KR102640027B1 - 기구 추진을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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엔도진 리미티드
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Abstract

실시형태는 일반적으로 추진 튜브 장치 및 기구를 관을 따라 전진시키기 위한 추진 디바이스, 그리고 연관된 사용 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 기구는 의료 용도(예컨대, 내시경술) 또는 산업 용도(예컨대, 광업)를 위한 도구, 센서, 프로브 및/또는 모니터링 장비를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 추진 디바이스는 액체를 수용하도록 구성된 채널을 획정하는 세장형 튜브 및 채널과 연통하는 압력 작동기를 포함할 수도 있다. 압력 작동기는, 교번하여, 채널 내 액체의 압력을 감소시켜서 캐비테이션을 유발하고 액체 중에 기포를 형성시키고; 그리고 압력을 증가시켜서 기포의 일부 또는 전부를 다시 액체로 응축시키게끔 압력을 선택적으로 조정하도록 구성됨으로써, 액체의 적어도 일부를 튜브의 제1 단부를 향하여 가속화시키고 그리고 운동량을 튜브로 전달하여 튜브를 관을 따라 전진시킬 수 있다.

Description

기구 추진을 위한 방법 및 장치
본 실시형태는 일반적으로 추진 튜브 장치 및 기구를 관(passage)을 따라 전진시키기 위한 추진 디바이스, 그리고 연관된 사용 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 기구는 의료 용도(예컨대, 내시경술) 또는 산업 용도(예컨대, 광업)를 위한 도구, 센서, 프로브 및/또는 모니터링 장비를 포함할 수도 있다. 설명된 실시형태는 또한 관을 따라 기구를 전진시키기 위한 다른 분야의 적용에 적합할 수도 있다.
광업의 적용 및 의학의 적용, 예컨대, 내시경술을 포함하는, 관을 따라 기구를 전진시키기 위한 복수의 기존의 방법 및 장치가 있다. 환자의 관 또는 내강을 따라 종래의 내시경 장비를 전진시키는 것은 많은 난관이 있고, 그리고 이 난관은 환자에게 손상을 유발하는 연관된 위험을 수반할 수도 있다.
통로를 따라 기구를 전진시키기 위한 기존의 추진 디바이스와 연관된 하나 이상의 결점 또는 단점을 다루거나 또는 개선하거나, 또는 적어도 유용한 대안을 제공하는 것이 바람직하다.
본 명세서에 포함되는 문서, 행위, 물질, 디바이스, 물품 등의 임의의 논의는 이 사안의 임의의 것 또는 전부가 종래 기술의 기반의 일부를 형성하거나 또는 이 출원의 각각의 청구항의 우선일 전에 존재한 것으로서 본 개시내용과 관련된 분야의 공통적인 일반 상식인 승인된 사항인 것으로서 고려되지 않는다.
본 명세서의 전반에 걸쳐, 단어 "포함하다(comprise)" 또는 이의 변형, 예컨대, "포함하다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 임의의 다른 구성요소, 정수 또는 단계, 또는 구성요소, 정수 또는 단계의 군의 배제가 아닌, 언급된 구성요소, 정수 또는 단계, 또는 구성요소, 정수 또는 단계의 군의 포함을 암시하는 것으로 이해될 것이다.
일부 실시형태는 기구를 관을 따라 전진시키기 위한 추진 디바이스에 관한 것이고, 추진 디바이스는,
제1 단부 및 제1 단부의 맞은편의 제2 단부를 포함하는 세장형 튜브로서, 튜브는 액체를 수용하도록 구성된 채널을 획정하고, 채널의 제1 단부는 튜브의 제1 단부에서 또는 이의 근방에서 폐쇄되고 그리고 채널의 제2 단부는 튜브의 제2 단부에 의해 획정되는, 세장형 튜브; 및
채널의 제2 단부와 연통(communication)하는 압력 작동기로서, 교번하여,
채널 내 액체의 압력을 감소시켜서 캐비테이션(cavitation)을 유발하고 액체 중에 기포를 형성시키고; 그리고
압력을 증가시켜서 기포의 일부 또는 전부를 다시 액체로 응축(collapse)시키게끔 채널 내 액체의 압력을 선택적으로 조정함으로써, 액체의 적어도 일부를 튜브의 제1 단부를 향하여 가속화시키고 그리고 운동량을 튜브로 전달하여 튜브를 관을 따라 전진시키도록 구성되는, 압력 작동기를 포함한다.
일부 실시형태는 추진 튜브 장치에 관한 것이고, 추진 튜브 장치는,
제1 단부 및 제1 단부의 맞은편의 제2 단부를 포함하는 세장형 튜브로서, 튜브는 액체를 수용하도록 구성된 채널을 획정하고, 채널의 제1 단부는 튜브의 제1 단부에서 또는 이의 근방에서 폐쇄되고 그리고 채널의 제2 단부는 튜브의 제2 단부에 의해 획정되는, 세장형 튜브; 및
튜브의 제2 단부에 연결된 피스톤 조립체를 포함하되, 피스톤 조립체는,
튜브의 채널과 유체 연통하는 보어를 획정하는 본체; 및
보어 내에 배치되고 그리고 보어의 내면에 대해 밀봉되도록 구성된 이동 가능한 피스톤을 포함하고,
피스톤 조립체와 튜브는 선택된 양의 액체 및 선택된 양의 기체를 포함하는 밀봉된 용기를 획정하도록 협력한다.
피스톤 조립체는 작동기와의 협력해서 피스톤의 이동을 수행하여 교번하여, 채널 내 액체의 압력을 감소시켜서 캐비테이션을 유발하고 그리고 액체 중에 기포를 형성시키고; 그리고 압력을 증가시켜서 기포의 일부 또는 전부를 다시 액체로 응축시키게끔 압력을 선택적으로 조정함으로써, 액체의 적어도 일부를 튜브의 제1 단부를 향하여 가속화시키고 그리고 운동량을 튜브로 전달하여 튜브를 관을 따라 전진시키도록 구성될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 추진 디바이스 또는 추진 튜브 장치는 압력이 감소될 때 채널의 하나 이상의 구역에서 캐비테이션을 촉진시키도록 구성된 하나 이상의 기계 장치를 포함할 수도 있고, 하나 이상의 구역은 채널의 길이의 적어도 일부를 따라 확장된다. 하나 이상의 기계 장치는 채널의 길이의 적어도 일부를 따라 이격된 복수의 구역에서 캐비테이션을 촉진시키도록 구성될 수도 있다. 하나 이상의 기계 장치는 표면 변동부를 채널의 내면 상에 포함할 수도 있다.
표면 변동부는 코팅을 포함할 수도 있다. 코팅은 소수성 물질을 포함할 수도 있다. 코팅은 촉매 물질을 포함할 수도 있다. 코팅은 옥타데실트라이클로로실란, 실란 화합물, 파릴렌 C, 플루오로폴리머, PTFE(테플론(Teflon)™), 산화망간 폴리스타이렌(MnO2/PS), 나노-복합 산화아연 폴리스타이렌(ZnO/PS), 나노-복합 침전 탄산칼슘, 플루오린계 아크릴 올리고머, 우레탄, 아크릴, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리에틸렌 산화물, 하이드록시에틸메타크릴레이트의 조합물, 및 아크릴아마이드, 또는 다른 소수성 화합물로부터 선택된 하나 이상의 코팅을 포함할 수도 있다.
표면 변동부는 지형학적 변동부를 포함할 수도 있다. 지형학적 변동부는 예를 들어, 약 0.1㎛ 내지 500㎛, 약 0.5㎛ 내지 100㎛, 또는 약 1㎛ 내지 10㎛의 범위 내의 표면 거칠기를 가질 수도 있다.
지형학적 변동부는 스크래치된 또는 구멍이 있는 표면을 포함할 수도 있다. 지형학적 변동부는 복수의 V자 형상의 채널을 획정할 수도 있다. V자 형상의 채널의 특성 각은 예를 들어, 약 10° 내지 90°, 약 30° 내지 60°, 또는 약 40° 내지 50°의 범위 이내일 수도 있다. V자 형상의 채널의 평균 폭은 예를 들어, 약 1㎛ 내지 10㎛, 또는 약 2㎛ 내지 4㎛의 범위 이내일 수도 있다.
지형학적 변동부는 복수의 원추형 홈을 획정할 수도 있다. 원추형 홈의 특성 각은 예를 들어, 약 10° 내지 90°, 약 30° 내지 60°, 또는 약 40° 내지 50°의 범위 이내일 수도 있다. 원추형 홈의 평균 폭은 예를 들어, 약 1㎛ 내지 10㎛, 또는 약 2㎛ 내지 4㎛의 범위 이내일 수도 있다.
지형학적 변동부는 복수의 돌출부를 획정할 수도 있다. 돌출부의 평균 높이는 예를 들어, 약 0.1㎛ 내지 1㎜, 약 1㎛ 내지 500㎛, 또는 약 10㎛ 내지 100㎛의 범위 이내일 수도 있다. 돌출부의 평균 폭은 예를 들어, 약 0.1㎛ 내지 500㎛, 약 0.5㎛ 내지 100㎛, 또는 약 1㎛ 내지 10㎛의 범위 이내일 수도 있다. 인접한 돌출부 사이의 평균 거리는 예를 들어, 약 0.1㎛ 내지 500㎛, 약 0.5㎛ 내지 100㎛, 또는 약 1㎛ 내지 10㎛의 범위 이내일 수도 있다.
일부 실시형태에서, 돌출부는 예를 들어, 탄소 또는 규소와 같은 물질로 형성될 수도 있는 나노와이어 또는 중공형 나노튜브를 포함할 수도 있다.
나노와이어에 대해, 돌출부의 폭은 약 10㎚ 내지 500㎚, 약 20㎚ 내지 300㎚, 또는 약 100㎚ 내지 200㎚의 범위 이내일 수도 있고; 돌출부(835)의 길이 또는 높이는 약 0.1㎛ 내지 100㎛, 약 1㎛ 내지 50㎛, 또는 약 10㎛ 내지 20㎛의 범위 이내일 수도 있고; 그리고 돌출부 사이의 평균 간격은 예를 들어, 약 10㎚ 내지 10㎛, 약 10㎚ 내지 100㎚, 또는 약 100㎚ 내지 1㎛의 범위 이내일 수도 있다.
나노튜브에 대해, 돌출부의 폭은 약 10㎚ 내지 100㎚, 약 10㎚ 내지 50㎚, 또는 약 20㎚ 내지 40㎚의 범위 이내일 수도 있고; 돌출부의 길이 또는 높이는 약 1㎛ 내지 50㎛, 약 5㎛ 내지 30㎛, 또는 약 10㎛ 내지 20㎛의 범위 이내일 수도 있고; 돌출부의 구멍 크기(또는 내경)는 약 1㎛ 내지 40㎛, 약 5㎛ 내지 30㎛, 또는 약 10㎛ 내지 20㎛의 범위 이내일 수도 있고; 그리고 돌출부 사이의 평균 간격은 예를 들어, 약 10㎚ 내지 10㎛, 약 10㎚ 내지 100㎚, 또는 약 100㎚ 내지 1㎛의 범위 이내일 수도 있다.
지형학적 변동부는 다공성 표면을 획정할 수도 있다. 다공성 표면은 예를 들어, 폼(foam), 소결된 물질 또는 다른 다공성 물질을 포함할 수도 있다. 다공성 표면의 평균 구멍 크기는 예를 들어, 약 10㎚ 내지 200㎛, 약 20㎚ 내지 250㎚, 약 50㎚ 내지 150㎚, 약 10㎛ 내지 약 200㎛, 또는 약 50㎛ 내지 약 100㎛의 범위 이내일 수도 있다. 다공성 표면은 다공성 물질의 층을 포함할 수도 있다. 다공성 층의 두께는 예를 들어, 약 10㎛ 내지 1㎜, 또는 약 50㎛ 내지 100㎛의 범위 이내일 수도 있다.
하나 이상의 기계 장치는 채널의 길이를 따른 튜브의 벽의 열 전도율의 변동을 포함할 수도 있다. 벽의 열 전도율은 채널의 길이를 따라 약 0.25Wm-1K-1 내지 240Wm-1K-1의 범위에 걸쳐 변경될 수도 있다.
하나 이상의 기계 장치는 하나 이상의 음향 변환기를 포함할 수도 있다. 음향 변환기 중 하나 이상은 튜브의 벽 내에 배치될 수도 있다. 음향 변환기 중 하나 이상은 튜브의 벽의 외부에 배치될 수도 있다. 음향 변환기의 작동 주파수는 약 1㎑ 내지 100㎑의 범위 이내일 수도 있다. 음향 변환기에 의해 채널의 내강으로 지향되는 초음파 에너지와 연관된 전력은 약 10mW 내지 100mW의 범위 이내일 수도 있다.
일부 실시형태에서, 추진 디바이스는 의학 기구를 환자 내 내강을 따라 전진시키기 위해 구성될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 채널은 튜브의 제1 단부로부터 튜브의 제2 단부로 연장되는 연속적인 밀폐된 채널일 수도 있다. 튜브는 내부 압력 변화에 기인한 팽창 또는 수축에 대해 보강될 수도 있다. 튜브는 살균에 적합한 물질로 형성될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 추진 디바이스는 나란히 연장되는, 설명된 실시형태 중 어느 하나의 실시형태에 따른 복수의 튜브를 포함할 수도 있다.
일부 실시형태에서, 압력 작동기는 밀봉된 챔버를 획정하는 유연한 막, 및 유연한 막을 변형시켜서 채널 내 액체의 압력을 선택적으로 조정하도록 구성된 구동 기계 장치를 포함할 수도 있다.
일부 실시형태에서, 압력 작동기는 피스톤 조립체의 보어 내에 배치된 이동 가능한 피스톤을 포함하는, 피스톤 조립체; 및 피스톤 조립체의 피스톤을 구동시켜서 채널 내 액체의 압력을 선택적으로 조정하도록 구성된 구동 기계 장치를 포함할 수도 있다. 피스톤 조립체가 튜브에 연결되어 액체를 포함하는 밀봉된 튜브 장치를 형성할 수도 있고, 그리고 피스톤 조립체가 구동 기계 장치에 탈착 가능하게 연결 가능할 수도 있다.
일부 실시형태는 추진 튜브 장치에 관한 것이고, 추진 튜브 장치는, 설명된 실시형태 중 어느 하나의 실시형태에 따른 하나 이상의 튜브; 및
튜브의 제2 단부에 연결된 피스톤 조립체를 포함하되, 피스톤 조립체는,
하나 이상의 튜브 중 각각의 채널과 유체 연통하는 보어를 획정하는 본체; 및
보어 내에 배치되고 그리고 보어의 내면에 대해 밀봉되도록 구성된 이동 가능한 피스톤을 포함한다.
일부 실시형태는 추진 튜브 장치에 관한 것이고, 추진 튜브 장치는, 설명된 실시형태 중 어느 하나의 실시형태에 따른 튜브 중 하나의 튜브; 및
튜브의 제2 단부에서 또는 이의 근방에서 채널 내에 배치되고 그리고 채널의 내면에 대해 밀봉되도록 구성된 이동 가능한 피스톤을 포함한다.
일부 실시형태에서, 피스톤 조립체와 하나 이상의 튜브는 선택된 양의 액체 및 선택된 양의 기체를 포함하는 밀봉된 용기를 획정하도록 협력할 수도 있다. 액체 및 기체의 선택된 양은 튜브의 특정한 길이 및 직경에 대해 선택될 수도 있다. 액체 및 기체는 작동 동안 일반적인 채널 압력보다 상당히 더 높지 않은 미리 결정된 압력으로 유지될 수도 있다.
일부 실시형태는 드라이브 콘솔에 관한 것이고, 드라이브 콘솔은,
설명된 실시형태 중 어느 하나의 실시형태에 따른 추진 튜브 장치를 수용하고 그리고 이와 맞물리도록 구성된 소켓을 획정하는 하우징;
피스톤과 맞물리도록 구성된 작동기; 및
작동기를 작동하여 피스톤을 이동시켜서 튜브의 채널 내 압력을 선택적으로 조정하도록 구성된 제어기를 포함한다.
일부 실시형태는 기구를 관을 따라 전진시키기 위한 방법에 관한 것이고, 방법은 기구에 연결된 튜브 내 액체의 압력을 선택적으로 조정하여 액체 중에 기포의 캐비테이션을 연속적으로 유발하고, 이어서 기포를 다시 액체로 응축시켜서, 튜브 내에서 액체를 가속화시키고, 운동량을 액체로부터 튜브로 전달하고, 그리고 튜브를 관을 따라 전진시키는 단계를 포함한다.
예시적인 실시형태가 이제 도면에 대하여 상세히 설명될 것이다:
도 1은 일부 실시형태에 따른 추진 디바이스의 개략도;
도 2A 내지 도 2F는 일부 실시형태에 따른, 튜브 내에 포함된 액체 내 기포의 핵생성과 캐비테이션, 및 다시 액체로의 후속의 기포의 응축의 사이클을 도시하는 추진 디바이스의 튜브의 부분의 일련의 길이방향 단면을 도시하는 도면;
도 3A 내지 도 3G는 일부 실시형태에 따른, 튜브 내에 포함된 액체 내 기포의 핵생성과 캐비테이션, 및 다시 액체로의 후속의 기포의 응축의 사이클을 도시하는 추진 디바이스의 튜브의 부분의 일련의 길이방향 단면을 도시하는 도면;
도 4는 일부 실시형태에 따른, 튜브 내 특정한 구역에서 기포 핵생성 및/또는 병합을 촉진시키기 위한 기계 장치를 예시하는 추진 디바이스의 튜브의 부분의 길이방향 단면을 도시하는 도면;
도 5는 일부 실시형태에 따른, 튜브 내 특정한 구역에서 기포 핵생성 및/또는 병합을 촉진시키기 위한 기계 장치를 예시하는 추진 디바이스의 튜브의 부분의 길이방향 단면을 도시하는 도면;
도 6은 일부 실시형태에 따른, 튜브 내 특정한 구역에서 기포 핵생성 및/또는 병합을 촉진시키기 위한 기계 장치를 예시하는 추진 디바이스의 튜브의 부분의 길이방향 단면을 도시하는 도면;
도 7은 일부 실시형태에 따른, 기포 핵생성을 촉진시키기 위한 지형학적 표면 변동부를 도시하는 도면;
도 8A 내지 도 8E는 일부 실시형태에 따른, 기포 핵생성을 촉진시키기 위한 돌출부의 상이한 유형의 일련의 도면;
도 9는 일부 실시형태에 따른, 기포 핵생성을 촉진시키기 위한 다공성 표면의 도면;
도 10A 내지 도 10C는 일부 실시형태에 따른, 액체와 튜브 간의 운동량 전달을 향상시키기 위한 큰 규모의 지형학적 표면 변동부의 상이한 유형의 일련의 도면;
도 11은 일부 실시형태에 따른, 압력 작동기의 피스톤의 이동을 예시하는 예시적인 변위 및 속도 프로파일을 도시하는 도면;
도 12는 일부 실시형태에 따른, 튜브 내 액체에 인가된 압력을 예시하는 예시적인 압력 사이클을 도시하는 도면;
도 13A 및 도 13B는 일부 실시형태에 따른, 복수의 튜브가 튜브의 상이한 배열을 예시하는 2개의 디바이스의 단면을 도시하는 도면;
도 14는 일부 실시형태에 따른, 탈착형 튜브 및 피스톤 조립체를 가진 추진 디바이스의 부분의 개략도;
도 15는 도 14의 추진 디바이스의 드라이브 콘솔의 전방 패널을 도시하는 도면;
도 16은 일부 실시형태에 따른, 도 14의 추진 디바이스를 포함하는 내시경 시스템을 도시하는 도면; 및
도 17은 일부 실시형태에 따른, 대안적인 튜브 장치를 가진 추진 디바이스를 도시하는 도면.
본 실시형태는 일반적으로 관을 따라 기구를 전진시키기 위한 추진 디바이스, 그리고 연관된 사용 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 기구는 의료 용도(예컨대, 내시경술) 또는 산업 용도(예컨대, 광업)를 위한 도구, 센서, 프로브 및/또는 모니터링 장비를 포함할 수도 있다. 설명된 실시형태는 또한 관을 따라 기구를 전진시키기 위한 다른 분야의 적용에 적합할 수도 있다.
도 1을 참조하면, 추진 디바이스(100)가 일부 실시형태에 따라 도시된다. 추진 디바이스(100)는 액체(130)를 수용하도록 구성된 내강 또는 채널(120)을 획정하는 세장형 튜브(110), 및 예를 들어, 압력을 변경함으로써, 임의로 압력을 연속적으로 변경함으로써, 채널(120) 내 액체(130)의 압력을 선택적으로 조정하도록 구성된 압력 작동기(140)를 포함한다.
채널(120)의 제1 또는 원위 단부(122)는 튜브(110)의 제1 또는 원위 단부(112)에서 또는 이의 근방에서 폐쇄된다. 튜브(110)의 원위 단부(112)는 도 1에서 관(103)의 채널 또는 내강(101)에 배치되게 도시된다.
일부 실시형태에서, 튜브(110)는 생체 관, 예컨대, 환자의 관(103)의 내강(101)에 그리고 이를 통하도록 삽입되게 구성될 수도 있다. 이러한 생체 관의 예는 식도, 위, 창자, 결장, 소장, 대장, 십이지장, 또는 위장계의 임의의 하나 이상의 관을 포함한다. 일부 실시형태에서, 튜브(110)는 예를 들어, 혈관, 정맥 또는 동맥과 같은, 환자의 또 다른 관(103)으로 그리고 이를 통한 삽입을 위해 구성될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 튜브(110)는 인간의 의학 적용 또는 수의학 적용을 위해 구성될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 튜브(110)는 예를 들어 플럼빙 파이프(plumbing pipe), 벽 공동부, 케이블 트랙, 기계류, 광업 또는 유정 보어에서의 사용과 같은, 산업 적용을 위해 구성될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 튜브(110)는 내시경의 삽입 튜브, 및 관(103), 예컨대, 환자의 관 내에 삽입되도록 구성된 삽입 튜브 내에 수용되도록 구성될 수도 있다. 이러한 배열의 예가 도 16에 예시된다. 추진 디바이스(100)의 튜브(110)는 삽입 튜브 내 추진 튜브 채널(미도시) 내에 수용될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 추진 튜브 채널은 삽입 튜브의 외경과 동심원 또는 동축일 수도 있고, 그리고 삽입 튜브의 중심 길이방향축을 따라 연장될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 추진 튜브 채널은 삽입 튜브의 중심축으로부터 방사상으로 오프셋될 수도 있다.
압력 작동기(140)는 원위 단부(112)의 맞은편의 튜브(110)의 제2 또는 근위 단부(114)에서 또는 이의 근방에서 채널(120)의 제2 또는 근위 단부(124)와 연통한다. 채널(120)은 튜브(110)의 제1 단부(112)로부터 튜브(110)의 제2 단부(114)로 연장되는 연속적으로 밀폐된 채널을 포함할 수도 있다.
압력 작동기(140)는 예를 들어, 왕복 피스톤과 같은, 채널(120)에서 액체(130)의 압력을 선택적으로 조정하도록 구성된 임의의 적합한 디바이스를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 압력 작동기(140)는 제어기(미도시)에 의해 제어되는 모터, 예컨대, 선형 모터에 의해 구동되는 피스톤을 포함할 수도 있다.
압력 작동기(140)는 채널(120) 내 압력을 점진적으로 감소시켜서 캐비테이션을 유발하고 액체(130)에 기포를 형성시키고, 그리고 이어서 압력을 갑자기 증가시켜서 기포를 다시 액체(130)에 압축 및 응축시킴으로써, 액체(130)의 적어도 일부를 튜브(110)의 제1 단부(112)를 향하여 가속화시켜, 운동량이 액체로부터 튜브(110)로 전달되어 튜브(110)를 관을 따라 전진시키도록 구성될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 채널(120)이 초기 또는 기저 압력에 있을 때, 채널(120) 내에 기체의 용적 및 액체(130)의 용적이 있을 수도 있고, 그리고 압력 작동기(140)가 압력을 증가시켜서 기체의 일부 또는 전부를 액체(130)에 압축 및 용해시키도록 제어될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 채널(120)이 액체(130)로 완전히 충전될 수도 있고, 그리고 압력 작동기(140)가 압력을 감소시켜서 액체(130)로부터 기체의 캐비테이션을 유발할 수도 있다. 다양한 실시형태에서, 기저 압력은 대기압으로 또는 대기압에 가깝게; 대기압보다 상당히 더 높게; 또는 대기압보다 상당히 더 낮게 설정될 수도 있다.
압력 작동기(140)가 반복되는 사이클로 압력을 조정하여 액체(130)로부터 기포의 캐비테이션을 유발하고, 이어서 기체의 일부 또는 전부를 다시 액체(130)에 압축하도록 구성될 수도 있다. 다양한 적용에서, 채널(120)의 최대 압력과 채널(120)의 최소 압력 간의 차는 예를 들어, 약 10㎪ 내지 100㎫, 약 10㎪ 내지 100㎪, 약 100㎪ 내지 1㎫, 약 1㎫ 내지 약 10㎫, 또는 약 10㎫ 내지 약 100㎫의 범위 이내일 수도 있다. 일부 실시형태에서, 최대 압력은 대기압 초과, 대기압 미만 또는 대기압과 가까울 수도 있다. 일부 실시형태에서, 최소 압력은 대기압 초과, 대기압 미만 또는 대기압과 가까울 수도 있지만 최대 압력과 0이 아닌 차를 갖는다.
예를 들어, 위장 적용에 대해, 채널 압력은 대기압 미만의 100㎪로부터 대기압 초과의 1000㎪로 변경될 수도 있고; 심혈관 적용에 대해, 채널 압력은 대기압 미만의 20㎪로부터 대기압 초과의 300㎪로 변경될 수도 있고; 산업 적용에 대해, 채널 압력은 대기압 미만의 1000㎪로부터 대기압 초과의 10000㎪로 변경될 수도 있다.
채널(120) 내 액체(130)는 예를 들어, 순수한 액체, 용액, 기체/액체 용액(즉, 기체가 액체에 용해됨), 기체와 액체의 혼합물, 액체와 고체 입자의 혼합물, 예컨대, 현탁액, 및 2개 이상의 혼화성 액체 또는 비혼화성 액체의 혼합물 중 임의의 하나 이상을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 대기압에서 기체 대 액체의 용적비는 예를 들어, 약 0.1% 내지 10%, 약 0.5% 내지 5%, 또는 약 1% 내지 2%의 범위 이내일 수도 있다.
액체(130)는 예를 들어, 임의의 적합한 액체, 기체, 고체 입자 또는 용액, 예컨대, 물, 에탄올, 이산화탄소, 질소, 공기, 산화질소, 아르곤, 염, 염화나트륨, 포름산칼륨, 산, 아세트산, 또는 메타텅스텐산리튬을 포함할 수도 있다.
상이한 액체는 상이한 적용에 적합할 수도 있다. 예를 들어, 의학 적용에서, 선호되는 액체는 생체적합성, 비-독성(또는 매우 낮은 독성을 가짐), 비-발열성, 비-염증성, 매우 비삼투성, 비교적 비활성일 수도 있고, 그리고 비교적 저압에서 그리고 환자의 평상시 온도와 유사한 온도에서의 수술에 적합할 수도 있다. 예를 들어, 물, 에탄올, 이산화탄소, 질소, 공기, 산화질소, 아르곤.
생체적합성이 요구되지 않는 산업 적용에서, 예를 들어, 비활성 무기 화합물의 수용액과 같은, 더 높은 밀도를 가진 액체가 선호될 수도 있다. 하나의 적합한 고밀도 액체는 고밀도, 낮은 점도, 및 우수한 내열성을 가진 메타텅스텐산리튬의 수용액일 수도 있다.
다양한 실시형태에서, 튜브(110)는 미리 결정된 적용에 대한 적합성에 따라 상이한 물질로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 의학 적용에 대해, 튜브(110)는 환자의 신체 내 관의 코너 또는 모퉁이 주위에서 구부러지도록 충분히 유연한 비-독성 물질로 형성될 수도 있다.
상이한 적용에서 튜브(110)를 형성하도록 사용될 수도 있는 물질의 일부 예는, 폴리머, 플라스틱, 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 비닐, 나일론, 고무, 엘라스토머, 수지 또는 폴리머, 엘라스토머 또는 수지가 함침된 직물을 포함하는 복합 재료를 포함한다. 내부 구조체에 공극(폼)을 포함하는 폴리머, 예컨대, 압출된 폴리테트라플루오로에틸렌(extruded polytetrafluoroethylene: ePTFE)이 또한 가요성을 증가시키도록 사용될 수도 있다. 이 물질의 복합 적층이 또한 강도를 증가시켜서 가요성을 유지하고 그리고 내압 또는 킹킹(kinking)에 저항하도록 사용될 수도 있다.
튜브(110)의 벽(118)은 미리 결정된 적용에 대한 압력차의 예상 범위를 견디는데 충분한 강도 및 두께를 가져야 한다. 일부 실시형태에서, 튜브(110) 또는 튜브 벽(118)은 압력 변화에 기인한 튜브의 팽창 및/또는 수축을 완화하도록 보강될 수도 있다. 예를 들어, 고강도 섬유 또는 초고분자량 폴리에틸렌과 같은, 임의의 적합한 보강 재료가 사용될 수도 있다.
도 2A 내지 도 2F를 참조하면, 추진 디바이스(100)의 튜브(110)의 부분이 일부 실시형태에 따라 도시되고, 일련의 도면에서 캐비테이션 과정을 예시한다.
도 2A를 참조하면, 초기 또는 기저 압력에서, 채널(120)은 채널(120) 내에 거의 또는 전혀 기체가 없는 액체(130)로 상당히 또는 완전히 충전될 수도 있다. (그러나, 일부 실시형태에서, 기저 압력에서 채널에 존재하는 상당한 기체량이 있을 수도 있다).
채널(120) 내 압력이 압력 작동기(140)에 의해 점진적으로 감소될 때, 기포(133)가 도 2B에 도시된 바와 같이, 채널(120) 내 액체(130)에 형성되기 시작할 수도 있다. 기포(133)는 액체(130)에 이전에 용해되었던 기체 및/또는 증기(즉, 액체(130)의 기체상)를 포함할 수도 있다. 기포(133)는 액체(130)에서 부유되는 입자와 같은, 핵생성 위치에 그리고/또는 튜브(110)의 내면(126)의 핵생성 위치에 액체(130) 내 균일 핵생성을 통해 또는 불균일 핵생성을 통해 형성될 수도 있다.
압력이 더 감소될 때, 기포(133)가 용적을 성장하여 도 2C에 도시된 바와 같이 더 큰 기포(133c)를 형성할 수도 있고, 그리고 새로운 기포(133)가 핵생성을 통해 계속해서 형성될 수도 있다. 기포(133, 133c) 중 일부가 합쳐져서 도 2D에 도시된 바와 같이 훨씬 더 큰 기포(133d)를 형성할 수도 있다.
특정한 조건하에서, 기포(133)가 합쳐져서 도 2E에 도시된 바와 같이 채널(120)의 내강에 걸치는 큰 기포(133e)를 형성할 수도 있다. 즉, 걸쳐진 기포(133e)가 채널(120)의 구역에서 채널(120)의 전체 내강을 차지할 수도 있어서 액체(130)의 상이한 부분이 기포(133e)의 양측에서 분리된다. 채널(120)에서 이러한 걸쳐진 기포(133e)의 형성을 조장 또는 촉진시키는 것은, 이것이 압력의 갑작스러운 증가 동안 액체(130)의 가속화를 증가시키고 따라서 액체(130)에 부여된 운동 에너지 및 튜브(110)에 전달된 운동량을 증가시킴으로써 추진 효과를 향상 또는 증가시킬 수도 있기 때문에, 바람직할 수도 있다.
압력이 증가될 때(즉, 압축 동안), 액체(130)는 도 2F에서 화살표(201)로 나타낸 바와 같이, 원위 방향으로(즉, 채널(120)의 제1 또는 원위 단부(122)를 향하여) 가속화된다. 액체(130)의 비교적 낮은 압축성보다 더 높은 자릿수인, 기포(133)의 비교적 높은 압축성에 기인하여, 액체(130)는 도 2F에 도시된 바와 같이, 기포(133)를 신속하게 가속화시키고 압축하게 된다.
기포(133)가 압축될 때, 기포는 압력과 밀도의 갑작스러운 증가, 및 도 2A에 도시된 바와 같이, 다시 액체(130)로의 응축(즉, 용해 및/또는 응결)을 겪는다. 액체(130)로의 기포(133)의 용해/응축의 속도는 기체-액체 경계면의 총 표면적을 증가시킴으로써 증가될 수도 있다. 따라서, 많은 기포(133), 그리고 바람직하게는 많은 걸쳐진 기포(133e)의 형성을 조장 또는 촉진시키는 것이 바람직할 수도 있다.
걸쳐진 기포(133e)의 형성의 가능성이 증가될 수도 있는 복수의 방식이 있고, 수개의 방식이 아래에서 논의된다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 1종 이상의 첨가제가 액체(130)에 포함되어 기포 병합을 향상시킬 수도 있다. 일부 실시형태에서, 채널(120)의 내경이 비교적 작도록 선택될 수도 있어서 비교적 작은 기포 용적만이 내강에 걸치도록 요구된다. 그러나, 내강의 내경은 압력이 갑자기 증가될 때(즉, 혈관 저항에 의해 너무 제한되지 않음) 액체(130)가 채널(120)을 따라 흐르게 하도록 여전히 충분히 커야 한다. 일부 실시형태에서, 추진 디바이스(100)는 서로에 대해 나란히 연장되고 그리고 각각 채널(120)을 획정하는, 복수의 튜브(110)를 포함할 수도 있다. 이것은 튜브(110) 내에 액체(130)의 비교적 높은 총 질량을 유지하면서 각각의 채널(120)의 내경이 비교적 작게 할 수도 있다.
일부 실시형태에서, 캐비테이션, 기포 핵생성 및/또는 기포 병합은 채널(120)의 특정한 구역에서 향상, 조장 또는 촉진될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 추진 디바이스(100)는 압력이 감소될 때 채널의 하나 이상의 구역에서 캐비테이션, 기포 핵생성 및/또는 기포 병합을 촉진시키도록 구성된 하나 이상의 기계 장치를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 구역은 채널(120)의 길이의 적어도 일부를 따라 확장될 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 기계 장치는 채널(120)의 길이를 따라 이격된 복수의 구역에서 캐비테이션, 기포 핵생성 및/또는 기포 병합을 촉진시키도록 구성될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 캐비테이션이 촉진되는 각각의 구역은 채널(120)의 내경의 약 10% 내지 400%, 임의로 약 30% 내지 300%, 임의로 약 50% 내지 200%의 거리만큼 채널 길이의 일부를 따라 확장될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 캐비테이션이 촉진되는 인접한 구역 사이의 거리는 예를 들어, 약 2 내지 50, 약 5 내지 30, 또는 약 10 내지 20만큼 채널(120)의 내경보다 더 길 수도 있다.
도 3A 내지 도 3G를 참조하면, 추진 디바이스(100)의 튜브(110)의 부분이 일부 실시형태에 따라 도시되고, 일련의 도면에서 캐비테이션 과정을 예시한다. 캐비테이션 과정은 도 2A 내지 도 2F와 관련되어 설명된 것과 유사하지만; 도 3A 내지 도 3G에 도시된 튜브(110)는 또한 압력이 감소될 때 채널(120)의 하나 이상의 구역에서 캐비테이션, 기포 핵생성 및/또는 기포 병합을 촉진시키도록 구성된 하나 이상의 기계 장치(330)을 포함한다.
도 3A를 참조하면, 기저 압력에서, 채널(120)은 채널(120) 내에 거의 또는 전혀 기체가 없는 액체(130)로 상당히 또는 완전히 충전될 수도 있다.
채널(120) 내 압력이 압력 작동기(140)에 의해 점진적으로 감소될 때, 기포(133)가 도 3B에 도시된 바와 같이, 채널(120) 내 액체(130)에 형성되기 시작할 수도 있다. 일부 기포(133)가 액체(130) 전반에 걸쳐 무작위로 형성될 수도 있지만, 기포(133) 형성의 가능성은 캐비테이션-촉진 기계 장치(330)의 구역에서 더 높을 것이다.
압력이 더 감소될 때, 기포(133)가 용적을 성장하여 도 3C에 도시된 바와 같이 더 큰 기포(133c)를 형성할 수도 있고, 그리고 새로운 기포(133)가 핵생성을 통해 계속해서 형성될 수도 있다. 기포(133, 133c) 중 일부가 합쳐져서 도 3D에 도시된 바와 같이 훨씬 더 큰 기포(133d)를 형성할 수도 있다.
기포(133)가 합쳐져서 도 3E에 도시된 바와 같이 채널(120)의 내강의 전체 직경에 걸치는 내강-걸쳐진 기포(133e)를 형성할 수도 있다. 내강-걸쳐진 기포(133e)의 형성은 형성되는 기포의 다수 또는 크기 및/또는 향상된 기포 병합에 기인하여 기계 장치(330)의 구역에서 가능성이 더 클 수도 있다.
압력이 증가될 때, 액체(130)는 도 3F에서 화살표(301)로 나타낸 바와 같이, 원위 방향으로(즉, 채널(120)의 제1 또는 원위 단부(122)를 향하여) 가속화되고, 그리고 기포(133)는 도 3G에 도시된 바와 같이 압축되고 용적이 감소된다.
기포(133)가 압축될 때, 기포는 압력과 밀도의 갑작스러운 증가, 및 도 3A에 도시된 바와 같이, 다시 액체(130)로의 응축(즉, 용해 및/또는 응결)을 겪는다.
기계 장치(330)은 캐비테이션, 기포 핵생성 및/또는 기포 병합의 가능성을 향상, 촉진, 장려 또는 증가시키기 위한 임의의 적합한 수단을 포함할 수도 있다.
도 4를 참조하면, 일부 실시형태에서, 하나 이상의 기계 장치(330)은 채널(120)의 길이를 따른 튜브의 벽(118)의 열 전도율 및/또는 열용량의 변동을 포함할 수도 있다. 열 전도율 및/또는 열용량의 이 변동은 벽(118)의 나머지보다 더 높은 열 전도율 및/또는 열용량을 가진 물질을 포함하는 벽 부분(430)을 채널(120)의 길이에 따른 상이한 위치에서 포함함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 벽(118)이 압출된 폴리머로 형성될 수도 있고, 그리고 금속 입자가 벽(118)의 특정한 부분에 함침되어 비교적 더 높은 열용량 및 열 전도율의 벽 부분(430)을 생성할 수 있다.
벽 부분(430)과 벽(118)의 나머지 간의 열 전도율 및/또는 열용량의 차는 채널(120)의 나머지와 비교할 때 벽 부분(430)의 구역에서 캐비테이션 및 기포 핵생성의 더 높은 가능성을 발생시킬 수도 있다.
일부 실시형태에서, 벽(118)의 열 전도율은 약 0.25Wm-1K-1 내지 240Wm-1K-1의 범위에 걸쳐 채널의 길이에 따라 변경될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 벽 부분(430)의 열 전도율은 벽(118)의 나머지보다 적어도 10, 적어도 100, 적어도 500, 또는 적어도 1000만큼 더 높을 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 벽 부분(430)의 열 전도율은 약 100Wm-1K-1 내지 300Wm-1K-1, 약 150Wm-1K-1 내지 250Wm-1K-1의 범위 이내, 또는 약 200Wm-1K-1일 수도 있고, 반면에 벽(118)의 나머지의 열 전도율은 약 0.1Wm-1K-1 내지 10Wm-1K-1, 또는 약 0.5Wm-1K-1 내지 1Wm-1K-1의 범위 이내일 수도 있다.
도 5를 참조하면, 일부 실시형태에서, 하나 이상의 기계 장치(330)은 하나 이상의 음향 변환기(530)를 포함할 수도 있다. 음향 변환기(530)는 하나 이상의 케이블(535)을 통해 제어기에 연결될 수도 있고 그리고 캐비테이션, 기포 핵생성 및/또는 기포 병합을 촉진시키는 진폭 및 주파수를 가진 음향 에너지를 방출하도록 구성될 수도 있다.
음향 변환기(530)는 튜브(110)의 외부 또는 내부 표면에 연결될 수도 있고, 튜브(110)의 벽(118)의 외부에 배치될 수도 있거나, 또는 일부 실시형태에서, 튜브(110)의 벽(118) 내에 배치 또는 내장될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 음향 변환기(530)는 압전 패치 변환기를 포함할 수도 있다.
음향 변환기(530)의 작동 주파수는 예를 들어, 약 1㎑ 내지 100㎑ 또는 약 10㎑ 내지 25㎑의 범위 이내일 수도 있다. 음향 변환기(530)의 작동 주파수는 기체 포화 계수가 1에 다가가는(즉, 완전히 포화됨) 시스템에서 적어도 1㎛의 기포의 기계적 핵생성을 위한 블레이크 문턱값(Blake threshold)보다 더 높도록 선택될 수도 있다. 문턱값은 주파수가 증가되고 그리고 기체 포화가 감소됨에 따라 증가된다(문헌[Acoustic cavitation prediction, R. E. Apfel, The Journal of the Acoustical Society of America 69, 1624 (1981)] 참조).
음향 초음파 에너지는 액체(130) 내 캐비테이션의 유발을 촉진, 향상시키거나 또는 돕도록 음향 변환기(530)에 의해 채널의 내강으로 지향될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 초음파 장의 특성은 예를 들어, 약 10㎫ 내지 100㎫의 범위 내의 압력 변동, 약 0.2ms 내지 10ms의 범위 내의 펄스 지속기간, 및 약 10mW 내지 100mW의 범위 내의 총 전력을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 음향 변환기(530)는 약 100㎪의 압력, 약 25㎛의 변위 및 약 21㎑의 주파수로 작동될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 기계 장치(330)는 액체(130)에서 캐비테이션을 유발하도록 구성된 하나 이상의 레이저를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 기계 장치(330)는 튜브(110)의 벽(118)에 내장된 마이크로다이오드 레이저 모듈을 포함할 수도 있다. 레이저 모듈이 10ms 내지 20ms의 지속기간의 펄스로 활성화될 수도 있어서 압력 사이클의 저압 상태를 유지하여 기포(133)의 핵생성을 촉진, 향상시키거나 또는 돕는다.
일부 실시형태에서, 기계 장치(330)가 채널(120)의 내강 내에 배치되고 그리고 약 0.1㎜ 내지 0.5㎜의 범위 내로 약간 이격되게 배열되는 전기 전도체의 하나 이상의 쌍을 포함할 수도 있어서, 전류가 하나의 전도체로부터 액체(130)를 통해 다른 전도체로 방전될 수 있어서 액체(130)의 이온화 및 후속의 기체 핵생성을 유발한다. 전도성 쌍이 원형 구성으로 배열될 수도 있고 그리고 비-전도성 폴리머 튜브의 벽에 내장될 수도 있다. 전도성 쌍은 튜브(110)의 길이를 따라 이어지는 전도성 와이어를 통해 전력 공급원에 연결될 수도 있다. 전력 공급원은 압력 작동기(140)에 의해 생성되는 압력 사이클의 가장 낮은 시점에 방전되도록 타이밍될 수 있는, 고 정전 용량, 고전압, 저전류 방전 회로를 포함할 수 있다. 공급된 전압은 약 100V 내지 200V의 범위 이내일 수도 있다. 전류는 약 1mA 내지 10mA의 범위 이내일 수도 있다.
도 6을 참조하면, 일부 실시형태에서, 하나 이상의 기계 장치(330)는 튜브(110)의 내면(126)의 표면 변동부(630)를 포함할 수도 있다. 즉, 내면(126)의 표면 변동부(630)는 내면(126)의 나머지와 상이하고 그리고 기포 핵생성을 촉진 또는 조장하도록 구성된다.
일부 실시형태에서, 표면 변동부(630)는 튜브(110)의 내면(126)의 부분에 적용된 코팅을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 표면 변동부(630)는 예를 들어, 촉매 물질, 예컨대, 옥타데실트라이클로로실란(CO2 핵생성을 촉진시키기 위함) 또는 다른 유사한 화합물의 코팅을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 표면 변동부(630)는 예를 들어, 소수성 코팅, 예컨대, 실란(수소화규소) 화합물, 파릴렌 C, 또는 플루오로폴리머, 예컨대, PTFE(테플론™), 산화망간 폴리스타이렌(MnO2/PS), 나노-복합 산화아연 폴리스타이렌(ZnO/PS), 나노-복합 침전 탄산칼슘 또는 플루오린계 아크릴 올리고머를 포함할 수도 있다.
일부 실시형태에서, 내면(126)의 나머지는 친수성 물질, 예컨대, 우레탄, 아크릴, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 산화폴리에틸렌, 하이드록시에틸메타크릴레이트의 조합물, 또는 아크릴아마이드, 예를 들어, 내면(126)의 나머지(즉, 표면 변동부(630)로부터 이격됨)에서의 기포 핵생성을 방해하기 위한 또 다른 물질로 형성될 수도 있거나 또는 코팅될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 표면 변동부(630)는 지형학적 변동부를 포함할 수도 있다. 비교적 작은 지형학적 변동부(예를 들어, 약 1㎛ 내지 100㎛의 길이 규모)가 핵생성 위치를 제공할 수도 있어서 기포 핵생성 및 성장을 조장 또는 촉진한다. 예를 들어, 지형학적 변동부는 표면 거칠기의 변화, 미세다공성 표면, 스크래치된 또는 구멍이 있는 표면, 복수의 돌출부, 돌출된 섬유, 나노튜브, 홈, 채널, 리지, 핀, 오목부, 공동부 또는 다른 기하학적 변동부를 포함할 수도 있다. 지형학적 변동부는 성형, 스크래칭, 절단, 널링(knurling), 에칭, 마모, 또는 각인에 의해 형성될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 다공성 미립자, 예컨대, 세라믹스가 내면(126)에서 튜브(110)의 벽(118)에 내장되어 핵생성 위치를 제공할 수도 있다.
일부 실시형태에서, 지형학적 변동부는 튜브(110)의 전체 내면(126)에 걸쳐 확장될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 튜브(110)는 지형학적 변동부가 전체 내면(126)에 걸쳐 확장되게 형성될 수도 있고, 그리고 이어서 내면(126)의 특정한 부분이 평탄화될 수도 있어서(예를 들어, 폴리머 코팅을 가짐), 지형학적 변동부의 노출된/비평탄화된 부분을 남겨서 표면 변동부(630)를 형성한다. 예를 들어, 튜브(110)의 벽(118)이 다공성 물질로 형성될 수도 있고, 그리고 이어서 내면(126)의 특정한 부분이 밀봉될 수도 있어서 내면(126)의 노출된/비밀봉된 부분을 남겨서 표면 변동부(630)를 형성한다.
표면 변동부(630)는 미리 결정된 적용을 위한 임의의 적합한 지형학적 변동부를 포함할 수도 있다. 복수의 적합한 지형학적 변동부가 아래에 설명된다.
일부 실시형태에서, 지형학적 변동부는 복수의 V자 형상의 채널을 획정할 수도 있다. V자 형상의 채널은 서로 평행하게 정렬될 수도 있거나, 또는 무작위로 지향될 수도 있고 그리고 서로 교차할 수도 있다.
V자 형상의 채널의 특성 각(즉, V자 형상의 정점의 각)은 예를 들어, 약 10° 내지 90°, 약 30° 내지 60°, 또는 약 40° 내지 50°의 범위 이내일 수도 있다. V자 형상의 채널의 평균 폭은 예를 들어, 약 1㎛ 내지 10㎛, 또는 약 2㎛ 내지 4㎛의 범위 이내일 수도 있다. V자 형상의 채널의 평균 깊이는 예를 들어, 약 1㎛ 내지 10㎛, 또는 약 2㎛ 내지 4㎛의 범위 이내일 수도 있다.
도 7을 참조하면, 일부 실시형태에서, 표면 변동부(730)는 교차하는 V자 형상의 채널(737)의 부분적으로 무작위화된 패턴을 포함할 수도 있다. 이것은 2㎛의 공칭 크기를 가진 다이아몬드 미립자를 사용하는 마모에 의해 달성될 수도 있다. 다이아몬드 미립자는 뾰족한 V자 형상의 정점을 가질 수도 있고 그리고 내면(126)에 대한 회전 적용을 위해 금속 막대 상에 소결될 수도 있다. 금속 막대가 회전 진동과 함께 내면(126)에 적용되어 표면 변동부(730)를 생성할 수도 있다. 이 방법을 사용하여 달성되는 전형적인 무작위의 V자 형상의 스크래치 패턴의 원자력 현미경 사진이 도 7에 도시된다.
일부 실시형태에서, 지형학적 변동부는 복수의 원추형 홈을 획정할 수도 있다. 원추형 홈은 무작위로 또는 주기적인 어레이로 배열될 수도 있다.
원추형 홈의 특성 각(즉, 원추형 홈의 정점의 각)은 예를 들어, 약 10° 내지 90°, 약 30° 내지 60°, 또는 약 40° 내지 50°의 범위 이내일 수도 있다. 원추형 홈의 평균 폭은 예를 들어, 약 1㎛ 내지 10㎛, 또는 약 2㎛ 내지 4㎛의 범위 이내일 수도 있다. 원추형 홈의 평균 깊이는 예를 들어, 약 1㎛ 내지 10㎛, 또는 약 2㎛ 내지 4㎛의 범위 이내일 수도 있다.
일부 실시형태에서, 지형학적 변동부는 복수의 돌출부를 획정할 수도 있다. 돌출부는 임의의 적합한 형상을 획정할 수도 있고 그리고, 일부 실시형태에서, 복수의 상이한 형상을 획정할 수도 있다. 돌출부는 무작위로 또는 주기적인 어레이로 배열될 수도 있다.
돌출부의 평균 높이는 예를 들어, 약 0.1㎛ 내지 1㎜, 약 1㎛ 내지 500㎛, 또는 약 10㎛ 내지 100㎛의 범위 이내일 수도 있다. 돌출부의 평균 폭은 예를 들어, 약 0.1㎛ 내지 500㎛, 약 0.5㎛ 내지 100㎛, 또는 약 1㎛ 내지 10㎛의 범위 이내일 수도 있다. 인접한 돌출부 사이의 평균 거리는 예를 들어, 약 0.1㎛ 내지 500㎛, 약 0.5㎛ 내지 100㎛, 또는 약 1㎛ 내지 10㎛의 범위 이내일 수도 있다.
도 8A 내지 도 8E를 참조하면, 표면 변동부(830)의 일부 예가 일부 실시형태에 따라 도시된다. 표면 변동부(830) 각각은 복수의 돌출부(835)를 획정한다. 일부 실시형태에서, 돌출부(835)는 채널(837)에 의해 분리된 핀 또는 리지(835)를 획정할 수도 있다.
일부 실시형태에서, 돌출부(835)는 예를 들어, 탄소 또는 규소와 같은 물질로 형성될 수도 있는 나노와이어 또는 중공형 나노튜브를 포함할 수도 있다. 나노와이어에 대해, 돌출부(835)의 폭은 약 10㎚ 내지 500㎚, 약 20㎚ 내지 300㎚, 또는 약 100㎚ 내지 200㎚의 범위 이내일 수도 있고; 돌출부(835)의 길이 또는 높이는 약 0.1㎛ 내지 100㎛, 약 1㎛ 내지 50㎛, 또는 약 10㎛ 내지 20㎛의 범위 이내일 수도 있고; 그리고 돌출부(835) 사이의 평균 간격은 예를 들어, 약 10㎚ 내지 10㎛, 약 10㎚ 내지 100㎚, 또는 약 100㎚ 내지 1㎛의 범위 이내일 수도 있다. 나노튜브에 대해, 돌출부(835)의 폭은 약 10㎚ 내지 100㎚, 약 10㎚ 내지 50㎚, 또는 약 20㎚ 내지 40㎚의 범위 이내일 수도 있고; 돌출부(835)의 길이 또는 높이는 약 1㎛ 내지 50㎛, 약 5㎛ 내지 30㎛, 또는 약 10㎛ 내지 20㎛의 범위 이내일 수도 있고; 돌출부(835)의 구멍 크기(또는 내경)는 약 1㎛ 내지 40㎛, 약 5㎛ 내지 30㎛, 또는 약 10㎛ 내지 20㎛의 범위 이내일 수도 있고; 그리고 돌출부(835) 사이의 평균 간격은 예를 들어, 약 10㎚ 내지 10㎛, 약 10㎚ 내지 100㎚, 또는 약 100㎚ 내지 1㎛의 범위 이내일 수도 있다.
일부 실시형태에서, 지형학적 변동부는 예를 들어, 폼, 소결된 물질 또는 다른 다공성 물질과 같은, 다공성 표면을 획정할 수도 있다. 다공성 표면의 평균 구멍 크기는 예를 들어, 약 10㎚ 내지 200㎛, 약 20㎚ 내지 250㎚, 약 50㎚ 내지 150㎚, 약 10㎛ 내지 약 200㎛, 또는 약 50㎛ 내지 약 100㎛의 범위 이내일 수도 있다. 다공성 표면은 다공성 물질의 층을 포함할 수도 있다. 다공성 층의 두께는 예를 들어, 약 10㎛ 내지 1㎜, 또는 약 50㎛ 내지 100㎛의 범위 이내일 수도 있다.
도 9를 참조하면, 다공성 층(933)을 포함하는 표면 변동부(930)가 일부 실시형태에 따라 도시된다. 다공성 층(933)은 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 100㎛ 범위의 직경을 가진 소결된 입자(935)로 형성될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 지형학적 변동부는 예를 들어, 약 0.1㎛ 내지 500㎛, 약 0.5㎛ 내지 100㎛, 또는 약 1㎛ 내지 10㎛의 범위 이내인 표면 거칠기를 가질 수도 있다.
일부 실시형태에서, 1종 이상의 첨가제가 액체(130)에 포함되어 캐비테이션, 기포 핵생성 및/또는 기포 병합을 촉진할 수도 있다. 예를 들어, 첨가제는 액체(130)의 밀도, 점도, pH-레벨, 기체 용해성, 병합 특성 또는 표면 장력을 변경하도록 포함될 수도 있다.
각각의 유체 기체 조합물의 용해성 및 병합 특성은 제어될 수도 있는 인자, 예컨대, 온도 및 pH에 따라 좌우될 수도 있다. CO2의 경우에, 용액의 pH가 최적 효과를 위해 6 내지 6.5가 되도록 이상적으로 조정되어야 한다고 고려된다. pH가 6.5를 초과한다면, 물 내 기체의 높은 용해성에 기인하여 기포 핵생성을 유발하는 것이 어려울 수도 있다. 일부 실시형태에서, CO2가 기체로서 사용되는 경우에, 용액의 pH가 6 내지 6.5의 레벨로 감소될 수도 있고 아세트산의 첨가는 액체 내 CO2 기포의 핵생성 및 병합을 촉진한다.
일부 적용에서, 액체(130)에 작용하는 압력 작동기(140)의 기계적 작업이 액체(130)의 발열을 생성할 수도 있고, 이는 액체(130) 내 기체(133)의 용해성을 감소시킬 수도 있다. 일부 실시형태에서, 추진 디바이스(100)는 과도한 열을 액체(130)로부터 멀리 끌어내기 위한 열 싱크(heat sink)(미도시)를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 열 싱크는 압력 작동기(140) 내에 또는 이와 인접하게 배치될 수도 있는, 튜브(110)의 근위 단부(114)에 또는 이의 근방에 배치된 금속 열 싱크를 포함할 수도 있다. 열 싱크는 공기 대류, 냉각, 또는 복사에 의해 냉각될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 액체(130)의 열 전도율은 열이 튜브(110)를 따라 액체(130)를 통해 열 싱크로 전달되기에 충분할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 염, 예컨대, 포름산칼륨은 점도 또는 비등점을 상당히 증가시키는 일없이 액체(130)의 열 전도율 및 밀도를 증가시키도록 물에 첨가될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 튜브(110) 자체의 열용량 및 전도율은 열이 튜브(110)를 따라 열 싱크로 전달되기에 충분할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 튜브 벽(118)은 열이 튜브(110)를 따라 열 싱크로 전달되도록, 하나 이상의 열 전도체, 예컨대, 금속성 막 또는 와이어를 포함할 수도 있다.
일부 실시형태에서, 액체(130)가 특히 고밀도 액체를 포함할 수도 있고/있거나 1종 이상의 첨가제가 액체(130)에 포함될 수도 있어서 액체(130)의 밀도 또는 관성을 증가시켜서 액체(130)가 가속화될 때 발달되는 운동량을 증가시키고 따라서 튜브(110)에 전달된 운동량을 증가시켜서 튜브(110)를 관을 따라 전진시킨다.
일부 실시형태에서, 예컨대, 의료 용도를 위해, 액체(130)는 표면 장력 및 점도를 감소시키기 위한 에탄올; pH-레벨을 감소시키기 위한 시트르산 또는 아세트산; 또는 밀도를 증가시키기 위한 염, 예컨대, 염화나트륨과 같은, 1종 이상의 첨가제와 결합된 물을 포함할 수도 있다.
일부 실시형태에서, 튜브(110)의 내면(126)은 갑작스러운 압력 증가 동안 액체(130)로부터 튜브(110)로의 운동량 전달을 향상시키도록 구성된 비교적 큰 규모(예를 들어, 튜브(110)의 내경의 약 5% 내지 10%의 범위 내의 길이 규모를 가짐)의 지형학적 변동부를 획정할 수도 있다.
도 10A 내지 도 10C를 참조하면, 튜브(110)의 부분이 도시되고 일부 실시형태에 따라, 내면(126)에 의해 획정된 큰 규모의 지형학적 변동부의 일부 예를 예시한다. 내면(126)은 근위 방향으로(채널(120)의 제2 또는 근위 단부(124)를 향하여) 뒤로 젖혀진 복수의 주기적인 환형 리지(1010)를 획정할 수도 있다. 리지(1010)는 젖혀진 전나무 패턴, 또는 도 10A 내지 도 10C에 도시된 바와 같이 근위로 젖혀진 톱니의 단면으로서 나타난다.
근위로 젖혀진 환형 리지(1010)는 유체 다이오드 효과를 제공할 수도 있고, 이에 의해 원위 방향으로의 유체 흐름에 대해 더 큰 저항이 있고 그리고 근위 방향으로의 유체 흐름에 대해 비교적 작은 저항이 있다. 이 효과는 갑작스러운 압력 증가 동안 액체(130)로부터 튜브(110)로의 운동량 전달을 향상시킬 수도 있다.
일부 실시형태에서, 환형 리지(1010)가 근위로 젖혀지지 않을 수도 있고, 그리고 유체 다이오드 효과가 지형학적 변동부의 상이한 유형에 의해 달성될 수도 있거나 또는 일부 실시형태에서 전혀 달성되지 않을 수도 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 채널(120)이 초기 또는 나머지 상태에서 다량의 액체(130) 및 별개의 다량의 기체(133)를 수용할 때, 압력 작동기(140)가 채널 압력을 증가시켜서 기체(133)를 액체(130)에 용해시키고(이것은 압력 증가 단계로서 지칭될 수도 있음), 이어서 채널 압력을 감소시켜서 액체(130) 내 기포(133)의 핵생성 및 캐비테이션을 유발하도록(이것은 압력 감소 단계로서 지칭될 수도 있음) 구성될 수도 있다. 대안적으로, 채널(120)이 초기 또는 나머지 상태에서 액체(130)만을 수용할 때, 압력 작동기(140)가 채널 압력을 감소시켜서 액체(130) 내 기포(133)의 핵생성 및 캐비테이션을 유발하고(압력 감소 단계), 이어서 채널 압력을 증가시켜서 기포(133)를 (응결 또는 용해를 통해) 액체(130)로 응축시키도록(압력 증가 단계) 구성될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 압력 증가 단계는 압력 감소 단계와 지속기간이 실질적으로 유사할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 압력 증가 단계의 지속기간은 압력 감소 단계의 지속기간보다 상당히 더 짧을 수도 있다.
일부 실시형태에서, 압력 작동기(140)는 예를 들어, 압력이 감소되는 시간 기간의 약 1% 내지 50%, 임의로 약 5% 내지 30%, 임의로 약 10% 내지 20%인, 시간 기간 동안 압력을 증가시키도록 구성될 수도 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 압력 작동기(140)는 채널 압력을 설명된 방식으로 변경하기 위한 임의의 적합한 장치를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 압력 작동기(140)는 다이어프램을 편향 또는 변형시켜서 시스템의 용적을 변경하고 그리고 채널 압력을 제어하도록 구성된 기계 장치를 가진 유연한 다이어프램을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 압력 작동기(140)는 예를 들어, 모터, 예컨대, 전기 모터 또는 선형 모터에 의해 구동되는 왕복 피스톤을 포함할 수도 있다.
도 11을 참조하면, 일부 실시형태에 따라, 시간에 걸쳐, 예시적인 변위 프로파일 x(t) 및 대응하는 속도 프로파일 v(t)가 도시되고 피스톤의 형태인 압력 작동기(140)의 이동을 예시한다.
변위 및 속도 프로파일은 압력 증가 단계(1110) 그리고 뒤이어 압력 감소 단계(1120)를 도시한다. 압력 증가 단계(1110)(피스톤의 압축 행정에 대응함) 동안, 피스톤은 기포(133)의 큰 압축 성질에 의해 가능하게 되는 신속한 가속화(1112)를 겪는다.
기포(133)가 액체(130)로 다시 응축된다면, 액체(130)의 상대적인 비압축 성질(즉, 기체(133)보다 크게 덜 압축성임)에 기인한 피스톤의 갑작스러운 감속(1114)이 있다. 피스톤 및 액체(130)의 갑작스러운 감속(1114)은 큰 임펄스 및 액체(130)로부터 튜브(110)로의 운동량의 전달 및 튜브(110)를 관(103)을 따라 전진시키도록 작용하는 결과로 발생한 추진 효과를 발생시킨다.
피스톤의 감속(1114) 후, 채널 압력이 최대에 도달한다면, 압력 감소 단계(1120)는 피스톤이 철수될 때 시작된다. 철수 행정(압력 감소 단계(1120))은 기포(133)의 핵생성 및 캐비테이션이 발생하도록 필요한 시간에 기인하여 압축 행정(압력 증가 단계(1110))보다 상당히 더 느릴 수도 있다. 이어서 채널 압력이 최소로 감소된다. 이어서 피스톤의 이동은 압력 변동 사이클을 반복하도록 유사한 방식으로 반복될 수도 있다.
압력 작동기(140)는 채널 압력을 반복적으로 증가 및 감소시켜서 운동량을 다수의 임펄스와 함께 튜브(110)에 부여하도록 구성될 수도 있고, 각각의 임펄스는 대응하는 압력 증가 단계와 연관된다. 일부 실시형태에서, 채널 압력은 반복되는 압력 사이클(즉, 압력 증가에 뒤이어 압력 감소)에 의해 주기적인 또는 순환적인 방식으로 압력 작동기(140)에 의해 변경될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 압력 작동기(140)는 예를 들어, 약 0.1㎐ 내지 10㎐, 약 0.5㎐ 내지 5㎐, 약 0.5㎐ 내지 1.5㎐, 약 2㎐ 내지 4㎐의 범위 이내, 또는 약 3㎐의 주파수를 사용하여 반복되는 압력 사이클에 따라 채널 압력을 변경하도록 구성될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 압력 작동기(140)가 역방향 사이클로 작동되어 채널 압력을 조정하여 역방향 임펄스를 튜브(110)에 부여해서 기구를 근위 방향으로 이동시키도록 구성될 수도 있다. 이 역방향 압력 사이클은 기구를 관으로부터 철수시키도록 사용될 수도 있다.
도 12를 참조하면, 예시적인 압력/시간 프로파일이 일부 실시형태에 따라 도시되고, 압력이 증가될 때 기포(133)를 액체(130)에 압축시키도록 그리고 이어서 압력이 감소될 때 액체(130)에서 기포(133)의 캐비테이션을 유발하도록 필요한 채널 압력의 변화를 예시한다. 압력 크기는 대기압 초과의 킬로파스칼(㎪)로 나타내고 그리고 시간 크기는 초로 나타낸다. 채널 압력은 약 0.3초의 기간 동안 점진적으로 감소되고, 그리고 이어서 약 0.05초의 기간 동안 갑자기 증가된다. 이 가압 사이클은 약 3㎐의 주파수에서 반복된다.
이전에 논의된 바와 같이, 일부 실시형태에서, 압축 전에 형성되는 걸쳐진 기포(133e)의 가능성을 증가시키도록 채널(120)이 비교적 작은 것이 바람직할 수도 있다. 채널(120)의 내경은 예를 들어, 0.1㎜ 내지 10㎜, 0.1㎜ 내지 1㎜, 0.1㎜ 내지 0.5㎜, 1㎜ 내지 7㎜, 또는 2㎜ 내지 5㎜의 범위 이내일 수도 있다. 일부 실시형태에서, 추진 디바이스(100)는 도 13A 및 도 13B에 도시된 예시적인 튜브 구성의 단면으로 예시된 바와 같이 나란히 연장되는 복수의 튜브(110)를 포함할 수도 있다.
일부 실시형태에서, 튜브(110)는 예를 들어, 도 13B에 예시된 바와 같이, 프로브, 예컨대, 내시경을 수용하도록 구성된 기구 채널(1301) 둘레에 배열될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 튜브(110)는 예를 들어, 도 13A에 예시된 바와 같이, 프로브, 예컨대, 내시경의 내강으로의 삽입을 위해 묶음으로 배열될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 튜브(110)는 프로브, 예컨대, 내시경의 일부로서 통합되게 형성될 수도 있고, 기구 채널(예를 들어, 비디오 관, 조명, 관개, 흡입, 조향, 조직검사 및 다른 기구 채널)이 튜브(110) 옆에서 연장된다.
일부 실시형태에서, 추진 디바이스(100)는 제2 튜브(110) 내에 제1 튜브(110)를 포함할 수도 있고, 액체(130) 및 기체(133)는 2개의 튜브(110) 사이에 획정된 환형 채널(120)에 포함된다. 제1 튜브(110)의 내부 내강은 또한 액체(130) 및 기체(133)를 포함할 수도 있거나, 또는 대안적으로, 일부 실시형태에서, 제1 튜브(110)의 내부 내강은 기구 채널을 획정할 수도 있다.
튜브(110) 또는 튜브들(110)은 미리 결정된 적용에 대한 예상 힘을 견디도록 충분한 강도 및 강성을 가진 유연한 물질로 형성될 수도 있다. 의학 적용에 대해, 일부 적합한 물질은 예를 들어, 고분자량 내지 초고분자량 폴리에틸렌 또는 다른 생체적합성 폴리머를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 튜브(110) 또는 튜브들(110)은 예를 들어, 복합 재료, 예컨대, 폴리우레탄 및 실리콘 엘라스토머 코팅을 가진 폴리에틸렌 나선으로 형성될 수도 있다.
튜브(110)의 치수는 상이한 적용을 위해 다양할 수도 있다. 예를 들어, 의학 내시경, 예컨대, 위장 내시경에 대해, 단일의 튜브 추진 디바이스는 8㎜의 외경과 6㎜의 내경, 또는 6㎜의 외경과 4.5㎜의 내경을 가진 튜브(110)를 포함할 수도 있고, 반면에, 다중 튜브 추진 디바이스는 4개의 튜브(110)를 포함할 수도 있고, 튜브 각각은 3㎜의 외경과 2㎜의 내경을 갖는다. 일부 실시형태에서, 단일의 튜브 추진 디바이스(100)의 튜브(110) 또는 다중 튜브 추진 디바이스(100)의 튜브(110)는 예를 들어, 1㎜ 내지 5㎜의 범위 내 내경과 예를 들어, 0.5㎜ 내지 15㎜, 1㎜ 내지 10㎜, 2㎜ 내지 8㎜ 또는 4㎜ 내지 6㎜의 범위 내 외경을 가질 수도 있다. 의학 내시경의 길이는 일반적으로 예를 들어, 약 1m 내지 5m, 또는 약 3m 내지 4m의 범위 이내이다. 일부 실시형태에서, 예컨대, 위장 내시경술에 대해, 튜브(들)(110)는 3m 내지 4m, 1m 내지 5m의 범위 내 길이를 가질 수도 있거나, 또는 예를 들어, 수의학 적용에 대해, 5m보다 훨씬 더 길 수도 있고, 예컨대, 5m 내지 15m, 또는 7m 내지 9m의 범위 내 길이를 가질 수도 있다. 일부 실시형태에서, 예컨대, 동맥 내시경술에 대해, 튜브(들)는 예를 들어, 0.5m 내지 2m, 0.7m 내지 1.5m 또는 0.9m 내지 1.2m의 범위 내 길이를 가질 수도 있다. 일부 실시형태에서, 예컨대, 산업 내시경에 대해, 튜브의 치수는 훨씬 더 클 수도 있다.
의학 적용에 대해, 보통 추진 디바이스(100)가 살균되는 것이 중요할 것이다. 이를 위해서, 디바이스(100)의 적어도 일부가 살균한 패키지에 제공될 수 있고 그리고 사용 후 폐기될 수 있는 일회용 컴포넌트를 포함하는 것이 바람직할 수도 있다. 도 14를 참조하면, 추진 디바이스(1400)가 일부 실시형태에 따라 도시된다. 추진 디바이스(1400)는 추진 디바이스(100)와 관련되어 설명되고 유사한 참조 부호로 나타나는 특징부와 일반적으로 유사한 특징부를 포함한다. 채널(1420)을 획정하는 튜브(1410)의 근위 단부(1414) 및 압력 작동기(1440)가 도시된다. 튜브(1410)가 도 1의 추진 디바이스(100)와 관련되어 설명된 바와 같이 원위 단부(미도시)로 연장되는 것이 이해될 것이다. 튜브(1410)는 추진 튜브로서 지칭될 수도 있고, 그리고 위에서 설명된 튜브(110)에 대한 유사한 특징부를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 튜브(1410)는 튜브(110), 또는 도 13A 또는 도 13B와 관련되어 설명된 바와 같이 튜브(110)의 묶음을 포함할 수도 있다.
압력 작동기(1440)는 하우징(1442), 구동 기계 장치(1444)(모터의 형태임), 작동 막대(1446) 및 하우징(1442)의 측면에 획정된 소켓(1448)을 포함한다. 압력 작동기(1440)는 실린더(1454), 실린더에 배치된 피스톤(1456), 및 실린더(1454)의 내부 보어(1460)에 대해 피스톤(1456)을 밀봉하기 위한 피스톤 밀봉부(158)를 획정하는 본체(1452)를 포함한 피스톤 조립체(1450)를 더 포함한다. 피스톤(1456)과 실린더(1454)는 피스톤 펌프를 형성하도록 함께 작용한다. 그러나, 일부 실시형태에서, 상이한 유형의 펌프 또는 압축기, 예를 들어, 도 17과 관련되어 설명된 바와 같은 다이어프램 펌프가 튜브(1410) 내 채널 압력을 조정하도록 사용될 수도 있다.
피스톤 조립체(1450)는 튜브 장치(1401)를 형성하도록 튜브(1410)에 부착된다. 튜브 장치(1401)가 제작될 수도 있고 그리고 미리 결정된 압력에서 튜브(1410)의 채널(1420)에 밀봉된 미리 결정된 양의 액체(130) 및 미리 결정된 양의 기체(133)로 충전될 수도 있다. 이어서 튜브 장치(1401)가 하우징(1442)(소켓(1448) 및 구동 기계 장치(1444)를 포함함)과는 별도로 패키지 및 살균될 수도 있어서 하우징(1442)이 재살균 및 재사용될 수 있고, 반면에 튜브 장치(1401)는 사용 후 폐기되도록 일회용 장치로서 제작 및 살균될 수 있다.
이 방식은 살균된 환경, 예컨대, 수술실에서 튜브(1410)를 살균한 유체(130, 133)로 충전하는 것보다 오히려 유체(130, 133)와 튜브 장치(1401)를 함께 살균하는 것을 더 쉽게 만들 수도 있다.
피스톤 조립체(1450)는 하우징(1442)에 탈착 가능하게 연결된다(즉, 소켓(1448)으로부터 탈착 가능함). 소켓(1448)은 소켓(1448)을 규정하고 피스톤 조립체(1450)를 소켓(1448)에 수용하는 것을 돕는 내부 원통형 벽(1486)을 포함할 수도 있다.
본체(1452)는 제1 개구(1462) 및 제2 개구(1464)를 획정하고 실린더(1454)는 제1 개구와 제2 개구(1462, 1464) 사이의 개방된 관을 획정한다. 튜브(1410)의 근위 단부(1414)가 제2 개구(1464)에서 피스톤 조립체(1450)의 본체(1452)에 연결되어 채널(1420)이 실린더(1454)와 유체 연통한다. 실린더(1454)의 내경 또는 보어가 튜브(1410)의 내경보다 상당히 더 클 수도 있어서 비교적 더 짧은 행정 길이가 튜브(1410)의 목적하는 압력 변화에 영향을 주도록 필요하다. 예를 들어, 튜브(1410)의 내경과 실린더(1454)의 내경 간의 비는 0.01 내지 0.5, 0.05 내지 0.4, 0.1 내지 0.3, 또는 0.1 내지 0.2의 범위 이내일 수도 있다.
실린더(1454)의 내경은 제2 개구(1464)에서 튜브(1410)의 내경으로 점진적으로 가늘어질 수도 있다. 일부 실시형태에서, 제2 개구(1464)는 본체(1452)의 중심축으로부터 오프셋될 수도 있고, 그리고 압력 작동기(1440)가 수평 구성으로 배치될 때 실린더(1454)의 상단부에 또는 이의 근방에 배치될 수도 있다. 이것은 실린더에 갇히는, 캐비테이션 동안 실린더(1454)에서 형성될 수도 있는 기포의 가능성을 감소시킬 수도 있고, 그리고 대신에, 기포가 중력으로 인해 제2 개구(1464)를 향하여 그리고 튜브(1410)로 올라가게 할 수도 있다.
압력 작동기(1440)가 피스톤(1456)을 실린더(1454)의 길이를 따라 앞뒤로 이동시켜서 예컨대, 튜브(1410) 내 채널 압력을 변경함으로써 채널 압력을 조정하도록 구성된다. 압축 행정 또는 압력 증가 행정이 피스톤(1456)을 튜브(1410)를 향하여 이동시키고 그리고 유체를 실린더(1454)로부터 튜브(1410)로 밀어서, 튜브(1410) 내 채널 압력을 증가시킨다. 복귀 행정, 또는 철수 또는 압력 감소 행정이 피스톤(1456)을 튜브(1410)로부터 멀리 이동시키고 그리고 유체를 튜브(1410)로부터 실린더(1454)로 다시 흐르게 하여, 튜브(1410) 내 채널 압력을 감소시킨다.
모터(1444)와 작동 막대(1446)가 하우징(1442)에 배치되어, 피스톤 조립체(1450)가 소켓(1448)에 배치될 때, 작동 막대(1446)가 본체(1452)의 제1 개구(1462)와 정렬되고 그리고 제1 개구(1462)를 통과할 수 있어서 실린더(1454) 내에서 피스톤(1456)과 접촉하고 피스톤을 이동시킨다. 일부 실시형태에서, 튜브(1410) 내 채널 압력은 작동 막대(1446)가 실린더(1454)로부터 철수될 때 복귀 행정을 통해 피스톤(1456)을 이동시키도록 충분할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 피스톤 조립체(1450)가 바이어싱 부재(1470), 예컨대, 스프링을 더 포함할 수도 있어서, 피스톤(1456)을 작동 막대(1446)에 대하여 그리고/또는 튜브(1410)로부터 멀리 바이어싱하여, 작동 막대(1446)가 실린더(1454)로부터 철수될 때 피스톤(1456)이 바이어싱 부재(1470)에 의해 복귀 행정을 통해 뒤로 밀려진다. 예를 들어, 바이어싱 부재(1470)는 스테인리스강 스프링 및/또는 나선형 스프링을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 작동 막대(1446)가 피스톤(1456) 자체에 탈착 가능하게 연결 가능할 수도 있어서 작동 막대(1446)가 피스톤(1456)을 뒤로 당기게 하고 뿐만 아니라 피스톤(1456)을 앞으로 민다.
피스톤 조립체(1450)는 피스톤(1456)이 실린더(1454)로부터 제1 개구(1462)를 통해 제거되게 하는 것을 방해하도록 고정 링(1466)을 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 구동 기계 장치(1444)는 피스톤(1456)을 모터 및 작동 막대를 통해서라기보다는 직접적으로 구동시키도록 구성된 하나 이상의 전자석을 포함할 수도 있다.
본체(1452)는 소켓(1448)과 맞물려서 피스톤 조립체(1450)를 하우징(1442)에 연결시키도록 구성된 하나 이상의 고정 러그(locking lug)(1468)를 더 획정할 수도 있다. 소켓(1448)은 또한 러그(1468)와 맞물려서 피스톤 조립체(1450)를 소켓(1448)에 고정시키도록 구성된 하나 이상의 외부 플랜지(1488)를 포함할 수도 있다. 이 방식으로, 피스톤 조립체(1450)가 하우징(1442)에 탈착 가능하게 연결되도록 구성되어, 피스톤 조립체(1450)와 튜브(1410)가 단일의 일회용 튜브 장치로서 함께 제작될 수 있고, 반면에 하우징(1442)과 모터(1444)가 각각의 새로운 작동을 위해 새로운 튜브 장치와 함께 재사용될 수 있다. 고정 러그(1468)는 대안적으로 예를 들어, 탭 또는 방사 돌출부로서 지칭될 수도 있다.
액체(130) 및 기체(133)가 채널(1420)에 (적용에 따라 대기압에서 또는 더 높은 압력에서) 배치되는 튜브 장치가 조립될 수도 있고 그리고 튜브 장치 내에 액체(130) 및 기체(133)를 밀봉하도록 피스톤 조립체(1450)에 연결될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 본체(1452)는 채널(1420) 및 실린더(1454) 내 액체(130) 및 기체(133)를 밀봉하도록 고정 링(1466)에 의해 고정되고, 이어서 실린더(1454)에 배치되는 피스톤(1456) 및 튜브(1410)의 근위 단부(1414)에 고정될 수도 있다. 밀봉부(1458)는 피스톤(1456)에서 획정된 하나 이상의 대응하는 개스킷 자리에, 또는 대안적으로 실린더(1454)의 내면에 놓일 수도 있는, 하나 이상의 개스킷, 예컨대, o자 링을 포함할 수도 있다.
일부 실시형태에서, 피스톤 조립체(1450)의 본체(1452)는 튜브(1410)의 채널(1420) 및 실린더(1454)를 미리 결정된 양의 선택된 액체(130) 및 미리 결정된 양의 선택된 기체(133)로 충전하기 위한 유입 밸브(1490)를 포함할 수도 있다. 본체(1452)는 또한 공기가 채널(1420) 및 실린더(1454)로부터 방출되면서 이들이 액체(130) 및 기체(133)로 충전되게 하기 위한 유출 밸브(1492)를 포함할 수도 있다.
밸브(1490, 1492)는 제2 개구 근방의 본체(1452)의 하나의 단부에 위치될 수도 있고 그리고 실린더(1454) 및 채널(1420) 내 압력을 유지하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 밸브(1490, 1492)는 스프링 플런저 밸브를 포함할 수도 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 유입 밸브(1490)는 제2 개구(1464)에 비교적 더 가까이 위치될 수도 있고 그리고 유출 밸브(1492)는 제2 개구(1464)로부터 비교적 더 멀리 위치될 수도 있다.
튜브 장치(1401)를 기체(133) 및 액체(130)로 충전시키기 위해서, 본체(1452)는 거꾸로 유지될 수도 있거나, 또는 밸브(1490, 1492)가 제2 개구 위에 배치되게, 채널(1420) 및 실린더(1454)의 용적의 대부분 또는 실질적으로 전부가 유출 밸브(1492)보다 더 낮은 높이에 있게 배열될 수도 있다. 이것은 채널(1420) 및 실린더(1454)가 액체(130)로 충전될 때 과잉의 공기가 유출 밸브(1492)를 향하여 상승하게 하는 것이다. 공기는 유출 밸브(1492)로부터 진공 라인 또는 다른 흡입부를 통해 흡입될 수도 있다.
일부 경우에서, 액체(130)와 기체(133)가 압력 용기에서 함께 혼합될 수도 있어서, 기체(133)가 포화 용액에서 액체(130)에 완전히 용해되고, 이러한 경우에 기체/액체 용액은 공기가 유출 밸브(1492)를 통해 제거될 때 유입 밸브(1490)를 통해 튜브 장치(1401)로 도입될 수 있다. 기체(133)와 액체(130)가 별도로 도입된다면, 먼저 가능한 한 많은 공기를 채널(1420) 및 실린더(1454)로부터 유출 밸브(1492)를 통해 제거하고; 액체(130)를 유입 밸브(1490)를 통해 채널(1420) 및 실린더(1454)로 주입하기 전에; 임의의 남아있는 공기를 유출 밸브(1492)를 통해 제거하고; 그리고 이어서 기체(133)를 유입 밸브(1492)를 통해 채널(1420) 및 실린더(1454)로 주입하는 것이 바람직할 수도 있다.
대안적으로, 튜브(1410)가 개방된 원위 단부를 갖게 형성될 수 있고; 액체(130) 및 기체(133)가 공기가 실린더(1454)로부터 철수될 때 채널(1420)을 따라 그리고 실린더(1454)로 끌어 당겨질 수 있고; 그리고 이어서 튜브(1410)의 원위 단부가 플러그 및 강 형철(steel swage)에 의해 폐쇄될 수 있어서 채널(1420)에서 플러그를 유지하고 그리고 튜브(1410)를 밀봉한다. 그러나, 폐쇄된 원위 단부를 갖게 튜브(1410)를 형성하여 튜브가 플러그 또는 다른 수단에 의해 폐쇄되는 것을 방지하는 것이 바람직할 수도 있다.
일단 액체(130) 및 기체(133)가 채널(1420) 및 실린더(1454) 내부에 밀봉되는 튜브 장치가 완전히 조립된다면, 튜브 장치는 예를 들어, 패키지될 수도 있고 그리고 감마 방사선에 의해 살균될 수도 있다. 함께, 튜브(1410) 및 피스톤 조립체(1450)는 선택된 양의 액체(130) 및 선택된 양의 기체(133)를 포함하는 밀봉된 용기를 획정할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 기밀 폐쇄부가 패키징 동안 피스톤 조립체(1450)의 본체(1452)에 피팅될 수도 있어서 실린더(1454)의 제1 개구(1462)를 폐쇄하고 그리고 사용까지 선택된 튜브 채널 압력을 유지하는 것을 돕는다. 본체(1452)가 폐쇄부와 맞물리고 그리고 기밀 밀봉부를 형성하도록 하나 이상의 오목부, 노치 또는 돌출부를 획정하는 맞물림 부분(미도시)을 포함할 수도 있다.
일부 실시형태에서, 압력 작동기(1440)는 튜브(1410) 내 채널 압력을 제어하도록 피스톤 펌프 대신에 다이어프램 펌프를 포함할 수도 있다. 도 17을 참조하면, 위에서 설명된 피스톤 조립체(1450) 대신에 다이어프램 펌프 조립체(1750)를 포함하는, 대안적인 튜브 장치(1701)를 가진 추진 디바이스(1400)가 도시된다. 모든 다른 점에서, 튜브 장치(1701)는 유사한 특징부가 유사한 참조 부호로 나타내는 위에서 설명된 튜브 장치(1401)와 실질적으로 유사할 수도 있다.
다이어프램 펌프 조립체(1750)는 제1 개구(1762)와 제2 개구(1764) 사이에서 연장되는 챔버(1754), 및 챔버(1754)의 제1 개구(1762)를 폐쇄하거나 또는 덮는 다이어프램(1770)을 획정하는 본체(1752)를 포함한다. 튜브(1410)의 근위 단부(1414)가 제2 개구(1764)에서 다이어프램 펌프 조립체(1750)의 본체(1752)에 연결되어, 채널(1420)이 챔버(1754)와 유체 연통한다. 본체(1752)가 소켓(1448)의 플랜지(1488)와 맞물려서 다이어프램 펌프 조립체(1750)를 하우징(1442)에 연결시키도록 구성된 하나 이상의 러그(1768)를 더 획정할 수도 있다.
일부 실시형태에서, 다이어프램 펌프 조립체(1750)의 본체(1752)는 튜브 장치(1401) 및 본체(1452)와 관련되어 설명된 바와 같이 밸브(1490 및 1492)와 유사한 방식으로 구성될 수도 있는, 유입 밸브(1790) 및 유출 밸브(1792)를 포함할 수도 있다.
다이어프램(1770)은 별도로 형성될 수도 있고 그리고 클램프(1772)에 의해 챔버(1754)의 제1 개구(1762)에 걸쳐 고정될 수도 있다. 예를 들어, 클램프(1772)는 도 17에 도시된 바와 같이, 본체(1752)에 나사산 형성되게 맞물려서 본체(1752)와 클램프(1772) 사이에 다이어프램(1770)의 주변부를 클램핑하도록 구성된 나사산 형성된 고정 링을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 다이어프램(1770)은 예를 들어, 복합 성형 공정을 사용하여, 본체(1752)와 통합되게 형성될 수도 있다.
다이어프램(1770)은 튜브(1410)의 채널(1420)과 유체 연통하는 챔버(1754)의 용적을 변경하도록 작동기에 의해 변형될 수도 있는 탄력적으로 변형 가능한 막을 포함한다. 다이어프램(1770)의 중심부(1774)는 구동 기계 장치(1444)의 작동 막대(1446)에 탈착 가능하게 연결될 수도 있다. 다이어프램(1770)은 다이어프램의 중심부(1774)가 중심부(1774)의 표면에 대해 실질적으로 수직인(직교하는) 축(1780)을 따라 본체(1752)에 대하여 앞뒤로 이동되게 하는, 중심부(1774)를 둘러싸는 탄력적으로 변형 가능한 부분(1776)을 포함한다. 예를 들어, 구동 기계 장치 또는 선형 모터(1444)의 작동 막대(1446)의 축방향 이동과 평행하거나 또는 정렬된다.
다이어프램(1770)의 중심부(1774)가 압축 위치(1778a)(파선으로 도시됨)와 철수 위치(1778b)(실선으로 도시됨) 사이에서 앞뒤로 이동될 때, 챔버(1754)의 용적이 변경된다. 따라서, 튜브(1410) 내 채널 압력은 다이어프램(1770)의 중심부(1774) 및 작동 막대(1446)의 위치를 제어함으로써 조정 및 제어될 수 있다.
다이어프램(1770)은 원형일 수도 있거나 또는 회전 대칭일 수도 있지만, 탄력적으로 변형 가능한 막을 위한 임의의 적합한 형상을 획정할 수 있다. 챔버(1754)가 도 17에서 실린더로서 예시되지만, 채널 압력의 목적하는 범위를 제공하기 위한 임의의 적합한 형상을 획정할 수 있다. 일부 실시형태에서, 챔버(1754)가 비교적 짧을 수도 있고 그리고 제2 단부(1764)를 향하여 가늘어질 수도 있어서 비교적 넓은 다이어프램(1770) 및 제2 개구(1764)의 비교적 좁은 직경을 허용하여, 다이어프램의 비교적 적은 축방향 이동을 위한 채널 압력의 더 큰 범위를 허용한다.
일부 실시형태에서, 상이한 의학 적용을 위한 상이한 튜브 장치가 유사한 피스톤 조립체와 피팅될 수도 있어서 상이한 튜브 장치의 각각이 공통 하우징(1442) 및 모터(1444)와 함께 사용되게 한다. 일부 실시형태에서, 복수의 튜브(1410)는 각각의 튜브(1410)의 채널(1420)이 피스톤 조립체(1450)의 실린더(1454)와 유체 연통하는 단일의 피스톤 조립체(1450)에 연결될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 하우징(1442)은 도 15에 도시된 바와 같이 드라이브 콘솔 또는 구동 장치(1500)를 포함할 수도 있다. 드라이브 콘솔(1500)은 전력 공급원(1560)으로부터 드라이브 콘솔(1500)로의 전력의 공급을 제어하기 위한 전원 스위치(1502)를 포함할 수도 있다.
소켓(1448)은 소켓의 원주 둘레에서 연장되고 그리고 본체(1452)의 러그(1468)를 소켓(1448)에 유지하도록 방사상 내향으로 연장되는 하나 이상의 원주 플랜지(1488)를 포함할 수도 있다. 러그(1468)가 도 15에서 파선으로 도시되고, 플랜지(1488) 내에 또는 아래에 수용될 본체(1452)로부터 방사상으로 이격되게 돌출된다. 러그(1468)는 또한 본체(1452)의 일부 둘레에서 원주 방향으로 연장된다.
러그(1468)와 플랜지(1488) 둘 다는 피스톤 조립체(1450)를 소켓(1448)에 연결하거나 또는 피스톤 조립체를 소켓으로부터 연결해제할 때 러그(1468)의 통과를 허용하기 위한 플랜지(1488) 사이의 갭 및 플랜지(1488)의 통과를 허용하기 위한 러그(1468) 사이의 갭이 있도록 배열된다. 피스톤 조립체(1450)를 하우징(1442)에 연결하기 위해서, 본체(1452)는 러그(1468)가 플랜지(1488) 사이의 갭과 정렬되는 소켓(1448)에 삽입되고, 이어서 본체(1452)는 플랜지(1488)와 마주보고 그리고 플랜지의 바로 아래에 있는 하우징(1442)의 표면(미도시)과 플랜지(1488) 사이에 획정된 공간에서 스너그 피팅되게 러그(1468)와 맞물리도록 회전된다.
일부 실시형태에서, 러그(1468) 및/또는 플랜지(1488)는 러그(1468)가 플랜지(1488)와 맞물리는 연결된 정렬로 회전에 대하여 본체(1452)를 고정시키도록 탄성 클릭 잠금부, 클립 또는 래치를 포함할 수도 있다. 러그(1468) 및/또는 플랜지(1488)는 또한 러그(1468)가 플랜지(1488)와 완전히 맞물리는 각을 넘어 피스톤 조립체(1450)의 회전을 방지하도록 스토퍼를 포함할 수도 있다.
피스톤 조립체(1450)를 하우징(1442)으로부터 연결해제하기 위해서, 본체(1450)는 러그(1468)가 플랜지(1488) 사이의 갭과 정렬되는 플랜지(1488)로부터 러그(1468)를 연결해제하도록 회전된다. 이어서 피스톤 조립체(1450)가 소켓(1448)으로부터 제거될 수 있다.
일부 실시형태에서, 본체(1450)는 피스톤 조립체(1450)를 소켓(1448)에 연결할 때 정확한 방향을 나타내기 위한 표시기 탭(1480)을 포함할 수도 있다. 플랜지(1488)는 피스톤 조립체(1450)가 소켓(1448)으로의 삽입을 위해 정확하게 지향될 때 표시기 탭(1480)의 통과를 허용하도록 구성된 상보적인 절결부 또는 오목부(1482)를 획정할 수도 있다. 일단 소켓(1448)에 삽입된다면, 러그(1468)가 플랜지(1488)와 완전히 맞물릴 때까지, 본체(1450)가 회전될 수도 있고, 표시기 탭이 플랜지(1488) 중 하나 이상 아래에서 지나간다. 일부 실시형태에서, 하우징(1442)은 러그(1468)가 플랜지(1488)와 완전히 맞물릴 때 표시기 탭(1480)의 위치를 나타내기 위한 지표 또는 표시를 포함할 수도 있다.
드라이브 콘솔(1500)은 피스톤 조립체(1450)가 드라이브 콘솔(1500)에 연결될 때 환해지도록 구성된 연결 표시등(1504)을 포함할 수도 있다. 드라이브 콘솔(1500)은 피스톤 조립체(1450)가 소켓(1448)에 연결될 때 그리고/또는 러그(1468)가 플랜지(1488)와 완전히 맞물릴 때를 검출하기 위한 센서(미도시)를 포함할 수도 있다. 센서가 드라이브 콘솔(1500)에 대한 피스톤 조립체(1450)의 연결을 검출할 때, 센서는 신호를 트리거링(trigger)할 수도 있거나 또는 연결 표시등(1504)을 켜도록 전기 회로를 완성할 수도 있다.
드라이브 콘솔은 압력 작동기(1440)가 작동 중일 때 환해지도록 구성된 작동 표시등 또는 실행 표시등(1506)을 포함할 수도 있다. 표시등(1506)이 모터(1444)로의 전력의 공급을 제어하는 전기 회로에 포함될 수도 있거나 또는 전기 회로에 연결될 수도 있어서, 표시등(1506)은 모터(1444)가 작동 중일 때 켜진다.
일부 실시형태에서, 드라이브 콘솔(1500)은 압력 작동기(1440)의 작동을 제어하기 위한, 외부 제어기, 예컨대, 발 스위치로부터 신호 케이블의 연결기를 수용하도록 구성된 연결 단자(1508)를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 드라이브 콘솔(1500)은 추진 디바이스(1400)의 작동에 관한 정보를 사용자에게 제공하고/하거나 사용자가 추진 디바이스(1400)의 작동을 제어하게 하기 위한 디스플레이 또는 사용자 인터페이스(1510)를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 드라이브 콘솔(1500)은 추진 디바이스(1400)의 작동을 제어하도록 구성된 컴퓨터 및/또는 제어기(1550)를 포함할 수도 있다.
컴퓨터(1550)는 추진 디바이스(1400)의 작동에 관한 정보를 제공하도록 사용자 인터페이스(1510)에 연결될 수도 있고 그리고 일부 실시형태에서, 사용자 인터페이스로부터 입력을 수신하여 특정한 작동 매개변수를 선택할 수도 있다. 사용자 인터페이스(1510)는 지능형 디스플레이 그래픽 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있고, 그리고 컴퓨터(1550)는 드라이브 콘솔(1500) 및 구동 기계 장치(1444)의 기능을 제어하도록 프로그램 가능한 마이크로프로세서를 포함할 수도 있다. 전력 공급원(1560)은 드라이브 콘솔(1500) 및 컴퓨터(1550)에 연결될 수도 있고, 그리고 컴퓨터(1550)는 드라이브 콘솔(1500)의 다양한 컴포넌트로의 전력의 공급을 제어할 수도 있다.
도 16을 참조하면, 내시경 시스템(1600)이 일부 실시형태에 따라 도시된다. 내시경 시스템(1600)은 환자로의 삽입을 위한 삽입 튜브(1610)를 가진 내시경(1601); 내시경의 작동을 제어하기 위한 내시경 콘솔(1620); 내시경(1601)의 작동의 추가의 그리고/또는 대안적인 제어를 위한 내시경 핸드피스(1630); 내시경(1601) 및 삽입 튜브(1610)를 환자 내에서 관을 따라 전진시키기 위한 추진 디바이스(1400); 및 전력을 드라이브 콘솔(1500) 및 내시경 콘솔(1620)에 공급하기 위한 전력 공급원(미도시)을 포함한다.
추진 디바이스(1400)는 위에서 설명된 바와 같이 삽입 튜브(1610)로의 삽입을 위한 추진 튜브(1410) 및 추진 디바이스(1400)의 작동을 제어하기 위한 드라이브 콘솔(1500)을 포함한다.
내시경 시스템(1600)은 내시경의 카메라로부터 내시경 콘솔(1620)을 통해 수신된 이미지를 디스플레이하도록 구성된 모니터(1640)를 더 포함할 수도 있다.
추진 디바이스(1400)는 위에서 설명된 바와 같이, 추진 튜브(1410)에서 운동량 전달을 통해 추진력을 내시경(1601) 및 삽입 튜브(1610)로 제공하도록 작동될 수도 있다. 추진력은 내시경(1601), 삽입 튜브(1610) 및 추진 튜브(1410)를 환자 내에서 관을 따라 전진시키도록 사용될 수도 있다.
운동량이 추진 튜브(1410)로 추진 튜브의 길이를 따라 전달될 때, 종래의 푸시형 내시경에서 종종 발생될 수 있는 바와 같은, 삽입 튜브(1610)가 걸리는 위험이 감소될 수도 있거나 또는 삽입 튜브가 관의 모퉁이(예를 들어, 위장관의 모퉁이)를 지나갈 때 저항이 감소될 수도 있다. 이 추진 방법은 또한 종래의 푸시 내시경에서 행해진 바와 같이, 각각의 모퉁이에 대해 내시경을 단순히 밀어서 내시경을 더 전진시키기 위한 대안을 제공하므로, 내시경이 관을 따라 전진할 때 각각의 모퉁이에서의 마찰을 감소시킬 수도 있다.
일부 실시형태에서, 추진 디바이스(1400)는 예를 들어, 내시경(1601)을 약 1.5㎝/s의 전진 속도로 관을 따라 전진시킬 수도 있다. 다양한 작동 환경, 조건 및/또는 필요조건에 따라, 전진 속도는 예를 들어, 0.1㎝/s 내지 2㎝/s, 또는 0.5㎝/s 내지 1㎝/s의 범위 내에서 변경될 수도 있다. 일부 적용에서, 시간-압력 프로파일은 예를 들어, 튜브(1410)를 관으로부터 철수시키는 것을 돕도록, 튜브(1410)를 관을 따라 뒤로 이동시키도록 반전될 수도 있다. 추진 디바이스(1400)는 또한 내시경(1601)이 장의 길이를 따라 더 또는 완전히 전진되어 소장의 전체 범위가 검사되게 함으로써, 장 내시경술을 위한 개선된 완성률을 허용할 수도 있다. 추진 디바이스(1400)는 또한 내시경술을 통해 전체 위장관에 대한 접근을 허용할 수도 있다.
다양한 실시형태에서, 추진 디바이스(100, 1400, 1700)는 예를 들어, 기구, 프로브, 센서, 카메라, 모니터링 디바이스, 도구, 수술 도구, 광업 도구, 시추 도구, 내시경, 소장내시경, 십이지장경, 보스코프, 로봇 테더(robot tether), 및 산업용 내시경 중 임의의 하나 이상을 관을 따라 전진시키기 위해 구성될 수도 있다. 추진 디바이스(100, 1400, 1700)는 기구, 센서 또는 도구를 관, 갱도, 유정 보어, 파이프, 하수관, 벽 공동부, 및 환자의 관, 예컨대, 생체관의 내강, 동맥 또는 관 중 임의의 하나 이상을 따라 전진시키는 것을 돕도록 구성될 수도 있다.
당업자는 수많은 변동 및/또는 변경이 본 개시내용의 넓은 일반적인 범위로부터 벗어나는 일없이 위에서 설명된 실시형태에 대해 이루어질 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 실시형태는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로서 모든 면에서 고려된다.

Claims (50)

  1. 기구를 관(passage)을 따라 전진시키기 위한 추진 디바이스로서,
    제1 단부 및 상기 제1 단부의 맞은편의 제2 단부를 포함하는 세장형 튜브로서, 상기 튜브는 액체를 수용하도록 구성된 채널을 획정하고, 상기 채널의 제1 단부는 상기 튜브의 상기 제1 단부에서 또는 이의 근방에서 폐쇄되고 그리고 상기 채널의 제2 단부는 상기 튜브의 상기 제2 단부에 의해 획정되는, 상기 세장형 튜브; 및
    상기 채널의 상기 제2 단부와 연통(communication)하는 압력 작동기로서, 교번하여,
    상기 채널 내 상기 액체의 압력을 감소시켜서 캐비테이션(cavitation)을 유발하고 상기 액체 중에 기포를 형성시키고; 그리고
    상기 압력을 증가시켜서 상기 기포의 일부 또는 전부를 다시 상기 액체로 응축(collapse)시키게끔 상기 압력을 선택적으로 조정함으로써, 상기 액체의 적어도 일부를 상기 튜브의 상기 제1 단부를 향하여 가속화시키고 그리고 운동량을 상기 튜브로 전달하여 상기 튜브를 상기 관을 따라 전진시키도록 구성되는, 상기 압력 작동기를 포함하고,
    상기 추진 디바이스는 상기 채널 내의 압력이 감소될 때 상기 채널의 하나 이상의 구역에서 캐비테이션을 촉진시키도록 구성된 하나 이상의 기계 장치를 더 포함하되, 상기 하나 이상의 구역은 상기 채널의 길이의 적어도 일부를 따라 확장되는, 추진 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기계 장치는 표면 변동부를 상기 채널의 내면 상에 포함하는, 추진 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 표면 변동부는 코팅을 포함하는, 추진 디바이스.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 표면 변동부는 지형학적 변동부를 포함하는, 추진 디바이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지형학적 변동부는 다공성 표면을 획정하는, 추진 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기계 장치는 하나 이상의 음향 변환기를 포함하는, 추진 디바이스.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 작동기는,
    피스톤 조립체의 보어 내에 배치된 이동 가능한 피스톤을 포함하는, 상기 피스톤 조립체; 및
    상기 피스톤 조립체의 상기 피스톤을 구동시켜서 상기 채널 내 상기 액체의 상기 압력을 선택적으로 조정하도록 구성된 구동 기계 장치를 포함하는, 추진 디바이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 피스톤 조립체가 상기 튜브에 연결되어 상기 액체를 포함하는 밀봉된 튜브 장치를 형성하고, 그리고
    상기 피스톤 조립체가 상기 구동 기계 장치에 탈착 가능하게 연결 가능한, 추진 디바이스.
  9. 추진 튜브 장치로서,
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 세장형 튜브; 및
    상기 하나 이상의 튜브 각각의 상기 제2 단부에 연결된 피스톤 조립체를 포함하되, 상기 피스톤 조립체는,
    상기 하나 이상의 튜브 중 각각의 상기 채널과 유체 연통하는 보어를 획정하는 본체; 및
    상기 보어 내에 배치되고 그리고 상기 보어의 내면에 대해 밀봉되도록 구성된 이동 가능한 피스톤을 포함하는, 추진 튜브 장치.
  10. 추진 튜브 장치로서,
    제1 단부 및 상기 제1 단부의 맞은편의 제2 단부를 포함하는 세장형 튜브로서, 상기 튜브는 액체를 수용하도록 구성된 채널을 획정하고, 상기 채널의 제1 단부는 상기 튜브의 상기 제1 단부에서 또는 이의 근방에서 폐쇄되고 그리고 상기 채널의 제2 단부는 상기 튜브의 상기 제2 단부에 의해 획정되는, 상기 세장형 튜브; 및
    상기 튜브의 상기 제2 단부에 연결된 피스톤 조립체를 포함하되, 상기 피스톤 조립체는,
    상기 튜브의 상기 채널과 유체 연통하는 보어를 획정하는 본체; 및
    상기 보어 내에 배치되고 그리고 상기 보어의 내면에 대해 밀봉되도록 구성된 이동 가능한 피스톤을 포함하고,
    상기 피스톤 조립체와 상기 튜브는 선택된 양의 액체 및 선택된 양의 기체를 포함하는 밀봉된 용기를 획정하도록 협력하고,
    상기 추진 튜브 장치는 상기 채널 내의 압력이 감소될 때 상기 채널의 하나 이상의 구역에서 캐비테이션을 촉진시키도록 구성된 하나 이상의 기계 장치를 더 포함하되, 상기 하나 이상의 구역은 상기 채널의 길이의 적어도 일부를 따라 확장되는, 추진 튜브 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 피스톤 조립체는 작동기와 협력해서 상기 피스톤의 이동을 수행하여, 교번하여,
    상기 채널 내 상기 액체의 압력을 감소시켜서 캐비테이션을 유발하고 상기 액체 중에 기포를 형성시키고; 그리고
    상기 압력을 증가시켜서 상기 기포의 일부 또는 전부를 다시 상기 액체로 응축시키게끔 상기 압력을 선택적으로 조정함으로써, 상기 액체의 적어도 일부를 상기 튜브의 상기 제1 단부를 향하여 가속화시키고 그리고 운동량을 상기 튜브로 전달하여 상기 튜브를 관(passage)을 따라 전진시키도록 구성되는, 추진 튜브 장치.
  12. 드라이브 콘솔로서,
    제11항에 따른 추진 튜브 장치를 수용하고 그리고 상기 추진 튜브 장치와 맞물리도록 구성된 소켓을 획정하는 하우징;
    상기 피스톤과 맞물리도록 구성된 작동기; 및
    상기 작동기를 작동하여 상기 피스톤을 이동시켜서 상기 튜브의 상기 채널 내 압력을 선택적으로 조정하도록 구성된 제어기를 포함하는, 드라이브 콘솔.
  13. 드라이브 콘솔로서,
    제10항에 따른 추진 튜브 장치를 수용하고 그리고 상기 추진 튜브 장치와 맞물리도록 구성된 소켓을 획정하는 하우징;
    상기 피스톤과 맞물리도록 구성된 작동기; 및
    상기 작동기를 작동하여 상기 피스톤을 이동시켜서 상기 튜브의 상기 채널 내 압력을 선택적으로 조정하도록 구성된 제어기를 포함하는, 드라이브 콘솔.
  14. 드라이브 콘솔로서,
    제9항에 따른 추진 튜브 장치를 수용하고 그리고 상기 추진 튜브 장치와 맞물리도록 구성된 소켓을 획정하는 하우징;
    상기 피스톤과 맞물리도록 구성된 작동기; 및
    상기 작동기를 작동하여 상기 피스톤을 이동시켜서 상기 튜브의 상기 채널 내 압력을 선택적으로 조정하도록 구성된 제어기를 포함하는, 드라이브 콘솔.
  15. 기구를 관을 따라 전진시키기 위한 방법으로서, 상기 기구에 연결된 튜브 내 액체의 압력을 선택적으로 조정하여 상기 액체 중에 기포의 캐비테이션을 연속적으로 유발하고, 이어서 상기 기포를 다시 상기 액체로 응축시켜 상기 튜브 내에서 상기 액체를 가속화시키고, 운동량을 상기 액체로부터 상기 튜브로 전달하고, 그리고 상기 튜브를 관을 따라 전진시키는 단계를 포함하는, 기구를 관을 따라 전진시키기 위한 방법.
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