JP2020500072A - 衝突冷却のための装置および方法 - Google Patents

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Abstract

噴流衝突冷却装置は、処置領域に向けられる表面を有するハウジングと、ソースからの電磁放射(EMR)をハウジングから処置領域へと向けることができる際に通る光学的に透明な領域と、ハウジングの表面上の少なくとも1つの開口部であって、処置領域に向けられるEMRとの干渉を回避しながら、治療上許容可能な温度範囲で処置領域を維持するために、流体流を処置領域へと向けることができる際に通る少なくとも1つの開口部とを含む。【選択図】図1A

Description

<関連出願>
本出願は、2016年11月22日に出願された米国仮出願第62/497,535の利益および優先権を主張し、これによって、その全体が参照により本明細書に組込まれる。本出願はまた、2016年11月22日に出願された米国仮出願第62/497,521の利益および優先権を主張し、これによって、その全体が参照により本明細書に組込まれる。本出願はまた、2016年11月22日に出願された米国仮出願第62/497,519の利益および優先権を主張し、これによって、その全体が参照により本明細書に組込まれる。本出願はまた、2017年11月22日に出願された米国特許出願第15/820,699の利益および優先権を主張し、これによって、その全体が参照により本明細書に組込まれる。
本開示は一般に冷却装置に関し、とりわけ衝突冷却装置に関連する。
皮膚下に位置する組織の温熱治療中における皮膚冷却は、エネルギーが皮膚を通ってその下にある組織を通り抜けるようにしながら、皮膚を冷却および保護するように設計される。1つの慣行施用は、冷却のために皮膚に接して配置されることができる、サファイアなどの光学的に透明であるが熱伝導性の窓材を通り抜けるエネルギーを産出するために光源を使用する。その後、熱伝導性のサファイア窓の周囲は、管路を流れる冷水で冷却される。しかし、そのような構成では皮膚冷却は非常に不均一であり、窓の周囲の周りは良好に冷却されるが、窓の中心に向けてはそれほど効果的に冷却されない。効果的な均一な皮膚冷却はさらに、皮膚と冷却板との不十分な接触または部分接触によって妨げられることもある。
エステティック皮膚処置における短期間の適用について、他の方法は低温噴霧冷却を含む。低沸点の液体の液滴はパルス様式で皮膚領域に適用され、レーザーエネルギーを適用する直前に局所的に温度を下げる。冷却材は様々であってもよいが、主な例として−26°Cの沸点を有するR134aを含む。冷却材の沸騰は非常に有効な熱伝達である。しかし、特定のエステティック処置に必要な広い患者の領域にわたる長期使用は、多くの実用的な困難をもたらす。使いやすさの困難のいくつかは、冷却材の沸点に対する皮膚領域の温度制御および熱伝達に関する変数の複雑なセットを含む。さらに、冷却材は補給されなければならず、頻繁な使用はオフィス空気中で有害性が懸念される蒸気をもたらす。
一実施形態では、衝突冷却装置が提供される。装置は、処理領域に向けられる表面を有するハウジングを含む。装置はさらに、ソースからの電磁放射(EMR)をハウジングから処置領域に向けることができる際に通る、ハウジングの表面上に光学的に透明な領域を含む。装置はさらに、ハウジングの表面上の少なくとも1つの開口部であって、処置領域に向けられるEMRとの干渉を回避しながら、治療上許容可能な温度範囲で処置領域を維持するために、流体流を処置領域に向けることができる際に通る、少なくとも1つの開口部を含む。
いくつかの実施形態では、開口部の少なくとも1つは、表面上の光学的に透明な領域で形成される。いくつかの実施形態では、開口部を介して向けられる流体流は、処置領域に衝突するための複数の流体噴流を形成する。いくつかの実施形態では、開口部は、EMRによって照射される処置領域の一部に流体噴流が衝突することを可能にするように配置される。いくつかの実施形態では、流体噴流の出口速度は、処置領域上に形成される温度境界層を最小限にするのに十分である。いくつかの実施形態では、出口速度は20のメートル毎秒から200のメートル毎秒である。いくつかの実施形態では、開口部は、一定の直径を有する入口および出口を含む。いくつかの実施形態では、開口部は入口および出口を含み、入口は開口部にわたって圧力降下を減少させるために出口より大きい直径を有する。いくつかの実施形態では、流体流は、空気、水、またはそれらの組み合わせの少なくとも1つを含む。いくつかの実施形態では、流体流は空気流である。
他の実施形態では、表面を冷却する方法が提供される。方法は、処理領域に向けられる表面を有するハウジング内で流体流を受け取ることを含む。方法はさらに、ソースからハウジングの表面上の光学的に透明な領域を通って、処置領域へと電磁放射を伝導することを含む。方法はさらに、処置領域に向けられる電磁放射との干渉を回避しながら、治療上許容可能な温度範囲で処置領域を維持するために、ハウジングの表面上の少なくとも1つの開口部を介して処置領域に流体流を向けることを含む。
いくつかの実施形態では、開口部を介して流体流を向ける工程は、処置領域に衝突するための複数の流体噴流を形成することをさらに含む。いくつかの実施形態では、形成する工程は、処置領域上で形成された温度境界層を最小限にするのに十分な出口速度で開口部から流体噴流を出すことをさらに含む。いくつかの実施形態では、出口速度は20メートル毎秒から200メートル毎秒である。いくつかの実施形態では、方法は、流体噴流を、EMRによって照射される処置領域の一部に衝突させるように表面を配置することをさらに含む。いくつかの実施形態では、表面を配置する工程は、治療上許容可能な温度を維持するために表面と処置領域の間の間隔を調整することをさらに含む。いくつかの実施形態では、方法は流体流を冷却することをさらに含む。いくつかの実施形態では、流体流の冷却された温度は0°Cと39°Cの間である。いくつかの実施形態では、流体流を冷却する工程は、治療上許容可能な温度を維持するために流体流の温度を調整することをさらに含む。いくつかの実施形態では、方法は、治療上許容可能な温度を維持するために流体流の流量を調整することをさらに含む。
例証的で非制限的な例の実施形態は、添付の図面とともに得られる次の詳細な記載から、より明確に理解されるだろう。
本発明の実施形態にかかる、噴流衝突冷却装置の透視図である。 本発明の実施形態にかかる、図1Aの噴流衝突冷却装置の透視図である。 本発明の実施形態にかかる、3つの異なる噴流衝突ノズル配置の透視図である。 本発明の実施形態にかかる、図2Aの3つの異なる噴流衝突ノズルの横断面図である。 本発明の実施形態にかかる、噴流衝突を冷却する空気流パターンを例証する。 本発明の実施形態にかかる、他の噴流衝突冷却装置の透視図である。 本発明の実施形態にかかる、図4Aの噴流衝突冷却装置の底面図である。 本発明の実施形態にかかる、さらに他の噴流衝突冷却装置の透視図である。 本発明の実施形態にかかる、図5Aの噴流衝突冷却装置の側面図である。 本発明の実施形態にかかる、さらに他の噴流衝突冷却装置の透視図である。 本発明の実施形態にかかる、長方形の噴流衝突冷却装置の透視図である。 本発明の実施形態にかかる、他の長方形の噴流衝突冷却装置の透視図である。 本発明の実施形態にかかる、図8Aの長方形の噴流衝突冷却装置の底面図である。 本発明の実施形態にかかる、取り付けられた透明な窓を有する図4Aの噴流衝突冷却装置の透視図である。 本発明の実施形態にかかる、取り付けられた透明な窓を有する図5Aの噴流衝突冷却装置の透視図である。 本発明の実施形態にかかる、取り付けられた透明な窓を有する図6の噴流衝突冷却の透視図である。 本発明の実施形態にかかる、透明な吸熱性冷却パックを有する冷却装置の透視図である。 本発明の実施形態にかかる、透明な吸熱性冷却パックの透視図である。 本発明の実施形態にかかる、他の透明な吸熱性冷却パックを有する他の冷却装置の透視図である。 本発明の実施形態にかかる、他の透明な吸熱性冷却パックの透視図である。
様々な模範的な実施形態は、いくつかの実施例実施形態が示される添付図面に関して、以下に、より完全に記載されるだろう。しかし、現在の開示は多くの異なる形態で具体化されることができ、本明細書に記載される例示的な実施形態に制限されると解釈されるべきでない。もっと正確に言えば、これらの例示的な実施形態は、本開示が十分かつ完全であるように、および本開示の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。図面では、層および領域の大きさおよび相対的な大きさは、明瞭さのために強調されてもよい。全体に渡って、同様の数字は同様の要素を指す。
特段の定義がない限り、本明細書で使用される技術的および科学的用語を含むすべての用語は、本開示が属する当技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。例えば、要素が別の要素と「動作可能に係合される」として言及される場合、2つの要素が一方から他方へと電気的および/または光学的通信を可能にするように係合される。
本開示の実施形態は、一般に噴流衝突冷却装置を提供する。いくつかの実施形態では、本開示の装置は、処置領域に向けられる表面を有するハウジングと、空気流が処置領域に向けられることを可能にするために表面に形成される複数の開口部と、およびレーザーエネルギーが処置領域に伝導されることを可能にするためのハウジングの少なくとも1つの光学的に透明な部分とを含むことができる。
図1Aを参照すると、噴流衝突冷却装置(100)が提供される。装置(100)は、ある実施形態では、処置領域に向けられる表面(103)を有するハウジング(101)を含む。いくつかの実施形態では、空気流制御のために適切な形状を保持し、かつ動作に関する圧力および作用に耐えるために、ハウジング(101)は、金属、プラスチック、透明プラスチック、ガラス、ポリカーボネート、ポリマー、サファイア、任意の他の適切な材料、またはそれらの組み合わせなどの任意の適切な材料から構成され得る。電磁放射(EMR)が、処置領域に向けられるハウジング(101)を通って伝導することを可能にするのが望ましい限り、少なくともハウジング(101)の部分、特に少なくとも表面(103)の部分を光学的に透明な材料から形成することは有利であり得る。いくつかの実施形態では、表面(103)を含むハウジング(101)は完全に透明であってもよい。いくつかの実施形態では、図1Aで示されるように、ハウジング(101)の少なくとも周囲(101a)は、治療波長に対して不透明であってもよい。いくつかの実施形態では、不透明な部分は、ユーザーまたは患者上の潜在的な衝突からEMR処置エネルギーを有利に遮断することができる。さらに、いくつかの実施形態では、EMRが伝導しない表面(103)の部分は、透明な材料を必要としないこともある。しかし、一般に、EMRビームに近似するか、または一致する表面(103)の部分は、EMRの伝導を邪魔しないように光学的に透明でなければならない。
図1Aで示されるように、噴流衝突冷却装置(100)はさらに、空気流を処置領域上に向けるために表面(103)に形成された複数の開口部(105)を含むことができる。さらに図1Bを参照すると、いくつかの実施形態では、開口部(105)は、処置領域に向けられているEMRへの干渉を回避しながら、治療上許容可能な温度範囲で処置領域を維持するのに適切な温度、流量、および出口流速で空気流AFを処置領域上に向けるように配置されてもよい。そのために、EMRが伝導する表面(103)(EMR伝導領域)の部分に一致するか近接する開口部(105)は、光学的に透明な材料から形成され得る。他の開口部(105)はEMR伝導領域と一致しない限り、それらの開口部は透明である必要はない。
いくつかの実施形態では、複数の開口部(105)は、標的領域の少なくとも全処置領域にわたって実質的に均一な冷却を提供することができるパターンで配置されることができ、ここで、処置領域はEMRによって照射される標的領域の部分である。いくつかの実施形態では、実質的に均一な冷却は、標的面の処置部分より大きな領域にわたって広げることができる。そのような実施形態では、手動で、または処置のための目標温度範囲を維持するための適切なエネルギーを提供するようにプログラムされる自動メカニズムによって、処置領域は、処置装置がある処置領域から他の処置領域に動かされる時に事前または事後の処置領域の冷却が可能になる。
一般に、処置領域の効率的な冷却を維持する要因は、衝突ジェットの出口速度、開口部(105)の出口と処置領域との間の間隔、冷却空気の温度、および互いに対する開口部(105)の位置を含む。いくつかの実施形態では、効率的な冷却を維持するために、開口部(105)を出る衝突ジェットの出口速度は、処置領域の温度境界層を最小限にし、温度境界層を取り除き、および/または温度境界層の形成を防ぐのに十分であり得る。例えば、いくつかの実施形態では、約20メートル毎秒から約200メートル毎秒の衝突ジェットの出口速度は、処置領域の治療上許容可能な温度を維持するために十分な流量を提供しながら、温度境界層を最小限にするか取り除くのに十分であり得る。複数の開口部(105)の衝突ジェットについて特定の出口速度が望まれる限り、出口速度は、各開口部(105)の全供給空気量と全集合出口領域との関係に従って決定することができる。1つの特定の実施例において、図1Aおよび1Bで示されるような9穴のオリフィス孔を有する装置(100)を使用して、各開口部(105)が0.2286cmの直径、したがって0.04129平方cmの面積を有する出口を含む場合、装置(100)は9×0.04129=0.3697平方cmの全集合出口領域を有する。したがって、例えば、毎分169.9リットルのLPMの冷却空気供給流量については、各開口部から生じる出口速度は毎秒約76メートルである。しかし、この開示を考慮すると、これは1つの特定の実施例にすぎず、様々な実施形態に従って、任意の大きさ、形状、出口領域、全集合出口領域、またはそれらの組み合わせを有する任意の数の開口部(105)が、任意の流量を有する空気流を向けるために使用され得ることが明白だろう。
一定の開口部(105)の出口の大きさ、開口部の出口と処置領域との間の間隔、および冷却空気温度であると仮定すると、開口部(105)の追加または削減は、出口速度を減少あるいは増加させる。定数の開口部(105)、開口部の出口と処置領域との間の間隔、および冷却空気温度について、冷却能力を増加させるために出口速度が増加されてもよい。増加した出口速度を補助するために、ハウジング(101)に導入され、かつ開口部(105)を通って向けられる冷却空気の流量が増加されてもよい。
等流を促進し、かつ所望の冷却速度を維持するために、使用中、開口部(105)は、標的面から間隔を開けられ、実質的に均一な冷却を維持し、効率的な噴流衝突冷却を促進することができる。特に、処置領域に開口部(105)の出口が近接することは、衝突ジェットの衝突速度および流動の特性に影響を与え、全体的な衝突幾何学に対応することができる。冷却効率に関して、一般に、装置(100)の存在が流れパターンおよび/または処置領域にわたって等流を提供する能力を妨げない限り、間隔がより近いほど冷却効率がより大きくなる。例えば、一定の出口速度および冷却空気温度であると仮定して、出口と処置領域との間の間隔を約0.5インチから約0.75インチに増加させることは、およそ15%の冷却効率の減少を結果としてもたらす。いくつかの実施形態では、開口部(105)と標的表面の間の間隔は、0.001インチから1インチを超える間の範囲で維持され得る。いくつかの実施形態では、間隔は約0.5インチである。より一般に、治療上許容可能な温度範囲を維持するために、処置領域に実質的に均一な冷却を提供することができる限り、開口部(105)と標的表面の間の任意の間隔が使用され得る。
開口部(105)の相対的な位置決めに関して、より狭いパターン、すなわち、開口部(105)間の間隔を減少させること、および/または一定の大きさの表面(103)に形成された開口部(105)の数を増加させることで、冷却効率を増加させることができる。例えば、処置領域上のジェット衝突間の間隔が0.8インチから0.6インチに減少するように開口部(105)間の間隔を減少させることは、冷却効率を約15%増加させることができる。冷却空気温度に関して、一般に、温度が下がるにつれて冷却効率は増加する。例えば、冷却空気温度を約5°Cから約0°Cに下げることで、冷却効率を約25%増加させることができる。
いくつかの実施形態では、開口部(105)は、任意の適切な内部形態を有するように構成されてもよい。例えば、図2Aで示されるように、表面(103)は、そこに形成される3つの開口部(105a、105b、105c)を有し、および各々が入口(201a、201b、201c)および出口(203a、203b、203c)を有する。図2Aで示されるように、各開口部(105a、105b、105c)は、類似した出口(203a、203b、203c)の直径を有しながら、異なる内部形態および入口の大きさ(201a、201b、201c)を含む。さらに図2Bを参照すると、第1の開口部(105a)は円筒状であり、入口(201a)および出口(203a)の直径が実質的に類似する。第2の開口部(105b)は、入口(201b)に近接する面取り部(205)を含み、その面取り部(205)ゆえに、入口(201b)は出口(203b)よりも大きい。第3の開口部(105c)は、入口から(201c)から伸びて出口(203c)に向かって収束する、ノズル状のテーパー(207)を含む。一般に、開口部(105a、105b、105c)の出口(203a、203b、203c)の直径は実質的に類似するため、計算される出口速度は開口部(105a、105b、105c)の各々について実質的に類似すべきである。しかし、いくつかの損失は、開口部(105a、105b、105c)にわたる圧力降下に関係している。したがって、第2の開口部(105b)の面取り部(205)およびノズル状のテーパー(207)の第3の開口部(105c)は、より緩やかな流れの絞りを提供することによって圧力降下を減少させるため、第2の出口速度および第3の開口部(105b、105c)は、第1の開口部(105a)の出口速度を上回る。
さらに、開口部(105a、105b、105c)、入口(201a、201b、201c)、および出口(203a、203b、203c)はそれぞれ、円形断面を有するものとして図1Aおよび2Aに示され記載されるが、この開示を考慮すると、いくつかの実施形態では、開口部(105a、105b、105c)、入口(201a、201b、201c)、および出口(203a、203b、203c)は、任意の適切な横断面形状を有し得ることは明白だろう。例えば、横断面形状としては、限定されないが、円形、正方形、長方形、楕円形、卵形、三角形、六角形、八角形、任意の他の適切な形状、あるいはそれらの組み合わせが挙げられる。
さらに図3を参照すると、一般に、各開口部(105)の出口(203)は、治療上許容可能な温度で処置領域Tを維持することを容易にするために、空気流を向けて、処置領域Tの温度境界層BLを最小限にするのに十分な出口速度で衝突ジェットを生成することができる。特に、図3は、開口部(105)を出る空気流のフローマップを例証する。図3に示されるように、開口部(105)の出口(203)は、自由噴流領域(301)および衝突領域(303)を確立し、ここで、自由噴流領域(301)の空気流は温度境界層BLを最小化する。衝突領域(303)では、温度境界層BLを通って処置領域T上に衝突する際に、空気流を壁面噴流領域(305)に再び向けて、処置領域の表面に沿って冷却効果をさらに広げることができる。一般に、熱伝達は中心滞留領域(306)に向けて最も高く、側壁領域(305)において徐々に減少する。
衝突ジェットに高い出口速度を提供することによって、温度境界層BLは処置領域で実質的に最小化され、最小化されていない境界層BL条件よりも高い表面熱伝達率をもたらすことができる。したがって、冷却効率は、一般に、より高い出口速度を提供することによって向上させることができる。上述のように、出口速度は、一般に、開口部(105)の全集合出口(203)領域および/または冷却空気供給流量を調整することによって制御され得る。
上述されるように、冷却効率もまた、冷却空気温度の調整と同様に、出口(203)と処置領域Tとの間の間隔を制御することによって調整されることができる。いくつかの実施形態では、1つ以上のセンサが処置領域Tの温度をモニターするのに利用可能である限り、装置(100)は、治療上許容可能な温度を維持するために、冷却空気供給流量、冷却空気温度、出口(203)と処置領域Tとの間の間隔、またはこれらの組み合わせを、センサフィードバックにリアルタイムで応答して調整することを可能にし得る。
再び図1Aを参照すると、いくつかの実施形態では、装置(100)は、装置(100)内で空気流AFを受け取るために、1つ以上の冷風口(107)をさらに含むことができる。各冷風口(107)は、例えば、ハウジング(101)中の開口部、ハウジングと流体連通されたチューブ、ルアーロックコネクタ、取付器具、任意の他の適切な設計、またはこれらの組み合わせを含む、空気流源に接続するために任意の適切な設計、大きさ、または形状であってもよい。いくつかの実施形態では、冷風口(107)は、ハウジング(101)と一体的に形成され得る。いくつかの実施形態では、冷風口は、ハウジング(101)に取り付けられるか、固定されるか、あるいはでそうでなければハウジング(101)に流体連通される別々の要素であってもよい。
図1Bに示されるように、いくつかの実施形態では、冷風口(107)を通って提供される気流を開口部(105)に分配するために、ハウジング(101)は本明細書に定義されるプレナム(109)をさらに含んでもよい。プレナム(109)は、開口部(105)に再び向けられるハウジング(101)の内部全体にわたって空気流AFを集めて実質的に均一に分配するための貯槽として機能することができる。したがって、冷風口(107)を通って提供される空気流を開口部(105)に実質的に均一な様式で分配するために、プレナム(109)は表面(103)の冷風口(107)および開口部(105)と流体連通され得る。したがって、プレナム(109)は開口部(105)の各々を通って、処置領域上に実質的に等流を提供するように構成され得る。いくつかの実施形態では、プレナム(109)は、装置(100)のすべての開口部(105)にわたって実質的に均一な空気流出力を提供するために、必要に応じて内部整流装置(図示せず)を含んでもよい。
いくつかの実施形態では、装置(100)は、処置領域の処置のために、EMR源ESが表面(103)のEMR伝導領域を介してEMRを放射することを可能にするためのEMRポート(111)をさらに含み得る。いくつかの実施形態では、EMR源ESは、例えば、レーザー源、RF源、光ファイバーケーブル、フラッシュランプ源、X線源、EMRまたはEMR経路の任意の他の適切な源、あるいはこれらの組み合わせを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、図1Bで示されるように、EMR源ESは、EMR源ESによって放射されたEMRビームの均質化のために、EMRビームコリメータ(113)に結合され得る。
いくつかの実施形態では、コリメータ(113)は、処置領域上に所望のEMRビーム形を提供するために、ビーム拡大器および/または光学素子を成形する他のビームなどの光学素子(115)上に入射され得る。特に、図1Bで示されるように、EMRは拡大する様式で放射されるため、EMRビームは比較的狭く、EMR源ESからのEMRが導入されるハウジング(101)の入力窓(117)に近接する。その後、EMRビームは、さらに移動するにつれて大きさが拡大し、および拡大された比較的広い領域にわたって処置領域を照射する。いくつかの実施形態では、ビーム拡大は、ビームによって交差した開口部(105)の数を最小限にするように構成することができ、それによって、表面(103)の透明伝導領域に形成された開口部(105)によって引き起こされた任意の反射または散乱からの光損失を最小化する。分岐するEMRビームとして図1Aおよび1Bで示されるが、この開示を考慮すると、類似する衝突ジェット冷却と共に使用され得る、例えば、平行ビーム、集束ビーム、収束ビーム、拡大ビーム、真っすぐに拡張したビームなどを含む任意のビーム形を、様々な実施形態に従って使用できることは明白だろう。さらに、図1Aおよび1Bはハウジング(101)と同心で伝導する単一のEMRビームを例証するが、この開示を考慮すると、いくつかの実施形態では、任意の数のEMRビームがハウジング(101)を介して、同心的に、非同心的に、ハウジング(101)に対する入射角で、あるいは任意の他の適切なビーム経路に沿って伝導されてもよいことは明白だろう。
いくつかの実施形態では、拡大したビームの衝突面積より広い表面(103)の開口部(105)のパターンを提供することによって、装置(100)は、EMRビームによって照射された全処置領域だけでなく、処置領域を囲む環帯においても実質的に均一な冷却をさらに提供することができる。そのような追加の冷却は、EMRビーム散乱および/または発散のために方向を変えられた、それたEMRエネルギーによって照射されやすい隣接エリアに冷却を有利に提供する。さらに、そのような隣接した冷却は、処置プロトコルに対して処置前後の冷却をさらに有利に提供することができ、ここで、EMRビームが処置領域にわたって走査される。
さらに図4Aを参照すると、他の実施形態では、噴流衝突冷却装置(400)は、EMRの伝導路上の空気流特性の侵害を最小化するように構成されるハウジング(401)を含むことができる。例えば、ハウジング(401)は、制限されないが、処置領域上への適切な空気流およびEMR伝導特性を提供するために、必要に応じて、図1を参照して上述されたハウジング(101)と類似した材料から構成され得る。
さらに図4Aを参照すると、ハウジング(401)は、ハウジング(401)のプレナム(409)に空気流を提供するためにポート(407)をさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、ポート(407)およびプレナム(409)は、例えば、図1を参照して上述された冷風口(107)およびプレナム(109)に実質的に類似し得る。いくつかの実施形態では、プレナム(409)は、ポート(407)を介して受け取られた空気流AFを複数の空気管(403)に実質的に均一に分配するのを補助するために、ハウジングに形成される複数のバッフル(411)を含んでもよい。
図4Aで示されるように、いくつかの実施形態では、空気管(403)は、ハウジング(401)のバッフル(411)から処置領域に向かって伸び、処置領域に空気流AFを向けることができる。さらに、各空気管(403)は、空気流AFを処置領域に向けることができる開口部(405)を含み得る。開口部(405)は、様々な実施形態に従って、例えば、図1および2を参照して上述される開口(105)に実質的に類似してもよい。いくつかの実施形態では、空気管(403)は、処置領域に向けられているEMRへの干渉を最小化しながら、治療上許容可能な温度範囲で処置領域を維持するのに適切な温度、流量、および出口流速で、空気流AFを開口部(405)を通って処置領域上に向けるように配置され得る。そのために、さらに図4Bを参照すると、並んだ空気管(403a)が伸びるバッフル(411)と同様に、EMRが伝導するハウジング(401)の領域(EMR伝導領域)に一致するか近接する並んだ空気管(403a)は、光学的に透明な材料から形成され得る。さらに、EMR伝導領域に一致するか近接する並んだ空気管(403a)の数は最小化され、処置領域の実質的に均一な冷却を依然として提供しながら、できるだけ小さいEMR伝導領域を占領するように構成され得る。したがって、いくつかの実施形態では、EMR伝導領域の大部分は完全に妨げられることはない。EMR伝導領域に一致しないか近接しない他の空気管(403b)は、透明である必要はない。いくつかの実施形態では、複数の空気管(403)は、標的領域の少なくとも全処置領域にわたって実質的に均一な冷却を提供することができるように配置されることができ、ここで、処置領域はEMRによって照射される標的領域の部分である。いくつかの実施形態では、実質的に均一な冷却は、事前または事後の処置領域の冷却を可能にするために、標的領域の処置領域より広い領域にわたって広げることができる。等流を促進し、かつ所望の冷却速度を維持するために、使用中、空気管(403)は、標的面から間隔を開けられ、実質的に均一な冷却を維持し、および図1−3を参照して上述される噴流衝突冷却を容易にすることができる。
さらに図5Aを参照すると、他の実施形態では、噴流衝突冷却装置(500)はハウジング(501)を含むことができ、その大部分は、ユーザーまたは患者の処置されていない領域上の潜在的な衝突からEMR治療エネルギーを遮断するために、治療波長に対して不透明である。そのため、ハウジング(501)は、例えば、制限されないが、EMR伝導領域外のEMR処置エネルギーを遮断するために、必要に応じて、図1を参照して上述されるハウジング(101)に類似した材料から構成され得る。
装置(500)は、処置領域に向けられるためのEMR入力面(501a)および対向面(503)を含む、実質的に不透明なハウジング(501)を含むことができる。処置領域に向けられるようにハウジング(501)および対向面(503)の入力面(501a)を通してEMRが伝導されることを可能にするためにハウジング(501)のEMR伝導領域を提供することが望ましい限り、EMR入力面(501a)は、EMR源ESから伝えられたEMRが伝導されることを可能にする光学的に透明な入力窓(502)を含むことができる。さらに、対向面(503)は、光学的に透明な出力窓(504)であって、入力窓(502)を通って伝導されたEMRを、さらに伝導させる際に通して、処置領域に向けることを可能にする光学的に透明な出力窓(504)を含む。EMRの伝導を促進するために、入力窓(502)および出力窓(504)を、例えば、透明プラスチック、ガラス、ポリカーボネート、サファイア、任意の他の適切な光学的に透明な材料、またはこれらの組み合わせを含む、適切な任意の光学的に透明材料で構成することができる。
装置(500)はまた、処置領域上に空気流を向けるための対向面(503)および出力窓(504)に形成された複数の開口部(505)を含むことができる。例えば、複数の開口部(505)の各々は、図1および2を参照して上述された開口部(105)に実質的に類似して構成され得る。装置(500)はまた、ハウジング(501)内で空気流を受け取るために、少なくとも1つの冷風口(507)を含むことができる。図5Bで示されるように、ある実施形態では、装置(500)は、提供される冷風をより均一に分配するために、3つの冷風口(507)を含んでもよい。例えば、各冷風口(507)は、図1を参照して上述された冷風口(107)と実質的に類似して構成され得る。
他の実施形態では、さらに図6を参照すると、噴流衝突冷却装置(600)はハウジング(601)のEMR伝導領域の空気管(603)の配置を回避するために提供することができる。ハウジング(601)は、画定された1つ以上の凹部(602)を含むことができ、それから空気管(603)は、EMR伝導領域内ではなく、それに隣接して延びて、EMRによって照射された処置領域に衝突するように空気流を向けることが依然として可能である。特に、EMRは拡大する様式で放射されるため、EMRビームは比較的狭く、EMR源ESからのEMRが導入されるハウジング(601)の入力窓(604)に近接する。その後、EMRビームは、さらに移動するにつれて大きさが拡大し、および拡大された比較的広い領域にわたって処置領域を照射する。したがって、空気管(603)はハウジング(601)のEMR伝導領域内ではなく、それに隣接するが、空気管(603)の開口部(605)によって生成された空気ジェットは、EMRによって照射された部分に一致する処置領域上で衝突することができる。さらに、いくつかの実施形態では、ハウジング(601)は、受け取られた供給空気流AFを実質的に均一に分配するために、入力窓を囲むプレナム(図示せず)を含んでもよい。
空気流特性を維持し、かつ動作要件に耐えるために、ハウジング(601)は、例えば、限定されないが、図1を参照して上述されたハウジング(101)に類似した材料から構成され得る。空気管(603)および開口部(605)は、例えば、図4Aおよび4Bを参照して上述された空気管(403)および開口部(405)に類似してもよい。
特定の広い処置領域にわたる走査処置パターンを容易にするために、図7に示されるような長方形のハウジング(701)を有する噴流衝突冷却装置(700)が提供され得る。ハウジングは、処置領域に向けられる表面(703)を含む。いくつかの実施形態では、処置領域に向けられるハウジング(701)を通してEMRが伝導されることになっている限り、ハウジング(701)は、光学的に透明な材料から少なくとも部分的に構成されてもよい。図7で示されるように、装置(700)は、空気流AFを処置領域上に向けるために表面(703)に形成された複数の開口部(705)を含むことができる。さらに図7を参照すると、装置(700)は、開口部(705)を介して、向けられるハウジング(701)内で空気流AFを受け取るために冷風口(707)をさらに含み得る。いくつかの実施形態では、ハウジング(701)、表面(703)、開口部(705)、および冷風口(707)の各々は、例えば、図1を参照して上述されるようなハウジング(101)、表面(103)、開口部(105)、および冷風口(107)に実質的に類似し得る。
さらに図8Aを参照すると、別の実施形態では、噴流衝突冷却装置(800)は、ハウジング(801)のEMR伝導領域に空気管(803)が配置されるのを回避しながら、特に大きな処置領域にわたって処置パターンの走査を容易にするために長方形ハウジング(801)を有する。その点では、ハウジング(801)は、処置領域に向けられる表面(802)およびEMR伝導領域を形成するためのハウジング(801)内で画定された長方形の開口部(804)を含むことができる。EMR伝導領域内での空気管の配置を回避するために、EMR源ESは、開口部(804)を介して、拡大する長方形のEMRビームを放出するように構成することができる。したがって、EMRビームは図6に関して記載されるような拡大するビームであるため、空気管(803)は、図8Bに示されるように、EMR伝導領域内ではなく、EMR伝導領域に隣接して延びることができ、EMRによって照射される処置領域上に衝突するように空気管(803)の開口部(805)を介して気流をさらに方向付け、処置領域の実質的に均一な冷却を提供することができる。さらに、追加の空気管(803)は追加の開口部(805)をEMR伝導領域の外側に設けるため、冷却が処置領域に隣接する領域に提供される。そのような隣接した冷却は、処置の間に装置が移動または走査される場合、事前または事後の処置領域の冷却を有利に可能にすることができる。したがって、特定の処置領域の処置期間中だけでなく、隣接した処置領域のドウェル時間中もまた、冷却が起こり得る。
いくつかの実施形態では、装置(800)は、開口部(705)を通って、向けられるハウジング(801)内に気流AFを受け入れるための冷風口(807)をさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、ハウジング(801)、表面(802)、開口部(805)、および冷風口(807)の各々は、例えば、図1を参照して記載されるようなハウジング(101)、表面(103)、開口部(105)、および冷風口(107)に実質的に類似してもよい。空気管(803)は、例えば、図4Aおよび4Bを参照して記載されるような空気管(403)と実質的に類似し得る。
<窓冷却>
いくつかの用途では、例えば、処置領域の変形または汚染を防ぐために、衝突空気が処置領域上に直接衝突することを防ぐことが望ましい場合もある。そのような実施形態では、開口部から出る空気ジェットが処置領域上に衝突するのではなく、その代りに、透明な熱伝導性の窓上に衝突するように構成され得る。特に、窓の衝突冷却によって生成された冷却熱伝達は、処置領域に伝導されるEMRを妨げることなく、窓の表面全体にわたって熱を取り除くのに有利に効果的であり得る。窓を横切って流れる冷却された空気は、EMRに対して透明であり、したがって窓の表面全体を有利に冷却することができる。対照的に、従来の窓の冷却設計は流動管が透明ではないため、周囲冷却に制限されている。さらに、そのような設計は、窓の熱伝導率によって大きさが制限され、窓の縁部に熱を伝導し、上述されるようなむらのある冷却を生成する。
冷却のための窓は、特定の処置に適した任意の大きさで提供されてもよい。例えば、図9に示されるように、窓噴流衝突装置(900)は、空気管(403)の開口部(405)の外に向けられる気流が衝突するようにマウントされた窓(901)を有する、図4Aおよび4Bの噴流衝突装置(400)を含むために設けられる。図9に示されるように、窓(901)は、装置(900)が処置領域の間を移動する時に、患者上でより大きい冷却領域を提供し、かつ事前または事後の処置領域の冷却を提供するために、ハウジング(401)の直径より大きい直径を有することができる。いくつかの実施形態では、光学的透明性および十分な冷却を提供するのに適切であるために、窓(901)は、例えば、ガラス、光学的に透明なプラスチック、サファイア、任意の他の適した材料、またはこれらの組み合わせなどの、任意の適切な透明な熱伝導性の材料を含むことができる。
さらに図10を参照すると、窓噴流衝突装置(1000)は、表面(503)の開口部(505)の外に向けられる気流が衝突するように、マウンティングポスト(1003)によってマウントされた窓(1001)を有する図5Aおよび5Bの噴流衝突装置(500)を含むために設けられる。図10に示されるように、窓(1001)は、処置領域の外の患者の上に噴流衝突冷却を向けることを依然として可能にしながら、EMRによって照射される処置領域での窓冷却を提供するために、ハウジング(501)の直径よりも小さな直径を有することができる。したがって、装置(1000)が処置領域の間を移動する時に、装置は、事前または事後の処置領域の冷却中に直接噴流衝突冷却を提供することができる。いくつかの実施形態では、光学的透明性および十分な冷却を提供するのに適切であるために、窓(1001)は、例えば、ガラス、光学的に透明なプラスチック、サファイア、任意の他の適切な材料、またはこれらの組み合わせなどの任意の適切な透明な熱伝導性の材料を含むことができる。有利には、より小さな窓は、より低い製造コストを提供し、装置(1000)移動中に窓と処置領域との間の摩擦を減少させることができる。
さらに図11を参照すると、窓噴流衝突装置(1100)は、空気管(603)の開口部(605)の外に向けられる気流が衝突するようにマウントされた窓(1101)を有する、図6の噴流衝突装置(600)を含むために設けられる。図10を参照すると、窓(1101)は、処置領域の直接衝突および事前または事後の冷却がない正確な冷却領域を提供するために、ハウジング(601)の直径とほぼ同じ直径を有することができる。したがって、装置(1100)は、処置中に使用するためのコンパクトで機動性があるハンドピースを提供することができる。いくつかの実施形態では、光学的透明性および十分な冷却を提供するのに適切であるために、窓(1101)は、例えば、ガラス、光学的に透明なプラスチック、サファイア、任意の他の適切な材料、またはこれらの組み合わせなどの任意の適切な透明な熱伝導性の材料を含むことができる。
<透明な吸熱素子>
いくつかの実施形態では、光学的に透明な吸熱性の「冷却パック」が望ましい場合もある。そのような実施形態では、処置領域の冷却を提供するために、光学的に透明な吸熱性の「冷却パック」を処置領域上に置くことができる。
さらに図12を参照すると、透明な吸熱性の冷却パック(1300)を有する冷却装置(1200)は、処置領域を冷却している間に処置を提供するために提供される。一実施形態では、冷却装置(1200)は、処置領域に処置を供給するためのEMR源(1201)を含んでもよい。いくつかの実施形態では、EMR源(1201)は、例えば、レーザー源、RF源、光ファイバーケーブル、レーザーコリメーター、フラッシュランプ源、X線源、任意の他の適切なEMR源、またはこれらの組み合わせを含むことができる。冷却装置(1200)は、EMR源(1201)と処置領域との間の好ましい距離を維持するためにスペーシング要素(1203)をさらに含むことができる。スペーシング要素(1203)は、例えば、図12に示されるような杆体を含む、EMR源(1201)と処置領域との間の分離を維持することができる任意の適切な構造を含むことができる。冷却装置(1200)は、処置領域へ冷却を提供するために、吸熱性の冷却パック(1300)を受け取り、かつ処置領域に対して取り外し可能に保持する受け部(1205)をさらに含むことができる。
さらに図13を参照すると、いくつかの実施形態では、冷却パック(1300)は、例えば、光学的に透明なプラスチック、ガラス、アクリル、ポリエチレン、セルロース、ポリビニル、任意の他の適切な光学的に透明な材料、またはこれらの組み合わせなどの試薬を保持するのに適した任意の材料で構築され得る外部パック(1301)を含むことができる。いくつかの実施形態では、冷却パック(1300)は、吸熱反応を生成するのに適した任意の2つ以上の試薬(1303および1305)で満たされることができ、光学的に透明な試薬および産物を有する。例えば、一実施形態では、チオ硫酸ナトリウムは光学的に透明な結晶を有し、水との溶液中で良好な光伝送をもたらすことができる。しかし、いくつかの実施形態では、類似する特質および透き通った溶液を有する任意の他の適した材料が使用され得ることは明白だろう。いくつかの実施形態では、冷却パック(1300)が使用されるまで試薬(130、1305)を分離したままで維持するために、壊れやすいまたは粉砕できるプラスチックあるいはガラスの仕切板(1307)を提供し、その結果、仕切板(1307)を壊して、試薬(1303と1305)を接触させ、吸熱反応を開始することができる。
一般的に、いくつかの用途では、処置を停止し、処置のための十分な冷却期間を提供するために冷却パック(1300)を置き換える必要があることが明白であるが、冷却パック(1300)は、処置領域に処置を提供するために十分な時間続く吸熱反応を生成することができる。冷却パック(1300)は、さらに有害なEMRエネルギー減衰を防ぐのに十分に狭い厚さを維持するように設計されることができる。一般的に、そのような減衰は、約1cm以下の合計充填厚みを有する冷却パック(1300)を回避することができる。一般的に、厚さは、冷却パック(1300)中に提供される試薬(1303、1305)の量によって決定される。しかし、いくつかの実施形態では、冷却パック(1300)全体にわたって抑制された、一貫した厚さを提供するために、冷却パック(1300)は1つ以上のプラスチックスペーサ構造(図示せず)を含むことができ、または溶液が光学的に清澄な所定の厚さを有する自由粒子(図示せず)を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、5mmの直径を有する透明なプラスチック球を含むことができる。そのような実施形態では、試薬容量を最大限にするために、外部のパック(1301)は非常に薄い材料で構成され得る。例えば、いくつかの実施形態では、外部のパック(1301)の材料は、約0.003インチから約0.015インチの厚さを有することができる。さらに、そのような薄い外部のパック(1301)の材料は、処置領域のあらゆる輪郭に適合するためのコンプライアント面を提供することによって、処置領域との完全な接触を容易にするのに役立つ。
さらに図14を参照すると、より大きい領域にわたって冷却が望まれる限り、長方形の透明な吸熱性の冷却パック(1500)を有する冷却装置(1400)は、処置領域を冷却している間に処置を提供するために設けられる。いくつかの実施形態では、装置(1400)は、処置領域に処置を提供するためにEMR源(1401)を含むことができる。いくつかの実施形態では、EMR源(1401)は、例えば、レーザー源、RF源、光ファイバーケーブル、レーザーコリメーター、フラッシュランプ源、X線源、任意の他の適切なEMRの源、またはこれらの組み合わせを含むことができる。冷却装置(1400)は、EMR源(1401)と処置領域との間の好ましい距離を維持するためにスペーシング要素(1403)をさらに含むことができる。スペーシング要素(1403)は、例えば、図12に示されるような長方形ピラミッド状スペーサーを含む、EMR源(1401)と処置領域との間の分離を維持することができる任意の適切な構造を含むことができる。冷却装置(1400)は、処置領域に冷却を提供するために、長方形の吸熱性の冷却パック(1500)を受け取り、処置領域に対して取り外し可能に保持するように構成される受け部(1405)さらに含むことができる。一般に、受け部(1405)は、例えば、図12を参照して記載される受け部(1205)と実質的に類似であってもよい。
さらに図15を参照すると、長方形の冷却パック(1500)は、外部のパック(1501)、試薬(1503、1505)、および仕切板(1507)を含むことができる。外部のパック(1501)、試薬(1503、1505)、および仕切板(1507)の各々は、例えば、図13を参照して記載される外部のパック(1301)、試薬(1303、1305)、および仕切板(1307)と本質的に類似し得る。
本開示が、本明細書の特定の実施形態に関して記載されてきたが、本開示の真の趣旨と範囲から逸脱することなく様々な変化がなされ、同等物が代わりに用いられてもよいことを、当業者は理解するであろう。加えて、多くの修飾が、本開示の真の趣旨と範囲から逸脱することなく、特定の状況、兆候、材料および組成物、工程の段階、または手順に適応させるためになされてもよい。そのような修正はすべて、本明細書に添付された請求項の範囲内で行われるように意図されている。

Claims (22)

  1. 衝突冷却装置であって、該衝突冷却装置は:
    処置領域に向けられる表面を有するハウジングと;
    ソースからの電磁放射(EMR)をハウジングから処置領域に向けることができる際に通る、ハウジングの表面上の光学的に透明な領域と;
    ハウジングの表面上の少なくとも1つの開口部であって、処置領域に向けられているEMRとの干渉を回避しながら、治療上許容可能な温度範囲で処置領域を維持するために、流体流が処置領域に向けることができる際に通る、少なくとも1つの開口部と、
    を含む、衝突冷却装置。
  2. 開口部の少なくとも1つが表面の光学的に透明な領域に形成される、請求項1に記載の装置。
  3. 開口部を通って向けられる流体流は、処置領域に衝突するための複数の流体噴流を形成する、請求項1に記載の装置。
  4. 開口部は、流体噴流がEMRによって照射される処置領域の部分上に衝突することを可能にするよう配置される、請求項3に記載の装置。
  5. 流体噴流の出口速度は、処置領域上に形成される温度境界層を最小限にするのに十分である、請求項3に記載の装置。
  6. 出口速度は20メートル毎秒から200メートル毎秒である、請求項5に記載の装置。
  7. 開口部は入口および出口を含み、入口および出口は一定の直径を有する、請求項1に記載の装置。
  8. 開口部は入口および出口を含み、入口は、開口部にわたって圧力降下を減少させるために出口より大きい直径を有する、請求項1に記載の装置。
  9. 流体流は、空気、水、またはこれらの組み合わせの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の装置。
  10. 流体流は気流である、請求項9に記載の装置。
  11. 表面を冷却するための方法であって、該方法は:
    表面の光学的に透明な領域を通って向けられる電磁放射(EMR)に処置領域をさらす工程と;
    EMRとの干渉を回避しながら、処置領域に流体流を向ける工程と;
    処置領域を治療上許容可能な温度で維持するために流体流を制御する工程と、
    を含む、方法。
  12. 流体流を向ける工程は、処置領域に衝突するための複数の流体噴流を形成することをさらに含む、請求項11に記載の方法。
  13. 流体噴流を形成する工程は、処置領域上に形成される温度境界層を最小限にするのに十分な速度で流体噴流を与えることをさらに含む、請求項12に記載の方法。
  14. 速度は20メートル毎秒から200メートル毎秒である、請求項13に記載の方法。
  15. 処置領域をさらす工程は、EMR源から表面の光学的に透明な領域を通って、処置領域へとEMRを伝導することをさらに含む、請求項11に記載の方法。
  16. 流体流を向ける工程は:
    処置領域に向けられる表面を有するハウジング内で流体流を受け取ること;および、
    EMRとの干渉を回避しながら、治療上許容可能な温度範囲で処置領域を維持するために、ハウジングの表面の少なくとも1つの開口部を通って流体流を処置領域へと向けること、
    をさらに含む、請求項12に記載の方法。
  17. EMRによって照射される処置領域の部分上に流体噴流を衝突させるように表面を配置することをさらに含む、請求項16に記載の方法。
  18. 流体流を制御する工程は、治療上許容可能な温度を維持するために、表面と処置領域との間の間隔を調整することをさらに含む、請求項17に記載の方法。
  19. 流体流を制御する工程は流体流を冷却することをさらに含む、請求項11に記載の方法。
  20. 流体流の冷却された温度は0°Cから39°Cである、請求項19に記載の方法。
  21. 流体流を冷却する工程は、治療上許容可能な温度を維持するために、流体流の温度を調整することをさらに含む、請求項19に記載の方法。
  22. 流体流を制御する工程は、治療上許容可能な温度を維持するために、流体流の流量を調整することをさらに含む、請求項11に記載の方法。
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