WO2017183827A1 - 레이저 제어 방법 및 그를 이용하는 레이저 조사 장치 - Google Patents

레이저 제어 방법 및 그를 이용하는 레이저 조사 장치 Download PDF

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WO2017183827A1
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이정호
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Definitions

  • the present invention relates to a method of controlling laser irradiation characteristics in a laser irradiation apparatus.
  • Laser treatment techniques have been used for various purposes, including hair loss prevention, hair growth promotion, skin dermabrasion, skin regeneration, whitening, wrinkle removal and spot removal, and blemish removal.
  • the laser treatment apparatus is performed by a user, for example, a doctor, to perform the treatment.
  • Laser control method the setting step of setting a guide path (Guide Path) on the surface of the object and the irradiation step of irradiating a laser (Laser) on the surface of the object corresponding to the guide path And gradually increasing at least one of the fluence or frequency of the laser at the beginning of the irradiation step, and gradually decreasing at least one of the or frequencies of the laser at the end of the irradiation step.
  • Guide Path Guide Path
  • Laser irradiation step of irradiating a laser
  • Laser irradiation apparatus is equipped with a motion control unit and an end-effector for setting a guide path (Guide Path) on the surface of the object, corresponding to the guide path
  • the robot arm Robot-Arm
  • the robot arm gradually raises at least one of the fluence or frequency of the laser at the beginning of the process of irradiating the laser,
  • the end of the process of irradiating the laser it may be gradually reduced at least one of the fluence (Fluence) or the frequency of the laser.
  • the laser control method may be implemented as a computer-readable recording medium recording a program for execution in a computer, it may be provided as a program itself.
  • the laser irradiation apparatus may be controlled as described above in conjunction with an external server using a wired or wireless network such as the Internet.
  • the laser irradiation apparatus can be stably driven.
  • 1 to 3 are diagrams for explaining embodiments of the overall configuration of the laser irradiation apparatus according to the present invention.
  • 4 to 29 are views for explaining the structure and operation of the laser irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components may not be limited by the terms. The terms may be used only for the purpose of distinguishing one component from another component.
  • first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • 1 to 3 are for explaining embodiments of the overall configuration of the laser irradiation apparatus according to the present invention.
  • the laser irradiation apparatus 10 may include a scanner 300, a robot arm 100, and a controller 200.
  • the scanner 300 may collect raw data by scanning an object.
  • the raw data may include a 2D image and depth information.
  • the 2D image may include color information, and diagnosis of a specific symptom such as capillary dilatation may be possible according to the color information of the skin of the patient.
  • diagnosis of a specific symptom such as capillary dilatation may be possible according to the color information of the skin of the patient.
  • the size, position, and depth of pores, scars, wrinkles, and the like of a patient's face may be detected using the 2D image and depth information.
  • the scanner 300 as in the case of FIG. 2, the color sensor 310 for photographing a 2D color image (2D Image), the IR projector 320 for obtaining 3D depth data (3D Depth Data) And an IR sensor 330.
  • the IR sensor 330 may detect the IR light reflected on the surface of the object 400 to acquire depth data.
  • the color sensor 310 may acquire a 2D color image by photographing the surface of the object.
  • the robot arm 100 may be equipped with an end effector (End-Effector, EE, 101), and irradiate a laser onto the surface of the object 400 under the control of the controller 200.
  • the robot arm 100 may irradiate a laser onto the surface of the object 400 in response to the guide path GP.
  • the laser may be emitted through the end effector 101.
  • the robot arm 100 may be referred to as a manipulator.
  • the controller 200 may control the overall function and operation of the laser irradiation apparatus 10.
  • the controller 200 may include a vision controller 210 and a motion controller 220.
  • the vision controller 210 may receive the raw data including the 2D image and the depth information from the scanner 300, and configure the 3D image of the object 400 based on the received raw data.
  • the directions of the origin and coordinates of the raw data may be changed according to the shape and size of the object 400, for example, the face, and the scanning start point of the scanner 300. It may be changed by various causes.
  • the vision controller 210 may adjust the coordinates by aligning the row data.
  • the vision control unit 210 may use a face recognition algorithm to detect the position of the eyes and nose of the object to obtain an alignment homogeneous matrix.
  • the vision controller 210 may set a region of interest (ROI) on the surface of the object 400 on the 3D image.
  • ROI region of interest
  • the ROI may be an area including a portion requiring laser irradiation, which may be set by a user (for example, a doctor) or automatically through processing of the 3D image.
  • the user can set the ROI by clicking four corner points on the face surface, in which case a vertical vector corresponding to each corner point is obtained. Can be.
  • the vision controller 210 may determine at least one of color or contrast of the surface of the object 400 based on the data transmitted from the scanner 300, and set the ROI based on this. .
  • the vision control unit 210 detects a portion where the color is different from the surroundings and / or a portion different from the surroundings on the surface of the object 400 from the two-dimensional color image of the object 400 captured by the scanner 300. can do.
  • the darkening of a specific part may be mainly due to the depth of the pigment or blood vessel, or the like, or may be due to the shaded area according to the contour of the skin.
  • an algorithm for distinguishing between a dark appearance by a pigment or a blood vessel of a face and a dark region in a shaded area due to the curvature of the skin may be applied, and the dermatological treatment method may be changed by such distinction.
  • scar treatment may be necessary if a scarred area occurs.
  • ROI region of therapy
  • the treatment area ROT may be spots, blemishes, freckles, burn marks, tattoos, acne marks, dark circles, and the like, which occur on human skin, but the present invention is not limited thereto. It may be an area that can be treated by irradiating a laser.
  • the portion where the color and / or contrast as described above is different from the surroundings may be determined by the vision control unit 210 as the treatment area ROT.
  • the ROI and the treatment area ROT may be separately set as described above, but only the treatment area ROT to which the actual laser is irradiated may be set as necessary.
  • the vision controller 210 configures a movement pattern on the object for laser treatment based on the determined (or set) information as described above, and the movement pattern passes through the ROI or the treatment area ROT. It may be configured by setting a guide path (GP).
  • GP guide path
  • the vision controller 210 sets a plurality of points disposed on the guide path GP.
  • the plurality of points indicate a position where the laser is irradiated on the surface of the object, and a point on the guide path GP displayed on the two-dimensional image may be projected onto the three-dimensional image.
  • the vision controller 210 selects only points located in the treatment area ROT among a plurality of points disposed on the guide path GP to obtain laser irradiation points to which an actual laser is irradiated on the surface of the object. can do.
  • the motion controller 220 controls the operation of the robot arm 100 based on the information obtained by the vision controller 210, so that the end effector 101 emitting the laser moves near the surface of the object. Allow investigation.
  • the distance between the end effector 101 and the surface of the object is preferably kept constant during movement, and the interval may be set based on the focal length of the laser.
  • the motion controller 220 may control movement of the laser unit and laser irradiation of the robot arm 100 based on the guide path GP and the laser irradiation points set by the vision controller 210. .
  • the motion control unit 220 may emergency stop the irradiation of the laser by emergency stop the robot arm 100 according to the situation, for example, the operation of the robot arm 100 by the operation or voice of the doctor or patient Can be stopped.
  • the laser irradiation apparatus 10 may operate in a manual mode and an automatic mode, respectively.
  • the scanner 300 scans the surface of the object 400 to obtain information about the surface of the object 400, and based on this, the controller 200 controls the robot arm 100. To irradiate a laser onto the surface of the object 400.
  • control can be delegated to a user, for example a physician.
  • the robot arm 100 may operate under the control of the user.
  • the configuration of the laser irradiation apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention has been described with reference to FIGS. 1 to 3, but the present invention is not limited thereto, and some of the illustrated components may be omitted or may be omitted. Additional components may be added.
  • the laser irradiation apparatus 10 may further include a separate computing unit (not shown) for performing an artificial intelligence (AI) function and a database (not shown) for processing big data.
  • a separate computing unit not shown
  • AI artificial intelligence
  • database not shown
  • FIGS. 4 to 19 are views for explaining the operation of the laser irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention, the operation and configuration of the laser irradiation apparatus 10 to the same as described with reference to FIGS. 1 to 3 The description will be omitted below.
  • step S100 it is determined whether the current mode setting is the automatic mode (step S100), and if it is not the automatic mode, whether the manual mode is the manual mode (step S110).
  • the user may input and use either a button provided in the laser irradiation apparatus 10 or a user interface provided in the touch screen to select and set either a manual mode or an automatic mode.
  • step S110 if not in the manual mode, another preset function (Default) is performed (step S120).
  • step S130 check the manual mode setting (step S130), and delegates control to the user (step S140).
  • the delegation of the control right to the user may mean that the control unit 200 restricts the operation of the robot arm 100 on its own.
  • the user may perform laser treatment while operating the robot arm 100 with his own power.
  • step S100 determines whether the determination result in step S100 is the automatic mode.
  • the scanner 300 scans the surface of the object 400 under the control of the controller 200 (step S150).
  • raw data including a 2D image and depth information may be generated.
  • the screen mode in which the irradiation position of the laser moves as the user moves the pointer on the monitor may be possible.
  • the vision controller 210 constructs a 3D image based on the raw data acquired by the scanner 300 (S160).
  • a 3D image may be configured as shown in FIG. 5B.
  • the object 400 is described as an example of a gypsum in the form of a human head.
  • the ROI is set on the surface of the object 400 on the 3D image (step S170).
  • the first corner point Pcor, 1, the second corner point Pcor, 2, and the third corner point 3 may be formed on the surface of the object 400 on the 3D image.
  • Pcor 3 and the fourth corner point Pcor 4 may be set.
  • a region partitioned using the first, second, third, and fourth corner points as a vertex may be set as the ROI.
  • the ROI is set using four corner points
  • the number of corner points used may vary according to circumstances. For example, it is possible to set the region of interest ROI using three or more corner points.
  • first corner point Pcor 1 may be referred to as the first point P1, the second corner point Pcor 2 as the second point P2, and the third corner point Pcor 3.
  • first point P1 the first point P1
  • second corner point Pcor 2 the second point P2
  • third corner point Pcor 3 May be referred to as a third point P3 and a fourth corner point Pcor 4 as a fourth point P4.
  • a guide path GP passing through the ROI is set (S180).
  • the starting point of the guide path GP that is, the point at which the laser irradiation is started, is denoted by Ps
  • the end point of the guide path GP that is, the point where the laser irradiation is terminated
  • the laser is sequentially irradiated to the laser irradiation points on the surface of the object corresponding to the guide path (GP) (step S190).
  • the guide path GP may include a path through which the robot arm 100 irradiates a laser.
  • the robot arm 100 may irradiate a laser on the surface of the object while moving corresponding to the guide path GP.
  • the guide path GP may be viewed as including a path connecting the impact point of the laser.
  • the ROI may be set based on at least one of color, contrast, contour, and texture of the surface of the object 400. This will be described below with reference to FIG. 7.
  • step S170 of setting an ROI the color and / or contrast of the surface of the object 400 is determined (step S171).
  • the color and / or contrast of the surface of the object 400 may be determined from the two-dimensional color image of the object 400.
  • the determination value is compared with a preset reference value (step S172), and at least one of color, contrast, and contour on the surface of the object 400 is different from the surroundings according to the result of comparing / analyzing the determination value. (ROT) is detected (step S173).
  • the general area RON and the treatment area ROT may be distinguished based on at least one of color, contrast, contour, and texture on the surface of the object 400.
  • numbers displayed in each unit area may mean brightness values.
  • the reference brightness value is 40
  • (3, The unit regions of 4), (4, 1), (4, 2), (4, 3) and (4, 4) can be determined as the treatment region ROT.
  • the remaining part may be referred to as a region of normal (RON).
  • the brightness of the treatment area ROT may be lower than other parts, i.e., the brightness of the general area RON, to be relatively darker.
  • the color of the treatment area ROT may be darker than the color of the general area RON. Darker color may mean darker.
  • the brightness value of the treatment area ROT may be referred to as a lower portion than the preset reference brightness value.
  • the reference brightness value may be variously changed according to factors such as the state of the surface of the object 400, a feature (for example, bending or texture), a color tone, and the like.
  • the reference brightness value may be a constant value, but may be differently set for each patient or treatment area.
  • the brightness value of the peripheral area to match the skin tone with a part adjacent to the treatment area ROT may be set. It may be varied in consideration of.
  • the reference brightness value can be set relatively high. The reason is that when the face is overall bright, the areas requiring treatment such as spots and blemishes, that is, the treatment area may be more prominent.
  • the reference brightness value can be set relatively lower than that of white.
  • the ROI is set (S174).
  • the ROI includes the treatment area ROT, and the ROI and the treatment area ROT may be set identically.
  • the treatment area ROT differs from the surrounding general area RON on the predetermined area R1 on the surface of the object 400 in brightness, color, curvature, and texture. It is assumed that this is included, the shape of the treatment area (ROT) is arbitrarily set for convenience of description and the present invention is not limited thereto.
  • the first line L1 connecting the first point P1 and the second point P2 is in contact with the treatment area ROT
  • the second point The second line L2 connecting P2 and the fourth point P4 is in contact with the treatment area ROT
  • the third line L3 connecting the third point P3 and the fourth point P4 is
  • the first, second, third and fourth points P1 are in contact with the treatment area ROT
  • the fourth line L4 connecting the fourth point P4 and the first point P1 is in contact with the treatment area ROT.
  • P2, P3, P4) can be set.
  • a region partitioned by the first, second, third, and fourth points P1, P2, P3, and P4 may be set as the ROI.
  • the treatment area ROT may be included in the ROI, and the ROI may include not only the treatment area ROT but also a part of the general area RON.
  • a part included in the ROI in the general area RON is called the second general area RON2, and a part not included in the ROI in the general area RON is referred to as the first general area. It can be called (RON1).
  • At least one or both of the lines L1, L2, L3, and L4 connecting two adjacent points may not contact the treatment area ROT.
  • the method of setting the ROI may be variously changed.
  • the treatment area ROT has a polygonal shape
  • the treatment area ROT and the ROI may be the same according to the set position of the point.
  • the guide path GP can be set in the treatment area ROT.
  • the guide path GP passes through the treatment area ROT, and the laser can be irradiated to the treatment area ROT.
  • the fluence of the laser represents the energy (J / cm 2) of the laser delivered per unit area, and may represent the intensity or intensity of the laser.
  • the frequency of the laser may mean an emission frequency of the laser.
  • At the beginning of the step of irradiating the laser at least one of the fluence or frequency of the laser is gradually raised, and at the end of the irradiation step, at least one of the fluence or the frequency of the laser is increased. Can be gradually reduced.
  • the start step of the laser may be referred to as an acceleration section D1
  • the end step of the laser may be referred to as a reduction section D3.
  • the moving speed of the robot arm 100 may increase. That is, the robot arm 100 may be accelerated.
  • the reason for the occurrence of the acceleration section D1 is that it takes some time from the time of supplying power to the motor for operating the robot arm 100 to reach the desired rotational speed.
  • the moving speed of the robot arm 100 may decrease. That is, the robot arm 100 may be decelerated.
  • the reason why the deceleration section D3 occurs is also similar to the acceleration section D1, from the time when the power supply is cut off to the motor for operating the robot arm 100 until the motor stops. This is because it takes some time.
  • the fluence and / or frequency of the laser is gradually increased in the acceleration section D1, and the fluence and / or frequency of the laser is gradually reduced in the deceleration section D3, the laser is more uniformly irradiated. It may be possible to.
  • the fluence and / or frequency of the laser may be approximately proportional to the moving speed of the robot arm 100.
  • the section between the acceleration section D1 and the deceleration section D3 may be referred to as a holding section D2.
  • the fluence and / or frequency of the laser is approximately constant unless the irradiation of the laser is stopped. Can be maintained.
  • the speed of the robot arm 100 may be maintained substantially constant.
  • the robot arm 100 may be maintained at a constant speed, for example, for a period D2 from when the acceleration of the robot arm 100 ends to when the deceleration starts.
  • the speed of the arm 100 can be kept constant.
  • the fluence and / or frequency of the laser is increased stepwise in the acceleration section D1, or the fluence and / or step of the laser stepwise in the deceleration section D3. It may also be possible to reduce the frequency.
  • the guide path GP may be able to leave the treatment area ROT within the ROI.
  • the guide path GP may be the treatment region. Both ROT and the second general area RON2 may pass through.
  • the laser may be turned on in response to the treatment area ROT, and may be turned off in response to the second general area RON2.
  • the guide path GP may include a portion passing through the treatment region ROT and portions passing through the second general region RON2 beyond the treatment region ROT and passing through the second general region RON2.
  • the robot arm 100 may turn off the laser in response to a portion passing through the second general area RON2 in the guide path GP.
  • the robot arm 100 may be viewed as turning on / off the laser according to at least one of the color, brightness, and curvature of the surface of the object 400 in the process of irradiating the laser along the guide path GP. .
  • the laser arm 100 when the robot arm 100 moves in response to the guide path GP, and the color corresponds to a portion having a darker color or a lower brightness than the surrounding, that is, the treatment area ROT, the laser arm 100 turns on the laser. If the color is lighter or brighter than the surrounding area, that is, the general area RON, the laser can be turned off.
  • the frequency and / or fluence of the laser is set to almost zero during the periods T1, T2, T3, and T4 through which the robot arm 100 passes the second general area RON2. .
  • the movement of the robot arm can be kept substantially constant, thereby improving the accuracy of the treatment.
  • the motion control unit 220 under the control of the motion control unit 220, it is possible to adjust at least one of the frequency of the laser, the irradiation time, the number of irradiation or fluence according to the degree of color and / or brightness of the treatment area (ROT).
  • the treatment region ROT may include a first treatment region ROT1 and a second treatment region ROT2.
  • the color of the second treatment region ROT2 may be darker than the color of the first treatment region ROT1, or the brightness of the second treatment region ROT2 may be lower than the brightness of the first treatment region ROT1.
  • the brightness of the second treatment region ROT2 may be lower than the preset threshold brightness value, and the brightness of the first treatment region ROT1 may be higher than the preset threshold brightness value.
  • the second treatment region ROT2 may be regarded as a part requiring intensive treatment compared to the first treatment region ROT1.
  • the boundary point between the second general area RON2 and the first treatment area ROT1 on the guide path GP is sequentially referred to as the first point X1 and starts at the start point Ps of the laser.
  • the boundary point between ROT1 and the second treatment area ROT2 is called a second point X2
  • the boundary point between the second treatment area ROT2 and the second general area RON2 is called a third point X3, and 2
  • the boundary point between the general area RON2 and the first treatment area ROT1 is called the fourth point X4
  • the boundary point between the first treatment area ROT1 and the second treatment area ROT2 is the fifth point X5.
  • the boundary point between the second treatment area ROT2 and the first treatment area ROT1 is called a sixth point X6, and the boundary point between the first treatment area ROT1 and the second treatment area ROT2 is called a seventh point.
  • the point X7 is referred to, and the boundary point between the second treatment area ROT2 and the first treatment area ROT1 is called an eighth point X8.
  • the laser may be turned off between the starting point Ps of the laser and the first point X1 and between the third point X3 and the fourth point X4.
  • the Ps-X1 section and the X3-X4 section are sections included in the second general area RON2, the laser arm 100 may not be irradiated.
  • the frequency of the laser can be set to the first frequency f1 in the X1-X2 section, the X4-X5 section, the X6-X7 section, and the eighth point X8 and before the deceleration section D3 starts. have.
  • a gradation of the gradual irradiation conditions can be given.
  • the frequency of the laser may be set to a second frequency f2 higher than the first frequency f1.
  • a laser that is relatively stronger than the second treatment area ROT2 may be irradiated, thereby improving treatment efficiency.
  • the frequency of the laser is determined by the first frequency f1 in the X1-X3 section, the X4-X8 section and the eighth point X8 before the deceleration section D3 starts. The same can be set with.
  • the moving speed of the robot arm 100 may be set as the first speed V1.
  • the moving speed of the robot arm 100 may be set to a second speed V2 slower than the first speed V1.
  • the laser may be irradiated to the second treatment area ROT2 for a relatively longer time, thereby improving treatment efficiency.
  • the overlapping ratio of the laser is increased relative to the second treatment area ROT2. Larger amounts of laser energy can be delivered.
  • the number of treatments may be set in the second treatment region ROT2 relatively more than in the first treatment region ROT1. This will be described below with reference to FIG. 19.
  • FIG. 19A illustrates a situation where the robot arm 100 performs laser treatment once by irradiating a laser onto the surface of the object 400 in the ROI according to the guide path GP.
  • 19B illustrates a situation in which the second round of therapy is performed after the first round of treatment is finished.
  • the robot arm 100 irradiates a laser in sections X1-X3, X4-X8, and an eighth point X8 until the deceleration section D3 starts.
  • the frequency of the laser can be set to be equal to the first frequency f1.
  • the roboarm 100 irradiates a laser in X2-X3, X5-X6, and X7-X8 sections corresponding to the second treatment area ROT2.
  • the frequency of the laser may be set to be equal to the frequency corresponding to the difference between the second frequency f2 and the first frequency f1.
  • the start point Ps of the guide path GP may be located in the central area of the ROI relatively more than the end point Pt.
  • the robot arm 100 may be prevented from rapidly changing direction so that the laser beam may be irradiated onto the surface of the object 400 more uniformly.
  • the guide path GP can pass through the second general area RON2 and the treatment area ROT together.
  • the lasers may be turned off at portions T11, T12, and T13 passing through the second general area RON2 on the guide path GP.
  • the guide path GP may also be out of the ROI.
  • the treatment effect may be enhanced by irradiating the laser more closely to the treatment area ROT.
  • the laser may be turned off to correspond to a portion outside the region of interest ROI on the guide path GP.
  • the guide path GP may be changed in various shapes under the helical conditions.
  • the guide path GP may also be set to elliptical.
  • the end effector 101 of the robot arm 100 irradiate a laser approximately perpendicular to the surface of the object 400. can do.
  • the robot arm 100 may be desirable for the robot arm 100 to have sufficient degrees of freedom (DOF). In detail, it may be desirable for the robot arm 100 to have at least five degrees of freedom, and more preferably for six degrees of freedom in preparation for exceptional circumstances.
  • DOF degrees of freedom
  • FIG. 25 illustrates a configuration of a laser irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention, and includes a laser emitter, a motor, a motor drive, a mirror, and an end effector.
  • the motor and the motor drive operate the robot arm 100, and when the laser emitter emits a laser, the reflecting mirror reflects it at a predetermined angle to reach the end effector, and the distal end of the robot arm 100.
  • An end effector (EE) connected to the laser may irradiate the surface of the object 400 with the laser.
  • the motor and the motor drive may be controlled by the motion controller 220 such that the end effector EE is moved along the guide path GP set by the vision controller 210.
  • the laser emitter may be controlled by the motion controller 220 such that the laser is irradiated to the laser irradiation points set by the vision controller 210.
  • FIG. 26 may be viewed as being implemented in the form of a guide path GP by photographing the irradiation of a laser on the surface of the object 400 for a predetermined time.
  • the object 400 moves (S200). For example, in the case of the head of a person of the object 400, a specific part such as a nose or both eyes may be observed to determine whether there is movement in the corresponding part.
  • the movement of the object 400 may be regarded as the movement of the object 400 due to a spasm of the skin of the face of a person.
  • the set guide path GP may be maintained (S210).
  • the movement amount of the object 400 may be measured (S220). Measuring the amount of movement of the object 400 can be seen as determining how much the object 400 has moved.
  • the emergency stop mode (S240) may be activated. In such a case, the laser irradiation can be stopped emergencyly.
  • the ROI may be reset in consideration of the movement amount (S250).
  • the motion controller 220 compensates / corrects the guide path. .
  • the guide path GP may also be corrected (S260) in response to resetting the ROI.
  • the ROI may also move 1 cm to the upper left side.
  • the guide hardness GP may also move 1 cm toward the upper left side.
  • the laser beam may be irradiated onto the surface of the object 400 in response to the modified guide path GP S270.
  • the end of the laser irradiation apparatus is maintained so that the distance between the surface of the factor EE and the object 400 is maintained ( It may be possible to adapt even when the 400 is moved back and forth.
  • the emergency stop mode can be activated even when vibration is generated or the force is applied to the laser irradiation apparatus 10.
  • the set guide path GP may be maintained (S310).
  • the vibration and / or force can be measured (S320).
  • the emergency stop mode (S340) may be activated. In such a case, the laser irradiation can be stopped emergencyly.
  • the ROI may be reset (S350) in consideration of the vibration and / or the force.
  • the guide path GP may also be modified (S360) in response to resetting the ROI.
  • the laser may be irradiated onto the surface of the object 400 in response to the modified guide path GP.
  • the laser irradiation apparatus 10 when a vibration above the reference value occurs in the robot arm 100 due to a situation in which someone touches or collides with the laser irradiation apparatus or the patient's lying table or an earthquake occurs during the procedure. ), The laser irradiation can be stopped by emergency stop.
  • the laser irradiation apparatus 10 is urgently stopped when a force greater than or equal to a threshold is applied to the robot arm 100. Laser irradiation can be stopped.
  • the robot arm 100 When operating the robot arm 100 having a predetermined degree of freedom as described above to sequentially irradiate the laser along the guide path (GP) on the surface of the object through the end effector (EE), the robot arm 100 It is preferable that the guide path GP be set so as to easily control the operation.
  • a gantry-type laser irradiation apparatus surrounding a body of a patient may be applicable to control the movement pattern in various types of devices, such as a laser irradiation device in the form of a laser array patch attached to the face of the patient.
  • the present invention has been described using a laser treatment apparatus as an example.
  • the technical configuration of the present invention described above uses high frequency, ultrasound, IPL (Intense Pulse Light), Psoralen-UV-A (PUVA), and the like. May be applicable to various energy based medical devices for treating skin.
  • the above-described methods according to the present invention can be produced as a program for execution in a laser irradiation apparatus or a computer according to the present invention.
  • the produced program may be stored in a computer-readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like. It also includes the implementation in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet).
  • the computer readable recording medium can be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
  • functional programs, codes, and code segments for implementing the method can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention belongs.

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Abstract

본 발명은 레이저 제어 방법 및 그를 이용하는 레이저 조사 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 로봇암을 이용한 레이저 조사 방법은 객체의 표면상에 가이드 경로(Guide Path)를 설정하는 설정단계 및 가이드 경로에 대응하여 객체의 표면에 레이저(Laser)를 조사하는 조사단계를 포함하고, 조사단계의 시작단계에서는 레이저의 플루언스 또는 주파수 중 적어도 하나를 점진적으로 상승시키고, 조사단계의 종료단계에서는 레이저의 플루언스 또는 주파수 중 적어도 하나를 점진적으로 감소시킨다.

Description

레이저 제어 방법 및 그를 이용하는 레이저 조사 장치
본 발명은 레이저 조사 장치에서 레이저 조사 특성을 제어하는 방법에 관한 것이다.
오늘날 치료 등의 목적을 위해 레이저빔을 피부에 조사하여 시술하는 다양한 레이저 치료 기법이 개발되고 있으며, 레이저 치료 기법의 이용을 위한 의료용 레이저 장치 역시 활발하게 연구되고 있다.
레이저를 이용한 치료 기법은 탈모 방지나 발모 촉진, 피부 박피, 피부 재생, 미백, 주름이나 반점 제거, 기미 제거 등 다양한 목적으로 사용되고 있다.
그러나 종래에는 레이저 치료 장치를 사용자, 예컨대 의사가 수동으로 조작하면서 치료를 수행하였다.
이에 따라, 치료의 정밀도가 저하됨으로써 치료의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
아울러, 종래에는 레이저 치료에 소요되는 시간이 과도하게 길다는 문제점이 있다.
본 발명은 효율적인 레이저 치료를 위한 레이저 제어 방법 및 그를 이용한 레이저 조사 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이저 제어 방법은, 객체의 표면상에 가이드 경로(Guide Path)를 설정하는 설정단계 및 상기 가이드 경로에 대응하여 상기 객체의 표면에 레이저(Laser)를 조사하는 조사단계를 포함하고, 상기 조사단계의 시작단계에서는 상기 레이저의 플루언스(Fluence) 또는 주파수 중 적어도 하나를 점진적으로 상승시키고, 상기 조사단계의 종료단계에서는 상기 레이저의 또는 주파수 중 적어도 하나를 점진적으로 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이저 조사 장치는, 객체의 표면상에 가이드 경로(Guide Path)를 설정하는 모션 제어부 및 엔드이펙터(End-Effector)를 장착하고, 상기 가이드 경로에 대응하여 상기 객체의 표면에 레이저(Laser)를 조사하는 로봇암(Robot-Arm)을 포함하고, 상기 로봇암은 상기 레이저를 조사하는 과정의 시작단계에서는 상기 레이저의 플루언스 또는 주파수 중 적어도 하나를 점진적으로 상승시키고, 상기 레이저를 조사하는 과정의 종료단계에서는 상기 레이저의 플루언스(Fluence) 또는 주파수 중 적어도 하나를 점진적으로 감소시킬 수 있다.
한편, 상기 레이저 제어 방법은 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있으며, 프로그램 그 자체로 제공될 수 있다.
또한, 상기 레이저 조사 장치는 인터넷 등의 유무선 네트워크를 이용해 외부 서버와 연동하여 상기한 바와 같이 제어될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 레이저 치료의 정밀도 및 안정성을 향상시킬 수 있으며, 레이저 치료에 소요되는 시술자의 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 레이저 조사의 시작 단계와 종료 단계에서 레이저의 플루언스 또는 주파수를 점진적으로 증가시키거나 감소시킴으로써, 레이저 조사 장치를 안정적으로 구동시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 레이저 조사 장치의 전체적인 구성에 대한 실시예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4 내지 도 29는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 조사 장치의 구조 및 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 로봇암을 이용한 레이저 조사 장치 및 방법에 대한 실시예들을 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 환자의 얼굴 피부에 레이저를 조사하는 경우를 예로 들어 설명하지만, 본 발명에 따른 장치 및 방법은 소정의 객체의 표면에 레이저를 조사하는 것이라면 어떠한 것에든지 적용될 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 레이저 조사 장치의 전체적인 구성에 대한 실시예들을 설명하기 위한 것이다.
도 1을 참조하면, 레이저 조사 장치(10)는 스캐너(Scanner, 300), 로봇암(Robot-Arm, 100) 및 제어부(200)를 포함하여 구성될 수 있다.
스캐너(300)는 객체를 스캔하여 로우 데이터(Raw Data)를 수집할 수 있다. 여기서, 로우 데이터는 2차원 이미지(2D Image)와 깊이 정보(Depth Information)를 포함할 수 있다.
상기 2차원 이미지(2D Image)는 컬러 정보를 포함할 수 있으며, 환자의 피부의 컬러 정보에 따라 모세혈관 확장증 등과 같은 특정 증상에 대한 진단이 가능할 수 있다. 또한, 상기 2차원 이미지(2D Image)와 깊이 정보(Depth Information)를 이용하여, 환자 얼굴의 모공, 흉터, 주름 등에 대한 크기, 위치, 깊이 등이 검출될 수도 있다.
이를 위해, 스캐너(300)는, 도 2의 경우와 같이, 2차원 컬러 이미지(2D Image)를 촬영하는 컬러센서(310), 3차원 깊이 데이터(3D Depth Data)를 획득하는 IR 프로젝터(320)와 IR 센서(330)를 포함할 수 있다.
IR 프로젝터(320)가 IR 광을 객체(400)의 표면, 즉 환자의 피부에 조사하면, IR 센서(330)가 객체(400)의 표면에 반사되는 IR 광을 검출하여 깊이 데이터를 획득할 수 있다.
컬러센서(310)는 객체의 표면을 촬영하여 2차원 컬러 이미지를 획득할 수 있다.
로봇암(100)은, 도 3에서와 같이, 엔드이펙터(End-Effector, EE, 101)를 장착하고, 제어부(200)의 제어에 따라 객체(400)의 표면에 레이저를 조사할 수 있다. 자세하게는, 로봇암(100)은 가이드 경로(GP)에 대응하여 객체(400)의 표면에 레이저를 조사할 수 있다. 레이저는 엔드이펙터(101)를 통해 방출될 수 있다. 이러한 로봇암(100)을 매니퓰레이터(Manipulator)라고 볼 수 있다.
제어부(200)는 레이저 조사 장치(10)의 전반적인 기능 및 동작을 제어할 수 있다.
제어부(200)는 비전 제어부(210)와 모션 제어부(220)를 포함할 수 있다.
비전 제어부(210)는 스캐너(300)로부터 2차원 이미지와 깊이 정보를 포함하는 로우 데이터를 전송받고, 전송받은 로우 데이터를 기초로 하여 객체(400)의 3차원 이미지를 구성할 수 있다.
여기서, 상기 로우 데이터의 원점(origin)과 좌표의 방향은 객체(400), 예를 들어 얼굴의 형태(shape)와 크기(volume)에 따라 변화될 수 있으며, 스캐너(300)의 스캔 시작 지점 등 다양한 원인에 의해 변화될 수도 있다.
또한, 비전 제어부(210)는 상기 로우 데이터를 정렬(alignment)하여 좌표를 조정할 수 있다. 그를 위해, 비전 제어부(210)는 얼굴 인식(face recognition) 알고리즘을 이용해 객체의 눈과 코 등의 위치를 검출하여, 정렬 동치 행렬(aligning homogeneous matrix)를 획득할 수 있다.
비전 제어부(210)는 3차원 이미지 상에서 객체(400)의 표면상에 관심 영역(Region Of Interest, ROI)을 설정할 수 있다.
관심 영역(ROI)은 레이저 조사가 필요한 부분을 포함하는 영역일 수 있으며, 이는 사용자(예를 들어, 의사)에 의해 설정되거나, 또는 상기 3차원 이미지의 처리를 통해 자동으로 설정될 수도 있다.
예를 들어, 사용자는 얼굴 표면상에 4개의 코너 포인트들(coner points)을 클릭하여 상기 관심 영역(ROI)을 설정할 수 있으며, 이 경우 각각의 코너 포인트에 대응되는 수직 벡터(normal vector)가 획득될 수 있다.
한편, 비전 제어부(210)는 스캐너(300)로부터 전송받은 데이터를 기반으로 하여 객체(400)의 표면의 색(Color) 또는 명암 중 적어도 하나를 판별하고, 이를 근거로 하여 관심 영역을 설정할 수 있다.
자세하게는, 비전 제어부(210)는 스캐너(300)가 촬영한 객체(400)의 2차원 컬러 이미지로부터 객체(400)의 표면에서 색이 주위와 다른 부분 및/또는 명암이 주위와 다른 부분을 검출할 수 있다. 아울러, 색 및/또는 명암이 주위와 다른 부분을 포함하도록 관심 영역을 설정하는 것이 가능하다.
좀 더 구체적으로, 특정 부분이 어둡게 보이는 것은 주로 색소 또는 혈관의 깊이 등에 의한 것일 수 있으며, 그와 달리 피부의 굴곡(contour)에 따른 그늘진 영역에 의한 것일 수도 있다.
따라서 얼굴의 색소 또는 혈관 등에 의해 어둡게 보이는 것과, 피부의 굴곡에 의해 그늘진 영역에서 어둡게 보이는 것을 구별하기 위한 알고리즘이 적용될 수 있으며, 이와 같은 구별에 의해 피부과적 치료 방법이 달라질 수 있다.
예를 들어, 피부의 굴곡에 의해 그늘진 영역이 발생하는 경우는 노화 때문에 피부가 쳐지거나 피하지방층이 위축되어 오는 것이기 때문에, 탄력 치료, 지방이식, 필러 등의 치료가 이루어져야 한다.
또한, 흉터에 의해 그늘진 영역이 발생한 경우 흉터 치료가 필요할 수도 있다.
이하에서는, 객체의 표면에서 레이저가 조사되어 치료가 필요한 부분을 치료 영역(Region Of Therapy, ROT)이라고 칭할 수 있다.
예를 들어, 상기 치료 영역(ROT)은 사람의 피부에 생기는 점, 기미, 주근깨, 화상 자국, 문신, 여드름 자국, 다크 서클 등일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 다양한 종류, 파장 또는 주파수의 레이저를 조사하여 치료 가능한 영역일 수 있다.
상기한 바와 같은 색 및/또는 명암이 주위와 다른 부분이, 비전 제어부(210)에 의해 상기 치료 영역(ROT)으로 판단될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기한 바와 같이 관심 영역(ROI)과 치료 영역(ROT)이 별도로 설정될 수 있으나, 필요에 따라 실제 레이저가 조사될 치료 영역(ROT)만이 설정될 수도 있다.
비전 제어부(210)는 상기한 바와 같이 판단(또는 설정)된 정보에 기초하여 레이저 치료를 위한 객체 상의 이동 패턴을 구성하며, 상기 이동 패턴은 상기 관심 영역(ROI) 또는 치료 영역(ROT)을 지나는 가이드 경로(Guide Path, GP)를 설정함에 의해 구성될 수 있다.
그 후, 비전 제어부(210)는 상기 가이드 경로(GP) 상에 배치되는 복수의 포인트들을 설정한다. 상기 복수의 포인트들은 객체의 표면상에 레이저가 조사될 위치를 나타내는 것으로, 2차원 이미지 상에서 표시되는 가이드 경로(GP) 상의 포인트가 3차원 이미지 상으로 투영(projection)될 수 있다.
또한, 비전 제어부(210)는 상기 가이드 경로(GP) 상에 배치되는 복수의 포인트들 중 치료 영역(ROT) 내에 위치하는 포인트들만을 선택하여 객체의 표면 상에서 실제 레이저가 조사될 레이저 조사 포인트들을 획득할 수 있다.
모션 제어부(220)는 비전 제어부(210)에 의해 획득된 정보에 기초해 로봇암(100)의 동작을 제어하여, 레이저를 방출하는 엔드이펙터(101)가 객체의 표면에 인접해 이동하면서 레이저를 조사할 수 있도록 한다.
여기서, 레이저가 방출되는 동안 엔드이펙터(101)와 객체의 표면 간의 간격은 이동 중에도 일정하게 유지되는 것이 바람직하며, 상기 간격은 레이저의 초점 거리에 기초하여 설정될 수 있다.
예를 들어, 모션 제어부(220)는 상기 비전 제어부(210)에서 설정된 가이드 경로(GP) 및 레이저 조사 포인트들에 기초하여, 로봇암(100)의 레이저부의 의 이동 및 레이저 조사를 제어할 수 있다.
또한, 모션 제어부(220)는 상황에 따라 로봇암(100)을 긴급 정지시켜 레이저의 조사를 긴급 중단시킬 수 있으며, 예를 들어 의사 또는 환자의 동작이나 음성 등에 의해 로봇암(100)의 동작이 정지되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 조사 장치(10)는 수동 모드 및 자동 모드에서 각각 동작할 수 있다.
예를 들면, 자동 모드에서는 스캐너(300)가 객체(400)의 표면을 스캔하여 객체(400)의 표면에 대한 정보를 획득하고, 이를 근거로 하여 제어부(200)가 로봇암(100)을 제어하여 객체(400)의 표면에 레이저를 조사할 수 있다.
반면에, 수동모드에서는 제어권을 사용자, 예컨대 의사에게 위임할 수 있다. 수동모드에서는 로봇암(100)이 사용자의 제어에 따라 동작할 수 있다.
상기에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 조사 장치의 구성에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 도시된 구성 요소들 중 일부가 생략되거나 또는 필요에 따라 부가적인 구성 요소가 추가될 수도 있다.
예를 들어, 레이저 조사 장치(10)는 인공 지능(AI, Artificial Intelligence) 기능을 수행하기 위한 별도의 연산부(미도시)와, 빅데이터의 처리를 위한 데이터베이스(미도시) 등을 더 구비할 수도 있다.
본 발명에 따른 레이저 조사 장치(10)를 이용한 레이저 조사 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 살펴보면 아래와 같다.
도 4 내지 도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 조사 장치의 동작을 설명하기 위한 도시한 것으로, 레이저 조사 장치(10)의 동작 및 구성 중 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 것과 동일한 것에 대한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 4를 참조하면, 현재 모드 설정이 자동 모드인지 여부가 판단되고(S100 단계), 자동 모드가 아닌 경우 수동 모드인지 여부가 판단된다(S110 단계).
예를 들어, 사용자는 레이저 조사 장치(10)에 구비된 버튼 또는 터치 스크린에 구비된 사용자 인터페이스를 이용해 입력하여 수동 모드 또는 자동 모드 중 어느 하나를 선택하여 설정하는 것이 가능하다.
상기 S110단계에서의 판단 결과, 수동 모드가 아닌 경우에는 미리 설정된 다른 기능(Default)을 수행한다(S120 단계).
한편, 수동 모드인 경우, 수동 모드 설정을 확인하고(S130 단계), 사용자에게 제어권을 위임한다(S140 단계).
여기서, 제어권을 사용자에게 위임한다는 것은 제어부(200)가 스스로 판단하여 로봇암(100)을 동작시키는 것을 제한하는 것을 의미할 수 있다.
수동 모드에서는 사용자가 자신의 힘으로 로봇암(100)을 동작시키면서 레이저 치료를 수행할 수 있다.
한편, 상기 S100 단계에서 판단 결과 자동 모드인 경우, 스캐너(300)가 제어부(200)의 제어에 따라 객체(400)의 표면을 스캔한다(S150 단계). 스캐너(300)의 스캔 결과로서, 2차원 이미지와 깊이 정보를 포함하는 로우 데이터가 생성될 수 있다.
여기서, 사용자가 모니터 상에서 포인터를 움직임에 따라 레이저의 조사 위치가 이동하는 스크린 모드도 가능할 수 있다.
이후, 비전 제어부(210)는 스캐너(300)가 획득한 로우 데이터를 근거로 하여 3차원 이미지를 구성한다(S160 단계).
예를 들면, 도 5의 (A)와 같은 사람의 머리 형태의 석고상(Plaster Cast)을 스캔하면, 도 5의 (B)와 같은 형태로 3차원 이미지가 구성될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 객체(400)에 대해 사람의 머리 형태의 석고상을 일례로 들어 설명하기로 한다.
3차원 이미지를 구성한 이후, 3차원 이미지 상에서 객체(400)의 표면상에 관심 영역(ROI)이 설정된다(S170 단계)
예를 들면, 도 5의 (C)의 경우와 같이 3차원 이미지 상에서 객체(400)의 표면에 제1 코너 포인트(Pcor, 1), 제2 코너 포인트(Pcor, 2), 제3 코너 포인트(Pcor, 3) 및 제4 코너 포인트(Pcor, 4)를 설정할 수 있다. 이후, 제1, 2, 3, 4 코너 포인트를 꼭지점으로 하여 구획되는 영역을 관심 영역(ROI)으로 설정할 수 있다.
여기서는, 4개의 코너 포인트를 이용하여 관심 영역(ROI)을 설정하였으나, 상황에 따라 사용되는 코너 포인트의 개수는 변경될 수 있다. 예를 들어, 3개 이상의 코너 포인트를 이용하여 관심 영역(ROI)을 설정하는 것이 가능하다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해 제1 코너 포인트(Pcor, 1)를 제1 포인트(P1), 제2 코너 포인트(Pcor, 2)를 제2 포인트(P2), 제3 코너 포인트(Pcor, 3)를 제3 포인트(P3), 제4 코너 포인트(Pcor, 4)를 제 4 포인트(P4)라고 칭할 수 있다.
이후, 관심 영역(ROI)을 지나는 가이드 경로(GP)가 설정된다(S180 단계).
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 관심 영역(ROI) 내에서 가이드 경로(GP)를 설정하는 것이 가능하다.
가이드 경로(GP)의 시작지점, 즉 레이저를 조사하기 시작하는 지점은 Ps로 표시하고, 가이드 경로(GP)의 종료지점, 즉 레이저 조사가 종료되는 지점은 Pt로 표시하였다.
이후, 가이드 경로(GP)에 대응하여 객체의 표면상의 레이저 조사 포인트들에 순차적으로 레이저가 조사된다(S190 단계).
가이드 경로(GP)는 로봇암(100)이 레이저를 조사하는 경로를 포함할 수 있다. 다르게 표현하면, 로봇암(100)은 가이드 경로(GP)에 대응하여 이동하면서 객체의 표면에 레이저를 조사하는 것이 가능하다.
가이드 경로(GP)는 레이저의 탄착지점을 연결한 경로를 포함하는 것으로 볼 수 있다.
한편, 관심 영역(ROI)은 객체(400)의 표면의 색, 명암, 굴곡(contour) 및 질감(texture) 중 적어도 하나에 근거하여 설정될 수 있다. 이에 대해, 첨부된 도 7을 참조하여 살펴보면 아래와 같다.
도 7을 참조하면, 관심 영역(ROI)을 설정하는 상기 S170 단계에서는, 먼저 객체(400)의 표면의 색 및/또는 명암이 판별된다(S171 단계). 여기서, 객체(400)의 2차원 컬러 이미지로부터 객체(400)의 표면의 색 및/또는 명암이 판단될 수 있다.
이후, 판별값이 미리 설정된 기준값과 비교되고(S172 단계), 판별값을 비교/분석한 결과에 따라 객체(400)의 표면에서 색, 명암 및 굴곡(contour) 중 적어도 하나가 주위와 다른 치료 영역(ROT)이 검출된다(S173 단계).
예를 들어, 객체(400)의 표면에서 색, 명암, 굴곡(contour) 및 질감(texture) 중 적어도 하나를 근거로 하여 일반 영역(RON)과 치료 영역(ROT)이 구분될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이 총 16개의 단위 영역(Unit Area)이 4×4 형식으로 배열되어 이루어진 경우, 각각의 단위 영역에 표시된 숫자는 명도값(Brightness Value)을 의미할 수 있다.
여기서, 기준 명도값을 40이라고 가정하면, 명도값이 40보다 작은 (1, 1), (2, 1), (3, 1), (3, 2), (3, 3), (3, 4), (4, 1), (4, 2), (4, 3) 및 (4, 4)의 단위 영역을 치료 영역(ROT)으로 판별할 수 있다.
나머지 부분은 일반 영역(Region Of Normal, RON)이라고 할 수 있다.
치료 영역(ROT)의 명도는 다른 부분, 즉 일반 영역(RON)의 명도보다 더 낮아서 상대적으로 더 어두울 수 있다. 이와 유사하게, 치료 영역(ROT)의 컬러는 일반 영역(RON)의 컬러보다 더 짙을 수 있다. 컬러가 짙다는 것은 더 어둡다는 것을 의미할 수 있다.
이처럼, 치료 영역(ROT)의 명도값은 미리 설정된 기준 명도값보다 더 낮은 부분이라고 할 수도 있다. 기준 명도값은 객체(400)의 표면의 상태, 특징(예를 들어 굴곡 또는 질감 등), 컬러톤 등의 요인에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
여기서, 상기 기준 명도값은 상수일 수 있으나, 바람직하게는 환자 개개인 또는 치료 부위별로 다르게 설졍될 수 있으며, 예를 들어 치료 영역(ROT)에 인접한 부분과 피부톤을 일치시키기 위해 주변 영역의 명도값 등을 고려하여 가변될 수 있다.
얼굴이 전체적으로 밝은 백인의 경우에는 기준 명도값을 상대적으로 높게 설정할 수 있다. 그 이유는 얼굴이 전체적으로 밝은 경우에는 점, 기미 등의 치료가 필요한 부분, 즉 치료 영역이 더 두드러지게 보일 수 있기 때문이다.
반면에, 얼굴이 백인에 비해 전체적으로 어두운 황인종의 경우에는 기준 명도값을 백인에 비해 상대적으로 낮게 설정할 수 있다.
치료 영역(ROT)을 검출한 이후에, 관심 영역(ROI)이 설정된다(S174).
상기한 바와 같이, 관심 영역(ROI)은 치료 영역(ROT)을 포함하며, 관심 영역(ROI)과 치료 영역(ROT)은 동일하게 설정될 수도 있다.
도 9의 (A)에 도시된 경우에 있어서, 객체(400)의 표면상의 소정 영역(R1) 상에 주위의 일반 영역(RON)과 명도, 컬러, 굴곡, 질감 등이 다른 치료 영역(ROT)이 포함되어 있는 경우를 가정하며, 치료 영역(ROT)의 형태는 설명의 편의를 위해 임의로 설정한 것으로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이 경우, 도 9의 (B)에 도시된 바와 같이, 제1 포인트(P1)와 제2 포인트(P2)를 연결하는 제1 라인(L1)이 치료 영역(ROT)과 접하고, 제2 포인트(P2)와 제4 포인트(P4)를 연결하는 제2 라인(L2)이 치료 영역(ROT)과 접하며, 제3 포인트(P3)와 제4 포인트(P4)를 연결하는 제3 라인(L3)이 치료 영역(ROT)과 접하고, 제4 포인트(P4)와 제1 포인트(P1)를 연결하는 제4 라인(L4)이 치료 영역(ROT)과 접하도록 제1, 2, 3, 4 포인트(P1, P2, P3, P4)를 설정할 수 있다.
아울러, 제1, 2, 3, 4 포인트(P1, P2, P3, P4)로 구획되는 영역을 관심 영역(ROI)으로 설정할 수 있다.
여기서, 치료 영역(ROT)은 관심 영역(ROI) 내에 포함될 수 있으며, 관심 영역(ROI)은 치료 영역(ROT) 뿐 아니라 일반 영역(RON)의 일부도 포함할 수 있다.
이하에서는, 일반 영역(RON)에서 관심 영역(ROI)에 포함된 부분을 제2 일반영역(RON2)이라고 하고, 일반 영역(RON)에서 관심 영역(ROI)에 포함되지 않는 부분을 제1 일반영역(RON1)이라고 할 수 있다.
도 9에 도시된 경우에 있어서, 관심 영역(ROI)을 설정할 때, 인접하는 두 개의 포인트를 연결하는 라인이 치료 영역(ROT)에 접하는 경우만을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않을 수 있다.
예를 들면, 도 10의 경우와 같이, 인접하는 두 개의 포인트를 연결하는 라인(L1, L2, L3, L4) 중 적어도 하나 또는 모두는 치료 영역(ROT)에 접하지 않을 수 있다.
이처럼, 관심 영역(ROI)을 설정하는 방법은 다양하게 변경될 수 있다.
만약, 치료 영역(ROT)의 형태가 다각형 형태인 경우에는 포인트의 설정 위치에 따라 치료 영역(ROT)과 관심 영역(ROI)이 동일한 경우도 발생할 수 있다.
한편, 가이드 경로(GP)는 치료 영역(ROT) 내에서 설정되는 것이 가능하다.
예를 들면, 도 11에 도시된 바와 같이, 치료 영역(ROT) 내에서 지그재그 형태로 가이드 경로(GP)를 설정하는 것이 가능하다.
이처럼, 가이드 경로(GP)는 치료 영역(ROT)을 지나고, 레이저는 치료 영역(ROT)에 조사되는 것이 가능하다.
한편, 레이저 조사의 시작단계와 종료단계에서는 레이저의 플루언스(Fluence) 및/또는 주파수를 조절하는 것이 가능하다.
상기 레이저의 플루언스는 단위 면적당 전달되는 레이저의 에너지(J/cm2)를 나타내는 것으로, 레이저의 강도 또는 세기를 나타낼 수 있다. 그리고 상기 레이저의 주파수는 레이저의 방출 주파수(emission frequency)를 의미할 수 있다.
도 12의 (A)를 참조하면, 레이저를 조사하는 단계의 시작단계에서는 레이저의 플루언스 또는 주파수 중 적어도 하나를 점진적으로 상승시키고, 조사단계의 종료단계에서는 레이저의 플루언스 또는 주파수 중 적어도 하나를 점진적으로 감소시킬 수 있다.
이하에서는, 레이저의 시작단계를 가속구간(D1)이라 칭하고, 레이저의 종료단계를 감소구간(D3)이라고 칭할 수 있다.
도 12의 (B)에 도시된 바와 같이, 가속구간(D1)에서는 로봇암(100)의 이동속도가 증가할 수 있다. 즉, 로봇암(100)이 가속될 수 있다.
가속구간(D1)의 발생이유는 로봇암(100)을 동작시키는 모터에 전력을 공급하는 시점부터 원하는 회전속도에 도달하는 데까지 어느 정도의 시간이 소요되기 때문이다.
아울러, 감속구간(D3)에서는 로봇암(100)의 이동속도가 감소할 수 있다. 즉, 로봇암(100)이 감속될 수 있다. 감속구간(D3)이 발생하는 이유도 가속구간(D1)과 유사하게 로봇암(100)을 동작시키는 모터에 전력 공급을 차단하는 시점부터 모터가 정지하는 데까지. 어느 정도의 시간이 소요되기 때문이다.
이와 같이, 가속구간(D1)에서 레이저의 플루언스 및/또는 주파수를 점진적으로 상승시키고, 감속구간(D3)에서 레이저의 플루언스 및/또는 주파수를 점진적으로 감소시키게 되면, 레이저를 보다 균일하게 조사하는 것이 가능할 수 있다.
레이저의 플루언스 및/또는 주파수는 로봇암(100)의 이동속도와 거의 비례할 수 있다.
가속구간(D1)과 감속구간(D3)의 사이 구간은 유지구간(D2)이라고 할 수 있으며, 상기 유지구간(D2)에서는 레이저의 조사가 중단되는 않는다면 레이저의 플루언스 및/또는 주파수는 대략 일정하게 유지될 수 있다.
유지구간(D2)에서는 로봇암(100)의 속도는 대략 일정하게 유지될 수 있으며, 예를 들어 로봇암(100)의 가속이 종료되는 시점부터 감속이 시작되는 시점까지의 기간(D2)동안 로봇암(100)의 속도는 일정하게 유지될 수 있다.
도 13의 (A)에 도시된 바와 같이, 가속구간(D1)에서 계단형으로 레이저의 플루언스 및/또는 주파수를 증가시키거나, 감속구간(D3)에서 계단형으로 레이저의 플루언스 및/또는 주파수를 감소시키는 경우도 가능할 수 있다.
이 경우, 가속구간(D1)에서 레이저의 플루언스 및/또는 주파수를 점진적으로 상승시키고, 감속구간(D3)에서 레이저의 플루언스 및/또는 주파수를 점진적으로 감소시키는 것으로 볼 수 있다.
한편, 가이드 경로(GP)는 관심 영역(ROI) 내에서 치료 영역(ROT)을 벗어나는 것이 가능할 수 있다.
예를 들면, 도 14에 도시된 바와 같이, 관심 영역(ROI)은 치료 영역(ROT)과 일반 영역, 즉 제2 일반 영역(RON2)을 함께 포함하는 경우에, 가이드 경로(GP)는 치료 영역(ROT)과 제2 일반 영역(RON2)을 모두 통과할 수 있다.
이 경우, 레이저는 치료 영역(ROT)에 대응해서 턴-온(Trun-On)되고, 제2 일반 영역(RON2)에 대응해서 턴-오프(Turn-Off)되는 것이 가능하다.
이처럼, 관심 영역(ROI) 내에서 치료 영역(ROT)의 형태와는 관계없이 가이드 경로(GP)를 설정하는 것이 가능하다.
또한, 가이드 경로(GP)는 치료 영역(ROT)을 지나는 부분과 치료 영역(ROT)을 벗어나서 제2 일반영역(RON2)을 지나는 부분(T1, T2, T3, T4)을 포함할 수 있다.
로봇암(100)은, 도 15에 도시된 바와 같이, 가이드 경로(GP)에서 제2 일반영역(RON2)을 지나는 부분에 대응해서는 레이저를 턴-오프(Turn-Off) 시킬 수 있다.
다르게 표현하면, 로봇암(100)이 가이드 경로(GP)를 따라 레이저를 조사하는 과정에서 객체(400)의 표면의 색, 명도 및 굴곡 중 적어도 하나에 따라 레이저를 온/오프시키는 것으로 볼 수 있다.
즉, 로봇암(100)이 가이드 경로(GP)에 대응하여 이동하다가 주위보다 색이 더 짙거나 명도가 더 낮은 부분, 즉 치료 영역(ROT)에 대응되면 레이저를 턴-온(Turn-On) 시키고, 주위보다 색이 더 옅거나 명도가 더 높은 부분, 즉 일반영역(RON)에 대응되면 레이저를 턴-오프 시킬 수 있는 것이다.
도 15를 참조하면, 로봇암(100)이 제2 일반영역(RON2)을 지나는 기간(T1, T2, T3, T4) 동안 레이저의 주파수 및/또는 플루언스가 거의 0으로 설정되는 것을 알 수 있다.
이 경우, 로봇암의 움직임을 대략 일정하게 유지할 수 있어서 치료의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
한편, 모션 제어부(220)의 제어 하에, 치료 영역(ROT)의 색 및/또는 명도의 정도에 따라 레이저의 주파수, 조사 시간, 조사 회수 또는 플루언스 중 적어도 하나를 조절하는 것이 가능하다.
도 16을 참조하면, 치료 영역(ROT)은 제1 치료 영역(ROT1)과 제2 치료 영역(ROT2)을 포함할 수 있다.
여기서, 제2 치료 영역(ROT2)의 색은 제1 치료 영역(ROT1)의 색보다 더 짙거나, 제2 치료 영역(ROT2)의 명도는 제1 치료 영역(ROT1)의 명도보다 더 낮을 수 있다.
또는, 제2 치료 영역(ROT2)의 명도는 미리 설정된 임계 명도값보다 낮고, 제1 치료 영역(ROT1)의 명도는 미리 설정된 임계 명도값보다 더 높을 수 있다.
이 경우, 제2 치료 영역(ROT2)은 제1 치료 영역(ROT1)에 비해 집중적인 치료가 필요한 부분이라고 볼 수 있다.
레이저의 시작지점(Ps)에서 시작하여 순차적으로 가이드 경로(GP) 상에서 제2 일반영역(RON2)과 제1 치료 영역(ROT1)의 경계점을 제1 지점(X1)이라 하고, 제1 치료 영역(ROT1)과 제2 치료 영역(ROT2)의 경계점을 제2 지점(X2)이라 하며, 제2 치료 영역(ROT2)과 제2 일반영역(RON2)의 경계점을 제3 지점(X3)이라 하고, 제2 일반영역(RON2)과 제1 치료 영역(ROT1)의 경계점을 제4 지점(X4)이라 하며, 제1 치료 영역(ROT1)과 제2 치료 영역(ROT2)의 경계점을 제5 지점(X5)이라 하고, 제2 치료 영역(ROT2)과 제1 치료 영역(ROT1)의 경계점을 제6 지점(X6)이라 하며, 제1 치료 영역(ROT1)과 제2 치료 영역(ROT2)의 경계점을 제7 지점(X7)이라 하고, 제2 치료 영역(ROT2)과 제1 치료 영역(ROT1)의 경계점을 제8 지점(X8)이라 한다.
도 17에 도시된 바와 같이, 레이저의 시작지점(Ps)부터 제1 지점(X1)의 사이 및 제3 지점(X3)부터 제4 지점(X4)의 사이에서는 레이저를 턴-오프 시킬 수 있다. 예를 들어, Ps-X1 구간 및 X3-X4구간은 제2 일반영역(RON2)에 포함되는 구간이기 때문에 로봇암(100)이 레이저가 조사되지 않을 수 있다.
한편, X1-X2 구간, X4-X5 구간, X6-X7 구간 및 제8 지점(X8)부터 감속구간(D3)이 시작되기 이전까지의 구간에서는 레이저의 주파수를 제1 주파수(f1)로 설정할 수 있다.
그리고 X1, X3 및 X4 지점에서는, 엔드이펙터(101)의 속도의 변화, 레이저의 플루언스(Fluence) 또는 펄스 폭(pulse duration) 등의 조정에 의한 레이저 플루언스의 변화 또는 레이저 주파수의 변화를 통해, 점진적인 조사 조건의 변화(gradation)가 주어지도록 할 수 있다.
또한, 상기 X1, X3 및 X4 이외의 지점들에서도, 상기한 바와 같은 점진적인 조사 조건의 변화(gradation)가 주어지도록 할 수 있다.
반면에, X2-X3 구간, X5-X6 구간 및 X7-X8 구간에서는 레이저의 주파수를 제1 주파수(f1)보다 높은 제2 주파수(f2)로 설정할 수 있다.
이 경우, 제2 치료 영역(ROT2)에 상대적으로 더 강한 레이저가 조사될 수 있어서 치료 효율이 향상될 수 있다.
도 18의 (A)를 참조하면, X1-X3구간, X4-X8 구간 및 제8 지점(X8)부터 감속구간(D3)이 시작되기 이전까지의 구간에서는 레이저의 주파수를 제1 주파수(f1)로 동일하게 설정할 수 있다.
이처럼, 레이저의 주파수를 유지한 상태에서, 도 18의 (B)에 도시된 바와 같이, 가속구간(D1)이 종료되는 지점부터 제2 지점(X2)까지의 구간, X3-X5 구간, X6-X7 구간 및 제8 지점(X8)부터 감속구간(D3)이 시작되기 이전까지의 구간에서는 로봇암(100)의 이동속도를 제1 속도(V1)로 설정할 수 있다.
반면에, X2-X3 구간, X5-X6 구간 및 X7-X8 구간에서는 로봇암(100)의 이동속도를 제1 속도(V1)보다 느린 제2 속도(V2)로 설정할 수 있다.
이 경우, 제2 치료 영역(ROT2)에 상대적으로 더 오랫동안 레이저가 조사될 수 있어서 치료 효율이 향상될 수 있다.
즉, 엔드이펙터(EE)의 속도와 레이저의 플루언스(fluence)는 일정하고 레이저의 주파수(emission frequency)가 높아지는 경우, 제2 치료 영역(ROT2)에 상대적으로 레이저의 중첩율(overlapping)이 높아져 더 많은 양의 레이저 에너지가 전달될 수 있다.
한편, 제2 치료 영역(ROT2)에 대해서는 치료 횟수를 제1 치료 영역(ROT1)에 비해 상대적으로 더 많게 설정할 수 있다. 이에 대해, 첨부된 도 19를 참조하여 이하 설명하기로 한다.
도 19의 (A)는 로봇암(100)이 관심 영역(ROI) 내에서 가이드 경로(GP)에 따라 객체(400)의 표면에 레이저를 조사하여 레이저 치료를 1회차 실시하는 상황을 나타낸 것이며, 도 19의 (B)는 1회차 치료가 종료된 이후에 실시하는 2회차 치료를 실시하는 상황을 나타낸 것이다.
도 19의 (A)를 참조하면, X1-X3 구간, X4-X8 구간 및 제8 지점(X8)부터 감속구간(D3)이 시작되기 이전까지의 구간에서는, 로봇암(100)이 레이저를 조사하고, 여기서 레이저의 주파수를 제1 주파수(f1)로 동일하게 설정할 수 있다.
도 19의 (B)를 참조하면, 2회차 치료과정에서는, 제2 치료 영역(ROT2)에 대응하는 X2-X3 구간, X5-X6 구간 및 X7-X8 구간에서 로보암(100)이 레이저를 조사하고, 여기서 레이저의 주파수를 제2 주파수(f2)와 제1 주파수(f1)의 차이에 해당하는 주파수로 동일하게 설정할 수 있다.
그에 따라, 제2 치료 영역(ROT2)에서는 제 2 주파수(f2)의 레이저가 조사되는 것과 유사한 치료효과가 발생할 수 있다.
한편, 가이드 경로(GP)를 나선형(Spiral)으로 설정하는 것이 바람직할 수 있다. 이에 대해 살펴보면 아래와 같다.
도 20을 살펴보면, 관심영역(ROI)의 중앙영역에서 시작하여 외곽에서 종료되도록 나선형의 가이드 경로(GP)를 설정하는 것이 가능하다. 즉, 가이드 경로(GP)의 시작지점(Ps)이 종료지점(Pt)보다 상대적으로 더 관심영역(ROI)의 중앙영역에 위치할 수 있다.
이처럼, 가이드 경로(GP)를 나선형으로 설정하게 되면 로봇암(100)이 급격하게 방향전환을 하는 것을 방지함으로써 보다 균일하게 레이저를 객체(400)의 표면에 조사할 수 있다.
나선형의 가이드 경로(GP)를 설정하는 경우에도, 도 21의 경우와 같이, 가이드 경로(GP)는 제 2 일반영역(RON2)과 치료영역(ROT)을 함께 지나는 것이 가능하다.
이러한 경우에도, 가이드 경로(GP) 상에서 제 2 일반영역(RON2)을 지나는 부분(T11, T12, T13)에서는 레이저를 턴-오프시킬 수 있다.
도 22를 살펴보면, 가이드 경로(GP)는 관심영역(ROI)을 벗어나는 것도 가능할 수 있다. 이러한 경우에는, 치료영역(ROT)에 보다 촘촘하게 레이저를 조사하여 치료 효과를 높일 수 있다.
가이드 경로(GP) 상에서 관심영역(ROI)을 벗어나는 부분에 대응해서는 레이저를 턴-오프시킬 수 있다.
가이드 경로(GP)는 나선형인 조건 하에서 그 형태는 다양하게 변경될 수 있다.
예를 들면, 도 23의 경우와 같이, 치료영역(ROT)이 타원형인 경우에 가이드 경로(GP)도 타원형으로 설정하는 것이 가능하다.
본 발명에서는 치료 효과를 높이고, 치료 정밀도를 향상시키기 위해, 도 24의 경우와 같이, 로봇암(100)의 엔드이펙터(101)가 객체(400)의 표면에 대략 수직으로 레이저를 조사하는 것이 바람직할 수 있다.
이를 위해, 로봇암(100)은 충분한 자유도(Degree Of Freedom, DOF)를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 자세하게는, 로봇암(100)은 적어도 5 자유도를 갖는 것이 바람직할 수 있으며, 예외적인 상황에 대비하여 6 자유도를 갖는 것이 더욱 바람직할 수 있다.
도 25는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 조사 장치의 구성을 도시한 것으로, 레이저 방출부(Laser Emitter), 모터(Motor), 모터 드라이브(Motor Drive), 반사미러(Mirror) 및 엔드이펙터(EE)를 포함하는 로봇암(100)이 사람 머리 형태의 석고상인 객체(400)의 표면에 레이저를 조사하는 경우의 일례가 개시되어 있다.
도 25를 참조하면, 모터와 모터 드라이브는 로봇암(100)을 동작시키며, 레이저 방출부가 레이저를 발사하면 반사미러가 이를 소정 각도로 반사하여 엔드이펙터에 도달하도록 하며, 로봇암(100)의 말단부에 연결된 엔드이펙터(EE)가 레이저를 객체(400)의 표면에 조사할 수 있다.
예를 들어, 모터와 모터 드라이브는, 비전 제어부(210)에 의해 설정된 가이드 경로(GP)를 따라 엔드이펙터(EE)가 이동되도록, 모션 제어부(220)에 의해 제어될 수 있다.
또한, 레이저 방출부(Laser Emitter)는, 비전 제어부(210)에 의해 설정된 레이저 조사 포인트들에 레이저가 조사되도록, 모션 제어부(220)에 의해 제어될 수 있다.
도 26을 참조하면, 가이드 경로(GP)가 객체(400)의 표면상에 나선형으로 설정되는 것을 확인할 수 있다. 도 26은 객체(400)의 표면에 레이저가 조사되는 것을 일정 기간 동안 촬영하여 가이드 경로(GP)와 같은 형태로 구현한 것으로 볼 수 있다.
한편, 상황에 따라 레이저 조사를 정지시키거나 혹은 가이드 경로를 수정하는 것이 가능하다. 이에 대해 살펴보면 아래와 같다.
도 27을 살펴보면, 가이드 경로(GP)를 설정하거나 레이저를 조사한 이후에 객체(400)의 움직임의 여부를 판단(S200)할 수 있다. 예를 들면, 객체(400)의 사람의 머리인 경우, 코, 양쪽 눈 등 특정 부위를 관찰하여 해당 부위에 움직임이 있는지를 판단할 수 있다. 또는, 객체(400)의 표면 움직이는 경우, 예를 들어 사람의 얼굴 피부에 경련이 발생하는 등의 이유로 인해 피부에 움직임이 있는 경우에도 객체(400)의 움직임이 있는 것으로 볼 수 있다.
판단결과, 객체(400)의 움직임이 없는 경우에는 설정된 가이드 경로(GP)를 유지(S210)할 수 있다.
반면에, 판단결과 객체(400)의 움직임이 있는 경우에는 객체(400)의 움직임량을 측정(S220)할 수 있다. 객체(400)의 움직임량을 측정한다는 것은 객체(400)가 얼마만큼이나 움직였는지를 판단하는 것으로 볼 수 있다.
움직임량을 측정한 결과, 움직임량이 미리 설정된 임계범위를 초과하는지의 여부를 판단(S230)할 수 있다.
판단결과, 객체(400)의 움직임량이 미리 설정된 임계범위를 초과하는 경우에는 긴급정지(S240) 모드를 발동시킬 수 있다. 이러한 경우, 레이저 조사를 긴급 정지시킬 수 있다.
반면에, 객체(400)의 움직임량이 임계범위를 초과하지 않는 경우에는 움직임량을 고려하여 관심영역(ROI)을 재설정(S250)할 수 있다.
여기서는, 스캐너(300)가 객체(400)의 움직임을 포착하고, 비전 제어부(210)가 관심영역(ROI)을 새롭게 설정하면, 모션 제어부(220)가 가이드 경로를 보상/수정하는 것으로 볼 수 있다.
아울러, 관심영역(ROI)의 재설정에 대응하여 가이드 경로(GP)도 수정(S260)할 수 있다.
예를 들어, 도 28의 경우와 같이, 객체(400)가 좌상측으로 1cm 움직였다면 관심영역(ROI)도 좌상측으로 1cm 이동시킬 수 있는 것이다. 이에 대응하여 가이드 경도(GP)도 좌상측으로 1cm 이동할 수 있다.
이후, 수정된 가이드 경로(GP)에 대응하여 객체(400)의 표면에 레이저를 조사(S270)할 수 있다.
이처럼, 레이저 시술과정에서 객체(400)의 움직임이 발생하는 경우, 객체(400)의 움직임에 따라 가이드 경로(GP)를 수정하는 것이 가능할 수 있다.
한편, 상기에서는 객체(400)가 동일 평면상에서 상하좌우로 움직이는 경우를 예로 들어 실시예를 설명하였으나, 레이저 조사 장치의 엔드이팩터(EE)와 객체(400)의 표면 사이 간격이 유지되도록 하여 객체(400)가 앞뒤로 움직이는 경우에도 적응 가능하도록 할 수 있다.
레이저 조사 장치(10)에 진동이 발생하는 경우 혹은 힘이 가해지는 경우에도 긴급정지 모드를 발동시킬 수 있다.
예를 들면, 도 29와 같이, 가이드 경로(GP)를 설정하거나 레이저를 조사한 이후에 레이저 조사 장치(10)에 진동이 발생하거나 혹은 힘이 가해지는지의 여부를 판단(S300)할 수 있다.
판단결과, 진동이 없거나 힘이 가해지지 않는 경우에는 설정된 가이드 경로(GP)를 유지(S310)할 수 있다.
반면에, 판단결과 진동이 발생하거나 혹은 힘이 가해지는 경우에는 진동 및/또는 힘을 측정(S320)할 수 있다.
측정결과, 미리 설정된 기준값 이상의 진동이 발생하거나 혹은 미리 설정된 임계값 이상의 힘이 가해지는지의 여부를 판단(S330)할 수 있다.
판단결과, 기준값 이상의 진동이 발생하거나 혹은 임계값 이상의 힘이 가해지는 경우에는 긴급정지 모드(S340)를 발동시킬 수 있다. 이러한 경우, 레이저 조사를 긴급 정지시킬 수 있다.
반면에, 발생한 진동이 기준값 이하이거나 혹은 가해지는 힘이 임계값 이하인 경우에는 진동 및/또는 힘을 고려하여 관심영역(ROI)을 재설정(S350)할 수 있다.
아울러, 관심영역(ROI)의 재설정에 대응하여 가이드 경로(GP)도 수정(S360)할 수 있다.
이후, 수정된 가이드 경로(GP)에 대응하여 객체(400)의 표면에 레이저를 조사(S370)할 수 있다.
예를 들어, 시술도중에 누군가가 레이저 조사 장치 또는 환자가 누워있는 테이블을 건드리거나 부딪히는 상황이나 지진이 발생하는 상황 등에 의해, 로봇암(100)에 기준값 이상의 진동이 발생하는 경우에 레이저 조사 장치(10)를 긴급정지시켜 레이저 조사를 정지시킬 수 있다. 또는, 시술도중에 사용자(의사 등)가 시술 오류를 발견하여 로봇암(100)을 손으로 잡아채서 로봇암(100)에 임계값 이상의 힘이 가해지는 경우에 레이저 조사 장치(10)를 긴급정지시켜 레이저 조사를 정지시킬 수 있다.
상기한 바와 같이 소정의 자유도를 가지는 구조의 로봇암(100)을 동작시켜 엔드이펙터(EE)를 통해 객체의 표면상에서 가이드 경로(GP)를 따라 레이저를 순차적으로 조사하는 경우, 로봇암(100)의 동작을 용이하게 제어할 수 있도록 가이드 경로(GP)가 설정되는 것이 바람직하다.
상기에서는 로봇암을 이용하는 형태의 레이저 조사 장치를 예로 들어 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 그 이외에 환자의 신체 얼굴을 감싸는 겐트리(Gantry) 형태의 레이저 조사 장치 또는 환자의 얼굴에 부착되는 레이저 어레이 패치 형태의 레이저 조사 장치 등 다양한 형태의 장치에서 이동 패턴을 제어하는데 적용 가능할 수 있다.
또한, 상기에서는 레이저를 이용한 치료 장치를 예로 들어 본 발명을 설명하였으나, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 그 이외에 고주파, 초음파, IPL(Intense Pulse Light), Psoralen-UV-A(PUVA) 등을 이용하여 피부를 치료하는 다양한 에너지 기반 치료 장치(energy based medical device)들에 적용 가능할 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 방법들은 본 발명에 따른 레이저 조사 장치 또는 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작될 수 있다. 상기 제작된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (19)

  1. 객체의 표면상에 가이드 경로(Guide Path)를 설정하는 설정단계; 및
    상기 가이드 경로에 대응하여 상기 객체의 표면에 레이저(Laser)를 조사하는 조사단계;를 포함하고,
    상기 조사단계의 시작단계에서는 상기 레이저의 플루언스(Fluence) 또는 주파수 중 적어도 하나를 점진적으로 상승시키고, 상기 조사단계의 종료단계에서는 상기 레이저의 플루언스 또는 주파수 중 적어도 하나를 점진적으로 감소시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저는 로봇암(Robot-Arm)에 장착된 엔드이펙터(End-Effector)로부터 조사되는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 조사단계의 시작단계에서는 상기 로봇암이 가속되고, 상기 조사단계의 종료단계에서는 상기 로봇암이 감속되는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 로봇암의 가속이 종료되는 시점부터 감속이 시작되는 시점까지의 기간동안 상기 로봇암의 속도는 일정하게 유지되는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 조사단계에서는 상기 객체의 표면의 색(Color) 또는 명도 중 적어도 하나에 따라 상기 레이저를 온/오프시키는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 객체를 스캔하여 로우 데이터(Raw Data)를 수집하는 단계;
    상기 로우 데이터를 근거로 하여 상기 객체의 3차원 이미지를 구성하는 단계;
    상기 3차원 이미지 상에서 상기 객체의 표면상에 관심영역(Region Of Interest, ROI)을 설정하는 단계;
    상기 관심영역을 지나는 상기 가이드 경로를 설정하는 단계;
    를 더 포함하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 로우 데이터는 2차원 이미지(2D Image)와 깊이 정보(Depth Information)를 포함하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 관심영역을 설정하는 단계는
    상기 객체의 표면에서 색(Color) 또는 명도 중 적어도 하나를 근거로 하여 일반부분과 치료부분을 구분하는 단계; 및
    상기 치료영역을 포함하도록 상기 관심영역을 설정하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 치료부분의 색은 상기 일반부분의 색보다 더 짙거나, 상기 치료부분은 상기 일반부분보다 더 어두운 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가이드 경로는 상기 치료영역을 지나고, 상기 레이저는 상기 치료영역에 조사되는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 관심영역은 상기 치료부분과 상기 일반부분을 함께 포함하고,
    상기 가이드 경로는 상기 치료부분과 상기 일반부분을 모두 통과하고,
    상기 레이저는 상기 치료부분에 대응해서 턴-온(Trun-On)되고, 상기 일반부분에 대응해서 턴-오프(Turn-Off)되는 방법.
  11. 객체의 표면상에 가이드 경로(Guide Path)를 설정하는 모션 제어부; 및
    엔드이펙터(End-Effector)를 장착하고, 상기 가이드 경로에 대응하여 상기 객체의 표면에 레이저(Laser)를 조사하는 로봇암(Robot-Arm);을 포함하고,
    상기 로봇암은
    상기 레이저를 조사하는 과정의 시작단계에서는 상기 레이저의 플루언스 또는 주파수 중 적어도 하나를 점진적으로 상승시키고, 상기 레이저를 조사하는 과정의 종료단계에서는 상기 레이저의 플루언스 또는 주파수 중 적어도 하나를 점진적으로 감소시키는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 시작단계에서는 상기 로봇암이 가속되고, 상기 종료단계에서는 상기 로봇암이 감속되는 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 로봇암의 가속이 종료되는 시점부터 감속이 시작되는 시점까지의 기간동안 상기 로봇암의 속도는 일정하게 유지되는 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 로봇암은 상기 객체의 표면의 색(Color) 또는 명도 중 적어도 하나에 따라 상기 레이저를 온/오프시키는 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 객체를 스캔하여 로우 데이터(Raw Data)를 수집하는 스캐너; 및
    상기 로우 데이터를 근거로 하여 상기 객체의 3차원 이미지를 구성하고, 상기 3차원 이미지 상에서 상기 객체의 표면상에 관심영역(Region Of Interest, ROI)을 설정하는 비전 제어부;를 더 포함하고,
    상기 모션 제어부는 상기 관심영역을 지나도록 상기 가이드 경로를 설정하는 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 로우 데이터는 2차원 이미지(2D Image)와 깊이 정보(Depth Information)를 포함하는 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 비전 제어부는 상기 객체의 표면에서 색(Color) 또는 명도 중 적어도 하나를 근거로 하여 일반부분과 치료부분을 구분하고, 상기 치료영역을 포함하도록 상기 관심영역을 설정하고,
    상기 치료부분의 색은 상기 일반부분의 색보다 더 짙거나, 상기 치료부분은 상기 일반부분보다 더 어두운 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 가이드 경로는 상기 치료영역을 지나고, 상기 레이저는 상기 치료영역에 조사되는 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 관심영역은 상기 치료부분과 상기 일반부분을 함께 포함하고,
    상기 가이드 경로는 상기 치료부분과 상기 일반부분을 모두 통과하고,
    상기 레이저는 상기 치료부분에 대응해서 턴-온(Trun-On)되고, 상기 일반부분에 대응해서 턴-오프(Turn-Off)되는 장치.
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