)(156 및/또는 158)에 의해 측정된 이 내부 신장 압력은 시스템(100)의 다른 구성요소를 제어하는 데 제어기(190)에 의해 사용된다.
도 2는 도 1b의 관주 및 흡인 시스템의 블록도이고, 도 5는 도 1b의 시스템 기능의 양태를 보여주는 시간 그래프이다. 그러나, 도 5에 도시된 기능은 도 1a의 시스템(100a)에도 적용된다는 것을 이해해야 한다.
정상 작동 모드 동안, 도 5의 그래프의 좌측에 도시된 바와 같이, 바이패스 밸브(132)의 채널 "A"는 개방되고 바이패스 밸브(132)의 채널 "B"(즉, 바이패스 채널(108))는 폐쇄된다. 일 실시예에 따르면, 바이패스 밸브(132)는 3방향 솔레노이드 핀치 밸브로서 구성된다. 관주 유체는 관주 펌프(110)에 의해 관주 채널(102)을 통해 바이패스 밸브(132)의 채널 A를 거쳐 그리고 관주 채널(102)의 원위 단부를 빠져나가 신장으로 진입할 때까지 관주 채널을 따라 펌핑된다. 앞서 언급한 바와 같이, 흡인 채널(104)은 도 5에서 밸브(136 및 138) 모두를 포함하는 적어도 하나의 밸브(136 및/또는 138)를 통해 펄스 유체 유동을 제공하도록 구성되지만, 펄스 유체 유동은 도 1a에 도시된 바와 같이 하나의 밸브로 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 도 5의 하단 좌측은 "코핑(coughing)" 방식과 유사한 펄스 흡인 유동의 누적 효과를 도시하며, 여기서 짧은 배압 펄스는 흡인 채널(104) 내의 유체를 따라 생성된다. 레이저가 발사되어 신장 결석 물질을 절제함에 따라, 흡인 채널(104)의 원위 단부 근방에 절제 생성물 입자가 생성된다. 앞서 언급한 바와 같이, 흡인 채널(104)의 펄스 유동은 이들 입자의 혼합을 용이하게 하고 흡인 채널(104)의 막힘 위험을 감소시킨다.
제어기(190)는 신장의 액체 압력을 모니터링하고 제어하는 데 사용될 수 있다. 제어기(190)는 압력 센서(들)(156 및/또는 158)로부터 압력 측정값을 수신하고 이 데이터를 분석한다. 몇몇 실시예에서, 제어기(190)는 측정된 압력값을 미리 결정된 압력 임계값과 비교하고, 비교에 기초하여, 바이패스 밸브(132), 적어도 하나의 밸브(136, 138), 및 흡인 펌프(115) 중 적어도 하나에 제어 명령을 전송한다.
적어도 하나의 실시예에 따르면, 제어기(190)는 단위 시간당 측정된 압력값을 계산하고, 단위 시간당 측정된 압력값이 하나 이상의 임계값을 충족하거나 초과하는 지의 여부를 결정하도록 구성된다. 이에 응답하여, 제어기(190)는 바이패스 밸브(132), 적어도 하나의 밸브(136, 138), 및/또는 흡인 펌프(115)와 같은 시스템(100) 내의 하나 이상의 구성요소에 제어 명령을 전송한다. 추가 양태에 따르면, 제어기(190)는 또한 관주 채널의 압력 센서(150) 및/또는 관주 채널의 유체 유량 센서(140), 및/또는 흡인 채널의 유체 유량 센서(144)와 같은 다른 센서로부터 입력을 수신하고, 레이저 소스(107)와 같은 시스템(100)의 구성요소에 제어 명령을 전송할 수 있다.
특정 실시예에 따르면, 시스템(100)의 초기 또는 1차 막힘 검출 작동 모드는 제어기(190)에 의해 구현될 수 있다. 흡인 채널(104)의 막힘은 유체가 신장으로부터 효과적으로 제거되지 않고 관주 채널(102)로부터의 관주 유체가 여전히 신장으로 진입하고 있기 때문에 신장의 압력 증가를 유발할 것이다. 일 실시예에 따르면, 초기 또는 1차 막힘 검출 작동 모드는, 제어기(190)가 단위 시간당 측정된 압력값을 계산하고 단위 시간당 측정된 압력값이 제1 미리 결정된 임계값을 충족하거나 초과한다고 결정할 때 시작될 수 있다. 이에 응답하여, 제어기(190)는 흡인 채널(104)의 유체의 유량이 증가되도록 흡인 펌프(115)에 제어 명령을 전송한다. 하나의 방법에 따르면, 제어기(190)는 측정된 압력값이 제1 압력 임계값보다 작은 지의 여부를 결정하고, 측정된 압력값이 제1 압력 임계값을 충족하거나 초과하는 경우 펄스 유체 유동의 속도를 증가시킨다. 예를 들어, 압력 센서(들)(156 및/또는 158)로부터의 측정된 압력값이 미리 결정된 시간 기간(예를 들어, 2 s) 동안 목표 값(예를 들어, 40 cmH2O)보다 미리 결정된 백분율 또는 백분율 범위(예를 들어, 25%) 초과일 때, 흡인 채널(104)의 유체 유량은 제어기(190)를 통해 흡인 펌프(115)에 의해 증가될 수 있다. 예를 들어, 측정된 압력값은 1차 막힘 검출 작동 모드가 구현되는 0.2 내지 10 s(경계값 포함) 범위 내의 시간 기간 동안 목표 값보다 5 내지 100%(경계값 포함) 범위 내 초과일 수 있다. 다른 예에서, 측정된 압력값은 1차 막힘 검출 작동 모드가 구현되는 1 내지 5 s(경계값 포함) 범위 내의 시간 기간 동안 목표 값보다 20 내지 30%(경계값 포함) 범위 내 초과일 수 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 압력 모니터링은 연속적으로 수행된다. 몇몇 실시예에서, 흡인 유체 유량은 100 ml/min으로부터 최대 150 ml/min까지 증가될 수 있다. 특정 실시예에 따르면, 흡인 채널의 부압이 50%만큼 증가되도록 흡인 유체 유량이 증가된다. 몇몇 실시예에서, 흡인 채널의 부압이 5에서 100%까지의 범위 내에서 증가되도록 흡인 유체 유량이 증가된다. 특정 실시예에서, 흡인 채널의 부압이 25에서 75%까지의 범위 내에서 증가되도록 흡인 유체 유량이 증가된다. 일 실시예에 따르면, 제1 미리 결정된 임계값 또는 제1 압력 임계값에 대해 기초로서 사용되는 측정된 압력값은 50 cmH2O(목표 40 cmH2O보다 25% 초과)이다. 본 명세서에서는 40 cmH2O의 목표 압력값이 예로서 사용되지만, 다른 목표 압력값이 또한 본 개시내용의 범위 내에 있다는 것을 이해해야 한다.
1차 막힘 검출 모드의 예는 "심호흡" 방식과 유사한 도 5의 중간 영역에 도시되어 있으며, 여기서 흡인 채널(104)의 부압은 일정 기간, 예를 들어 도 5의 2개의 화살표 사이의 시간 기간에 걸쳐 증가된다. 흡인 채널(104)의 이러한 추가 "흡입" 동작은 인간이 심호흡을 하는 것과 유사하다.
특정 실시예에 따르면, 시스템(100)의 2차 막힘 검출 작동 모드가 또한 제어기(190)에 의해 구현될 수 있다. 이 경우, 제어기(190)는 단위 시간당 측정된 압력값이 제2 미리 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 지의 여부를 결정하도록 구성된다. 이 모드는 1차 막힘 검출 작동 모드 동안의 응답(즉, 흡인 채널의 유체 유량 증가)이 신장 압력을 허용 가능한 레벨까지 낮추지 못할 때 트리거될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 신장의 압력이 미리 결정된 시간 기간(예를 들어, 5초) 내에 허용 가능한 레벨(예를 들어, 40 cmH2O)로 떨어지면, 제어기(190)는 흡인 펌프(115)의 속도를 다시 초기 레벨로 감소시킬 수 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 이 미리 결정된 시간 기간은 2에서 30초까지의 범위 내에 있다. 그러나, 압력이 미리 결정된 시간 기간 내에 떨어지지 않으면, 제어기(190)는 아래에 설명되는 바와 같이 2차 막힘 검출 작동 모드를 구현할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단위 시간당 측정된 압력값이 제2 미리 결정된 임계값을 충족하거나 초과한다고 제어기(190)가 결정하는 것에 응답하여, 제어기(190)는 바이패스 채널(108)이 개방되고 관주 채널(102)이 흡인 채널(104)에 유체 결합되며 관주 유체가 흡인 채널(104)의 원위 단부를 향해 지향되도록 바이패스 밸브(132)에 제어 명령을 전송한다. 하나의 방법에 따르면, 제어기(190)는 측정된 압력값이 제2 압력 임계값보다 작은 지의 여부를 결정하고, 측정된 압력값이 제2 압력 임계값을 충족하거나 초과할 때 관주 채널(102)로부터 흡인 채널(104)로 유체 유동을 지향시킨다. 또한, 제어기(190)는 밸브(138)가 폐쇄되어 흡인 채널(104)의 원위 단부로부터 근위 단부를 향한 유체의 유동을 중단하도록 제어 명령을 밸브(138)에 전송할 수 있다. 이는 관주 유체가 흡인 펌프(115)를 통해 다른 방향으로 펌핑하는 임의의 반작용 힘 없이 흡인 채널(104)의 원위 단부로 유동하게 한다. 몇몇 실시예에서, 제어기(190)는 펌핑을 중단(예를 들어, 파워 오프)하도록 흡인 펌프(115)에 제어 명령을 전송할 수 있다. 일 예에 따르면, 측정된 압력값이 미리 결정된 시간 기간(예컨대, 2초) 동안 목표 값(예를 들어, 40 cmH2O)보다 미리 결정된 백분율 또는 백분율 범위(예컨대, 50%) 초과일 때, 관주 채널(102)로부터의 유체 유동은 제어기(190)를 통해(바이패스 밸브(132)를 통해) 흡인 채널로 지향될 수 있다. 예를 들어, 측정된 압력값은 2차 막힘 검출 작동 모드가 구현되는 0.2 내지 10 s(경계값 포함) 범위 내의 시간 기간 동안 목표 값보다 5 내지 100%(경계값 포함) 범위 내 초과일 수 있다. 다른 예에서, 측정된 압력값은 2차 막힘 검출 작동 모드가 구현되는 1 내지 5 s(경계값 포함) 범위 내의 시간 기간 동안 목표 값보다 30 내지 70%(경계값 포함) 범위 내 초과일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 미리 결정된 임계값에 대해 기초로서 사용되는 측정된 압력값은 60 cmH2O(목표 40 cmH2O보다 50% 초과)이다.
2차 막힘 검출 작동 모드는 도 5의 그래프 우측에 도시되어 있다. 이러한 2차 막힘 검출 작동 모드 동안, 밸브(138)는 폐쇄될 수 있고, 관주 유체는 흡인 채널(108)로 바이패스되며, 흡인 채널(104)의 유체의 펄스 유동이 중단된다. 또한, 이 모드 동안, 제어기(190)는 바이패스 밸브(132)의 채널 A를 폐쇄하고, 그에 따라 관주 유체가 관주 채널(102)의 원위 단부로 지향되지 않아(즉, 관주 유체 유동이 차단되거나 종료됨) 신장의 압력이 추가로 증가된다. 밸브(138) 및 바이패스 밸브(132)의 채널 A는 미리 결정된 시간 기간(τs)(본 명세서에서 전환 시간 기간 또는 바이패스 지속 기간이라고도 지칭됨) 동안 폐쇄된다. 또한, 바이패스 채널(108)(바이패스 밸브(132)의 채널 B)은 미리 결정된 시간 기간(τs) 동안 개방된다. 몇몇 실시예에서, 미리 결정된 시간 기간(τs)은 0.5에서 3.0 s까지의 범위 내에 있다. 다른 실시예에서, 미리 결정된 시간 기간(τs)은 1초이다. 몇몇 실시예에서, τs는 2 밀리리터(ml)와 같은 미리 결정된 유체 체적을 기준으로 한다. 특정 실시예에 따르면, 미리 결정된 유체 체적은 0.5에서 10 ml까지의 범위 내에 있을 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 배압 펄스는 측정된 압력값에 기초하여 (밸브(136, 138)를 통해) 흡인 채널(104)에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 측정된 압력값 또는 측정된 압력의 속도/변화에 응답하여, 배압 펄스가 밸브(136 및/또는 138)를 사용하여 흡인 채널(104)에서 구현될 수 있다. 이들 배압 펄스는 흡인 채널(104)의 막힘을 제거하는 기능을 할 수 있다.
도 5 하단의 우측은 "스니징(sneezing)" 방식과 유사한, 중단 및 재지향된 관주 유체 유동의 효과를 도시하는데, 흡인 채널(104)의 유체 압력은, 사람의 "스니징"이 통상적으로 사람의 "코핑"보다 더 긴(그리고 힘이 더 큰) 것과 훨씬 동일한 방식으로, "코핑 방식(coughing regime)"보다 더 오랜 시간 기간 동안 증가된다. 미리 결정된 시간 기간(τs)이 종료되면, 바이패스 밸브(132)의 채널 A가 개방되고 바이패스 밸브(132)의 바이패스 채널(108)(채널 B)이 폐쇄된다. 몇몇 실시예에서, 밸브(138)가 또한 개방된다. 이 구성은 도 5의 맨 우측에 나타내며(관주 유체 유동이 관주 채널(102)로 복원됨을 나타냄) 측정된 신장 압력이 허용 가능한 레벨인 경우 펄스 흡인 유동이 또한 복원될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 2차 막힘 검출 작동 모드가 구현된 후 신장의 압력 레벨이 떨어진다. 그러나, 2차 막힘 검출 작동 모드를 구현한 후에도 신장의 압력 레벨이 허용 가능한 레벨로 감소하지 않으면, 신장 압력이 허용 가능한 레벨로 떨어질 때까지 이 모드가 여러 번 반복될 수 있다. 신장에 해를 끼치지 않도록 반복 횟수가 제한될 수 있다. 일부 경우에, 2차 막힘 검출 작동 모드(즉, 미리 결정된 시간 기간 동안 바이패스 채널(108)의 구현)는 최대 5회 연속 반복될 수 있다.
도 5에 예시된 제어 계획은 특정 양태에서 신장 압력의 갑작스러운 또는 급격한 증가 및 감소를 회피하거나 방지하는 것을 특징으로 한다. 신장은 오랜 시간 기간에 걸쳐 미리 결정된 최대값(예를 들어, 250 cmH2O)까지 압력이 증가하는 것을 견딜 수 있지만, 이 임계값에 더 짧거나 빠른 시간량(예를 들어, 30 s 미만)에 도달하면, 신장이 손상될 수 있다. 도 5에 설명된 제어 계획은 압력의 갑작스러운 증가(및 감소)를 회피함으로써 신장의 이러한 능력을 포착하도록 의도된다. 특정 실시예에 따르면, 개시된 제어 계획은 신장에 해로운 30 s 미만 내에 신장이 (40 cmH2O로부터) 250 cmH2O에 도달하는 것을 방지한다.
일 실시예에 따른 관주 및 흡인 시스템의 또 다른 비제한적인 예가 도 6에서 전체적으로 200으로 표시되어 있다. 시스템(200)은 도 1a의 시스템(100a) 및 도 1b의 시스템(100b)과 동일한 구성요소를 많이 갖지만, 이 구성에서 밸브(136, 138)는 초음파 변환기(216)로 대체되고, 바이패스 채널(208)과 조합된 바이패스 밸브(232)는 약간 상이하게 구성된다. 바이패스 채널(208)은 여전히 관주 채널(102)을 흡인 채널(104)과 유체 결합하도록 구성되지만, 이 경우, 제1 밸브(232)의 채널 "A"는 관주 채널(102) 대신 흡인 채널(104)과 유체 연통한다. 정상 작동 모드 동안, 유체가 흡인 채널(104)의 원위 단부로부터 근위 단부로 유동하도록 채널 A는 개방되고 채널 B는 폐쇄된다. 초음파 변환기(216)는 흡인 채널(104)을 기계적으로 진동시키도록 구성된다. 진동은 시스템(100a 및 100b)의 핀치 밸브(들)(138 및 136)와 유사한 방식으로 흡인 채널에 배압을 생성하도록 (즉, 제어기(190)를 통해) 구성될 수 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 초음파 변환기(216)는 흡인 채널(104)의 원위 단부와 바이패스 채널(208) 사이에 배치된다.
도 3은 적어도 하나의 실시예에 따른 요관경(105)의 일 예의 원위 단부의 사시도이다. 레이저 소스(107)는 레이저 방사선을 방출하도록 구성되고, 광섬유(106)는 레이저 소스(107)에 결합되며 도 3에 나타낸 흡인 채널(104)의 원위 단부에 매우 근접하게 레이저 방사선을 전달하도록 구성된다. 광섬유(106)는 카테터 샤프트(112)의 근위 단부(113)로부터 원위 단부(114)까지 연장된다(예를 들어, 도 2 참조). 특정 실시예에서, 시스템(100)은 이미징 시스템의 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 요관경(105)은 도 3에 도시된 바와 같이 카테터 샤프트(112)의 원위 단부에 배치된 카메라(165)를 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 출구(146)가 관주 채널(104)의 원위 단부에 정의된다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 출구(146)는 0도에서 170도까지의 범위 내인 카테터 샤프트(112)의 중심축(111)(예를 들어, 도 2 참조)에 대한 각도로 관주 유동을 지향시키도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 유동 각도는 10도에서 90도까지의 범위 내에 있다.
카메라(165) 이외에, 몇몇 실시예에서, 초음파는 신장의 치료 영역의 시각화를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 초음파는 신장 근방에 있는 환자의 피부에 적용될 수 있고 결과 이미지를 의사가 사용하도록 스크린 상에 디스플레이할 수 있다. 일부 경우, 초음파 이미지를 제어 소스로서 사용할 수 있다. 예를 들어, 시술 전에 기준 이미지를 촬영하여, 신장 내 압력을 조절하는 시술 전반에 걸쳐 비교 소스로서 사용할 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 시스템(100a 및 100b)은 하나 이상의 온도 센서를 포함할 수 있다. 온도 센서(170a 및 170b)는 각각 도 1a 및 도 1b의 시스템(100a 및 100b)에 도시되어 있다. 몇몇 실시예에서, 온도 센서(170a 및 170b) 중 적어도 하나는, 압력 센서(156)와 동일하게, 신장 내부 내에, 즉, 치료 영역 근방에서, 요관경 외부에 위치 설정된다. 다른 실시예에서, 카테터 샤프트는, 예를 들어 카테터 샤프트의 원위 단부에 하나 이상의 온도 센서를 갖게 구성될 수 있다. 적어도 하나의 양태에 따르면, 온도 측정은 온도 센서에 의해 수행되고 제어기(190)에 의해 사용되어, 온도가 신장에 유해하게 너무 높아지지 않는 것을 보장한다. 이해되는 바와 같이, 레이저에 의해 생성된 열은 신장 내의 유체 온도를 증가시킬 수 있다. 일부 경우에, 제어기(190)는 시스템(100)의 하나 이상의 구성요소, 예를 들어 흡인 펌프(115) 및/또는 관주 펌프(110)의 속도, 및/또는 레이저 소스(107)를 제어하여 신장 내의 온도가 허용 가능한 범위 내, 예를 들어 20에서 45℃까지의 범위 내로 유지되는 것을 보장할 수 있다.
다른 양태에 따르면, 시스템(100a 및 100b)은 또한 하나 이상의 구성요소가 수동으로 작동되거나 달리 제어될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 바이패스 밸브(132)는 시스템의 조작자(예를 들어, 의사)에 의해 수동으로 작동될 수 있다. 흡인 채널(104) 상에 배치된 수동 펌프(134)(예를 들어, 도 1a 및 도 1b 참조)는 흡인 채널(104)을 통해 유체를 펌핑하도록 사용자에 의해 사용될 수 있다.
절제 속도 증가
적어도 하나의 양태에 따르면, 쇄석술 시술 동안, 요관경(105)은 결석 목표에 매우 근접하도록 조작되고, 흡인/관주 시스템(100)은 결석이 레이저(106) 근방 내에 있는 지를 검출하도록 구성된다. 이 능력은 채널 입구가 결석에 의해 부분적으로 차단될 때 흡인 채널(104)의 압력과 유량이 변경(각각 증가 및 감소)한다는 전제에 기초한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 광 에너지를 지향시키는 광섬유(106)는, 흡인 채널(104) 내에, 옆에, 또는 달리 매우 근접하게 배치된다. 기능적으로, 이는 광섬유(106)의 원위 단부(103)가 흡인 채널(104)의 입구(원위 단부)에 배치된다는 것을 의미한다. 몇몇 실시예에서, 광섬유(106)는 그 자신의 채널을 가질 수 있고, 다른 실시예에서 광섬유(106)는 흡인 채널(104)에 그 자신의 루멘을 가질 수 있으며, 또 다른 실시예에서 광섬유(106)는 흡인 채널(104)에 배치될 수 있고 흡인 채널(104)의 길이만큼 연장될 수 있다. 결석이 요관경(105)의 흡인 채널(104)을 막은 경우, 흡인 채널(104)을 통한 유동은 진공 압력이 증가하는 동안 감소할 것이다. 일 실시예에 따르면, 도 1a, 도 1b, 및 도 2에 도시된 유체 유량 센서(144)와 같은 유체 유량 센서는 흡인 채널(104)의 유체 유량을 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 유량 센서(144)는 흡인 채널(104)의 원위 단부에 부착되거나 달리 배치된다. 결석 검출은 제어기(190)가 흡인 채널(104)에서 측정된 유체 유량 값에 기초하여 유체 유량의 감소를 검출하고, 압력 센서(156) 및 압력 센서(158) 중 적어도 하나로부터 측정된 압력값에 기초하여 결정될 수 있는 신장 내 압력의 증가를 검출함으로써 결정될 수 있다. 제어기(190)는 센서(144)와 센서(156, 158) 중 적어도 하나로부터 압력 및 유량 측정값을 수신하고 이 데이터를 분석하여 단위 시간당 압력 및 유량의 변화가 미리 결정된 한계 또는 목표 값을 충족하거나 초과하는 지의 여부를 결정한다. 예를 들어, 일 예에 따르면, 유량의 30% 감소(변화) 및 압력의 25% 증가(변화)는 결석의 존재를 나타낸다. 몇몇 실시예에 따르면, 결석 검출과 관련된 지속 기간은 1에서 10초까지의 범위 내에 있다.
제어기(190)를 사용하면, 레이저 작동이 결석의 검출과 동기화될 수 있으며, 결석이 광섬유에 매우 근접하면 발사될 수 있다. 이는 절제 속도를 실질적으로 증가시키는 것으로 나타났다. 결석이 레이저 근방 내에 있는 것으로 결정되면, 흡인 채널(104)에서 생성된 진공(즉, 진공 압력)이 사용되어 흡인 채널(104)의 원위 단부에 있는 광섬유(106)에 근접하게 결석을 유지한다. 일부 경우에, 결석의 존재 자체는 결석을 제자리에 유지하기에 충분한 진공 압력을 생성하지만, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 흡인 채널(104)의 진공 압력이 (예를 들어, 흡인 펌프(115)를 통해) 추가로 증가되어 결석이 제자리에 견고하게 유지되는 것을 보장할 수 있다. 이러한 진공은 섬유와 결석 사이의 접촉 시간을 증가시켜 절제 속도를 증가시킨다. 절제 속도를 증가시키는 것 외에도, 추가 이점은 결석이 목표 영역 내에 있을 때만 레이저 방전이 발생하여 부수적인 손상 가능성이 제한된다는 것이다. 따라서, 레이저 동기화와 함께 진공 부착은 절제 속도를 증가시키고 원치 않는 레이저 방전을 최소화한다.
다른 양태에 따르면, 레이저는 흡인 채널(104)을 통한 유체 유동의 펄싱과 동기화될 수 있는 펄스 레이저 방사선을 방출하도록 구성된다. 예를 들어, 결석이 최적의 목표화 위치(즉, 흡인 채널(104)의 입구 또는 원위 단부)에 있으면, 미리 결정된 레이저 펄스 시퀀스(예를 들어, 1-1000 레이저 펄스 사이)가 결석으로 지향되며, 그 후, 결석이 다시 최적의 목표 위치에 있을 때까지 흡인 채널(104) 내의 압력을 펄싱한다. 이어서, 이 사이클이 반복된다. 이 기술을 이용하면 결석 절제의 효율이 또한 증가된다. 몇몇 실시예에서, 유체 유동과 레이저 펄스의 펄싱은 동기화되지 않는다. 이러한 실시예의 하나의 비제한적인 예에 따르면, 압력 펄싱의 주파수는 최소 0.1 Hz를 가질 수 있고 레이저 펄스의 반복률은 약 3 Hz-3000 Hz 범위에 있을 수 있다.
다른 양태에 따르면, 흡인 채널(104)은 흡인 채널(104)에서 유동하는 유체의 온도를 측정하도록 온도 센서(도면에 명시적으로 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 이 특징은 조직이 과열되지 않는 것을 보장하는 데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 흡인 채널(104) 내 복귀 유체의 온도 증가(미리 결정된 목표 초과)를 검출하면 치료 부위에서 유체 교환 속도를 증가시키나 레이저 소스에 의해 방출되는 레이저 방사선의 출력을 감소시킬 필요성(제어기(190)의 명령에 의해 구현됨)이 발생될 수 있다. 조직 손상이 과열되는 것을 방지하는 것 외에도, 이 피드백 메커니즘은 레이저 출력을 높은 절제 속도를 보장하는 안전한 레벨로 유지한다.
평형 유지-계산
유체 펌프 시스템의 파라미터를 보다 정확하게 정의하고 유체 유동과 압력의 평형을 유지하기 위해, 특정 계산을 수행할 수 있으며 아래에 설명되어 있다.
첫째, 일부 모델링 기술을 사용하여, 펌프와 같은 시스템 구성요소의 하나 이상의 파라미터를 정의할 수 있다. 하겐-푸아죄유 방정식에 따라, 유량 증가에 대한 압력을 계산할 수 있다. 하겐-푸아죄유 방정식은 내부 반경 r(m)과 길이 L(m)을 갖는 채널에서 점도 μ(Pa-sec)를 갖는 유체의 체적 유량 Q(m3/sec)를 생성하는 데 필요한 차압 δP(Pascal)를 정의한다.
차압: δP = 8μLQ/πr4
μ = 동적 점도. 0.9% 식염수의 경우: μ = 1.02 * 10-3Pa-sec
L = 스코프의 길이. L = 0.7 m
Q = 체적 유량. Q = 70mL/min = 1.17mL/sec = 1.17 * 10-6m3/sec
r = 흡인 채널의 반경. r = 0.6 mm = 6 * 10-4 m
따라서, 흡인에 대한 차압을 계산할 수 있다. 일 예에 따르면, 요관/블래더/요도 및 스코프 외부 본체 둘레를 통과하는 평균 유량은 약 30ml/min이고, 최대값은 100ml/min이다. 이렇게 하면 약 70mL/min이 흡인 채널을 통과할 수 있다.
δPasp = 8*1.02*10-3 *0.7*1.17*10-6/π*1296*10-16 =
= 1.63 * 104Pa = 16300 Pa = 164 CM 물 = 2.36 psi
2.36 psi의 결과는 신장에서 체액을 "흡입" 하기 위해 스코프의 근위 단부에 인가되어야 하는 압력이다. 이는 부압이다. 신장의 작동 기압이 40 CM(여기서 CM = 수주 센티미터(centimeter water column)(cmH2O))라고 가정하면, 스코프 근위 단부의 부압은 다음과 같다:
흡인 압력 Pasp = 40 CM - 164 CM = -124 CM = -1.8 psi
이 결과는 -1.8 psi를 적용하면 100 mL/min의 유량을 생성할 수 있음을 암시한다. 또한, 신장에 양압이 존재한다면, 이 유량은 신장의 이 양압을 감소시킬 것이다.
유사하게, 관주 압력을 계산할 수 있다. 일 예에서, 관주 유량은 100 mL/min이며, 이는 1.67 * 10-6m3/sec이고; 스코프의 길이는 0.7m이며 관주 채널의 반경은 또한 0.6 mm이다.
δPirr = 8*1.02*10-3 *0.7*1.67*10-6/π*1296*10-16 =
= 2.32 * 104 Pa = 23200 Pa = 233 CM = 3.36 psi
3.36 psi의 결과는 직경이 1.2 mm이고 길이가 0.7m인 채널을 통해 100 mL/min의 유량을 갖는 데 필요한 차압이다. 신장 내부에 여전히 약 40 CM의 수압이 필요하다고 가정하면, 관주 펌프는 약 273 CM 또는 약 4 psi의 압력을 전달해야 한다.
위에 제시된 분석에 따르면 관주 펌프는 적어도 4 psi의 압력과 적어도 100 mL/min의 유량을 생성하도록 구성되어야 하며, 흡인 펌프는 적어도 1.8 psi의 부압과 적어도 70 mL/min의 유량을 생성하도록 구성되어야 함을 나타낸다.
제어
제어기(190)는 제어 프로그램을 이용하여 시스템(100)의 작동을 제어할 수 있다. 일반적으로, 제어기(190)는 데이터 취득 구성요소(192)(예를 들어, 도 2의 데이터 로거), 저장 구성요소(도시되지 않음), 및 뷰잉 구성요소(도시되지 않음)를 포함한다.
데이터 취득 구성요소(192)는 센서들 중 하나 이상, 예를 들어 압력 및/또는 유동 센서로부터 측정 데이터를 질의하고 취득하며, 이는 이후 제어기(190)에 의해 처리된다. 제어기(190)는 또한 사용자로부터 입력을 수신할 수 있으며, 이는 제어 프로그램에 의해 사용될 수 있다. 그 후, 정보는 제어기(190)에 의해 처리되고 사용되어 레이저 소스(107), 밸브(132, 136, 138), 관주 펌프(110), 및/또는 흡인 펌프(115)를 제어할 수 있다. 도 2의 도면은 이들 구성요소의 제어가 데이터 취득 구성요소(192)를 통해 진행됨을 나타내지만, 제어기(190)가 이들 구성요소를 직접 제어할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 밸브 동작은 제어기(190)에 의해 전송된 전압 신호를 통해 제어된다.
전술한 바와 같이, 제어기(190)는 데이터 취득 구성요소(192)로부터 수신되고 시스템(100a, 100b)(또는 시스템(200))의 하나 이상의 센서에 의해 전송된 측정값에 기초하여 레이저 소스(107), 밸브(132, 136, 138), 및 펌프(110, 115)(뿐만 아니라 초음파 변환기(216)) 중 하나 이상에 대해 미리 설정되거나 미리 결정된 목표 값(저장될 수 있는) 또는 수동 제어된 값을 이용하는 제어 프로그램으로 프로그래밍될 수 있다. 제어기(190)는 또한 데이터 취득 동작, 즉, 측정 데이터 또는 다른 신호 데이터를 개시하기 위해 데이터 취득 구성요소(192)를 제어할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, 압력 및/또는 유동 센서 중 하나 이상은 다양한 시간 간격으로 또는 연속적인 방식으로 측정 데이터를 획득할 수 있다.
제어기(190)에 의해 사용되는 제어 프로그램은, 레이저 발사를 결석 부착과 동기화하는 것, 결석/섬유 접촉이 지속되는 것을 보장하는 것, 흡인 채널에서 막힘을 제거하는 것, 또는 신장 및 시스템 내에서 평형을 유지하는 것과 같은, 하나 이상의 원하는 결과를 달성하기 위한 다수의 상이한 제어 동작 또는 제어 상태를 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 채널 밸브를 개방 또는 폐쇄하고 유체 펌프 속도를 조절함으로써 압력 및 유동 이상을 조절할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 하나 이상의 (압력, 유체 유동) 센서를 사용하여 신장의 목표 평형 압력을 유지하는 데 도움을 줄 수 있다. 또한, 관주 채널(102)의 센서(들)(예를 들어, 압력 센서(150) 및/또는 유량 센서(140))는 또한 관주 채널(102)이 적절하게 기능하는 것을 보장하는 데 사용될 수 있고, 잠재적인 손상을 검출하는 데에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 관주 펌프(110)가 펌핑 중(즉, 턴온됨)이지만 센서(들)가 관주 채널(102)에서 임의의 유체 유동을 검출하지 못한 경우, 이는 시스템 오류를 나타낸다. 또한, 압력 센서(들)가 너무 높거나 너무 낮은 값을 측정하는 경우, 이는 또한 시스템 오류를 나타낸다.
예
본 명세서에 개시된 시스템 및 기술의 실시예의 기능 및 이점은 아래 설명된 예에 기초하여 더 완전히 이해될 수 있다. 다음의 예는 개시된 흡인 및 관주 시스템의 다양한 양태를 설명하기 위한 것이고, 그 전체 범위를 완전히 예시하도록 의도되지 않는다.
예 - 레이저 출력 및 흡인 유체 유량 실험
더 높은 레이저 출력을 달성하기 위해 요관경의 흡인 채널에서 유체 유동을 이용하는 능력을 테스트하기 위한 실험이 수행되었다. 레이저 출력이 높을수록 시술 시간을 잠재적으로 단축시킬 수 있는 절제 속도 증가를 비롯한 여러 이점을 제공할 수 있다. 흡인 채널의 유체 유동을 사용하여 레이저 근방 내의 온도를 제어할 수 있으며, 이를 통해 조직을 안전한 온도 범위 내에서 유지할 수 있다.
실험은 툴륨 섬유 레이저가 장착되고 배관을 사용하여 관주 및 흡인 유동을 구동시키는 요관경의 샤프트 삽입을 위해 제공되는 식염수로 채워진 요로의 실리콘 모델을 사용하여 수행되었다. 레이저는 1 줄(J) 펄스 에너지, 500 와트(W) 피크 출력 및 9개의 서로 다른 평균 출력(10, 20, 30, 60, 70, 80, 90, 100, 및 120 W)에 대한 가변 펄스 반복률로 작동되었다. 흡인 유량은 50 ml/min 내지 90 ml/min의 값에서 테스트되었으며(도 7에 도시된 바와 같음), 관주 유동은 흡인 유동보다 약 10 ml/min 더 높은 유량으로 설정되었다. 2개의 온도 센서(열전대 유형 K)를 외경이 3 mm인 샤프트의 원위 단부 위 및 아래 약 20-30 mm에 배치하였다.
포화 및 온도 안정 레벨에 도달한 후 온도 측정값을 획득하였으며, 이는 최대 15분이 소요되었다. 최대 온도 증가(델타)는 23℃로 선택되었으며, 초기 유체 온도는 20℃이고 최대 허용 온도는 45℃였다. 결과는 도 7에 도시되어 있으며, 흡인 유체 유량을 50에서 90 ml/min으로 증가시키면 60 W에서 120 W로 2배 더 많은 레이저 출력을 안전하게 사용할 수 있음을 나타낸다. 이와 달리, 액세스 외장을 통한 자연 흡인이 있는 10 ml/min의 종래의 유량에서, 안전하게 사용될 수 있는 최대 레이저 출력은 통상적으로 20-25W이다.
본 발명에 따라 본 명세서에 개시된 양태는 그 용례가 이하의 설명에 기재되거나 첨부 도면에 예시된 구성의 세부 사항 및 구성요소의 배열로 제한되지 않는다. 이러한 양태는 다른 실시예를 가정할 수 있고 다양한 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다. 특정 구현의 예는 예시 목적으로만 본 명세서에 제공되며 제한하도록 의도되지 않는다. 특히, 어느 하나 이상의 실시예와 관련하여 설명된 행위, 구성요소, 요소 및 피처는 임의의 다른 실시예에서 유사한 역할로부터 배제되도록 의도되지 않는다.
또한, 본 명세서에 사용된 어구 및 용어는 설명을 위한 것이며 제한으로 고려되어서는 안 된다. 본 명세서에서 단수로 언급된 시스템 및 방법의 예, 실시예, 구성요소, 요소 또는 동작에 대한 임의의 언급은 또한 복수를 포함하는 실시예를 포함할 수 있고, 본 명세서에서 임의의 실시예, 구성요소, 요소 또는 동작에 대한 복수의 임의의 참조는 또한 단수형만을 포함하는 실시예를 포함할 수 있다. 단수 또는 복수 형태의 참조는 현재 개시된 시스템 또는 방법, 그 구성요소, 동작 또는 요소를 제한하도록 의도되지 않는다. 본 명세서에서 "포함하는", "구비하는", "갖는", "함유하는", "수반하는" 및 이들의 변형의 사용은 이후에 나열된 항목 및 이들의 등가물 뿐만 아니라 추가 항목을 포함하도록 의도된다. "또는"에 대한 언급은 "또는"을 사용하여 설명된 임의의 용어가 단일, 하나 초과, 및 설명된 용어 전부 중 임의의 것을 나타낼 수 있게 포괄적인 것으로 해석될 수 있다. 또한, 본 문서와 본 명세서에 참조로 포함된 문서 간에 용어 사용이 일치하지 않는 경우, 포함된 참조 문헌에서의 용어 사용은 본 문서의 사용을 보완하고; 양립할 수 없는 불일치의 경우, 본 문서에서의 용어 사용법이 우선한다. 더욱이, 본 명세서에서는 독자의 편의를 위해 제목 또는 부제를 사용할 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않는다.
따라서, 적어도 하나의 예의 여러 양태를 설명하였지만, 다양한 변경, 수정 및 개선이 본 기술 분야의 숙련자에게 쉽게 연상될 것임을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 예는 또한 다른 상황에서 사용될 수 있다. 이러한 변경, 수정 및 개선은 본 개시내용의 일부로 의도되고, 본 명세서에서 설명된 예의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 따라서, 전술한 설명 및 도면은 단지 예에 불과하다.

Claims (20)

  1. 관주 및 흡인 시스템이며,
    근위 단부 및 원위 단부를 갖는, 카테터 샤프트로서, 원위 단부는 신장 내부와 유체 연통되는, 카테터 샤프트;
    근위 단부로부터 원위 단부까지 샤프트를 통해 연장되는 관주 채널;
    근위 단부로부터 원위 단부까지 샤프트를 통해 연장되는 흡인 채널;
    관주 채널 및 흡인 채널과 유체 결합되는 바이패스 채널;
    바이패스 채널을 통해 관주 채널과 흡인 채널 사이의 유체 연통 레벨을 제어하도록 구성된 바이패스 밸브;
    흡인 채널과 유체 연통하고 원위 단부로부터 흡인 채널의 근위 단부를 향해 유체를 펌핑하도록 구성된 흡인 펌프;
    흡인 채널 상에 배치되고 흡인 채널에 유체의 펄스 유동을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 밸브;
    신장 내부와 유체 연통하는 압력 센서; 및
    압력 센서, 바이패스 밸브, 적어도 하나의 밸브, 및 흡인 펌프와 연통하는 제어기를 포함하며, 제어기는:
    압력 센서로부터 적어도 하나의 압력 측정값을 수신하고,
    측정된 압력값을 미리 결정된 압력 임계값과 비교하며,
    비교에 기초하여, 바이패스 밸브, 적어도 하나의 밸브, 및 흡인 펌프 중 적어도 하나에 제어 명령을 전송하도록 구성되는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 제어기는 단위 시간당 측정된 압력값을 계산하고 단위 시간당 측정된 압력값이 제1 미리 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 지의 여부를 결정하며, 이에 응답하여 흡인 채널의 유체 유량이 증가되도록 흡인 펌프에 제어 명령을 전송하도록 구성되는, 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 제1 미리 결정된 임계값에 대해 기초로서 사용되는 측정된 압력값은 50 cmH2O인, 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 제어기는 단위 시간당 측정된 압력값이 제2 미리 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 지의 여부를 결정하고, 이에 응답하여 바이패스 채널이 개방되고 관주 채널이 흡인 채널에 유체 결합되며 관주 유체가 흡인 채널의 원위 단부를 향해 지향되도록 바이패스 밸브에 제어 명령을 전송하도록 구성되는, 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 제2 미리 결정된 임계값에 대해 기초로서 사용되는 측정된 압력값은 60 cmH2O인, 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 제어기는
    반복 사이클에서 미리 결정된 지속 기간(τ1) 동안 적어도 하나의 밸브를 폐쇄하고 미리 결정된 지속 기간(τ2) 동안 적어도 하나의 밸브를 폐쇄하는 제어 명령을 전송함으로써 유체의 펄스 유동을 구현하도록 구성되고,
    τ1과 τ2는 미리 결정된 시간 기간(t)만큼 분리되고 각각의 사이클은 시간 기간(T)으로 구성되는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 밸브는 바이패스 채널과 흡인 펌프 사이의 흡인 채널 상에 배치되는, 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 적어도 하나의 밸브는 제1 밸브 및 제2 밸브를 포함하고, 제2 밸브는 바이패스 채널과 흡인 채널의 원위 단부 사이의 흡인 채널 상에 배치되는, 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 제어기는
    반복 사이클에서 미리 결정된 지속 기간(τ1) 동안 제1 밸브를 폐쇄하고 미리 결정된 지속 기간(τ2) 동안 제2 밸브를 폐쇄하는 제어 명령을 전송함으로써 유체의 펄스 유동을 구현하도록 구성되고,
    τ1과 τ2는 미리 결정된 시간 기간(t)만큼 분리되고 각각의 사이클은 시간 기간(T)으로 구성되는, 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 바이패스 밸브는 3방향 솔레노이드 핀치 밸브로서 구성되고, 적어도 하나의 밸브는 2방향 솔레노이드 핀치 밸브로서 구성되는, 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 압력 센서는 카테터 샤프트의 외부 표면에 근접해 있는, 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    레이저 방사선을 방출하도록 구성되는 레이저 소스, 및
    레이저 소스에 결합되고 흡인 채널의 원위 단부에 매우 근접하여 레이저 방사선을 송신하도록 구성되는 광섬유를 더 포함하며, 광섬유는 카테터 샤프트의 근위 단부로부터 원위 단부까지 연장되는, 시스템.
  13. 흡인 및 관주 시스템을 작동하는 방법으로서,
    흡인 채널의 원위 단부로부터 근위 단부까지 펄스 유체 유동을 제공하는 단계로서, 흡인 채널의 원위 단부는 신장 내부와 유체 연통하는, 단계;
    신장 내부의 압력값을 측정하는 단계;
    측정된 압력값이 제1 압력 임계값보다 작은 지의 여부를 결정하는 단계; 및
    측정된 압력값이 제1 압력 임계값을 충족하거나 초과할 때 펄스 유체 유동의 속도를 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    관주 채널의 근위 단부로부터 원위 단부까지 유체 유동을 제공하는 단계로서, 관주 채널의 원위 단부는 신장 내부와 유체 연통하는, 단계;
    측정된 압력값이 제2 압력 임계값보다 작은 지의 여부를 결정하는 단계; 및
    측정된 압력값이 제2 압력 임계값을 충족하거나 초과할 때 관주 채널로부터 흡인 채널로 유체 유동을 지향시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 관주 채널로부터 흡인 채널로의 유체 유동은 바이패스 채널을 통해 지향되는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 흡인 채널의 근위 단부와 바이패스 채널 사이의 흡인 채널 상에 배치된 밸브를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 제13항에 있어서, 펄스 유체 유동은 흡인 채널 상에 배치된 적어도 하나의 밸브에 의해 구현되는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 펄스 유체 유동은 반복 사이클에서 미리 결정된 지속 기간(τ1) 동안 적어도 하나의 밸브를 폐쇄하고 미리 결정된 지속 기간(τ2) 동안 적어도 하나의 밸브를 폐쇄함으로써 구현되고, τ1과 τ2는 미리 결정된 시간 기간(t)만큼 분리되고 각각의 사이클은 시간 기간(T)으로 구성되는, 방법.
  19. 제17항에 있어서, 적어도 하나의 밸브는 제1 밸브 및 제2 밸브를 포함하고, 펄스 유체 유동은 반복 사이클에서 미리 결정된 지속 기간(τ1) 동안 제1 밸브를 폐쇄하고 미리 결정된 지속 기간(τ2) 동안 제2 밸브를 폐쇄함으로써 구현되고, τ1과 τ2는 미리 결정된 시간 기간(t)만큼 분리되고 각각의 사이클은 시간 기간(T)으로 구성되는, 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, τ1 및 τ2는 20 ms에서 500 ms까지의 범위 내에 있고, 시간 기간(T)은 0.5 s에서 3.0 s까지의 범위 내에 있는, 방법.
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