KR20060113930A - 지방 조직의 파괴를 위한 시스템 및 장치 - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원은 2003년 12월 30일에 출원된 출원 번호 10/750,370(대리인 기록 번호. 021356-000500US)의 계속출원이고, 2003년 12월 30일에 출원된 출원 번호 10/751,344(대리인 기록 번호. 021356-000600US)의 계속출원이다.
또한, 본 출원은 2003년 12월 30일에 출원된 종전의 임시 출원 번호 60/533,988(대리인 기록 번호. 021356-001000US)의 우선권을 주장하고, 2003년 12월 30일에 출원된 종전의 임시 출원 번호 60/533,958(대리인 기록 번호. 021356-001200US)의 우선권을 주장한다. 상기 출원의 각각의 전체 개시 내용은 참조로서 여기에 결합된다.
본 출원의 주제는 다음 출원과 관련된다. 제목이 "일회용의 트랜스듀서 씰(Disposable Transducer Seal)"인 10/750,369; 제목이 "위치 추적 장치"인 60/533,528; 제목이 "동작 제어를 구비한 초음파 치료 헤드"인 60/534,036; 및 제목이 "컴포넌트 초음파 트랜스듀서"인 60/534,034. 이러한 출원의 각각의 전체 개시 내용은 참조로서 여기에 결합된다.
본 발명은 지방 조직의 파괴를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
몸 성형은 몸무게를 줄이고 날씬한 체형을 유지하도록 하는 방법으로 발전하였다. 도구 및 기술의 발전에 따라 성형 외과의 영역은 팽창하였다. 몸무게를 줄이고 몸을 성형하는 인기있는 방법은 지방흡입술이다.
지방흡입술은 원하지 않는 지방을 제거함으로써 몸의 형태를 크게 향상시킬 수 있는 성형 방법이다. 연간 200,000회 이상의 지방흡입술이 이루어진다. 지방흡입술 분야의 최근의 진보는 튜메센트(tumescent) 기술 및 초음파 보조 기술을 포함한다. 전통적인 지방흡입술은 원하는 위치에 작게 절개를 하고, 빈 튜브 또는 캐뉼러(cannula)를 피부 아래의 지방층에 삽입하여 수행되었다. 캐뉼러는 진공에 연결되고 지방은 높은 흡입 압력 하에서 진공으로 빨려나온다. 이 방법은 구별없이 지방, 연결 조직, 혈액 및 신경 조직을 제거한다. 이 방법은 제거할 수 있는 지방의 양을 제한하면서, 출혈, 좌상, 외상 및 혈액 손실을 야기한다.
튜메센트 방법은 혈액 손실을 줄이면서 작업 중에 더 많은 지방을 제거할 수 있다. 튜메센트 지방흡입술은 흡입 전에 지방층에 많은 양의 식염 및 아드레날린 용액을 주입한다. 다시 지방을 제거하기 위해 캐뉼러가 흡입 장치와 함께 사용된다. 이 방법은 전통적인 지방흡입술의 출혈을 감소시킨다. 하지만 이 방법도 여전히 상당한 양의 구조 조직, 혈액 및 신경 말단을 제거한다.
가장 최근의 인가된 방법은 초음파 이용 리포플래스티(Ultrasound Assisted Lipoplasty, UAL)이다. UAL은 초음파 주파수에서 진동하는 팁을 가지는 티타늄 캐뉼러를 이용한다. 이 진동은 근처의 지방 세포를 파괴하고 쉽게 제거할 수 있도록 액화시킨다. UAL은 저전력 흡입을 사용하고 캐뉼러 팁 근처의 지방 물질만 제거한 다. 이 방법은 조직에 대해 매우 정교하여, 혈액 손실, 출혈, 통증이 없고 회복이 상당히 빠르다.
수술 방법으로의 초음파의 이용은 UAL에 제한되지 않는다. 고강도 집중 초음파(HIFU) 기술이 암 치료를 위해 사용되었다.
케인 등의 미국 특허 6,309,355는 타겟 조직에 마이크로-버블을 생성하고, 초음파 소스를 사용하여 근처의 조직을 파괴하기 위해 마이크로 버블이 공동(cavitation) 효과를 생성하도록 하는 방법을 개시한다. 바람직한 실시예는 공동 효과를 야기하기 위해 저주파 초음파 소스(500kHz 이하의)를 사용한다. 진단 장치가 개별 수술 손상의 위치를 결정하기 위해 사용된다.
에셜 등의 PCT 출원 WO 02/054018 A2는 비-지방 조직은 용해하지 않으면서 동시에 몸체의 지방 조직을 용해하는 방법을 제공한다. 이 방법은 진단 이미징 시스템 및 HIFU 에너지가 방사되는 영역을 추적하는 컴퓨터에 결합하여 HIFU를 사용하는 방법을 기술한다.
지난 수십년간 HIFU의 발전에 있어 몇 가지 진보가 있었다. 버블이 공동효과로부터 생성되므로 매우 짧은 시간(~ 1초)에 비등이 일어날 수 있을 정도로 세기가 늘어났다. 버블은 초음파의 흡수 및 부수적인 조직의 급속한 가열을 일으킨다. 하이푸(충칭, 중국) 회사는 초음파를 이용하여 고형 종양을 치료하는 치료 장치를 개발하였다. 인가기가 종양을 포함하는 조직을 둘러싸는 물 주머니(water bag) 내로 이동하면 초음파 에너지가 인가된다.
다른 치료 방법은 조직을 괴사시키기 위해 주로 열적 메커니즘에 의존한다. 여러 논문은 괴사 레벨로 조직 온도를 높이지 않고 조직 내에 공동 현상을 생성하는 것에 대해 보고한다. 이러한 방법은 공동 버블(안정된 공동으로 불리는)을 생성하기 위해 조직에 고강도 연속파(CW) 초음파 요법을 인가하며, 이러한 버블의 주요 목적은 흡수를 향상시키고 가열 시간을 감소시키는 것이다. 펄스파(PW) 초음파와 유사하게 급속히 반복되는 고강도 단 펄스를 인가하여 일반적으로 매우 짧은 수명(마이크로 초)으로 공동 버블을 생성할 수 있다. 이러한 버블은 부수적인 조직 가열없이 짧은(~5-30 초) 펄스에 의해 주기적으로 반복될 수 있는 조직의 상당한 기계적 손상을 야기한다. 주의깊게 파라미터를 조정하여 예를 들어 열적 괴사 레벨까지 조직을 가열하지 않고 전단력(shear force)을 통한 기계적 손상, 일시적인 공동 충격파, 또는 안정된 공동 압력을 향상시킬 수 있다.
HIFU 치료는 여러 방법 및 여러 방법의 조합으로 인가될 수 있다. 대부분의 HIFU 요법은 HIFU 인가를 한 지점에 위치하고 주어진 시간 주기, 일반적으로 1에서 4초간 파워를 켬으로써 인가된다. 세기 레벨은 일반적으로 인가기의 초점에서 응고 괴사점까지 조직을 가열할 정도로 선택되지만, 물의 비등점(100 C)를 넘어서 조직을 가열하는 것도 보고된다. 인가 주기 후에 인가기는 꺼지고 일반적으로 기존 인가점으로부터 몇 mm 떨어진 새로운 지점으로 이동한다. 몇 초에서 몇 분 정도인 조직이 식힐 시간 주기를 가질 때까지 인가기는 다시 켜지지 않는다. 인가기는 다시 켜지고 새로운 치료점이 생성된다. 이러한 방법으로 큰 부피의 조직을 치료하기 위해서는 수 시간이 걸릴 수 있다.
다음 추가 참조문헌은 본 발명과 관련이 있다. 5,769,790; 6,113,558; 5,827,204; 5,143,063; 5,219,401; 5,419,761; 5,618,275; 6,039,048; 6,425,867; 5,928,169; 6,387,380; 6,350,245; 6,241,753; 5,526,815; 6,071,239; 5,143,063; 6,685,639 및 WO 00/36982.
상기 언급된 참조문헌은 본 발명과 관련된 초음파 기술 및 그것을 이용하여 환자 몸 내의 조직을 파괴하는 방법을 논의한다. 하지만 종래기술에는 현저한 문제점이 있다. 환자가 원하는 결과를 얻기 위해 환자와 의사가 함께 성형 계획을 세우는 것에 관한 내용이 없다. 환자에게 수행된 치료에 대해 처음 치료로부터 다음 치료까지 정확하게 정보를 저장하는 수단이 없다. 그렇다면 환자가 과도하게 치료될 가능성이 높지만 한 번에 모든 치료가 이루어져야 하며, 또는 의사는 지난 치료 때에 얼마나 수행되었는 지를 결정하기 위해 환자의 지방 조직 영역을 살펴봄으로써 추측해야 한다. 환자가 비-침습적 HIFU 치료를 받는다면, 의사는 다음에 어떤 치료가 이루어져야 할지에 대해 결정하기 어렵다.
또한 종래 기술의 초음파 방법은 큰 체적의 조직을 빨리 치료하는 데 어려움이 있다. 따라서 많은 양을 치료하기 위해서는, 침습적 방법이 선호된다.
따라서 본 발명의 목적은 환자와 의사가 적절한 치료를 결정하고 얻을 수 있는 결과에 대해 알 수 있는 수단을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 환자의 지방 조직의 크기를 정확하게 결정하는 수단을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 치료 절차와 환자로의 효과의 정확한 추적을 위한 수단을 제공하여, 한 번에 큰 시술을 함으로 인한 불편함과 위험을 감소시키기 위해 환자가 치료를 나누어 받을 수 있는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 몸체 내의 수술 지점 배치의 정확한 맵핑 수단을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 침습적 방법과 유사한 정도로 지방 조직을 급속하게 파괴할 수 있는 수단 및 방법을 제공하는 것이다.
아래의 설명을 통해 하나 또는 그 이상의 목적들이 제시된다.
여기서는 지방 조직 파괴 시스템 및 방법이 개시된다. 첫 번째 실시예는 몸체 영역에의 에너지 인가 시스템이고, 에너지 인가기를 포함하는 스캔 헤드, 상기 스캔 헤드를 공간상에 매다는 지지수단 및 상기 스캔 헤드 및 상기 지지수단에 결합 되는 치료 제어기를 포함한다. 치료 제어기는 상기 스캔 헤드의 위치 지정에 대해 안내하면서 상기 스캔 헤드의 위치 및 에너지 전달을 관찰할 수 있다.
두 번째 실시예는 매칭된 지형 및 표면 근처 피하 조직 맵의 생성 시스템이고, 환자 몸의 표면 이미지를 생성하는 3차원 이미징 장치; 상기 환자 몸의 피하 이미지를 생성하는 조직 이미징 장치; 및 상기 표면 이미지의 복수 개의 마커와 상기 피하 이미지를 매칭하는 상관 작업 장치를 포함한다.
세 번째 실시예는 의료 장치 위치 조정 시스템이고, 로봇 암; 상기 로봇 암을 제어하기 위한 제 1 제어 수단; 상기 로봇 암에 연결되고, 치료 헤드 내에 움직일 수 있게 위치되는 의료 장치; 상기 치료 헤드 내의 상기 의료 장치의 동작을 제어하는 제 2 제어 수단; 및 상기 로봇 암, 상기 제 1 제어 수단, 상기 의료 장치 및 상기 제 2 제어 수단과 협력하여 동작하기 위해 전자 통신하는 전자 제어기를 포함한다.
다른 실시예는 의료 장치 위치 조정 시스템이고, 로봇 암; 상기 로봇 암을 제어하는 제 1 제어 수단; 상기 로봇 암에 연결되고, 치료 헤드 내에서 고정되어 위치되는 의료 장치; 및 상기 제어 수단으로부터 수신한 동작 명령을 해독하고, 상기 동작 명령을 상기 로봇 암에 전달하는 전자 제어기를 포함한다.
다른 실시예는 환자 몸에 대한 에너지 방사기의 움직임 안내 장치이고, 적어도 하나의 에너지 방사기를 구비하는 이동가능한 치료 헤드; 가이드 링; 및 상기 가이드 링의 움직임을 추적하고 상기 가이드 링 내의 중심에 상기 치료 헤드를 유지하는 추적 시스템을 포함한다.
다른 실시예는 의료 장치 위치조정 시스템이고, 부하 평형 암; 상기 부하 평형 암에 연결되는 치료 헤드 내에 움직이면서 위치하는 의료 장치; 및 상기 치료 헤드 내에 상기 의료 장치의 동작 제어 수단을 포함한다.
또한 상기 기술된 시스템을 이용하는 방법들이 있다. 한 실시예는 몸체 영역에의 에너지 인가 방법이고, 치료 제어기에 치료 계획을 제공하는 단계; 상기 스캔 헤드로부터 에너지가 전달될 때, 상기 치료 제어기에 의해 생성되는 안내에 따라 몸체 표면에 걸쳐 스캔 헤드를 스캔하는 단계; 위치 데이터를 생성하기 위해 상기 스캔 헤드의 위치 및 에너지 전달을 관찰하고, 상기 위치 데이터를 상기 치료 제어기에 전달하는 단계; 및 만약 위치 및/또는 에너지 전달이 치료 계획을 벗어나면 경고를 생성하는 단계를 포함한다.
제 2 실시예는 지방흡입 치료 절차의 수행 방법이고, (a) 치료 초음파 처치에 대한 사람의 적합성을 결정하는 단계; (b) 상기 사람 위에 치료될 영역을 표시하는 단계; (c) 치료 초음파 처치를 위해 상기 환자를 위치하는 단계; (d) 상기 표시된 영역을 컴퓨터로 스캐닝하는 단계; (e) 치료 계획 소프트웨어 패키지를 이용하여 치료 초음파 처치를 설정하는 단계; (f) 상기 치료 계획 소프트웨어를 통해 제어되는 컴퓨터 시스템을 이용하여 상기 치료 초음파 처치를 활성화하는 단계; (g) 상기 치료 계획 소프트웨어를 이용하여 상기 치료 절차의 진행을 기록하는 단계; 및 (h) 상기 환자에게 부가적인 치료 후 도움을 제공하는 단계를 포함한다.
다른 실시예는 치료 초음파를 이용한 환자의 지방 조직 파괴방법이고, 환자의 하나 또는 그 이상의 지방 조직의 위치를 결정하는 단계; 상기 지방 조직이 상대적으로 평평하게 분포되도록 환자를 위치하는 단계; 및 치료 초음파 트랜스듀서로 상기 환자의 지방 조직 위치에 방사하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 3차원 몸체 맵의 생성방법이 개시된다. 지방 조직 체적 위치로 3차원 몸체 맵의 생성방법은 3차원 이미징 시스템을 이용하여 몸체의 3차원 이미지를 생성하는 단계; 상기 몸체의 3차원 이미지를 컴퓨터 판독 포맷으로 입력하는 단계; 3차원 맵핑 소프트웨어 애플리케이션으로 몸체의 3차원 맵을 생성하는 단계; 및 진단 초음파 장치에 의해 검출되는 지방 조직의 영역이 3차원 몸체 맵 상에 적절히 위치되도록 3차원 맵핑 소프트웨어 애플리케이션과 전자 통신하는 진단 초음파 장치로 몸체를 스캐닝하는 단계를 포함한다.
다른 실시예는 3차원 몸체 맵을 이용한 몸체 성형 방법이고, 파괴될 지방 조직 체적의 3차원 몸체 맵을 분석하는 단계; 몸체 성형 절차를 이용하여 안전하게 파괴될 지방 조직의 양을 결정하는 단계; 제 2의 3차원 몸체 맵을 생성하기 위해 파괴될 지방 조직의 부피를 공제하는 단계를 포함하고, 의사 및 환자는 수행될 몸체 성형 치료의 원하는 양을 선택하기 위해 제 1의 3차원 몸체 맵과 복수 개의 제 2의 3차원 몸체 맵을 비교할 수 있다.
다른 실시예는 지방 조직 파괴 방법이고, 치료될 조직의 부피 및 영역을 결정하는 단계; 및 연속 동작으로 상기 영역의 조직을 지나가는 펄스파(PW) HIFU 트랜스듀서로 상기 부피를 치료하는 단계를 포함한다.
다른 실시예는 치료 헤드 내에 매달린 에너지 인가기를 위한 동작 제어기를 포함하는 초음파 치료 헤드를 공간상에 부하 평형 암을 이용하여 위치 조정하는 방법이다. 상기 방법은 치료 헤드에 힘을 인가하는 단계; 및 동작 제어기에 전자 안내를 제공하는 단계를 포함한다.
정의
본 발명에서 사용되는 의료 절차의 계획, 조정 및 작업을 위한 장치를 "치료 제어기(therapy controller)"라고 부른다. 치료 제어기는 컴퓨터 장치이다. 본 시스템의 명령 및 제어를 제공하기 위한, 즉 치료 헤드, 에너지 방사기 및 기계적 암을 필요한 정도로 제어할 수 있는, 전용의, 특별히 만들어진 컴퓨터 시스템 또는 충분한 하드웨어 및 소프트웨어 자원을 지닌 일반 목적의 컴퓨터 일 수 있다. 때때로 치료 계획 소프트웨어, 치료 제어기, 또는 초음파 치료를 수행하는 프로그램으로 불린다. 이러한 요소들의 각각은 일반적으로 치료 제어기의 역할을 본 발명의 기능 요소로서 부르거나 치료 제어기의 특별한 서브 유닛으로 불린다.
또한, 여기서 "전자 통신"이라는 용어를 하드웨어 또는 소프트웨어이든지 컴포넌트 사이의 전자 신호 및 파워 연결의 모든 형태를 포함하는 것으로 사용한다. 따라서 데이터, 명령, 코드, 및/또는 파워의 전달을 전자 통신으로 부르며, 이러한 전송이 단방향이든, 양방향이든, 또는 전기 파워 또는 정보에 대한 질의 또는 명령 또는 요구에 대응하는 것이든 상관없다. 파트 사이의 전자의 의도적인 이동이 "전자 통신"이다.
"치료 헤드(therapy head)"는 에너지 인가기를 포함하는 하우징(housing)을 의미한다. 하우징의 크기를 최소화하면서, 또는 다른 장치의 결합을 위해 추가적인 부피를 가지면서, 하우징은 에너지 인가기에 적합한 형태로 특별히 고안될 수 있다. 이러한 장치는 하우징 내에서 에너지 인가기를 움직이기 위한 작은 모터 시스템을 포함할 수 있고, 또는 유체 저장소를 사용할 수 있고, 또는 부가적인 센서를 가지면서, 치료 헤드의 외부에 위치한 컴포넌트로 정보를 전달할 수 있는 안내 장치를 포함할 수 있다. 기존에는 "말단 방사기(end effector)" 또는 "방사기(effector)"라는 용어를 "치료 헤드"에 할당하였다. "치료 헤드", "방사기", "스캔 헤드(scan head)", "말단 방사기"의 사용은 교체가능하다.
도 1은 본 발명의 측면도를 도시.
도 2는 스캔 헤드를 도시.
도 3은 가스제거 회로의 도식도.
도 4A 및 4B는 치료 헤드의 요소를 도시.
도 5는 컴퓨터와 같은 입력 장치를 지닌 암을 도시.
도 5A 및 5B는 가이드 링 제어 장치를 도시.
도 6은 광학 가이드 링 제어 장치를 도시.
도 7은 슬립 조인트를 도시.
도 8은 3D 체적 이미징 시스템을 도시.
도 9A 및 9C는 환자 몸에 표시하는 방법을 도시.
HIFU 시스템 설명
본원발명은 몸체 영역에의 에너지 인가 시스템이다. 시스템은 스캔 헤드, 서스펜션(suspension) 장치 및 치료 제어기의 3개 주요 서브시스템을 구비한다. 스캔 헤드는 에너지 인가기 및 유체 저장소를 포함한다. 서스펜션 장치는 일반적으로 기계적 암이다. 제 3 컴포넌트는 스캔 헤드 및 스캔 헤드를 매달아 지지하는 수단과 전자 통신하는 치료 제어기이다. 치료 제어기는 스캔 헤드의 위치조정에 대한 안내를 제공하면서 스캔 헤드의 위치 및/또는 에너지 전달을 관찰할 수 있다.
본원발명의 시스템(10)은 에너지 인가기(600)를 포함하는 스캔 헤드(500)를 구비한다(도 1 참조). 또한, 시스템(10)은 기계적 암(200)과 같이 공간상에 스캔 헤드를 매달아 지지하는(suspending) 수단을 구비한다. 서스펜딩(suspending) 수단은 스캔 헤드(500)의 무게의 대부분을 지지하고, 사용자가 공간상에서 스캔 헤드(500)의 위치를 수동으로 조정하거나 로보트 제어기를 통해 스캔 헤드를 움직이도록 한다. 또한, 서스펜딩 수단은 환자의 몸과 상대적인 스캔 헤드의 위치에 관한 추적 정보를 제공할 수 있다. 스캔 헤드가 추적 정보를 제공하기 위해 공간상에서 움직이므로 데이터는 스캔 헤드(500)로부터 수집될 수 있다. 또한, 스캔 헤드 및 서스펜딩 수단에 결합된 치료 제어기(250)가 있다. 치료 제어기는 분리된 정보 기기인 컴퓨터(400)의 부분일 수 있다. 치료 제어기는 환자의 몸에 상대적으로 스캔 헤드를 어디로 움직이는 지에 대한 안내를 사용자에게 제공하면서, 스캔 헤드의 위치 및 에너지 전달을 관찰한다.
시스템(10)은 기저부(base)(100)를 구비하고, 기저부(100)는 선택적으로 복수 개의 캐스터(castor)(102) 상에 장착된다. 휠 브레이크(wheel brake)(110)는 기저부(100)를 단단하게 하기 위해 사용될 수 있다. 선택적인 핸들(120)은 기저부(100)를 움직이기 위해 사용될 수 있다. 기저부(100)는 독립적인 장치로 또는 큰 컴퓨터(400)의 부분으로, 치료 제어기(250)를 포함한다. 또한, 모터(232)와 같은 선택적인 운동 생성 기기가 기저부(100)에 포함될 수 있다. 기계적 암(200)은 스템(stem)(202)을 통해 기저부(100)에 고정된다. 또한, 회전 조인트(212)는 회전 인코더(222)를 포함할 수 있다.
각 암 세그먼트는 대응하는 조인트(214,216,218)와 선택적인 인코더(224,226,228)을 구비한다. 암 세그먼트(204,206,208)는 기저부로부터 연장되고, 치료 헤드(또는 스캔 헤드)(500)를 지지한다. 리테이너(retainer)(260)는 치료 헤드(500)를 기계적 암(200)의 말단 세그먼트(208)에 연결하기 위해 사용된다. 부가적인 조인트(240,210)는 치료 헤드(500) 또는 선택적인 디스플레이 장치(242)에 추가적인 자유도를 제공한다. 각 암 세그먼트 내에는 공간상에서 치료 헤드(500)를 움직이거나 또는 치료 헤드의 무게의 균형을 잡기 위해 사용되는 힘 생성 장치(234,236,238)를 포함한다.
이제 각 서브시스템을 살펴보도록 하자.
스캔 헤드
스캔 헤드(또한 치료 헤드로 불리는)는 에너지 인가기 및 치료 절차 동안에 에너지 인가기의 효과적인 동작에 필요한 부가적인 장치를 포함하는 하우징(housing)이다. 스캔 헤드 서브 시스템에 사용하기 위해 많은 디자인이 선택될 수 있다. 치료 헤드는 일반적으로, 치료 헤드의 바닥에 어퍼쳐(aperture)를 가지는 챔버(chamber)를 구비하면서, 뒤집힌 컵 또는 벨로서 구성된다. 챔버는 상부 챔버와 하부 챔버의 두 부분으로 나누어질 수 있고, 둘 사이는 차단된다. 상부 챔버는 에너지 인가기의 작동 및 제어에 필요한 전자 및 모터 구동부를 포함한다. 하부 챔버는 에너지 인가기, 초음파 결합 유체 및 시스템의 적절한 동작을 위해 필요한 센서를 포함한다.
사용자가 치료 헤드를 움직이면서 한 손에 잡을 수도 있고, 환자의 피부 표 면에 대해 움직일 수도 있으므로, 치료 헤드의 외부 디자인은 인간 공학적인 것이 바람직하다. 치료 헤드는 기계적 수단에 의해 지지될 것이므로, 인간 공학적인 설계는 무게를 지지하는 것이 아니라 붙잡고 안내하는 것에 맞추어야 한다. 치료 헤드(도 2)는 리테이너(retainer)(260)에 의해 기계적 암(200)에 연결된다. 치료 헤드의 상부로부터, 치료 제어기(250)를 지닌 치료 헤드 내의 컴포넌트를 연결하는 데 사용되는 복수 개의 연결 라인(531), 전자 제어기(컴퓨터)(400), 및 가스제거 시스템(7)이 구비되어 있다. 연결 라인은 치료 헤드(500)와 기저부(100) 사이의 전자 및 유체 통신을 유지한다.
제 1 실시예에서, 치료 헤드는 상부 챔버(504) 및 하부 챔버(502)를 구비한다. 두 챔버를 분리하면서 유체의 흐름을 방지하도록 밀폐되어 있고, 포트(port)를 통한 하나 또는 그 이상의 경로가 있을 수 있다. 만약 포트를 통한 경로가 존재하면, 그것들은 기계적 결합 장치(520,528), 전기 통신 라인 및 유체 라인(712)으로 사용된다. 상부 챔버(504)는 모터 구동부(508,510) 쌍을 포함하는 것이 바람직하다. 하부 챔버(502)는 적어도 하나의 에너지 인가기(600)를 포함한다. 에너지 인가기는 적절한 형태의 사용되는 에너지가 통과할 수 있는 어퍼쳐(590)를 통해 전송한다. 모터 구동부와 에너지 인가기 사이에 결합 수단이 있다. 또한, 모터 구동부, 에너지 인가기 및 기저부의 대응하는 요소(치료 제어기 및 가스제거 시스템 7)를 지닌 유체 회로를 연결하는 복수 개의 케이블을 구비한다.
가스제거 시스템(도 3)은 기저부(100) 내에 위치하지만, 하부 챔버(502)로 연장되는 유체 회로(712)를 구비한다. 유체 회로는 유체 펌프(701), 진공 펌 프(704), 진공 챔버(706) 및 가스를 위한 배기 라인(726)을 구비한다. 선택적으로 가스제거 시스템은 바이패스(bypass) 밸브(724) 및 바이패스 유체관(718) 뿐만 아니라 유체 저장소(708), 냉각장치(chiller)(710), 입력 또는 배기 밸브(720,722)를 구비할 수 있다. 센서(716, 714)는 회로 내의 유체를 관찰하기 위해 사용될 수 있다. 유체(502)는 환자에게 트랜스듀서(transducer)를 연결하는 것을 돕기 위해 사용되고, 트랜스듀서(600) 근처의 공동효과(cavitation effect)를 감소시키기 위해 사용된다.
이제 치료 헤드(500)(도 4a)를 상세히 살펴본다. 인클로저(566) 내에 에너지 인가기(600)가 구비된다. 인클로저는 방사 에너지가 인클로저로부터 환자에게로 전달되도록 하는 윈도우(590)를 구비한다. 치료 헤드(500)는 의사가 한 손으로 편리하게 움직일 수 있도록 작고 가벼운 것이 바람직하다. 만약 의사가 관절식 암(articulating arm)(200)에 의해 치료 헤드(500)의 무게를 지지하는 데 도움을 받는다면, 치료 헤드(500)는 크기 및 무게를 늘릴 수 있다. 치료 헤드(500)와 외부 컴퓨터(400) 또는 치료 제어기(250) 사이를 연장하는 데이터 링크(572)가 있다. 상부 챔버(564) 및 하부 챔버(566)가 있다.
치료 헤드(500)는 기저부(100)에 의해 지지되는 관절식 암(200) 상에 장착될 수 있다. 또한, 관절식 암(200)은 컴퓨터(400) 또는 치료 제어기(250)에 의해 관찰되거나 제어되어 움직이거나 기능한다.
치료 헤드(500)는 인클로저 내에서 에너지 인가기(600)를 움직이기 위해 모터 구동기(508,510)를 포함하는 것이 바람직하다. 모터 구동기는 직접 또는 기어 부품(gear assembly)(미도시)을 통해 주행 로드(traveler rod) 쌍(520,528)에 연결된다. 또한, 주행 로드는 홈이 파인 액츄에이터(slotted actuator)(520',528') 쌍을 움직인다. 홈이 파인 액츄에이터는 두 홈이 파인 액츄에이터의 교차점에서 에너지 인가기를 지지하면서 주행 로드를 따라 움직인다. 모터의 동작에 따라 주행 로드가 회전하면, 홈이 파인 액츄에이터는 홈이 파인 주행 로드의 동작 범위를 통해 에너지 인가기를 지지한다. 에너지 인가기의 동작이 정확히 측정될 수 있도록 회전 인코더(530)는 주행 로드(520,528) 상에 위치한다.
다른 가능한 실시예(도 4B)에서, 모터 구동부(508,510)는 에너지 인가기에 부착된 플레이트(534b)에 자기적으로 결합된 플레이트(534a)를 제어하도록 사용될 수 있다. 플레이트는 모터에 의해 움직이고 에너지 인가기는 그에 따라 움직인다. 에너지 인가기는 자기 연결 외에는 어떤 종류의 주행 로드 또는 이동 장치에 물리적으로 연결되지 않는다. 에너지 인가기는 치료 제어기(250) 및 컴퓨터(400)와 전기적으로 통신하므로 포트를 통한 경로에 대한 필요가 있다. 하지만 단거리 무선 통신 장치를 이용함으로써 이 경로는 제거될 수 있다.
하부 챔버(566)는 유체가 새지 않으므로 유체 결합 용액(502)이 챔버에 삽입될 수 있다. 유체는 에너지 인가기를 둘러싸고 환자에게 인가기를 연결한다. 에너지 인가기는 HIFU 트랜스듀서인 것이 바람직하다. 유체는 결합을 위해 사용되고, 초음파 에너지는 치료 헤드의 외부에 전송될 수 있다. 결합 유체는 기저부(100)에서 가스제거 시스템과 연결되는 공급 호스 쌍을 통해 하부 챔버를 순환한다. HIFU 방사는 공동현상을 야기하는 것으로 알려져 있고 공동현상은 초음파 전송을 방해하 므로, 시스템이 동작하는 동안에는 유체가 제거되는 것이 바람직하다. 따라서, 유체는 치료 헤드의 한 쪽에서 하부 챔버로 들어오고 다른 쪽에서 배출된다. 유체 흐름은 하부 챔버를 통해 한 방향으로 생성되고 HIFU 절차 중에 생성될 수 있는 가스 버블은 챔버 내에서 순환하고 치료 중에 간섭되도록 제거된다.
가스제거 시스템(7)은 용액으로부터 가스를 제거하기 위해 잘 정립된 컴포넌트 및 절차를 사용한다. 또한, 냉각 장치가 유체를 식히기 위해 부가될 수 있다. 냉각된 유체는 유체 역학에 따라 따뜻한 유체보다 덜 가스 버블을 생성한다. 또한, 냉각된 결합 유체는 치료 트랜스듀서 상의 온도를 감소시키고, HIFU 트랜스듀서가 열 증가 없이 연장된 시간에 대해 동작하도록 돕는다. 유체 순환 시스템은 유체가 효율적으로 순환되고 가스제거될 수 있도록 상대적으로 낮은 점성을 가진다면, 초음파 결합에 적당한 어떤 유체도 사용할 수 있다. 바람직한 용액은 물이다.
또한, 스캔 헤드 또는 치료 헤드(500)는 하부 챔버의 외부에 많은 센서를 결합할 수 있다. 에너지가 전달되는 어퍼쳐는 환자 피부에 대해 놓여진다. HIFU 절차중에, 다양한 센서들이 장치의 안전한 동작뿐만 아니라, 환자 표면에서의 치료 헤드의 효율적인 추적을 위해서 사용될 수 있다. 또한, 치료 헤드는 그것에 결합되는 촉각 센서(haptic sensor)를 구비할 수 있다. 촉각 센서는 제 1 제어 수단 또는 디스플레이 또는 경고 장치를 통해서 사용자에게 압력값을 제공한다. 센서는 치료 헤드가 환자 몸에 가하는 압력을 측정하고, 저항 피드백 또는 절차 중에 치료 헤드가 환자 피부에 가하는 압력의 양을 사용자가 느낄 수 있도록 측정된 압력 정보를 사용자에게 제공한다. 로봇 암이 환자를 다치지 않도록 피드백은 사용자에게 충분한 촉각 응답을 제공하도록 사용될 수 있다. 선택적으로 절차 중에 환자가 다치지 않거나 환자의 피부 외형을 변형하지 않도록, 로봇 암이 저항 피드백에 놓이는 안전 제한을 가질 수 있다. 특히, 의료 장치가 지방 조직의 처리를 위한 치료 트랜스듀서이거나 그것을 포함할 때, 트랜스듀서의 초점 영역이 지방 조직의 부피 내에 놓이지 않을 정도로 조직 부피가 압축되거나 변형되지 않는 것이 중요하다. 조직 부피는 부드러워서(근육 조직 또는 표면 근처의 뼈 또는 단단한 조직을 가지는 영역과 달리), 쉽게 변형된다. 따라서 촉각 센서는 환자 피부 상의 작은 압력에도 반응할 수 있도록 적응될 필요가 있다. 이것은 사용자에게 최소의 조직 변형으로 강한 저항 피드백을 가능하게 한다.
촉각 센서는 치료 헤드가 환자 몸과 접촉하도록 하는 데 사용되는 부하 감지 장치와 결합되어 동작한다. 부하 장치는 로봇 암 힘 생성 장치, 또는 치료 헤드가 피부 표면과 접촉하도록 치료 헤드를 통해 충분한 무게가 전달되도록 하면서 치료 헤드 무게를 카운트하는 데 사용되는 분리된 카운터 평형 장치의 부분일 수 있다.
다양한 추적 센서는 치료 헤드가 환자에게서 움직일 때, 치료 헤드의 위치 및 방위를 검출하고 추적하는 데 사용될 수 있다. 위치 정보는 정밀도 매핑 특성(precision mapping feature)으로 저장되고 결합될 수 있다. 체적 측정 추적 프로그램(volumetric tracking program)은 다루어지는 조직상에 실시간 정보를 제공할 수 있다(이하 참고).
하나의 다른 실시예에서, 스캔 헤드는 단지 단일 유체로 채워진 챔버를 가진다. 모터 부품은 부품(유체가 새지 않는 주물(casting)에서 모터를 사용하는) 내에 위치하거나, 치료 헤드 외부에 위치한다. 이 실시예에서, 모터 부품은 암(200)의 말단 암 세그먼트(208) 상의 치료 헤드의 반대편에 위치할 수 있다. 모터 부품은 구동 케이블, 타이밍 벨트 또는 다른 기계 장치에 의해 에너지 인가기(600)를 움직일 수 있다.
다른 실시예에서, 유체 구동 모터 또는 유체 구동 기계 구동기를 통해 밀려 가압된 유체에 의해 모터 힘이 제공될 수 있다. 이 실시예에서, 이미 치료 헤드에 축적된 유체 힘이 에너지 인가기를 움직이도록 운동 힘을 제공하도록 사용될 수 있다.
에너지 인가기는 조직 스캐닝에 사용될 수 있는 하나 또는 그 이상의 진단 초음파 요소를 가지는 HIFU 초음파 트랜스듀서인 것이 바람직하다. "a-라인" 스캐너는 HIFU 트랜스듀서의 초점 영역을 통해 보도록 중심에 놓일 수 있고, 또는 초점 영역 근처의 조직을 보기 위해 HIFU 트랜스듀서의 주변 근처에 배열될 수 있다. a-라인 스캔은 HIFU 스캔의 이전, 도중, 또는 이후에 수행될 수 있고, a-라인 이미징은 치료 트랜스듀서와 동시에 수행되는 것이 바람직하고, HIFU 트랜스듀서의 펄스 파형 형태와 인터리브(interleave)되거나, 또는 HIFU 초점 영역을 통한 연속 스캐닝의 형태일 수 있다. 복수 개의 타입의 에너지 인가기를 구현하기 위해, 에너지 인가기(600)는 단일 장치로 결합될 수 있고 치료 절차 중 협력하여 동작하는 복수 개의 요소(602,604,606)에 의해 구현될 수 있다. 트랜스듀서 저장소(640)가 컴포넌트 트랜스듀서 부품이 사용되는 경우에 많은 트랜스듀서 요소를 지지하기 위해 사용된다.
HIFU 트랜스듀서는 세포 괴사를 일으킬 수 있는 범위의 파라미터에서 동작할 수 있다. 실시예에서, 본 발명의 시스템은 1KHz 또는 그 이상의 펄스 반복 주파수(PRF)를 사용하여, 30MPa까지의 압력으로, 1-4MHz의 주파수에서 동작하는 HIFU 트랜스듀서를 사용한다. 트랜스듀서는 동일한 방향으로 4-30mm/초의 속도로 환자의 피부 표면을 따라 움직인다. 트랜스듀서는 수동 타자기의 캐리지 리턴(carrage return)과 유사하게, 한 쪽으로 돌아온다. 치료 라인의 라인 간격은 1-3mm의 범위이다.
스캔 헤드는 초음파 결합 제제를 통해 환자에게 결합된다. 결합 제제는 음향 젤, 또는 스캔 헤드 내의 순환 시스템과 결합하여 사용되는 결합 유체일 수 있다.
만약 인라인 가스제거 결합 유체가 사용되면, 유체는 스캔 헤드를 통해 순환되고 유체가 가스제거되거나 냉각될 수 있는 주요부로 돌아간다. 완충물(cushion)을 통해, 또는 에너지 인가기를 완전히 덮는 작은 저장소(502)를 채움으로써 유체는 에너지 인가기의 앞에서 지나간다. 에너지 인가기는 음향 창 또는 다른 투과 창을 통해 그 에너지를 전달한다. 창은 스캔 헤드에 결합될 수도 있고, 또는 일회용의 트랜스듀서 차폐의 형태로 부착된다.
스캔 헤드를 지지하기 위한 수단
위치 인코더를 지닌 암
공간 내에서 스캔 헤드를 지지하는 수단의 한 실시예는 위치 인코더를 지닌 암이다. 이것은 의료 절차 중에 부하를 지지하도록 고안된 암이다. 암은 관절식 암을 고정하는 기저부를 포함한다. 관절식 암은 기저부에 대해 움직일 수 있는 형태로 고정된 중심부와 말단부를 구비한다. 암에 결합된 위치 인코더가 적어도 하나 있다. 저장소(receptacle)는 스캔 헤드를 지지하기 위해 말단부에 위치한다. 또한 스캔 헤드가 사용중일 때 암의 부하 평형을 위한 수단이 있어서, 위치 인코더는 실시간으로 암의 위치를 추적할 수 있다.
관절식 암의 동작을 추적하기 위해 하나 또는 그 이상의 위치 인코더가 사용된다. 위치 인코더는 1mm 또는 그 이하의 위치 변화를 추적할 수 있을 정도로 민감한 것이 바람직하다. 회전 인코더가 바람직하고, 관절식 암의 조인트에 포함될 수 있어서, 기저부 또는 다른 암 세그먼트, 또는 치료 헤드에 대한 각 개별 암 세그먼트의 동작은 추적될 수 있다. 회전 인코더는 관절식 암이 움직일 때 암 세그먼트 사이의 각 변화를 측정한다. 동작부 사이의 각의 변화를 추적하고, 각 암 세그먼트의 고정된 길이를 확인함으로써, 조인트의 위치는 수학 계산을 이용하여 결정될 수 있다. 스캔 헤드 또는 다른 의료 장치가 인코더를 가지는 조인트를 통해 관절식 암에 고정되면, 조인트의 각의 변화는 스캔 헤드의 위치를 정확하게 결정하는 데 도움이 된다. 회전 인코더가 암의 위치를 추적하는 가장 일반적인 수단이지만, 다른 형태의 인코더도 사용될 수 있다.
부하 평형은 능동 또는 수동형으로 이루어질 수 있다. 수동형에서, 부하 평형 수단은 사용중 관절식 암에서의 변화에 대한 평형을 제공하는 기계적 구조를 포 함한다. 기계적 구조는 암이 항상 충분히 평형이 되도록 하여 중력, 암의 조인트 미끄럼(joint slippage) 또는 히스테리시스(hysteresis)에 따른 치료 헤드의 움직임을 최소화한다. 암은 힘을 생성하고 유지하는 알려진 방법 또는 장치를 포함하는 부하 평형 수단을 구비한다. 생성되는 힘은 부하 평형을 위해 사용되고, 능동 힘 생성 장치(예를 들어, 모터 종류) 또는 수동 힘 생성 장치(예를 들어, 스프링 및 평형추, 또는 압축 실린더 종류) 일 수 있다. 본 발명은 그 분야에서 잘 정립된 힘 생성 방법 및 장치를 사용하므로 힘 생성 장치 또는 방법의 정확한 형태는 중요하지 않다.
암은 치료 헤드가 부착될 때 암이 움직이는 위치 및 각에 관계없이 암을 지지하기에 충분한 무게를 가지는 가중 기저부에 부착된다. 따라서 암은 최대 연장점에 있거나 무게 중심의 최대 이동을 야기하는 각에 있을 수 있다. 하지만, 암이 쓰러지거나 불안정해지지 않도록 기저부는 충분히 가중되거나 지지되어야 한다. 암을 기저부에 부착시키기 위해 사용되는 조인트는 기저부에 대한 암의 회전 운동, 및/또는 암의 경사를 가능하게 한다. 기저부와 암의 중심부 사이의 조인트는 수동 또는 능동 힘 생성 장치의 형태의 부하 평형 장치를 포함한다.
암은 둘 또는 그 이상의 세그먼트를 포함하고, 부하 평형 메커니즘은 각 세그먼트 사이에 독립적으로(각 세그먼트가 암의 다른 세그먼트에 대해 자가 평형되는) 또는 종속적으로(각 세그먼트가 하나 또는 그 이상의 인접 세그먼트와 결합하여 평형을 이루는) 사용된다. 또한 말단 암 세그먼트를 위한 부하 평형은 치료 헤드를 조정하고, 의료 절차 중 생성되는 어떤 위치 변화도 조정할 수 있어야 한다. 부하 평형 특성을 유지하기 위해서는 암의 말단부에 부착된 치료 헤드의 무게는 부하 평형 수단의 무게 보상 능력을 넘지 않아야 함이 명백하다. 유사하게 암의 동작범위는 암이 불안정해지지 않도록 제한되어야 한다. 치료 헤드가 기저부로부터 수평면에서 연장될 때(가장 불안정한 구성), 부하 평형 메커니즘은 치료 헤드의 부하와 무게 중심의 변화를 모두 보상하여야 한다. 또한 부하 평형 메커니즘은 암의 동작에 동반하는 히스테리시스를 보상하는 것이 바람직하다. 따라서 부하 평형 메커니즘의 능력이 커질수록, 관절식 암에 허락되는 동작범위도 커진다. 위치를 결정하기 위해 암의 인코더를 사용하면 치료 헤드의 무게에 따라 암의 동작범위를 제어할 수 있다. 치료 헤드는 암에 의해 판독될 수 있는 데이터 칩의 형태로 관절식 암에 데이터를 제공한다. 데이터 칩은 그 동작 디자인뿐만 아니라 작동체(effector) 또는 치료 헤드의 무게에 관한 정보를 포함할 수 있다. 새로운 치료 헤드가 암의 말단부에 부착될 때마다, 암의 동작 제어기는 성능이 좋아서 어느 정도의 동작범위가 허용될지를 계산할 수 있다. 따라서 동작 한계 또는 정지의 범위는 전자적으로 제어될 수 있는 부하 평형 장치, 또는 동작 범위가 인용한계에 도달할 때 경고를 주는 제어기를 사용하여 암 상에 구현될 수 있다. 경고는 들을 수 있는 톤(tone), 경로 광 또는 사용자에게 쉽게 알릴 수 있는 다른 신호일 수 있다. 선택적으로 기계 고정장치는 의료 절차의 시작 전에 평형 범위를 넘는 암의 동작을 물리적으로 금지하도록 수동 또는 자동으로 설정될 수 있다.
인코더에 의해 생성되는 데이터는 제어기로 전달된다. 제어기는 위치 추적 장치 또는 폐회로(closed loop) 제어 메커니즘을 제공하기 위해 사용되는 컴퓨터 장치이다. 수동 모드에서, 제어기는 관절식 암에 능동적인 힘을 제공하지 않고, 대신에 암이 움직이거나 움직여서는 안 되는 지에 대해 사용자에게 신호를 제공한다.
수동 모드에서, 부하 평형 수단은 관절식 암과 직렬로 동작하는 웨이트(weight) 및 스프링일 수 있어서, 암의 동작은 웨이트 및/또는 스프링 또는 암 그 자체의 위치의 변화를 생성할 것이다. 예를 들어, 4 바 암(bar arm)을 생각할 수 있다. 독립적인 수동 부하 평형 메커니즘의 사용이 바람직하다. 이 방법에 의하면 암이 움직일 때 각 암 세그먼트는 동시에 모든 다른 암 세그먼트와 평형을 이룬다.
종속 수동 모드에서, 일련의 스프링 및 웨이트가 다시 사용될 수 있지만, 압력이 암(또는 치료 헤드)의 말단부에 인가될 때 또는 트리거(trigger) 메커니즘의 활성화에 대응하여 완화되도록 고안된 일련의 가스, 유압(hydraulic) 또는 공기(pneumatic) 모터를 사용하는 것이 보다 효과적이다. 이러한 수동 힘 생성 장치로부터의 압력 또는 힘은 암이 원하는 위치에 수동으로 놓여지면 복구된다. 암 세그먼트 상의 압력 또는 힘은 조작자가 고정 압력 또는 힘을 풀 때까지 암이 움직이지 않도록 한다.
다른 실시예에서, 능동 부하 평형 메커니즘이 여러 종류의 힘 생성 장치(공기/유압 실린더 또는 공기 모터)를 통해 사용될 수 있다. 로봇 구동기를 통해 사용자에 의해 제공되는 명령에 기초하여 독립적으로 또는 종속적으로 동작할 수 있다. 능동 부하 평형 메커니즘의 장점은 원하는 위치에서 치료 헤드를 떠날 때 절차 중 관절식 암이 자동으로 암의 위치를 보상할 수 있는 방법이다. 예를 들어, 사용자가 환자 몸의 외형에 맞추기 위해 치료 헤드의 롤(roll), 피치(pitch) 또는 편주(yaw)를 변화시키고자 할 때, 스캔 헤드를 암의 말단부에 연결하기 위해 사용되는 조인트 내에서 치료 헤드를 이동시킴으로서 이루어질 수 있다. 스캔 헤드의 방향의 변화는 스캔 헤드의 크기 및 무게에 따라 관절식 암의 평형에 작거나 큰 변화를 일으킬 수 있다. 능동 부하 평형 메커니즘을 사용하여, 로봇 구동기는 암의 말단부의 위치를 변화시키지 않고 스캔 헤드 방향의 변화를 조정할 수 있다.
본 발명의 위치 인코더는 암 그 자체에 결합되는 기계적 또는 광학 인코더일 수 있고, 암에 외부적으로 사용되는 하난 또는 그 이상의 피드백 장치일 수 있다. 인코더의 다른 실시예는 암의 움직임에 따라 암의 위치를 추적하는 하나 또는 그 이상의 광학 장치를 포함한다. 암은 센서가 인식하고 추적할 수 있는 복수 개의 광학 판독 태그를 결합할 수 있다. 다른 것으로는 중심부의 끝의 단일 RF 송신기와 기저부 또는 외부의 고정된 위치의 RF 수신기일 수 있다. RF 데이터는 제어기가 말단부의 동작을 추적하고, 작동체의 위치를 알 수 있도록 한다. 이러한 실시예 및 유사한 실시예들은 바람직한 실시예는 아니지만, 본 발명의 개시 범위 내에 있다.
제어기는 인코더로부터 데이터를 받고 치료 헤드의 위치를 계산하는 소프트웨어 애플리케이션 또는 하드웨어 장치(또는 둘의 결합)일 수 있다. 또한 제어기는 각 장치의 개별 세그먼트의 위치를 계산하고, 공간상에 장치의 움직임을 나타낼 수 있다. 인코더는 제어기와 전자적 통신상태에 있으므로, 치료 헤드의 위치에 대한 데이터는 실시간으로 발생한다. 데이터의 컴퓨터 처리 지연은 사용자가 검출하기엔 매우 작은 간격이다. 의료 절차를 수행함에 있어서도, 현재 의사에 의해 수동으로 수행되는 절차에 대해 본 발명을 이용하는 경우 인식할 수 있는 지연을 느낄 수 없다.
공간상의 장치의 위치를 계산하는 것에 더하여, 제어기는 장치의 작동된 제어 컴포넌트에 대해 로봇 제어기로서 동작함으로써 암에 동작 정보를 제공할 수 있다. 또한, 제어기는 외부 급속 장치(external feed)로부터 데이터를 받거나, 데이터 파일로부터 정보를 판독할 수 있다. 이러한 방식으로 제어기는 사용자 또는 다른 컴퓨터로부터의 실시간 명령에 따르는 로봇 제어기로서 동작하거나, 또는 맵 또는 치료 헤드가 따르는 일련의 동작 명령을 제공하는 데이터 파일을 판독할 수 있다. 또한 만약 치료 헤드가 특정 좌표에서 정확한 활성화를 요구한다면, 제어기는 이러한 동작을 수행할 수 있다.
말단부에 치료 헤드가 부착된다. 부착은 튼튼하여야 하지만, 치료 헤드가 절차 중 제거되거나 다른 절차를 위해 교체될 수 있도록 교체가능해야 한다. 치료 헤드와 관절식 암의 말단부 사이의 동작 범위는 치료 헤드를 관절식 암에 연결하는 조인트의 회전 인코더를 이용하여 결정될 수 있다. 치료 헤드와 관절식 암 사이의 조인트는 치료 헤드에 큰 동작성을 부여하는 복수의 회전 조인트 또는 볼 조인트를 구비할 수 있다. 각 조인트의 인코더, 또는 3차원 조인트에서 각의 변화를 정확하게 측정할 수 있는 인코더는 치료 헤드의 정확한 위치를 결정하기 위해 필요한 정보를 제공한다. 유사하게, 기저부로부터의 각 및 거리가 결정되면, 기저부로부터 말단부로의 체인에서 인코더로부터 의료 장치의 길이와 같은 부가 정보를 포함하는 것인 간단한 일이고, 따라서 작동체 또는 치료 헤드의 정확한 3차원 위치를 결정할 수 있다.
선택적으로, 로봇 관절식 암은 상기와 같은 가이드라인에 따라 만들어질 수 있고, 큰 장치일 수 있다. 기저부는 바닥 또는 벽, 또는 테이블 상부에 고정될 수 있다. 사용되는 의료 장치의 절차 및 종류에 따라 로봇 관절식 암의 크기가 결정된다. 더 견고한 지지 구조를 요구하는 의료 장치는 더 큰 부하 지지 능력 및 기저부에 결합되는 더 큰 안정성을 가지는 암을 요구한다. 더 작은 장치는 클램프(clamp) 또는 비슷한 수단을 이용하여 테이블 상부 표면에 고정할 수 있는 간편한 암을 사용할 수 있다.
위치 인코더가 없는 부하 평형 암
이전에 상술된 부하 평형과 유사하게, 치료 헤드는 위치 인코더의 도움없이 부하 평형 또는 로봇 암으로부터 공간상에 지지될 수 있다. 위치 검출 및 추적 능력 없이 이전에 상술된 능력을 지니는 부하를 제공하는 암의 여러 형태가 기술된다. 이러한 암은 제작이 쉽고 유지하기 쉽지만, 이전 실시예에 비해 정확도가 부족하다.
위치 인코더가 없는 암은 사용자가 치료 헤드의 무게를 지지하는 것을 덜어주는 부하 지지 장치로서 사용될 수 있다. 하지만, 스캔 헤드가 이전에 다루었던 영역을 추적하면서 동시에 사용자는 치료 헤드를 움직여야 한다. 도 6에 도시된 암은 이전에 상술된 많은 요소를 공유한다. 암(200)은 기저부(100) 및 복수 개의 세 그먼트(204,206,208)를 구비한다. 암(200)은 플랫폼(202)을 통해 기저부(100)에 고정되고, 움직일 때 암의 위치를 유지하기 위해 복수 개의 장력(tensioning) 장치(234,236,238)를 구비한다. 치료 헤드(500)는 말단 암 세그먼트(208)에 대해 회전할 수 있는 리테이너(260)에 고정된다. 사용자는 치료 헤드를 제어 수단으로 사용함으로써 암의 위치를 조정할 수 있다. 암이 치료 헤드의 무게를 지지하고 사용자가 원하는 곳에 치료 헤드를 위치시킬 때, 사용자는 치료 헤드를 잡고 공간상에서 이동시킬 수 있다. 이 실시예에서, 암은 치료 제어기를 통해 제공될 수 있는 어떤 위치에 따라 치료 헤드의 위치를 정정하는 능력이 부족하다. 대신에 사용자는 적절한 위치를 유지할 수 있다. 선택적으로, 치료 헤드(500)의 제 1 부하를 지지하는 암 세그먼트 중 하나는 힘 생성 장치(238) 대신에 카운터 밸런스(counter balance)(238')를 사용할 수 있다.
이 실시예에서 로봇 힘 생성 장치는 장력(tensioned) 힘 생성 장치와 교체된다. 이것은 조인트 미끄럼, 히스테리시스 및 중력을 극복하는 충분한 저항성을 제공하지만, 사용자가 치료 헤드를 움직이기 위해 힘을 인가할 때 부가적인 힘 인가에 취약하다. 일단 추가된 힘이 풀리면, 장력 장치는 치료 헤드의 위치를 유지한다.
암의 안내(guidance) 시스템
로봇 암에 위치한 치료 장치에 대한 안내 시스템은 협력하여 동작하는 두 개 의 컴포넌트로 이루어지는 것이 바람직하다. 제 1 제어 수단은 로봇 암의 동작을 제어함으로써, 치료 장치의 거시 레벨 제어를 제공한다. 제 2 제어 수단은 치료 헤드 내의 의료 장치에 미시 레벨 제어를 제공한다.
로봇 암의 명령 및 제어는 제 1 제어 수단(도 5)에 의해 제공된다. 도시된 시스템은 이전에 상술된 동일한 요소들을 가지고, 말단 세그먼트(208)에 장착된 입력 장치(244)와 같은 컴퓨터가 추가되어 있다. 또한, 선택적 슬립 조인트(slip joint)(216')(도 7)가 있다. 제 1 제어 수단은 모터 또는 로봇 암의 다른 힘 생성 수단에 동작 명령을 제공한다. 로봇 암에 대한 동작 명령에 더하여, 또한 제 1 제어 수단은 영상 디스플레이(242)를 통해 사용자에게 가상 위치를 제공할 수 있다.
제 1 제어 수단은 로봇 암의 동작을 안내할 수 있는 여러 개의 상이한 장치일 수 있다. 제 1 제어 수단의 제 1 실시예에서, 컴퓨터 입력 장치는 치료 헤드의 가상 위치 및 로봇 암으로의 동작 명령을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 컴퓨터 입력 장치는 컴퓨터 스크린상의 포인터(커서)에 동작 명령을 제공하기 위해 일반적으로 사용되는 종류의 입력 장치일 수 있다. 일반적으로 마우스, 테블릿 장치 또는 트랙볼과 같은 2차원 입력 장치가 있다. 또한, 컴퓨터 스크린상의 3차원 영상 프레임에서 가상 위치를 제공하기 위해 3차원 입력 장치가 사용될 수 있다. 이러한 장치들로는 조이스틱, D-제어기 같은 것이 있다. 마지막으로 가상 환경에서의 동작의 완전자유는 컴퓨터 이용 설계(CAD) 애플리케이션에서 일반적으로 사용되는 스페이스볼 입력 장치와 같은 6 자유도(DOF, degree of freedom) 장치에 의해 제공될 수 있다. 제 1 제어 수단으로 사용되는 입력 장치는 기존에 판매되는 컴퓨터 입력 장 치 또는 로봇 암에서 동작하도록 특별히 고안된 장치일 수 있다. 제 1 제어 수단에 사용되는 장치는 교체가능할 수 있어, 사용자의 선호도 또는 의료 절차 요구사항에 따라, 같은 로봇 암을 사용하는 경우에도 절차가 바뀌면 다른 입력 장치를 사용할 수 있다.
로봇 암과 입력 장치는 같은 자유도를 가지는 것이 바람직하지만, 필수적인 아니다. 제 1 제어 수단으로 사용되는 입력 장치를 교체할 수 있다. 입력 장치가 로봇 암에 영구적으로 또는 고정적으로 부착될 필요는 없다. 입력 장치는 컴퓨터 입력 장치에 일반적으로 이용되는 컴퓨터 연결 인터페이스를 통해 연결될 수 있다. 따라서, 한 입력 장치는 3 자유도를 가지고 다른 것은 6 자유도를 가지더라도, 둘 다 일반 인터페이스 포트(common interface port)를 통해 로봇 암에 명령을 내리고 제어하도록 적용될 수 있다. 이상적으로 로봇 암은 치료 헤드를 통해 6 자유도를 가지고, 환자 또는 사용자와 같이 의료 절차 중 존재하는 다른 대상과 물리적으로 간섭하지 않고 치료 헤드에 전달될 수 있는 6 자유도를 가능하게 하도록 충분한 이동성과 확장성을 가진다.
컴퓨터 입력 장치가 커서 또는 컴퓨터 스크린 상에 디스플레이되는 다른 가상 객체의 가장 위치 정보를 생성하는 같은 방법으로 입력 장치의 움직임은 동작 명령을 생성한다. 하지만 입력 장치에 의해 제공되는 가상 움직임 또는 위치 정보에 더하여, 또한 동작 정보는 로봇 암을 제어하는 데 사용되는 모터 또는 힘 생성 장치를 위한 실제 동작 명령으로 변환된다. 이러한 방식의 컴퓨터 입력 장치의 사용은 사용자가 컴퓨터 입력 장치를 동작하는 데 필요한 노력 정도로 무겁고 다루기 어려운 의료 장치를 다루도록 한다. 고정된 방향을 지니는 컴퓨터 입력 장치(I-빔 또는 커서 애로우)와 달리, 여기 상술된 입력 장치에서 컴퓨터 스크린 상에 디스플레이되는 커서의 방향은 의료 장치의 알려진 방향에 대응하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 커서 애로우(cursor arrow)는 의료 장치가 에너지를 방출하는 방향 또는 반대 방향으로 지시할 수 있다. 입력 장치의 움직임, 및 가상 환경에서의 커서의 방향의 변화는 의료 장치 또는 치료 헤드의 위치 및 방향의 대응되는 변화를 생성할 것이다.
보통의 컴퓨터 입력 장치와 유사하게, 본 발명의 시스템에서 사용되는 입력 장치는 시스템의 작동 요소에 대응하도록 프로그램할 수 있는 버튼 또는 스크롤 휠(scroll wheel) 또는 다른 액츄에이터(actuator)를 가질 수 있다. 예를 들어 입력 장치의 버튼은 의료 장치가 치료를 수행하거나 센서 데이터를 초기화하도록 로봇 암의 모터를 켜고 끄는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 입력 장치의 적용과 이러한 장치의 일반적인 적용에 있어서의 중요한 차이점은 입력 장치의 위치 재설정 특성이다. 컴퓨터 입력 장치는 사용자의 인간공학적 요구를 보상하기 위해 쉽게 위치가 재설정될 수 있다. 예를 들어 마우스 포인터, I-빔 같은 것의 가상 위치가 동일하게 유지되는 가운데, 마우스 또는 조이스틱이 집어 올려져 이동할 수 있다. 이러한 컴퓨터 입력 장치의 장점은 일정한 한계 내에서 로봇 암의 제 1 제어 수단으로 사용되는 입력 장치에도 적용될 수 있다.
입력 장치의 위치가 재설정되는 동안 치료 헤드, 의료 장치 또는 로봇 암의 이동이 정지되면 이러한 장점이 로봇 암의 제어에 도움을 줄 것이다. 하지만 입력 장치가 환자에 대한 치료 헤드, 의료 장치 또는 로봇 암의 실제 배치(이하 참고) 또는 환자 몸에 대한 치료 헤드, 의료 장치 또는 로봇 암의 위치의 표현된 배치인 경로를 추적하는 데 사용되는 경우 이러한 이점이 도움을 주지 못할 것이다.
표현된 배치는 실제 피부 표면 대신에 사용되는 환자 피부 표면의 맵 또는 모델을 필요로 한다. 추적 시스템의 다른 실시예에서 맵은 투사 이미지 및 카메라를 이용하여 환자 피부 표면으로부터 생성될 수 있다. 프로젝터는 규칙적인 간격의 그리드 라인(gridline) 또는 그리드 사각형(gridsquare)으로 환자 몸 상에 이미지를 투사한다. 라인은 템플리트(template)로부터 투사되고, 템플리트는 정해진 라인 간격을 가진다. 각 라인 사이의 거리가 정해져 있으면, 라인 간격은 규칙적이거나 불규칙적일 수 있다. 투사된 라인 이미지는 환자 표면 상에 놓여지고, 투사 라인의 각으로 카메라에 의해 검출될 수 있다. 카메라는 직각 삼각형의 변에 대해 제 2 거리값을 생성하여 라인 사이의 거리를 판독할 수 있다. 따라서 간단한 삼각법을 이용하여, 라인 사이의 고도 거리(elevation distance)를 결정할 수 있다.
추적 시스템은 투사된 맵의 2차원 이미지를 추적할 수 있지만, 경사 표면의 실제 거리는 직접적인 측정보다는 수학적 계산에 의해 결정된다. 이러한 방식으로 2차원 맵은 거리 및 경사의 좋은 근사값을 제공하고, 초음파 시스템이 더 길거나(또는 더 짧은) 경사 거리에 적응하고 적절한 레벨의 에너지를 방사하도록 한다.
유사하게 추적 시스템의 다른 실시예에서, 환자의 3차원 표시가 사용될 수 있다. 3차원 표시는 표현된 모형 또는 실제 환자의 몸으로부터 나온 모형일 수 있 다. 3차원 표시는 원하는 치료 영역을 포함할 수 있을 정도로 크고, 실제 환자 몸을 추적할 트랜스듀서의 초점 영역이 치료대상이 아닌 근육 조직 또는 다른 조직으로 투사되지 않을 정도로 정확하면 된다.
이러한 추적 시스템 실시예에 있어서, 환자 피부 표면에 대한 대용품을 사용하여 모델 또는 추적 시스템의 충분한 정확도를 유지하고, 실제 치료 장치가 원하지 않는 지방 조직만 치료하는 것이 바람직하다. 이미징 또는 a-라인 트랜스듀서는 치료 중에 치료가 정확히 지방 조직에만 해당되도록 보장하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 지방 조직을 실시간으로 검출하도록 하고, 이미징 센서가 비-지방 조직을 검출했을 때 시스템의 검출 수단이 차단되도록 한다. 사용자가 치료 헤드가 적당한 지방 조직 영역 위에 있다고 느끼는 경우에도, 장치 그 자체는 안전 백업(safety back up)을 가진다.
실제 배치 상황에 있어서, 입력 장치의 위치 재설정이 의료 장치, 치료 헤드 또는 로봇 암의 배치의 직접 변화에 대응하는 경우를 제외하면, 입력 장치의 위치 재설정은 상기와 같은 이유로 바람직하지 않다.
제 1 제어 수단으로 사용되는 컴퓨터 입력 장치는 로봇 암에 직접 장착될 수 있다. 6 자유도를 가지는 입력 장치가 이 경우에 장착되고, 치료 헤드 근처에 위치하는 것이 바람직하다. 사용자는 입력 장치(조이스틱 또는 스페이스볼)를 수동으로 조정함으로써 입력 장치를 동작시킬 수 있고, 입력 장치의 동작 명령이 로봇 암의 동작으로 나타나는 것을 확인할 수 있다. 사용자는 따라서 로봇 암의 제어 및 안내에 대해 중추에 있고, 로봇 암의 동작의 가상 표시를 보여주는 디스플레이 스크린 을 확인할 필요 없이 치료 헤드의 각 및 위치에 대한 결정을 할 수 있다. 사용자는 로봇 암을 제어하면서 모든 6 자유도 내에서 치료 헤드의 위치를 조정할 수 있다.
영상 디스플레이 장치(242)는 로봇 암에 장착될 수 있고 따라서 사용자는 디스플레이 장치(242)를 보면서 치료 헤드(500)를 조정할 수 있다. 이러한 방식으로 사용자는 입력 장치를 사용하여 의료 장치, 치료 헤드 또는 로봇 암의 동작을 안내하면서 동시에 디스플레이 상의 센서 정보 및 데이터를 평가할 수 있다. 센서에 의해 제공되는 데이터는 스크린 상에 디스플레이되고, 시스템을 안내하는 데 필요한 데이터를 수집하기 위해 여러 상이한 방향으로 살피지 않고도 사용자가 의료 장치 또는 치료 헤드의 효율성 및 안정성을 최대화하도록 입력 장치를 조정하도록 한다.
다른 실시예에서, 제 1 제어 수단은 환자 몸 상에 놓이는 가이드 링(guide ring)(267)일 수 있다(도 6). 이 실시예에서, 가이드 링(267)은 표적 데이터를 제공하고, 로봇 암(200) 또는 치료 헤드(500)(또는 둘 모두)에 결합된 추적 시스템이 있다. 예시적으로, 안내 시스템은 로봇 암(200) 상에 방사체(256)로부터 광을 방사하는 광학 추적 장치일 수 있다. 광은 가이드 링 상의 반사체(258)에서 반사된다. 반사된 광은 치료 헤드(500)에 위치한 광학 검출기(262)가 판독할 수 있는 패턴 또는 방위를 생성한다. 광학 센서(262)는 가이드 링(267)의 중심이 어디인지를 결정할 수 있고, 치료 헤드가 타겟 링 내의 중심에 위치하도록 로봇 암이 움직일 수 있도록 로봇 암에 동작 및 방위 명령을 제공할 수 있다.
타겟 링은 중심이 투명하거나 어퍼쳐(aperture)를 가질 수 있다. 어퍼쳐 또는 투명 물질은 의료 장치가 방출하는 에너지 및 의료 장치에 결합된 센서와 간섭 하지 않는다. 링은 유연한 물질로 만들어져서 환자의 몸에 놓일 때 환자의 몸의 윤곽에 맞을 수도 있고, 단단한 물질로 만들어져서 사용자 및/또는 치료 제어기에 정확한 기준을 제공할 수도 있다. 추적 시스템이 타겟 링의 움직임과 각 변화를 추적하면서 시스템의 사용자는 환자 몸의 표면을 따라 타겟 링을 수동으로 움직일 수 있다. 추적 시스템은 의료장치가 타겟 링 내의 중심에 위치하도록 움직이는 로봇 암 및 치료 헤드로 적절한 명령 및 제어 정보를 제공하고, 의료 장치가 타겟 링의 일반 면(general plane)과 수직이 되도록 각을 제공한다.
선택적으로 사용자는 타겟 링을 한 지점에서 환자 위에 놓을 수 있고, 마이크로 제어기(제 2 제어 수단)가 가이드 링의 중심 내의 영역을 다루도록 할 수 있다.
타겟 링은 환자 몸의 미끄러짐에 적응된 한 면을 가지도록 제조될 수 있다. 환자 위를 움직일 때 장치의 마찰을 줄이기 위해 실리콘 또는 합성 물질이 사용될 수 있다. 추적 시스템을 바라보는 면(환자 몸으로부터 떨어진)은 비대칭 반사 또는 굴절 이미지를 생성하기 위해 충분한 영상 큐(cue) 또는 마커(marker)를 구비한다. 이러한 방법으로 추적 시스템은 면하는 방향을 결정할 수 있고, 타겟 링의 회전에 따라 회전할 수 있어 의료 장치 또는 치료 헤드는 항상 적절히 위치된다.
타겟 링(267)은 와이어 또는 치료 헤드의 주위의 타겟 링에 연결된 스트레인 게이지(strain gauge)(264)를 사용하여 치료 헤드(500)에 물리적으로 연결될 수 있다(도 5A-B). 환자 몸에서의 타겟 링(267)의 움직임은 전자 제어기(400,250)가 검출할 수 있는 와이어 또는 스트레인 게이지(264)의 긴장을 생성하고, 따라서 긴장 을 줄이기 위해 치료 헤드(500)를 이동시킨다. 이러한 방식으로 치료 헤드는 물리적 연결을 이용하여 타겟 링을 따를 수 있다. 선택적으로 치료 헤드는 유사한 자기장을 가지는 타겟 링과의 자기 코일을 가질 수 있다. 전자장의 크기 또는 전하의 변화는 시스템이 타겟 링의 움직임 및 방향을 검출하도록 하고, 따라서 이에 대응하여 치료 헤드를 움직여서 보상한다.
선택적으로, 추적 시스템은 환자 몸 상에 남겨진 검출가능한 경로를 추적할 수 있다. 이 실시예에서, 사용자 또는 작업자는 치료 헤드를 환자 몸 상에 놓을 수 있다(물리적 접촉 또는 환자 몸에 가까운 곳에 두어). 추적 시스템은 제 1 제어 수단으로 동작하고 자동으로 환자 몸 상의 경로를 추적한다. 제 2 제어 수단은, 치료 헤드가 환자 몸의 경로를 추적할 때 의료 장치의 위치의 마이크로-제어를 위해 사용자가 제어할 수 있는 입력 장치일 수 있다. 선택적으로, 전자 제어기 또는 치료 제어기는 치료 헤드 또는 의료 장치를 움직이거나 진동시키기 위한 제 2 입력 장치로서 동작하는 프로그램을 구비할 수 있다. 이 움직임 또는 진동은 추적 시스템이 동작하는 동안 트랜스듀서가 집중되는 환자 피부 아래의 영역을 쓸어내는 와블(wobble) 효과로 나타난다.
추적 시스템이 추적할 수 있도록 기준점(fiducial)이 환자 피부에 놓을 수 있다. 만약 전자 제어기가 개별 기준점에 의해 정의된 표면 영역을 추적하는 프로그램 또는 지정된 응답을 가지면, 환자 몸에 그려진 경로를 추적 시스템이 추적할 필요가 없다. 이 경우에, 제 1 제어 수단은 로봇 암과 치료 헤드를 기준점 마커에 의해 정의된 영역 내의 위치로 옮기는 데 사용될 수 있다. 제 2 제어 수단은 그 프 로그램 파라미터에 따라 기준 마커 내에 치료 헤드를 이동시킬 수 있다. 의료 장치 또는 치료 헤드의 동작을 안내하는 소프트웨어 프로그램이 제 2 제어 수단이 된다. 치료되어야 할 표면 영역이 넓으면, 제 1 및 제 2 제어 수단이 동시에 협력하여 동작할 수 있다. 제 2 제어 수단으로 동작하는 치료 프로그램이 정해진 치료 영역 내에 의료 장치를 이동시킬 때, 사용자는 로봇 암을 안내할 수 있다.
그러나 다른 실시예는 추적 시스템을 입력 장치에 결합하여, 사용자가 수동으로 로봇 암, 치료 헤드 및 의료 장치가 환자 몸 상의 경로를 따르도록 입력 장치를 사용할 수 있다. 또한 로봇 암이 환자 몸 상의 경로를 탐색할 때, 제 2 제어 수단은 치료 헤드의 동작에 인위적인 와블을 제공하는 자동 경로 조정 명령일 수 있다.
다른 실시예는 컴퓨터 입력 장치와 비슷한 디자인이지만, 제작 중에 로봇 암에 결합된 특별제작된 입력 장치를 사용한다. 이 실시예에서, 제어 수단은 치료 헤드 근처의 로봇 암의 말단에 결합된다. 결합된 제 1 제어 수단은 광학 추적 요소, 스트레인 게이지, 힘 및 토크 변환기 등과 같은 컴퓨터 입력 장치와 유사한 기술을 사용한다. 하지만 입력 장치는 암과 같은 자유도를 가지도록 만들어지고, 사용자가 편리하게 사용할 수 있는 지점에 위치된다.
제 2 제어 수단은 치료 헤드 내의 의료 장치의 동작 명령 및 제어를 제공한다. 치료 헤드가 치료 헤드 내의 의료 장치의 동작을 위해 마이크로-모터 부품, 또는 다른 힘 생성 수단을 가지면서 제 2 제어 수단이 사용된다. 이러한 방식으로 로봇 암은 치료 헤드를 환자 몸에 대해 원하는 위치로 이동시키도록 명령을 받을 수 있고, 제 2 제어 수단은 의료 장치의 정확한 배치를 위해 사용될 수 있다. 따라서 제 1 제어 수단은 거시 레벨의 제어를 제공하고, 제 2 제어 수단은 미시 레벨의 제어를 제공한다.
선택적으로, 제 2 제어 수단은 치료 헤드 내의 마이크로 모터 부품에 동작 명령을 제공하는 소프트웨어 프로그램일 수 있다. 따라서 의료 절차 중의 의료 장치의 정확한 배치는 자동화된 시스템에 남겨질 수 있다. 이것은 시스템이 미리-정해진 파라미터 또는 실시간 센서 데이터에 따라 의료 장치를 정확한 시간 간격으로 정확한 위치에 배치할 수 있도록 한다.
제 2 제어 수단의 다른 실시예에 있어서, 자동 스티어링 변화 또는 와블이 제 1 제어 수단으로부터 로봇 암으로 전달된 동작 명령에 결합될 수 있다. 이러한 방식으로 제 1 제어 수단은 여전히 거시 레벨 동작 명령을 제공하지만, 자동 변화는 제 1 제어 수단으로부터 받은 동작 명령으로부터 직접 구현될 수 없는 미시 레벨의 동작 명령을 제공한다.
다른 실시예에서, 제 1 제어 수단으로 사용되는 입력 장치는 거시 안내 모드와 미시 안내 모드 사이에서 스위칭될 수 있다. 사용자가 단일 입력 장치를 통해 제 1 및 제 2 제어 수단을 모두 가질 수 있도록, 스위치는 모드 사이에서 전환되도록 사용될 수 있다. 동작에 있어, 사용자는 입력 장치를 로봇 암의 거시 위치지정과 치료 헤드 또는 의료 장치의 배치를 제공하기 위한 제 1 제어 수단으로 사용할 수 있다. 일단 치료 헤드가 거시 레벨 안내에 의해 최선으로 결정될 수 있는 치료 영역에 들어오면, 사용자는 미시 레벨 제어로 전환할 수 있다. 이제 입력 장치는 치료 헤드 내의 의료 장치의 정밀한 제어를 위한 제 2 제어 수단이 된다. 선택적으로, 로봇 암에 대해 사용되는 주 힘 생성 수단에 부착된 정밀 모터 제어기는 동일한 힘 생성 장치를 사용하여 미시 레벨 제어를 제공할 수 있다. 이것은 광학 현미경에서 발견되는 정밀하지 않은 초점 및 정밀 초점과 유사하다. 로봇 암의 모터 사용에 있어서는 정밀한 메쉬(mesh) 기어 대 일반 기어, 또는 정밀 힘 생성 요소 대 정밀하지 않은 힘 생성 요소 중 하나를 제어함으로써 적용된다.
또한, 로봇 암은 위치 또는 동작 인코더를 구비할 수 있다. 인코더는 시스템의 사용중의 치료 장치의 위치 및 각 암 세그먼트의 동작을 추적하는 데 사용된다. 로봇 암은 교육 모드를 가지는 것이 바람직할 것이다. 교육 모드는 작동자에 의해 원하는 동작 작업 세트에 따라 암을 수동으로 안내하도록 사용될 수 있다. 전자 제어기는 암의 동작을 관찰하고, 시작 지점, 최종 지점 및 시작 및 최종 지점 사이의 경로를 기억할 수 있다. 동작은 전자 제어기에 의해 저장될 수 있고, 동작 명령을 호출함으로써 원하는 만큼 반복될 수 있다. 컴퓨터 메모리가 가능하다면, 복수 개의 동작 경로가 저장될 수 있다.
입력 장치가 암에 장착되는 실시예에서, 입력 장치에 사용되는 일정 양의 초과 힘 또는 토크가 로봇 암의 동작 위치에 영향을 주지 않도록 분리하기 위해 슬립 조인트(slip joint)(도 7)가 암에 결합될 수 있다. 슬립 조인트는 초과 힘을 흡수하거나 감소시키기 위해 고안된다. 예를 들어, 치료 헤드가 그 축 회전을 변화시키도록 입력 장치상에 회전 힘이 소비될 수 있다. 만약 사용자가 너무 많은 회전 힘을 인가하면, 입력 장치는 물리적 또는 가상적으로 정지하게 될 것이다. 여기에서 초과 회전 힘은 슬립 조인트에서 소비될 수 있다. 입력 장치의 회전 축은 이중 링 지지 부품(2163)에 장착될 수 있다. 일단 입력 장치가 정지하면, 부가 힘은 한계 힘 레벨을 극복하고 플랫폼이 이중 지지 링 내에서 회전하도록 할 것이다. 따라서 외부의 회전 힘은 피해 없이 소비된다. 슬립 조인트는 데이터 정보가 입력 장치로부터 전자 제어기로 통신되도록 하는 경로를 구비한다. 또한, 슬립 조인트는 암으로의 어떤 물리적 연결 또는 입력 장치에서 치료 헤드로의 경로로서 동작하는 물리적 어퍼쳐를 포함할 수 있다.
이중 지지 링(2163)에 더하여, 슬립 조인트는 암이 원하지 않는 힘으로부터 분리되도록 힘이 흡수될 수 있는 부가적인 축을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 로봇 암을 정확도를 보호하기 위해 복수 개의 면의 회전 및 토크 힘이 감소될 수 있다. 입력 장치가 흡수할 수 있는 최대 힘을 초과하고 슬립 조인트에 의해 중화되지 않는 힘은 로봇 암에 의해 제한된다. 로봇 암은 외부의 힘(입력 장치로부터 수신된 명령으로부터 유래되지 않은)을 감지하고, 반대의 힘을 인가함으로써 그것을 보상할 수 있다. 사용자가 치료 헤드를 적절히 조정하기 위해 입력 장치를 과도하게 조정하는 복잡한 환경에서 이러한 위치 유지(station keeping)는 유용할 수 있다.
제 1 제어 수단의 자유도는 로봇 요소와 수동 요소로 분리될 수 있다. 로봇 암은 어떤 자유도로도 만들어질 수 있고, 치료 헤드는 나머지 요구 자유도에 수동으로 적응된다. 예를 들어, 로봇 암이 3 자유도로 만들어지고, 제 1 입력 장치가 3 자유도를 가지는 컴퓨터 입력 장치라면, 치료 헤드는 로봇 암에 의해 제공되지 않 는 3 부가 자유도를 주는 조인트 상에 장착될 것이다. 영상 구현 및 의료 절차 추적 목적으로 수동 및 로봇 자유도 요소를 하나의 공간 위치로 모아서 추적 시스템은 의료 장치의 위치를 추적할 것이다. 이러한 시스템은 입력 장치에 축 방향으로 장착된 치료 헤드를 가질 것이고, 치료 헤드가 동시에 수동으로 지향되면서 로봇 암은 입력 장치를 통해 조정될 수 있다.
제 1 또는 제 2 제어 수단의 컴포넌트는 제어 수단에 수동적으로 부가될 것이다. 만약 치료 헤드가 치료 헤드 내의 의료 장치의 이동을 위한 마이크로 위치 모터를 구비하면, 제 1 제어 수단의 컴포넌트가 치료 헤드의 자유도에 수동적으로 기여할 것이다. 이 경우의 제 1 컴포넌트는 로봇 암의 명령 및 제어일 것이다. 여기서 사용자는 치료 헤드 그 자체를 치료 헤드 및 로봇 암을 조정하는 입력 장치로서 사용할 수 있다. 마이크로 위치 제어는 치료 제어기 또는 전자 제어기와 함께 하고, 치료 헤드 내에서 에너지 방출기를 움직인다. 선택적으로 만약 의료 장치가 치료 헤드 내에 있으면, 로봇 암의 명령 및 제어는 제 1 제어 수단과 배타적이면서 제 2 제어 수단이 자유도에 수동적으로 기여할 것이다. 여기서 수동 위치조정은 로봇 암 또는 인공적으로 유도된 와블(wobble)에 대한 자동 조정을 대신한다.
제 1 입력 장치가 치료 헤드 근처에 위치될 필요는 없다. 제 1 및 제 2 제어 장치는 치료 헤드로부터 더 떨어져 위치할 수 있다. 예를 들어, 로봇 암과 치료 헤드가 떨어져서 동작할 때, 제어 수단은 사용자와 함께 환자 몸에서의 치료 헤드의 동작의 영상 또는 가상 구현에 따르면서 리모트 컴퓨터 근처에 위치할 수 있다. 이 선택적인 실시예는 의사가 환자 몸 근처에 있을 수 없는 특이한 의료 절차에 적합 하다.
관절식 암의 이동 수단 또는 모터는 암이 환자 또는 작업자에게 해를 끼치는 동작을 하지 않도록 한계를 가진다. 이동 제어기는 말단 작동체 위치조정 속도 및 암의 단일 세그먼트가 공간에서 움직이는 속도를 제어하고, 따라서 주의하지 않는 적업자 또는 관찰자가 다칠 가능성을 회피하거나 또는 적어도 감소시킨다.
선택적으로 디스플레이 장치(242)는 의료 절차 중 사용자에게 영상 피드백 및 정보 디스플레이를 제공하면서 암(208)의 말단 근처에 위치할 수 있다.
치료 제어기
전자 제어기는 시스템의 다양한 요소의 기능을 조정하기 위해 사용된다. 전자 제어기는 하나 또는 그 이상의 컴퓨터, 또는 현재 시스템과 함께 사용되도록 적응된 다른 전용 전자 장치일 수 있다. 전자 제어기는 제 1 제어 수단으로부터 입력 정보를 받으며, 제 1 제어수단은 컴퓨터 입력 장치, 가이드 링 또는 추적 시스템일 수 있다. 전자 제어기는 입력 정보를 로봇 암을 위한 동작 명령으로 변환한다. 디스플레이 장치 상에 구현되는 가상 영상 객체를 제공하는 제 2 데이터 경로가 구현될 수 있다. 동작 및 시스템의 동작의 영상 구현이 정확하게 일치할 수 있도록 동작의 데이터 스트림 및 디스플레이 데이터 경로는 적절히 관련되어야 한다.
또한 전자 제어기는 제 2 제어 수단의 입력을 조정해야 한다. 만약 제 2 제어 수단이 제 1 제어 수단과 동시에 동작하면, 전자 제어기는 수행되는 의료 절차 에 따라 의료 장치가 환자 몸의 치료 영역 위를 지나가도록 이 동작을 조정해야 한다. 환자에게 위험이 없도록 전자 제어기가 제 1 제어 수단 및 제 2 제어 수단의 동작 명령을 정확히 모으는 것이 중요하다. 만약 제 2 제어 수단이 제 1 제어 수단과 분리된 시간 프레임으로 동작한다면, 전자 제어기는 단지 의료 장치 위치의 명령 및 제어가 적절한 제어기로부터 적절히 수행되도록 보장할 필요가 있다. 유사하게, 전자 제어기는 환자 몸 위로의 의료 장치의 허가되지 않거나 부적절한 동작을 방지함으로써 환자의 안전을 보장해야 한다.
전자 제어기는 치료 제어기로서 동작할 수 있다. 만약 컴퓨터가 전자 제어기로서 사용되면, 의료 장치의 제어기로서 동작할 수 있는 미리 로딩된(preloaded) 소프트웨어를 실행하는 능력을 가지거나, 치료 제어기로 동작하는 하나 또는 그 이상의 보드(board)를 수용할 수 있는 PCT 버스 인터페이스와 같은 확장 슬롯을 가질 수도 있다. 의료 장치와 치료 헤드의 동작 및 물리적 배치가 치료 절차에 따라 행해지도록, 본 발명의 전자 제어기가 의료 장치의 치료 제어기와 밀접한 전자 통신상태에 있으면 유리하지만, 그것이 필수적이지는 않다.
제 2 제어 수단은, 정밀한 위치 제공을 제공하기 위해 토글링된 후에, 제 2 컴퓨터 입력 장치, 또는 제 1 제어 수단과 같이 입력을 제공하기 위해 사용되는 물리적 장치일 수 있다. 선택적으로 제 2 제어 수단은 치료 헤드 내의 의료 장치에 미리 프로그램된 동작 명령을 제공하는 소프트웨어 프로그램일 수 있다. 유사하게 제 2 제어 수단은 로봇 암 동작에 와블 또는 다른 정상상태 변이를 제공하기 위해, 제 1 제어 수단 동작 명령에 자동적으로 부가된 고정되거나 또는 제한된 변수 동작 일 수 있다.
실제 시작되는 치료 절차 전에 치료 제어기는 치료 영역의 3차원 맵(아래의 섹션 3.0 참조)을 구비하는 것이 바람직하다. 치료 제어기는 실제 절차 중 스캔 헤드의 진행을 관찰하고, 그것을 치료되는 조직의 맵과 비교할 수 있다. 치료의 진행은 본 발명의 치료 헤드와 결합되어 사용되는 위치 추적 장치를 통해 처리될 수 있다.
절차상으로 에너지 인가기의 위치 제어 및 추적은 본 발명의 시스템이 효과적으로 지방 조직을 파괴할 수 있는 한 방법이다. 파괴된 조직의 손상 또는 조직 괴사를 생성하기 위해 지방 조직 내에서 상당한 정밀도가 얻어질 수 있다. 에너지 인가기의 위치를 조정하기 위해 다양한 위치 센서 및 제어 장치를 이용하여 정밀도가 생성된다.
치료 헤드(500) 내의 에너지 인가기(600)의 위치는 마이크로 모터 부품에 연결된 모터 인코더를 이용하여 결정될 수 있다. 회전 인코더(530)를 이용하여 각 모터 액셀(axel)의 회전을 측정함으로써, 에너지 인가기(600)에 모터(508,510)를 연결하는 액츄에이터(508,520,516)의 동작의 정도가 결정될 수 있다. 이것은 에너지 인가기의 위치를 격리하는 데 있어 첫번째 단계이다. 일단 스캔 헤드(500)의 하우징(500) 내에서 에너지 인가기(600)의 위치가 알려지면, 스캔 헤드(500)의 위치는 환자의 해부 구조에 따라 결정되어야 한다. 일련의 광학 센서(5551,5552)는 스캔 헤드가 환자의 피부를 이동하는 물리적 거리를 정확하게 측정하는 데 사용될 수 있 다. 또한 이러한 광학 센서는 회전 변화(스캔 헤드가 환자의 피부에 대해 일반적으로 수직인 중심 축에 대해 회전하는 양) 및 각 변화(스캔 헤드의 중심에 있지 않는 축에 대한 회전)를 결정하는 데 사용될 수 있다. 또한 관절식 암(200)의 인코더는 3차원에서 스캔 헤드(500)의 위치의 변화를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 따라서 만약 스캔 헤드(500)가 사람의 몸의 측면 위로 움직이면, 3 위치 감지 메커니즘은 잃어버리지 않을 것이다. 컴퓨터(400) 또는 치료 제어기(250)는 데이터를 조정하고 매우 정밀한 방식으로 위치 및 조사량을 추적할 수 있다. 선택적으로 온보드 프로세서(532)를 사용하여 모든 데이터는 보드 상에서 추적될 수 있다. 또한 프로세서 작업의 분할은 부하를 감소시키고, 데이터 수령과 작업자로의 신호의 출력 사이의 응답 시간을 향상시킬 수 있다.
만약 어떤 이유로 스캔 헤드가 환자의 피부의 추적을 놓치게 되면, 어떤 조직이 치료되었고 어떤 조직은 아직 치료되지 않았는지를 결정할 필요없이 절차가 즉시 시작될 수 있도록, 추적 시스템은 스캔 헤드가 환자의 피부로 돌아와서 스캔 헤드의 적절한 방향을 보장하도록 한다. 위치 재설정은 스캔 헤드를 기준 위치에 배치하고, 하우징의 하부의 플랜지(flange)(미도시)에 따라 스캔 헤드를 정렬한다.
에너지 인가기의 위치를 결정하고 추적하기 위한 3 장치의 사용은 조직 맵 및 겹쳐진 맵의 디스플레이가 모니터, LCD 또는 다른 장치상에 도시되는 사용자에 의해 적절히 이해될 수 있는 현재 치료 방법을 다루게 하여, 사용자는 절차를 계속하기 위해 스캔 헤드를 어디로 움직여야 할지를 결정할 수 있다. 치료를 용이하게 하는 지시는 다른 피치(pitch)의 들을 수 있는 톤(치료되지 않는 영역을 움직일 때 의 톤, 및 이미 치료된 영역을 움직일 때의 톤), 지시 광, 상세한 비디오 디스플레이와 같이 간단할 수 있다. 디스플레이는 현재 시스템의 외부에 장착될 수 있고 또는 컴퓨터, 치료 제어 장치와 함께 사용될 수 있고, 또는 장착된 작은 디스플레이 상에 있을 수 있고, 또는 스캔 헤드의 근처에 있을 수 있다.
또한 본 발명을 이용한 방법이 개시된다. 먼저 에너지를 몸 영역에 인가하는 방법이 있다. 상기 방법은 첫째, 치료 계획을 치료 제어기로 제공하는 것을 포함한다. 둘째, 에너지가 스캔 헤드로부터 전달될 때 치료 제어기로부터 생성되는 안내에 따라 몸 표면 위의 스캔 헤드를 수동으로 스캔한다. 셋째, 위치 데이터를 생성하기 위해 스캔 헤드의 위치 및 스캔 헤드로부터의 에너지 전달을 관찰하고, 위치 데이터를 치료 제어기로 전달한다. 넷째, 만약 수동 위치 및/또는 에너지 전달이 치료 계획을 벗어나면 경고를 생성한다. 상기 방법은 치료되는 영역의 가상 맵을 생성하기 위해 에너지 전달에 앞서 몸 영역의 스캔 헤드를 수동으로 스캔하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 맵은 치료 제어기로 로딩된다. 다른 치료 파라미터는 가능한 범위에서 치료 제어기로 입력되어야 한다. 이것은 가상 맵 및 다른 치료 데이터에 기초하여 치료 계획을 생성하는 것을 돕는다.
3D 체적 조직맵을 생성하는 시스템
또한 매칭된 지형 및 표면 근처 피하 조직 맵을 생성하는 시스템이 있다(도 8). 시스템은 3가지 컴포넌트를 구비한다. 첫째, 환자 몸의 표면 이미지를 생성하 기 위한 3차원 이미징 장치(802). 둘째, 환자 몸의 피하 이미지를 생성하기 위한 조직 이미징 장치(850), 및 셋째, 상기 표면 이미지 및 상기 피하 이미지의 복수 개의 마커를 매칭하기 위한 상관 작업 장치(875).
3차원 이미징 장치는 환자 피부 표면의 상세한 이미지 맵을 만들 수 있는 고 분해능 카메라 시스템 또는 다른 광학 카메라일 수 있다. 관심 있는 환자 몸 영역의 구부러짐 및 모양을 정확하게 추적할 수 있는 정도이면, 피부의 분해능이 카메라 시스템의 결정적인 컴포넌트일 필요는 없다. 체적 이미징 시스템은 3D 초음파 시스템 또는 보간 2D 초음파 이미징 장치일 수 있다. 선택적으로 조직 이미징 장치는 MRI 또는 X-레이 장치일 수 있다. 영상 이미징 시스템 및 조직 이미징 장치 모두 컴퓨터에 의해 조정될 수 있는 전자 이미지를 생성하는 것이 바람직하다.
상관 작업 장치는 일반적인 용도의 또는 특화된 컴퓨터, 또는 유사한 능력의 지능적 로직 장치일 수 있다. 또한 장치는 소프트웨어 프로그램일 수 있다. 상관 작업은 정확한 3차원 조직 맵을 생성하기 위해 표면과 피하 이미지 사이의 복수 개의 마커를 매칭한다. 사용되는 마커는 즉시 인식될 수 있는 환자의 자연적 마커일 수 있다. 하지만 마커는 2개의 이미징 장치에 의해 검출될 수 있는 복수 개의 기준점인 것이 바람직하다. 일단 이미지가 캡쳐되고 전자적으로 저장되면, 두 이미지의 데이터는 기준점을 이용하여 상관될 수 있다. 상관 작업은 상관 이전에 하나 또는 양 이미지가 적당한 스케일로 조정되도록 스케일링 작업(scaling task)을 수행할 수 있으므로, 두 개의 이미징 시스템이 같은 스케일로 이미지를 캡쳐할 필요는 없다.
일단 이미지가 상관되면, 새로운 3차원 맵이 생성된다. 새로운 맵은 매칭된 지형 및 표면 근처 피하 특성을 가진다. 시스템에 의해 사용되는 기준점은 이미지 맵을 상관하는 데 도움을 줄 수 있는 다양한 파라미터를 가질 수 있다. 예를 들어, 기준점은 상승 또는 하강의 지표를 포함할 수 있어서, 이미징 시스템은 이미지가 캡쳐된 후 기준점의 위치를 결정할 수 있다. 위치 데이터를 지닌 복수 개의 기준점을 이용하여 시스템에 의해 생성되는 제 2 이미지의 매칭 오버레이 위치를 정확하게 결정할 수 있다. 기준점은 양 이미지 시스템(표면 및 피하)에 의해 검출되는 것이 바람직하지만, 요구되는 것은 아니다. 사용자는 하나의 이미징 시스템에 의해 검출되지만 다른 시스템에 의해서는 검출되지 않는 복수 개의 기준점을 환자 몸 상에 배치할 수 있다. 사용자가 기준점을 제 2 시스템이 검출할 수 있는 다른 것으로 대체하지만 하면, 상관 작업은 효과적으로 사용될 수 있다.
사용 방법
여기서 기술된 방법은 비-침습적이다. 진공 캐뉼러(cannula)를 이용한 전통적인 지방흡입술 절차와는 달리, 환자의 피부로 침투하지 않는다. 지방 세포 또는 지방 조직의 파괴는 열의 축적 또는 공동현상(cavitation)에 의해 야기되는 기계적 파괴에 의해 발생하며, 양 효과는 직접 방사 및 바람직하게는 고밀도 집중 초음파(high intensity focused ultrasound, HIFU)에 의해 생성된다. 따라서 지방 조직의 감소를 위한 비-침습적 절차에서는, 얼마나 많은 조직이 영향을 받았는지를 직 접 보여줄 방법이 없다. 지방흡입술에서는 진료하는 의사가 제거되거나 파괴된 지방의 양을 보여줄 수 있지만, 비-침습적 절차에서는 직접적인 관찰이 불가능하다. 본 발명의 사용자는 치료된 조직의 부피를 결정하는 것을 돕기 위해 진단 초음파 장치 또는 다른 센서에 의존해야 한다.
여기에 기술된 방법에서 일반적인 측면은 치료되는 지방 조직의 영역을 구하는 것이다. 핀치(pinch) 테스트를 이용하는 현재의 기술은 여기에 기술된 시스템 및 방법을 사용하는 데 있어 적절한 출발점을 제공할 수 있다. 핀치 테스트는 지방 조직의 영역을 구하기 위해 성형외과 의사에 의해 사용된다. 환자 P는 제거하기를 원하는 국부 지방 조직을 가질 수 있다. 의사는 환자의 몸 위에 일련의 곡선 C1, C2, C3, ..., Cx 를 그려서 지방 조직을 구할 수 있다(도 9A).
초음파 에너지를 몸 부위에 인가하는 방법
한 실시예에서, 본 발명의 방법은 에너지를 몸 부위에 인가하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 4 단계를 가진다. 첫째 단계는 치료 계획을 치료 제어기로 제공하는 것이다. 둘째 단계는 에너지가 스캔 헤드로부터 전달될 때 치료 제어기로부터 생성되는 안내에 따라 몸 표면 위의 스캔 헤드를 수동으로 스캔하는 것이다. 셋째 단계는 위치 데이터를 생성하기 위해 스캔 헤드의 위치 및 스캔 헤드로부터의 에너지 전달을 관찰하고, 위치 데이터를 치료 제어기로 전달하는 것이다. 넷째 단계는 만약 위치 및/또는 에너지 전달이 치료 계획을 벗어나면 경고를 생성하는 것이다.
첫째 단계에서, 치료 계획이 치료 제어기로 제공된다. 여기서 사용자는 치료받고자 하는 환자의 필요를 인식하고 환자의 필요에 따라 치료 계획을 선택한다. 지방 조직을 파괴하는 바람직한 적용에서, 사용자는 얼마나 많은 지방 조직이 파괴될 지, 조직 파괴의 속도, 깊이, 에너지 플럭스 및 다른 필요한 파라미터에 대한 가능한 선택 리스트로부터 선택할 수 있다. 사용자는 각 치료 계획에 제공되는 기술적 요소들에 익숙치 않을 것이나, 가로 12cm, 세로 8cm, 깊이 2cm 에 걸쳐 지방 조직을 파괴하는 계획을 선택하는 것과 같이 원하는 결과를 기초로 선택할 것이다. 사용자가 이해할 수 있는 프로그램 변수는 장치가 결과를 이루기 위해 동작하는 방법보다는 그 결과와 더 관련이 있다. 일단 치료 계획이 선택되면, 사용자는 원하는 치료 계획을 치료 장치에 입력한다. 치료 제어기는 원하는 치료 계획을 생성할 동작 프로토콜을 결정한다.
둘째 단계는 스캔 헤드로 환자를 스캐닝하는 것을 포함한다. 스캔 헤드(또는 치료 헤드)는 활성화되어 지방 조직을 파괴하기 위해 초음파 에너지를 환자에게 전송한다. 스캔 헤드는 치료 제어기로부터의 프로토콜에 따라 움직인다. 이동은 수동 수단 또는 자동 수단을 통해 이루어질 수 있다. 수동 모드에서 치료 제어기는 사용자가 추적할 수 있는 큐(cue)를 제공한다. 사용자는 큐에 따라 환자 위로 스캔 헤드를 움직인다. 자동 수단에서, 스캔 헤드의 동작을 유도하기 위해, 치료 제어기는 로봇 암과 같은 장치를 직접 제어한다.
셋째 단계는 위치 및 스캔 헤드에 의해 전달되는 에너지를 관찰하는 것이다. 위치 및 전달 정보는 치료 제어기가 이용하는(사용자 또는 로봇 장치를 통해) 프로토콜과 비교되는 데이터 급송(feed)의 형태로 치료 제어기와 통신한다. 절차 중의 환자의 안전을 보장하기 위해 치료 제어기는 프로토콜에 대해 들어오는 데이터를 연속적으로 관찰한다.
넷째 단계는 경고이다. 만약 위치 또는 에너지 전달이 프로토콜의 허용 범위를 넘어서면, 치료 제어기는 경고를 발생한다. 경고는 사용자가 관찰할 수 있도록 하거나, 또는 스캔 헤드의 에너지 방출기를 즉시 끌 수 있는 차단 스위치일 수도 있다.
첫째 단계는 절차의 시작에서 선택되지만, 둘째, 셋째, 넷째 단계는 적절한 치료 방법이 환자에게 제공됨을 보장하기 위해 연속적으로 수행된다.
지방흡입술 치료를 수행하는 방법
두 번째 실시예는 지방흡입술 절차를 수행하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 첫째, 초음파 치료에 대한 환자의 적합성을 결정하는 단계, 둘째, 환자 위에 치료될 영역을 표시하는 단계, 셋째, 치료 초음파 절차를 위해 환자를 위치시키는 단계, 넷째, 컴퓨터로 표시된 영역을 스캐닝하는 단계, 다섯째, 절차 계획 소프트웨어 패키지를 이용하여 치료 초음파 절차를 설정하는 단계, 여섯째, 절차 계획 소프트웨어를 통해 제어된 컴퓨터 시스템을 이용하여 치료 초음파 절차를 실시하는 단계, 일곱째, 절차 계획 소프트웨어를 이용하여 치료 절차의 진행을 기록하는 단 계, 마지막으로, 환자에게 지시되는 부가적인 치료 후 지원을 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 방법은 치료가 효과적이고 장기간에 걸쳐 안전하도록 환자의 가상 맵을 유지하면서, 부가적인 치료 및 약물 사용의 선택으로, 체형 변화 절차에 있어 가장 안전하고 장기적인 교정을 제공하는 데 이상적으로 적합하다.
종합하면, 개시된 방법은
(a) 초음파 치료에 대한 환자의 적합성을 결정하는 단계;
(b) 환자 위에 치료될 영역을 표시하는 단계;
(c) 치료 초음파 절차를 위해 환자를 위치시키는 단계;
(d) 컴퓨터로 표시된 영역을 스캐닝하는 단계;
(e) 절차 계획 소프트웨어 패키지를 이용하여 치료 초음파 절차를 설정하는 단계;
(f) 절차 계획 소프트웨어를 통해 제어된 컴퓨터 시스템을 이용하여 치료 초음파 절차를 실시하는 단계;
(g) 절차 계획 소프트웨어를 이용하여 치료 절차의 진행을 기록하는 단계; 및
(h) 환자에게 지시되는 부가적인 치료 후 지원을 제공하는 단계
를 포함하는 지방흡입술 절차를 수행하기 위해 다른 측면의 방법으로 결합된다.
다음 예제는 상술된 방법을 예시한다.
예제 1
단계 1 : 전통적인 지방흡입술에서처럼, 환자는 최초 상담을 위해 방문한다. 만약 환자가 치료를 계속하기로 결정하면, 치료 중 및 후에 도움을 주기 위해 특별히 고안된 다이어트 보충제, 약, 국소 크림 등이 제공될 수 있다. 예제에서는 치료효과를 높이고 부기를 감소시키기 위해 브로멜린(Bromelain) 및 케르세틴(Quercetin)이 치료 전에 복용되고, 아르니카 몬타나(Arnica Montana)가 치료 후에 복용된다.
단계 2 : 치료일에, 의사는 전통적인 지방흡입술 환자에게 하는 것과 유사한 방식으로 환자의 몸에 표시를 한다. 표시용 펜의 잉크는 센서에 의한 피부 상의 잉크의 검출성을 향상시키기 위해 추가적인 약품(예를 들어, 자외선 잉크)을 포함할 수 있다. 이것은 특히 어두운 피부 색에 유용할 것이다.
단계 3 : 환자는 치료를 위해 위치가 지정된다. 환자는 치료 중에 같은 위치에 있어야 한다. 대부분의 경우 치료는 환자가 침대에 누워서 이루어지고, 수술 전 검사 단계는 환자가 엎드려서 이루어진다. 환자의 지방 두께는 치료될 영역에 걸쳐, 예를 들어 초음파로, 표시될 수 있다. 진단 초음파 시스템은 지방과 기저 근육 사이의 경계로부터의 강한 반사를 검출하고, 위치 정보와 함께 두께를 기록하는 이미지 분석 시스템과 결합될 수 있다. 위치 정보는 초음파 트랜스듀서에 부착된 위치 감지 장치로부터 생성된다. 깊이만의 정보가 필요하므로, 진단 초음파 장치는 간단한 펄스-에코 A-라인 시스템과 대체될 수 있다. 감지 시스템에 기준 위치를 제공하기 위해, 기준 마크가 환자의 몸에 그려질 수 있고, 또는 스티커(sticker)와 같은 다른 방법으로 표시된다. 이 지방 두께의 맵, 또는 그 부분은, 예를 들어 얻어진 실제 효과를 시각적으로 보여주기 위해, 이후의 환자 방문시의 기준으로 저장될 수 있다.
단계 4 : 치료-전 몸 마크는 상기 설명된 위치 감지 시스템을 이용하여 컴퓨터로 스캔된다. 이것은 위치 시스템에 결합된 스타일러스로 그려진 마크를 추적하여 이루어질 수 있고, 또는 위치 시스템과 함께 마크를 광학적으로 검출하여 이루어질 수 있다. 이상적으로, 컴퓨터로 스캔되는 이 마크의 맵은 상기 설명된 대로 얻어지는 지방 두께 맵에 참조될 수 있다. 일반적으로 위치 시스템은 모든 경우에 3에서 6 자유도(예를 들어, x,y,z,피치,편주,롤)로 기록한다.
단계 5 : 의사는 이제 상기에서 얻어진 마크 및 두께 데이터에 접근하면서 컴퓨터 상에 제공되는 치료 계획 소프트웨어와 상호작용한다. 예를 들어 더 많거나 적은 조직에 영향을 주기 위해 치료될 깊이, 시간 또는 밀도를 변화함으로써 국부적으로 치료의 미적 효과를 제어할 수 있다. 치료 계획 소프트웨어의 핵심은 시스템 변수를 원하는 미적 효과와 연계하는 것이다. 예를 들어, 의사는 지방 영역이 중심부에서는 2cm만큼 감소하고, 외부 영역에서는 1cm로 줄어들고, 영역 밖에서는 영향이 없도록 결정할 수 있다. 의사는 그려진 곡선 및 선택적으로 지방 두께의 시각적 표현 상에서 원하는 효과를 인지함으로써 이를 수행한다. 그려진 곡선 및 마크는 치료 계획 소프트웨어에서 수정될 수 있다. 사용자는 예를 들어, 마우스로 대 응하는 치료전 마크 안을 클릭하거나 터치 스크린에서 그것을 가리킴으로써 2cm 영역을 인식할 수 있고, 입력하거나 이 영역이 2cm 두께에 대응한다는 메뉴로부터 선택함으로써 인식할 수 있다. 만약 곡선이 수정되어야 한다면, 아도베 일러스트레이터(Adobe Illustrator)와 같은 드로잉 소프트웨어에서 일반적으로 사용되는 수단을 통해 소프트웨어로 수정될 수 있다. 예를 들어, 그려진 곡선의 베지어(Bezier) 표현이 소프트웨어에 의해 유지된다면, 드로잉 소프트웨어에서는 일반적인 베지어 "핸들(handles)", "제어 포인트" 또는 "노트(knot)"가 사용자 상호작용 및 수정을 위해 제공될 수 있다. 1cm 영역도 유사한 방법으로 인식된다. 예를 들어, 1cm로의 점차적인 전이를 위해 2cm 곡선의 하나 또는 양 변 상에서 고정된 거리를 선택하고, 1cm로부터 0으로의 전이에 있어서도 마찬가지로 하여, 전이 영역이 인식될 수 있다. 전이 길이는 변화될 수 있고, 포인팅 장치로 컴퓨터에 그려질 수 있고, 컴퓨터로 스캐닝되는 수술전 마크에 의해 나타내어 지고, 계획 소프트웨어에 전이 영역으로 인식될 수 있다. 또한, 사용자는 예를 들어, 선형 감소 또는 다른 형태의 곡선과 같이 어떠한 효과를 전이 영역에서 원하는지, 효과를 얻기 위해 어떤 조합의 시스템 변수(예를 들어, 깊이, 파워, 시간, 밀도)가 사용되어야 하는 지를 치료 제어기로 알릴 수 있다. 깊이, 전이 영역, 영향을 받는 변수 등은 쉽게 인식하도록 다른 색 또는 다른 마크로 시각적으로 보여질 수 있다. 수정 및 인식 절차가 완료되면, 컴퓨터는 원하는 미적 효과와 관련된 시스템 변수로 치료 계획을 계산한다.
단계 6 : 실제 치료 중에, 고-강도 초음파 트랜스듀서를 포함하는 치료 헤드가 시스템 컴퓨터가 치료 헤드의 현재 위치를 치료 계획의 컴퓨터 표현에 연관시키 도록 하는 상기 설명된 위치 시스템에 연결된다. 그리고 컴퓨터는 원하는 미적 효과를 이루기 위해 치료 변수를 제어한다. 상기의 예제에서, 치료 헤드가 2cm 영역으로 움직이면, 적절한 파워, 펄스 주기 등이 2cm로 조직에 영향을 주기 위해 치료 헤드에 인가된다. 헤드가 1cm 영역으로 전이 영역을 통해 움직이면, 1cm 효과가 얻어질 때까지 변하는 조직 두께에 영향을 주기 위해 파워 및 주기가 감소될 것이다. 유사하게, 헤드가 1cm 영역의 밖으로 움직이면 소멸 효과가 얻어지고, 만약 헤드가 치료 영역 밖으로 움직이면 트랜스듀서는 중지된다. 모든 치료 계획 및 기록은 미래의 참조를 위해 저장될 수 있다.
단계 7 : 치료 후, 환자는 전통적인 지방흡입술 치료에서 일반적인 압축 옷을 치료 영역에 걸쳐 입도록 요구될 수 있고, 회복을 증진하고 불편함을 줄이기 위해 다른 약 또는 영양제를 받을 수 있다.
HIFU를 이용하여 지방 조직을 파괴하는 방법
세번째 실시예는 치료용 초음파를 이용하여 환자의 지방 조직을 파괴하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 환자의 하나 또는 그 이상의 지방 조직의 위치를 결정하는 첫 단계, 지방 조직이 상대적으로 균등하게 분포하도록(바람직하게 위를 바라보도록) 환자를 위치시키는 두 번째 단계, 및 환자의 지방 조직의 위치에 치료용 초음파 트랜스듀서로 방사하는 세 번째 단계를 포함한다.
상기 방법에서, 치료되어야 할 지방 조직 영역의 위치 및 크기가 먼저 결정 되어야 한다. 이것은 성형외과 의사에 의해 일상적으로 사용되는 핀치(pinch) 또는 클램프(clamp) 테스트와 같은 전통적인 수단을 통해 이루어질 수 있고, 이미 설명된 진단 초음파 시스템 또는 3차원 지형 맵 장치와 같은 의학 스캐너를 사용하여 결정될 수 있다. 지방 조직의 위치는 깊이 및 크기에 대해 정확하게 위치되고 인식되어야 한다. 그래서 의사가 핀치 테스트를 이용한 자신의 기술에 의존할 때, 지방 조직의 경계 및 깊이는 가능하면 정확히 측정되어야 한다. 따라서 이러한 종류의 이미징 스캐너가 요구된다. 일단 조직 체적 및 깊이가 결정되면, 피부는 수술용 펜 또는 다른 장치에 의해 표시될 수 있고, 사용자는 치료될 영역을 명확하게 인식할 수 있다.
다음으로 환자는 방사 단계의 성공을 증진시키는 방식으로 위치된다. 여기서 환자는 치료되는 조직이 가능하면 위로 향하도록 침대 또는 의자에 위치된다. 이렇게 함으로써 지방 조직이 중심에 대해 균등하게 분포되어, 조직 깊이가 대칭적이 된다.
마지막으로 지방 조직 영역이 치료된다. 지방 조직의 부피가 치료용 초음파 트랜스듀서로 치료된다. 2단계에서 조직 층이 균등하게 분포되었다면 치료는 균등하게 인가될 수 있다.
3차원 몸체맵을 생성하는 방법
또한, 3차원 몸체 맵을 생성하는 방법이 개시된다. 지방 조직 위치의 3D 몸 체 맵을 생성하는 방법은 첫째, 3D 이미징 시스템을 이용하여 몸체의 3D 이미지를 생성하는 단계, 둘째, 몸체의 3D 이미지를 컴퓨터 판독가능 포맷으로 입력하는 단계, 셋째, 3D 맵핑 소프트웨어로 몸체의 3D 몸체 맵을 생성하는 단계, 넷째, 진단용 초음파 장치에 의해 검출되는 지방 조직의 영역이 3D 몸체 맵 상에 적절히 위치하도록, 3D 매핑 소프트웨어와 전자적으로 통신하는 진단용 초음파 장치로 몸을 스캔하는 단계를 포함한다.
이 첫째 방법의 상세는 다음과 같다. 3D 이미징 시스템은 환자의 스냅 샷을 찍는 복수 개의 카메라를 포함한다. 스냅 샷은 동시에 사진을 찍는 3D 이미징 시스템의 모든 카메라와 관련된다. 모든 방향으로부터의 전체 몸체의 영상 이미지가 캡쳐될 수 있다. 이것을 수행하기 위해, 환자는 옷을 벗고 이미징 시스템의 초점 위치에 누드 또는 세미 누드로 위치해야 한다. 이미징 시스템은 동시에 모든 각도에서 자동차를 보여주는 자동차 광고를 만드는 데 사용되는 것과 유사하다. 3D 카메라 시스템으로부터의 이미지는 겹쳐지고 적절히 배치되어, 환자 몸의 단일 이미지가 생성된다. 사용되는 이미징 시스템은 매우 정교하고 기계 판독 형태로 변환가능해야 한다.
3D 이미징 시스템의 카메라는 일반 필름 이미지 또는 디지탈 이미지를 찍을 수 있다. 하지만 찍힌 이미지에 관계없이, 이미지는 적절히 배치되어 몸체의 단일 이미지를 생성해야 한다. 이미지는 몸체의 3D 지형 맵으로 변환되고 컴퓨터에 저장된다. 몸체의 이미지를 정확하게 재생성하기 위해 3D 이미지 캡쳐 시스템의 정확도에 의존한다. 그리고 소프트웨어는 이미지를 정확히 지형 맵으로 변화해야 한다. 일단 몸체의 지형 맵이 생성되면, 데이터는 이후의 검색을 위해 저장될 수 있다. 이 첫 번째 이미지는 환자의 수술전 3D 맵이다.
일단 수술전 맵이 생성되면, 환자는 진단 초음파 스캔을 받게 된다. 스캔은 주어진 영역의 지방 밀도 및 깊이를 결정하기 위한 a-라인 또는 b-모드 스캔과 같은 간단한 것일 수 있다. 하지만 바람직한 모드는 지방층의 상세한 정보가 영상화되고 기록될 수 있는 고 분해도 이미징 시스템이다. 진단용 이미징 시스템은 컴퓨터, 소프트웨어, 수술전 맵과 전자적으로 통신된다. 위치 센서 또는 정밀 위치 제어기를 사용하여 몸체에 대한 진단용 스캔의 위치 및 방향이 기록되고 수술전 맵 상에 졉쳐질 수 있다. 이것은 의사가 환자의 지방 축적의 체적 맵을 생성하도록 한다. 겹쳐진 이미지는 어느 정도의 지방이 제거되어야 하는 지를 샘플링하고 환자가 어떻게 보일지를 확인함으로써 모델로서 동작하고, 환자 및 의사가 어떤 영역이 치료가 가능한지(침습적 또는 비-침습적으로) 확인하도록 한다. 이것은 기초로서 수술전 모델을 이용하여 개괄적인 모델을 생성하고, 최종 결과를 영상화하기 위해 수술전 모델에 변화를 주는 것과 관계 있다.
3D 몸체맵을 이용한 방법
다른 실시예는 3D 몸체 맵을 이용한 몸체 성형방법에 관한 것이다. 상기 방법은 파괴될 지방 조직의 체적에 대해 3D 몸체 맵을 분석하는 첫째 단계를 포함한다. 둘째 단계는 몸체 성형 절차를 이용하여 안전하게 파괴될 수 있는 지방 조직의 양을 결정하는 단계이다. 셋째 단계는 둘째 3D 몸체 맵을 생성하기 위해 파괴된 지방 조직의 부피를 감쇄하는 단계이고, 여기서 의사 및 환자는 원하는 양의 몸체 성형 절차를 선택하기 위해 첫째 3D 몸체 맵과 몇 개의 둘째 3D 몸체 맵을 비교할 수 있다.
상기 방법에서 첫째 몸체 맵은 여기에 개시된 이미징 시스템을 이용하여 생성된다. 첫째 몸체 맵은 치료 절차가 시작되기 전의 환자에 대한 시작점을 나타낸다. 치료 제어기는 일정 부피의 지방 조직이 제거된 후의 몸의 형태를 나타내는 둘째 맵을 생성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 방법으로 치료 제어기를 사용하여, 환자는 여러 종류의 치료에서 치료의 최종 결과를 확인할 수 있다. 따라서 한번 또는 그 이상의 치료 후에 환자의 3D 몸체 맵에 기초하여 환자가 어떻게 보이는 지에 대한 추정을 할 수 있다. 이 정보는 의사 및 환자가 절차를 안내하고, 원하는 목적을 위한 안전한 치료의 회수 또는 여러 회의 치료로 인해 파괴될 수 있는 지방 조직의 최대 양을 결정하도록 사용될 수 있다.
지방 조직을 파괴하는 다른 방법
지방 조직을 파괴하는 다른 실시예는 첫째, 치료되어야 할 조직의 양 및 영역을 결정하는 단계, 및 둘째, 연속적인 동작으로 조직 영역을 지나가는 펄스 웨이브 HIFU 트랜스듀서를 사용하여 치료하는 단계를 포함하는 지방 조직을 파괴하는 방법에 관한 것이다.
동작 중에, 지방 조직의 존재 및 위치를 결정하는 단계는 이미 설명된 방법과 유사하며, 수술전 모델을 생성하기 위해 컴퓨터를 구비한 3D 이미징 시스템을 이용한다. 하지만 지방흡입술에서의 현재 절차는 환자 피부 상에 마커를 이용하여 지방 조직의 영역을 빨리 결정할 수 있도록 한다. 이러한 방법으로 의사는 경험과 훈련을 통해 환자가 치료받고자 하는 문제 영역을 인식할 수 있다. 의사는 지방 조직의 영역을 나타내면서 피부 영역의 경계를 나타내도록 마커를 이용한다. 일단 이것이 수행되면, 환자는 상기의 3D 수술전 모델을 생성하기 위한 단계를 거칠 것이며, 하지만 카메라는 피부 상에 표시된 영역을 검출하고 3D 지형 맵으로 결합할 수 있는 이점을 가진다. 마커로 사용되는 잉크는 카메라가 특별한 조건하에서 보이게 할 수 있는, 예를 들어, 특별한 광 아래에서 보이는 형광 염료의 사용과 같이, 특별한 염료 또는 도료를 포함할 수 있다.
환자를 위치시키는 것은 이미 기술된 절차와 유사하다. 그리고 환자는 선택된 영역의 지방 조직을 파괴하기 위해 고 강도 집중 초음파(HIFU) 장치로 치료된다. HIFU 장치는 상기 기술된 진단 초음파 단계에서 사용되는 정밀 위치 센서 또는 위치 메커니즘을 결합하도록 고안될 수 있다. 이러한 방식으로 초음파 치료의 방향 및 위치가 파악되고 환자의 수술전 맵 상에 겹쳐질 수 있다. 만약 고 강도 집중 초음파 전자 장치가 이미징 시스템에 결합되어 HIFU 트랜스듀서의 각 펄스 및 전송이 실시간으로 기록되고 수술전 맵 상에 나타나면, 부가적인 상세정보도 기록될 수 있다. 컴퓨터는 모든 치료 위치를 기록할 수 있으므로 이러한 방식으로 방사 단계가 안전하고 정확하게 수행될 수 있다.
HIFU 치료의 데이터를 기록하는 컴퓨터와 HIFU 트랜스듀서 사이의 피드백 통신 루프를 이용함으로써, 컴퓨터가 HIFU 트랜스듀서가 이미 치료된 영역을 다시 치료하는 것을 방지하게 하거나 또는 치료점 사이의 최소 간격을 보장함으로써, 향상된 안정성이 획득된다. 이 간격은 치료점의 3차원 형태일 수도 있고, 시간상으로 더 복잡한 간격일 수 있다. 환자가 여러 번의 치료를 받을 때, 시스템은 지난번 HIFU 치료점의 위치를 기억하여 같은 부위의 방사를 방지한다. 또한 치료점의 3D 지형 및 시간 시퀀스의 조합은 HIFU 치료의 강도, 크기 및 주기에 대한 부가 파라미터를 결합하면서, 컴퓨터 시스템에 의해 제어될 수 있다.
방사 절차가 종료되면, 계획된 대로 치료가 성공하였는지 결정하기 위해 진단 이미징 장치를 이용하여 환자는 재 스캔될 수 있다. 수술 후 평가로부터, 의사는 추가 치료를 계획할 수 있고, 또는 환자의 요구에 안전하고 효과적인 방법으로 응하기 위해 이미 계획된 추가 치료 스케줄을 수정할 수 있다.
환자에게 수행된 치료에 따라, 환자는 회복 및 몸의 성형을 돕기 위해 추가적인 약을 받거나 또는 압축 옷을 입고 퇴원할 수 있다.
예제 2
지방 조직을 파괴하는 이 방법은 동시 스캐닝과 펄스파 트랜스듀서 방법으로 이미 언급된 치료 헤드를 사용한다. 이 방법에서 환자는 이전에 설명된 것과 마찬가지로 방식으로 준비된다. 일련의 곡선은 치료되어야 할 조직 체적에 대응하는 영 역을 인식하기 위해 그려진다(도 9A). 라인 또는 그리드 사각형이 곡선상에 그려진다(도 9B). 충분한 깊이의 지방 조직을 증명하기 위해 조직을 스캔하기 위해 치료 헤드가 사용된다(도 9C). 일단 여기까지 되면, 치료가 시작될 수 있다.
펄스파 모드의 치료 트랜스듀서를 사용하면서 3mm/초에서 50mm/초의 속도로 치료 블록으로 스캔 헤드를 이동함으로써 치료가 수행된다. 로봇 암이 트랜스듀서를 움직일 수 있고, 사용자가 움직인 거리를 추적하는 장치를 가진 치료 헤드를 움직일 수 있다.
또한, 치료 헤드의 이동 라인을 따라 마이크로 위치 시스템이 사용될 수 있다. 이것으로 더 큰 영역 및 더 큰 체적이 치료될 수 있다. 이것으로 괴사되는 조직의 부피를 늘리고, 치료에 걸리는 시간을 줄이며, 비침습적 치료에 걸리는 시간을 침습적 치료에 걸리는 시간만큼 단축할 수 있다.
지방 조직을 파괴하는 다른 방법에서, 3가지 일반적인 단계가 수행된다. 첫째 단계는 조직이 치료될 체적 및 영역을 결정하는 것이다. 둘째는 조직의 체적 및 영역을 치료하는 것이고, 마지막은 치료의 효과를 결정하는 것이다.
첫째 단계는 치료될 조직의 체적 및 영역을 결정하는 것이다. 현재 성형외과 의사는 환자가 가진 지방 조직의 양을 결정하기 위해, 수년간의 경험에 의존한다. 촉각 시험으로 의사는 지방흡입술로 제거되어야 하는 지방 조직 영역의 곡선을 생성한다. 이와 동일한 방법이 의사가 곡선을 생성하는 데 시작점으로서 사용될 수 있다. 곡선 아래의 지방 조직의 깊이는 초음파 스캔을 이용하여 증명될 필요가 있다.
일단 곡선이 생성되면, 환자가 위치되어 조직이 치료 헤드에 의해 접근되도록 치료될 곡선이 위치된다. 치료 헤드는 넓은 범위의 동작이 가능하지만, 치료 헤드가 가질 수 있는 많은 방향이 장치의 사용자 및 치료받는 환자에게 편안하거나 실용적이지 않으므로, 환자의 배치는 중요하다. 일반적으로, 지방 조직의 표면 영역이 위로 향하고 평평하도록 배치된다. 환자가 치료될 체적 및 표면을 나타내면서 쉬고있을 때 조직이 불규칙하게 놓이는 것과는 달리, 이렇게 하면 한쪽에 과도하게 집중되지 않고 지방 조직이 안정된 부피로 놓인다. 또한 조직 깊이 및 체적의 규칙성은 사용자가 보다 균일하고 효과적인 치료를 하도록 한다.
사용자, 치료 헤드 및 환자의 편리함에 도움이 되는 방식으로 환자가 배치된 후, 치료 헤드는 진단 스캔 모드로 곡선 영역에 걸쳐 사용된다. 지방 조직 깊이를 알기 위한 이러한 환자의 스캔은 시스템 및 사용자에게 정확한 정보를 제공하기 위해 필요하고, 따라서 치료 헤드는 파괴되어서는 안 되는 조직을 파괴하지 않는다. 간단히 말하면, 치료가 시작되기 전에 곡선 영역 내의 지방 조직의 충분한 깊이를 알아내는 것이 필요하다. 만약 불충분한 지방 조직 깊이가 찾아지면, 안전 기준을 맞추기 위해 곡선은 다시 그려져야 한다.
치료 절차를 시작하기에 지방 조직 두께 및 체적이 충분하다면, 사용자는 환자 몸 상에 치료 영역 그리드의 표시를 시작할 수 있다. 치료 영역 그리드는 곡선에 의해 둘러싸이는 영역 정도는 되고, 곡선을 넘어설 수도 있다. 치료 영역 그리드는 템플리트(template) 또는 스텐실로 수술용 마커, 롤러 장치 또는 잉크 스프레이를 이용하여 환자 몸에 표시된다. 치료 영역 그리드를 생성하는 다른 방법도 가 능하다.
조직 체적이 확인되고 치료 영역 그리드가 놓이면, 사용자는 환자 데이터 및 원하는 치료 파라미터를 호스트 인터페이스를 이용하여 치료 장치로 입력할 수 있다. 다양한 파라미터가 장치로 입력될 수 있고, 사용자는 필요하거나 원하는 어떤 정보도 사용할 수 있다. 일단 장치가 적절히 프로그램되면, 치료될 조직의 부피 및 영역을 결정하는 단계는 종료되고, 사용자는 조직의 체적 및 영역을 실제로 치료하는 단계로 진행할 수 있다.
먼저 사용자는 치료 헤드를 환자 몸에 두고, 치료 영역 그리드와 정렬되도록 한다. 만약 치료 헤드가 치료 영역 그리드와 정렬될 수 있는 기준점 마킹을 가지면, 기준점도 정렬되어야 한다. 이것으로 치료 헤드는 치료를 위해 정확하게 위치된다. 만약 코너 또는 치료 영역 그리드의 다른 위치와 같은 현저한 시작점처럼 이미 확인된 패턴이 있다면, 사용자는 거기에서 시작할 수 있다. 또한 치료 제어기 또는 호스트 인터페이스는 어떤 영역이 치료되는 지를 결정하는 추적 시스템을 가질 수 있고, 따라서 사용자는 정보를 추적할 필요가 없다.
다음으로 사용자는 치료 헤드로 스캔할 치료 영역을 확인한다. 이것은 첫 번째 스캔된 영역이고, 스캔 헤드의 족적이 곡선 영역에 해당되는 회수만큼의 스캔 영역이 있을 수 있다. 치료 헤드가 위치에 놓이면, 진단 스캐너는 충분한 조직 깊이를 확인하기 위해 다시 동작될 수 있다. 진단 스캔은 치료 스태너와 인터리브되어 동작할 수 있고, 또는 단순히 치료 블록의 시작시에만 동작할 수 있다.
치료 블록은 치료 헤드가 치료하는 아래의 영역이다. HIFU 트랜스듀서는 치 료 제어기로부터의 파라미터에 따라 동작한다. 트랜스듀서는 마이크로-위치 시스템을 통해 움직이면서 기계적으로 블록 영역을 스캔하거나, 전자적으로 조정된 HIFU 트랜스듀서(동조된 어레이와 같이)를 사용하여 전자적으로 초점 영역이 움직일 수 있다. 치료점의 두께, 밀도 및 크기는 트랜스듀서의 스캔 속도(초점이 전자적으로 또는 기계적으로 얼마나 빨리 조직에서 움직이는지)에 의해 영향을 받을 수 있다. 또한, 세기, PRF 또는 치료 라인의 중복은 치료점 크기 및 모양에 영향을 줄 수 있다. 하나 또는 그 이상의 이러한 파라미터를 조정함으로써 크거나 작은, 깊거나 얕은 치료점을 생성할 수 있고, 사용자가 괴사 레벨에 대한 제어를 가능하게 한다. 따라서 사용자는 괴사 양을 감소시키고 소멸 효과를 생성할 수 있어, 치료 헤드가 지방 조직의 경계에 가까워질수록 조직 괴사의 양은 감소한다. 이것으로 비-지방 조직에 손상을 주는 위험 없이 조직을 치료할 수 있다. 또한 이것으로 사용자는 원하는 결과를 얻기 위해 더 넓은 영역의 괴사를 생성하도록 깊은 지방 조직에서 괴사의 영역을 넓힐 수 있다.
치료영역 소멸과 균일한 치료 값 - 곡선 사이에서 치료 밀도는 균일한 치료 값으로부터 소멸 치료 함수에 따라 변한다.
본 발명은 다양한 수정 및 다른 형태가 가능하지만, 도면에 도시된 특정 예제가 여기에 상세히 설명되어 있다. 하지만 본 발명은 개시된 특정 형태 또는 방법에 제한되지 않으며, 본 발명은 첨부된 청구항의 범위 내에 포함되는 모든 수정, 균등물, 대안을 포함한다.
Claims (65)
- 에너지 인가기를 포함하는 스캔 헤드;상기 스캔 헤드를 공간상에 매다는 지지수단; 및상기 스캔 헤드 및 상기 지지수단에 결합 되어, 상기 스캔 헤드의 위치 지정에 대해 안내하면서 상기 스캔 헤드의 위치 및 에너지 전달을 관찰하는 치료 제어기를 포함하는 몸체 영역에의 에너지 인가 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 지지수단은 공간상에서 상기 스캔 헤드의 위치 추적 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 스캔 헤드를 공간상에 매다는 지지수단은 공간상에서 상기 스캔 헤드의 수동 위치조정을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 스캔 헤드를 공간상에 매다는 지지수단은 입력 명령에 따라 상기 스캔 헤드의 위치를 조정할 수 있는 로봇 암을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 스캔 헤드의 위치를 관찰하고, 상기 스캔 헤드의 수동 위치 조정에 기초하여 치료 영역을 결정하며, 사용자로부터 다른 치료 정보를 수신하는 상기 스캔 헤드에 결합된 치료 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 5 항에 있어서,상기 치료 제어기는 상기 제어기로부터 물리적으로 분리되어 있고, 결정된 치료 영역 및 다른 치료 정보에 기초하여 치료 계획을 생성하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 6 항에 있어서,상기 치료 제어기는 상기 치료 계획을 상기 제어기로 전달하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 에너지 인가기는 적어도 하나의 진동 트랜스듀서를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 8 항에 있어서,상기 에너지 인가기는 상기 스캔 헤드 내에 장착되는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 9 항에 있어서,상기 스캔 헤드는 상기 스캔 헤드 내의 에너지 인가기의 위치를 조정할 수 있는 치료 제어기에 결합되는 서보-제어 에너지 인가기 장착 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 스캔 헤드는 사용자에 대한 안내 정보를 디스플레이할 수 있는 치료 제어기와 전자 통신하는 네비게이션 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 11 항에 있어서,상기 네비게이션 디스플레이는 비디오 스크린, LED 매트릭스, 개별 조명 요소, 및 상기 치료 제어기와의 통신 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 12 항에 있어서,상기 네비게이션 디스플레이는 상기 스캔 헤드에 장착되는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 지지수단은 관절식 암을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 14 항에 있어서,상기 관절식 암은 독립된 기저부 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 15 항에 있어서,상기 관절식 암은 상기 스캔 헤드 위치를 추적하는 디지털 인코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 스캔 헤드를 공간상에 매다는 상기 지지수단은 로봇 암인 것을 특징으로 하는 시스템.
- 환자 몸의 표면 이미지를 생성하는 3차원 이미징 장치;상기 환자 몸의 피하 이미지를 생성하는 조직 이미징 장치; 및상기 표면 이미지의 복수 개의 마커와 상기 피하 이미지를 매칭하는 상관 작업 장치를 포함하는 매칭된 지형 및 표면 근처 피하 조직 맵의 생성 시스템.
- 제 18 항에 있어서,상기 상관 작업 수단은 상기 3차원 이미징 장치 및 상기 조직 이미징 장치와 전자 통신하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 18 항에 있어서,상기 3차원 이미징 장치는 하나 또는 그 이상의 광학 카메라인 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 20 항에 있어서,상기 광학 카메라는 고 해상도 카메라인 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 20 항에 있어서,상기 광학 카메라는 디지탈 이미지 출력을 제공하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 18 항에 있어서,상기 조직 이미징 장치는 MRI 장치인 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 18 항에 있어서,상기 조직 이미징 장치는 초음파 장치인 것을 특징으로 하는 시스템.
- 로봇 암;상기 로봇 암을 제어하기 위한 제 1 제어 수단;상기 로봇 암에 연결되고, 치료 헤드 내에 움직일 수 있게 위치되는 의료 장치;상기 치료 헤드 내의 상기 의료 장치의 동작을 제어하는 제 2 제어 수단; 및상기 로봇 암, 상기 제 1 제어 수단, 상기 의료 장치 및 상기 제 2 제어 수단과 협력하여 동작하기 위해 전자 통신하는 전자 제어기를 포함하는 의료 장치 위치 조정 시스템.
- 로봇 암;상기 로봇 암을 제어하는 제 1 제어 수단;상기 로봇 암에 연결되고, 치료 헤드 내에서 고정되어 위치되는 의료 장치; 및상기 제어 수단으로부터 수신한 동작 명령을 해독하고, 상기 동작 명령을 상기 로봇 암에 전달하는 전자 제어기를 포함하는 의료 장치 위치 조정 시스템.
- 적어도 하나의 에너지 방사기를 구비하는 이동가능한 치료 헤드;가이드 링; 및상기 가이드 링의 움직임을 추적하고 상기 가이드 링 내의 중심에 상기 치료 헤드를 유지하는 추적 시스템을 포함하는 환자 몸에 대한 에너지 방사기의 움직임 안내 장치.
- 부하 평형 암;상기 부하 평형 암에 연결되는 치료 헤드 내에 움직이면서 위치하는 의료 장치; 및상기 치료 헤드 내에 상기 의료 장치의 동작 제어 수단을 포함하는 의료 장치 위치조정 시스템.
- 치료 제어기에 치료 계획을 제공하는 단계;상기 스캔 헤드로부터 에너지가 전달될 때, 상기 치료 제어기에 의해 생성되는 안내에 따라 몸체 표면에 걸쳐 스캔 헤드를 스캔하는 단계;위치 데이터를 생성하기 위해 상기 스캔 헤드의 위치 및 에너지 전달을 관찰하고, 상기 위치 데이터를 상기 치료 제어기에 전달하는 단계; 및만약 위치 및/또는 에너지 전달이 치료 계획을 벗어나면 경고를 생성하는 단계를 포함하는 몸체 영역에의 에너지 인가 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 치료 계획을 제공하는 단계는 치료 계획자에게 제공되는 치료되는 영역의 체적 맵을 생성하기 위해 에너지 전달 전에 상기 몸체 영역에 걸쳐 수동으로 상기 스캔 헤드를 스캐닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 29 항에 있어서,상기 치료 계획을 제공하는 단계는 상기 체적 맵 및 복수 개의 다른 치료 데이터에 기초하여 치료 계획을 생성하기 위해, 상기 치료 계획자에게 다른 치료 파라미터를 입력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 30 항에 있어서,상기 치료 계획은 에너지 데이터를 개시하기 전에 상기 치료 제어기에 전자적으로 전달되고, 에너지 전달 위치 및 에너지 양에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 28 항에 있어서,수동 스캐닝은 상기 스캔 헤드에 의해 제공되는 안내 정보에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 32 항에 있어서,상기 안내 정보는 적어도 하나의 영상 정보 및 청각 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 치료 계획에 대해 관찰된 위치조정에서의 에러를 보상하기 위해, 상기 스캔 헤드의 관찰된 위치에 따라 상기 치료 계획자에 의해 생성되는 데이터를 근거로 상기 스캔 헤드 내의 에너지 인가기를 자동으로 위치 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 34 항에 있어서,상기 스캔 헤드는 연속적인 치료 위치를 따라 전진하고, 상기 스캔 헤드가 각 위치에 있을 때 상기 에너지 인가는 위치 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 28 항에 있어서,경고를 생성하는 단계는 청각 신호를 생성하는 단계, 영상 신호를 생성하는 단계, 상기 에너지 전달을 감소시키는 단계, 상기 시스템을 끄는 단계, 또는 상기 스캔 헤드로의 파워를 끄는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- (a) 치료 초음파 처치에 대한 사람의 적합성을 결정하는 단계;(b) 상기 사람 위에 치료될 영역을 표시하는 단계;(c) 치료 초음파 처치를 위해 상기 환자를 위치하는 단계;(d) 상기 표시된 영역을 컴퓨터로 스캐닝하는 단계;(e) 치료 계획 소프트웨어 패키지를 이용하여 치료 초음파 처치를 설정하는 단계;(f) 상기 치료 계획 소프트웨어를 통해 제어되는 컴퓨터 시스템을 이용하여 상기 치료 초음파 처치를 활성화하는 단계;(g) 상기 치료 계획 소프트웨어를 이용하여 상기 치료 절차의 진행을 기록하는 단계; 및(h) 상기 환자에게 부가적인 치료 후 도움을 제공하는 단계를 포함하는 지방흡입 치료 절차의 수행 방법.
- (a) 환자의 하나 또는 그 이상의 지방 조직의 위치를 결정하는 단계;(b) 상기 지방 조직이 상대적으로 평평하게 분포되도록 환자를 위치하는 단계; 및(c) 치료 초음파 트랜스듀서로 상기 환자의 지방 조직 위치에 방사하는 단계를 포함하는 치료 초음파를 이용한 환자의 지방 조직 파괴방법.
- 제 38 항에 있어서,환자의 하나 또는 그 이상의 지방 조직의 위치를 결정하는 단계(단계 (a))는(a1) 마커를 이용하여 피부에 지방 조직의 추정 경계 영역의 윤곽선을 그리는 단계; 및(a2) 이미징 초음파 스캔을 수행하여 지방 조직의 존재를 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 39 항에 있어서,(a3) 컴퓨터에서 상기 지방 조직 부피의 위치를 기록하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 39 항에 있어서,단계 (a1)의 마커는 전자 센서에 의해 검출될 수 있는 특수 잉크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 38 항에 있어서,(d) 단계 (c) 후에 하나 또는 그 이상의 지방 조직의 위치를 평가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 38 항에 있어서,환자의 하나 또는 그 이상의 지방 조직의 위치를 결정하는 단계(단계 (a))는 3차원 이미징 시스템에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- (a) 3차원 이미징 시스템을 이용하여 몸체의 3차원 이미지를 생성하는 단계;(b) 상기 몸체의 3차원 이미지를 컴퓨터 판독 포맷으로 입력하는 단계;(c) 3차원 맵핑 소프트웨어 애플리케이션으로 몸체의 3차원 맵을 생성하는 단계; 및(d) 진단 초음파 장치에 의해 검출되는 지방 조직의 영역이 3차원 몸체 맵 상에 적절히 위치되도록 3차원 맵핑 소프트웨어 애플리케이션과 전자 통신하는 진단 초음파 장치로 몸체를 스캐닝하는 단계를 포함하는 지방 조직 체적 위치로 3차원 몸체 맵의 생성방법.
- 제 44 항에 있어서,상기 몸체의 3차원 이미지를 생성하는 단계는(a) 복수 개의 카메라를 이용하여 3차원 이미지 캡쳐 장치로 몸체를 위치 조정하는 단계;(b) 3차원 이미지 캡쳐 장치로부터 조합된 이미지를 이용하여 3차원 이미지를 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- (a) 파괴될 지방 조직 체적의 3차원 몸체 맵을 분석하는 단계;(b) 몸체 성형 절차를 이용하여 안전하게 파괴될 지방 조직의 양을 결정하는 단계;(c) 제 2의 3차원 몸체 맵을 생성하기 위해 단계 (b)의 파괴될 지방 조직의 부피를 공제하는 단계를 포함하고,의사 및 환자는 수행될 몸체 성형 치료의 원하는 양을 선택하기 위해 제 1의 3차원 몸체 맵과 복수 개의 제 2의 3차원 몸체 맵을 비교할 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원 몸체 맵을 이용한 몸체 성형 방법.
- 제 46 항에 있어서,상기 몸체 성형 절차는 지방흡입술인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 46 항에 있어서,상기 몸체 성형 절차는 치료 초음파 방법인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 46 항에 있어서,상기 몸체 성형 절차는 약물 요법인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 46 항에 있어서,상기 몸체 성형 절차는 지방흡입술, 치료 초음파 또는 약물 요법 중 하나 또는 그 이상의 조합인 것을 특징으로 하는 방법.
- (A) 치료될 조직의 부피 및 영역을 결정하는 단계;(B) 연속 동작으로 상기 영역의 조직을 지나가는 펄스파 HIFU 트랜스듀서로 상기 부피를 치료하는 단계를 포함하는 지방 조직 파괴 방법.
- 제 51 항에 있어서,단계 (a)는(A1) 환자 몸에 하나 또는 그 이상의 곡선을 생성함으로써 치료 영역을 표시하는 단계;(A2) 상기 지방 조직 부피가 대칭적인 조직 깊이를 가지도록 상기 치료 영역의 위치를 정하는 단계;(A3) 지방 조직 깊이를 정하기 위해 상기 치료 영역을 스캐닝하는 단계; 및(A4) 상기 치료 영역에 대해 치료 영역 그리드를 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 52 항에 있어서,환자 몸에 치료 영역 그리드를 표시하는 단계는 수술용 마커로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 52 항에 있어서,환자 몸에 치료 영역 그리드를 표시하는 단계는 잉크 롤러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 52 항에 있어서,환자 몸에 치료 영역 그리드를 표시하는 단계는 잉크 스프레이 및 스크린 템플리트(screen template)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 51 항에 있어서,단계 (B)는(B1) 환자 몸에 치료 영역 그리드와 정렬되도록 치료 헤드를 위치하는 단계;(B2) 치료 헤드로 스캐닝될 치료 영역을 확인하는 단계;(B3) 복수 개의 치료 파라미터를 선택하는 단계;(B4) 조직 깊이 및 결합을 확인하는 단계; 및(B5) 트랜스듀서가 활성화되었을 때 선형 동작으로 펄스파 HIFU 트랜스듀서를 이용하여 치료 초음파를 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 56 항에 있어서,(B6) 모든 종전 치료 위치를 기억하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하 는 방법.
- 제 56 항에 있어서,(B7) 원하는 만큼 단계 B1-B6을 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 치료 헤드 내에 매달린 에너지 인가기를 위한 동작 제어기를 포함하는 초음파 치료 헤드를 공간상에 부하 평형 암을 이용하여 위치 조정하는 방법에 있어서,(A) 치료 헤드에 힘을 인가하는 단계; 및(B) 동작 제어기에 전자 안내를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 조정 방법.
- 제 59 항에 있어서,단계 (A)에서 인가되는 힘은 상기 치료 헤드의 무게보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 59 항에 있어서,단계 (A)에서 인가되는 힘은 사람의 힘인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 59 항에 있어서,단계 (A)에서 인가되는 힘은 기계적 힘인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 59 항에 있어서,단계 (B)의 전자 안내는 컴퓨터 입력 장치로부터 수신되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 59 항에 있어서,단계 (B)의 전자 안내는 치료 제어기로부터 수신되는 것을 특징으로 하는 방법.
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