KR102604982B1 - 선택적인 광열 표적화를 위한 열 경사도 전처리를 위한 방법들 및 시스템들 - Google Patents

선택적인 광열 표적화를 위한 열 경사도 전처리를 위한 방법들 및 시스템들 Download PDF

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Abstract

본 개시는 제어된 열처리를 타깃 매질에 제공하기 위한 방법들 및 시스템들을 제공한다. 전처리 프로세스는 타깃 매질 내에 열 경사도를 확립하기 위해 수행된다. 열 경사도의 확립에 후속하여, 광처리는 타깃 매질 내에서 수행된다. 타깃 매질은 피지와 같은 관심있는 발색단을 포함할 수 있다.

Description

선택적인 광열 표적화를 위한 열 경사도 전처리를 위한 방법들 및 시스템들
관련된 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2016년 10월 21일에 출원된 미국 가특허 출원 제 62/411,149 호를 참조로 여기에 통합하고 그의 이익을 주장한다.
본 개시는 일반적으로 매질에 매립된 특정 발색단들에 표적화하기 위한 방법들 및 시스템들에 대한 개선들에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 피지선들에 표적화하고 인접한 조직들에 대한 주어진 손상 임계치를 초과하지 않고 피지선들에 대한 손상을 개시하기 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.
열 손상을 개시하기 위해 피지의 광학 여기를 사용하여 피지선들에 표적화하는 개념은 본 기술 분야에서 알려졌다. 그러나, 열 손상을 달성하기 위해, 피지선들 및 피부의 상위층들 양쪽 모두에 의해 흡수되는 상당한 양의 광이 적용되어야 하고, 온도의 상당한 증가를 초래한다. 이러한 증가된 온도는 피시술자에 통증을 야기하고, 타깃 선들을 덮는 표피에 원치 않는 손상을 야기할 수 있다.
통증을 완화시키기 위해, 표면 냉각을 적용하기 위한 다양한 시도들이 행해져왔다. 그러나, 표면 냉각은 피지와 같은 일부 발색단들에 대하여 열 손상에 의해 유발된 통증을 극복하기에 불충분하다. 피지 및 피지선에 대한 유발된 손상의 경우, 표면 냉각은 통증을 방지할 수 없다.
피시술자에게 통증 및 원치 않는 손상을 임계치 이하로 유지하면서 피지와 같은 다양한 발색단들에서 열 손상을 유발하게 하는 개선들을 위한 명백한 필요가 존재한다.
본 발명의 목적은 피지선들에 표적화하고 인접한 조직들에 대한 주어진 손상 임계치를 초과하지 않고 피지선들에 대한 손상을 개시하기 위한 방법들 및 시스템들을 제공하는 것이다.
본 발명은 타깃에 제어된 열 처리를 제공하기 위한 방법들 및 시스템들을 제공함으로써 이전 기술들의 결점들을 극복한다.
일 양태에서, 본 개시는 타깃 매질에 제어된 열 처리를 제공하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 다음 단계들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 타깃 매질의 표면으로부터 미리 규정된 깊이에서 피크 온도를 갖는 열 경사도를 확립하기 위해 타깃 매질에 전처리하는(preconditioning) 단계; 및 타깃 매질을 광처리하는(phototreating) 단계.
다른 양태에서, 본 개시는 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 전처리 서브시스템, 광처리 서브시스템, 프로세서, 및 프로세서에 의해 실행될 때, 프로세서가 본 명세서에 기술된 방법을 수행하게 하는 컴퓨터 실행 가능한 명령들을 저장한 메모리를 포함하고, 프로세서는 컴퓨터 실행 가능한 명령들을 실행하도록 구성된다.
본 개시의 전술한 및 다른 이점들은 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명에서, 그의 부분을 형성하고 본 개시의 일부 양태들을 도시하는 것으로 도시되는 첨부하는 도면들에 대해 참조가 행해진다. 이들 양태들은 반드시 본 개시의 전체 범위를 나타내지는 않고, 따라서 본 개시의 범위를 해석하기 위해 청구항들 및 본 명세서에 대한 참조가 행해진다.
본 발명은 이후 첨부 도면들을 참조하여 기술되고, 유사한 참조 번호들은 유사한 요소들을 나타낸다.
도 1은 본 개시의 일 양태에 따른 시스템의 개략도.
도 2는 본 개시의 일 양태에 따른 시스템의 개략도.
도 3은 본 개시의 일 양태에 따른 열 경사도를 나타내는 그래프.
도 4는 본 개시의 일 양태에 따른 스캐닝 요법의 개략도.
도 5는 본 개시의 일 양태에 따른 방법을 도시하는 플로차트.
도 6은 본 개시의 일 양태에 따른 방법을 도시하는 플로차트.
도 7은 예 12 및 그 외에서 이용된 실험 셋업의 개략도.
본 개시가 더 상세히 기술되기 전에, 본 발명이 기술된 특정한 실시예들로 한정되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 여기에 사용된 기술이 단지 특정한 실시예들을 기술하는 목적을 위한 것이고 한정하는 것으로 의도되지 않는다는 것이 또한 이해될 것이다. 본 발명의 범위는 청구항들에 의해서만 한정될 것이다. 여기에 사용된 바와 같이, 단일 형태들은 문맥에서 그와 달리 명확하게 나타내지 않으면 복수의 실시예들을 포함한다.
본 발명의 개념을 벗어나지 않고 이미 기술된 것들 외의 다수의 추가 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 본 명세서를 해석할 때, 모든 용어들은 문맥에 따라 가능한 한 가장 넓은 방식으로 해석되어야 한다. 용어 "포함하는", "포함하는", 또는 "갖는"의 변형들은 요소들, 구성 요소들, 또는 단계들을 비배타적인 방식으로 참조하는 것으로 해석되어야 하므로, 참조된 요소들, 구성 요소들, 또는 단계들은 명시적으로 언급되지 않은 다른 요소들, 구성 요소들, 또는 단계들과 조합될 수 있다. 문맥이 그와 달리 명확하게 나타내지 않으면, 일부 요소들을 "포함하는", "포함하는", 또는 "갖는" 것으로 언급된 실시예들은 또한 이들 구성 요소들로 "본질적으로 구성된다" 및 이들 구성 요소들로 "구성된다"는 것으로 고려된다. 문맥이 그와 달리 명백하게 나타내지 않으면, 시스템과 관련하여 설명된 본 개시의 양태들은 방법들에 적용가능하고 그 반대일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
여기에 개시된 수치 범위들은 그들의 종단점들을 포함한다. 예를 들면, 1과 10 사이의 수치 범위는 1 및 10의 값들을 포함한다. 주어진 수치에 대해 일련의 수치 범위들이 개시될 때, 본 개시는 이들 범위들의 상한 및 하한의 모든 조합들을 포함하는 범위들을 명시적으로 고려한다. 예를 들면, 1과 10 사이 또는 2와 9 사이의 수치 범위는 1과 9 사이 및 2와 10 사이의 숫자 범위를 포함하도록 의도된다.
본 개시는 타깃에 제어된 열처리를 제공하기 위한 시스템들 및 방법들을 제공한다. 상기에 논의된 바와 같이, 기존 시스템들 및 방법들은 일부 경우들에서 관심있는 발색단에서 선택적 흡수를 갖는 전자기 방사선에 의한 열처리를 적용하였다. 또한, 표면 냉각은 전자기 복사의 비선택적 흡수에 의해 도입된 통증의 양을 감소시키는 것에 도움을 주기 위해 적용되었다. 그러나, 이들 방식들 중 어느 것도 환자에게 허용할 수 있는 통증 임계치 이하로 유지하면서 발색단 또는 발색단을 둘러싼 재료를 효과적으로 손상시키지 않는 치료법을 산출하지 못했다. 본 개시는 관심 타깃 발색단이 위치되고 및/또는 위치될 것으로 예상되는 깊이에서 피크 온도를 갖는 열 경사도를 확립하기 위해 예열(preheating)(예를 들면, 광유도 예열)과 조합하여 표면 냉각을 이용하는 전처리를 포함할 수 있는 시스템들 및 방법들을 제공한다. 발색단의 온도를 타깃 손상이 유발되는 레벨까지 높이기 위해 후속 광처리가 이후 도입될 수 있지만, 발색단의 깊이 위 및 아래의 조직의 온도는 피시술자가 원치 않는 손상을 입지 않고 극심한 통증을 경험하지 않도록 충분히 낮게 유지한다. 본 명세서에 설명된 방법들 및 시스템들에 의한 손상을 도입하는 선택도 및 피시술자의 통증이 감소되는 정도는 놀라운 것이고, 현재 기술 수준에 대한 실질적인 개선을 나타낸다.
시스템들
도 1을 참조하면, 본 개시는 시스템(10)을 제공한다. 시스템(10)은 전처리 서브시스템(12), 광처리 시스템(14), 및 컴퓨터(16)를 포함할 수 있다. 이하에 더 상세히 논의되는 바와 같이, 시스템(10)은 타깃 표면(20)을 갖는 타깃 매질(18)에 처리를 제공하도록 구성된다.
전처리 서브시스템(12)은 전처리 냉각 장치(22) 및 전처리 가열 장치(24)를 포함할 수 있다.
전처리 냉각 장치(22)는 당업자가 타깃 매질(18)에 냉각을 적용하기에 적합한 것으로 인식할 수 있는 장치일 수 있다. 일부 양태들에서, 전처리 냉각 장치(22)는 전도성 또는 대류성 냉각 장치일 수 있다. 적절한 전처리 냉각 장치들(22)의 예는 냉각 회로에 결하된 열 전도성 재료(예를 들면, 금속, 유리, 세라믹, 사파이어 윈도우, 공기와 같은 가스 유체, 중수와 같은 액체 유체, 액체 또는 가스 유체의 펄스 스프레이 등)를 포함할 수 있지만, 그로 한정되지 않는다. 적절한 전처리 냉각 장치(22)의 하나의 특정한 비제한적인 예는 유체가 냉각 회로에 의해 순환되는 가스 또는 액체 유체와 같은 유체를 그 사이에 갖는 2개의 윈도우들(2개의 사파이어 윈도우들과 같은)을 포함한다. 냉각 회로는 열 회로 기술 분야에서 당업자의 지식에 따라 구성될 수 있다. 일부 양태들에서, 전처리 냉각 장치(22)는 냉각의 적용을 위해 타깃 표면(20)과 접촉하도록 구성된 표면 접촉부(26)를 포함할 수 있다. 일부 양태들에서, 표면 접촉부(24)는 전자기 스펙트럼의 다양한 부분들에 대해 투명할 수 있다. 일부 양태들에서, 표면 접촉부(26)는 전처리 가열 장치(24)로부터 하나 이상의 열원들을 전달하기 위한 비아들을 제공하도록 구성된 하나 이상의 애퍼처들을 포함할 수 있다(예를 들면, 애퍼처들은 전극들, 초음파 에너지들, 전자기 방사 등이 통과하도록 허용할 수 있다).
전처리 가열 장치(24)는 하나 이상의 전극들을 포함하는 무선 주파수 소스, 타깃 매질(18)에 열 효과를 제공하도록 구성된 초음파 프로브, 전처리 마이크로파 소스, 또는 전처리 광원일 수 있다.
일부 양태들에서, 전처리 가열 장치(24)는 전처리 광원일 수 있다. 전처리 광원은 레이저(예를 들면, 파이버 레이저, 다이오드 레이저, 또는 다른 적합한 레이저), 발광 다이오드, 백열 광원, 아크 램프(방전 램프라고도 함), 플래시 램프(예를 들면, Xe 플래시 램프) 등일 수 있다.
전처리 서브시스템(12)은 본 명세서에 설명된 성능에 따라 적절한 기능을 제공하기 위해 다양한 전자 기기들, 전원 공급 장치들, 제어들, 회로들, 광학 장치들 등을 포함할 수 있다.
광처리 서브시스템(14)은 광처리 광원(30)을 포함할 수 있다. 광처리 광원(30)은 레이저(예를 들면, 파이버 레이저, 다이오드 레이저, 또는 다른 적절한 레이저), 플래시 램프(예를 들면, Xe 플래시 램프) 등일 수 있다.
광처리 서브시스템(14)은 여기에 설명된 성능에 따라 적절한 기능을 제공하기 위해 다양한 전자 기기들, 전원 공급 장치들, 제어들, 회로들, 광학 장치들 등을 포함할 수 있다.
일부 양태들에서, 전처리 광원 및 광처리 광원(30)은 동일한 장치일 수 있다. 전처리 광원 및 광처리 광원(30)이 동일한 장치일 때, 그 장치는 레이저(예를 들면, 파이버 레이저, 다이오드 레이저, 또는 다른 적절한 레이저), 플래시 램프(예를 들면, Xe 플래시 램프) 등일 수 있다.
전처리 광원 및/또는 광처리 광원(30)은, 600㎚와 1100㎚ 사이, 610㎚와 700㎚ 사이, 1600㎚와 1800㎚ 사이, 1000㎚와 1500㎚ 사이, 450㎚와 650㎚ 사이, 또는 여기에 기술된 바람직한 효과를 달성하기에 적합한 다른 파장들 또는 파장 범위들의 파장 또는 파장 범위들을 포함하지만 그로 한정되지 않는, 350㎚와 2000㎚ 사이의 파장 또는 파장 범위를 포함하는, 타깃 매질(18)로 원하는 깊이까지 침투하는 파장 또는 파장 범위를 갖는 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 양태들에서, 전처리 광원 및/또는 광처리 광원(30)은 관심있는 발색단의 흡수 피크에 동조된 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 양태들에서, 전처리 광원 및/또는 광처리 광원(30)은 760㎚, 920㎚, 1064㎚, 1210㎚, 1726㎚의 파장, 또는 여기에 설명된 원하는 효과들을 달성하기에 적합한 다른 파장들을 갖는 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 파장이 정의되는 경우, 흡수 대역에 대한 공칭 파장(nominal wavelength)이 또한 고려될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
당업자는 파장의 선택이 타깃 발색단에 대한 흡수 대역의 위치, 강도, 및 형상, 뿐만 아니라 경쟁 발색단에 대한 흡수 대역들의 위치, 강도, 및 형상을 포함하는 다수의 변수들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 몇몇 경우들에서, 경쟁 발색단들이 피크 흡수 파장에서 흡수를 현저하게 방해하지 않는 한, 타깃 발색단에 대한 피크 흡수를 위해 파장이 선택될 수 있다. 다른 경우들에서, 파장은 상당히 남아 있지만 피크 흡수보다 약한 흡수를 위해 선택될 수 있지만, 경쟁 발색단들은 피크 흡수 파장에서 간섭하고 선택된 파장에서 간섭하지 않을 수 있다. 전처리의 경우에, 파장은 본 명세서에 설명된 바와 같은 공간 온도 경사도 및 본 명세서에 설명된 전처리 효과들을 적절하게 달성하도록 선택된다. 광처리의 경우, 파장은 본 명세서에 설명된 광처리 효과들을 적절하게 달성하도록 선택된다.
전처리 광원 및/또는 광처리 광원(30)은 연속파 광, 펄스 광, 또는 이들 모두를 방출하도록 구성될 수 있다. 전처리 광원 및/또는 광처리 광원(30)은 연속파 광과 펄스 광 사이에서 전환 가능하도록 구성될 수 있다. 일부 환경들에서, 전처리 광원 및/또는 광처리 광원(30)은 성형된 빔을 가질 수 있고, 방출된 에너지는 표면에서 직경이 더 크고 원하는 깊이로 더 집중된다. 이를 달성하기 위한 하나의 수단은 높은 개구수 객체의 사용을 통해서일 수 있다. 이들 상황들에서, 예를 들면, 본 명세서에 설명된 방법들을 사용함으로써 성형된 빔을 스캔하는 것이 유익할 수 있다.
전처리 광원 및/또는 광처리 광원(30)은 100fs와 1초 사이, 1㎰와 750㎳ 사이, 10㎰와 500㎳ 사이, 100㎰와 250㎳ 사이, 1㎱와 100㎳ 사이, 10㎱와 50㎳ 사이, 100㎱와 10㎳ 사이, 1㎲와 750㎳ 사이, 10㎲와 500㎳ 사이, 50㎲와 250㎳ 사이, 100㎲와 100㎳ 사이, 500㎲와 50㎳ 사이, 또는 1㎳와 25㎳ 사이의 펄스 폭을 포함하지만, 그로 한정되지 않는, 10fs와 연속파 사이의 펄스 폭을 갖는 펄스 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 전처리 소스의 조직 내로의 침투 깊이는 표면 아래 타깃들을 포함하는 조직층이 치료 펄스의 도달 전에 예열될 수 있도록 한다. 전처리 소스의 흡수된 평균 전력 밀도는 조직 표면에서의 냉각이 치료 펄스의 도달 전에 타깃 조직층에서의 것보다 실질적으로 더 낮고 손상되지 않는 온도를 유지하도록 한다. 전처리 또는 처리 소스들 중 하나에 대한 펄스들은 펄스 레이저와 같은 펄스 소스에 의해 제공되거나 원하는 평균 흡수 전력 밀도를 달성하기 위해 연속 또는 준연속 소스를 공간적으로 스캐닝함으로써 제공될 수 있다. 여기에 기술된 바와 같은 펄스 폭은 당업자에게 공지된 방법들을 사용하여 반치 전폭으로 측정된다. 전처리 광원 및/또는 광처리 광원(30)은, 1㎰와 750㎳ 사이, 10㎰와 500㎳ 사이, 100㎰와 250㎳ 사이, 1㎱와 100㎳ 사이, 10㎱와 50㎳ 사이, 100㎱와 10㎳ 사이, 1㎲와 750㎳ 사이, 10㎲와 500㎳ 사이, 50㎲와 250㎳ 사이, 100㎲와 100㎳ 사이, 500㎲와 50㎳ 사이, 또는 1㎳와 25㎳ 사이의 펄스 간격을 포함하지만 그로 제한되지 않는, 100fs와 1초 사이의 펄스 간격(당업자에게 공지된 방법들에 의해 펄스들의 피크 대 피크 간격으로서 측정됨)을 갖는 광의 펄스들을 방출하도록 구성될 수 있다. 당업자는 전처리 및 광처리를 위한 펄스 소스의 사용이 전처리 및 광처리의 원하는 효과의 범위 내에 남아 있음을 인식해야 한다. 예를 들면, 전처리를 위한 펄스 소스는 달리 열 영향(예컨대 광처리)을 일으키지 않고 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이 열 경사도를 확립하기 위해 원하는 평균 전력 밀도를 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 광처리를 위한 펄스 소스는 하나의 펄스(또는 어떤 경우에는 더 많은) 광을 사용하는 선택적 광선열융해(photothermolysis)의 메커니즘에 후속하여 원하는 열적 결과를 제공할 수 있다.
일부 양태들에서, 광처리 광원(30)은, 10㎲와 500㎳ 사이, 50㎲와 250㎳ 사이, 100㎲와 100㎳ 사이, 500㎲와 50㎳ 사이, 또는 1㎳와 25㎳ 사이의 펄스 폭을 포함하지만 그로 한정되지 않는, 1㎲와 750㎳ 사이의 펄스 폭을 갖는 펄스 광을 방출하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터(16)는 여기에 설명된 장치들을 제어하도록 구성될 수 있고, 여기에 설명된 방법들을 수행하는 컴퓨터 실행 가능 프로그램을 실행할 수 있는 범용 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰, 또는 다른 컴퓨팅 장치들의 형태를 취할 수 있다. 컴퓨터(24)는 프로세서 및/또는 CPU, 다양한 형태들의 메모리, 인터페이스들 등과 같은 당업자에게 알려진 다양한 구성요소들을 포함할 수 있다. 컴퓨터(24)는 단일 컴퓨팅 장치일 수 있거나 협조된 방식으로 동작하는 복수의 컴퓨팅 장치들일 수 있다.
프로세서 및/또는 CPU는 메모리에 저장된 컴퓨터 실행 가능 명령들을 판독 및 수행하도록 구성될 수 있다. 컴퓨터 실행 가능 명령들은 여기에 설명된 방법들의 전부 또는 부분들을 포함할 수 있다.
메모리는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 및/또는 기록 가능 매체를 포함할 수 있고, 예를 들면, 자기 디스크(예를 들면, 하드 디스크), 광학 디스크(예를 들면, DVD, 블루레이, CD), 자기-광학 디스크, 반도체 메모리(예를 들면, 비휘발성 메모리 카드, 플래시 메모리, 고체 상태 드라이브, SRAM, DRAM), EPROM, EEPROM 등을 포함할 수 있다. 메모리는 본 명세서에서 설명된 방법들의 전부 또는 부분들에 대한 컴퓨터 실행 가능 명령들을 저장할 수 있다.
인터페이스들은 키보드, 디스플레이, 마우스, 인쇄 장치, 터치 스크린, 라이트 펜, 광학 저장 장치, 스캐너, 마이크로폰, 카메라, 드라이브, 통신 케이블, 또는 네트워크(유선 또는 무선)를 포함할 수 있는 입력 및 출력 장치들에 대한 통신 인터페이스들을 제공할 수 있다. 인터페이스들은 또한 시스템(10)에 포함되고 및/또는 여기에 설명된 방법들에 사용되는 다른 구성요소들에 통신 인터페이스들을 제공할 수 있다.
시스템(10)은 시스템(10)의 다양한 구성요소들에 전력을 공급하기 위한 하나 이상의 전원 공급 장치들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 시스템(10)의 일 예는 즉 전처리 가열 장치(26) 및 광처리 광원(30)이 단일 광원인 특정 정렬로, 및 즉 피지선들의 처리를 위해서 특정 환경에서 배치되는 것으로 도시된다.
도 2의 특정 환경에서, 타깃 매질(18)은 인간의 피부와 같은 계층화된 시스템일 수 있다. 타깃 매질(18)은 제 1 층 또는 각질층(stratum corneum; 32), 제 2 층 또는 표피층(34), 제 3 층 또는 진피층(dermis layer; 36), 및 제 4 층 또는 피하층(subcutaneous layer; 38)을 포함할 수 있다. 진피층(36)은 복수의 타깃 발색단들 또는 피지선들(40)을 포함할 수 있다. 타깃 발색단들(40)이 제 3 층 또는 진피층(36)에 한정되지 않고 다양한 다른 층들 및/또는 다양한 상이한 깊이들에 위치될 수 있음이 인식되어야 한다.
시스템(10)은 여기에 기술된 하나 이상의 광원들로부터 방출된 광을 측방향으로 변환시키기 위한 광 변환 요소(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 광 변환 요소는 광원이 장착되는 1차원, 2차원 또는 3차원 변환 스테이지일 수 있고, 그에 의해 전체 광원이 방출된 광을 변환하도록 이동된다. 또한, 광 변환 소자는 광원의 이동을 요구하지 않고 광 자체가 변환되게 하는 광학 셋업일 수 있다. 당업자는 단일 거울, 한 쌍의 거울들, 방출된 광의 각도 및/또는 위치를 변화시키는 모터에 결합된 하나 이상의 거울들 등을 포함하지만 그로 한정되지 않는 적절한 광 변환 요소들을 인식할 것이다.
일부 양태들에서, 타깃 발색단(40)은 피지, 멜라닌, 헤모글로빈, 산화 헤모글로빈, 환원 헤모글로빈, 물 등일 수 있다. 일부 양태들에서, 타깃 발색단(40)은 피지이다.
상기 방법들에 관하여 본 명세서의 다른 부분에서 기술된 본 개시의 양태들은, 문맥에 명백하게 달리 지시되지 않는 한, 시스템(10)에 적용 가능하다. 예를 들면, 주어진 파장 또는 펄스 폭이 방법에 관하여 기술된다면, 시스템(10)은 주어진 파장 또는 펄스 폭을 제공하는 것으로 해석되어야 한다.
방법들
본 개시는 또한 선택적 표적화를 위한 열 경사도 전처리를 위한 방법들을 제공한다. 일부 양태들에서, 도 5를 참조하면, 방법(400)은 다음 단계들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 프로세스 블록(402)에서, 열 경사도를 확립하기 위해 타깃 매질을 전처리하는 단계; 및 프로세스 블록(404)에서, 타깃 매질을 광처리하는 단계. 열 경사도는 타깃 매질의 표면으로부터 미리 규정된 깊이에서 피크 온도를 가질 수 있다. 전처리는 타깃 매질의 표면에 전도성 또는 대류성 냉각을 적용하고 타깃 매질의 표면을 통해 타깃 매질로 전파 가열 에너지를 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 양태들에서, 도 6을 참조하면, 방법(500)은 다음 단계들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 프로세스 블록(502)에서, 타깃 매질의 표면에 예냉(precooling)을 적용하는 단계; 프로세스 블록(504)에서, 타깃 매질에 광열 예열을 적용하는 단계; 및 프로세스 블록(506)에서, 타깃 매질을 광처리하는 단계.
일부 양태들에서, 타깃 매질을 전처리하는 것은 동시에 타깃 매질의 표면에 예냉을 적용하고 타깃 매질에 광열 예열을 적용하는 것을 포함할 수 있다.
본원에 기술된 방법들은 여드름, 양성 피부 종양들(예를 들면, 황색종/황색판종, 한선종들), 육아종, 피하 지방 및 셀룰라이트, 혈관각화종(angiokeratoma), 신경절 낭종(ganglion cysts), 피부 석회증(cutaneous calcinosis), 및 상기와 유사한 다른 상태들을 포함하지만 그로 한정되지 않는, 다양한 임상 증상들의 치료에 유용할 수 있다. 일부 경우들에서, 본 명세서에 기재된 방법들은 여드름의 치료에 유용할 수 있다.
본 명세서에 기재된 방법들은 피시술자에게 미리 규정된 통증 임계치보다 작은 통증을 피시술자에 유발하는 치료를 피시술자에게 제공하도록 구성된다. 본 기술 분야에 공지된 바와 같이, 피시술자의 통증 레벨을 결정하는 다양한 방식들이 존재한다(예를 들면, 1 내지 10점 스케일 등). 미리 규정된 통증 임계치는 환경에 기초하여 규정될 수 있어, 더 높은 통증 임계치가 긴급 치료에 대해 사용되거나 더 낮은 통증 임계치가 순수 미용 치료를 위해 사용될 수 있다. 주어진 사용자에 대한 치료를 조정하는 것은 사용자에 대한 일련의 알려진 치료들을 시험하는 것을 통해 주어진 사용자에 대한 통증 임계치 조정 계획을 확립함으로써 달성될 수 있다. 주어진 사용자에 대한 치료를 조정하는 것은 피시술자로부터 통증에 대한 실시간 피드백을 이용할 수 있다. 통증 임계치는 진통제의 존재 또는 부재시 사용자에 대해 결정될 수 있다. 통증 임계치의 통계적 분포는 선택된 피시술자들의 그룹에 대해 결정될 수 있고, 상기 방법들은 99번째 백분위수 통증 임계치 미만, 95번째 백분위수 통증 임계치 미만, 90번째 백분위수 통증 임계치 미만, 80번째 백분위수 통증 임계치 미만, 또는 75번째 백분위수 통증 임계치 미만과 같은 선택된 그룹에 대한 주어진 백분위수 통증 임계치보다 작도록 구성될 수 있다. 일부 양태들에서, 전처리에 대한 통증 임계치는 광처리에 대한 통증 임계치와 동일하거나 상이할 수 있다.
표면에 예냉을 적용하거나 타깃 매질의 표면에 전도성 또는 대류성 냉각을 적용하는 것은 타깃 매질의 표면을 전처리 냉각 장치의 표면 접촉부(26)와 같이 온도 제어 장치와 접촉시키는 것을 포함할 수 있다.
일부 양태들에서, 표면에 예냉을 적용하는 것은 2초와 2분 사이, 3초와 1분 사이, 4초와 50초 사이, 5초와 45초 사이, 6초와 40초 사이, 7초와 30초 사이, 8초와 25초 사이, 9초와 20초 사이, 10초와 15초 사이, 또는 15초와 30초 사이의 시간 길이를 포함하지만, 그로 한정되지 않는, 1초와 5분 사이의 시간 길이 동안 예냉을 적용하는 것을 포함할 수 있다. 당업자는 예냉을 적용하는 시간 길이가 예냉의 원하는 침투 깊이와 같은 다수의 팩터들에 의존할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
타깃 매질의 표면을 온도 제어된 장치와 접촉시키는 것을 포함하는 일부 양태들에서, 온도 제어된 장치는, -5℃와 10℃ 사이, -2.5℃와 5℃ 사이, 또는 0℃와 2.5℃ 사이의 온도를 포함하지만 그로 한정되지 않는, -10℃와 20℃ 사이의 온도를 가질 수 있다. 일부 양태들에서, 예냉을 표면에 적용하는 것은, 0.5 W/㎠와 9.0 W/㎠ 사이, 1 W/㎠와 8.0 W/㎠ 사이, 2.5 W/㎠와 7.5 W/㎠ 사이, 또는 4 W/㎠와 6 W/㎠ 사이의 양을 포함하지만 그로 한정되지 않는, 0.1 W/㎠와 10 W/㎠ 사이의 양으로 열 전력을 추출하는 것을 포함할 수 있다.
타깃 매질의 표면을 통해 타깃 매질로 전파하는 열 에너지를 적용하는 것은 타깃 매질의 표면을 통해 타깃 매질로 무선 주파수 에너지를 적용하는 것, 타깃 매질의 표면을 통해 타깃 매질로 초음파 에너지를 적용하는 것, 타깃 매질의 표면을 통해 타깃 매질로 전자기 복사를 적용하는 것, 또는 그의 조합을 포함할 수 있다.
타깃 매질로 전자기 방사를 적용하거나 타깃 매질에 광열 예열을 적용하는 것은 예열 시간 길이 동안 예열 흡수된 평균 전력 밀도 또는 흡수된 평균 방사 조도를 갖는 광을 투과시키는 것을 포함할 수 있다. 특정 양태들에서, 예열 흡수된 평균 전력 밀도 또는 흡수된 평균 방사 조도는 광처리 흡수된 평균 전력 밀도 또는 광처리시 사용된 광의 흡수된 평균 방사 조도보다 작을 수 있고 및/또는 예열 시간 길이는 광처리가 적용된 예열 시간 길이보다 작을 수 있다.
특정 양태들에서, 예열된 흡수된 평균 전력 밀도 또는 흡수된 평균 방사 조도는, 0.25 W/㎠와 9 W/㎠ 사이, 0.5 W/㎠와 7.5 W/㎠ 사이, 0.75 W/㎠와 5 W/㎠ 사이, 1 W/㎠와 4 W/㎠ 사이, 또는 2 W/㎠와 3 W/㎠ 사이의 예열된 흡수된 평균 전력 밀도 또는 흡수된 평균 방사 조도를 포함하지만, 그로 한정되지 않는, 0.1 W/㎠와 10 W/㎠ 사이일 수 있다. 일부 양태들에서, 예열 시간 길이는, 2초와 2분 사이, 3초와 1분 사이, 4초와 50초 사이, 5초와 45초 사이, 6초와 40초 사이, 7초와 30초 사이, 8초와 25초 사이, 9초와 20초 사이, 10초와 15초 사이, 또는 15초와 30초 사이의 시간 길이를 포함하지만, 그로 한정되지 않는, 1초와 5분 사이일 수 있다. 본 명세서에서 사용되고 완전 흡수라고 가정되는, 흡수된 평균 방사 조도는 광원의 방사 조도에 1-반사율의 양을 곱한 것을 말한다.
일부 양태들에서, 예냉을 타깃 매질의 표면에 적용하는 단계 및 광열 예열을 타깃 매질에 적용하는 단계는 동시 또는 순차적일 수 있다. 동시 양태들에서, 예냉을 적용하는 단계 및 광열 예열을 적용하는 단계는 시간에서 완전히 중첩할 수 있거나 또는 어느 하나의 적용 단계의 일부분 동안 시간상으로 중첩할 수 있다. 완전 중첩의 일 예로서, 예냉을 적용하는 단계 및 예열을 적용하는 단계는 양쪽 모두 20초의 기간 동안 함께 적용될 수 있다. 부분적인 중첩의 예로서, 예냉을 적용하는 단계는 10초의 기간 동안 단독으로 적용될 수 있고, 예냉을 적용하는 단계 및 예열을 적용하는 단계는 양쪽 모두 10초의 기간 동안 함께 적용될 수 있다. 원하는 열 경사도를 달성하는 예냉 및/또는 광열 예열의 동시 또는 순차적인 적용이 제한없이 고려될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
다른 곳에서 논의된 바와 같이, 열 경사도는 열 경사도의 냉각 성분(예를 들면, 예냉에 의해 생성된 열 경사도의 일부)와 열 경사도의 가열 성분(예를 들면, 예열에 의해 생성된 열 경사도의 일부)을 조합함으로써 확립될 수 있다. 도 3을 참조하면, 예시적인 열 경사도(302)가 도시된다. 단위는 임의적이며 그래프는 일반적으로 열 경사도가 적용될 수 있는 방식들을 제한하지 않는 개념을 나타내도록 의도된다. 열 경사도(302)는 냉각 성분(304)과 가열 성분(306)의 조합이다. 도시된 예에서, 냉각 성분(304) 및 가열 성분(306)은 동일한 최대 크기를 가지나, 냉각 성분(304) 또는 가열 성분 중 어느 하나가 더 큰 절대 크기를 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 도시된 예에서, 냉각 성분(304) 및 가열 성분(306)은 지수함수적으로 감쇠하는 함수들이다. 냉각 성분(304) 및/또는 가열 성분(306)은 타깃 매질의 흡수 및 전도 속성들에 따라 다양한 함수 형태들을 취할 수 있다. 도시된 예에서, 냉각 성분(304)은 가열 성분(306)의 감쇠율(decay rate)의 2배인 감쇠율을 갖는다. 냉각 성분(304) 및 가열 성분(306)의 감쇠율은 동일하거나 상이할 수 있고, 둘 중 하나는 다른 하나보다 크거나 작을 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 당업자는 원하는 깊이에서 최대 온도를 갖는 열 경사도(302)를 달성하기 위해 다양한 냉각 성분들(304) 및 가열 성분들(306)을 조합하기 위한 방법을 인식할 것이다. 당업자는, 산란에 의해, 열 경사도의 성분들이 도 3에 도시된 바와 같이 지수함수적이 아닐 수도 있다는 것을 또한 인식할 것이다.
일부 양태들에서, 열 경사도(302)의 최대 온도에 대한 바람직한 깊이는, 10㎛와 75㎜ 사이, 50㎛와 50㎜ 사이, 100㎛와 40㎜ 사이, 250㎛와 30㎜ 사이, 500㎛와 25㎜ 사이, 750㎛와 20㎜ 사이, 1㎜와 10㎜ 사이, 2㎜와 5㎜ 사이, 또는 1㎜와 2㎜ 사이의 깊이를 포함하지만, 그로 한정되지 않는, 1㎛와 100㎜ 사이의 깊이일 수 있다. 일부 경우들에서, 원하는 깊이는 관심있는 발색단의 알려진 위치에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 피지선들(및 그 안에 포함된 피지)은 일반적으로 1㎜와 2㎜ 사이의 피부 표면 아래의 알려진 깊이 범위에 위치하는 것으로 알려져 있다.
일부 양태들에서, 광처리는, 2W/㎠와 90W/㎠ 사이, 3W/㎠와 80W/㎠ 사이, 4W/㎠와 75W/㎠ 사이, 5W/㎠와 70W/㎠ 사이, 6W/㎠와 60W W/㎠ 사이, 7W/㎠와 50W/㎠ 사이, 8W/㎠와 40W/㎠ 사이, 9W/㎠와 30W/㎠ 사이, 10W/㎠와 25W/㎠ 사이, 15W/㎠와 20W/㎠ 사이, 20W/㎠와 35W/㎠ 사이, 25W/㎠와 45W/㎠ 사이, 30W/㎠와 55W/㎠ 사이, 35W/㎠와 65W/㎠ 사이, 또는 40W/㎠와 85W/㎠ 사이의 광처리 흡수된 평균 전력 밀도 또는 흡수된 평균 방사 조도를 포함하지만, 그로 한정되지 않는, 1W/㎠와 100W/㎠ 사이의 광처리 흡수된 평균 전력 밀도 또는 흡수된 평균 방사 조도로 적용될 수 있다. 일부 양태들에서, 광처리는 100fs와 900㎳ 사이, 1ps와 800㎳ 사이, 10ps와 750㎳ 사이, 100ps와 700㎳ 사이, 1㎲와 600㎳ 사이, 10㎲와 500㎳ 사이, 100㎲와 400㎳ 사이, 1㎳와 300㎳ 사이, 5㎳와 250㎳ 사이, 10㎳와 200㎳ 사이, 25㎳와 100㎳ 사이, 50㎳와 75㎳ 사이, 100㎳와 350㎳ 사이, 200㎳와 450㎳ 사이, 250㎳와 550㎳ 사이, 또는 300㎳와 650㎳ 사이의 시간 길이를 포함하지만, 그로 한정되지 않는, 10fs와 1s 사이의 시간 길이 동안 적용될 수 있다. 일부 양태들에서, 광처리는 단일 펄스 또는 다중 펄스에 적용될 수 있다. 단일 펄스의 경우, 단일 펄스의 시간 스케일은 대략 타깃 발색단의 이완 시간이어야 한다. 다중 펄스들의 경우, 펄스들간의 타이밍은 타깃 발색단의 이완 시간보다 짧아야 한다.
광처리에 대한 파라미터들은 관심있는 발색단, 주변 매질의 속성들, 및 열 경사도(302)의 속성들에 따를 것임이 이해되어야 한다.
일부 양태들에서, 본 명세서에 기술된 방법들은 단일 광원을 사용하여 달성될 수 있다. 일부 양태들에서, 본 명세서에 기술된 방법들은 단일 광원의 전력 출력을 변화시키지 않고 달성될 수 있다. 그러나, 단일 광원 및 변화없는 전력 출력을 갖는 경우에도, 상기 방법들은 광처리와 비교할 때 전처리를 위해 더 낮은 전력의 적용 및/또는 더 짧은 시간 길이를 여전히 이용할 수 있다. 이러한 효과를 달성하기 위한 하나의 방식은 전처리를 확립하기 위해 비교적 빠른 속도로 타깃 매질을 가로질러 광을 스캐닝하고(빠른 속도는 주어진 점에 대해 더 낮은 노출을 의미함), 이후, 주어진 점들 위에 일시 중지하는 것을 포함할 수 있는, 비교적 낮은 속도에서 타깃 매질을 가로질러 광을 스캐닝하는 것에 의한 것이다(느린 속도 및/또는 주어진 점들 위의 일시 중지는 주어진 점들에 대한 더 높은 노출을 의미함).
일부 양태들에서, 스캐닝은 래스터 스캐닝(raster scanning)을 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 하나의 잠재적인 스캐닝 패턴이, 광을 스캐닝하기 위한 일련의 위치들을 식별하는 일련 번호들을 갖고 도시된다(즉, 점(P1)이 먼저 점등되고, 점(P30)이 점등될 때까지, 후속하여 점(P2), 점(P3), ... 등이 점등되고, 그 후에 점(P1)이 다시 점등됨). 주의 : 예냉은 모든 점들에 동시에 적용될 수 있거나 유사한 방식으로 스캐닝될 수 있다.
스캐닝 프로토콜의 비제한적인 예는 광이 1초의 1/30 동안 각 위치를 조명하는 속도로 도 4에 도시된 패턴으로 60W 레이저를 전처리 스캐닝를 포함할 수 있고, 따라서 광의 2W의 유효 전력을 각 위치에 제공한다. 이러한 전처리 스캐닝은 20초와 같은 본 명세서에 설명된 시간 길이 동안 수행될 수 있고, 그에 의해 각 점에서 20초 동안 효과적인 2W 전처리 레이저 처리를 제공한다. 이러한 전처리 스캐닝에 후속하여, 스캐닝 프로토콜의 비제한적인 예는 도 4에 도시된 패턴으로 60W 레이저를 광처리 스캐닝하고, 0.2초 동안 각각의 점에서 일시 중지하는 것을 포함할 수 있고, 따라서 각 점에서 0.2초 동안 60W 광처리를 제공한다. 또한, 이러한 예는 한정하도록 의도되지 않고, 많은 다른 스캐닝 프로토콜들이 고려되고, 본 개시를 고려하여 당업자에게 명백할 것이다. 전처리 스캐닝의 이러한 설명은 순간 전력 밀도(스캐닝 속도에 관계 없이 레이저의 전력 밀도) 및 평균 전력 밀도(주어진 위치에 대해 경험된 전력 밀도)의 개념을 설명하는 것으로 이해되어야 한다. 평균 전력 밀도는 벌크 조직 가열을 유도하고 주변 조직의 냉각 효과로 인한 전력 밀도 제거로 균형을 이룬다.
본 명세서에 기술된 방법들은 주변 매질에 매립된 관심있는 발색단을 선택적으로 표적화할 수 있다. 관심있는 발색단은 전술한 임의의 발색단일 수 있다. 일부 양태들에서, 관심있는 발색단은 피지, 멜라닌, 헤모글로빈, 산화 헤모글로빈, 환원 헤모글로빈, 물 등일 수 있다. 일부 양태들에서, 관심있는 발색단은 피지일 수 있다. 주변 매질은 표피 또는 진피, 피하 조직, 근육 조직, 지방 조직, 뇌 조직, 기관 조직 등과 같은 피부층을 포함하지만 그로 한정되지 않는 조직; 혈액, 혈장, 림프, 소변, 담즙 등을 포함하지만 그로 한정되지 않는 생물학적 유체들; 등일 수 있다.
일부 양태들에서, 관심있는 발색단은 주변 매질과 상대적으로 비교될 때 광처리에 대한 선택성을 가질 수 있다. 일부 양태들에서, (주변 매질에 대한 관심있는 발색단 또는 광학 흡수의 비율로서) 선택도는 주변 매질에 관하여 1.95와 1.1 사이, 1.9와 1.2 사이, 1.85와 1.3 사이, 1.8과 1.4 사이, 1.75와 1.5 사이, 1.7과 1.6 사이, 1.6과 1.05 사이, 1.5와 1.15 사이, 또는 1.4와 1.25 사이의 선택도를 포함하지만 그로 한정되지 않는 2와 1 사이에 있을 수 있다. 관심있는 발색단 및 주변 매질의 열용량은 선택도에 의해 달성되는 결과적인 온도에 영향을 줄 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들면, 관심있는 발색단이 주변 매질에 대해 1의 선택도 및 주변 매질보다 높은 열용량을 갖는 경우, 관심있는 발색단에서 더 높은 온도가 달성될 수 있다.
일부 양태들에서, 본 명세서에 기술된 방법들은 광선열융해적 제거를 위해 적모를 표적화하는 데 유용할 수 있다. 다른 양태들에서, 본 명세서에 기술된 방법들은 타박상 또는 멍의 회복을 가속화하는 데 유용할 수 있다.
시스템(10)과 관련하여 본 명세서의 다른 곳에서 기술된 본 개시의 양태들은 문맥이 달리 명확하게 지시하지 않는 한 상기 방법들에 적용 가능하다. 예를 들면, 주어진 파장 또는 펄스 폭이 시스템(10)에 대해 기술되는 경우, 상기 방법은 주어진 파장 또는 펄스 폭을 이용하는 것으로 해석될 것이다.
예들
예 1.
실질적으로 균일한 세기 분포를 갖는 5 ㎜ 스폿 크기를 갖고 1726 ㎚의 파장에서 작동하는 주문형 레이저가 이러한 예 및 후속하는 다른 예들에 대해 사용되었다.
손상 임계값을 결정하기 위해 다양한 시간 기간 동안 돼지 피부 조직의 타깃 매질에 1W의 예열 적용. 15초 내지 30초 동안 1W의 1726 ㎚ 광의 적용은 손상을 생성하지 않는다. 40초 동안 동일한 광의 적용은 폭 2㎜, 깊이 1.5㎜ 체적에 대한 손상을 야기했다. 60초 동안 동일한 광의 적용은 폭 3.5㎜, 깊이 2㎜ 체적에 대한 손상을 야기했다.
예 2.
예 1의 레이저는 광의 단일 펄스들의 다양한 강도들에 대한 통증 임계치들을 결정하기 위해 인간 피시술자 테스팅에 이용되었다. 광의 펄스들은 100㎳의 펄스 폭을 가진다. 표면 냉각은 적용되지 않았다. 25W 내지 40W의 전력을 갖는 광 펄스들의 적용은, 피시술자에게 경미한 증상만 보였다. 45W의 전력을 갖는 광 펄스들의 적용은 피시술자에게 고통을 주었다. 55W의 전력을 갖는 광 펄스들의 적용은 피시술자에게 고통스럽고 피시술자의 피부 블랜칭(skin blanching)을 동반했다.
예 3.
생체외 돼지 피부 샘플을 사용하여 단일 펄스에 대한 손상 임계치를 결정하기 위해 예 1의 레이저가 이용되었다. 짐머 냉각 없이 1726 ㎚에서 45-55W 광의 단일 100㎳ 펄스가 비선택적 손상을 생성했다. 짐머 냉각과 함께 1726 ㎚에서 45-55 W 광의 단일 100㎳ 펄스는 손상을 생성하지 않았다. 1W 전력의 예열 1726㎚ 광이 돼지 피부 샘플에 온도 경사도를 생성하기 위해 15초 동안 -5.5℃의 짐머 냉각과 함께 적용되었다. 예열에 후속하여, 1726 ㎚에서 30W 광의 단일 200㎳ 펄스(짐머 냉각이 여전히 활성이지만, 짐머 냉각이 단일 펄스 적용 직전에 중단된 경우 유사한 결과들이 예상됨)가 적용되어, 피부 손상 1.5 ㎜ 깊이를 초래한다.
예 4.
이러한 예에서는 예 1의 레이저 및 예 3의 짐머 냉각 장치가 이용되었다. 예냉 -5.5℃ 짐머 냉각이 15-20초 동안 적용된 다음, 1726㎚에서 15W 광의 100㎳ 펄스들의 수들을 변화시켰다.
이러한 예 및 다음의 예들에서의 모든 경우들에서, 이미지들은 자주색 착색을 사용하여 촬영되었으며, 자주색은 손상되지 않은 조직 영역들을 나타내고 흰색은 손상된 조직 영역들을 나타냈다.
3개의 펄스들의 적용은 샘플의 폭에 걸쳐 자주색 얼룩이 완전히 없어지지 않은 피부 샘플 깊이로 연장되는 부분적으로 손상된 영역을 초래했다. 부분적으로 손상된 영역의 깊이는 샘플의 폭을 가로질러 연장된 표피에서 손상되지 않은 샘플의 두께까지 연장되었다. 부분적으로 손상된 영역은 샘플의 너비에 걸쳐 손상이 거의 균일했고, 손상된 영역은 자주색 얼룩이 완전히 제거되지 않았다. 부분적으로 손상된 영역은 손상되지 않은 채로 남겨진 분산된 영역들을 특징으로 하고, 샘플의 비선택적인 손상을 초래한다.
샘플에 3개의 펄스들의 또 다른 적용에서, 표피가 남아있고 샘플이 표피 아래에 비선택적 손상을 특징으로 한다는 점에서 유사한 결과들이 달성되었다. 샘플의 표면에 위치한 샘플의 진피의 작은 반구형 영역은 표면으부터 샘플 내 표면으로부터 약간의 깊이까지 연장된 손상을 보인다.
7개의 펄스들의 적용은 표피가 남아있고 샘플은 표피 아래에 비선택적인 손상을 특징으로 한다. 샘플의 진피에서 비선택적인 손상 영역은 샘플의 중앙에 위치하고 표피로가 아닌 반구 형상의 샘플의 표면으로부터 연장되었다. 손상 영역은 손상되지 않은 채로 남은 분산된 영역들을 특징으로 하고, 샘플의 비선택적인 손상을 초래했다. 부분적으로 손상된 영역은 반구형 손상 영역을 둘러싸고 손상되지 않은 채 남아있는 분산된 영역들을 특징으로 하고, 표피 아래의 샘플의 비선택적인 손상을 초래했다.
8개의 펄스들의 적용은 3개의 펄스들의 적용과 유사한 결과를 초래했다. 부분적으로 손상된 영역의 깊이는 샘플의 폭을 가로질러 연장된 표피에서 손상되지 않은 샘플의 두께까지 연장되었다. 부분적으로 손상된 영역은 샘플의 폭에 걸쳐 손상이 거의 균일했고, 손상 영역은 자주색 얼룩의 완전한 제거를 특징으로 하지 않았다. 부분적으로 손상된 영역은 손상되지 않은 채로 남겨진 분산된 영역들을 특징으로 했고, 샘플의 비선택적인 손상을 초래했다.
예 4에서의 결과적인 손상은 아주 적은 것 내지 손상이 없는 것으로 보이는 일부 샘플들 및 비선택적 손상을 보이는 다른 것들과 일치하지 않았다.
예 5.
이러한 예에서는 예 1의 레이저 및 예 3의 짐머 냉각 장치가 이용되었다. 다양한 길이의 -5.5℃ 짐머 예냉과 다양한 수의 1726㎚에서 30W 광의 100 ㎳ 펄스들이 최소 손상 임계값들을 결정하기 위해 적용되었다.
1개의 펄스를 적용하기 전에 짐머 예냉을 1초 동안 적용하는 것은 조직 샘플의 비손상을 초래했다. 자주색 얼룩은 샘플 전체에 남아있었고 샘플 전체에 비손상을 입증했다.
3개의 펄스들을 적용하기 전에 짐머 예냉을 1초 동안 적용하는 것은 샘플의 표면과 샘플의 표피 사이에서 샘플의 부분적으로 손상된 영역을 특징으로 하는 조직 샘플의 비선택적 손상이 초래했다. 부분적으로 손상된 영역은 그의 중심에 부분적으로 손상된 샘플의 페이드된 구형 영역을 초래하고 부분적으로 손상된 영역을 둘러싸는 손상되지 않은 영역으로 페이드되었다. 이러한 부분적으로 손상된 영역은 샘플의 비선택적 손상 영역을 초래했다.
6개의 펄스들을 적용하기 전에 1초 동안 짐머 예냉을 적용하는 것은 표피가 손상되지 않은 채로 남아있는 것을 초래하는 반면, 비선택적 손상 영역은 샘플의 표면으로부터 샘플의 표피까지 연장된다. 샘플의 진피 중 비선택적 손상 영역은 샘플 표면의 제 1 영역으로부터 샘플 표면상의 제 2 영역까지 연장된 자주색 얼룩이 없는 손상 영역을 특징으로 한다. 손상 영역은 제 1 영역과 제 2 영역 사이의 표면의 중간 영역이 손상되지 않은 채로 남겨지도록 대략 U자형 방식으로 표면상의 제 1 영역으로부터 제 2 영역으로 연장된다. U자형 손상 영역은 표피와 표면의 제 1 영역과 제 2 영역 근처에서 점점 좁아지는 샘플의 표면 사이에 샘플의 두께에 가까운 두께를 특징으로 한다. 이는 조직 샘플의 비선택적 손상을 초래했다.
6개의 펄스들을 적용하기 전에 10초 내지 30초 동안 짐머 예냉을 적용하는 것은 샘플의 비손상 또는 샘플의 비선택적 손상 중 어느 하나를 초래했다. 샘플의 비선택적 손상은 표면과 표피 사이의 손상되지 않은 영역으로 둘러싸인 샘플의 표면 근처의 타원형 손상 영역을 초래한다. 이들 샘플들의 각각에서, 표피도 손상되지 않았다.
예 5의 결과들은 비손상을 나타내는 일부 설정들 및 비선택적 손상을 나타내는 다른 것들을 갖는 일관성 없는 결과들을 보였다.
예 6.
본 예에서는 예 1의 레이저 및 예 3의 짐머 냉각 장치가 이용되었다.
열 경사도는 다양한 전력에서 1726㎚ 광으로 예열과 함께 -5.5℃에서 20초 동안 짐머 예냉을 적용함으로써 생체외 돼지 피부에 확립되었다. 열 경사도의 확립 후, 1726㎚에서 35W 광의 단일 100㎳ 펄스가 적용되었다.
6.5W 예열을 적용하는 것은 샘플의 표면과 샘플의 표면으로부터 떨어져서 위치된 표피의 표면이 손상되지 않은 상태로 유지되는 반면 샘플의 나머지는 비선택적으로 손상되고 이전에 적용된 자주색 얼룩이 없도록 조직 샘플의 대부분의 비선택적 손상을 초래했다.
2.5W 예열을 적용하는 것은 조직 샘플에 거의 손상이 없었다. 표피는 보존되었고 샘플의 표면과 표피 사이에는 손상이 거의 보이지 않았다.
3.0W 예열을 적용하는 것은 표피가 손상되지 않는 깊은 진피 손상을 초래했다. 깊은 진피 손상은 구형이고 샘플의 진피의 표면과 표피 사이에 연장되는 영역을 가졌다. 이는 샘플의 반선택적인 손상 영역을 초래하는 한편, 샘플의 진피의 표면과 표피 사이의 손상 영역을 둘러싸는 부분적으로 손상된 영역을 갖는다.
예 6의 결과들은 6.5W 예열에 대한 비선택적 손상, 2.5W 예열에 대한 손상이 거의 없음, 및 3.0W 예열에 대한 표피에 해를 끼치지 않는 깊은 진피 손상을 보였다.
예 7.
본 예에서는 예 1의 레이저 및 예 3의 짐머 냉각 장치가 이용되었다.
열 경사도는 2.5W에서 1726㎚ 광으로 동일하게 20초 동안 예열하는 것과 함께 -5.5℃에서 20초 동안 짐머 예냉을 적용함으로써 확립되었다. 열 경사도의 확립 후, 1726㎚에서 35W 광의 단일 100㎳ 펄스가 적용되었다. 펄스에 후속하여, -5.5℃에서 20초의 짐머 사후 냉각이 적용되었다. 피지선에 대한 손상을 포함하여 선택적 손상이 달성되고 표피는 손상을 입지 않았다. 선택적 손상은 구형이었고 손상되거나 부분적으로 손상된 샘플의 결핍된 주변 영역은 선택적 손상을 초래했다.
예 8.
본 예에서는 예 1의 레이저 및 예 3의 짐머 냉각 장치가 이용되었다.
다양한 전력에서 1726 ㎚ 광은 -5.5℃에서 짐머 냉각을 사용하거나 사용하지 않고 건강한 사람 지원자의 피부에 적용되어 통증 임계치를 결정했다. 2.0W의 1726㎚ 광을 적용할 때, 짐머 냉각 없이 7초에 통증 임계치에 도달했고, 짐머 냉각과 함께는 8초에 통증 임계치에 도달했다. 1.5W의 1726㎚ 광을 적용할 때, 짐머 냉각 없이 5초 내지 8초에 통증 임계치에 도달했고, 짐머 냉각과 함께 20초에 통증 임계치에 도달했다. 1.0W의 1726㎚ 광을 적용할 때, 짐머 냉각 없이 15초에 통증 임계치에 도달했고, 짐머 냉각과 함께 40초 내지 57초에 통증 임계치에 도달했다.
예 9.
본 예에서는 예 1의 레이저 및 예 3의 짐머 냉각 장치가 이용되었다.
열 경사도는 1.5W에서 1726㎚ 광으로 예열과 함께 -6℃에서 20초 동안 짐머 예냉을 적용함으로써 건강한 사람 지원자의 피부에 확립되었다. 열 경사도의 확립 후, 1726㎚에서 가변 전력 광의 단일 150㎳ 펄스가 적용되었다. 1726㎚에서 15-30W 광의 단일 150㎳ 펄스에 대해, 통증은 경도 내지 중간 정도였다. 1726㎚에서 35-50W 광의 단일 150㎳ 펄스에 대해, 통증은 중간 정도 내지 격렬하다. 45W 펄스로 임상적 구진이 관찰되었다.
예 10.
본 예에서 예 1의 레이저 및 예 3의 짐머 냉각 장치가 이용되었다.
열 경사도는 -5.5℃에서 20초 동안 짐머 예냉을 있거나 없는 상태에서 20초 동안 1.5W에서 1726㎚ 광으로 예열을 적용함으로써 생체외 돼지 피부에 확립되었다. 열 경사도의 확립 후, 1726㎚에서 50W 광의 단일 150㎳ 펄스가 적용되었다. 짐머 예냉의 부재는 표피를 보전하면서 샘플에 1㎜의 손상을 초래했다. 손상 영역은 샘플에 1㎜의 깊이에서 샘플을 가로질러 수평으로 배향된 타원 형상을 특징으로 한다.
짐머 예냉의 존재는 짐머 예냉이 없는 것과 유사하게 손상이 1㎜ 깊이이고 표피가 보전되었다. 손상 영역은 짐머 예냉의 존재시 약간 작았고, 따라서 짐머 예냉이 없는 것보다 약간 더 선택적인 손상 영역을 초래했다.
예 11.
본 예에서 예 1의 레이저 및 예 3의 짐머 냉각 장치가 이용되었다.
열 경사도는 20초 동안 가변 전력들에서 1726㎚ 광으로 예열을 적용함으로써 생체외 돼지 피부에서 확립되었다. 4.0W에서 예열하는 것은 조직 샘플의 대부분의 비선택적인 손상을 초래하여 샘플의 표면과 샘플의 표면으로부터 멀리 떨어져 위치된 표피의 표면이 손상되지 않은 채로 남아있고 샘플의 나머지는 비선택적으로 손상되고 이전에 적용된 자주색 자국이 없다.
예열이 2.0W에서 적용되었을 때, 열 경사도는 또한 40초 동안 1.5W에서 1726㎚ 광으로 예열을 적용함으로써 생체외 돼지 피부에서 확립되었다. 이는 원통형이었고 표피와 샘플의 진피의 표면 사이에 연장된 샘플의 비선택적인 피부 손상을 초래했다. 손상은 손상되지 않고 표피가 손상되지 않은 채 남아있는 진피의 영역으로 둘러싸여 있다.
예열을 1.5W에서 40초 동안 적용하였을 때, 원통형이고 샘플의 진피의 표면과 표피 사이에 위치되는 샘플의 비선택적인 진피 손상을 초래했다. 손상은 표피가 손상되지 않고, 표피가 손생되지 않거나 부분적으로 손상된 채 남아있는 진피의 영역에 의해 둘러싸여진다.
예 12.
본 예에서는 예 1의 레이저 및 예 3의 짐머 냉각 장치가 이용되었다. 이 예에서의 결과들은 도 13에 도시된 실험 셋업을 사용하여 달성되었다. 피부 샘플은 피부의 절단 에지가 레이저 빔의 중간에 위치하도록 배치되었다. 체온을 시뮬레이트하기 위해 가열판이 37℃에서 유지되었다. 짐머 냉각 장치는 -5℃에서 유지되었다.
짐머 예냉 외에도, 예열이 20초 동안 0.5W에서 1726㎚ 광으로 적용되고, 3W 내지 30W 범위의 전력 및 100㎳ 내지 175㎳ 범위의 펄스 폭들에서 1726㎚ 광의 단일 펄스가 후속된다. 표피에서 측정된 최대 온도는 18℃였다. 진피에서 측정된 최대 온도는 30W에서 150㎳ 펄스에 의해 달성된 53℃였다. 표피에서 5-17℃ 및 진피에서 44℃의 온도는 20W에서 150㎳ 펄스에 의해 달성되었다. 표피에서 9-11℃ 및 진피에서 37℃의 온도는 150㎳에서 150㎳ 펄스에 의해 달성되었다.
짐머 예냉 외에도, 예열이 20초 동안 0.5W에서 1726㎚ 광으로 적용되었고, 후속하여 10W의 전력 및 150㎳의 펄스 폭들에서 1726㎚ 광의 다양한 수의 펄스들을 적용했다. 3개의 펄스들이 적용되었을 때, 표피에서 3-10℃ 및 진피에서 28℃의 온도가 달성되었다. 6개의 펄스들이 적용되었을 때, 표피에서 6℃ 및 진피에서 37℃의 온도가 달성되었다. 9개의 펄스들이 적용되었을 때, 표피에서 23℃ 및 진피에서 37℃의 온도가 달성되었다. 15개의 펄스들이 펄스들 사이에 700㎳의 지연을 가지고 적용되었을 때, 표피에서 32℃ 및 진피에서 57℃의 온도가 달성되었다. 15개의 펄스 적용에서, 각각의 펄스 후 진피의 온도가 측정되었고, 결과들은 다음과 같다(명칭은 펄스수 = 온도: 1=29℃; 2=36℃; 3=40℃; 4=43℃; 5=46℃; 6=48℃; 7=49.7℃; 8=51℃; 9=52.3℃; 10=53.2℃; 11=53.6℃; 12=55℃; 13=55.7℃; 14=57℃; 및 15=57℃).
예 13.
본 예에서 예 1의 레이저 및 예 3의 짐머 냉각 장치가 이용되었다. 예 12의 실험 셋업이 측정치들을 얻기 위해 사용되었다.
짐머 예냉 외에도, 예열은 20초 동안 0.5W에서 1726㎚ 광으로 적용되고, 후속하여 10W에서 1726㎚ 광의 단일 또는 다중 150㎳ 펄스들이 적용되었다. 짐머 예냉만으로(즉, 예열 없이 또는 10W에서 150㎳ 펄스들), 진피의 온도는 15℃였다. 예열만으로(즉, 10W에서 150㎳ 펄스들 없이), 진피의 온도는 24℃였다. 1개의 펄스가 짐머 예냉으로 적용되었으나 예열 없을 때, 진피의 온도는 32℃였다. 3개의 펄스들이 짐머 예냉과 예열로 적용되었을 때, 진피의 온도는 29℃였다. 4개의 펄스들이 짐머 예냉 및 예열로 적용되었을 때, 진피의 온도는 40℃였다. 5개의 펄스들이 짐머 예냉 및 예열로 적용되었을 때, 진피의 온도는 54-56℃였다. 8개의 펄스들이 짐머 예냉 및 예열로 적용되었을 때, 진피의 온도는 48℃였다. 니트로 블루 테트라졸륨 클로라이드(Nitro blue tetrazolium chloride; NBTZ) 착색이 모든 샘플들에 적용되었고 표피 손상을 발견되지 않았다.
예 14.
본 예에서 예 1의 레이저 및 예 3의 짐머 냉각 장치가 이용되었다. 인간 사체 피부의 대조 샘플은 표피(Ep), 모낭(hair follicle; HF), 및 피지선(SG)을 구비한다. 인간 사체 피부는 체온을 시뮬레이팅하기 위해 짐머 냉각 장치의 냉각 윈도우와 37℃로 유지되는 가열판 사이에 위치된다.
인간 사체 피부 샘플은 예열이 없고 1000㎳의 펄스 지연을 갖는 35W 광의 두 개의 150㎳ 펄스들로 처리되고, 이는 피지선 부분들의 선택적인 손상을 초래했다. 일부 비선택적 손상이 피지선 주위에 보였다.
인간 시체 피부 샘플은 예열이 없고 1000㎳의 펄스 지연을 갖는 40W 광의 두 개의 150㎳ 펄스들로 처리되고, 이는 피지선 부분들의 선택적인 손상을 초래했다. 일부 비선택적 손상이 피지선 주위, 특히 피지선과 표피 사이에 보였다.
인간 시체 피부 샘플은 20초 동안 0.5W에서 예열하고 1000㎳의 펄스 지연을 갖고 35W 광의 두 개의 150㎳ 펄스들로 처리되고, 이는 피지선 부분들의 선택적인 손상을 초래했다. 최소량의 비선택적 손상이 피지선 주위에 보였다.
상기 상세한 설명은 다양한 실시예들에 적용되는 바와 같은 새로운 특징들을 나타내고, 설명하고, 지적하였지만, 도시된 장치들 또는 알고리즘들의 형태 및 세부 사항들에서의 다양한 생략들, 대체들, 및 변경들이 본 개시의 정신을 벗어나지 않고 행해질 수 있음이 이해될 것이다. 인식되는 바와 같이, 본 명세서에 개시된 본 개시의 특정 실시예들은, 일부 특징들이 다른 것들과 별도로 사용되거나 실행될 수 있기 때문에, 본 명세서에서 설명된 모든 특징들 및 이점들을 제공하지 않는 형태 내에서 구현될 수 있다. 본 명세서에 개시된 특정 개시의 범위는 전술한 설명보다는 첨부된 청구항들에 의해 나타내진다. 청구항들의 동등의 의미 및 범위 내에 있는 모든 변경들은 그 범위 내에 포함되는 것이다.

Claims (44)

  1. 주변 매질에 매립된 관심있는 발색단을 포함하는 타깃의 제어된 열처리를 위한 시스템에 있어서:
    상기 주변 매질의 표면을 냉각하도록 구성된 냉각 장치;
    상기 주변 매질, 상기 타깃, 및 상기 관심있는 발색단으로 광을 투과시키도록 구성된 광원;
    상기 냉각 장치 및 광원과 통신하고 상기 냉각 장치 및 상기 광원을 제어하도록 구성된 프로세서; 및
    상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금 전처리 루틴 및 광처리 루틴을 실행하게 하는 명령들을 저장한 메모리를 포함하고,
    상기 프로세서는, 상기 전처리 루틴 동안, 상기 주변 매질에서 열 경사도를 확립하도록 상기 냉각 장치 및 상기 광원을 제어하고, 상기 열 경사도는 상기 주변 매질의 표면 아래에 원하는 깊이 내에서 피크 온도를 갖고, 상기 원하는 깊이는 상기 타깃의 알려진 깊이 및 상기 관심있는 발색단에 기초하여 선택되고,
    상기 프로세서는, 상기 광처리 루틴 동안, 상기 원하는 깊이에서 상기 주변 매질의 손상 임계치를 초과하지 않으면서 상기 원하는 깊이에서 상기 타깃의 손상 임계치를 초과하기에 충분한 양만큼 상기 관심있는 발색단을 선택적으로 가열하도록 상기 광원을 제어하는, 타깃의 제어된 열처리를 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 관심있는 발색단의 피크 흡수에 동조되는 파장을 갖는 광을 제공하도록 구성되는, 타깃의 제어된 열처리를 위한 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전처리 루틴은 상기 주변 매질보다 높은 온도로 상기 관심있는 발색단을 선택적으로 가열하는, 타깃의 제어된 열처리를 위한 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원은 1000㎚와 1500㎚ 사이 또는 1600㎚와 1800㎚ 사이의 파장 또는 1210㎚ 또는 1726㎚의 파장을 갖는 광을 제공하도록 구성되는, 타깃의 제어된 열처리를 위한 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 전처리 루틴 동안, 상기 주변 매질의 표면에 상기 냉각 장치로부터의 냉각을 동시에 적용하고 상기 광원으로부터의 광을 상기 주변 매질로 투과시키도록 상기 냉각 장치 및 상기 광원을 제어하고, 상기 프로세서는, 상기 광처리 루틴 동안, 상기 냉각 장치를 선택적으로 제어하는, 타깃의 제어된 열처리를 위한 시스템.
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  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원은 레이저인, 타깃의 제어된 열처리를 위한 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 전처리 루틴 또는 상기 광처리 루틴 동안 펄스 광을 제공하도록 구성되는, 타깃의 제어된 열처리를 위한 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 장치는 냉각 회로에 결합된 열 전도성 재료를 포함하는, 타깃의 제어된 열처리를 위한 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원하는 깊이는 1㎛와 100㎜ 사이인, 타깃의 제어된 열처리를 위한 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관심있는 발색단은 피지, 멜라닌, 헤모글로빈, 산화 헤모글로빈, 환원 헤모글로빈, 물, 및 그의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 타깃의 제어된 열처리를 위한 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관심있는 발색단은 피지이고 상기 타깃은 피지선인, 타깃의 제어된 열처리를 위한 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주변 매질은 피시술자 위 또는 피시술자 내에 위치되는, 타깃의 제어된 열처리를 위한 시스템.
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