KR102589046B1 - 냉각마취 및 무통을 위한 어플리케이터 - Google Patents

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스티븐 스미스
케빈 피. 피프
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이터보 카린
시드맨 그레고르
헨드릭슨 조세프
위제 케빈
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Abstract

세장형 몸체 및 상기 세장형 몸체 내부에 배치된 열전 냉각 시스템을 갖는 피부막, 점막, 및 점막피부 부위 조직 상의 타겟 영역을 냉각시키기 위한 휴대용 냉각마취 또는 무통 장치. 상기 열전 냉각 시스템은 상기 피부막, 점막, 및 점막피부 부위 조직의 타겟 영역에 물리적 접촉 및 열적 결합하여 냉각마취 또는 무통을 유도하도록 구성된다. 상기 열전 냉각 시스템은 열 전도성 콜드 팁, 상기 콜드 팁에 열적 결합되는 열 전도성 냉각 전력 집중기, 상기 냉각 전력 집중기에 열적 결합되는 적어도 하나의 펠티에 유닛 모듈, 상기 적어도 하나의 펠티에 유닛 모듈에 열적 결합되는 히트 싱크, 전원, 적어도 하나의 서멀 센서, 및 미리 결정된 온도를 유지하는 제어 신호를 상기 펠티에 유닛 모듈에 대해 동작 가능하게 출력하는 제어기를 포함한다.

Description

냉각마취 및 무통을 위한 어플리케이터
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2015년 10월 6일자로 출원된 미국 가출원 제62/237,793호 및 2015년 3월 26일자로 출원된 미국 가출원 제62/138,444호의 이익을 주장한다. 상기 출원들의 전체 내용은 참조로서 본 명세서에 포함된다.
분야
본 발명은 피부막, 점막 또는 점막피부 부위 조직과 같은 생물학적 조직의 냉각을 통한 신속한 마취 또는 무통을 제공하는 장치에 관한 것이다. 일부 예시적인 실시예에서, 냉각마취 장치는 일 주사 부위에서 눈 표면, 또는 다른 생물학적 조직에 대한 신속한 마취를 제공함으로써, 유리체강내 주입 요법(intravitreal injection therapy, IVT), 안구후 주입 요법(retrobulbar injection therapy), 테논낭하 주입 요법(subtenon injection therapy), 결막하 주입 요법(subconjunctival injection therapy), 및 전방내 주입 요법(intracameral injection therapy) 등을 통해 더욱 안락하게 눈 내부에 대한 직접적 약물 치료를 제공할 수 있다.
이 섹션은 본 발명과 관련된 배경 정보를 제공하는 것이며, 반드시 선행 기술인 것은 아니다. 이 섹션은 본 발명에 대한 일반적인 요약을 제공하며 발명의 전체 범위 또는 모든 기능에 대한 포괄적 개시가 아니다.
통증은 입원 및 외래 진료 환경에서 수행되는 다수의 일반 시술에서의 주요 제한 요인이다. 매우 축약된 목록으로는 피부 생검, 미세 바늘 흡인 생검, IV 삽입, 예방 접종, 주입(마취제 주입 포함), 혈액 추출, 중심선 배치 및 혈액 분석(포도당 측정)을 위한 손가락 및 치유 피크가 포함된다. 약리 마취는 주된 통증 감소 방법이지만, 일반적으로 국부적 약리 마취 제공은 고통스러운 주사를 필요로 한다. 마취를 제공하는 다른 방법으로는 얼음, 액체 증발 또는 저온 물질을 통한 저온 적용이 포함된다. 이러한 마취 방법은 부분적으로 온도 조절이 부족하고 마취를 받는 조직 부위를 정교하게 집중시킬 수 없다는 제한이 있다. 본 장치는 마취 또는 무통을 필요로 하는 조직에 정교하게 제어된 국소 냉각을 제공함으로써 환자의 안락감을 향상시킨다.
안구 표면은 본 장치가 적용될 수 있는 조직 표면이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 유리체강내 주입 요법(intravitreal injection therapy, IVT)을 통해 약물을 직접 눈 내로 전달하는 능력은 황반 변성 및 당뇨병성 망막증을 비롯한 여러 가지 이전의 눈을 실명시키는 질병의 치료 환경을 변화시켰다. 실명 예방에 있어 이러한 치료법의 성공 결과 유리체강내 주입 수행 횟수가 극적으로 증가했으며 2013년에만 미국에서 약 4100만 건의 주입이 있었다. IVT에 대한 표시 수는 계속해서 증가하고 있으며, 매년 이 요법의 활용도가 높아지고 있다. IVT의 가장 큰 제한은 환자의 불편함, 안구 표면의 출혈, 그리고 이 요법을 필요로 하는 방대한 환자 치료에 대한 시간 제약이다. 이러한 문제점은 고도로 혈관화되어 있는 안구 표면에 대해 안구 마취를 제공하는 것이 어렵다는 것과 관련이 있다.
안구 주사를 하기 위해, 의사는 먼저 다음을 포함하는 다수의 방법 중 하나에 의해 안구 표면 마취를 제공한다: 마취 액적 국소 도포; 리도카인 결막하 주사; 계획된 주사 부위 상에 리도카인에 담근 면봉 팁이 있는 어플리케이터 배치; 국소 마취 젤 배치, 또는 이들의 몇몇 조합. 안구 마취 후, 의사 또는 조수는 베타딘 또는 유사한 소독제로 그것을 코팅함으로써 안구 주위를 멸균한다. 개검기(eyelid speculum)를 삽입하고, 의사는 바늘의 위치를 안내하는 캘리퍼스를 사용하여 주사 위치를 표시하다. 안구 표면을 다시 멸균하고 나서, 의사가 주입을 행한다.
현재의 국소 마취 방법은 고유의 문제점을 가지고 있으며, 환자들은 종종 안구내 주입 동안 및 그 이후에 불편함을 경험하게 된다. IVT에 대한 표시 수는 계속해서 증가하고 있으며, 매년 이 요법의 활용도가 높아지고 있다. 이러한 필요성에 비추어, 본 출원인들은 주사 부위에 있는 조직의 표면을 냉각시켜 신속한 마취 및 혈관 수축을 제공하는 장치를 설계하였으며, 이에 대해 본 명세서에서 보다 상세하게 논의될 것이다.
IVT를 받는 대부분의 환자는 일 년에 여러 번 주사를 맞는다. 2004년 프리드먼(Friedman) 연구진은 2000년 미국 조사에 AMD의 연령, 민족, 성별에 따른 비율을 적용하여 175만 명의 미국인이 삼출성 황반변을 가진 것으로 추정했다. 인구 통계에 따르면, 이 숫자는 2020년까지 295만명 이상으로 증가할 것으로 예상된다. 이와 동일한 원칙을 사용하여 서유럽에서는 2004년에 삼출성 황반변 환자가 330만명 넘을 것으로 추정된다. 이 수치는 실제 질병 유행에 대한 과소 평가일 가능성이 있다. 이 환자들의 대다수는 한쪽 또는 양쪽 눈에 대하여 매년 IVT를 여러번 받고 있다. 최근 연구에 따르면, IVT는 당뇨 망막 병증 및 망막 정맥 폐쇄를 가진 환자에 있어서 시력을 위협하는 망막 질환을 치료하기 위한 레이저 치료법만큼이나 성공적이며, 이로 인해 이들 환자에 있어서 IVT가 널리 채택되고 있다. 치료 가능한 망막 질환 환자의 수는 꾸준히 증가하고 있으며, 향후 수십 년 동안 계속 증가할 것이다. IVT는 시간 소모적인 시술이기 때문에, 이로 인해 클리닉 작업 흐름에 심각한 부담이 초래되었다. 망막 외과 의사는 붐비는 병원에서 이러한 주사를 수행하며, 흔히 하루에 60~70명의 환자를 치료한다. 이러한 주사는 고통스러우므로, 일반적으로 안과 의사는 IVT에 대한 두 가지 마취 옵션 중 하나를 선택하게 된다. 가장 일반적인 방법은 두 가지 방법 중 하나를 사용하여 최대한의 마취를 하는 것이며, 이 방법은 환자 준비 시간을 몇 배 늘리게 된다. 두 번째 옵션은 점안제를 통한 최소한의 마취를 제공하는 것이며, 이 방법이 보다 시간 효율적이지만 환자에게 심각한 고통을 안기게 된다. 두 가지 방법 모두 기술자가 각 환자를 준비시켜야 한다. 안구 표면에 대한 신속한 마취를 제공하는 장치를 개발하면 환자의 안락감과 의사의 효율성이 향상될 것이다.
최근의 사례 보고와 본 출원인들의 임상 경험은 안구 표면에 얼음을 도포할 때 뛰어난 마취가 가능하다는 것을 보여준다. 이 치료법은 리도카인에 알레르기가있는 환자에게 사용된 것이지만, IVT를 받는 모든 환자에게 훨씬 더 광범위하게 적용될 수 있다. 또한, 망막 종양 치료를 위한 저온 요법의 이력 연구로부터의 조직 병리학적 안전성 데이터에 따르면 본 장치의 운용 가능한 온도가 안구 조직 손상을 일으키지 않는 것으로 나타났다. 따라서, 본 장치는 IVT를 제공하는 의사의 효율을 높이는 동시에 환자의 안락감을 향상시킬 수 있다.
열전 냉각은 액체 증발, 줄-톰슨 냉각, 열역학 사이클(예를 들어, 스털링 냉각기 또는 증기 압축 냉각 사이클), 흡열 반응, 또는 저온 물질(예컨대, 액체 질소)과 같은 다른 이용 가능한 냉각 기술로는 달성하기 어려운 직접적인 전기 피드백에 의해서 신뢰할 수 있는 냉각 및 정확한 온도 제어를 제공한다. 그러나, 현재의 열전(Peltier) 모듈은 낮은 성능 계수(COP)를 갖고 있으며, 단일 유닛이 조직과 접촉하는 냉각 표면에 배치될 경우 마취와 관련된 온도(예컨대, -5˚C)에서 조직을 유지하기에 충분한 냉각 전력량을 제공하지 않는다. 본 발명의 교시에서 명시되는 바와 같이, 본 장치는 다수(또는 단일)의 펠티에 모듈의 냉각 전력을 수집하고 이 냉각을 작은 영역에 집중시킴으로써, 신속하고 지속 가능한 낮은 조직 냉각 온도에 필요한 충분한 냉각 전력 플럭스를 생성하는 새로운 냉각 전력 집중기를 채택한다. 또한, 냉각 전력 집중기는 펠티에 모듈들이 큰 영역에 걸쳐 분산될 수 있게 하며, 이에 따라 히트 싱크에 대한 펠티에 모듈로부터 배제되는 열 유속을 최소화함으로써 히트 싱크의 열 소산 요구사항을 완화한다.
본 교시의 원리에 따르면, 예를 들어 유리체강내 주사 투여를 위해서, 눈에 대한 신속한 마취 투여를 가능하게 하는 안구 치료에서 사용되는 냉각마취 또는 무통 장치 및 방법이 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 주사 부위에서의 결막 및 공막 냉각을 제공함으로써, 환자의 불편함이 최소화된다.
몇몇 실시예들에서, 본 교시의 냉각마취 장치는 열전(Peltier) 장치, 액체 증발, 줄-톰슨 냉각, 열역학 사이클(예를 들어, 스털링 냉각기 또는 증기 압축 냉각 사이클), 흡열 반응, 및 저온 물질(예컨대, 액체 질소)에 의해 신속하게 저온을 달성하도록 설계된다. 냉각마취 장치는 휴대용이거나 대형 장치의 일부가 되기에 충분한 크기를 가질 수 있으며, 안구 또는 기타 생물학적 조직의 손상을 방지하기 위해 지정된 온도, 최대 열 유속 또는 시간으로 냉각을 제한하는 안전 기구를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 본 교시의 냉각마취 장치는 더 큰 냉각 장치에 부착된 어플리케이터를 포함할 수 있다. 냉각마취 장치는 독립형, 휴대용 장치일 수 있다. 본 교시의 냉각마취 장치의 사용은 마취를 향상시키며, 환자 및 의사에 대한 사전 주입 준비 시간을 감소시킨다.
그러나, 본 교시의 냉각마취 장치는 피부막, 점막, 및 점막피부 부위 조직을 비롯한, 그러나 이에 한정되지 않는, 신체의 임의의 부분에서의 통증을 감소시키는데 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
적용 가능한 다른 영역은 본 명세서에서 제공되는 설명으로부터 명백해질 것이다. 이 요약의 설명 및 특정 예는 예시의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다.
여기에 기술된 도면들은 선택된 실시예들만을 예시하기 위한 것이지 모든 가능한 구현예들을 위한 것이 아니며, 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 원리들에 따른 냉각마취 장치를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 열전 냉각 시스템을 도시하는 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 냉각마취 장치의 콜드 팁의 확대 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 공기 순환 시스템의 확대 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 동시 측정된 팁 온도, 및 전력과 전압 대 시간을 도시하는 그래프들이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 교시의 일부 실시예들에 따라, 명확성을 위해 일부가 제거된 IVT 바늘을 갖는 냉각마취 장치에 대한 일련의 사시도들이다.
대응하는 참조 번호는 도면의 여러 도면에 걸쳐 대응하는 부분을 나타낸다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
당업자에게 발명의 범주를 완전하게 전달하기 위해 제공되는 실시예들이 제공될 것이다. 본 발명의 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해, 특정 구성요소, 장치 및 방법의 예와 같은 다수의 특정 세부사항이 제시된다. 특정 세부사항들은 채용될 필요가 없으며, 예시적인 실시예들이 다수의 다른 형태로 구현될 수 있고, 어느 것도 본 발명의 범위를 제한하도록 해석되어서는 안된다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다. 일부 예시적인 실시예들에서, 공지의 프로세스들, 공지의 디바이스 구조들 및 공지의 기술들은 상세히 설명되지 않는다.
본 명세서에 사용된 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며, 제한하려는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 단수 형태 "일", "하나" 및 "그"는 문맥상 달리 명시하지 않는 한 복수 형태를 포함하는 것으로 의도될 수 있다. 용어 "구성한다", "구성하는", "포함하는" 및 "구비하는"은 포함적인 것이며, 명시된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 구성요소의 존재를 지정하더라도, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 구성요소들, 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에 설명된 방법 단계, 프로세스 및 동작은 수행 순서로서 구체적으로 식별되지 않는 한, 논의되거나 도시된 특정 순서로의 수행을 반드시 요구하는 것으로 해석되어서는 안된다. 부가적인 또는 대안적인 단계들이 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
요소 또는 층이 다른 요소 또는 층의 "위에", "결합된", "접속된" 또는 "커플링된" 것으로 언급될 경우, 그것은 다른 요소 또는 층에 대한 직접 그 위이거나, 결합되거나, 접속되거나, 커플링되는 것이거나, 또는 중간의 요소들 또는 층들이 존재할 수도 있다. 대조적으로, 요소가 다른 요소 또는 층에 대해 "바로 위", "직접 결합된", "직접 접속된" 또는 "직접 커플링된" 것으로 언급될 경우에는, 중간의 요소 또는 층이 존재하지 않을 수 있다. 요소들 간의 관계를 설명하는데 사용되는 다른 단어들은 동일한 방식(예를 들어, "사이" 대 "직접 사이", "인접" 대 "직접 인접" 등)으로 해석되어야 한다. 본 명세서에 사용된, "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 관련 열거 항목의 임의의 및 모든 조합을 포함한다.
제 1, 제 2, 제 3 등의 용어는 본 명세서에서 다양한 요소, 구성요소, 영역, 층 및/또는 섹션을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이들 요소, 구성요소, 영역, 층 및/또는 섹션은 이 용어들로 한정되지 않는다. 이들 용어는 하나의 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션을 다른 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용될 수 있다. 본 명세서에서 "제 1", "제 2" 및 기타 수치 용어와 같은 용어는 문맥에 의해 명확히 표시되지 않는 한 시퀀스 또는 순서를 의미하지 않는다. 따라서, 이하에서 논의되는 제 1 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션은 예시적인 실시예의 교시를 벗어나지 않는다면 제 2 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션으로 지칭될 수도 있다.
설명의 용이함을 위해 "내부", "외부", "밑에", "아래에", "하부", "상부", "위에" 등과 같은 공간 관련 용어가 본 명세서에서 사용될 수 있으며, 이에 따라 도면에 도시된, 하나의 요소 또는 특징과 다른 요소(들) 또는 특징(들)의 관계를 기술한다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 방향에 부가하여, 사용 또는 작동 시에 냉각마취 장치의 상이한 방향들을 포함하는 것으로 의도될 수 있다. 예를 들어, 도면의 냉각마취 장치가 뒤집힐 경우에는, 다른 요소들 또는 특징들의 "아래" 또는 "밑에"로 기술된 요소들은 다른 요소들 또는 특징들의 "위에" 배향될 것이다. 따라서, 예시적인 용어 "아래"는 위와 아래의 방향 모두를 포괄할 수 있다. 냉각마취 장치는 달리 배향될 수도 있으며(90도 회전되거나 다른 방향으로 회전될 수도 있음), 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 설명은 그에 맞춰서 해석될 수 있다.
본 교시는 눈과 관련하여 기술될 것이라는 것을 이해해야 한다. 그러나, 본 교시의 원리는 피부, 기관, 막, 코 점막 등을 포함하는 다른 생물학적 조직의 사용에 대하여도 동등하게 적용 가능하다. 따라서, 청구 범위에서 달리 제한되지 않는 한, 본 발명이 눈으로만 한정되는 것으로 간주되어서는 안되며, 모든 생물학적 조직을 포함할 수 있다.
본 발명의 원리에 따르면, 유리한 구조 및 사용 방법을 갖는 냉각마취 장치가 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 냉각마취 장치는 유리체강내 주사 또는 다른 의학적 시술의 투여를 돕기 위해 안구 표면에 대한 신속한 마취를 제공하도록 구성된다. 일반적으로, 안구 표면은 외부 환경에 노출된 눈의 부분인 것으로 간주된다. 그러나, 몇몇 실시예들에서, 안구 표면은 각막 및 그것의 주요 지지 조직, 결막을 포함할 수 있다. 보다 넓은 해부학적, 발생학적 및 기능적 의미에서, 안구 점막 부속기(즉, 눈물샘 및 누액 배출계)는 안구 표면의 일부일 수 있다. 본 교시의 냉각마취 장치는 열전 냉각, 열역학 사이클 이용, 흡열 반응 이용, 또는 국소 마취를 생성하기 위한 국부적 냉각을 부여하는 액체 질소와 같은 저온 물질의 사용 등으로 저온을 신속하게 달성한다. 이러한 냉각마취는 결막(눈의 최외층) 및 공막(눈의 백색)에서 통증 섬유의 전도를 느리게 한다.
본 교시는 유리체강내 주사, 미세 바늘 흡인 생검, 눈물샘 및 비루관계 생검, 그리고 눈꺼풀 생검, 약리학적 마취의 안와 주위 주사, 눈꺼풀 병변 제거를 비롯한, 그러나 이에 한정되지 않는 다양한 안구 주위 시술들 바로 직전에 제공될 수 있는 신속하고 완전한 안구 마취에 적용될 수 있다. 따라서, 본 교시는 현행 방법과 비교하여 안구 마취를 달성하는 시간 감소, 더욱 완전한 안구 마취로 인한 유리체강내 주사로 인한 통증 감소, 안구 표면 출혈 감소 그리고 국소 마취제 및 주사용 마취제 투여의 부작용 회피를 포함하는, 그러나 이에 한정되지 않는 많은 이점을 제공한다.
본 교시는 피부막, 점막, 및 점막피부 부위 조직에 대한 신속한 마취에 응용된다. 신경 전도의 냉각은 주사, IV 배치, 절개 및 적출 생검, 미세 바늘 흡인 생검 및 포도당 측정 이전의 손가락 스틱을 비롯한, 그러나 이에 한정되지 않는 다양한 다른 시술들에 앞서 통증 감소를 촉진할 수 있다.
도면을 참조하면, 냉각마취 및/또는 무통을 위한 유리한 구조 및 사용 방법을 갖는 장치(10)가 제공된다(그러나, 간결성을 위해, 장치(10)는 냉각마취 장치(10)로 지칭되겠지만, 냉각마취 및 무통 응용들 모두에 유용함). 구체적으로, 도 1 내지 도 4에 도시된 몇몇 실시예들에서, 냉각마취 장치(10)는 근위단(近位端; proximal end)(14) 및 원위단(遠位端; distal end)(16)을 갖는 세장형 몸체(12)를 포함할 수 있다. 전술한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 냉각마취 장치(10)는 내래 환자 및 외래 환자 시설들 모두에서 다양한 의료 시술에 사용하기 편리한 핸드헬드 휴대용 장치가 되도록 하는 크기 및 형상을 가질 수 있다. 세장형 몸체(12)는 일반적으로 평균 중간지점 위치 및/또는 근위단(14) 또는 윈위단(16)에 대체로 인접한 위치에 배치되는 파지부(22)를 포함하는 형상을 가질 수 있다. 도시된 실시예에서, 파지부(22)는 대체로 중간지점 위치와 원위단(16) 사이에 배치된다.
도 3 내지 도 4를 계속 참조하면, 몇몇 실시예들에서, 세장형 몸체(12)는 근위부(18)와 파지부(22) 사이의 전이를 제공하는 넥부(neck portion)(20)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 파지부(22)는 근위부(18)에 대해 상이한 단면 형상(예를 들어, 더 좁은 형상)을 규정할 수 있으며, 그 결과 이들 사이에 전이 파일을 제공하는 넥부(20)가 형성된다. 그러나, 몇몇 실시예들에서, 파지부(22) 및/또는 근위부(18)는 사용자에 의한 조작을 용이하게 하는 파지부로서 기능할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 달리 언급되지 않는 한, 근위부(18) 및 파지부(22)에 대한 선택된 명명법은 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 몇몇 실시예들에서, 냉각마취 장치(10)는 길이가 약 6 내지 10인치이고 지름이 1 내지 1.5인치인 핸드헬드 기기이다. 그러나, 다른 크기도 상정된다.
일반적으로, 몇몇 실시예들에서, 냉각마취 장치(10)는 미리 결정된 시간 내에(약 1초 내지 약 60초의 범위, 약 1초 내지 약 120초의 범위, 또는 그 이상의 범위) 안구 표면 상의 타겟 영역을 미리 결정된 온도(예를 들어, 약 5℃ 내지 약 -10℃의 범위)로 냉각시키며, 이에 따라 유리체강내 약물 주입과 같은 안구 처치에 필요한 냉각마취를 유도한다. 약 5℃ 내지 약 -50℃ 범위 및 약 5℃ 내지 약 -90℃ 범위의 미리 결정된 온도를 포함하는 다른 온도 범위가 본 발명의 교시에 포함됨을 이해해야 한다. 몇몇 실시예들에서, 냉각마취 장치(10)는 안구 표면의 냉각마취를 유도하기 위해 세장형 몸체(12)의 원위단(16) 상에 배치된 콜드 팁(26)의 저온 냉각을 제공하기 위해 세장형 몸체(12)의 적어도 일 부분 내에 배치된 열전기(Peltier) 냉각 시스템(24)을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 냉각 시스템은 열전기(Peltier) 장치, 액체 증발, 줄-톰슨 냉각, 열역학 사이클(예를 들어, 스털링 냉각기 또는 증기 압축 냉각 사이클), 흡열 반응, 또는 상 변화를 겪거나 겪지 않을 수 있는 저온 물질(예컨대, 액체 질소) 중의 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있음을 이해해야 한다.
몇몇 실시예들에서, 열전 냉각 시스템(24)은 콜드 팁(26), 전원(28), 제어기(30), 냉각 전력 집중기(32), 하나 이상의 펠티에 유닛 모듈들(34) 및 히트 싱크(36)를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 열전 냉각 시스템(24)은 냉각 요소와 함께 작동하여 원하는 온도 및/또는 열 유속을 정확하게 유지하는 가열 요소(도시 생략)를 포함할 수 있다.
특히, 도 3을 참조하면, 몇몇 실시예들에서, 콜드 팁(26)은 금속과 같은 열 전도성 물질로 만들어질 수 있으며, 안구 또는 다른 생물학적 표면의 타겟 영역과 대체로 같거나 그보다 작은 크기를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 눈 상의 타겟 영역은 각막 가장자리에서 시작하여 그 가장자리의 후방에서 2mm 내지 8mm 이상까지 연장되는 영역이다. 몇몇 실시예들에서, 콜드 팁(26)의 단부는 냉각될 타겟 영역에 대응하는 단열 외부 링 부재(64)를 포함하는 직경이 약 6mm인 원형이다. 단열 외부 링 부재(64)는 열 전도성 콜드 팁(26)에 의해 접촉되는 타겟 영역 내에서 냉각되는 영역을 제한함으로써, 타겟 영역 외부의 인접 셀들에 대한 손상을 방지한다. 몇몇 실시예들에서, 단열 외부 링 부재(64)는 타겟 영역을 시각적으로 안내하지만, 단열 외부 링 부재(64)와의 열교환을 방지하기 위해 안구 또는 다른 생물학적 표면에 접촉하지 않는다. 몇몇 실시예들에서는, 더 큰(또는 더 작은) 크기의 콜드 팁이 피부막, 점막, 또는 점막피부 부위 조직에 대한 마취를 제공하는데 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서는, 콜드 팁(26)이 원통형이다. 그러나, 다각형, 타원형, 초승달형 또는 임의의 다른 유리한 형상을 포함하는 대안적인 형상도 상정됨을 이해해야 한다.
몇몇 실시예들에서, 전원(28)은 배터리, 캐패시터 또는 유사한 장치와 같은 휴대용 전원을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 전원(28)은 약 1시간 동안 -10℃에서 냉각마취 장치(10)를 작동시키기에 충분한 에너지를 한번의 충전으로 제공하는, 재충전 가능한 리튬 이온 배터리 팩(28Wh)을 포함할 수 있다. 그러나, 몇몇 실시예들에서, 전원(28)은 비-휴대용 전원을 포함할 수 있다.
제어기(30)는 과도한 냉각을 방지하기 위해 고도로 정확한 온도 제어 및/또는 타이밍 잠금 메커니즘을 유지하기 위한 온도 조절 피드백 루프를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 몇몇 실시예들에서, 제어기(30)는 콜드 팁(26), 냉각 전력 집중기(32), 펠티에 유닛 모듈들(34), 히트 싱크(36), 주위 환경, 및 환자의 안구 표면을 포함하는 열 회로의 적어도 하나의 부재와 작동 가능하게 결합되어, 감지된 온도에 따른 온도 신호를 출력하는 온도 센서(38)를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어기(30)는 온도 신호를 수신하고, DC 배터리 소스의 제어된 전류 흐름, 제어된 전압 및/또는 펄스 폭 변조(PWM)를 통해 펠티에 유닛 모듈(34)의 작동 온도를 제어하도록 동작 가능하다. 몇몇 실시예들에서, 온도 센서(38)는 서미스터, 서모커플 및 저항 또는 광학 온도계와 같은 그러나 이에 한정되지 않는, 어느 하나 또는 다수의 서멀 센서들을 사용하여 눈의 안구 표면의 온도 또는 열 회로의 임의의 부분의 온도를 직접 측정하도록 구성된다. 제어기(30)는 온도 및/또는 열 유속을 계산할 수 있다. 제어기(30)는 일정한 값, 소정 크기 및 지속 기간의 펄스, 또는 보다 복잡한 소정 패턴을 이용하여 미리 결정된 온도 또는 온도 범위를 유지할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 냉각마취 장치(10)는, 안전한 작동 온도 범위를 보장하기 위해 팁 온도가 소정 온도(예를 들면, -12℃) 이하로 떨어지고, 및/또는 배터리 온도가 60℃를 초과하거나 히트 싱크 온도가 50 ℃를 초과하는 경우에는, 자동적으로 전력 오프할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제어기(30)는 인가, 측정 또는 원하는 온도들 대신에 인가, 측정, 또는 원하는 열 유속들에 기초하여 작동할 수 있다.
설명된 바와 같이, 제어기(30)는 통합 타이머를 통해 냉각 지속 기간을 모니터링하고 제어하는 시간 설정 잠금 메커니즘을 더 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어기(30)는 안구 표면 상의 타겟 영역의 충분한 냉각을 모니터링 및 달성할 수 있으며 과도한 냉각을 방지할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 이러한 시간 설정 냉각 잠금은 약 3초 내지 약 60초의 미리 결정된 시간으로 설정된다; 그러나, 추가의 지속 기간이 본 발명의 교시에 의해 예상된다. 측정 온도 및 측정 시간 모두를 능동적으로 모니터하고 제어하기 위해, 시간 설정 잠금 메커니즘이 온도 조절 피드백 루프와 함께 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
몇몇 실시예들에서, 냉각 전력 집중기(32)는 일반적으로 금속과 같은 그러나 이에 한정되지 않는 열 전도성 물질로 만들어진 세장형 집중기이며, 이에 제한되지 않는다. 냉각 전력 집중기(32)는 세장형 몸체(12)의 중심 종축을 따라 배치될 수 있으며, 다수의 펠티에 유닛 또는 단일 펠티에 유닛의 냉각 전력들을 수집한다. 몇몇 실시예들에서, 냉각 전력 집중기(32)는 형상이 다면체일 수 있으며, 펠티에 유닛(들)과 접촉하는 표면(들)으로부터 수집된 냉각 전력는, 수집이 발생하는 펠티에 유닛 냉각 표면(들)보다 그것의 합계 영역이 더 작은 하나 이상의 표면들로 집중된다. 그러나, 냉각 전력 집중기(32)는 실린더, 콘, 원추형 실린더, 구, 반구 또는 냉각 전력의 수집 및 집중을 제공하는 임의의 다른 형상을 포함하는, 다른 형상들을 가질 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 실시예들에서, 펠티에 유닛 모듈들(34)은 열전 냉각을 용이하게 하기 위해, 펠티에 유닛 모듈들(34)과 냉각 전력 집중기(32) 사이의 표면 영역 접촉을 향상시키는 상보적 표면을 규정하도록 형상화될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 냉각 전력 집중기(32)는 사용 전에 콜드 팁(26)을 교체하여 그 무균 상태를 유지하는데 사용될 수 있는 압축 가능한 팁(42)에서 종결되도록 형상화될 수 있다. 압축 가능한 팁(42)은 냉각 전력 집중기(32)의 본체부(46)로부터 반경 방향으로 연장되는 복수의 테이퍼된 플랜지 부재들(44)을 포함할 수 있다. 복수의 테이퍼된 플랜지 부재들(44)은 콜드 팁(26)을 내부에 수용하여 그들 간의 기계적 열적 결합을 제공하는 크기의 중앙 보어(bore)를 공동으로 형성한다. 복수의 테이퍼된 플랜지 부재들(44)은 복수의 테이퍼된 플랜지 부재들(44)의 외부 표면에 배치된 대응 나사산들과 나사 결합하는 압축 링(48)을 통해 가해지는 압축에 응답하여 콜드 팁(26)의 기계적 결합을 제공하기 위한 독립적 유연성을 제공하는 크기 및 형상을 갖는다. 이러한 방식으로, 복수의 테이퍼된 플랜지 부재들(44)에 대한 압축 링(48) 나사 결합의 결과, 복수의 테이퍼된 플랜지 부재들(44)이 더욱 타이트하고, 좁게 끼워 넣어지는 관계로 압박됨으로써 콜드 팁(26)에 압축 유지력을 가하게 된다. 따라서, 복수의 테이퍼된 플랜지 부재들(44)에 대한 압축 링(48)의 나사식 조작은 냉각 전력 집중기(32)와 콜드 팁(26)의 선택적 결합 및 결합 해제를 제공할 수 있다. 그러나, 기계적 래치, 자기 결합, 볼트 또는 접착제와 같은 다른 고정 기구들을 사용하여 콜드 팁을 고정할 수도 있다. 이는 무균 및/또는 동작 문제 때문에 콜드 팁(26)이 선택적으로 대체될 수 있게 하는데 도움이 될 수 있다. 따라서, 콜드 팁(26)은 냉각마취 장치(10)의 접촉 냉각 영역을 규정함과 동시에 조직 접촉을 위한 무균 표면을 제공하는 교체 가능한 팁임을 이해해야 한다. 또한, 교체 가능 또는 무균 가능한 팁 코팅(70)이, 콜드 팁(26)과 일체화됨으로써 조직 접촉을 위한 무균 표면을 제공할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 펠티에 유닛 모듈들(34)은 냉각 전력 집중기(32)(및 따라서 콜드 팁(26))의 열전 냉각을 제공하기 위해 냉각 전력 집중기(32)의 적어도 일 부분을 따라(예를 들어, 어레이로) 배치된다. 펠티에 유닛 모듈(34)은 단일 냉각 요소 또는 복수의 냉각 요소들로 구성될 수 있음을 이해해야 한다. 그러나, 동작의 중복성 및 확립된 산업으로부터 용이하게 이용 가능한 유닛 공급 가능성과 같은(그러나 이에 한정되지는 않음), 복수의 펠티에 유닛 모듈들(34)을 사용하는 것에 대한 특별한 이점들이 존재함을 이해해야 한다. 몇몇 실시예들에서, 펠티에 유닛 모듈(34)의 고온 표면은 콜드 팁(26)의 중앙 냉각부(62)에 대해 수직이 되도록 구성된다. 그러나, 펠티에 유닛 모듈(34)의 고온 표면은 펠티에 유닛 모듈들(34)로부터의 원하는 열 거부 방향에 따라 콜드 팁(26)의 중앙 냉각부(62)에 대해 평행하거나 또는 그에 대한 임의의 각도로 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 몇몇 실시예들에서, 복수의 펠티에 유닛 모듈들(34)은 전원(28) 및 제어기(30)에 동작 가능하게 결합하며, 이러한 방식으로 전기적 병렬 작동을 허용함으로써 하나 이상의 펠티에 유닛 모듈들(34)의 고장에도 불구하고 작동을 계속할 수있게 한다. 이러한 경우에, 제어기(30) 및 그와 관련된 피드백 루프 제어 시스템은 작동 가능한 펠티에 유닛 모듈들(34)의 냉각 출력을 증가시킴으로써, 원하는 냉각 및/또는 지속 시간 성능을 달성할 수 있다.
열전 냉각은 경량, 소형, 고체 상태(따라서 유체 또는 움직이는 부품이 없음) 및 전기적으로 구동되는(따라서 온도를 직접 제어할 수 있음) 장점이 있으며, 신중하게 관리되어야 하는 많은 양의 열을 차단한다. 냉각마취 장치(10)는 효율적인 열 확산 및 소산을 위한 고유의 설계를 제공한다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 냉각 전력 집중기(32)는 열 전도성이며 하나 이상의 펠티에 유닛 모듈들(34)에 의해 냉각되어, 콜드 팁(26)에 대한 미리 결정된 온도를 신속하고 신뢰성 있게 유지한다. 펠티에 유닛 모듈들(34)은 펠티에 유닛 모듈들(34)로부터 배제된 열을 히트 싱크(36)로 효율적으로 확산시키도록 분산됨으로써 효율적인 냉각을 촉진하여 이로 인해 히트 싱크(36)의 크기가 감소되며, 콜드 팁(26)과 사용자의 눈 사이의 시각적 클리어런스를 향상시킬 수 있다. 히트 싱크(36)는 펠티에 유닛 모듈(34)로부터 배제된 열을 효율적으로 확산시키기 위해 열 전도성 물질로 제조된다. 몇몇 실시예들에서, 히트 싱크(36)는 냉각 전력 집중기(32) 및 펠티에 유닛 모듈들(34) 주위에 방사상으로 배치된다. 그러나, 히트 싱크(36)는 콜드 팁(26)의 중앙 냉각부(62)에 대한 펠티에 유닛 모듈(34)의 고온 표면의 상대적 각도에 따라 다른 방향으로 열을 방출할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 몇몇 실시예들에서, 히트 싱크(36)는 일반적으로 세장형 몸체(12)의 파지부(22) 및/또는 넥부(20) 내에 배치되며, 이에 따라, 사용 시의 시각적 클리어런스 및 핸드헬드 기능을 위한 파지부(22)의 좁은 형상을 유지하면서 펠티에 유닛 모듈들(34) 및 콜드 팁(26) 바로 근처에 국부적으로 히트 싱크를 제공한다.
히트 싱크(36)로부터의 열 소산을 용이하게 하기 위해, 히트 싱크(36)의 핀(fin)들 또는 다른 기능부들을 가로질러 공기를 순환시키는 공기 순환 시스템(50)이 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 전원(28)에 의해 전력이 공급되는 팬(52)(도 1 참조)이 작동됨으로써 하나 이상의 유입 개구들(54)에서의 공기를 이동시킨다. 몇몇 실시예들에서, 유입 개구들(54)은 열 전달을 용이하게 하기 위해 히트 싱크(36)의 표면적을 증가시키는데 사용되는 히트 싱크(36)에 형성된 복수의 핀 채널들(56)을 포함한다. 몇몇 실시예들에서는, 공기와 접촉하는 히트 싱크(36)의 표면적을 더욱 증가시키기 위해 히트 싱크(36)의 표면 러프니스가 커질 수 있다. 공기는 일반적으로 냉각마취 장치(10)의 중심 종축에 평행한 방향(그러나, 이에 한정되지 않음)을 따라, 일반적으로 세장형 몸체(12)의 파지부(22)에 의해서 둘러싸이는 히트 싱크(36)에 형성된 복수의 핀 채널들(46)을 따라 지나가서, 콜드 팁(26)에서 멀리 떨어진 위치에 있는 하나 이상의 유출 개구들(58)로부터 배출된다. 공기 순환 방향은 콜드 팁(26)의 표면에 대한 펠티에 유닛 모듈들(34)의 고온 표면의 상대적 각도에 따라, 냉각마취 장치(10)의 중심 종축에 대해 수직이거나, 또는 다른 각도로 될 수 있음을 이해해야 한다. 콜드 팁(26)에서 멀리 떨어지게 유출 개구들(58)을 위치시키는 것은 콜드 팁(26)의 팁 표면에서의 대류 손실을 감소시킬 뿐만 아니라, 공기 흐름으로 인한 환자 조직의 건조를 최소화한다. 대안적으로는, 공기가 반대 방향으로 강제되어 콜드 팁 부근에서 배출될 수도 있다.
몇몇 실시예들에서, 콜드 팁(26)은 냉각 전력 집중기(32)에 열적 결합되는 중앙 냉각부(62), 및 중앙 냉각부(62)의 주변 측면을 둘러싸는 단열 링 부재(64)를 포함한다. 단열 링 부재(64)는 중앙 냉각부(62)가 안구 표면의 타겟 영역에 물리적 접촉 및 열적 결합하도록 구성되는 노출된 접촉 팁을 유지함과 동시에, 각막 스템 셀(corneal stem cells)과 같은 인접 물체들의 위치에 대한 중앙 냉각부(62)에 의해 접촉될 냉각 대상 영역의 위치에 대한 시각적 안내를 제공함으로써 이러한 물체들의 과도한 냉각을 방지하는 것을 허용하도록 배치된다. 몇몇 실시예들에서, 단열 링 부재(64)는 냉각 확산에 의해 야기되는 주변 조직에 대한 손상을 억제하도록 냉각 영역에 인접한 온도를 제어하는 능동 가열 요소를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 콜드 팁(26)의 중앙 냉각부(62)는 약 10mm2 내지 약 900mm2(예를 들어, 3mm x 3mm 내지 10 x 10mm2)의 영역을 규정한다.
도 3을 계속 참조하면, 몇몇 실시예들에서, 콜드 팁(26)의 중앙 냉각부(62)는 안구 표면의 타겟 영역과 접촉하며 또한 마취 영역을 위치시키기 위한 일시적 마킹을 제공하도록 구성되는 타겟팅 표시부(66)를 그 상부에 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 타겟 표식(66)은 냉각마취 장치(10)의 제거 이후에 안구 표면 상에서의 마킹을 일시적으로 초래하는 콜드 팁(26) 상에 형성된 한 쌍의 돌출형 또는 오목형 피쳐를 포함할 수 있다. 이러한 마킹들은 IVT 바늘을 배치하기 위한 마취 영역을 적절히 위치시키는데 사용된다(예컨대, 각막 가장자리에서 3mm 또는 4mm의 유리체강내 주사 바늘 배치). 링 형상의 돌출부, 다수의 돌출부 또는 일시적 마킹을 제공하는 임의의 다른 형상을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 상이한 타겟 표식(66)이 상정될 수 있음을 이해해야 한다.
몇몇 실시예들에서, 냉각마취 장치(10)는 안구 접촉을 위한 무균 표면을 제공하고 또한 냉각 보관 장치(10)와 환자의 눈 사이의 얼음 유착(ice adhesion) 형성을 완화시키기 위한 교체형/일회용 팁 코팅(70)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 팁 코팅(70)은 냉각마취 장치와 조직 사이의 얼음 유착을 완화시키기 위해 소수성 중합체 층을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서는, 제 1 스위치 부재(80)가 냉각마취 장치(10)의 작동을 위해 제공된다. 몇몇 실시예들에서는, 스위치 부재(90)가 펠티에 모듈들에 전력을 공급할 뿐만 아니라 콜드 팁 온도 및 타이머 지속 기간을 설정하는데 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 스위치 부재(80)의 작동은 1) 콜드 팁 설정 온도를 증가시키는 시계 방향 회전, 2) 콜드 팁 설정 온도를 감소시키기 위한 반시계 방향 회전, 3) 타이머 지속 시간을 증가시키기 위한, 제 1 스위치 부재(80)가 눌러지는 동안의 시계 방향 회전, 4) 타이머 지속 기간을 감소시키기 위한, 제 1 스위치 부재(80)가 눌러지는 동안의 반시계 방향 회전, 5) 펠티에 모듈을 활성화시키기 위한 두번 누름을 포함한다.
파지부(22) 근처에 위치한 제 2 스위치 부재(82)는 타이머를 활성화(또는 비활성화)하는데 사용될 수 있다. 타이머가 활성화될 경우, 냉각마취 장치(10)는 가청 표식을 생성하며, 예를 들어 저주파 및 고주파에서의 두 번의 연속적인 비프 음(beeping sounds), 그 후 타이머 지속 시간 동안 매 10초마다의 비프 음, 및 마지막으로 타이머가 만료된 경우의 고주파 및 저주파에서의 두 번의 긴 연속 비프 음을 생성한다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 스위치 부재(80)는 설정 시간에 도달하여 타이머 기능이 종료되기 이전에 눌려질 수 있다. 냉각마취 장치(10)는 다수의 제어 입력들, 표식들 및 기술들 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 따라서, 본 설명된 입력들, 표식들 및 기술들은 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다.
몇몇 실시예들에서는, 사용 중에, 냉각마취 장치(10)가 환자의 눈과 접촉하도록 위치됨으로써 콜드 팁(26)(또는 팁 코팅)이 안구 표면의 타겟 영역과 물리적으로 직접 접촉하게 된다. 냉각마취 장치(10)는 환자의 눈과 접촉하기 전 또는 후에 스위치(80)를 통해 "ON"으로 작동될 수 있다. 이에 따라, 냉각마취 장치(10)의 작동은 제어기(30), 냉각 전력 집중기(32), 펠티에 유닛 모듈들(34), 히트 싱크(36) 및 공기 순환 시스템(50)에 의한 급속한 콜드 팁(26)의 냉각을 개시하여, 눈을 표시함과 동시에 안구 표면의 타겟 영역을 마취시킨다. 타겟 영역의 마취 이후에는, 의사 또는 간호 제공자가 IVT 관리와 같은 추가 시술들을 수행할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 사용자는 원하는 콜드 팁 온도 및 타이머 지속 기간을 설정한 다음, 제 1 스위치 부재(80)를 두 번 눌러서 펠티에 모듈들(34)을 활성화시킴으로써, 콜드 팁(26)을 설정 온도 포인트(예를 들어, -10℃)가 되게 할 수 있다. 그 후에, 콜드 팁(26)이 환자의 눈에 접촉될 수 있으며, 타이머가 작동된다. 그런 다음, 냉각마취 장치(10)는 설정된 소정 지속 기간(예를 들어, 10초) 동안 설정 온도 포인트를 유지한 이후에, 비프 음 또는 진동과 같은 표시(이에 한정되지 않음)를 생성한다. 타이머 지속 기간 후, 냉각마취 장치(10)는 조직과 콜드 팁(26) 사이의 얼음 유착을 최소화하기 위해 팁 온도를 더 높은 온도(예를 들어, -2℃)로 자동 조절 한 다음, 주변 온도로 복귀시킬 수 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 작동 중의 전력 및 전압 데이터에 따른 팁 온도가 시간 축을 따라서 예시되어 있다.
몇몇 실시예들에서는, 도 6a 내지 도 6e에 도시된 바와 같이, 냉각마취 장치가 마취 및 주사(예컨대, 유리체강내 주사) 모두를 수행한다. 몇몇 실시예들에서는, 냉각 전력 집중기(91)가 멸균되며 교체 가능하다. 몇몇 실시예들에서는, 냉각 전력 집중기(91)가 먼저 팁(92)에서 냉각마취를 야기한 이후에, 주사(예컨대, 유리체강내 주사)를 수행한다. 몇몇 실시예들에서는, 도 6b에 도시된 바와 같이, 약물 용기(93)가 냉각 전력 집중기(91) 내부에 배치된다. 몇몇 실시예들에서는, 솔레노이드(96) 또는 유사한 형상물이 약물 용기(93)를 밀어, 스프링(95) 또는 유사한 형상물을 압축함으로써, 바늘(94)을 조직(예를 들어, 안구 조직) 내에 삽입한다. 몇몇 실시예들에서는, 솔레노이드(96) 또는 유사한 형상물이 조직 내의 바늘 삽입 깊이를 제어한다. 몇몇 실시예들에서는, 도 6d에 도시된 바와 같이, 솔레노이드(96) 또는 유사한 형상물이 약물 용기(93)를 압착하여, 약물이 주입되게 한다. 몇몇 실시예들에서는, 도 6e에 도시된 바와 같이, 바늘(94)이 냉각 전력 집중기(97)의 외부에 배치된다. 그러나, 상기 설명은 예시의 목적으로 제공된 것이며 본 발명의 교시를 제한하지 않는다는 것을 이해해야 한다.
실시예들에 대한 전술한 설명이 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 이것은 본 발명을 포괄하거나 한정하기 위한 것이 아니다. 특정 실시예의 개개의 요소 또는 특징은 일반적으로 특정 실시예로 제한되지 않고, 적용 가능한 경우, 상호 교환 가능하며, 특별히 도시되지 않거나 설명되지는 않더라도 선택된 실시예에서 사용될 수 있다. 또한, 동일한 것이 다양한 방식으로 달라질 수도 있다. 그러한 변형은 본 발명으로부터의 이탈로 간주되어서는 안되며, 그러한 변형 모두는 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (27)

  1. 피부막(cutaneous membrane), 점막(mucous membrane), 또는 점막피부 부위(mucocutaneous zone) 조직의 타겟 영역을 냉각시키기 위한 장치로서,
    사용자에 의한 핸드헬드 조작을 용이하게 하는 파지부를 갖는 세장형 몸체로서, 근위단(proximal end) 및 원위단(distal end)을 구비하는, 상기 세장형 몸체; 및
    일 온도에서 상기 타겟 영역에 물리적 접촉하여 상기 타겟 영역에서 마취 또는 무통을 유도하도록 구성되는 냉각 부분을 갖는 냉각 시스템을 포함하며,
    상기 냉각 시스템은 중앙 냉각부 및 단열 링 부재를 포함하는 열 전도성 콜드 팁을 포함하고, 상기 단열 링 부재는 상기 중앙 냉각부의 주변 측면을 둘러싸되 생물학적 표면에 접촉하지 않음으로써 열교환을 방지하고 타겟 영역 외부의 인접 셀들에 대한 손상을 방지하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 시스템은 열전 냉각 시스템, 액체 증발 냉각 시스템, 줄-톰슨(Joule-Thomson) 냉각 시스템, 열열학 사이클 냉각 시스템, 흡열 반응 냉각 시스템 및 저온 물질 냉각 시스템으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각 시스템은 열전 냉각 시스템인, 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    바늘을 더 포함하는, 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 바늘에 결합되는 약물 용기를 더 포함하는, 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 약물 용기는 약물을 포함하는, 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 시스템은 일회용 팁(tip)을 포함하는, 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 부분은 10mm2 내지 100 mm2 범위의 영역을 규정하는, 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 시스템은 냉각 전력 집중기(cooling power concentrator)를 포함하는, 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 세장형 몸체의 적어도 일 부분 내부에 배치되는 열전 냉각 시스템으로서, 상기 타겟 영역에 물리적 접촉 및 열적 결합하여 냉각마취 또는 무통을 유도하는, 상기 열전 냉각 시스템을 포함하며,
    열전 냉각 시스템은,
    상기 타겟 영역에 열적 접촉하도록 구성되고, 상기 세장형 몸체의 상기 원위단에 배치되는 상기 열 전도성 콜드 팁(cold tip);
    상기 콜드 팁에 열적 결합되는 열 전도성 냉각 전력 집중기;
    상기 냉각 전력 집중기에 열적 결합되고, 상기 냉각 전력 집중기의 냉각을 유도하도록 동작 가능한 적어도 하나의 펠티에 유닛 모듈(Peltier unit module);
    전원;
    상기 콜드 팁, 상기 냉각 전력 집중기, 상기 펠티에 유닛 모듈, 주위 환경, 및 상기 타겟 영역 중의 적어도 하나의 온도 또는 열 유속(heat flux)을 감지하는 서멀 센서로서, 온도 또는 열 유속 신호를 출력하는, 상기 서멀 센서;
    상기 온도 또는 열 유속 신호 및 미리 결정된 온도 또는 열 유속에 따라 상기 펠티에 유닛 모듈에 대하여 제어 신호를 출력하도록 동작 가능한 제어기; 및
    상기 펠티에 유닛 모듈에 열적 결합되는 히트 싱크(heat sink)를 포함하는, 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 콜드 팁에는 상기 타겟 영역에 대한 일시적 표시를 생성하도록 구성되는 타겟 표식(targeting indicia)이 형성되는, 장치.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 히트 싱크를 가로지르는 공기 통로가 용이하게 열 전달하게 하는 팬 부재(fan member)를 갖는 공기 순환 시스템으로서, 상기 팬 부재는 상기 세장형 몸체 내부에 배치되는, 상기 공기 순환 시스템을 더 포함하는, 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 전원은 휴대용 전원인, 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟 영역은 안구의 타겟 영역인, 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열 링 부재는 냉각 확산에 의해 야기되는 주변 조직에 대한 손상을 억제하도록 냉각 영역에 인접한 온도를 제어하는 능동 가열 요소를 포함하는, 장치.
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