KR20110133592A - 펄스형 치료 광 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20110133592A
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라파엘 아르만도 시에라
미르코 미르코브
리차드 숀 웰체스
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싸이노슈어, 인코포레이티드
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Abstract

일 태양에서, 치료 영역에서 가열을 실행하도록 치료 영역에 치료 광을 전송하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 펄스 시간 동안 치료 광을 생성하도록 발광 다이오드를 제공하고 발광 다이오드를 구동시키는 것을 포함한다. 이 방법은 펄스 기간 동안 치료 영역에 약 200 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키고 펄스 기간보다 더 긴 회복 기간을 위해 비발광 상태에서 발광 다이오드를 유지시키는 것을 더 포함한다.

Description

펄스형 치료 광 시스템 및 방법{PULSED THERAPEUTIC LIGHT SYSTEM AND METHOD}
관련 특허 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2009년 3월 5일자로 제출된 미국 가특허 출원 제61/157862호의 이점을 청구하고, 그 내용은 전체로서 본 명세서에 참조로 통합된다.
피부과 치료에 기초한 많은 광이 현재 레이저 또는 펄스형 섬광등(pulsed flashlamps)/인텐스 펄스형 광(Intense Pulsed Light)(IPL)으로 사용된다. 피부과 치료에 사용된 몇몇 전문 등급 장치들은, 예를 들어, 약 0.5 ms와 50 ms 사이에서 펄스 지속기간 전송된 예를 들어 200 W/㎠와 20,000 W/㎠ 사이의 최대량 전력 밀도를 필요로 한다.
발광 다이오드(LED)들은 레이저 및 IPL보다 전형적으로 저 비용이고 더욱 견고한 반도체 광 소스들이다. 이들 단점은 비교적 낮은 전력 밀도이다. 기존 LED 장치의 몇몇 이용가능한 상태의 최대량 전력 사양[예를 들어, 디스플레이 테크놀러지(Display Technology)의 저널 2007년 3판 페이지 160-175에 보고된, 130 W/㎠]은 레이저 또는 IPL의 최대 전력 밀도 범위의 하한에 근접한다. 저 전력 LED 장치들이 현재 광생체조절(photobiomodulation)[멕다니엘(McDaniel)에 의한 미국 특허 제6,663,659호]과 같은 비열적 피부과 치료에 사용된다. 광생체조절 및 유사한 저 레벨 광 치료들은 정상 조직 온도에서 유도될 수 있는 광-생물학적 과정에 기초한 비열적 양상들이다. 기존 LED의 전형적인 상태는 피부의 적어도 작은 체적이 피부의 정상적인 조직 온도 이상의 상승된 온도에 있는 효과적인 열적 치료 양상들을 달성하기에 충분한 전력 밀도를 가지지 못한다. 따라서, 현재로서는 피부과 치료에 적합한 고 전력 LED가 해당 기술분야에 필요하다.
일 태양에서, 치료 영역에서 가열을 실행하도록 치료 영역에 치료 광을 전송하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 펄스 시간 동안 치료 광을 생성하도록 발광 다이오드를 제공하는 단계와 발광 다이오드를 구동시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 펄스 기간 동안 치료 영역에서 약 200 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키고 펄스 기간보다 더 긴 회복 기간을 위해 비발광 상태에서 발광 다이오드를 유지시키는 단계를 더 포함한다.
몇몇 실시예에서, 펄스 기간은 약 50 ms, 10 ms 또는 1 ms 이하이다. 몇몇 실시예에서, 회복 기간의 지속기간은 펄스 기간의 지속기간의 적어도 10 배, 50배 또는 100배이다.
일 실시예에서, 방법은, 펄스 기간 동안, 치료 광의 일련의 부-펄스를 생성하도록 발광 상태와 비발광 상태 사이에서 발광 다이오드를 반복적으로 사이클링하게 하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 반복적으로 사이클링하게 하는 단계는 약 50% 이하의 듀티 사이클(duty cycle)로 발광 다이오드를 반복적으로 사이클링하게 하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 부-펄스는 약 1 밀리세컨드(millisecond) 이하의 지속기간을 갖는다.
몇몇 실시예에서, 발광 다이오드는 돌발 고장 전력 레벨에 의한 것을 특징으로 하며, 부-펄스 동안, 발광 다이오드가 돌발 고장 전력 레벨의 약 30%, 70% 또는 90% 이상과 동등한 전력 레벨에서 작동된다.
몇몇 실시예에서, 펄스 기간 동안 치료 영역에서 약 200 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도에서 치료 영역에 치료 광을 지향시키는 단계는 펄스 기간 동안 치료 영역에서 약 500 W/㎠, 1,000 W/㎠, 5,000 W/㎠, 10,000 W/㎠ 또는 20,000 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 발광 다이오드와 열적 연통하는 적어도 하나의 열 싱크를 이용하여 발광 다이오드에 의해 발생된 열을 분산시키는 단계를 더 포함한다. 다른 실시예에서, 광은 적외선을 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 치료 광을 이용하여 치료 영역의 가열을 실행하는 단계를 더 포함하고, 치료 영역은 조직을 포함하고, 가열은 조직에 화학적 또는 물리적 변화를 초래한다. 다른 실시예에서, 화학적 또는 물리적 변화는 절제(ablation), 부식(cauterization), 용융(melting), 수축(shrinkage), 지방 분해(lipolysis), 및 열적 손상으로 구성되는 목록으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하며, 조직은 콜라겐(collagen)을 포함하고, 화학적 또는 물리적 변화는 열 유도된 콜라겐 수축을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 치료 영역은 인간 또는 동물 대상의 외부 또는 내부 영역이다. 다른 실시예에서, 목표 영역은 1 cm 이상의 특징적 크기를 갖는다.
다른 태양에서, 치료 영역에서 가열을 실행하도록 치료 영역에 치료 광을 전송하기 위한 장치가 개시되어 있다. 이 장치는 발광 다이오드와, 펄스 기간 동안 치료 광을 생성하도록 발광 다이오드를 구동시키도록 구성되고 펄스 기간보다 더 긴 회복 기간의 비발광 상태에서 발광 다이오드를 유지시키는 제어기와, 펄스 기간 동안 치료 영역에서 약 200 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키도록 구성된 광학 전송 시스템을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 펄스 기간은 약 50 ms, 10 ms 또는 1 ms 이하이다. 몇몇 실시예에서, 회복 기간의 지속기간은 펄스 기간의 지속기간의 적어도 10 배, 50배 또는 100배이다.
일 실시예에서, 제어기는, 펄스 기간 동안, 치료 광의 일련의 부-펄스를 생성하도록 발광 상태와 비발광 상태 사이에서 발광 다이오드를 반복적으로 사이클링하게 하기 위해서 발광 다이오드를 구동시키도록 구성된다. 다른 실시예에서, 제어기는 펄스 기간 동안 약 50% 이하의 듀티 사이클로 발광 상태와 비발광 상태 사이에서 발광 다이오드를 반복적으로 사이클링하게 하기 위해서 발광 다이오드를 구동시키도록 구성된다.
일 실시예에서, 부-펄스는 약 1 밀리세컨드 이하의 지속기간을 갖는다.
몇몇 실시예에서, 발광 다이오드는 돌발 고장 전력 레벨에 의한 것을 특징으로 하며, 부-펄스 동안, 발광 다이오드가 돌발 고장 전력 레벨의 약 30%, 70% 또는 90% 이상과 동등한 전력 레벨에서 작동된다.
몇몇 실시예에서, 광학 전송 시스템은 펄스 기간 동안 치료 영역에서 약 500 W/㎠, 1,000 W/㎠, 5,000 W/㎠, 10,000 W/㎠ 또는 20,000 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시킨다.
일 실시예에서, 장치는 발광 다이오드에 의해 생성된 열을 분산시키기 위해 발광 다이오드와 열적 연통하는 적어도 하나의 열 싱크를 더 포함한다. 다른 실시예에서, 치료 광은 적외선을 포함한다.
일 실시예에서, 광학 전송 시스템은 선단부에서 발광 다이오드로부터 치료 광을 수신하고 치료 영역을 조명하기 위해서 말단부에 광을 전송하도록 구성된 섬유 광학부를 포함한다.
일 실시예에서, 장치는 내부 영역에 치료 광을 전송하도록 인간 또는 동물 대상 내로의 삽입을 위해 구성되는 수술용 핸드피스(handpiece)를 포함한다.
다른 실시예에서, 장치는 인간 또는 동물 대상의 외부 영역에 치료 광을 전송하기 위하여 핸드피스를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 목표 영역은 1 cm 이상의 특징적 크기를 갖는다.
다른 태양에서, 치료 영역에서 가열을 실행하도록 치료 영역에 치료 광을 전송하기 위한 장치가 개시되어 있다. 이 장치는 복수의 발광 다이오드와, 각각의 펄스 기간 동안 치료 광을 생성하도록 각각의 발광 다이오드를 각각 구동시키도록 구성되고 펄스 기간보다 더 긴 각각의 회복 기간 동안 비발광 상태에서 각각의 발광 다이오드를 유지시키는 제어기와, 치료기간 동안 치료 영역에서 약 200 W/㎠의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 발광 다이오드로부터의 치료 광을 지향시키도록 구성된 적어도 하나의 광학 전송 시스템을 포함한다.
일 실시예에서, 각각의 발광 다이오드의 각각의 펄스 기간들은 치료기간 동안 서로에 대하여 시차를 두고 있다. 다른 실시예에서, 복수의 다이오드들 중 적어도 하나는 실질적으로 전체 치료기간 동안 그 각각의 펄스 기간 내에 있다.
일 실시예에서, 각각의 발광 다이오드의 각각의 펄스 기간의 지속기간은 50 ms 이하이다.
다른 실시예에서, 각각의 발광 다이오드의 각각의 펄스 기간의 지속기간은 회복 기간의 지속기간의 약 10배 이상이다.
도 1 내지 도 3은 치료 광 전송 시스템을 도시한다.
도 4는 펄스형 LED 치료 광 소스의 개략도이다.
도 5는 펄스형 LED 치료 광 소스를 위한 펄스 설계를 예시한다.
도 6은 펄스형 LED 치료 광 소소의 어레이를 예시한다.
대체로 도면을 참조하면, 발광 다이오드(LED)를 이용하여 치료 영역에 치료 광을 전송하기 위한 시스템 및 방법이 도시되어 있다. LED는 LED를 위한 정상적인 연속 작동 레벨 위에 있는 전력을 제공하도록 펄스형 모드 내에서 구동될 수 있다. LED는 짧은 기간의 시간(예를 들어, 0.5 ms 내지 50 ms) 동안 증가된 작동 레벨로 켜질 수 있고, 뒤이어 펄스들 사이에서 긴 기간의 시간(예를 들어, 수백 밀리세컨드) 동안, 작동 시간에서 축적된 열을 분산시키도록 허용된다. 이는 LED 소스가 레이저 및 IPL 대신에 피부과 치료에 기초한 광에 적합한 광 소스로서 사용되게 한다. 치료 광은 가열이 치료 영역 내의 조직에 대한 화학적 또는 물리적 변화(예를 들어, 절제, 부식, 용융, 수축, 지방 분해, 열적 손상 또는 다른 화학적 또는 물리적 변화)를 초래하도록 치료 영역을 가열할 수 있다. 조직은 콜라겐을 포함할 수 있고, 화학적 또는 물리적 변화들은 콜라겐 수축을 포함할 수 있다. 가열은 조직을 예를 들어 섭씨 5도 이상, 섭씨 10도 이상 또는 등등까지 그 정상 온도 이상으로 상승시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 치료 영역에 치료 광을 전송하기 위한 장치(100)는 예시적인 실시예에 따라 도시되어 있다. 장치(100)는 소스(102), 제어기(104) 및 핸드피스(106)를 포함한다. 소스(102)는 핸드피스(106)의 LED에 전력을 제공하기 위한 전력 소스일 수 있고 광 섬유(110)를 경유하여 핸드피스(106)에 연결될 수 있다.
핸드피스(106)는 치료 영역(108)을 가열하기 위하여 치료 영역(108)(예를 들어, 인간 또는 동물 대상의 외부 영역 또는 내부 영역)에 치료 광(예를 들어, 적외선)을 제공하는 광 소스를 제공하도록 하나 이상의 LED를 포함할 수 있다. 핸드피스(106)는 핸드피스(106)로부터 치료 광을 치료 영역(108)에 제공하도록 장치(100)의 사용자에 의해 작동될 수 있다. 다양한 예시적인 실시예들에 따르면, 핸드피스(106)는 LED로부터의 치료 광을 제공하기 위해 임의의 형상, 크기 또는 구성일 수 있다. 핸드피스(106)는 특정한 크기(예를 들어, 예시적인 실시예에 따라 1 cm 이상)의 목표 영역을 위해 치료 광을 제공하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에 따라서, 핸드피스(106)는 PCT 공보 제WO 2008/007218호와 제WO 2008/153999호에서 개시된 핸드피스와 유사할 수 있고, 그 각각의 전체 내용이 전체로서 본 명세서에서 참조로 통합된다.
제어기(104)는 LED에 의해 방출된 광량과 광이 LED에 의해 방출되는 시간 간격을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 광을 방출하기 위해서 LED를 구동하도록 인가된 전압 또는 전류를 제어할 수 있다. 제어기(104)는 특정한 시간 프레임(예를 들어, 50ms, 10ms, 1ms 등등) 동안 광 방출 상태에서 핸드피스(106)의 LED를 유지시키고, 이어서 회복 기간(예를 들어, LED가 광을 방출하는 시간의 지속기간의 10배의 시간 프레임, LED가 광을 방출하는 시간의 지속기간의 50 또는 100배의 시간 프레임, LED가 광을 방출하는 시간의 지속기간보다 더 긴 시간 프레임 등등) 동안 비발광 상태에서 LED를 유지시키는 지시들을 포함할 수 있다.
제어기(104)는 치료 영역(108)에 제공된 치료 광을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 치료 광은 치료 영역(108)에서 100 W/㎠ 또는 200 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도에서 제공될 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에 따라서, 치료 광은 약 500 W/㎠, 1,000 W/㎠, 5,000 W/㎠, 10,000 W/㎠ 또는 20,000 W/㎠의 평균 전력 밀도에서 혹은 200-20,000 W/㎠의 범위에서의 평균 전력 밀도로 제공될 수 있다. LED를 포함하는 장치(100)는 제어기(104)에 의해 특정된 평균 전력 밀도에서 치료 영역(108)에 치료 광을 지향하도록 구성된 광학 전송 시스템으로서 역할을 할 수 있다. 일 실시예에서, 핸드피스(106)는 선단부에서 LED로부터 치료 광을 수신하고 치료 영역(108)을 조명하기 위하여 말단부로 광을 전송하도록 구성된 섬유 광학부를 포함한다.
제어기(104)는 LED 사용에 관하여 링크(link)(112)를 경유하여 핸드피스(106)로부터 데이터를 수신할 수 있다. 데이터는 핸드피스(106) 내에서의 센서로부터의 센서 데이터, 핸드피스(106)의 가속도계로부터의 데이터 또는 다른 소스로부터의 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어기(104)는 LED가 아주 오래 동안 광을 방출하고 있고 손상의 위험이 있다는 것을 지시하는 데이터를 수신할 수 있고, 제어기(104)는 결과적으로 LED를 끄게 하는 지시를 보낼 수 있다. 다른 예로서, 핸드피스(106)의 가속도계는 핸드피스(106)의 위치 또는 속도에 관한 데이터를 제공할 수 있다. 제어기(104)는 데이터를 수신할 수 있고, 예를 들어, 핸드피스(106)가 특정한 영역에서의 치료 광을 방출하는 시간의 소정 기간 동안 고정된 것을 가속도계가 지시(방출된 광에 대상의 과도 노출의 위험을 지시)한다면, 핸드피스(106)의 LED의 상태를 감소된 전력 또는 비발광 상태로 변화하도록 결정할 수 있다.
도 2를 참조하면, 치료 영역에 치료 광을 전송하기 위한 장치(100)는 다른 예시적인 실시예에 따라 도시되어 있다. 도 2의 실시예에서, 장치(100)는 내부 치료 영역(108)에 치료 광을 제공하는 핸드피스(106)를 포함한다. 핸드피스(106)는 예를 들어 피부 표면(220)에서의 절개(224)를 통해 환자 내로 삽입될 수 있는 수술 탐침(예를 들어, 캐뉼러)을 포함할 수 있다. 광 섬유(112)는 치료 영역에 치료 광을 전송하도록 탐침의 말단부까지 핸드피스를 통해 연장할 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 치료 영역에 치료 광을 제공하기 위한 장치(300)는 또 다른 예시적 실시예에 따라서 도시되어 있다. 장치(300)는 더 상세하게 도시된 섬광 또는 핸드피스(302)를 포함한다. 섬광(302)은 렌즈(306)를 통해 치료 영역(310)에 광 소스를 제공하는 LED 소스(304)를 포함한다. LED 소스(304)는 치료 영역(310)에 치료 광 소스를 제공하도록 구성된 하나 이상의 LED를 포함할 수 있다.
렌즈(306)는 광이 직접적으로(또는 필요하다면 간접적으로) 치료 영역(310)의 표면에 가해지도록 치료 영역(310)을 위해 LED 소스(304)에 의해 제공된 치료 광을 반사하도록 사용될 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에 따라서, 렌즈(306)에 부가하여 또는 렌즈를 대신하여 다른 광학 요소들(예를 들어, 반사 요소, 굴절 요소, 시준 요소, 집중 요소, 발산 요소, 회절 요소 등등)이 사용될 수 있다. 광학 요소는 임의의 양호한 패턴으로, 예를 들어, (예를 들어, 전체 내용이 본 명세서에 참조로 통합되는 2006년 2월 3일자로 제출된 미국 특허 출원 제11/347672호에서 기술된 바와 같이) 비교적 고강도의 영역들과 비교적 저강도의 영역들을 갖는 2차원 패턴으로 치료 영역에 치료 광을 지향하도록 사용될 수 있다.
치료 영역(310)은 치료 영역(310)의 표면 아래의 영역(312)을 포함할 수 있다. 장치(300)가 치료 영역(310)의 표면 아래의 영역(312)에 치료 광을 제공하는 것이 바람직할 수 있고, 장치(300)에 의해 제공된 광의 강도 및/또는 패턴은 영역(312)이 더 많은 치료 광을 수용하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 렌즈(306)가 조정될 수 있고, LED 소스(304)에 제공된 전력이 증가될 수 있거나, 그렇지 않을 수 있다.
예시적인 실시예에 따라서, 장치(300) 또는 장치(300)의 일부분은 내부 영역[예를 들어, 영역(312)]이 치료 광을 수용할 수 있도록 치료 영역(310) 및 영역(312) 내에 삽입되도록 구성될 수 있다.
다양한 예시적인 실시예에 따라서, 장치(300)는 장치(300)를 위한 전력 공급 또는 치료 광을 제공하는 구성이 외측 소스 또는 외측 제어기로부터의 구성으로부터 전력을 수용하는 대신에 장치(300) 내에 제공될 수 있도록 도 1 및 도 2에서 기술된 바와 같이 제어기 또는 전력 소스를 더 포함할 수 있다. 이미 기술된 실시예에서와 같이, 장치(300)는 제어기에 정보를 제공할 수 있는 하나 이상의 센서들(온도 센서, 관성 센서 등등)을 포함할 수 있고, 제어기는 정보에 기초한 치료 광의 적용을 차례로 제어할 수 있다.
도 4를 참조하면, 치료 광을 제공하기 위한 광 소스(400)가 예시적인 실시예에 따라서 더 상세하게 도시되어 있다. 광 소스(400)는 LED(402), 지지 기판(404) 및 열 싱크(406)를 포함한다. LED(402)는 본 개시내용에서 기술된 바와 같은 치료 광을 제공하기 위한 LED일 수 있다. LED(402)는 방출하는 치료 광(410)으로 도시되어 있다.
굵은 화살표로 지시된 바와 같이, 지지 기판(404)은 LED(402)에 의해 발생된 열(412)을 축적시키도록 사용될 수 있고, 열 싱크(406)는 기판(404) 내의 열을 분산시키도록 사용될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에 따라서, 광 소스(400)는 단일 열 싱크 대신에 다수의 열 싱크들을 포함할 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에 따라서, 다른 기술들이 LED(402)에 의해 발생된 열의 분산을 제공하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 열 싱크(406)를 통해 순환된 유체는 사용될 수 있는 열을 분산하는 것을 돕도록 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 펠티어(Peltier) 냉각기 등과 같은 작동 요소가 사용될 수 있다.
도 5를 참조하면, LED를 위한 펄스 기간을 예시하는 그래프가 예시적인 실시예에 따라서 도시되어 있다. 그래프(500)는 LED가 발광 상태에 있는 짧은 펄스 기간(502)에 뒤이어 LED가 비발광 상태에 있는 더 긴 회복 기간(504)을 예시한다. 예시적인 실시예에 따라서, 펄스 기간(502)은 50 ms 이하, 10 ms 이하, 1 ms 이하 또는 다른 시간 프레임일 수 있고, 회복 기간(504)의 지속기간은 펄스 기간(502)의 지속기간보다 10배 더 길거나, 펄스 기간(502)의 지속기간보다 50배 더 길거나, 펄스 기간(502)의 지속기간보다 100배 더 길거나, 또는 다른 시간 프레임일 수 있다. 펄스 기간(502) 및 회복 기간(504)의 길이는 해로운 영향을 회피하도록 펄스들 사이에서 LED가 얼마나 오래 회복할 필요가 있는가에 기초하여 결정되거나 조정될 수 있다.
그래프(500)를 더 참조하면, 연속적인 작동 전력 레벨(506) 및 돌발 고장 전력 레벨(508)이 예시되어 있다. 연속적인 전력 레벨(506)은 종래의 연속 방출 모드에서의 작동을 위한 LED의 전력 레벨을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 펄스 기간(502) 동안, LED는 광의 증가된 방출을 제공하도록 연속 작동 전력 레벨 이상의 전력 레벨로 펄스된다. 회복 기간(504) 동안에, LED는 꺼지고(또는, 대안적으로, 감소된 전력 상태에서 작동), 펄스 기간 동안의 "과도운전(overdriven)"으로부터 회복하도록 허용된다. 그 기간 동안, 열은 LED의 고장 또는 성능에서의 감퇴를 초래할 수 있는 과열을 회피하도록 LED로부터 분산된다.
돌발 고장 전력 레벨(508)은 LED가 고장 날 수 있는 최대 전력 레벨 이상을 지시할 수 있다. 다양한 예시적 실시예에 따라서, LED는 돌발 고장 전력 레벨의 약 30% 이상과 동등하거나, 돌발 고장 전력 레벨의 약 50% 이상과 동등하거나, 돌발 고장 전력 레벨의 약 70% 이상과 동등하거나, 돌발 고장 전력 레벨의 약 90% 이상과 동등하거나, 혹은 레벨(506 및 508)들 사이의 다른 전력 레벨 중간치와 동등한 전력 레벨에서, 또는 다른 전력 레벨에서 작동되도록 구성될 수 있다.
도 5를 더 참조하면, 펄스 기간(502)은, LED가 예를 들어, 0.5 ms와 50 ms 사이의 전체 버스트 펄스 지속기간 동안 꺼지는 시간의 기간(예를 들어, 동등하게 긴 기간들)과 교호하는 매우 짧은 기간의 시간(예를 들어, 0.05 ms 내지 0.1 ms) 동안 켜지는 "버스트 모드(burst mode)"에서 작동될 수 있도록 세부 기간(sub-period)으로 나뉘어질 수 있다. 예를 들어, 그래프(520)를 또한 참조하면, 펄스 기간(502) 동안, LED는 치료 광의 일련의 부-펄스(522)를 생성하도록 발광 상태와 비발광 상태 사이에서 반복적으로 사이클링될 수 있다. 반복적인 사이클링은 예시적인 실시예에 따라서 50%의 듀티 사이클로 LED를 사이클링하는 것을 포함할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에 따라서, 듀티 사이클링은 임의의 다른 값(예를 들어, 10%, 25%, 75% 등등)일 수 있고, 부-펄스는 다양한 길이(예를 들어, 각각의 부-펄스는 1 ms 이하)를 가질 수 있다. 버스트 모드 작동은 LED 상의 응력을 더 감소시킬 수 있지만 레벨(506)보다 더 큰 "과도운전" 전력 레벨에서 작동된다.
도 6을 참조하면, 광 소스(본 명세서에서 기술된 형태의 다수의 개별 LED 등등)의 어레이의 블록도가 예시적인 실시예에 따라서 도시되어 있다. 장치(600)는 다수의 광 소스(602, 604, 606, 608)를 포함할 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에 따라서, 장치(600)는 광 소스의 임의의 개수를 포함할 수 있고 광 소스의 임의의 개수의 열 또는 다른 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 장치(600)는 임의의 형상일 수 있고, 4개 이하의 광 소스들, 6개의 광 소스들 또는 8개 이상의 광 소스들을 포함할 수 있고, 임의의 구성으로(예를 들어, 모두 열로서, 매트릭스 형태로, 원형 형태로 또는 다른 형태로) 광 소스가 배치될 수 있다. 소스(602, 604, 606, 608)들은 예시적인 실시예에 따라서 각각의 광 소스를 위한 펄스 기간 및 비발광 상태를 유지하기 위하여 단일 제어기에 의해 구동되도록 구성될 수 있다.
도 6의 실시예에서, 장치(600)는 임의의 소정 시간에서 광 소스(602, 604, 606, 608)들 중 단지 하나 또는 일부로부터 치료 광을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 장치(600)는 소정 시간에 하나의 광 소스로부터 치료 광만을 제공할 수 있다. 광은 비발광 상태로 진입하기 전에 짧은 기간의 시간 동안 소스(602)에 의해 제공될 수 있다. 일단 소스(602)가 냉각기간 동안 폐쇄되면, 소스(604)는 소스(604)가 비발광 상태로 진입될 때까지 치료 광을 제공하는 단계를 개시할 수 있다. 이어서, 소스(606) 및 소스(608)는 유사한 방식으로 치료 광을 제공할 수 있고, 소스(608)가 그 비발광 상태 동안 폐쇄되면, 소스(602)는 다시 치료 광을 제공하도록 준비될 수 있으므로, 하나의 광 소스가 임의의 소정 시간에서 치료 광을 제공할 수 있도록 하나의 사이클을 제공한다.
다양한 예시적인 실시예에 따라서, 소정 시간에서 단지 하나의 광 소스는 장치(600)에서 치료 광을 제공할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에 따라서, 하나를 초과하는 광 소스가 장치(600)에서 치료 광을 제공할 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예에 따라서, 하나의 광 소스가 일부의 기간에 치료 광을 제공할 수 있고, 광 소스들은 다른 기간 동안 치료 광을 제공할 수 없다. 예를 들어, 도 6의 실시예에서, 각각의 소스가 광을 제공하는 시간 프레임보다 10배 더 긴 다운 시간을 각각의 소스(602, 604, 606, 608)들이 필요로 한다면, 장치(600)는 단지 시간의 40% 동안 치료 광을 제공할 수 있지만, 나머지 60%의 시간은 정지 시간(down time)에 4개의 소스(602, 604, 606, 608)들 각각에 의해 소비된다.
당업자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 본 명세서에 기술된 형태의 광 소스들은 임의의 적합한 용례를 위해 치료 광을 제공하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 개시내용의 시스템들 및 방법들을 이용하여 관리할 수 있는 피부과 치료는, 예를 들어, 안면 재생, 착색 손상, 도관 손상, 여드름, 및 레이저 또는 IPL이 효과적인 것으로 발견되는 다른 피부과적 용례들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 본 개시내용의 장치에 기초한 LED는, 예를 들어, 몇 주의 시간을 두고 제한된 시간의 지속기간 내에, 숙련된 의사에 의해 레이저 또는 IPL과 같이 사용될 수 있다. 또한, 낮은 최대량 전력을 갖는 LED 기반 장치에 의한 치료 방법은 연장된 기간의 시간(예를 들어, 주 또는 달) 동안 일상 치료로 가정용 용례에 적합하다. 치료의 이러한 방법에서는, 다수의 치료들로부터의 결과의 축적이 개별 치료에서 사용된 낮은 최대량 전력을 보상할 수 있다.
이러한 본 발명이 예시적인 실시예를 참조하여 특정하게 도시되고 기술되었지만, 당업자라면, 형태 및 세부사항에서의 다양한 변화들이 첨부된 청구범위에 의해 포함된 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 명세서에서 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
치료 광을 제공하는 시스템 및 방법의 하나 이상의 임의의 부분들이 컴퓨터 하드웨어 또는 소프트웨어 또는 양자의 조합으로 실행될 수 있다. 방법들이 본 명세서에 기술된 시스템 및 방법들을 따르는 표준 프로그램 기술을 이용하여 컴퓨터 프로그램에서 실시될 수 있다. 프로그램 코드는 본 명세서에 기술된 기능을 수행하고 출력 정보를 발생시키도록 입력 데이터에 인가된다. 출력 정보는 디스플레이 모니터와 같은 하나 이상의 출력 장치에 인가된다. 각각의 프로그램은 컴퓨터 시스템과 연통하도록 고 레벨 절차 또는 대상 지향적 프로그램 언어로서 실시될 수 있다. 그러나, 필요하다면, 프로그램은 어셈블리 또는 기계 언어로 실시될 수 있다. 임의의 경우에, 언어는 컴파일러 또는 인터프리티드(interpreted) 언어일 수 있다. 또한, 프로그램은 그 목적을 위해 프로그램된 전용 집적 회로 상에서 가동될 수 있다.
각각의 이러한 컴퓨터 프로그램은, 저장 매체 또는 장치가 본 명세서에 기술된 과정을 수행하도록 컴퓨터에 의해 판독될 때 컴퓨터를 구성하고 작동시키기 위하여, 일반적 또는 특정한 목적 프로그램형 컴퓨터에 의해 판독가능한 저장 매체 또는 장치(예를 들어, ROM 또는 자기 디스켓) 상에 저장되는 것이 바람직하다. 컴퓨터 프로그램은 프로그램 실행 동안 캐시 또는 주 메모리에서 또한 존재할 수 있다. 임의의 분석 방법은 컴퓨터 프로그램으로 구성된 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서 또한 실시될 수 있으며, 여기서 그렇게 구성된 저장 매체는 본 명세서에 기술된 기능들을 수행하도록 특정하고 미리 한정된 방식으로 컴퓨터를 작동시키게 한다.

Claims (56)

  1. 치료 영역에서 가열을 실행하도록 치료 영역에 치료 광을 전송하는 방법이며,
    a) 발광 다이오드를 제공하는 단계와,
    b) 펄스 기간 동안 치료 광을 발생시키도록 발광 다이오드를 구동시키는 단계와,
    c) 펄스 기간 동안 치료 영역에 약 200 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키는 단계와,
    d) 펄스 기간보다 더 긴 회복 기간을 위해 비발광 상태에서 발광 다이오드를 유지시키는 단계를 포함하는
    치료 광 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    펄스 기간은 약 50 ms 이하인
    치료 광 전송 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    펄스 기간은 약 10 ms 이하인
    치료 광 전송 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    펄스 기간은 약 1 ms 이하인
    치료 광 전송 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    회복 기간의 지속기간은 펄스 기간의 지속기간의 적어도 10 배인
    치료 광 전송 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    회복 기간의 지속기간은 펄스 기간의 지속기간의 적어도 50 배인
    치료 광 전송 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    회복 기간의 지속기간은 펄스 기간의 지속기간의 적어도 100 배인
    치료 광 전송 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    펄스 기간 동안, 치료 광의 일련의 부-펄스를 생성하도록 발광 상태와 비발광 상태 사이에서 발광 다이오드를 반복적으로 사이클링하는 단계를 더 포함하는
    치료 광 전송 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    반복적으로 사이클링하는 단계는 약 50% 이하의 듀티 사이클로 발광 다이오드를 반복적으로 사이클링하는 단계를 포함하는
    치료 광 전송 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    부-펄스는 약 1 밀리세컨드 이하의 지속기간을 갖는
    치료 광 전송 방법.
  11. 제8항, 제9항 또는 제10항에 있어서,
    발광 다이오드는 돌발 고장 전력 레벨에 의한 것을 특징으로 하며,
    부-펄스 동안, 발광 다이오드는 돌발 고장 전력 레벨의 약 30% 이상과 동등한 전력 레벨에서 작동되는
    치료 광 전송 방법.
  12. 제8항, 제9항 또는 제10항에 있어서,
    발광 다이오드는 돌발 고장 전력 레벨에 의한 것을 특징으로 하며,
    부-펄스 동안, 발광 다이오드는 돌발 고장 전력 레벨의 약 70% 이상과 동등한 전력 레벨에서 작동되는
    치료 광 전송 방법.
  13. 제8항, 제9항, 제10항 또는 제11항에 있어서,
    발광 다이오드는 돌발 고장 전력 레벨에 의한 것을 특징으로 하며,
    부-펄스 동안, 발광 다이오드는 돌발 고장 전력 레벨의 약 90% 이상과 동등한 전력 레벨에서 작동되는
    치료 광 전송 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    펄스 기간 동안 치료 영역에 약 200 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키는 단계는 펄스 기간 동안 치료 영역에 약 500 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키는 단계를 포함하는
    치료 광 전송 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    펄스 기간 동안 치료 영역에 약 200 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키는 단계는 펄스 기간 동안 치료 영역에 약 1,000 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키는 단계를 포함하는
    치료 광 전송 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    펄스 기간 동안 치료 영역에 약 200 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키는 단계는 펄스 기간 동안 치료 영역에 약 5,000 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키는 단계를 포함하는
    치료 광 전송 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    펄스 기간 동안 치료 영역에 약 200 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키는 단계는 펄스 기간 동안 치료 영역에 약 10,000 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키는 단계를 포함하는
    치료 광 전송 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    펄스 기간 동안 치료 영역에 약 200 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키는 단계는 펄스 기간 동안 치료 영역에 약 20,000 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키는 단계를 포함하는
    치료 광 전송 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    발광 다이오드와 열적 연통하는 적어도 하나의 열 싱크를 이용하여 발광 다이오드에 의해 발생된 열을 분산시키는 단계를 더 포함하는
    치료 광 전송 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    치료 광은 적외선을 포함하는
    치료 광 전송 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    치료 광을 이용하여 치료 영역의 가열을 실행하는 단계를 더 포함하는
    치료 광 전송 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    치료 영역은 조직을 포함하고, 가열은 조직에 화학적 또는 물리적 변화를 초래하는
    치료 광 전송 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    화학적 또는 물리적 변화는 절제, 부식, 용융, 수축, 지방 분해, 및 열적 손상으로 구성되는 목록으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는
    치료 광 전송 방법.
  24. 제22항에 있어서,
    조직은 콜라겐을 포함하고, 화학적 또는 물리적 변화는 열 유도된 콜라겐 수축을 포함하는
    치료 광 전송 방법.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    치료 영역은 인간 또는 동물 대상의 외부 영역인
    치료 광 전송 방법.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    치료 영역은 인간 또는 동물 대상의 내부 영역인
    치료 광 전송 방법.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    목표 영역은 1 cm 이상의 특징적 크기를 갖는
    치료 광 전송 방법.
  28. 치료 영역에서 가열을 실행하도록 치료 영역에 치료 광을 전송하기 위한 장치이며,
    발광 다이오드와,
    펄스 기간 동안 치료 광을 생성하도록 발광 다이오드를 구동시키도록 구성되고 펄스 기간보다 더 긴 회복 기간의 비발광 상태에서 발광 다이오드를 유지시키는 제어기와,
    펄스 기간 동안 치료 영역에서 약 200 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키도록 구성된 광학 전송 시스템을 포함하는
    치료 광 전송 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    펄스 기간은 약 50 ms 이하인
    치료 광 전송 장치.
  30. 제28항 또는 제29항에 있어서,
    펄스 기간은 약 10 ms 이하인
    치료 광 전송 장치.
  31. 제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    펄스 기간은 약 1 ms 이하인
    치료 광 전송 장치.
  32. 제28항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    회복 기간의 지속기간은 펄스 기간의 지속기간의 적어도 10 배인
    치료 광 전송 장치.
  33. 제28항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    회복 기간의 지속기간은 펄스 기간의 지속기간의 적어도 50 배인
    치료 광 전송 장치.
  34. 제28항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    회복 기간의 지속기간은 펄스 기간의 지속기간의 적어도 100 배인
    치료 광 전송 장치.
  35. 제28항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어기는, 펄스 기간 동안, 치료 광의 일련의 부-펄스를 생성하도록 발광 상태와 비발광 상태 사이에서 발광 다이오드를 반복적으로 사이클링 하기 위해서 발광 다이오드를 구동시키도록 구성된
    치료 광 전송 장치.
  36. 제35항에 있어서,
    제어기는 펄스 기간 동안 약 50% 이하의 듀티 사이클로 발광 상태와 비발광 상태 사이에서 발광 다이오드를 반복적으로 사이클링 하기 위해서 발광 다이오드를 구동시키도록 구성된
    치료 광 전송 장치.
  37. 제35항 또는 제36항에 있어서,
    부-펄스는 약 1 밀리세컨드 이하의 지속기간을 갖는
    치료 광 전송 장치.
  38. 제35항, 제36항 또는 제37항에 있어서,
    발광 다이오드는 돌발 고장 전력 레벨에 의한 것을 특징으로 하며,
    부-펄스 동안, 발광 다이오드는 돌발 고장 전력 레벨의 약 30% 이상과 동등한 전력 레벨에서 작동되는
    치료 광 전송 장치.
  39. 제35항, 제36항, 제37항 또는 제38항에 있어서,
    발광 다이오드는 돌발 고장 전력 레벨에 의한 것을 특징으로 하며,
    부-펄스 동안, 발광 다이오드는 돌발 고장 전력 레벨의 약 70% 이상과 동등한 전력 레벨에서 작동되는
    치료 광 전송 장치.
  40. 제35항, 제36항, 제37항, 제38항 또는 제39항에 있어서,
    발광 다이오드는 돌발 고장 전력 레벨에 의한 것을 특징으로 하며,
    부-펄스 동안, 발광 다이오드는 돌발 고장 전력 레벨의 약 90% 이상과 동등한 전력 레벨에서 작동되는
    치료 광 전송 장치.
  41. 제28항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 전송 시스템은 펄스 기간 동안 치료 영역에 약 500 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키는
    치료 광 전송 장치.
  42. 제28항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 전송 시스템은 펄스 기간 동안 치료 영역에 약 1,000 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키는
    치료 광 전송 장치.
  43. 제28항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 전송 시스템은 펄스 기간 동안 치료 영역에 약 5,000 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키는
    치료 광 전송 장치.
  44. 제28항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 전송 시스템은 펄스 기간 동안 치료 영역에 약 10,000 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키는
    치료 광 전송 장치.
  45. 제28항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 전송 시스템은 펄스 기간 동안 치료 영역에 약 20,000 W/㎠ 이상의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 치료 광을 지향시키는
    치료 광 전송 장치.
  46. 제28항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
    발광 다이오드에 의해 생성된 열을 분산시키기 위해 발광 다이오드와 열적 연통하는 적어도 하나의 열 싱크를 더 포함하는
    치료 광 전송 장치.
  47. 제28항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서,
    치료 광은 적외선을 포함하는
    치료 광 전송 장치.
  48. 제28항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 전송 시스템은 선단부에서 발광 다이오드로부터 치료 광을 수신하고 치료 영역을 조명하기 위해 말단부에 광을 전송하도록 구성된 섬유 광학부를 포함하는
    치료 광 전송 장치.
  49. 제28항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서,
    내부 영역에 치료 광을 전송하도록 인간 또는 동물 대상 내로의 삽입을 위해 구성되는 수술용 핸드피스를 포함하는
    치료 광 전송 장치.
  50. 제28항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서,
    인간 또는 동물 대상의 외부 영역에 치료 광을 전송하기 위한 핸드피스를 포함하는
    치료 광 전송 장치.
  51. 제28항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서,
    목표 영역은 1 cm 이상의 특징적 크기를 갖는
    치료 광 전송 장치.
  52. 치료 영역에서 가열을 실행하도록 치료 영역에 치료 광을 전송하기 위한 장치이며,
    복수의 발광 다이오드와,
    각각의 펄스 기간 동안 치료 광을 생성하도록 각각의 발광 다이오드를 각각 구동시키도록 구성되고 펄스 기간보다 더 긴 각각의 회복 기간 동안 비발광 상태에서 각각의 발광 다이오드를 유지시키는 제어기와,
    치료기간 동안 치료 영역에 약 200 W/㎠의 평균 전력 밀도로 치료 영역에 복수의 발광 다이오드로부터의 치료 광을 지향시키도록 구성된 하나 이상의 광학 전송 시스템을 포함하는
    치료 광 전송 장치.
  53. 제52항에 있어서,
    각각의 발광 다이오드의 각각의 펄스 기간들은 치료기간 동안 서로에 대하여 시차를 두고 있는
    치료 광 전송 장치.
  54. 제53항에 있어서,
    복수의 다이오드들 중 적어도 하나는 실질적으로 전체 치료기간 동안 그 각각의 펄스 기간 내에 있는
    치료 광 전송 장치.
  55. 제52항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 발광 다이오드의 각각의 펄스 기간의 지속기간은 50 ms 이하인
    치료 광 전송 장치.
  56. 제52항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 발광 다이오드의 각각의 펄스 기간의 지속기간은 회복 기간의 지속기간의 약 10배 이상인
    치료 광 전송 장치.
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