KR20140020266A - 방사선-계 피부치료 장치 및 방법 - Google Patents

방사선-계 피부치료 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 피부치료를 제공하는 자족형 핸드-헬드 장치로서, 상기 장치는, 사용자에 의해 핸드 헬드되도록 구성된 장치 본체; 장치 본체에 지지되고, 에너지 빔을 발생하도록 구성된 빔 소스를 포함하는 방사선 소스; 치료 시간 동안 피부의 표면을 가로질러 수동으로 이동되도록 구성된 적용 단부; 상기 빔 소스가 피부에 펄스 에너지 빔을 방출하도록, 치료 시간 동안 방사선 소스를 펄스화하도록 구성된 전자 장치; 및 변위 제어 시스템을 포함하고, 상기 변위 제어 시스템은, 피부에 대한 상기 장치의 변위를 결정하도록 구성된 변위 센서; 및 피부에 대한 상기 장치의 결정된 변위에 기초하여 상기 장치의 적어도 하나의 동작 매개 변수를 제어하도록 구성된 전자 장치를 포함하는 자족형 핸드-헬드 장치를 제공한다.

Description

방사선-계 피부치료 장치 및 방법{RADIATION-BASED DERMATOLOGICAL DEVICES AND METHODS}
이 출원은 2011년 2월 3일자 출원된 미국 임시출원 제61/439,353호, 2011년 2월 17일자 출원된 미국 임시출원 제61/444,079호, 2011년 3월 30일자 출원된 미국 임시출원 제61/469,316호, 2011년 9월 12일자 출원된 미국 임시출원 제61/533,641호, 2011년 9월 12일자 출원된 미국 임시출원 제61/533,677호, 2011년 9월 12일자 출원된 미국 임시출원 제61/533,786호, 2011년 10월 10일자 출원된 미국 임시출원 제61/545,481호, 2011년 11월 23일자 출원된 미국 임시출원 제61/563,491호, 2012년 2월 2일자 출원된 미국 임시출원 제61/594,128호의 이익을 향유한다.
본 개시는 방사선-계 피부 치료 장치들 및 방법들, 예를 들면 부분 치료를 제공하는 레이저-계 장치들 또는 임의의 다른 적합한 형태의 피부 치료를 제공하기 위한 임의의 다른 형태의 방사선 소스를 사용하는 장치들에 관한 것이다.
광선을 이용한 조직의 치료는 다음의 다양한 용도에 사용된다: 제모, 피부 재생, 주름 치료, 여드름 치료, 혈관성 병변(예, 거미 정맥류, 광범성 발적 등)의 치료, 셀룰라이트의 치료, 색소 집단(예, 검버섯, 주근깨, 기태 등)의 치료, 문신 제거, 및 다양한 기타 치료들. 이러한 치료들은 일반적으로 특별한 적용에 따라서, 조직을 다른 성질들 중에서, 절제 또는 비절제일 수 있는, 광화학적, 광생물학적, 열적 또는 기타 방식으로 치료하기 위하여, 인체의 조직의 구역, 예를 들면 피부 또는 내부조직에 광선 또는 레이저 방사선을 전달하는 것을 포함한다.
광선을 이용한 치료 장치들은 레이저, LED, 플래시 등과 같은 다양한 형태의 광원들을 포함한다. 예를 들면, 다이오드 레이저는 일부 광선을 이용한 치료들 및 이러한 치료들을 제공하기 위한 장치들에 특히 적합하다. 다이오드 레이저는 전원 외에 광선 발생에 필요한 주요 부품들을 포함하는 하나의 칩에 전형적으로 배치되기 때문에, 다이오드 레이저는 공간을 적게 차지한다. 게다가, 다이오드 레이저는 최대 50% 이상의 효율을 전형적으로 제공하며, 그래서 다이오드 레이저가 일부 다른 레이저들에 비하여 낮은 전력으로 구동될 수 있다. 종래의 트랜지스터계 회로들이 레이저에 동력을 공급하는데 사용될 수 있도록, 다이오드 레이저는 작은 전류로 직접 여기(勵起)를 가능케 한다.
다이오드 레이저의 전형적인 기타 특징들은 일부 다른 레이저들과 비교하여 고온 감도/가변성 및 높은 발산성 빔을 포함한다. 다이오드 레이저는 전형적으로 레이저의 광축을 가로지르는 평면에 축-비대칭 프로파일을 갖는 빔을 방출한다. 특히, 방출된 빔은 직교 제2축("저속 축(slow axis)"이라 지칭함)에서 보다 제1축("고속 축(fast axis)"이라 지칭함)에서 훨씬 더 빠르게 발산한다. 대조적으로, 다른 형태들의 레이저들, 예를 들면 파이버 레이저는 가로면에서 축-대칭 프로파일을 갖는 빔을 전형적으로 방출한다.
레이저-계 치료 장치들은 전형적으로, 원하는 타겟 조직에, 레이저 방사선을 주사, 형상화, 조정, 보내는 및/또는 그렇지 않으면 영향을 주는 레이저 소스의 하류에 광학물품을 포함한다. 이러한 광학물품은 빔의 광학적 매개변수들, 예를 들면 빔의 방향, 전파성들 또는 형상(예, 수렴, 발산, 평행됨(collimated), 점 크기, 각 분포, 시간적 및 공간적 간섭성, 및/또는 세기 프로파일을 제어하기 위한 렌즈, 거울 및 기타 반사 및/또는 투과 요소들을 포함할 수 있다. 일부 장치들은 조직에 방사선 조사 구역들(radiated areas)의 패턴(예, 점, 선 또는 기타 형상들)을 생성하기 위하여 레이저 빔을 주사하기 위한 시스템들을 포함한다. 일부 적용예에서, 조직의 타겟 구역의 완전한 범위(coverage)를 제공하기 위해 방사선 조사 구역들의 주사 패턴은 서로 중첩되거나, 서로 실질적으로 인접하거나, 또는 연속적이다. 다른 적용예들, 예를 들면 일부 주름 치료, 혈관 치료, 착색 치료, 소염 치료 및 기타 피부 재생 치료에 있어서, 주사된 방사선 조사 구역들은 조직의 전체 타겟 구역의 일 부분만이 치료 시간(session) 동안에 조사되도록 비-조사 구역들에 의해 서로 이격될 수 있다. 그래서, 이러한 적용예들에서, 일반적으로 치료된 조직의 구역들 사이에 치료되지 않은 조직의 구역들이 있게 된다. 이 형태의 치료는 타겟 구역의 일부분만이 치료 시간 동안에 조사되기 때문에 "부분(fractional)" 치료(또는 보다 구체적으로는 일부의 경우들에서 부분 광열융해)로서 알려졌다.
본 개시는 방사선-계 피부 치료 장치들 및 방법들, 예를 들면 부분 치료를 제공하기 위한 레이저-계 장치들에 관한 것이다.
일부 실시예들에서, 방사선-계 피부 치료, 예를 들면 피부 재 서페이싱(resurfacing), 피부 재생, 주름 치료, 착색의 제거 또는 감소, 제모, 여드름 치료, 피부 조임(tightening), 발적, 모세혈관 확장증 또는 검붉은 모반 등의 혈관치료, 임신선, 안티-에이징 또는 주사, 여드름 또는 백반증을 치료하는 등의 소염 피부 치료를 제공하기 위한 핸드-헬드 소형 장치가 제공된다. 기타 실시예들은 눈 조직 또는 내부 기관 등의 비-피부 조직 치료에 적용될 수 있다. 특정 실시예들에서, 장치는 이것이 이동되거나 피부를 가로질러 "수동으로 주사" 되기 때문에 하나 이상의 레이저 빔 소스를 펄싱하므로써 레이저-계 비절제 부분 치료를 제공하는 소형 핸드-헬드 장치이며, 장치는 레이저 빔에 영향을 주는 임의의 광학물품(예, 거울들, 전동 렌즈들 등)을 제외시키고, 레이저 빔 소스(들)에 의해 방사된 레이저 빔(들)과 함께 레이저 빔 소스(들)은 (위치 및 방향에서) 고정된 수단에 부착되고 장치가 작동되는 동안 장치 하우징에 대해 (위치 및 방향에서) 고정된 상태를 유지한다.
장치는 하나 이상의 빔들의 형태로 피부에 에너지를 방사하여 피부 치료를 제공하는 피부의 하나 이상의 방사선 조사 구역들을 생성하는 하나 이상의 방사선 소스들을 포함할 수 있다. 여기서 사용된 "방사선"은 전자파 방사선, UV, 가시광선, 및 IP 광선, 고주파, 초음파, 마이크로파 등을 포함하는 임의의 방사 에너지를 포함할 수 있다. 방사선 소스는 하나 이상의 간접성 또는 비 간접성 에너지 빔들을 방사하는 임의의 적합한 장치, 예를 들면 레이저, LED, 플래시, 초음파 장치, RF 장치, 마이크로파 이미터 등을 포함할 수 있다. 에너지 빔들은 임의의 적합한 방식으로, 예를들어, 펄스파, 연속파(CW), 또는 다른 것(특정 실시예, 적용 또는 장치 세팅에 의존함)으로 발생될 수 있다. 일부 실시예들에서, 방사선 소스는 치료를 달성하기 위하여 피부에 하나 이상의 레이저 빔들을 전달하는 레이저, 예를 들면 에지 방출 레이저 다이오드(edge emitting laser diode), 레이저 다이오드 바아, HeNe 레이저, YAG 레이저, VCSEL 레이저, 또는 기타 형태들의 레이저이다. 여기서 단수형의 방사선 소스 또는 에너지 빔의 언급은 별도로 특정되지 않으면, 예를 들면 단일 방사선 소스, 또는 단일 에너지 빔에 대한 언급, 방사선 소스들 또는 에너지 빔들에 대한 언급(또는 다수의 방사선 소스들, 또는 다수의 에너지 빔들에 대한 언급)이 없다면, 적어도 하나의 방사선 소스 또는 적어도 하나의 에너지 빔을 의미하는 것으로 해석되어야 한다는 것을 이해해야 할 것이다.
일부 실시예들에서, 장치는 펄스 에너지 빔들(pulsed energy beams)을 피부에 자동적으로 제공하여 부분 피부 치료, 예를 들면 피부 재 서페이싱, 피부 재생, 주름 치료, 착색의 제거 또는 감소, 광손상에 의한 거친 피부의 치료 등을 제공한다. 각 펄스 에너지 빔은 피부의 표면에 방사선 조사 치료 점(또는 "치료점" 및 여기서 마이크로 열적 존(MTZ)으로 지칭되는 피부의 표면 아래로 연장되는 3 차원 체적의 열손상(또는 그렇지 않으면 광화학적으로 영향을 받은) 피부를 형성한다. 각 MTZ은 피부 표면으로부터 피부 아래로 연장될 수 있고 또는 실시예, 장치 세팅 또는 특별한 적용에 따라서, 피부 표면 아래의 어떤 깊이에서 시작하여 피부 안으로 더 아래로 연장될 수 있다. 장치는 치료되지 않은(즉, 방사선이 조사되지 않거나 또는 방사선이 덜 조사된) 피부의 체적들에 의해 서로 횡 방향으로 이격된 피부의 MTZs의 어레이를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 장치의 적용 단부(여기서는 장치 "팁"으로도 지칭함)는 치료 시간(treatment session) 동안에 피부의 표면을 가로질러 수동으로(예를 들면, 슬라이딩 방식으로) 이동될 수 있다. 에너지 빔 또는 빔들은 (피부에 MTZs을 생성하기 위하여), 피부를 가로질러 장치가 이동하는 동안(이것을 여기서는 "글라이딩 모드(gliding mode)" 치료라 지칭함)에 또는 피부를 가로지르는 장치의 이동들 사이(여기서는 "스탬핑 모드(stamping mode)" 치료라 지칭함)에, 또는 이들 모드들 또는 다른 모드들의 조합으로 펄스될 수 있다. 인접한 MTZs 사이의 치료되지 않은(즉, 방사선이 조사되지 않은) 피부의 구역들에 의해 촉진된 피부의 치유 응답(response)은 치료 구역에 부분 치료 이점들(예를 들면, 피부 재 서페이싱 또는 재생, 주름 제거 또는 감소, 색소 제거 또는 감소 등)을 제공한다. 일부 실시예들 및 적용들에서, 소형 핸드-헬드 장치는 전문 장치들과 유사한 결과를 나타낼 수 있지만, 다수의 치료들 또는 날들(days)(예를 들면, 30 일 치료 루틴 또는 2 치료시간/주 치료 루틴)에 걸쳐서 단일의 전문 투여량(dose)의 균등량을 더 서서히 전달하기 위하여 홈 사용 모델에 영향을 준다. 피부 재생은 일반적으로 주름, 색채이상(dyschromia), 색소의 병변, 광선 각화증, 기미, 피부 결, 발적 또는 홍반, 피부 조임(tightening), 피부 이완의 치료들 및 기타 치료들 중 적어도 하나 이상을 포함한다.
여기서 사용된 "부분" 치료는 피부 표면에 발생된 개별적 치료 점들이 방사선이 조사되지 않는 (또는 방사선이 덜 조사된) 피부의 구역들에 의해 서로 물리적으로 분리되는 (그래서 이러한 치료 점들에 해당하는 MTZ 들은 일반적으로 서로 물리적으로 분리되는) 치료를 의미한다. 다시 말해서, 부분 치료에서, 인접한 치료 점들(그리고 그래서 그것들의 해당하는 MTZs)은 서로 접촉하거나 또는 중첩되지 않는다. 피부에 치료 점들의 연속적인 시리즈를 생성하기 위하여 방사선 소스(예를 들면 레이저)가 펄스화되는 일부 실시예들에서, 펄스율은 장치가 피부를 가로질러 수동적으로 이동되거나 또는 글라이딩되는 전형적 또는 예상 속도, 여기서는 "수동 글라이드 속도(예를 들면, 글라이딩 모드에서 장치의 작동)라 치칭함, 에 기초하여 설정 또는 선택될 수 있다. 특히, 펄스율은 전형적 또는 예상 수동 (또는 기계적으로 구동되는) 글라이드 속도들의 범위에 대하여 인접한 치료점들이 치료되지 않은 피부의 구역들에 의해 일반적으로 물리적으로 서로 분리되도록(즉, 부분 치료가 제공되도록) 설정 및/또는 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 펄스율은 전형적 또는 예상 수동 글라이드 속도들의 범위에 대하여 인접한 치료점들이 미리 결정된 최소 비-제로 거리, 예를 들면 500㎛로부터 물리적으로 서로 분리되도록 설정 또는 선택될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 2 와 30 HZ 사이(예, 약 15Hz)의 펄스율은 1 과 6 cm/sec 사이의 전형적 또는 예상 수동 글라이드 속도들에 대해 요구된 부분 치료를 제공하도록 선택될 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치는 치료점 중첩의 발생빈도 또는 가능성을, 예를 들면 하나 이상의 센서들(예, 하나 이상의 드웰 센서들, 동작/속도 센서들 및/또는 변위 센서들)로부터의 피드백에 기초하여 방지, 제한 또는 감소하도록 제어될 수 있다. 예를 들면, 장치는 피부에 대한 장치의 속도 또는 변위를 모니터링하고, 장치가 앞의 치료 장소로부터 피부상에서 최소 임계 거리만큼 이동되지 않았다는 것을 검출하였을 때 예를 들어 방사선 소스를 턴오프하거나, 펄스율 등을 감소시켜, 방사선 소스를 제어할 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 펄스율은 장치에 의해 자동적으로 및/또는 사용자에 의해 수동적으로, 예를 들면, 여러가지 다른 수동의 글라이드 속도들 및/또는 사용자의 여러가지 다른 쾌감 레벨들 또는 통증내성 레벨들을 수용하도록, 조절될 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치는 피부에 다양한 깊이로 MTZs을 생성함으로써 3D 부분치료를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 이것은 서로 다른 깊이로 MTZs을 생성하기 위해 구성된 다중 빔 소스들을 제공함으로써, 예를 들어 피부 표면, 초점 깊이들, 파장들, 펄스 에너지들, 펄스 지속시간들, 또는 기타 매개변수들로부터 서로 다른 거리들에 배열된 다중 빔 소스들을 사용함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 이러한 실시예들은 빔 소스들과 빔 소스들로부터 전파된 빔들이 장치 하우징에 대해 고정된 상태로 남아 있는 (즉, 빔 전달과 관련하여 부품 이동이 전혀 없는) 고상(solid-state) 형태를 갖출 수 있다. 또 하나의 예로서, 이러한 3D 부분 치료는 하나 이상의 빔 소스들 도는 출력 빔들을 동적으로 이동 또는 조정함으로써, 또는 하나 이상의 빔들의 초점을 동적으로 조정함으로써 달성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치는 변위-계 제어 시스템(displacement-based control system)을 포함하며, 변위-계 제어 시스템은 피부를 가로지르는 장치의 가로 변위(lateral displacement)를 측정 또는 평가하고 장치의 결정된 변위에 기초한 장치의 하나 이상의 양상(예를 들어, 방사선 소스의 온/오프 상태 또는 펄스율)을 제어하도록 구성된 변위 센서 및 전자 장치들을 포함한다. 예를 들면, 변위-계 제어 시스템은 (부분 치료에 대하여) 치료 점들 사이의 원하는 간격을 제공하기 위하여 및/또는 치료 점 중첩의 발생빈도 또는 가능성을 방지 또는 감소시키기 위하여 에너지 빔들의 전달을 제어할 수 있다.
일부 실시예들에서, 펄스 에너지 빔들은 다양한 현존 장치들에서 보여지는(예를 들어, 광학 소자들 및/또는 레이저 또는 기타 에너지 소스를 이동시키기 위한 시스템들을 포함하는) 자동 주사 시스템을 사용하기보다는 피부를 가로질러 수동으로 주사된다. 일부 실시예들에서 장치는 임의의 이동하는 광학물품(또는 아래에 설명된 바와 같은 임의의 광학물품)을 포함하지 않는다. 일부 실시예들에서, 방사선 소스 및 방사선 소스로부터 피부까지의 에너지 빔 경로는 모두 장치의 외부 하우징에 대하여 고정된다. 장치로부터 자동 주사 시스템의 생략은, 특히 단일 빔 소스 만을 포함하는 실시예에 대하여, 방출된 에너지 빔이 장치 하우징에 대해 고정상태를 유지하기 때문에 보다 작은 빔 출력 윈도우 또는 구경을 허용할 수 있다. 예를 들면, 특정 실시예들은 특정 레이저 소스들(예, 에지 방출 레이저 다이오드)이 전형적으로 매우 작은 직경(예를 들면, 약 120 미크론)을 가지고 빔이 방출 윈도우/구경의 중앙에 유지되도록 고정될 수 있기 때문에, 1mm 미만(그리고 특정 실시예들에서, 0.5mm 미만)의 최대 폭 또는 직경을 갖는 빔 출력 윈도우 또는 구경을 포함할 수 있다. 이에 비해, 특정 자동화된 스캐너 기반의 장치는 영역 내에 1 제곱 센티미터보다 큰 출력 윈도우 또는 구경을 갖추고 있다.
일부 실시예들에서, 장치는 단일 방사선 소스, 예를 들면 에지 방출 레이저 다이오드, 단일 마이크로-이미터 존을 갖는 VCSEL, LED 또는 플래시를 포함한다. 특정 치료들에 대하여, 단일 방사선 소스가 펄스될 수 있으며 반면에 장치는 피부상에 치료점들의 대체로 1차원 어레이(또는 라인)를 형성하기 위해 피부를 가로질러 글라이딩된다. 그래서, 치료점들의 2차원 어레이가 장치를 피부를 가로질러 임의의 적합한 패턴으로 여러 번 글라이딩시킴으로써 생성될 수 있다.
다른 실시예들에서, 장치는 다수의 방사선 소스들, 예를 들면, 다중 에지 방출 레이저 다이오드들, 다수의 이미터들을 갖는 레이저 다이오드 바(또는 다수의 레이저 다이오드 바), 다수의 마이크로-이미터 존들을 갖는 VCSEL(또는 다수의 VCSEL들), 또는 다수의 LED들을 포함한다. 특정 치료들에 대해, 다수의 방사선 소스들은 각 글라이드에서 피부상에 치료점들의 2차원 어레이를 형성하기 위해, 장치가 글라이딩 모드로, 대안적으로 스탬핑 모드 또는 모드들의 조합으로 동작되는 동안 펄스될 수 있다. 이러한 장치는 더 크고, 보다 조밀하거나, 또는 그 외의 다른 2차원 어레이를 생성하기 위해 여러 번 피부를 가로질러 글라이드될 수 있다.
또한, 장치는, 장치의 특정 실시예 및/또는 구성에 따라, "직접 노출(direct exposure)" 또는 "간접 노출(indirect exposure)" 방사선 용으로, 및/또는 "매우 근접(close proximity)" 또는 "원격 근접(remote proximity)" 방사선 용으로 구성될 수 있다. "직접 노출" 실시예들 또는 구성들은 방사선 소스(들)(용어 "광학물품"은 이 문헌의 아래쪽에 정의된다)에 의해 발생된 빔(들)에 영향을 주거나 치료를 위한 방사선 소스의 하류에 임의의 광학물품을 포함하지 않는다. 일부 직접 노출 장치는 실질적으로 빔에 영향을 주지 않는 윈도우(예를 들면 ,방사선 소스 및/또는 장치의 기타 내부 부품들을 보호하기 위해)를 포함할 수 있다. 윈도우는 임의의 적합한 재료, 예를 들면, 사파이어, 석영, 다이아몬드, 또는 방사선 소스(14)의 주파수에서 투명하고 바람직하게는 또한 우수한 열 계수를 갖는 기타 재료로부터 형성될 수 있다.
따라서, 장치의 실시예들은 마이크로 렌즈 또는 기타 유사한 광학물품을 사용하지 않고 MTZs의 원하는 어레이를 생성할 수 있다. 따라서, 장치의 실시예들은, MTZ 어레이를 생성하기 위해 마이크로렌즈 또는 기타 유사한 광학물품을 사용하는 비절제 부분 치료 장치들과 비교할 때, 증가된 광학 효율, 감소된 전력 요구들, 보다 간단하고 저렴한 제조비용, 증가된 소형화, 및/또는 강화된 신뢰성을 제공할 수 있다. 그러나, 장치의 특정 실시예들은 예를 들어 바람직한 빔 형상화를 위해 하나 이상의 광학물품을 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
특정 실시예들에서 빔-영향 광학물품의 생략은 장치에 대해 전반적인 광학효율 증대를 가져올 수 있다. 임의의 광학 시스템에서, 불완전한 전달, 반사, 또는 빔 경로에서의 광학 요소(들)의 직경의 외부로의 빔 "유출"로 인해 손실들이 발생한다. 따라서, 빔-영향 광학물품을 생략하는 장치의 실시예들은 증가된 광학 효율을 제공할 수 있으며, 그래서 특정 종래 장치들에 비해 방사선 소스(들)에 전력 감소를 허용할 수 있다.
반대로, "간접 노출" 실시예들 또는 구성들은 방사선 소스(들)에 의해 생성 된 빔(들)에 영향을 주거나 치료를 위한 방사선 소스(들)의 하류에 하나 이상의 광학물품을 포함한다. 광학물품은 방사선 소스(들)이 치료 동안 피부와 접촉하는 장치의 적용 단부로부터 임의의 원하는 거리에(따라서 타겟 표면으로부터 임의의 원하는 거리에) 위치되도록 또는 다른 방사선 특성들에 영향을 주도록 허용할 수 있다. 방사선 소스로서 레이저 다이오드를 사용하는 특정 실시예들은 방사선을 적절하게 전달/분배하기 위해, 회전 광학물품 또는 마이크로렌즈 어레이와 같은, 레이저 다이오드 또는 스캐너로부터 방출된 고속으로 전달되는 고속 축 빔 프로파일을 캡쳐하고 집속하기 위한 하나 이상의 고속 축 광학 요소들을 포함할 수 있다.
"매우 근접" 실시예들 또는 구성들에서, 각 방사선 소스의 방출면(예, 에지 방출 레이저 다이어드의 방출면)은 장치의 피부 접촉면(즉, 장치 팁의 선두면)의 10mm 이내에 위치되고, 따라서 각 방사선 소스의 방출면은 장치 팁이 피부와 접촉하여 위치될 때 피부 표면의 10mm 이내에 위치된다. 아래에 설명한 바와 같이, 이 거리는 여기서 "근접 갭 간격" 으로 지칭된다. 대조적으로, "원격 근접" 실시예들 또는 구성들에서, 근접 갭 간격(방사선 소스(들)의 방출면과 장치의 피부 접촉면 사이의)은 10mm 보다 크다. 작은 근접 갭 간격과 그에 따른 방사선 소스(들)로부터 피부까지의 빔의 짧은 이동 거리로 인해, 일부 매우 근접 실시예들은 유사 원격 근접 실시예들에서 필요할 수 있는 정밀 정렬 광학물품(또는 모든 광학물품)을 생략할 수 있으며, 따라서 직접 노출, 매우 근접 구성을 제공할 수 있게 된다. 아래에 설명된 일부 특정 실시예들은 직접 노출 및 매우 근접 방사선 용으로 구성된 에지 방출 레이저 다이오드를 포함하며, 여기서 에지 방출 레이저 다이오드의 방출 표면은 에지 방출 에이저 다이오드와 피부 사이에 어떠한 광학물품(예를 들어, 단지 윈도우, 개방 공간, 보호 코팅, 또는 이와 유사한 기능)도 없이, 피부 표면의 10mm 이내에 위치된다. 직접 노출, 매우 근접 실시예들은 특히 소형일 수 있다. 일부 직접 노출, 매우 근접 실시예들은 높은 광 처리량을 제공할 수 있으며, 소형 배터리로 동작하는 장치에서 상대적으로 높은 전력 방출을 생성할 수 있다.
"직접 노출" 이 "매우 근접" 과 동의어가 아니고, 마찬가지로 "간접 노출" 이 "원격 근접" 과 동의어가 아닌 것으로 이해되어야 한다. 즉, 직접 노출 실시예들 또는 구성들은 특정 실시예 또는 구성에 따라 매우 근접 또는 원격 근접 방사선용으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 평행 또는 준 평행 광선 소스들은 원격 근접에 위치될 수 있으며, 빔이 소스와 피부 사이에 광학물품을 갖지 않는 점에서 직접 노출일 수 있다. 유사하게, 간접 노출 실시예들 또는 구성들은 특정 실시예 또는 구성에 따라 매우 근접 또는 원격 근접 방사선용으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들은 광선 소스의 하류에 매우 작은 렌즈(예를 들면, 원통형 또는 볼 렌즈)를 포함할 수 있지만, 여기서 각 방사선 소스의 방출면은 치료 시 여전히 피부 표면의 10mm 이내에 있다.
일부 실시예들에서, 장치의 빔 생성 및 전달 구성요소들은, (a) 빔을 장치 하우징에 대한 다수의 각각 다른 방향들 또는 위치들로 주사하기 위해 모터 구동되는 또는 그 외 이동 광학 요소들(예, 갈보 제어형 거울들(galvo-controlled mirrors) 또는 회전 다각 주사 요소들(rotating multi-faceted scanning elements))과 같은, 임의의 모터구동형 또는 그외 이동 빔 주사 요소들, 및 (b) 빔 소스 및 임의의 결합 빔 전달 요소들(예, 레이저, LED, 광섬유, 도파관, 등)을 물리적으로 이동시키기 위한 임의의 모터구동형 또는 기타 요소들, 을 포함하는, 빔 소스 및 장치 하우징에 대해 전달된 빔의 방향 및 위치를 이동시키기 위한 임의의 자동화된 또는 기계적으로 이동하는 부품들을 배제시킨 모든 고체상태 구조를 갖는다. 이러한 실시예들은 소음을 감소시키고, 장치의 신뢰성을 높이며, 제조 비용 및 복잡성을 줄이고, 및/또는 낮은 또는 최소한의 부품 수로 최종 장치의 소형화를 증대시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치는, 임의의 팬들, 기타 모터들, 또는 다른 자동 이동 부품들 뿐만 아니라, 빔 소스 및 장치 하우징에 대해 전달된 빔의 방향 및 위치를 동적으로 이동시키기 위한 임의의 자동 또는 기계적으로 움직이는 부품들을 포함하지 않는, 자동 이동 부품들을 전혀 구비하지 않은 모든 고체상태 구조를 갖는다.
직접 노출, 매우 근접 방사선을 제공하도록 구성되고, 특정 예시적 실시예들은 글라이딩 또는 스탬핑 모드 동작으로, 그리고 CW 또는 펄스화 방사선 소스(또는 다수의 CW 또는 펄스화 방사선 소스들)을 사용하여, 피부의 표면을 가로지르는 장치의 수동 주사를 통해 피부 영역 유효범위를 제공하기 위한, 모든 고체상태 구성요소들을 구비한 핸드 헬드형이고, 배터리 전원을 사용하는, 컴팩트한 피부 치료 장치들이다.
일부 실시예들에서, 장치들은 컴팩트한 핸드-헬드 하우징에 완전히 또는 실질적으로 자족되어 있다. 예를 들면, 장치의 일부 배터리 전원방식 실시예들에서, 방사선 소스(들), 사용자 인터페이스(들), 제어 전자장치, 센서(들), 배터리 또는 배터리(들), 팬(들) 또는 기타 냉각 시스템(만약에 있다면), 및/또는 임의의 광학물품(만약에 있다면)은 모두 컴팩트한, 핸드-헬드 하우징 내에 포함된다. 유사하게, 장치의 일부 벽-콘센트-전원방식 실시예들에서, 방사선 소스(들), 사용자 인터페이스(들), 제어 전자장치, 센서(들), 배터리 또는 배터리(들), 팬(들) 또는 기타 냉각 시스템(만약에 있다면), 및/또는 임의의 광학물품(만약에 있다면)은, 단지 장치로부터 연장된 전원 코드만을 갖고서 모두 컴팩트한, 핸드-헬드 하우징 내에 포함된다.
다른 실시예들에서, 장치의 하나 이상의 주요 구성 요소들은 장치 하우징으로부터 분리할 수 있으며, 임의의 적합한 물리적 또는 무선 수단(예, 와이어, 케이블, 광섬유, 무선 통신 링크, 등)에 의해 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치는, 예를 들어 실질적으로 발산하는 에너지 빔을 전달함으로써(예를 들면, 하류 광학물품을 갖지 않는 에지 방출 레이저 다이오드를 사용하여), 및/또는 하나 이상의 센서를 포함하는 눈의 안전 제어시스템을 사용함으로써, 및/또는 임의의 다른 적합한 방법에 의해, 눈 안전 방사선을 제공한다. 일부 레이저-계 실시예들 또는 설정들에서, 장치는 IEC 60825-1 기준 클래스 1M 이상(클래스 1과 같은)의 눈 안전 등급을 충족한다. 다른 레이저-계 실시예들 또는 설정 에서, 장치는 다음 분류 임계값과의 차이의 25% 미만으로 IEC 60825-1 클래스 1M 눈 안전 등급을 벗어난다. 또한 다른 레이저-계 실시예들 또는 설정들에서, 장치는 다음 분류 임계값과의 차이의 50% 미만으로 IEC 60825-1 클래스 1M 눈 안전 등급 벗어난다. 일부 램프-계 실시예들에서, 장치는 IEC 62471 기준 "면제" 또는 "저 위험" 눈 안전 등급을 충족한다.
일부 실시예들에서, 장치는 방사선 소스(들)로서 하나 이상의 VCSEL 레이저(수직 캐비티 표면 방출 레이저)를 사용한다. VCSEL은 단일 에너지 빔 또는 다수의 개별 에너지 빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 후자의 경우, VCSEL은 각각이 빔을 생성하는 마이크로-이미터 존을 갖고, 비-활성(또는 결핍 활성 또는 마스크된)에 의해 서로 분리된 마이크로-이미터의 어레이를 한정하는 비활성 구역들을 포함할 수 있으며, 따라서 VCSEL은 레이저 빔의 어레이(예, 1D 또는 2D 어레이)를 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 레이저 빔의 어레이는, 피부에 이격 치료점들의 어레이를 제공하기 위해, 그리고 그에 따라 이격 MTZs의 어레이를 제공하기 위해, 예를 들면, 장치의 수동 글라이딩 모드 또는 스탬핑 모드 동작을 통해 부분치료를 제공하기 위해, 피부에 전달된다. 일부 실시예들에서, 각 마이크로 이미터 존으로부터 생성된 빔은 실질적으로 축-대칭(예를 들면, 에지 방출 레이저 다이오드에 의해 발생된 빔에 반대되는)이다. 일부 실시예들에서, 2차원 멀티-존 펄스 VCSEL은 피부를 가로질러 글라이딩 또는 스탬핑될 때 부분 치료에 영향을 미치도록 직접 노출, 매우 근접(실제로, 피부에 직접 또는 거의 직접 배치)으로 구성될 수 있다. 마찬가지로, 1차원 멀티-존 펄스 VCSEL은, 피부를 가로질러 글라이딩 또는 스탬핑될 때 부분치료에 영향을 미치도록 직접 노출, 매우 근접으로 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치는 눈이 안전하고, 핸드 헬드형이며, 과도한 노동 비용없이 제조가능하며, 낮은 전력 소비를 요구하며, 그리고 효과적이다. 일부 실시예들에서, 장치는 피부에 다수의 MTZs을 생성하기 위한, 광학 스캐너, 마이크로 렌즈, 또는 기타 복잡한 광학 및 기계 장치에 대한 필요성을 제거한다. 특정 실시예들에서, 장치는, 에지 방출 레이저 다이오드가 반복적으로 펄스되는 동안, 피부를 가로지러 장치를 수동으로 주사함으로써 피부에 MTZ의 어레이를 생성하기 위한, 각 펄스가 피부에 단일 MTZ를 생성하는, 단일의, 고정된 위치의, 반복 펄스형 에지 방출 레이저 다이오드를 구비한, 배터리를 전원으로 사용하는 것이다. 다른 실시예들에서, 다중 빔 소스들(예를 들면, 다중 에지 방출 레이저 다이오드, 특정 레이저 다이오드 바, 특정 VCSEL 구성들)은 다중 빔 소스들의 각 펄스에 대해 피부에 다수의 MTZs를 생성하는데 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치는 하루에 한 번 또는 두 번, 몇 분 이내의 치료 시간을 포함하는 가정용 치료 계획을 사용하여 부분 치료를 제공하는데 적합할 수 있다. 일부 실시예들에서, 2분의 치료시간은, 예를 들어 약 20∼30㎠(약 4in2)의 효과적인 치료를 허용할 수 있다. 또한, 특정 실시예들은 작은 배터리의 사용을 허용하고, 임의의 팬(들) 없이 온도 제어할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 구리의 작은 원통형 블록은 팬을 사용하지 않고 다이오드의 과도한 온도 상승을 방지하면서, 치료 시간 동안 레이저로부터의 폐열을 흡수할 수 있다. 다른 실시예들은 장치 구성 요소들의 향상된 냉각을 위한 적어도 하나의 팬을 포함할 수 있다.
본 개시에 따르면, 방사선-계 피부 치료 장치들 및 방법들, 예를 들면 부분 치료를 제공하는 레이저-계 장치들 또는 임의의 다른 적합한 형태의 피부 치료를 제공하기 위한 임의의 다른 형태의 방사선 소스를 사용하는 장치들이 제공된다.
본 개시의 일부 실시예들은 부분적으로 다음의 상세한 설명과 첨부도면을 참고하면 이해할 수 있을 것이다:
도 1은 특정 실시예들에 따른, 예시적인 방사선-계 치료 장치의 부품들을 도시한다.
도 2는 예시적 실시예들에 따른, 방사선-계 치료장치를 위한 예시적 제어시스템을 도시한다.
도 3은 예시적 실시예들에 따른, 방사선-계 치료장치의 다양한 부품들의 도식적인 레이아웃을 도시한다.
도 4는 본 개시의 특정 실시예들에 따른, 부분 치료를 제공하기 위한 직접 노출 장치로서 구성된 예시적 방사선-계 치료장치를 도시한다.
도 5a 및 5b는 예시적 실시예에 따른, 도 4에 도시된 직접 노출 레이저 치료장치에서 사용하기 위한 예시적 방사선 엔진의 3-D 측면도 및 단부 팁 도면을 각각 도시한다.
도 6은 도 5에 도시된 예시적 레이저 치료장치의 분해조립도를 도시한다.
도 7은 도 5-7에 도시된 예시적 직접 노출 레이저 치료장치의 에지 방출 레이저 다이오드의 펄싱을 제어하기 위한 레이저 펄싱 전자장치의 예시적 전기 배선도를 도시한다.
도 8a-8j는 특정 실시예에 따른, 본 개시의 장치에 사용하기 위한 치료점들의 예시적 패턴들 및 예시적 글라이드 방향들 및 패턴들을 도시한다.
도 9는 비-절제 부분 치료의 공정을 도시하기 위하여 피부 체적의 3차원 단면을 도시한다.
도 10은 피부와 접촉하는 에지 방출 레이저 다이오드 및 윈도우를 포함하는 예시적 직접 노출 실시예의 개략적인 측단면도를 도시한다.
도 11은 피부로부터 오프셋된 에지 방출 레이저 다이오드 및 윈도우를 포함하는 예시적 직접 노출 실시예의 개략적인 측단면도를 도시한다.
도 12는 오직 에어 갭에 의해 피부로부터 분리된 에지 방출 레이저 다이오드를 포함하는 예시적 직접 노출 실시예의 개략적인 측단면도를 도시한다.
도 13은 커버 필름을 갖고 오직 에어 갭에 의해 피부로부터 분리된 에지 방출 레이저 다이오드를 포함하는 예시적 직접 노출 실시예의 개략적인 측단면도를 도시한다.
도 14는 피부와 접촉하는 다중 에지 방출 레이저 다이오드 및 윈도우를 포함하는 예시적 직접 노출 실시예의 개략적인 측단면도를 도시한다.
도 15는 에지 방출 레이저 다이오드 및 하류 오목 렌즈를 포함하는 예시적 간접 노출 실시예의 개략적인 측단면도를 도시한다.
도 16은 에지 방출 레이저 다이오드 및 하류 볼 렌즈를 포함하는 예시적 간접 노출 실시예의 개략적인 측단면도를 도시한다.
도 17a-17c는 근접 공백 공간이 매우 작은 실시예들에서, 에지 방출 레이저 다이오드로부터 방출된 빔의 비대칭 발산을 도시한다.
도 18a-18c는 큰 근접 공백 공간을 갖는 실시예들에서, 에지 방출 레이저 다이오드로부터 방출된 빔의 비대칭 발산을 도시한다.
도 19a-19b는 치료 펄스 동안 피부를 가로지르는 장치의 이동으로 인한 치료점의 되묻음(smearing) 또는 흔들림(blurring)을 도시한다.
도 20은 에지 방출 레이저 다이오드로부터 나와 타겟 표면에 수신된 레이저 방사선의 검출 파장 프로파일의 구성을 도시한다.
도 21a 및 21b는 특정 실시예들에 따른, 치료점에 대한 예시적 치수들 및 직접 노출 및/또는 근접 방사선을 위해 구성된 에지 방출 레이저 다이오드에 의해 발생되는 대응 MTZ를 도시한다.
도 22a 및 22b는 특정 실시예들에 따른, 방사선 소스로서 레이저 다이오드 바를 포함하는 장치에 대한 형태 및 예시적 치료점 어레이를 각각 도시한다.
도 23a 및 23b는 특정 실시예들에 따른, 방사선 소스로서 다중 레이저 다이오드 바를 포함하는 장치에 대한 형태 및 예시적 치료점 어레이를 각각 도시한다.
도 24a 및 24b는 특정 실시예들에 따른, 방사선 소스로서 고 충전율 레이저 다이오드 바를 포함하는 장치에 대한 형태 및 예시적 치료점을 각각 도시한다.
도 25 및 26은 각 펄스에서 치료점들의 어레이를 발생시키기 위해 빔드의 어레이를 방출하는 19개의 레이저 이미터들의 어레이를 포함하는 레이저 다이오드를 방사선 소스로 하는 장치의 예시적 실시예의 부품들을 도시한다.
도 27은 특정 실시예들에 따른, 방사선 소스로서 단일 빔-소스 VCSEL 레이저를 포함하는 장치의 예시적 직접 노출 형태를 도시한다.
도 28은 예시적 실시예에 따른, 빔-소스 VCSEL 레이저를 형성하는 마이크로-이미터들의 예시적 배치를 도시한다.
도 29는 특정 실시예들에 따른, 단일 빔-소스 VCSEL 레이저 및 하류 광학물품(오목 렌즈)의 예시적 간접 노출 배치를 도시한다.
도 30은 예시적 실시예에 따른, 다중 빔-소스 VCSEL 레이저를 형성하는 마이크로-이미터들 및 비활성 영역들의 예시적 배치를 도시한다.
도 31은 특정 실시예들에 따른, 방사선 소스로서 다중 빔-소스 VCSEL 레이저를 포함하는 장치의 예시적 직접 노출 형태를 도시한다.
도 32는 특정 실시예들에 따른, 이미터 존들의 2차원 어레이를 갖는 예시적 다중 빔-소스 VCSEL 레이저에 의해 생서된 예시적 치료점 어레이를 도시한다.
도 33은 특정 실시예들에 따른, 이미터 존들의 1차원 어레이를 갖는 예시적 다중 빔-소스 VCSEL 레이저에 의해 생성된 예시적 치료점 어레이를 도시한다.
도 34는 특정 실시예들에 따른, 다중 빔-소스 VCSEL 레이저 및 하류 광학물품(오목 렌즈 어레이)의 예시적 간접 노출 배치를 도시한다.
도 35는 특정 실시예들에 따른, 예시적 변위-계 제어시스템의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 36은 특정 실시예들에 따른, 장치가 글라이딩 모드 또는 스탬핑 모드로 사용되는 동안, 변위-계 제어시스템을 사용하는 장치를 제어하기 위한 예시적 방법의 플로우차트를 도시한다.
도 37은 특정 실시예들에 따른, 변위-계 제어시스템에 사용하기 위한 예시적 단일-화소 변위 센서를 도시한다.
도 38은 특정 실시예들에 따른, 변위-계 제어시스템에 사용하기 위한 또 하나의 예시적 단일-화소 변위센서를 도시한다.
도 39는 특정 실시예들에 따른, 변위-계 제어시스템에 사용하기 위한 또 하나의 예시적 단일-화소 변위센서를 도시한다.
도 40은 인체 손의 피부 표면 위에서 주사되는 광학 변위센서의 실시예에 대한 한 쌍의 실험 데이터 플롯들을 도시한다.
도 41은 변위 센서가 인체 손의 피부를 가로질러 이동될 때, 검출기에 의해 생성되는 신호의 예시적 플롯을 나타낸다.
도 42는 3개의 데이터 플롯들, 즉 특정 실시예들에 따른, 변위 센서로부터의 신호들에 기초하여 피부 특징들을 검출하기 위한, 원 신호 플롯, 필터링된 신호 플롯, 및 내재 피부 특징 검출 플롯을 도시한다.
도 43은 특정 실시예들에 따른, 변위-계 제어시스템을 사용하여 장치를 제어하기 위한 도 36의 일반적인 방법의 보다 구체적인 예를 도시한다.
도 44는 특정 실시예들에 따른, 피부에 따른 변위를 검출하기 위한, 컴퓨터 입력용 광 마우스에 사용되는 형태의 예시적 멀티-화소 이미징 상관 센서를 도시한다.
도 45는 특정 실시예들에 따른, 장치가 글라이딩 모드 또는 스탬핑 모드로 사용되는 동안, 멀티-화소 변위 센서를 이용하는 변위-계 제어시스템을 사용하여 장치를 제어하기 위한 예시적 방법을 도시한다.
도 46a-46g는 변위 센서, 또는 동작/속도 센서, 또는 둘 모두가 특정 실시예들에 사용될 수 있는 롤러-계 센서의 예시적 실시예들을 도시한다.
도 47은 장치의 특정 실시예들로 사용자에게 치료(예, 부분 광선 치료)를 제공하기 위한 치료 시간을 실행하는 예시적 방법을 도시한다.
도 48-49는 특정 실시예들에 따른 예시적 광학 눈 안전 센서를 도시한다.
도 50a 및 50b는 각각 다른 형상들의 예시적 각막들에 대하여 국부 표면 수직 방향들(local surface normal directions)을 도시한다.
도 51은 특정 실시예들에 따른, 장치 적용 단부에 또는 그 부근에 배열된 하나 이상의 피부 접촉센서들 및 하나 이상의 눈 안전센서를 포함하는 예시적인 멀티-센서 제어/안전 시스템을 도시한다.
도 52는 특정 실시예들에 따른, 멀티-센서 제어/안전 시스템을 사용하여 장치를 제어하는 예시적 방법을 도시한다.
도 53은 특정 실시예들에 따른, 한 명 또는 다수의 사용자들을 위해 눈 안전 센서를 교정하는 예시적 방법을 도시한다.
도 54는 방사선-계 치료 장치의 또 하나의 실시예를 도시한다
도 55는 도 54에 도시된, 특정 실시예들에 따른, 예시적 장치의 예시적 동작 개략도를 도시한다.
개시의 일부 실시예들은 일부 아래 설명 및 첨부 도면을 참고함으로써 이해될 수 있으며, 유사 도면 번호는 동일 또는 유사 부품을 나타낸다.
도 1은 일부 실시예들에 따른, 예시적인 핸드-헬드 방사선-계 치료 장치(10)의 다양한 부품들을 도시한다. 방사선-계 치료 장치(10)는 에너지 빔(60)을 생성하도록 구성된 방사선 소스(14)를 포함하는 방사선 엔진(12), 피부(40)의 치료 구역에 에너지 빔(60)을 조절 및/또는 전달하기 위한 광학물품(16), 제어 시스템들(18), 하나 이상의 전력 공급부(20), 및/또는 하나 이상의 팬들(fans;34)을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 장치(10)의 "직접 노출" 실시예들은 방사선 소스(14)와 피부 표면 사이에 특정한 광학물품이 제공되지 않도록 광학물품(16)을 생략할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 일부 직접 노출 실시예들에서, 방사선 소스(14)의 조사 표면은 장치 또는 타겟 피부(40)의 치료 팁의 피부 접촉면의 근접거리(10mm 이내)에 위치된다.
일부 실시예들에서, 장치(10)의 주 부품들은 핸드-헬드 구조체 또는 외부 하우징(24)에 실질적으로 독립적으로 되어 있을 수 있다. 핸드-헬드 하우징(24)은 피부(40)의 치료 구역의 치료 동안에 피부(또는 기타 타겟 표면)와 접촉 배열되도록 구성된 적용 단부(또는 "치료 팁")(42)를 한정할 수 있다. 적용 단부(42)는, 피부(또는 다른 표면)의 다양한 특성치 및/또는 장치(10)에 의해 전달된 에너지를 검출하기 위한 하나 이상의 센서들(26) 뿐만 아니라, 에너지 빔을 사용자에 전달하기 위한 치료 전달 인터페이스를 포함하는 다양한 사용자 인터페이스들을 포함하거나 또는 수용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 적용 단부(42)는 레이저 빔이 타겟 표면에 전달되면서 거치는 구경 또는 윈도우(44)를 포함할 수 있으며, 또는 대안적으로, 광학 요소(16)(예, 렌즈)는 적용 단부(42)에 위치될 수 있고 치료 동안에 피부와 직접 접촉 또는 근접하도록 구성될 수 있다.
장치(10)는 여기에 기술된 기능성 또는 당업자에 알려진 기타 관련 기능성 중 임의의 것을 제공하기에 적합한 임의의 기타 부품들을 포함할 수 있다.
방사선 엔진(12)은 예를 들면 하나 이상의 레이저, LED 및/또는 플래시, 초음파 장치, RF장치 또는 마이크로파 이미터와 같은 하나 이상의 방사선 소스(14)를 포함할 수 있다. 레이저를 방사선 소스(14)로서 포함하는 실시예들은 임의 형태(들)의 레이저, 예를 들면 하나 이상의 에지 방출 레이저 다이오드들(단일 이미터 에지 방출 레이저 다이오드들 또는 다중 이미터 에지 방출 레이저 다이오드들), 레이저 다이오드 바아, VCSEL 레이저(수직 캐비티 표면 방출 레이저), CO2 레이저, 에르븀 YAG 레이저, 펄스파 색소 레이저, 파이버 레이저, 기타 형태들의 레이저 또는 그것들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
방사선 소스(14)는 하나 이상의 방사선 소스를 포함할 수 있으며, 각각은 피부에 전달하기 위해 빔을 생성하도록 작동할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방사선 소스(14)는 단일 빔을 생성하기 위한 단 하나의 빔 소스를 갖는 레이저, 예를 들면 (a) 단일 빔을 발생시키는 단일 이미터 에지 방출 레이저 다이오드, (b) 단일 집합 빔(collective beam)을 발생시키는, 예를 들면 계류 미국 임시 특허출원 제61/594,128호, 이 출원의 전체 내용은 여기에 참고로 통합된다, 에 기재된 멀티-이미터 에지 방출 레이저 다이오드, (c) 에너지 단면의 공간 변조로, 예를 들면 아래에 기재된 바와 같이 단일 집합 빔 또는 단일 빔을 발생시키기 위한 고 충전율의 레이저 다이오드 바, 또는 (d) 단일 조합 빔을 발생시키기 위해 단일 빔 소스(즉, 단일 "마이크로 이미터 존")로서 함께 작동하는 복수의 이미터들을 갖는 VCSEL 레이저이다. 항목 (b) "단일 집합 빔을 발생시키는 멀티-이미터 에지 방출 레이저 다이오드"는 기판(예를 들어 "다중 양자샘" (MQW) 레이저 다이오드와 같은) 상에 형성된 복수의 이미터 집합들을 갖는 내장형 또는 일체형 레이저 다이오드 구조를 참조하며, 이로써 레이저 다이오드 바와 구분된다.
다른 실시예들에서, 방사선 소스(14)는 복수의 개별 빔을 발생시키기 위한 다중 빔 소스들, 예를 들어 (a) 복수의 이미터들을 가지며, 각각이 단일 개별 빔을 생성하는 레이저 다이오드 바, 또는 복수의 마이크로-이미터 존들(존 당 하나 이상의 이미터를 갖는)을 가지며, 각 마이크로-이미터 존이 다른 것들과 별개의 단일 빔을 생성하도록 개별 빔 소스로서 작용하는 VCSEL 레이저를 갖는 레이저이다. 이러한 다중 빔 소스들은 일렬로 배열되거나, 아니면 2차원 어레이로 배열될 수 있다.
일부 실시예들에서, 각 빔 소스로부터 방출된 빔은 적어도 한 방향으로 발산한다. 예를 들면, 단일-빔 소스 에지 방출 레이저 다이오드 또는 멀티-빔 소스 레이저 다이오드 바를 포함하는 실시예들에서, 각 빔 소스로부터 방출된 빔은 고속 축과 저속 축으로 발산할 수 있다. 그래서, 이러한 실시예들에서 장치가 빔 소스(들)의 하류에 어떠한 광학물품도 포함하지 않는 경우, 에너지 빔은 장치의 적용 단부에 방출되어, 비대칭적으로 발산하는 빔으로서 타겟 표면에 도달하게 된다. 또한, VCSEL 레이저를 포함하는 실시예들에서, 방출된 빔 또는 빔들은 두 축으로 대칭적으로, 예를 들면 약 15도 각도로 발산할 수 있다.
아래에 기재된 바와 같이, 이러한 실시예들의 장치(10)에 의해 전달된 에너지 빔들의 발산은 시력 보호의 측면을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방사선 소스(14)의 배열 및/또는 광 소스로부터 방출된 빔(들)의 발산은 아래에 기재된 바와 같이 IEC 60825-1 기준에 의한 등급 1M 또는 그 이상의 눈 안전 분류를 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 방사선 소스(14)는 소정의 피부 치료를 제공하기 위하여 임의의 적합한 파장에 맞추어 구성되거나 및/또는 임의의 적합한 파장에서 동작될 수 있다. 예를 들면, 방사선 소스(14)는 특정 광열 분해 또는 기타 치료들을 위해, 피부에서 물에 의해 흡수되는 파장, 예를 들면, 1400 nm 와 2000 nm 사이의 파장에 맞추어 구성되거나 및/또는 이 파장에서 동작되는 레이저일 수 있다. 일부 실시예에서, 방사선 소스(14)는, 예를 들어 여드름 치료 또는 특정 부분의 비-절제 피부치료, 예를 들어 피부 재생 또는 재 서패이싱(resurfacing), 주름 치료 또는 색소 병변들의 치료(예를 들어 검버섯, 주근깨, 기태 등)를 위해, 1400 nm 와 1550 nm 사이의 파장에 맞추어 구성되거나 및/또는 이 파장에서 동작되는 레이저일 수 있다. 다른 실시예들에서, 방사선 소스(14)는, 여드름 치료와 같은 피지선 관련 치료를 위해, 1700 nm 내지 1800 nm의 파장에 맞추어 구성되거나 및/또는 이 파장에서 동작되는 레이저일 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 방사선 소스(14)는, 예를 들어 일광 흑색점(solar lentigo)과 같은 색소의 병변치료를 위해, 약 1926 nm의 파장에 맞추어 구성되거나 및/또는 이 파장에서 동작되는 레이저일 수 있다. 또 하나의 예로서, 방사선 소스(14)는 제모 치료 또는 멜라닌-계 치료들을 제공하기 위하여 약 810 nm의 파장에 맞추어 구성되거나 및/또는 이 파장에서 동작되는 레이저일 수 있다. 다중 방사선 소스들을 포함하는 일부 실시예들에서, 각각 다른 빔 소스들은 각각 다른 파장들에서 광선을 방출할 수 있다. 예를 들면, 장치는 약 1400 nm - 1550 nm의 파장을 방출하는 하나 이상의 제1 빔 소스들 및 약 1926 nm의 파장을 방출하는 하나 이상의 제2 방사선 소스들을 포함할 수 있다. 또 하나의 예로서, 파장은 UV(예, DNA 또는 미생물에 영향을 주기 위한, 등)의 범위에 있을 수 있고, 가시광선 스펙트럼(예, 미트콘드리아 또는 섬유 아세포와 같은 멜라닌, 헤모글로빈, 옥시헤모글로빈 또는 광선과민성 요소들에 영향을 주기 위한, 등) 또는 IR 스펙트럼(예, 멜라닌, 물, 지질에 영향을 주기 위한, 등)의 범위에 있을 수 있다. 마찬가지로, 방사선은 초음파 스펙트럼(예, 집속 초음파 부분 피부 재생 또는 조임을 수행하기 위한, 등)의 범위이거나 또는 고주파 스펙트럼(예, 부분 또는 벌크 가열을 수행하기 위한, 등)의 범위에 있을 수 있다.
방사선 소스(14)는 임의의 적합한 에너지 또는 전력 레벨에 맞추어 구성되거나 또는 그것에서 동작될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 방사선 소스(14)는 빔 당 (즉, 치료점 당) 약 2 mJ 내지 약 30 mJ의 총 에너지를 방출할 수 있다. 예를 들면, 방사선 소스(14)는 빔 당 약 5 mJ 내지 약 20 mJ을 방출할 수 있다. 특정 실시예들에서, 방사선 소스(14)는 빔 당 약 15 mJ을 방출한다.
또한, 방사선 소스(14)는 특정 구현예, 응용, 또는 장치 셋팅에 따라서, 연속파(CW) 방사선, 펄스 방사선으로서 또는 임의의 다른 방식으로 전달할 수 있다. 이 개시의 목적으로, 펄스파 또는 연속파 방사선은 장치(10)의 적용 단부(42)의 외부로 전달된 방사선을 의미한다. 따라서, 방사선은 방사선 소스를 펄싱하거나, 방사선 소스(14)에 의해 방출된 에너지 빔을 단속적으로 차단하거나, 또는 그 외에 적용 단부(42)의 외부에의 방사선의 전달을 단속적으로 가능하게 및 불가능하게 함으로써 펄스될 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치(10)는 예를 들어 벌크 가열 피부 조임, 제모, 또는 여드름 치료를 위한 CW 또는 준-CW 방사선을 제공하기 위해 방사선 소스(14)를 제어한다. 다른 실시예들에서, 장치(10)는 펄스 방사선을, 예를 들어 부분 치료를 위해 (예를 들어, 방사선 소스(14)를 펄싱하거나, 방사선 소스(14)에 의해 방출된 에너지 빔을 단속적으로 차단함으로써, 또는 그와 다른 방식으로) 제공한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 장치(10)는 피부에 부분 치료를 제공하기 위하여, 인접 치료점들 사이의 비절제 피부의 구역들에 의해 서로에게서 이격된 치료점들을 생성하기 위해 치료 구역(40)에 일련의 레이저 빔들을 연속적으로 전달하도록 구성된 레이저-계 장치일 수 있다. 이러한 실시예들은 임의의 적합한 펄스 매개변수들, 예를 들면 펄스율 또는 주파수, 펄스 온 타임(pulse on time), 펄스 오프 타임(pulse off time), 듀티 사이클(duty cycle), 펄스 프로파일 등을 이용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방사선 소스(14)는 0.5 와 75 Hz 사이의 율로 펄스화될 수 있다. 예를 들면, 방사선 소스(14)는 2 와 30 Hz 사이의 율로 펄스화될 수 있다. 특정 실시예들에서, 방사선 소스(14)는 10 내지 20 Hz 사이의 율로, 예를 들면 약 15 Hz의 율로 펄스화될 수 있다. 주어진 치료점에서의 펄스 당 에너지는 단일 펄스 또는 다중 반복 펄스들에 의해 얻어질 수 있다.
여기서 사용된 "펄스"는 (a) 단일 연속적 방사선 파열, 및 (b) 때때로 모듈형 펄스(modulated pulse), 펄스 트레인(pulse train), 또는 수퍼 펄스(super pulse)로 언급되는, 실질적으로 동일 위치에서의 하나 이상의 고주파 펄스들(즉, 타겟 면에 실질적으로 중첩된 조사 구역들을 갖는)을 모두 포함할 수 있다. 만일 펄스 트레인에서 펄스들 사이의 시간 간격이 작동 장치의 휴지 시간보다 짧은(예를 들면, 광열분해 발색단 타겟의 열적 휴지 시간보다 짧은) 경우, 펄스 트레인은 단일 롱거 펄스(longer pulse)와 실질적으로 유사한 결과들을 초래할 수 있다.
여기서 사용된 "치료점" 은 빔 소스에 의해 -- 연속 조사 기간 동안에 또는 (위에서 정의된) 펄스 동안에 -- 피부의 그 장소에 소정의 치료를 제공하기에 일반적으로 충분한 정도로 조사된 피부의 접촉하고 있는 구역을 의미한다. 레이저 빔 소스들을 포함하는, 빔 소스의 일부 형태들에 대하여, 치료점의 경계들은 "1/e2 폭"으로 정의되며, 즉 치료점은 피부 표면의 임의의 점에서 최대 방사선 세기의 적어도 1/e2　(또는 0.135) 배와 동일한 방사선 세기로 조사된 피부 표면의 접촉하고 있는 구역을 포함한다. 치료점은 조사된 표면(또는 체적)의 전 범위를 포함할 수 있다. 치료점은 방사선 조사에 의해 영향을 받는 조직의 전 범위를 포함할 수 있으며, 그것은 조사 구역 또는 체적보다 더 작거나 또는 더 클 수 있다(예, 열전도율 때문에). 또한, "피부에서의" 치료점 또는 유사한 용어에 대한 언급은, 방사선 패턴이 피부의 표면에 치료효과를 나타내는지에 관계없이, 방사선 패턴을 피부 내부에 일반적으로 발생시키는 피부에서의 방사선 패턴을 의미한다.
치료점은, 방사선 소스가 펄스파 또는 연속파(CW) 방사선을 제공하고 있는지에 관계없이, 피부를 가로지르는 장치의 이동에 의한 임의의 하나 이상의 방향에서 되묻음(smearing), 흔들림(blurring) 또는 기타 늘어남(elongation)에 의한 임의의 증가된 구역들을 포함한다. 이에 따라, 만일 장치가 CW 방사선 동안 (예를 들면, 글라이딩 모드 동작에서) 피부를 가로질러 이동할 경우, 치료점은 피부의 순간 조사된 구역의 크기보다 몇 배 더 클 수 있다. 만일 장치가 펄스 방사선 동안 (예를 들면, 글라이딩 모두 동작에서) 피부를 가로질러 이동될 경우, 치료점은, 예를 들어 다수의 인자들에 따라서 피부의 순간 조사된 구역의 크기보다 10% 내지 500% 더 클 수 있다.
장치(10)의 특정 실시예들은 타겟 표면에 도달하기 전 방사선 소스(14)로부터 방출된 빔(60)을 배향 또는 처리하기 위한 하나 이상의 광학물품(16)을 방사선 소스(14)의 하류에 포함한다. 광학물품(16)은 방사선 소스(14)가 치료 동안 피부에 접촉하는 장치의 적용 단부(42)로부터 임의의 원하는 거리에 (그에 따라 타겟 표면으로부터 임의의 원하는 거리에) 위치되도록 허용할 수 있다. 방사선 엔진(12)의 하류에 광학물품(16)을 포함하는 장치(10)의 실시예들은 여기서 "간접 노출" 실시예들을 의미한다.
광학물품(16)은 방사선 엔진(12)에 의해 치료 구역(40)에 발생된 광선을 전달하기 위한, 및 만일 바람직하다면 치료점(62) 크기, 세기, 치료점 위치, 각분포(angular distribution), 응집성(coherence) 등을 조정하는 것과 같은, 빔을 처리하기 위한 임의의 수 및 형태들의 광학 요소들, 예를 들어 렌즈, 거울들, 및 다른 요소들을 포함할 수 있다.
여기서 사용된 "광학물품" 또는 "광학요소"는, 광 빔을 굴절시키거나, 적어도 한 축에서 빔의 각분포 프로파일(예, 수렴각, 발산각 또는 시준각)에 영향을 주거나, 적어도 한 축에서 빔의 초점에 영향을 주거나, 또는 그 외에 방사선의 성질에 영향을 주는 임의의 요소를 의미할 수 있다. 따라서, 광학물품은 거울 및 기타 반사 표면들, 렌즈, 프리즘, 광 가이드, 그레이팅(gratings), 필터 등을 포함한다. 이 개시의 목적으로, 광학물품은 투과 윈도우들 또는 필름들, 예를 들면, 내부 부품들을 보호하는 투과 구경으로서 역할을 하는 윈도우 또는 필름과 같은 평면 또는 실질적인 평면 투과 요소들을 일반적으로 포함하지 않는다.
장치(10)의 다른 실시예들은 빔에 영향을 주거나 이를 처리하기 위한 임의의 광학물품(16)을 방사선 소스(14)의 하류에 포함하지 않는다. 이러한 실시예들은 여기서 "직접 노출" 실시예들로서 언급된다. 일부 직접 노출 장치들은 빔(60)에 실질적으로 영향을 주지 않는 윈도우(예를 들면, 방사선 소스(14) 및/또는 장치(10)의 다른 내부 부품들을 보호하기 위한)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들(예를 들면, 방사선 소스(14)로서 하나 이상의 에지 방출 레이저 다이오드들을 포함하는 특정 실시예들)에서, 방사선 소스(14)는 치료 동안 피부와 접촉하는 장치의 적용 단부(42)에 매우 가깝게 (그리고, 그에 따라 타겟 표면에 매우 가깝게) 위치될 수 있다. 예를 들면, 일부 직접 노출 장치들에서, 방사선 소스(14)는 적용 단부(42)가 피부와 접촉된, 여기서는 아주 근접한 실시예로서 언급된, 상태로 위치될 경우, 방사선 소스(14)의 방출 표면이 피부로부터 10 nm 보다 작거나 그와 동일하도록 위치될 수 있다.
제어시스템들(18)은 장치(10)의 하나 이상의 부품들(예, 방사선 엔진(12), 팬(34), 디스플레이들(32) 등)을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어시스템들(18)은 예를 들면 다음 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다: 사용자로의 에너지 빔들(60)의 발생, 치료 및 전달의 양상들을 제어하기 위한 방사선 소스 제어시스템; 피부를 가로지르는 장치(10)의, 예를 들면, 앞서의 치료 위치에 대한 결정된 변위(예, 장치는 치료 동안에 피부를 가로질러 글라이딩되기 때문에)에 기초하여 장치(10)의 양상들을 제어하기 위한 변위-계 제어시스템; 온도 제어시스템; 눈들(예, 각막들)의 치료 방사선에의 노출을 방지하는데 도움을 주기 위한 눈 안전 제어시스템(눈 안전 제어시스템은 장치(10)로부터 방출된 레이저 방사선이 고유적으로 눈에 안전한 실시예들, 예를 들면, 장치(10)의 특정 직접 노출 실시예들에서 생략될 수 있다); 및/또는 배터리/전력 제어시스템.
제어시스템(18)은 하나 이상의 센서들(26) 및/또는 장치(10)와 사용자의 상호작용을 용이하게 하기 위한 사용자 인터페이스(28), 및 데이터(예, 센서들(26) 및/또는 사용자 인터페이스들(28)로부터의)를 처리하고 장치(10)의 다양한 부품들을 제어하기 위한 제어 신호들을 발생시키는 제어 전자장치(30)를 포함할 수 있다. 제어 전자장치(30)는 하나 이상의 프로세서 및 논리 명령 또는 알고리즘 또는 기타 데이터를 저장하기 위한 메모리 장치를 포함할 수 있다. 메모리 장치는 임의 형태의 RAM, ROM, 플래시 메모리, 또는 임의의 기타 적절한 휘발 및/또는 비휘발 메모리 장치들과 같은, 전자 데이터(논리 명령 또는 알고리즘들을 포함하는)를 저장하기 위한 임의의 하나 이상의 장치를 포함할 수 있다. 논리 명령 또는 알고리즘들은 소프트웨어, 펌웨어 또는 그것들의 임의의 결합으로서 구현될 수 있다. 프로세서들은 임의의 하나 이상의 장치들, 예를 들어, 여기서 설명한 장치(10)의 적어도 다양한 기능들을 수행하기 위하여 논리 명령 또는 알고리즘들을 실행하기 위한 하나 이상의 마이크로프로세서 및/또는 마이크로컨트롤러들을 포함할 수 있다. 제어 전자장치(30)는 전용 아날로그 전자장치 또는 아날로그와 디지털 전자장치들의 임의의 결합을 포함할 수 있다.
제어시스템들(18)은, 센서들(26)로부터의 피드백, 사용자 인터페이스들(28)을 통해 수신된 사용자 입력, 및/또는 논리 명령/알고리즘들에 기초하여, 부품들 또는 장치(10)의 양상들을 제어할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 제어시스템들(18)은 적어도 변위 센서부터의 피드백에 기초하여 방사선 엔진(12)의 동작을 제어할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 제어 시스템들(18)은 장치(10) 또는 치료 팁(42)이 앞서의 치료 위치로부터 치료 구역(40)을 가로질러 특정 거리 이동되었다는 것을 표시하는 변위 센서로부터의 신호들에 기초하여, 방사선 엔진(12)을 제어할 수 있다.
제어시스템들(18)은 예를 들어, 사용자로의 에너지 빔들(60)의 발생, 치료 및 전달의 양상들을 제어하기 위한 방사선 소스 제어 시스템; 피부를 가로지르는 장치(10)의, 예를 들면, 앞서의 치료 위치에 대한 결정된 변위(예, 장치는 치료 동안에 피부를 가로질러 글라이딩되기 때문에)에 기초하여 장치(10)의 양상들을 제어하기 위한 변위-계 제어시스템; 온도 제어시스템; 눈들(예, 각막)의 치료 방사선에의 노출을 방지하는데 도움을 주기 위한 눈 안전 제어시스템; 및 배터리/전력 제어시스템을 포함할 수 있다.
보다 상세하게는, 제어시스템들(18)은 장치(10)의 하나 이상의 동작 매개변수들을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어시스템들(18)은 치료 레벨(예, 저 전력 레벨, 중 전력 레벨, 또는 고 전력 레벨) 또는 치료 모드(예, 글라이딩 모드 대 스탬핑 모드; 또는 고속-펄스 모드 대 저속-펄스 모드; 또는 초기 치료 모드 대 후속 치료 모드 등), 방사선 소스(14)의 상태(예, 온/오프, 펄스-온 타임, 펄스-오프 타임, 펄스 듀티 사이클, 펄스 주파수, 시간 펄스 패턴 등), 방사선의 매개변수들(예, 방사선 파장, 세기, 전력, 플루언스(fluence) 등), 하나 이상의 광학요소들의 구성 또는 동작(특정 간접 노출 실시예들에서의), 및/또는 장치(10)의 임의의 기타 양상들을 제어할 수 있다.
센서들(26)은 장치(10), 사용자, 작동 환경 또는 임의의 기타 관련 매개변수들에 대한 데이터를 감지 또는 검출하기 위한 하나 이상의 센서들 또는 센서 시스템들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 2와 관련하여 아래에서 더 상세히 설명한 바와 같이, 센서들(26)은 다음 형태들의 센서들의 하나 이상을 포함할 수 있다: (a) 피부에 대한 장치(10)의 변위를 결정하기 위한 하나 이상의 변위 센서, (b) 피부를 가로질러 이동하는("글라이딩하는") 장치(10)의 속도(speed), 율(rate) 또는 속도(velocity)를 결정하는 하나 이상의 동작/속도 센서, (c) 장치(10)와 피부 사이의 적절한 접촉을 검출하기 위한 하나 이상의 피부-접촉 센서, (d) 피부에 대고 눌려진 장치(10)의 압력을 검출하기 위한 하나 이상의 압력센서, (e) 피부의 온도, 피부의 구역, 및/또는 장치(10)의 부품들을 검출하기 위한 하나 이상의 온도센서, (f) 피부에 전달된 방사선의 하나 이상의 매개변수들(예, 세기, 플루언스, 파장 등)을 검출하거나 또는 피부에 전달된 이 매개변수들을 가리키기 위한 하나 이상의 방사선 센서, (g) 피부에서의 색소의 컬러 또는 레벨을 검출하기 위한 하나 이상의 컬러/색소 센서, (h) 방사선 소스(14)로부터의 광선에 원치않는 눈 노출을 방지하기 위한 하나 이상의 눈안전 센서, (i) 장치가 피부에 대하여 부동이거나 또는 필수적으로 부동인지를 검출하기 위한 하나 이상의 드웰 센서, (j) 장치의 변위 및/또는 글라이드 속도를 검출하기 위한 하나 이상의 롤러-형 센서들, 및/또는 (k) 임의의 기타 적절한 형태들의 센서들.
사용자 인터페이스들(28)은 장치(10)와 사용자 상호작용을 용이하게 하기 위한 임의의 시스템들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 사용자 인터페이스들(28)은 버튼, 스위치, 손잡이, 슬라이더, 터치 스크린, 키패드, 진동 또는 기타 촉각 피드백을 제공하기 위한 장치, 가청 명령, 비프(beeps) 또는 기타 가청음을 제공하기 위한 스피커; 또는 사용자로부터의 명령, 설정값, 또는 기타 입력을 수신하고 정보 또는 출력을 사용자에게 제공하기 위한 임의의 기타 방법들을 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스들(28)은 또한 하나 이상의 디스플레이들(32)을 포함할 수 있으며, 그것의 하나 이상은 사용자 입력을 수신하기 위한 터치 스크린일 수 있다. 하나 이상의 사용자 인터페이스들(28) 또는 그것들의 부분들은 스마트 충전 독(smart charging dock) 또는 퍼스널 컴퓨터에서와 같이, 치료 장치로부터 분리된 하우징에 포함될 수 있고, 치료 장치는 하드와이어(케이블 또는 잭과 같은), 무선 방법들(적외선 신호, 무선 신호, 또는 블루투스와 같은), 또는 기타 적절한 통신 방법들을 통해서 분리된 하우징과 통신할 수 있다.
전력공급부(20)는 장치(10)의 다양한 부품들에 전력을 발생, 조정 또는 공급하기 위한 임의의 하나 이상의 형태 및 사례의 전력공급부 또는 전원을 포함할 수 있다. 예를 들면, 전력 공급부(20)는 하나 이상의 재충전형 또는 비 재충전형 배터리, 커패시터, 수퍼-커패시터, DC/DC 어댑터, AC/DC 어댑터 및/또는 아울렛(예, 110V 벽부착 콘센트)으로부터 전력을 받기 위한 연결부를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 공급부(20)는 하나 이상의 재충전형 또는 비 재충전형 배터리, 예를 들면, 하나 이상의 Li 함유 셀 또는 하나 이상의 A, AA, AAA, C, D, 대면적(prismatic), 또는 9V 재충전형 또는 비 재충전형 셀을 포함한다.
제어시스템들
도 2는 특정 실시예들에 따른, 장치(10)의 양상들을 제어하기 위한 제어시스템들(18)의 예시적인 부품들을 도시한다. 제어시스템들(18)은 제어 전자장치(30), 센서들(26), 사용자 인터페이스들(28) 및 다수의 제어 하위시스템들(52)을 포함할 수 있다. 제어 하위시스템들(52)은 장치(10)의 하나 이상의 부품들(예, 방사선 엔진(12), 팬(34), 디스플레이(32) 등)을 제어하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 제어 하위시스템들(52)은 방사선 소스 제어시스템(130), 변위-계 제어시스템(132), 사용자 인터페이스 제어시스템(134), 온도 제어시스템(136), 배터리/전력 제어시스템(138), 및/또는 여기서 제시한 임의의 기능성을 제어하기 위한 임의의 기타 적합한 제어시스템들을 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스 제어시스템(134)은 사용자 인터페이스 센서 제어시스템(140) 및 사용자 입력/디스플레이/피드백 제어시스템(142)을 포함할 수 있다.
각 제어 하위시스템(52)은 임의의 적절한 제어 전자장치(30), 센서들(26), 사용자 인터페이스들(28), 및/또는 임의의 기타 부품들, 장치(10)와 관련된 입력, 피드백, 또는 신호들을 이용할 수 있다. 또한, 임의의 둘 이상의 제어시스템들은 적어도 부분적으로 통합될 수 있다. 예를 들면, 제어시스템들(130-138)의 기능성은 예를 들면, 특정 알고리즘들 또는 프로세스들이 다중 또는 모든 제어시스템들(130-138)와 관련된 특정 기능성을 제공할 수 있도록, 적어도 부분적으로 통합될 수 있다.
각 제어 하위시스템(52)(예, 하위시스템들(130-138))은 임의의 적합한 제어 전자장치(30), 센서들(26) 및 사용자 인터페이스들(28)을 이용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 전자장치(30)는 하나 이상 또는 모든 제어 하위시스템들(52)에 의해 공유될 수 있다. 다른 실시예들에서, 전용 제어 전자장치(30)는 개별적인 제어 하위시스템들(52)에 의해 제공될 수 있다.
제어 전자장치(30)는 하나 이상의 프로세서(150) 및 논리 명령 또는 알고리즘(154) 또는 기타 데이터를 저장하기 위한 메모리장치(152)를 포함할 수 있다. 메모리 장치들(146)은 임의의 형태의 RAM, ROM, 플래시 메모리, 또는 임의의 기타 적합한 휘발성 및/또는 비-휘발성 메모리 장치들과 같은, 전자 데이터(논리명령 또는 알고리즘을 포함)를 저장하기 위한 임의의 하나 이상의 장치를 포함할 수 있다. 논리명령 또는 알고리즘(154)은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 그것들의 임의의 결합으로서 구현될 수 있다. 프로세서들(150)은 임의의 하나 이상의 장치들, 예를 들면, 여기서 설명된 장치(10)의 적어도 상기 다양한 기능들을 수행하도록 논리 명령 또는 알고리즘(154)을 실행하기 위한 임의의 하나 이상의 장치들, 예를 들어 하나 이상의 마이크로 프로세서들 및/또는 마이크로 컨트롤러들을 포함할 수 있다. 제어 전자장치(30)는 오직 아날로그 전자장치만, 또는 아날로그와 디지털 전자장치의 임의의 결합을 포함할 수 있다.
센서들(26)은 장치(10), 사용자, 작동 환경 또는 임의의 기타 관련 매개변수들에 관한 데이터를 감지하거나 또는 검출하기 위한 임의의 하나 이상의 센서들 또는 센서 시스템들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 센서들(26)은 하나 이상의 다음 형태들의 센서들을 포함할 수 있다:
(a) 피부(40)에 대한 장치의 변위를 검출, 측정 및/또는 계산하기 위한 또는 변위를 결정하는 신호들을 발생시키기 위한 적어도 하나의 변위 센서(100). 일부 실시예들에서, 예를 들면, 도 37-43과 관련하여 아래에 설명된 바와 같이, 변위 센서(100)는 피부에서의 고유 피부 특징들을 식별하고 계수함으로써 장치(10)의 변위를 결정하도록 구성된 단일-화소 센서일 수 있다. 기타 실시예들에서, 예를 들면, 도 44-45과 관련하여 아래에 설명된 바와 같이, 변위 센서(100)는 2차원 어레이의 화소들을 이용하는 마우스-형 광학 이미징 센서와 같은, 다중-화소 센서일 수 있다.
다른 실시예들에서, 예를 들면, 도 46a-46f와 관련하여 아래에 기재된 바와 같이, 변위 센서(100)는 롤러 회전의 양이 장치의 선형 변위를 표시하는 롤러-형 센서(118)일 수 있다. 예를 들면, 롤러-형 센서 변위 센서(100)는 하나 이상의 표시를 갖는 기계적 롤러, 기계적 롤러가 검출장치를 지날 때 이러한 표시를 식별하기 위한 검출장치(예, 광학 또는 기타 스캐너), 및 이러한 표시의 검출에 기초하여 장치(10)의 변위를 결정하기 위한 처리 전자장치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 롤러는 또한 글라이딩 치료를 용이하게 하기 위하여 모터에 의해 능동적으로 구동될 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 변위 센서(100)는 아래에 설명된 바와 같이, 용량형(capacitive) 센서를 포함할 수 있다. 변위 센서(100)는 장치(10)의 변위를 계산, 측정 및/또는 계산하기 위한 임의의 수의 기타 장치들 또는 기술들을 사용할 수 있다.
변위 센서(100)는 (i) 하나 이상의 방향에서 장치(10)의 선형 변위들을 검출, 측정 및/또는 계산하거나, (ii) 하나 이상의 회전방향에서 장치(10)에 의해 주행된 회전의 정도를 검출, 측정 및/또는 계산하거나, 또는 (iii) 그것들의 임의의 결합에 사용될 수 있다.
(b) 치료 구역(40)을 가로질러 이동하는 장치(10)의 율(rate), 속도 또는 속도("수동 글라이드 속도")를 검출, 측정 및/또는 계산하기 위한, 또는 수동 글라이드 속도를 결정하는 신호들을 발생시키기 위한 적어도 하나의 운동/속도 센서(102);
(c) 장치(10)와 피부 또는 치료 구역(40) 사이의 접촉을 검출하기 위한 적어도 하나의 피부-접촉 센서(104). 예를 들면, 장치(10)는 사용자의 피부와의 접촉을 검출하기 위한 하나 이상의 용량형 접촉 센서들(104)을 포함할 수 있다.
(d) 피부 또는 치료 구역(40)에 대한 장치(10)의 압력(또는 힘)을 검출하기 위한 적어도 하나의 압력(또는 힘) 센서(106).
(e) 치료 구역(40), 치료 구역(40)의 부위(치료 전, 치료 중 및/또는 치료 후의 치료점(62)과 같은), 장치(10)의 부품들, 또는 기타 물체의 온도를 검출하기 위한 적어도 하나의 온도 센서(108).
(f) 치료 구역(40)에 전달된 방사선의 레벨들 또는 기타 매개변수들을 검출하거나 또는 치료 구역(40)에 전달된 방사선을 나타내기 위한 적어도 하나의 방사선 센서(110)(예, 광선 펄스당, 각각의 빔/치료점 당, 주사 빔들/치료점들(62)의 전달 어레이 당, 특정 수의 각각의 전달 빔들/치료점들(62) 또는 빔들/치료점들(62)의 주사 어레이들 당, 또는 특정 시간 기간 당). 예를 들면, 장치(10)는 치료 빔의 펄스 지속시간을 측정하는 광 다이오드를 포함할 수 있다.
(g) 치료 구역(40)에서의 색소의 컬러 또는 레벨을 검출하기 위한 적어도 하나의 컬러/색소 센서(112).
(h) 치료 방사선 소스(14)로부터의 광선에 원치않는 눈 노출을 방지하는데 도움이 되기 위한 적어도 하나의 눈 안전 센서(114). 예시적인 눈 안전 센서들(114)은 도 48-51을 참고하여 아래에 설명된다.
(i) 장치(10)가 피부에 대하여 부동이거나 또는 필수적으로 부동인지를 검출하기 위한 적어도 하나의 드웰 센서(116).
(j) 장치(10)의 변위, 장치(10)의 수동 글라이드 속도 또는 장치(10)의 부동 상태, 또는 둘 다를 나타내는 신호들을 검출하기 위한, 변위 센서(100), 동작 속도 센서(102), 드웰 센서(116) 또는 모두로서 사용될 수 있는 적어도 하나의 롤러-계 센서(118).
(k) 임의의 다른 형태의 센서들.
사용자 인터페이스들(28)은 장치(10)와의 사용자의 상호작용을 용이하게 하기 위한, 예를 들면, 데이터를 디스플레이하거나 또는 피드백을 사용자에게 시각적으로 및/또는 청각적으로 및/또는 감지할 수 있게(예, 진동을 통하여) 제공하고, 그리고 사용자로부터 명령, 선택 또는 다른 입력을 받기 위한 임의의 시스템들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 사용자 인터페이스들(28)은 하나 이상의 디스플레이들(32)(그것들 중 하나 이상은 쌍방향성 터치 스크린들일 수 있다), 하나 이상의 수동장치들(160)(예, 버튼, 스위치, 손잡이, 슬라이더, 터치스크린, 키패드 등), 하나 이상의 스피커들(162) 및/또는 데이터, 정보 또는 피드백을 사용자에게 제공하거나 또는 사용자로부터 입력 또는 정보를 받기 위한 임의의 기타 장치들을 포함할 수 있다.
제어 하위시스템들(52)은 센서들(26)로부터의 피드백, 사용자 인터페이스들(28)을 통해 받은 사용자 입력 및/또는 논리 명령/알고리즘(154)의 실행에 기초하여, 장치(10)의 하나 이상의 제어가능 동작 매개변수들을 제어하도록 구성될 수 있다. 여기서 사용된 "제어가능 동작 매개변수들" 은 임의의 제어 하위시스템(52)에 의해 제어될 수 있는 장치(10)의 임의의 양상들 또는 매개변수들을 포함할 수 있다.
예를 들면, 하나 이상의 제어 하위시스템들(52)은 예를 들어 하기와 같은 방사선 소스(14)의 동작의 임의의 양상들을 제어할 수 있다:
(a) 치료 모드를 선택 및/또는 스위칭한다(아래에 설명한다),
(b) 방사선 엔진(12)의 온/오프 상태(이것은 각각의 광선 소스들을 독립적으로 또는 그룹으로 제어하는 것을 포함할 수 있다), 및 이러한 온/오프 상태의 타이밍: 예, 펄스 온 타임(펄스 지속시간), 펄스 오프 타임, 펄스 듀티 사이클, 펄스 주파수, 시간 펄스 패턴 등을 제어한다,
(c) 방사선의 하나 이상의 매개변수들: 예, 파장, 세기, 전력, 플루언스 등을 제어한다(예, 방사선 엔진(12)에 공급되는 전력을 제어함으로써), 및/또는
(d) 방사선 소스(14)의 임의의 다른 양상을 제어한다.
제어 하위시스템들(52)(예, 제어 시스템들(1308-138))은 센서들(26)로부터의 피드백, 사용자 인터페이스들(28)로부터 받은 사용자 입력, 및/또는 논리 명령/알고리즘(154)에 기초하여 장치(10)의 부품들 또는 양상들을 제어할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 제어시스템(130)은 하나 이상의 변위 센서(100) 및 피부 접촉 센서(들)(104)로부터의 피드백에 기초하여 방사선 소스(14)의 동작을 제어할 수 있다. 또 하나의 예로서, 제어시스템(130)은 변위 센서(100), 피부 접촉 센서들(104) 및 눈 안전 센서(114)로부터의 피드백에 기초하여 방사선 소스(14)의 동작을 제어할 수 있다. 다른 실시예들에서, 제어시스템(130)은 글라이드 율 센서(102) 및 피부 접촉 센서(들)(104)로부터의 피드백에 기초하여, 방사선 소스(14)의 동작을 제어할 수 있다. 다른 실시예들에서, 제어시스템(130)은 드웰 센서(116) 및 피부 접촉 센서(들)(104)로부터의 피드백에 기초하여, 방사선 소스(14)의 동작을 제어할 수 있다. 다른 실시예들에서, 제어시스템(130)은 변위 센서(100) 또는 드웰 센서(116)와 글라이드 율 센서(102)의 양 센서들, 그리고 하나 이상의 다른 센서들(104-116)로부터의 피드백에 기초하여, 방사선 소스(14)의 동작을 제어할 수 있다.
도 3은 특정 실시예들에 따른 예시적 장치(10)의 기능 블록 선도를 도시한다. 장치(10)는 방사선 엔진(12), 광학물품(16)(여기서 설명된 바와 같이, 특정 실시예들에서 생략), 제어시스템들(18), 디스플레이들(32), 전력 소스(이 예에서, 배터리)(22), 다양한 센서들(26) 및 냉각 팬(34)(여기서 설명된 바와 같이 특정 완전 고체 상태 실시예들에서 생략)을 포함하는, 하우징(24)에 수용된 다양한 부품들을 포함할 수 있다.
방사선 엔진(12)은 하나 이상의 방사선 소스(14)(예, 하나 이상의 레이저), 히트 싱크(36) 또는 다른 냉각 시스템(36), 일부 실시예들에서 광학물품(예, 레이저 패키지에 결합되고 에지 방출 레이저 다이오드의 하류에 직접 위치된 고속-축 원통형 렌즈)을 포함할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 광학물품(16)(여기서 설명된 바와 같이, 이것은 직접 노출 실시예들에서 제외된다)은 방사선 엔진(12)으로부터 치료 구역(40)까지 에너지 빔(60)을 전달(예, 배향 및/또는 전송)하고 및/또는 치료점 크기, 세기, 치료점 위치, 각 분포, 간섭성 등을 조정하는 것과 같이 빔(60)을 치료하기 위한, 임의의 수 및 형태들의 광학요소, 예들 들면 렌즈, 거울, 및 기타 요소들을 포함할 수 있다.
도시된 실시예에서, 장치(10)는 변위센서(100), 피부 접촉 센서(들)(104), 및/또는 눈 안전 센서(114)(및/또는 여기서 설명한 다른 센서들)을 포함할 수 있다. 변위 센서(100)는, 예를 들면, 장치(10)가 동작의 글라이딩 모드 또는 스탬핑 모드로 피부를 가로질러 이동될 때, 피부에 대한 장치(10)의 가로 변위를 모니터링할 수 있다. 피부 접촉 센서들(104)은 장치(10), 특히 적용 단부(또는 "치료 팁")(42)가 사용자에게 치료를 제공하기 위하여, 피부와 접촉하거나 또는 피부에 충분히 가까운지를 결정할 수 있다. 눈 안전 센서(114)는, 눈의 의도하지 않은 노출을 방지하기 위하여, 장치(10)가 눈이 검출되었을 때 제어될 수 있도록(예, 방사선 소스(14)가 턴오프되도록), 장치(10)의 적용 단부(42), 예를 들면, 치료 윈도우(44) 또는 출력 구경이 피부 또는 눈 위에 위치되었는지를 결정할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 제어시스템(18)은 장치(10)의 다양한 부품들 및 양상들을 제어하기 위한 임의의 적절한 하위시스템들을 포함할 수 있다. 이 예에서, 제어시스템(18)은 방사선 소스 제어시스템(130), 변위-계 제어시스템(132), 사용자 인터페이스 제어시스템(134), 온도 제어시스템(136) 및 배터리/충전기 제어시스템(138)을 포함한다. 각 제어 하위시스템(130-138)은 제어 전자장치(30), 센서들(26)(예, 센서들(100, 104 및/또는 114), 및 사용자 인터페이스들(28)을 이용하거나 그것들과 상호작용할 수 있다.
방사선 소스 제어시스템(130)은 방사선 소스(14)의 다양한 양상들을 모니터링 및 제어할 수 있다. 예를 들면, 시스템(130)은 방사선 소스(14)를 온/오프할 수 있고, 발생 광선 또는 다른 방사선의 세기를 모니터링 및 제어(예를 들면, 방사선 소스(14)에 이르는 전류를 제어함으로써)할 수 있다. 또 하나의 예로서, 방사선 소스(14)가 펄스화되어 있는 실시예들 및 구성들에서, 시스템(130)은 펄스 주파수, 펄스 온 타임, 펄스 오프 타임, 펄스파 프로파일, 듀티 사이클, 또는 임의의 다른 펄스 전달의 매개변수들을 모니터링 및/또는 제어할 수 있다. 또 하나의 예로서, 시스템(130)은 레이저 방사선 소스(14)의 온도를 모니터링할 수 있으며, 이 온도 데이터는, 예를 들면, 팬(34)을 제어하기 위하여 온도 제어시스템(136)에 의해 사용될 수 있다. 또한, 시스템(130)은 (예, 과열을 방지하기 위하여) 레이저 방사선 소스(14)의 모니터링된 온도에 기초하여 방사선 소스(14)를 턴오프하거나 방사선 소스(14)로의 전력을 감소시킬 수 있다. 방사선 소스 제어시스템(130)은 레이저 방사선 소스(14)의 양상들을 제어하기 위해 임의의 다른 제어 하위시스템들(예, 사용자 인터페이스 제어시스템(134), 온도 제어시스템(136), 및/또는 배터리/충전기 제어시스템(138))으로부터의 데이터 또는 신호들을 이용할 수 있다.
사용자 인터페이스 제어시스템(134)은 변위 센서(100), 피부 접촉 센서들(104), 및/또는 눈 안전센서(114)를 모니터링 및 제어하기 위한 사용자 인터페이스 센서 제어시스템(140)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 시스템(134)은 각 센서에 의해 검출된 신호들을 수신하고 제어 신호들을 각 센서에 보낼 수 있다. 사용자 인터페이스 제어시스템(134)은 사용자 인터페이스들(28) 및 디스플레이들(32)을 모니터링 및 제어하기 위한 사용자 입력/디스플레이/피드백 제어시스템(142)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 시스템(134)은 다양한 사용자 인터페이스들(28)로부터 사용자 입력 데이터를 수신하고, 디스플레이들(32)을 통하여 사용자에게 전달된 정보(예, 시각, 청각, 촉각)를 제어할 수 있다. 사용자 인터페이스 제어시스템(134)은 기타 제어 하위시스템들, 예를 들면, 방사선 소스 제어시스템(130), 온도 제어시스템(136), 및/또는 배터리/충전기 제어시스템(138)과 데이터 또는 신호들을 교환하거나, 또는 그 외에 상기 제어 하위시스템들과 협동할 수 있다.
온도 제어시스템(136)은 장치(10)의 하나 이상의 부품들, 예를 들면, 방사선 소스(14), 배터리(20) 등의 온도를 모니터링 및 제어하도록 구성될 수 있다. 그래서, 온도 제어시스템(136)은 하나 이상의 온도 센서들(108)로부터 데이터를 수신하고, 이러한 데이터에 기초하여 하나 이상의 팬들(34)을 제어할 수 있다. 팬(들)(34)을 제어하는 것 이외에, 온도 제어시스템(136)은 온도 데이터에 기초하여 방사선 소스(14), 모터(120) 등을 제어하기 위한 제어 신호들을 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 온도 제어시스템(136)은, 이러한 부품(들)의 과열을 피하여(또는 검출된 과열에 대응하여) 이러한 부품들을 예정된 성능 매개변수들 내에 유지하기 위하여 또는 임의의 다른 목적으로, 방사선 소스(14)를 턴오프 또는 그 외에 제어하기 위하여 방사선 소스 제어 시스템(130)과 신호들을 통신할 수 있다. 온도 제어시스템(136)은 방사선 소스 제어시스템(130), 사용자 인터페이스 제어시스템(134), 및/또는 배터리/충전기 제어시스템(138)과 데이터 또는 신호들을 통신하거나 또는 그 외에 상기 제어시스템들과 협동할 수 있다.
배터리/충전기 제어시스템(138)은 배터리(20)의 충전을 모니터링 및 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 다중 배터리들(20)는 장치(10)에 수용된다. 일부 실시예들에서, 배터리(20)는 예를 들면 교체를 위해 또는 소모품(예를 들면, 선택적으로 고유 하드웨어 디자인 또는 전자 암호화 또는 소유권을 만들기 위한 기타 수단들을 구비한)으로서, 장치(10)로부터 제거될 수 있다. 도 3에 보여진 바와 같이, 장치(10)는 배터리(20)를 충전하기 위한, 제어 전자장치(30)를 통한 벽 플러그-인 충전기(170) 및/또는 충전 스탠드(172)로의 연결부에 맞추어 구성될 수 있다. 시스템(138)은 배터리(20)의 전류 충전 및/또는 온도를 모니터링하고, 따라서 배터리(20)의 충전을 조절할 수 있다. 배터리/충전기 제어시스템(138)은 기타 제어 하위시스템들, 예를 들면, 사용자 인터페이스 제어시스템(134), 온도 제어시스템(136) 및/또는 배터리/충전기 제어시스템(138)과 데이터 또는 신호들을 통신하거나, 또는 그 외에 상기 제어 하위시스템들과 협동할 수 있다. 다른 실시예들에서, 예를 들면, 여기서 전력 공급은 하나 이상의 셀들(예, A, AA, AAA, C, D 크기, 각기둥 모양 또는 9V 셀들)을 포함하며, 배터리/충전기 제어시스템(138), 벽 플러그-인 충전기(170) 및 충전 스탠드(172)는 생략될 수 있다. 다른 실시예들은 메인 공급부에 연결된 전선, 전자 전력공급부, 또는 기타 전원들을 포함할 수 있다. 이러한 실시예들은 또한 실질적으로 핸드-헬드일 수 있다.
장치(10)는 여기서 적용 단부(42)로서 지칭되고, 피부(40), 특히 치료 구역(40)에 맞서 놓여지도록 구성된 전달 단부를 포함할 수 있다. 적용 단부(42)는 장치(10)에 의해 전달된 타겟 표면 및/또는 치료의 다양한 특성치들을 검출하기 위한 하나 이상의 센서들(26) 뿐만 아니라, 빔들(60)을 사용자에게 전달하기 위한 치료 전달 인터페이스를 포함하는, 다양한 사용자 인터페이스들을 포함하거나 또는 수용할 수 있다. 예를 들면, 도시된 실시예에서, 적용 단부(42)는 변위 센서(100), 피부 접촉 센서들(104), 및/또는 눈 안전 센서(114)에게 인터페이스를 제공하여, 이들 센서들이 사용자 또는 환자의 피부(40) 또는 조직과 인터페이스로 접속할 수 있게 한다. 일부 실시예들에서, 적용 단부(42)는 빔(60)을 전달하는 윈도우(44)를 제공한다.
장치(10)의 동작
위에 설명한 바와 같이, 장치(10)는 원하는 피부 치료를 제공하기 위해 치료 구역(40)에 하나 이상의 에너지 빔(60)을 전달하도록 구성된다. 장치(10)는 치료 구역(40)에 다양한 치료 패턴들을 발생시키기 위한 전달 빔(들)일 수 있다. 예를 들면, 다양한 치료 패턴들은 다음의 임의의 조합에 의해 발생될 수 있다: 수동 글라이딩 모드로 장치(10)를 동작시킴, 연속파(CW) 방사선을 제공하고, 펄스 방사선을 제공하고, 직접 노출 방사선을 제공하고, 간접 노출 방사선을 제공하고, 근접 방사선을 제공하고, 원거리 근접 방사선을 제공하는 스탬핑 모드, 임의의 다른 모드들, 또는 그들의 임의의 조합으로 장치(10)를 동작시킴.
장치(10)로부터의 각 에너지 빔(60)은 피부의 표면에서의 방사선 조사 치료점(또는 "치료점")(62), 및 여기서 마이크로 열적 존(MTZ)(64)으로 지칭되는, (특정 실시예들에서) 피부 표면 아래로 연장되는 3차원 체적의 열손상 피부를 형성할 수 있다. 각 MTZ은 피부 표면으로부터 피부 아래로 연장될 수 있고, 또는 실시예, 장치 세팅 또는 특별한 적용에 따라서, 피부 표면 아래의 어떤 깊이에서 시작하여 피부 안으로 더 아래로 연장될 수 있다. 피부에서의 방사선 조사 구역이 방사선의 전달 동안 피부를 가로질러 이동되는, 방사선 조사 구역의 "흔들림("blurring)" 또는 "되묻음(smearing)"으로 지칭되는 실시예들 또는 상황들(예를 들면, 장치(10)의 글라이딩 모드 동작 동안 장치의 이동이 초래될 때, 전달된 빔(60)은 장치 하우징(24)에 대하여 부동상태를 유지한다)에서, 치료점(62)은 그 위치에서의 피부로의 방사선 전달의 연속(즉, 비중단) 기간 동안 이동중인 방사선 조사 구역에 의해 스위프(swept)된 공동 구역으로서 한정된다. 일부 실시예들은 피부를 가로질러 장치 동작을 트래킹하고 장치 하우징(24)에 대한 전달된 빔(60)의 위치 또는 방향을 동적으로 조정함으로써, 또는 광선 소스들 또는 주사 모드들의 형태에 의해, 또는 기타 방법으로 버(burl)에 대해 보상할 수 있다.
제모와 같은 일부 적용들에서, 빔(60)은 모낭의 열손상을 초래하는 치료점들(62)을 생성할 수 있다. 예를 들어 부분 치료와 같은 다른 적용들에서, 빔(60)은 피부에 대한 열적 손상, 예를 들면 절제 또는 비절제 손상을 일으키는 치료점들(62)을 생성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치(10)는, 치료 구역(40)으로 연속파(CW) 방사선 또는 펄스 방사선을 전달하는 동안, 예를 들어 글라이딩의 방향으로 연속 장방형 치료점들(62)을 형성하기 위해, 또는 대안적으로 글라이딩의 방향으로 임의 치료점들(62)(이격, 접촉 또는 오버래핑된)의 열들 또는 어레이들을 형성하기 위해, 상기 장치가 피부를 가로질러 수동으로 드래그되거나 또는 글라이딩되는 "글라이딩 모드"로 사용되도록 구성된다.
다른 실시예들에서, 장치(10)는, 그것이 피부의 각각 다른 위치들에서 비교적 부동상태로 고정되는 "스탬핑 모드"로 사용되도록 구성된다. 피부의 각 위치에서, 장치(10)는 피부에 하나 이상의 대응 치료점들(62)을 생성하기 위해 하나 이상의 빔(60)을 전달할 수 있다. 따라서, 장치(10)는 제1 위치에 위치될 수 있으며, 하나 이상의 치료점들(62)은 장치(10)가 비교적 부동상태로 고정되는 동안 피부에 전달될 수 있으며, 장치(10)는, 예들 들어 장치(10)를 들어올려 재위치시키거나 또는 피부의 표면을 가로질러 장치(10)를 글라이딩시킴으로써 피부의 새로운 위치로 이동될 수 있으며, 하나 이상의 치료점들(62)은 원하는 대로 치료 구역(40)을 커버하도록 (방사선 소스(들)(14)의 자동 또는 수동 펄싱에 의해) 그 위치 등에 생성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치(10)는, 치료되지 않은 (즉, 방사선이 조사되지 않거나 또는 방사선이 덜 조사된) 피부의 체적들에 의해 서로 횡 방향으로 이격된 피부의 MTZs(62)의 어레이를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 장치(10)의 적용 단부(42)는 치료 시간(treatment session) 동안에 피부의 표면을 가로질러 수동으로 이동될 수 있다. 에너지 빔들(60)은 (글라이딩 모드 동작에서) 피부를 가로질러 장치(10)가 이동하는 동안에, 또는 (스탬핑 모드 작동에서) 피부를 가로지르는 장치(10)의 간헐적인 이동들 사이에 펄스화될 수 있다. 인접한 MTZs(64) 사이의 치료되지 않은 피부의 구역들에 의해 촉진된 피부의 치료 반응은 치료 구역에서의 이점(예, 피부 재 서페이싱 또는 재생, 주름 치료 또는 감소 등)을 제공할 수 있다.
직접 노출 및/또는 근접
위에서 설명한 바와 같이, 일부 실시예들의 장치(10)는 방사선 소스(들)(14)의 하류에 전달 또는 치료 빔(들)(60)을 위한 임의의 광학물품(16)을 포함하지 않는 "직접 노출 장치들"이다. 그러나, 일부 직접 노출 장치들은 장치의 방사선 소스(들) 및/또는 기타 내부 부품들을 보호하기 위해, 평면이거나 실질적으로 평면인 윈도우(44)(예, 얇은 사파이어 또는 BK-7과 같은 글라스 윈도우 또는 박막 또는 그와 동등물)을 포함할 수 있다.
비교적 급속하게 발산하는 빔 소스를 사용하는 실시예들(예, 에지 방출 레이저 다이오드, 레이저 다이오드 바, 및 특정 VCSEL들)에서, 방사선 소스(들)(14)로부터 방출된 빔(들)(60)의 급속한 발산으로 인해, 방사선 소스(들)(14)은 치료 동안 피부와 접촉되는 장치의 적용 단부(42)와 매우 가깝게(및, 그에 따라 피부 표면에 매우 가깝게) 위치될 수 있다. 예를 들면, 일부 직접 노출 장치들에서, 방사선 소스(들)(14)은, 방사선 소스(들)(14)의 방출 표면(들)이, 여기서 근접 형태로서 지칭된, 치료 동안 피부의 10mm 보다 작거나 또는 그와 동일하게 배열되도록 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 방사선 소스(들)(14)의 방출 표면(들)은, 적용 단부(42)가 피부와 접촉되어 있을 경우, 피부의 표면으로부터 5mm, 2mm, 1mm, 500μm, 200μm, 또는 심지어 100μm 보다 작거나 또는 그와 동일한 거리에 배열된다.
일부 직접 노출 실시예들의 장치(10)는 글라이딩 모드에서 CW 방사선을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 24a 및 24b에 대하여 아래에 설명된 것과 같이, 고 충전율 레이저 다이오드 바(14C)를 포함하는 직접 노출 실시예들의 장치(10)는, 수동 글라이드 방향으로 연속 장방형 치료점(62)을 생성하기 위하여, 레이저 다이오드 바의 폭에 일반적으로 상응하는 폭을 갖는 레이저 다이오드 바의 장방향에 일반적으로 수직인 방향으로 피부를 가로질러 수동으로 글라이딩되는 동안 CW 모드로 작동될 수 있다. 장치는 원하는 치료 구역(40)을 커버하기 위해, 예를 들면, 제모 치료를 제공하기 위해, 인접한 위치들에서 피부를 가로질러 여러 번 글라이딩될 수 있다.
다른 직접 노출 실시예들의 장치(10)는 글라이딩 모드로 펄스 방사선을 제공하도록, 예를 들면, 부분 치료를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 아래에 설명된 바와 같이, 하나 이상의 에지 방출 레이저 다이오드, 레이저 다이오드 바, 또는 VCSEL들을 포함하는, 직접 노출 실시예들의 장치(10)는, 피부를 가로지르는 장치(10)의 각각의 글라이드를 위한 치료점들의 일반적으로 1차원 또는 2차원 어레이를 생성하기 위해, 상기 장치가 피부를 가로지르며 수동으로 글라이딩되는 동안 펄스화 수단으로 작동될 수 있다. 장치는 원하는 치료 구역(40)을 커버하기 위해, 예를 들면 부분 치료를 제공하기 위해, 인접한 위치들에서 및 동일한 구역에 걸쳐 피부를 가로지르며 여러 번 글라이딩될 수 있다.
장치(10)의 예시적 실시예
도 4-7은 부분 치료를 제공하기 위한 직접 노출 장치로서 구성된 장치(10)의 예시적 실시예를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 예시적 장치(10)는 장치 하우징(24) 내에 모두 수용되는, 하나 이상의 펄스 레이저 빔(60)을 방출하기 위해 구성된 하나 이상의 레이저를 포함하는 레이저 엔진(12)((예, 하나 이상의 에지 방출 레이저 다이오드, 레이저 다이오드 바, 또는 VCSEL들), 및 하나 이상의 배터리(20)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 레이저 엔진(12)은 단일 펄스 빔(60)을 방출하도록 구성된 단일 빔 소스, 예를 들면 단일 빔(60)을 방출하도록 구성된 에지 방출 레이저 다이오드 또는 VCSEL을 포함한다. 다른 실시예들에서, 레이저 엔진(12)은 다중 이산 펄스 빔(60)을 방출하도록 구성된 다중 빔 소스들, 예를 들면, 다중 에지 방출 레이저 다이오드, 레이저 다이오드 바, 다중 레이저 다이오드 바, 다중 VCSEL들, 또는 예를 들어 다중 이산 빔(60)을 방출하도록 구성된 VCSEL(예, 도 30-34를 참조하여 아래에 설명된 바와 같은)을 포함한다.
배터리(들)(20)은 임의의 수 및 형태의 배터리들, 예를 들면, A 사이즈 또는 그보다 작은 사이즈의 배터리들, 또는 재충전되거나 재충전 불가능한 셀들(예, 리튬 이온, 리튬 철 인산염, NiMH, NiCAD, 또는 기타 셀들), 또는 임의의 다른 형태의 배터리를 포함할 수 있다.
장치(10)는, 상기 장치(10)가 치료 시간 동안 피부를 가로질러 이동될 때 사용자의 피부와 접촉하도록 구성된 적용 단부(42)를 가진다. 이 실시예에서, 적용 단부(42)는 장치 하우징(24)로부터 돌출되는 레이저 엔진(12)의 선단부로 한정된다. 적용 단부(42)는 레이저 엔진(12)에 의해 발생된 하나 이상의 레이저 빔(들)(60)을 피부(40)로 전달하는 레이저 치료 구경(220)을 포함할 수 있다.
또한, 장치(10)는 하나 이상의 센서들(26), 예를 들면, 여기에 개시된 임의의 하나 이상의 다양한 형태의 센서들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 장치(10)는 하나 이상의 피부 접촉 센서들(104), 변위 센서(100), 동작/속도 센서(102), 드웰 센서(116), 및 눈 보호 센서(114)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 센서들(26)은 장치(10)에서의 임의의 적합한 위치(들), 예를 들면, 부근의 적용 단부(42)에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 장치(10)는 피부 접촉 센서(104) 및 피부의 원치않는 노출 및/또는 과다노출을 방지하도록 구성(예를 들면, 치료점(62)의 적층 또는 중첩을 방지함으로써)된 변위 센서(100)를 포함한다. 피부 접촉 센서(104) 및 변위 센서(100)는 단일 결합 접촉 변위 센서로 제공되거나, 또는 독립 센서로서 제공될 수 있다. 이러한 센서(들)은 광학적 또는 정전용량형이거나 임의의 다른 적절한 수단을 사용할 수 있다. 피부와의 접촉은 센서에 의해 발생된 광반사 또는 정전용량형 신호의 진폭을 분석함으로써 검출될 수 있다. 또한, 피부에서의 장치(10)의 체류(dwelling)는 피부를 가로질러 이동되는 장치(10)의 적용 단부(42)와 결합된 광반사 또는 정전용량형 신호에서 신호를 분석함으로써 검출될 수 있다. 피부 표면이 완전히 매끄럽지 않고 장치의 수동적 이동이 완전한 정상 동작을 달성할 수 없기 때문에, 장치(10)와 피부 사이의 정지 마찰(stiction, static friction) 및/또는 기타 물리적 원리들은 센서와 피부 표면 사이에 미세 변위(비 측방향의)를 일으킨다. 예를 들면, 용량형 센서의 신호는 센서와 테스트면 사이의 상대 거리와 반비례한다. 피부를 가로지르는 중립 스틱 및 슬립 이동으로 인한 임의의 미세 변위는, 통상적인 정상상태의 꼭대기에서 변환 신호를 일으킬 것이다. 이 신호는 장치(10)가 피부를 가로질러 이동하는지, 아니면 동일한 위치에 체류하고 있는지를 결정하기 위해 분석될 수 있다. 이러한 분석은, 예를 들면, 신호를 하나 이상의 한계값과 비교하는 임의의 적절한 알고리즘을 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서, 장치(10)는 수동 파워 버튼(200)을 포함한다. 장치(10)는, 전원 버튼(200)이 사용자에 의해 눌러진 상태로 유지되고, 장치(10)가 피부와 적절하게 접촉되어 이동한 것을 센서(들)(26)이 검출하는 동안, 펄스 수단으로 피부에의 빔의 전달이 특정 속도 범위로 이동되고, 및/또는 체류되지 않도록 할 수 있다. 다른 실시예들에서, 전원 버튼은 단순한 온/오프 스위치일 수 있으며, 광 펄싱은 오직, 예를 들면 하나 이상의 센서들 및 비 수동 전원 버튼에 의해서만 제어된다.
구체적인 사용자 인터페이스 계획, 및 장치 하우징(24)의 형상 및 크기는 원하는 대로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 장치 하우징(24)의 형상 및 크기는 파지하기 쉬우며, 단순하고 편리하게 위치된 전원 버튼(200) 및/또는 기타 사용자 인터페이스들(28)을 포함한다. 또한, 장치(10)의 형상은 경제적일 수 있으며, 및/또는 치료 구역(40)의 양호한 가시성을 제공하도록 구성될 수 있다. 예시적 형상들은 연필 형태, 펜 형태, 립스틱 형태, 유기적 형상의 자갈 형태, 담배 라이터 형태, 및 다수의 기타 형상들이다.
도 5a, 5b 및 도 6은 특정 실시예들에 따른, 도 4의 예시적 직접 노출 부분 치료장치에 사용하기 위한 예시적 레이저 엔진 조립체(12)의 상세도를 도시한다. 특히, 도 5a 및 5b는 예시적 레이저 엔진(12)의 조립도를 도시하는 한편, 도 6은 장치(10)의 다양한 부품들의 분해조립도를 도시한다.
일부 실시예들에서, 레이저 엔진(12)은, 예를 들면 전기 절연 및/또는 열전도를 제공하기 위해, 임의의 적합한 수단을 통해 (예, 납땜, 클램핑, 또는 접착을 통해) 열저장소 히트싱크(36)에 직접 장착되거나, 또는 하나 이상의 부반송파(예, 세라믹, 도금 세라믹, 구리 블록 등)에 장착된 에지 방출 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 에지 방출 레이저 다이오드(14)에의 전기적 연결은 에지 방출 레이저 다이오드(14)와 부반송파(들) 사이의 와이어 본딩, 납땜, 클램핑, 또는 기타 적절한 수단들에 의해, 히트싱크(36)에, 또는 장치(10) 내 기타 전기 연결점(들)(예, 인쇄회로기판)에 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 레이저 엔진 조립체(12)는 히트싱크(36)에 순서대로 장착되는, 열 분산기 상에 장착된 에지 방출 레이저 다이오드 칩을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 히트싱크(36)는 또한 레이저 엔진(12)의 기타 부품들을 지지하기 위한 내부 샤시일 수 있다. 일부 실시예들에서, 에지 방출 레이저 다이오드(14)의 광선 출력(동력 및 파장)은 온도에 민감할 수 있으며, 미리 결정된 최대 온도값(예, 약 25℃)으로 고정되어야 한다. 따라서, 히트싱크(36)는 최대 온도가 초과되는 경우 자동적으로 레이저를 이용할 수 없도록 하기 위해 온도 피드백 시스템을 포함할 수 있다.
에지 방출 레이저 다이오드는 (도 4에 도시된 전원 버튼(200)에 의해 작동되는) 순간 스위치(210) 및 상기 에지 방출 레이저 다이오드(14)의 펄싱을 제어하는 펄싱 전자장치(212)를 거쳐 하나 이상의 배터리(20)에 의해 전원을 공급받을 수 있다. 도 6에 도시된 부품들은, 임의의 적절한 고정장치에 의해 함께 고정된 하우징 부분들을 포함할 수 있는 레이저 엔진 하우징 내에 수용될 수 있다. 상기에 설명된 바와 같이, 기타 광선 소스들, 예를 들면 레이저 다이오드 바 또는 VCSEL(또는 다중 에지 방출 레이저 다이오드, 레이저 다이오드 바 또는 VCSEL들)은 단일 에지 방출 레이저 다이오드 대신 사용될 수 있다. 또한, 기타 전력 공급 소스들(20)은, 예를 들면, 재충전가능한 배터리(예, 리튬 이온 배터리), 주 전기, 또는 수퍼 커패시터(super-capacitor)와 같이 사용될 수 있다.
도 5a 및 5b는 또한 레이저 엔진 조립체(12)의 적용 단부(42)의 예시적 형태를 도시하며, 이것은 레이저 빔(60)을 에지 방출 레이저 다이오드(14)로부터 피부로 전달하는 구경(220)을 커버하는 윈도우(44)를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 윈도우(44)는 레이저 엔진(12)의 내부 부품들을 보호하기 위해 구경(220)에 걸쳐 위치되는 투명층 또는 판유리(예, 사파이어, 유리, 또는 플라스틱)를 포함한다. 다른 실시예들에서, 구경(220)은 개방될 수 있으며, 또는 레이저 엔진(12)은 윈도우(44)보다는 오히려 적합한 에폭시 또는 스핀 온 글라스(spun-on-glass)와 같은 투명한(에지 방출 레이저 다이오드(14)에 대해) 밀봉재에 의해 보호될 수 있다. 구경(220)은 임의의 적절한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 레이저 엔진 조립체(12)는 장치(10)의 적용 단부(42)로서 작용할 수 있으며, 이에 따라 피부와 직접 접촉된다. 적용 단부(42)는 또한 피부 접촉 센서를 위한 용량성 안테나를 제공하는 것과 같은, 하나 이상의 센서(26)의 부분을 형성할 수 있다. 윈도우(44)는 적용 단부(42)의 외부 표면(218)을 지나서 돌출할 수 있고, 적용 단부(42)의 외부 표면(218)과 같은 높이로 배열될 수 있으며, 적용 단부(42)의 외부 표면(218)으로부터 오목할 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 4-7에 도시된 장치(10)는 여기서 이러한 조건들이 규정될 때, 직접 노출, 근접 장치로서 구성된다. 위에서 설명한 바와 같이, 비 선택 전원 투명층 또는 판유리, 또는 밀봉재는 에지 방출 레이저 다이오드(14)와 타겟 표면 사이에 위치될 수 있으며, 또는 에지 방출 레이저 다이오드(14)와 타겟 표면 사이에는 에어 갭(air gap)을 제외하고는 아무것도 없을 수 있다.
일부 실시예들에서, 에지 방출 레이저 다이오드(14)의 방출 표면은 타겟 피부 표면의 5mm 내에 위치되도록 구성된다. 특정 실시예들에서, 에지 방출 레이저 다이오드(14)의 방출 표면(82)은 타겟 표면에 원하는 빔 스폿 크기 및 세기를 제공하기 위해, 타겟 피부 표면의 2mm 이내에 위치되도록 구성된다. 일부 실시예들에서 에지 방출 레이저 다이오드(14)의 방출 표면(82)은 타겟 표면에 원하는 빔 스폿 크기 및 세기를 제공하기 위해, 타겟 피부 표면의 1mm 이내에 위치되도록 구성된다. 특정 실시예들에서, 에지 방출 레이저 다이오드(14)의 방출 표면(82)은 사용하는 동안 타겟 피부 표면의 500㎛, 200㎛, 또는 심지어 100㎛ 이내에 위치되도록 구성된다. 광학물품의 부족뿐만 아니라 에지 방출 레이저 다이오드(14)와 타겟 피부 표면 사이의 매우 작은 거리로 인해, 에지 방출 레이저 다이오드(14)는 고 정밀도로 조정될 필요가 없다.
일부 실시예들에서, 장치(10)의 다양한 양상들(예, 에지 방출 레이저 다이오드(14)의 형태, 에지 방출 레이저 다이오드(14)와 피부 표면 사이의 거리, 등)은 최대 크기가 2,000㎛ 보다 작은 직경을 갖는 피부에서의 치료점(62)을 생성하도록 구성된다. 특정 실시예들에서, 타겟 표면에서의 빔 스폿 크기는 특정 치료, 예를 들면, 일광성흑점(검버섯), 주름 및/또는 잔주름의 치료에 적합할 수 있는, 최대 크기 700㎛ 미만의 직경을 갖는다. 구체적인 실시예들에서, 타겟 피부 표면에서의 빔 스폿 크기는 특정 치료, 예를 들면, 주름 및/또는 잔주름의 치료에 적합할 수 있는, 최대 크기 약 75㎛와 약 350㎛ 사이의 직경을 갖는다. 위에서 열거된 직경들은 특정 빔 펄스 동안 피부를 가로지르는 장치(10)의 이동에 의해 발생된 치료점(62)의 임의의 "흔들림(blurring)" 또는 "되묻음(smearing)"에 대해서는 문제삼지 않는다. 따라서, 특정 치료점들(62)의 실제 직경(피부를 가로지르는 장치의 이동 방향에서의)은, 치료점들(62)의 이러한 되묻음(smearing) 또는 흔들림(blurring)으로 인해, 여기서 열거된 공칭 직경보다 더 클 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치(10)는 1.0 ㎟ 보다 작은 구역을 갖는 치료점(62)을 생성하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 장치(10)는, 특정 치료들, 예를 들면, 일광성흑점(검버섯), 주름 및/또는 잔주름의 치료에 적합할 수 있는, 0.4 ㎟ 보다 작은 구역을 갖는 치료점(62)을 생성하도록 구성된다. 구체적인 실시예들에서, 장치(10)는, 특정 치료들, 예를 들면, 주름 및/또는 잔주름 또는 색소의 치료에 적합할 수 있는, 0.1 ㎟ 보다 작은 구역을 갖는 치료점(62)을 생성하도록 구성된다. 마지막으로, 일부 실시예들에서, 장치(10)는 특정 부분 치료들에 또한 적합할 수 있는, 0.05 ㎟ 보다 작은 구역을 갖는 치료점(62)을 생성하도록 구성된다. 위에서 열거된 치료 크기 영역들은 특정 빔 펄스 동안 피부를 가로지르는 장치(10)의 이동에 의해 발생된 치료점(62)의 임의의 "흔들림(blurring)" 또는 "되묻음(smearing)"에 대해서는 문제삼지 않는다. 따라서, 개별 치료점들(62)의 실제 영역은, 치료점들(62)의 이러한 흔들림(blurring) 또는 되묻음(smearing)으로 인해, 위에 열거된 영역들보다 더 클 수 있다.
하나의 예시적 실시예에서, 장치(10)는 에지 방출 레이저 다이오드(14)의 방출 표면이 타겟 피부 표면으로부터 1mm 이내에 있도록 구성되고, 에지 방출 레이저 다이오드(14)는 약 100㎛(저속 축 방향으로)×5㎛(고속 축 방향으로)의 공칭 레이저 이미터 영역을 가진다. 이 구성은 약 150㎛와 약 350㎛ 사이의 동일한 공칭 직경을 갖는 치료점들(62)을 형성할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른, 도 4-6에 도시된 예시적 실시예의 에지 방출 레이저 다이오드(14)의 펄싱을 조정하기 위한 레이저 펄싱 전자장치(212)의 예시적 전기 배선도의 부분들을 도시한다. 이 실시예에서, 레이저 펄싱 전자장치(212)는, 적절한 센서(들)(26)로부터의 신호들이 유효하고 수동 전원 버튼(200)이 동작되는 한, 정율(fixed rate)로 에지 방출 레이저 다이오드(14)를 통해 전류 펄스들을 발생시킨다. 펄스 에너지는 펄스 지속시간을 거쳐 제어될 수 있다. 단일 셀 AA 사이즈 리튬 배터리는, 특별한 적용들 또는 치료들, 예를 들면, 특정 기능적 치료들에 대해 원하는 조직 반응을 발생시키기에 충분한, 약 3 와트의 레이저 출력 전력을 제공하기 위해, 에지 방출 레이저 다이오드를 통해 약 7 암페어의 구동 전류를 제공하도록 사용될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 펄스율은 피부를 가로지르는 장치의 전형적인 또는 예상되는 수동 글라이드 속도에 기초하여 설정 또는 선택될 수 있다. 특히, 펄스율은 전형적인 또는 예상된 글라이드 속도의 범위(예, 2cm/s와 6cm/s 사이)에 대해, 인접한 치료점들(62)이 치료되지 않은 피부, 즉 부분 치료가 제공되는 영역들에 의해 물리적으로 서로 분리되도록 설정 또는 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 펄스율은 전형적인 또는 예상된 수동 글라이드 속도의 범위(예, 2cm/s와 6cms 사이)에 대해, 인접한 치료점들(62)이 미리 결정된 최소 비제로 거리, 예를 들면 500㎛로부터 물리적으로 서로 분리되도록 설정 또는 선택될 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치(10)는 1과 50Hz 사이에서 펄스 반복 주파수("PRF")를 제공할 수 있다. 예를 들면, 장치(10)는 5와 25Hz 사이의 PRF를 제공할 수 있다. 특정 실시예들에서, 장치(10)는 약 15Hz의 PRF를 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치(10)는, 예를 들면, 하나 이상의 센서들(26)(예, 변위 센서(100), 속도 운동 센서(102) 및 드웰 센서(116))로부터의 피드백에 기초하여, 치료점 중첩의 발생빈도 또는 가능성을 방지, 제한, 또는 감소시키도록 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 펄스율은 장치에 의해 자동적으로 및/또는 사용자에 의해 수동적으로, 예를 들면, 여러가지 다른 수동의 이동 속도들 및/또는 사용자의 여러가지 다른 쾌감 레벨들 또는 통증내성 레벨들을 수용하도록, 조절될 수 있다.
도 8a는 단일 펄스 빔(60)을 방출하도록 구성된 단일 빔 소스, 예를 들면, 단일 에지 방출 레이저 다이오드 또는 단일 빔(60)을 방출하도록 구성된 단일 VCSEL을 포함하는 일 실시예의 장치(10)에 의해 피부(40)의 치료 구역에 발생되는 치료점들(62)의 수동으로 주사된 패턴의 일 실시예를 도시한다. 장치(10)는 이격된 치료점들(62)의 패턴을 생성하기 위해 단일 빔 소스가 펄스화되는 동안 피부를 가로질러 글라이딩된다. 장치의 특정 방향으로의 각 글라이드는 치료점들(62)의 일반적으로 직선인 어레이를 생성한다. 피부를 가로지르는 장치의 제1 슬라이드, 또는 "수동 주사"에 의해 발생된 제1 어레이는 '92'로 표기된다. 장치(10)의 5개의 수동 주사들(92)에 대응하는 치료점들(62)의 5개의 직선 어레이들은 도 8a에 도시된다. 장치(10)는 특정 치료 구역(40)을 효과적으로 커버하기 위해 임의의 회수 및 임의의 방향(들)로 피부를 가로질러 수동으로 주사될 수 있다. 따라서, 치료점 패턴은 특정 기계적으로 주사된 시스템들과 달리, 더욱 균일한 격자(more regular grid) 보다 눈에 덜 화장용으로 검출될 수 있도록 랜덤 또는 의사-랜덤일 수 있으며, 이는 이점을 가질 수 있다.
도 8b는 예를 들어 다중 이산 펄스 빔(60)을 방출하도록 구성된 다중 빔 소스들, 예를 들면, 다중 에지 방출 레이저 다이오드, 레이저 다이오드 바, 다중 레이저 다이오드 바, 다중 VCSEL들, 또는 다중 이산 빔(60)(예, 도 30-34를 참조하여 아래에 설명된 바와 같이)을 방출하도록 구성된 VCSEL을 포함하는 장치(10)의 일 실시예를 도시한다. 장치(10)는, 장치(10)의 다중 빔 소스들이 펄스화되는(특정 형태의 빔 소스들 및 장치(10)의 구성에 따라서 임의적으로 또는 그와 반대로 개별 빔 소스들 간에 동시에, 연속적으로) 동안, 간격을 두고 이격된 치료점들(62)의 패턴을 생성하기 위해 피부를 가로질러 글라이딩된다. 다중 빔 소스들의 각 펄스는 도 8b에 '94'로 표기되는, 다중 치료점들(62)의 대응 어레이를 발생시킨다(이 예에서, 6개의 점들은, 예를 들면, 6개의 이격된 이미터들을 갖는 레이저 다이오드 바에 의해 발생될 수 있다). 따라서, 장치의 특정 방향으로의 각 수동 글라이드는 치료점들(62)의 일반적으로 2차원 어레이를 생성한다. 장치(10)의 피부를 가로지르는 2개의 수동 글라이드들, 또는 "수동 주사들"은 '92A' 및 '92B'로 표기된다. 장치(10)는 특정 치료 구역(40)을 효과적으로 커버하기 위해 임의의 회수 및 임의의 방향(들)으로 피부를 가로질러 수동으로 주사될 수 있다. 이 예에서, 치료점들은 글라이드 방향으로 장방형이며, 이것은 보정이 포함되지 않을 경우 "되묻음(smearing)"으로부터, 또는 비대칭 에너지 프로파일을 갖는 빔 특성들 자체로부터 발생할 수 있다.
도 8c-8j는 예시적 수동 글라이드, 또는 "수동 주사", 장치(10)을 사용하여 특정 치료 구역(40)을 커버하기 위한 패턴들을 도시한다. 도 8c-8g는 장치(10)가 수동으로 동일한 일반 방향으로(예, 평행 또는 준-편행 방향들을 따라 앞뒤로) 주사되는 예시적 패턴들을 도시한다. 일부 치료들 또는 적용들에서, 장치(10)는 둘 이상의 방향으로, 예를 들면 도 8h에 도시된 바와 같이, 많은 선으로 된 십자형 무늬를 형성하도록 주사될 수 있다. 이것은 보다 균일한 커버리지 패턴(coverage pattern)을 생성할 수 있다. 다른 예시적 수동 주사 패턴들은 도 8i에 도시된 바와 같은 일반적으로 나선형 패턴, 또는 도 8j에 도시된 것과 같은 랜덤 패턴을 포함한다. 특정 치료 패턴들은, 임의의 적절한 이익을 위한, 외과적 눈썹 치켜올림과 유사한 피부 조임 효과를 얻기 위해 눈썹으로부터 외측으로 방사하는 일련의 1차원적 치료 라인들과 같이 바람직하게 되거나 또는 구체화 또는 구성될 수 있다. 구역들은, 예를 들면 치료점 밀도를 증가시키거나, 랜덤성을 높이거나, 또는 다른 이유를 위해 다중 패스들로 또한 처리될 수 있다. 임의의 다른 적절한 수동 주사 패턴들은 적절하게 사용될 수 있다.
도 9는 피부(64)에서의 MTZs의 어레이로 구성되는 비절제 부분 치료의 과정을 도시하기 위한 피부의 체적의 3차원 단면을 보여준다. 각 MTZ(64)는 일반적으로 기둥 또는 길쭉한 통의 형상을 이루며 피부 표면에 실질적으로 직교하는 방향으로 피부 표면 또는 표면아래로부터 아래쪽으로 연장되는, 변질된(또는 그외에 광화학 또는 광생물학적 등으로 영향을 받은) 표피 및 진피의 작은 체적이다. MTZ(64)의 손상된 피부는 치료되지 않은(이 예에서 변질되지 않는) 피부에 의해 둘러싸인다. 건강한 피부 세포들의 근접 때문에, MTZ(64)의 손상된 피부는 상당히 빠르게 치유되고(CO2 레이저 재 서페이싱과 같은 종래의 비-부분치료에 비하여), 또한 치유 과정의 일부로서 주름, 흉터 및/또는 고르지 못한 색소를 감소시킨다. 치유 과정 동안에, MENDS(미세한 표피 괴저성 잔류물)이 형성될 수 있다. MTZs는 전형적으로 피부 표면의 (예, 1% 내지 약 70% 미만) 부분만을 덮고 있기 때문에, CO2 레이저 재 서페이싱과 같은 종래의 비-부분 치료들에 비하여 부작용이 실질적으로 감소될 수 있다. 이 개시의 일부 홈-사용 실시예들에서, 범위 분율은 치료당 피부의 0.25% 내지 5%에 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 장치(10)는 MTZs(64)의 크기 및 형상(예, 높이 및 폭 및 깊이)이 유두 진피에서 많은 줄기세포 및 멜라닌 세포를 필요치 않도록 구성된다.
치료점 중첩의 방지
위에서 설명한 바와 같이, 일부 실시예들에서, 장치(10)는, 예를 들면 하나 이상의 센서들(26)(예, 변위 센서(100), 속도/운동 센서(102), 및/또는 드웰 센서(116))로부터의 피드백에 기초하여, 치료점 중첩의 발생빈도 또는 가능성을 방지, 제한, 감소시키도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 펄스율은각각 다른 수동 이동 속도들 및/또는 사용자의 각각 다른 쾌감 레벨들 또는 통증 허용 레벨들을 수용하도록, 장치(10)에 의해 자동적으로 조정되고 및/또는 사용자에 의해 수동으로 조정될 수 있다.
일부 실시예들은 다른 장치들 또는 기술들을 각각 또는 결합하여, 예를 들면 펄스 스태킹, 동일 구역에서의 발화, 과잉 치료점(62) 밀도, 또는 다른 바람직하지 않은 치료조건들을 방지하기 위하여 과잉 치료 보호를 제공하는 다른 장치 또는 기술들을 포함한다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 장치(10)는 장치(10)의 부동조건이 검출되었을 때 동작하는 것(예, 빔들을 발생하거나 전달하는 것)을 멈춘다. 부동 조건은 하나 이상의 센서들, 예를 들면 임의의 하나 이상의 운동 센서들, 속력 센서들, 드웰 센서들, 진동 및 틸트(tilt) 센서들, 가속도계 및/또는 변위 센서들을 사용하여 결정될 수 있다. 이러한 센서들은 커패시턴스, 광학반사, 되돌림성, 산란 편차, 음향 반사 편차, 음향 임피던스, 갈바닉 전위, 전위차, 유전율 편차, 또는 임의의 기타 매개변수에 기초하여 신호들을 발생시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치(10)는 부동조건을 검출하기 위하여 국부 고온측정법(단독으로 또는 위에서 언급한 다른 기술들과 결합하여)을 사용한다. 치료 빔 구역은 피부의 국부 열 이미징에 의해 광학적으로 측정될 수 있으며, 부동조건은 피부의 국부 가열이 임계 온도 또는 기타 매개변수 값을 초과할 경우에 검출될 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치(10)는 부동조건이 검출될 때 "인카리지먼트 펄스(encouragement pulse)"를 전달한다. 예를 들면, 비 손상이지만 정상보다 더 높은 단일 에너지 펄스(예, 불쾌감을 일으키지만 손상을 입히지 않는) 또는 짧은 펄스 열은 만일 부동조건이 검출된다면 방출되어 사용자에게 장치(10)를 이동시키도록 할 수 있다.
부동조건은 또한 예를 들면 벌크 가열 측정에 의해 측정될 수 있다. 치료 전달 장치의 팁 또는 감지 피부온도 또는 피부온도의 부위가 임계치를 넘어서 가열되기 시작한다면, 운동의 손실이 검출되거나 또는 구역에서의 과잉치료가 검출된다.
또 하나의 예로서, 장치(10)는 한 장소에 멈추는 것은 불쾌하게 되기 때문에, 이동을 권하기 위하여 뜨거움 또는 차가움을 피부에 전달할 수 있다. 또 하나의 예로서, 기계식 롤러가 비-이동 조건을 검출하는데 사용될 수 있다. 대안적으로 모터식 롤러는 피부를 가로질러 장치(10)의 이동을 구동할 수 있고, 그래서 물리적으로 비-이동조건을 피할 수 있다.
일부 실시예들에서, 예를 들면 치료 존재의 인식뿐만 아니라 치료 효능을 위하여 출력을 설계함으로써 빔 특성치에 기초한 생리적인 피드백이 이용될 수 있다. 예를 들면, 과잉치료가 증가함에 따라서 증가하는 통증 피드백에 의해 과잉 치료가 멈추어지도록 불쾌감이 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 광표백이 토착(indigenous) 물질 또는 외생적 물질을 가지고 사용될 수 있다. 예를 들면, 피부는 치료빔에 의해, 또는 치료 구역 및 잠재적으로 그의 주변 구역들을 표백하는데 사용되는 분리 표백빔에 의해 광표백되는 염료를 가지고 치료될 수 있다. 이 예에서, 장치(10)는 미표백 염료의 존재를 검출하도록 구성될 수 있으며, 미표백 염료를 갖는 구역들에서만 치료를 허용하여, 동일한 구역들에서 반복치료를 방지할 수 있다(그것이 광표백될 것이기 때문이다).
위에서 설명된 임의의 과잉 치료 보호 시스템들 또는 기술들(그것들이 펄스 매개변수들과 직접적으로 관련있음을 예상)은 임의의 CW 방사선 실시예에서 마찬가지로, 예를 들면, 제모 장치용으로 통합될 수 있다.
펄스율 주파수( PRF )
펄스 방사선 소스(14)를 포함하는(예, 하나 이상의 펄스 빔 소스들을 구비한) 실시예들에서, 펄스율 주파수(PRF)는, (a) 수동 글라이드 속도, (b) 연속 펄스들에 의해 발생된, 여기서 "연속점 간극"으로 지칭되는 치료점들 사이의 간극, 및 (c) 개별 치료점들의 "되묻음(smearing)" 또는 "흔들림(blurring)"의 총합을 포함하는, 장치(10)의 하나 이상의 구성 또는 작동 매개변수들과 기능적으로 밀접한 관련이 있을 수 있다. 치료점의 "되묻음(smearing)" 또는 "흔들림(blurring)"의 총합은 얼룩진 치료점(62)(장치(10)의 이동에 의해 흔들림이 발생된)의 구역의 비로서 한정된, "흔들림 지수(blur factor)" 에 의해 수량화될 수 있다. 따라서, 설명하기 위해, 1.0의 흔들림 지수는 흔들림이 없음을 나타내고, 2.0의 흔들림 지수는 치료점 크기 구역의 2배인 것을 나타내며, 그리고 3.0 흔들림 지수는 치료점 크기 구역의 3배인 것을 나타낸다.
또한, 적어도 일부 실시예들에서, 연속 점 간극 및 장치(10)의 임의의 특정 동작을 위한 흔들림 지수는 (a) 수동 글라이드 속도, (b) 순간 점 크기(즉, 임의의 특정 순간에서의 점 크기, 그에 따라 무시되는 임의의 흔들림 효과들), 및 (c) 펄스 시퀀스의 타이밍을 규정하는 임의 설정의 변수들(여기서 "펄스 타이밍 매개변수들", 예를 들면 펄스 지속시간(즉, 펄스 온-타임)으로부터 선택된 것, 펄스들(즉, 펄스 오프-타임) 사이의 지연, 펄스율 주파수(PRF), 듀티 사이클 등으로 지칭되는)의 기능으로서 정의된다.
일부 실시예들에서, 펄스율 주파수(PRF) 및/또는 하나 이상의 다른 펄스 타이밍 매개변수들은 (a) 미리 정의 또는 선택된 최소 연속점 간극, 및/또는 (b) 미리 정의 또는 선택된 점 흔들림 최대량(예, 미리 정의 또는 선택된 최대 흔들림 지수), 및/또는 (c) 임의의 기타 타켓 매개변수(들)을 제공하도록 제어된다. PRF 및/또는 펄스 타이밍 매개변수(들)의 "제어"는 다음을 포함할 수 있다:
(a) PRF 및/또는 적어도 하나의 기타 펄스 타이밍 매개변수를 선택 또는 설정하는 장치(10)로서, 예를 들면
(i) 사용자 선택 작동 모드, 치료 레벨, 또는 기타 사용자 입력에 기초하여 PRF 및/또는 적어도 하나의 기타 펄스 타이밍 매개변수를 자동적으로 선택하고, 또는
(ii) 사용자 입력과 별도로 (예를 들면, 장치 선택 작동 모드, 치료 레벨, 또는 기타 레벨에 기초하여, 또는 일부 치료 또는 예비 치료 작동기간(예, 운동/속도 센서(102)를 사용하는) 동안 검출된 글라이드 속도에 기초하여, 미리 수행된 치료(예, 운동/속도 센서(102)를 사용하는)로부터 검출 및 저장된 글라이드 속도에 기초하여, 실시간으로 또는 그 외의 방법으로 센서(들)(26)에 의해 검출된 하나 이상의 매개변수들(예를 들면, 온도 센서(들)(106)에 의해 검출된 피부 온도, 또는 색소 센서(들)(110)에 의해 검출된 피부색)에 기초하여, 또는 실시간으로 또는 그 외의 방법으로 수집된 임의의 기타 데이터 또는 신호들에 기초하여) PRF 및/또는 적어도 하나의 기타 펄스 타이밍 매개변수를 자동적으로 선택하는 장치; 및/또는
(b) 치료시간(예, 실시간으로 또는 실질적으로 실시간으로) 동안, 예를 들면, (i) 하나 이상의 센서들(26)으로부터의 피드백, 예를 들면 변위 센서(들)(100)에 의해 검출된 장치 변위, 운동/속도 센서(들)(102), 피부 접촉 센서(들)(104)에 의해 검출된 글라이드 속도, 온도 센서(들)(106)에 의해 검출된 피부색, 눈 안전 센서(들)(114)로부터의 신호들, 드웰 센서(들)(116)에 의해 검출된 드웰 상태, 및/또는 롤러-계 센서(들)(118)에 의해 검출된 장치 변위 및/또는 글라이드 속도에 기초하여, 및/또는 (ii) 실시간으로 또는 그 외 방법으로 수집된 임의의 기타 데이터 또는 신호들에 기초하여, PRF 및/또는 적어도 하나의 기타 펄스 타이밍 매개변수를 조정하는 장치(10).
위에서 설명한 바와 같이, 일부 실시예들에서, PRF 및/또는 적어도 하나의 기타 펄스 타이밍 매개변수는 (a) 미리 정의된 또는 선택된 최소 연속점 간극 및/또는 (b) 미리 정의된 또는 선택된 최대 점 흔들림 량(예, 미리 정의된 또는 선택된 최대 흔들림 지수)을 제공하도록 제어된다.
예를 들면, 일부 실시예들에서, PRF 및/또는 적어도 하나의 기타 펄스 타이밍 매개변수는 1mm의 최소 연속 점 간극을 제공하도록 제어된다. 2cm/s 내지 6cm/s의 추정 글라이드 속도, 및 200㎛ 내지 600㎛의 점 크기, 15Hz의 PRF, 3ms의 펄스 지속시간, 및 4.5%의 듀티 사이클이 이러한 점 간극을 제공하기 위해 선택될 수 있다. 이들 동작 매개변수들에서, 결과로서 나타난 흔들림 지수는 200㎛의 점 크기에 대하여는 약 130 내지 190%이고, 600㎛의 점 크기에 대하여는 약 110 내지 130% 이다.
또 하나의 예로서, PRF 및/또는 적어도 하나의 기타 펄스 타이밍 매개변수는 0.5mm의 최소 연속점 간극을 제공하도록 제어된다. 2cm/s 내지 6cm/s의 추정 글라이드 속도, 및 300㎛ 내지 600㎛의 점 크기, 30Hz의 PRF, 5ms의 펄스 지속시간, 및 15%의 듀티 사이클이 이러한 점 간극을 제공하기 위해 선택될 수 있다. 이들 동작 매개변수들에서, 결과로 나타난 흔들림 지수는 300㎛의 점 크기에 대하여는 약 133 내지 200%이고, 600㎛의 점 크기에 대하여는 약 117 내지 150% 이다.
일부 실시예들에서, 1 내지 50Hz의 PRF가 선택된다. 예를 들면, 장치(10)는 5 내지 25Hz의 PRF를 제공할 수 있다. 특정 실시예에서, 장치(10)는 약 15Hz의 PRF를 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치(10)는 1mm의 최소 연속점 간극을 제공하도록 제어된다. 예를 들면, 장치(10)는 0.5mm의 최소 연속점 간극을 제공하도록 제어될 수 있다. 특정 실시예들에서, 0.25mm의 최소 연속점 간극을 제공하도록 제어될 수 있다.
일부 실시예들에서, 1ms 내지 10ms의 펄스 지속시간이 선택될 수 있다.
일부 실시예들에서, 2ms 내지 8ms의 펄스 지속시간(작은 범위)이 선택될 수 있다. 특정 실시예들에서, 3ms 내지 6ms의 펄스 지속시간이 선택될 수 있다.
일부 예시적 실시예들 및 예시적 동작 매개변수들
여기서 설명되는 임의의 다양한 특징들 및 구성들은 여러가지의 각각 다른 치료들을 제공하기 위한 임의의 적절한 방법으로 결합될 수 있다. 예시적 매개변수 값들을 갖는 일부 예시적 구성들은 아래에 제공된다. 이것들은 오직 예시로서만 이해되어야 할 것이다.
아래의 표 1은 도 4-7에 도시된 장치와 유사한 장치(10)의 하나의 예시적 실시예를 위한 예시값들 및 매개변수들을 보여준다. 이 예에서, 250 치료점/㎠ 및8mJ/치료점으로 2.5%의 부분 커버리지 비율, 그리고 상기 언급된 최소 커버리지 비율 및 듀티 인자(duty factor)를 달성하기 위해, 1.73W 광선 소스는 30Hz 및 3.43cm/s의 속도로 이동되는 적용 단부 또는 "팁"에서 펄스화된다. 피부를 가로지르는 치료 팁(42)의 이동에 의해 발생되는 계산된 흔들림 지수 및 기타 매개변수들이 또한 보여진다.
매개변수 예시적 목표값
㎠당 MTZ 250
치료된 피부(%) 2.5
MTZ당 치료된 구역(제곱 미크론) 10000
점 dia, 비운동(미크론) 113
mtz당 에너지(mJ) 8
플루언스, 비운동(J/㎠) 80
최소 커버율(㎠/min) 13
최소 커버율(㎠/s) 0.22
최소 주파수(Hz) 30
최대 기간(s) 0.0185
듀티 지수(%) 25
온 타임(s) 0.0046
팁 속도(cm/s) 3.43
실제 치료 영역(미크론) 27841
흔들림 지수 2.8
실제 플루언스(J/㎠) 29
전력(w) 1.73
아래의 표 2는 도 4-7에 도시된 장치와 유사한 장치(10)의 또 하나의 예시적 실시예에 대한 예시적 매개변수들 및 값들을 보여준다. 이들 매개변수들을 실질적으로 구비한 장치는 인체 및 동물 모델들에 대해 임상으로 테스트되었으며, 질감 개선 및 색소 병변들의 감소와 같은 바람직한 조직 반응 및 임상적 이점을 발생시키는 것으로 나타났다.
매개변수 예시값
기계적:
크기(길이×직경) 약 12cm x 약 1.7cm
(4.7 in. x 0.7 in.)
무게 46그램
전기적:
배터리(AA) LiFePO4
재충전 사이 배터리 수명 약 2 시간
구동 전류 7.6A
레이저 다이오드 전압 2.1V
광학적:
펄스 에너지 14mJ
펄스 반복율 10Hz
펄스폭 3.3ms
피크 전력 4.24W
평균 전력 0.14W
파장 1450nm
E/O 효율 26.6%
표 3은 도 4-7에 도시된 장치와 유사한 예시적 장치(10)의 3가지 예시적 구성들에 대한 예시값들 및 매개변수들을 보여준다. 이 표는 3개의 예시적 구성들, 각각 다른 광학 파워, 펄스-온 및 펄스-오프 타임들, 치료점 직경들, 치료 팁 치수들, 및 주사 속도들에 대하여 보여준다. 결과로서 나타난 펄스율들, 펄스 당 에너지, 전체 커버리지에 대한 최소 주사 속도, 조명 구역, 버 효과, 능숙도, 및 기타 매개변수들이 또한 보여진다. 이 특정 실시예에서, 광표백이 치료 및 비치료 구역들을 구별하기 위해 사용되는 과잉치료 보호에 관계된 계산들이 또한 보여진다. 치료점 크기들 및 에너지들은 개재 광학물품(16)을 갖지 않는(비록 보호 윈도우가 제공될 수 있더라도) 직결형 에지 방출 레이저 다이오드 방출(예, 피부에 근접한 하나 이상의 단일 빔 에지 방출 레이저 다이오드로부터의)에 의해, 또는 파이버 전달 빔(fiber delivered beam)에 의해, 또는 기타 적합한 광학 수단들에 의해 얻어질 수 있다. 예를 들면, 500 마이크론 칩 크기 및 100 마이크론 빔 소스 크기의 에지 방출 레이저 다이오드 빔 소스는 피부에 매우 근접하여 위치될 경우 보여지는 매개변수들을 얻기 위해 사용될 수 있다.
매개변수 예시형태 1 예시형태 2 예시형태 3
광학 전력(W) 4 7 7
펄스의 작동시간(ms) 10 10 8
펄스의 비작동시간(ms) 30 30 8
PRF(hz) 25 25 63
펄스당 에너지(mJ) 40 70 56
점 직경(미크론) 150 220 150
제곱 팁 치수(미크론) 625 625 625
전체 커버를 위한 최소 주사 속도(cm/s) 1.56 1.56 3.91
주사 속도(cm/s) 0.50 2.00 3.91
MTZ당 조명영역(㎟) 0.0252 0.0820 0.0646
흔들림(조명영역/점크기) 1.4 2.2 3.7
MTZ당 플루언스(J/㎠) 159 85 87
초당 치료영역(mmw2) 0.63 2.05 4.04
펄스당 표백영역(㎟) 0.39 0.39 0.39
초당 표백영역(㎟) 9.77 9.77 24.41
(처리영역)/(표백영역) 6% 21% 17%
분당 표백영역(㎠) 5.86 5.86 14.65
분당 표백영역(in2) 0.91 0.91 2.27
아래의 표 4는 부분 치료를 위한 펄스 방사선을 이용하여 장치를 레이저 다이오드 바(14B)의 장방향에 수직으로 글라이딩시키는 글라이딩 모드로 작동하는, 방사선 소스(14B)로서의 저 충전율 레이저 다이오드 바를 사용하는 직접 노출 실시예에 대한 예시적 매개변수 값을 도시한다. 레이저 다이오드 바(14B)의 각 펄스는, 레이저 다이오드 바(14B)의 하나의 이미터(80)에 각각 대응하여, 예를 들면 도 22a 및 도 22b에 대하여 설명된 바와 같이, 이산, 이격 치료점들(62)의 선형 어레이를 발생시킨다.
매개변수 예시값 구체적 예시
방사선 소스 = 레이저 다이오드 바
전체 광학 효율(타겟까지의 레이저 다이오드 바) 70%~90% 약 80%
근접 갭 간격 1mm~10mm 약 1.5~2.5mm
방출 전력
--이미터 당 1.3 - 9W 2.4W
--다이오드 바에 의한 총 방출 50 - 80W 70W
펄스 특징들
--펄스 온 타임 2 - 20ms 6ms
--듀티 사이클 10-60% 50%
단일 빔 소스로부터의 타겟에 대한 순간 조사 구역의 길이(다이오드 바의 늘어난 방향과 평행) 0.1 - 0.6mm 0.2mm
단일 빔 소스로부터 타겟에의 순간 조사 구역의 폭(다이오드 바의 늘어난 방향과 평행) 0.1 - 0.6mm 0.3mm
수동 글라이드 속도 2 - 6cm/s 4cm/s
치료점(62) 패턴의 전체 폭(다이오드 바의 늘어난 방향과 평행) 0.5 - 2cm 1cm
개별 치료점(62)의 길이(다이오드 바의 늘어난 방향과 평행) 0.1 - 1mm 0.3 mm
개별 치료점의 면적 0.04 - 0.6mm2
0.09mm2
개별 치료점(62) 사이의 비-조사 구역들의 폭(다이오드 바의 늘어난 방향과 평행) 150 - 800μm 300μm
개별 치료점 당 전달된 에너지 2 - 100mJ 12mJ
연속 치료점(62) 패턴들 사이의 비-조사 구역들의 길이(다이오드 바의 늘어난 방향과 평행) 0.1 - 1.2mm 0.25mm
단일 빔 에지 방출 레이저 다이오드
위에서 설명된 바와 같이, 방사선 소스(14)는 레이저 빔을 생성하는 단일 이미터(즉, 단일 빔 소스)를 포함하는 에지 방출 레이저 다이오드(또는 다중 에지 방출 레이저 다이오드들)이다. 전형적인 에지 방출 레이저 다이오드에서, 방출된 빔은 고속 축에서 거의 45° 그리고 저속 축에서 약 10°의 빔 발산각을 갖는다.
고속 축 방향에서의 빠른 발산으로 인해, 레이저 다이오드 바는 레이저 다이오드 바의 아래쪽으로 제공된 광학물품 요소들의 부재시에, 이 고속 축 방향으로 상당한 빔 확산을 제공한다. 따라서, 원하는 빔 에너지 일부를 포집하기 위하여(및/또는 원하는 빔 세기를 유지하기 위하여), 특정 실시예들은 "근접 갭 간격"이 10mm 미만이거나 또는 그와 동일한 "근접" 장치들로서 구성된다. 여기서 사용되는 것으로서, "근접 갭 간격" 또는 "PGS"는 방사선 소스(이 경우에, 에지 방출 레이저 다이오드)의 방출 표면과 장치(10)의 피부 접촉 표면 사이의 거리, 즉 피부에서의 장치(10)의 치료상태 동안 방사선 소스의 방출 표면과 피부 사이의 거리로서 정의된다.
일부 실시예들에서, 근접 갭 간격은 5mm, 2mm, 또는 심지어 1mm 미만이거나 그와 동일하다. 특정 실시예에서, 근접 갭 간격은 500㎛ 미만이거나, 200㎛ 미만이거나, 또는 심지어 100㎛ 미만이다. 근접 갭 간격은 하나 이상의 매개변수들, 예를 들면 피부에 전달된 치료점(62)의 바람직한 크기 및/또는 세기, 및/또는 제조상의 제약들 또는 비용들에 기초하여 선택될 수 있다.
도 10-14는 특정 실시예의 근접 갭 간격 또는 "PGS"에 따라 결정되는, "근접" 방사선에 대해 또는 구성될 수 있는 예시적 직접 노출을 도시한다. 이와 같이, 특정 실시예들에서, 도 10-14 중 임의의 도면에 도시된 바와 같이 구성된 장치(10)는 특정 구성들에서 10mm, 5mm, 2mm, 1mm, 500㎛, 200㎛, 또는 심지어 lOO㎛ 미만이거나 또는 그와 동일한 근접 갭 간격을 가질 수 있다.
도 10은 방출 표면(82)을 갖는 이미터(80)를 포함하는 에지 방출 레이저 다이오드(14A)를 포함하는 장치(10)의 예시적 실시예의 개략적인 측단면도를 도시한다. 전달 윈도우(44)(예, 사파이어 또는 기타 전달 윈도우, 또는 박막 전달 필름)가 장치(10)의 적용 단부(42)에 위치되고, 피부(40)에 피부 접촉 표면(74)을 형성한다. 일부 실시예들에서, 제조 또는 기타 제한들은 이미터(80)가 윈도우(44) 상에 직접 배치되는 것을 방지하여, 이미터(80)과 윈도우(44) 사이에 갭을 형성할 수 있다. 따라서, 에지 방출 레이저 다이오드(14A)의 방출 표면(82) 사이의 근접 갭 간격(PGS)은 윈도우(44)(Tw)의 두께와, 방출 표면(82)과 윈도우(44) 사이의 갭 간격(DG)을 포함한다. 다른 실시예들에서, 이미터(80) 또는 방출 표면(82)은 윈도우(44) 상에 직접 배치될 수 있으며, 따라서 갭 거리(DG)는 효과적으로 제로가 된다.
일부 실시예들에서, 윈도우(44)는 약 150㎛와 약 350㎛ 사이의 근접 갭 간격(PGS)으로 제공되는 약 50-150㎛의 갭 거리(DG)를 두고, 약 100㎛와 약 200㎛ 사이의 두께(Tw)를 가진다. 다른 실시예들에서, 윈도우(44)는 150㎛ 미만, 예를 들면 약 75㎛의 두께를 갖는 박막 필름이며, 따라서 근접 갭 간격(PGS)은 갭 거리(DG)에 따라서 약 125-225㎛가 될 수 있다.
일 예시적 실시예에서, 윈도우(44)는 약 240㎛의 근접 갭 간격(PGS)을 제공하는 약 100㎛의 갭 거리를 두고, 약 140㎛의 두께를 갖는 사파이어 윈도우이다. 240㎛의 근접 갭 간격에서, 에지 방출 레이저 다이오드는 28 deg FWHM(고속 축)×6 deg FWHM(저속 축)의 발산을 갖는 1 미크론×95 미크론 빔을 각각 방출하는 에지 방출 레이저 다이오드는 약 120㎛의 직경을 갖는 피부의 대략 원형의 치료점을 형성할 것이다. 약 2cm 및 5ms의 펄스 지속시간의 장치 글라이드 속도와 함께, 치료점은 각 직경들이 가로 약 120㎛에 세로가 220㎛인 타원형이 된다. 또 하나의 예시적 실시예에서, 윈도우(44)는 약 180㎛의 두께를 갖는 사파이어 윈도이다.
도 11은 피부 접촉 표면(74)를 형성하는 또 하나의 치료 팁 일부에 의해 윈도우(44)가 오프셋 거리(Do)만큼 피부로부터 들어가 있는 예시적 구성을 도시한다. 이러한 오프셋은 임의의 적절한 이유를 위하여, 예를 들면, 손상으로부터 원도우를 보호하기 위해, 윈도우 청결을 유지하기 위해, 또는 원도우와 피부 사이의 마찰을 피하기 위해 제공될 수 있다. 이 구성에서 근접 갭 간격(PGS)은 윈도우(44)(TW), 방출 표면(82)과 윈도우(44) 사이의 갭 거리(DG), 및 윈도우(44)의 오프셋 거리(Do)로 구성된다.
도 12는 이미터(80)가 외기에 노출되도록 윈도우를 제외하는 예시적 구성을 도시한다. 따라서, 근접 갭 간격(PGS)은 임의의 바람직한 거리, 또는 심지어 제로(즉, 방출 표면(82)이 피부와 접촉되면서)에 설치될 수 있다. 그러나, 에지 방출 레이저 다이오드(14A)는, 예를 들면, 손상으로부터 에지 방출 레이저 다이오드를 보호하기 위해, 에지 방출 레이저 다이오드 청결을 유지하기 위해, 에지 방출 레이저 다이오드와 피부 사이의 마찰을 방지하기 위해, 피부에서의 적절한 치료점 크기 또는 눈 안전 또는 기타 이점들을 형성하기 위해, 빔을 적절한 양만큼 발산(특히, 고속 축 방향으로)하기 위한 약간의 거리를 제공하기 위해, 일정 거리만큼 피부 접촉 표면(74)으로부터 들어가 설치될 수 있다.
도 13은 윈도우를 배제시켰으나, 예를 들어, 에지 방출 레이저 다이오드를 손상으로부터 보호하고, 전기 절연을 제공하며, 또는 다른 목적들을 위해, 에지 방출 레이저 다이오드(14A)의 선두면에 걸쳐 필름 또는 다른 코팅을 포함하는 예시적 구성을 도시한다. 근접 갭 간격(PGS)은 임의의 원하는 거리(필름 두께에 의해서만 제한됨)에 설정될 수 있으며, 또는 적어도 그에 따라 필름 피복된 방출면(82)은 피부와 접촉한다. 그러나, 도 12에 대해 위에서 설명한 바와 같이, 에지 방출 레이저 다이오드(14A)는, 예를 들면, 손상으로부터 에지 방출 레이저 다이오드를 보호하기 위해, 에지 방출 레이저 다이오드 청결을 유지하기 위해, 에지 방출 레이저 다이오드와 피부 사이의 마찰을 방지하기 위해, 또는 피부에 적절한 치료점 크기를 형성하도록 빔을 적절한 양만큼 발산(특히, 고속 축 방향으로)시키기 위한 약간의 거리를 제공하기 위해, 일정 거리만큼 피부 접촉 표면(74)으로부터 들어가 설치될 수 있다.
도 14는 도 10의 구성과 유사하지만 각각이 단일 빔(60)을 발생시키는 2개의 에지 방출 레이저 다이오드(14A)를 포함하는 장치(10)의 예시적 구성을 도시한다.
장치(10)는 임의의 적합한 방식으로, 예를 들면, 일직선, 2차원 어레이, 또는 임의의 다른 방식으로 배열된, 임의의 다른 수의 에지 방출 레이저 다이오드(14A)를 포함할 수 있다. 장치(10)에서 각 에지 방출 레이저 다이오드(14A)는 각각의 이미터 표면(82)과 피부 접촉면(74) 사이의 근접 갭 간격으로 배열될 수 있고, 또는 각각 다른 에지 방출 레이저 다이오드(14A)는, 예를 들면, 피부에 다수의 각각 다른 치료 점 크기들, 형상들, 또는 에너지 세기들을 제공하기 위해, 각각 다른 근접 갭 간격(PGS)를 갖도록 배열될 수 있다. 2개 이상의 에지 방출 레이저 다이오드들은 아래에 설명되는 도 15-16 뿐만 아니라, 도 10-13에 도시된 임의의 구성들에서 유사하게 배열될 수 있다. 이들 구성들 중 임의의 것은 아래에 설명하는 바와 같이, 단일 빔 또는 다중 빔들을 갖는 레이저 다이오드 바들 또는 VCSELs를 유사하게 이용할 수 있다.
도 15-16은 예시적 직접 노출 구성들(즉, 레이저와 피부 사이에 광학물품을 포함하는)을 도시하며, 이 구성들은 특정 실시예의 근접 갭 간격 또는 "PGS"에 따라 "매우 근접" 방사선 용으로 또한 구성될 수 있다.
따라서, 특정 실시예들에서, 도 15 또는 16에 도시된 바와 같이 구성된 장치(10)는 특정 구성들에서 10mm, 5mm, 2mm, 1mm, 500㎛, 200㎛, 또는 심지어 100㎛ 미만이거나 또는 그와 동일한 근접 갭 간격을 가질 수 있다.
도 15는 에지 방출 레이저 다이오드와 피부 사이에 위치된 오목 렌즈(78)를 포함하는 장치(10)의 예시적 구성을 도시한다. 오목 렌즈(78)는, 예를 들면, 원하는 점 크기 또는 형상을 제공하기 위해, 및/또는 증가된 눈 안전을 제공하기 위해, 하나 이상의 축(예, 고속 축 및/또는 저속 축)에서 빔(60)의 발산을 증대시키도록 작용할 수 있다. 렌즈(78)는 도 15에 도시된 바와 같이, 피부 접촉면(74)로부터 들어가 설치될 수 있고, 또는 대안적으로 직접 피부에 접촉하도록 배열될 수 있다. 대안적으로, 오목 렌즈는, 예를 들면, 원하는 점 크기 또는 형상을 제공하기 위해, 하나 이상의 축(예, 고속 축 및/또는 저속 축)에서 빔(60)의 발산을 감소시키도록 사용될 수 있다.
도 16은 도 15와 유사하지만 오목 렌즈(78) 대신에 원통형 렌즈 또는 볼 렌즈(79)를 포함하는 예시적 구성을 도시한다. 원통형 또는 볼 렌즈(79)는, 예를 들면, 원하는 점 크기 또는 형상을 제공하기 위해, 및/또는 증가된 눈 안전을 제공하기 위해, 하나 이상의 축(예, 고속 축 및/또는 저속 축)에서 빔(60)의 발산을 증대시키도록 작용할 수 있다. 위에서 설명한 오목 렌즈(78)와 마찬가지로, 렌즈(79)는 피부 접촉면(74)으로부터 들어가 설치될 수 있고, 또는 도 16에서 도시된 바와 같이, 대안적으로 직접 피부에 접촉되도록 배열될 수 있다.
다른 실시예들에서, 임의의 다른 형태의 렌즈(예, 비구면) 또는 기타 광학물품이 원하는 만큼 빔(60)에 영향을 미치도록 제공될 수 있다.
도 17a-17c는 근접 갭 간격이 매우 작은 실시예들에서 에지 방출 레이저 다이오드로부터 방출된 빔(60)의 비대칭 발산을 도시한다. 전형적인 에지 방출 레이저 다이오드는 긴 측면 또는 짧은 측면을 갖는 가늘고 긴 직사각형 이미터(80)를 포함한다. 예를 들면, 에지 방출 레이저 다이오드 이미터(80)는 약 1㎛×100㎛, 또는 약 5㎛×95㎛일 수 있다.
도 17은 에지 방출 레이저 다이오드 이미터(80)의 장측면도를 도시하고, 저속 축에서의 빔(60)의 상대적으로 저속인 발산을 도시한다. 도 17B는 에지 방출 레이저 다이오드 이미터(80)의 단측면도를 도시하고, 고속 축에서의 빔(60)의 상대적으로 고속인 발산을 도시한다. 도 17c는 에지 방출 레이저 다이오드 이미터(80) 및 에지 방출 레이저 다이오드 이미터(80)에 의해 형성된 대응 치료점(62)를 보여주ㄱ고 저속 축 방향으로 가늘고 긴 일반적으로 타원형 또는 둥근 직사각형 형상을 갖는 치료점(62)을 형성하기 위해 고속 축과 저속 축 모두에서의 빔(60)의 발산을 표시하는 평면도를 도시한다. 도 17c에 보여진 것과 같은, 저속 축 방향으로 가늘고 긴 치료점(62)은 매우 작은 근접 갭 간격(예, 레이저 다이오드 이미터 표면 또는 면의 저속 축 폭보다 작은, 예를 들면 약 100㎛)을 이용함으로써 발생될 수 있다. 도 17c는 장치(10)의 이동으로 인한 치료점의 임의의 "되묻음(smearing)" 또는 "흔들림(blurring)"에 대해 계수하지 않는다.
도 18a-18c는 도 17a-17c와 유사하지만, 큰 근접 갭 간격(예를 들면, 약 100㎛의 저속 축 폭을 갖는 이미터 표면 또는 면에 대해 약 500㎛)을 구비한 구성에 대응하고, 그로 인해 피부 표면으로의 발산 빔(60)의 긴 전달은 저속 축 발산을 극복하기 위해 고속 축 발산을 허용한다. 따라서, 결과적으로 발생된 치료점(62)은 도 18c에 도시된 바와 같이, 고속 축 방향으로 가늘고 길어질 수 있다. 도 17과 마찬가지로, 도 18은 장치(10)의 이동으로 인한 치료점(62)의 임의의 "되묻음(smearing)" 또는 "흔들림(blurring)"을 계수하지 않는다.
도 19a는 장치(10)가 화살표의 방향으로 피부를 가로질러 글라이딩되는 동안 빔 펄스를 방출하는 에지 방출 레이저 다이오드 이미터(80)에 의해 형성된 치료점(62)를 도시하며, 여기서 이미터(80)는 펄스 동안 이미터(80)의 점선 이미지를 이미터(80)의 실선 이미지로 이동시킨다. 따라서, 도면은 빔 펄스 동안 장치(10)의 이동으로 인한 치료점(62)의 "되묻음(smearing)" 또는 "흔들림(blurring)"을 보여준다. 이 동작에서, 장치 이동은 적어도 펄스 지속시간 및 수동 글라이드 속도에 종속되는 양에 의해, 순간 점의 늘어난 방향에 직각인 치료점(62)을 되묻거나 흔들 수 있다. 펄스 지속시간이 더 길어지거나 수동 글라이드 속도가 더 빨라지며, 글라이드 방향에서 치료점(62)의 신장(흔들림;blurring)은 더 커진다. 도 19a에 도시된 예에서, 흔들림의 양은 일반적으로 원형 또는 둥근 직사각형 점(62)을 생성한다.
도 19a와 마찬가지로, 도 19b는 장치(10)가 화살표의 방향으로 피부를 가로질러 글라이딩되는 동안 빔 펄스를 방출하는 에지 방출 레이저 다이오드 이미터(80)에 의해 형성된 치료점(62)를 도시하며, 여기서 이미터(80)는 펄스 동안 이미터(80)의 점선 이미지를 이미터(80)의 실선 이미지로 이동시킨다. 그러나, 도 19b에 도시된 예에서, 장치는 도 19a에 도시된 바와 같이 이미터(80)의 늘어난 방향에 직각이기보다는 오히려 이미터(80)의 늘어난 방향으로 이동된다. 따라서, 장치 이동에 의해 발생된 치료점(62)의 되묻음(smearing) 또는 흔들림(blurring)은 결과적으로 발생된 치료점(62)의 신장을 증대시킬 수 있다.
따라서, 결과적으로 발생된 치료점(62)의 정확한 형상 및 크기가 적어도 (a)특정 이미터(80)의 크기 및 형상, (b)수동 글라이드 방향에 대한 이미터(80)의 동작, (c)이미터 표면(82)과 피부 사이의 근접 갭 간격, (d)다이 펄스 지속시간(die pulse duration), 및 (e)수동 글라이드 속도를 포함하는, 다양한 인자들에 종속될 수 있다는 것이 위의 설명으로부터 이해될 것이다. 임의의 하나 이상의 매개변수들 (a)-(d)는 장치(10)에 의해 선택 또는 조절될 수 있으며, 바람직한 수동 글라이드 속도가 원하는 형상 및 크기를 갖는 치료점(62)을 제공하기 위해 권장될 수 있다(예를 들면, 사용자에게 명령함으로써).
도 20은 예시적 에지 방출 레이저 다이오드로부터 타겟 표면에 수신된 레이저 방사선의 검출된 파장 프로파일의 플롯이다. 이 예에서, 파장 프로파일은 대략 1450.4 nm에서 가우시안 피크를 정의한다.
도 21a 및 21b는, 예를 들어 도 10-16의 임의의 예시적 구성에 따라, 직접 노출 및/또는 매우 근접 방사선 용으로 구성된 에지 방출 레이저 다이오드에 의해 발생되는 치료점(62) 및 대응 MTZ(64)에 대한 예시적 치수들을 도시한다.
도 21에 도시된 바와 같이, 에지 방출 레이저 다이오드 이미터(80)는 윈도우(44)(즉, 비 광학물품(16)), 렌즈(78)(즉, 광학물품(16)), 또는 방출면(82)과 피부(40) 사이에 위치된 낫싱(nothing; 예, 오직 공기)와 함께 피부 위에 위치된다. 특정 구성에 따르면, 에지 방출 레이저 다이오드의 방출면(82)과 장치(10)의 피부 접촉면 사이의 근접 갭 간격(PGS)은 PGSA(윈도우(44) 또는 렌즈(78)이 직접 피부에 접촉하는 실시예들에 대해) 또는 PGSB(윈도우(44) 또는 렌즈(78)이 피부로부터 일정 거리만큼 들어가 설치되는 실시예들에 대해)로 표시된다. 근접 갭 간격이 PGSA(즉, 윈도우(44) 또는 렌즈(78)이 직접 피부에 접촉하는 실시예들)로서 표시될 때, PGS는 윈도우(44) 또는 렌즈(78)(TW)의 두께에 방출면(82)과 윈도우(44) 또는 렌즈(78) 사이의 갭 거리(DG)를 더한 것과 같다. 위에서 설명한 바와 같이, 일부 실시예들에서 이미터(80)는 윈도우(44) 또는 렌즈(78)에 직접적으로 배치될 수 있으며, 따라서 갭 거리(DG)는 효과적으로 0이 된다.
도 21a는 또한, DMTZ로 표시되는, 치료점(62) 아래에 연장된 MTZ(64)의 깊이 뿐만 아니라, 피부 표면에 치료점(62)을 표시한다.
도 21b는 실선으로 도시되는 순간 치료점(62I) 및 점선으로 도시되는 "흔들린" 치료점(62B)(빔 펄스의 전달 동안 피부를 가로지르는 장치(1))의 글라이딩으로 인한)을 통해 피부 표면에 치료점(62)의 크기들을 도시한다. 순간 치료점(62I)은 고속 축 방향 폭 WFA, 저속 축 방향 폭 WSA _B, 및 영역 AB 로 정의된다. 흔들린 치료점(62B)은 고속 축 방향 폭 WFA, 저속 축 방향 폭 WSA _B, 및 영역 AB로 정의된다.
일부 실시예들에서, 장치(10)의 하나 이상의 매개변수들은, 예를 들면, 개별 치료점(62) 내에 피부에서의 효과적인 점 크기 및/또는 플루언스(fluence) 또는 에너지 밀도를 제공하기 위해(예를 들면, 피부에 원하는 피부치료 효과를 얻기 위해), 치료점들(62)의 흔들림의 양을 조절 또는 제한하도록 선택 또는 제어될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, (a) 펄스 지속시간 및 (b) 방출된 빔(60)의 플루언스 또는 에너지 밀도 중 하나 이상은, 예를 들어 치료점들(62)의 흔들림을 규정된 최대 흔들림 지수로 제한하기 위해, 추정 수동 글라이드 속도(예, 2∼6 cm/s), 측정 수동 글라이드 속도, 또는 피부를 가로지르는 장치(10)의 측정 변위에 기초하여 제어 또는 제한될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 흔들림 지수는 순간 치료점 크기의 영역에 대한 흔들린 치료점(62)(장치(10)의 이동에 의해 발생되는 흔들림(burring)을 갖는)의 영역의 비로서 정의될 수 있다. 따라서, 도시를 위해, 흔들림 지수 1.0은 흔들림이 전혀 없음을 나타내고, 흔들림 지수 2.0은 치료점 크기 영역의 2배를 나타내며, 흔들림 지수 3.0은 치료점 크기 영역의 3배를 나타낸다.
일반적으로, 흔들린 치료점의 영역 내의 피부에서의 흔들림 지수는 크고, 플루언스 또는 에너지 밀도는 낮다. 일부 실시예들 또는 장치 설정에서, 약 3.0까지의 흔들림 지수가 일반적으로 부분 치료를 위한 효과적인 MTZS를 제공하기 위해 허여될 수 있다. 다른 실시예들 또는 장치 설정에서, 약 2.5까지의 흔들림 지수가 일반적으로 부분 치료를 위한 효과적인 MTZS를 제공하기 위해 허여될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 하나 이상의 장치 매개변수들(예, 방출된 빔들(60)의 펄스 지속시간 및/또는 흔들림 지수 또는 에너지 밀도)이, 선택된 한계에 따라 흔들림 지수를 약 3.0, 2.5, 또는 2.0 미만으로 제한하도록 선택 제어될 수 있다. 특정 실시예들은 흔들림 지수를 약 1.8 미만 또는 약 1.5 미만으로 제한한다. 다른 실시예들 또는 장치 설정은 흔들림 지수를 약 3.5 또는 4.0까지 허용할 수 있다. 다른 실시예들은 더 큰 흔들림 지수까지도 허용할 수 있다.
일부 실시예들에서, 펄스 지속시간은 흔들림 지수를 약 2.0으로 제한하기 위해 수동 글라이드 속도(예, 2-8 cm/s)의 추정 범위에 기초하여 규정값(예, 5ms/s)으로 제한될 수 있다. 또한, MTZ(64)는 효과적이기 되기 위해 형상이 원형 또는 축대칭일 필요가 없고, 예를 들어 특정 실시예들에 대해 약 6cm/s 내지 10cm/s의 수동 글라이드 속도로 생성될 때, 특정 규모로 타원형 또는 가늘고 길게 될 수 있다.
표 5는 도 21a 및 21b를 참조하여, 장치(10)의 다양한 예시적 실시예들에 대한 관련 매개변수 값들을 보여준다.
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레이저 다이오드 바
전술한 것처럼, 일부 실시예들에서, 방사선 소스(14)은, 각각 별개의 레이저 빔을 발생하는 별개의 빔 소스로서 역할을 하는 복수의 이미터를 포함하는 레이저 다이오드 바(또는 복수의 레이저 다이오드 바들)이다. 전형적인 레이저 다이오드 바에서, 레이저 다이오드 바의 각각의 빔 소스(이미터)으로부터 방출된 빔은 고속 축 방향에서는 거의 45° 그리고 저속 축에서는 대략 10°의 빔 발산각(beam divergence)을 갖는다.
저속 축 방향에서의 빠른 발산으로 인해, 레이저 다이오드 바의 하류측에 제공된 광학 요소들이 없을 때, 레이저 다이오드 바는 이 저속 축 방향에서 상당한 빔 분산을 제공한다. 따라서, 에지 방출 레이저 다이오드처럼, 원하는 일부의 빔 에너지(및/또는 원하는 빔 강도)를 얻기 위해, 특정 실시예들은, 근접 간격(레이저 다이오드 바의 방출 면들과 장치(10)의 피부 접촉면(74) 사이의 간격)이 10mm보다 작거나 10mm와 같은 근접 장치들(close proximity devices)로 구성된다. 특정 레이저 다이오드 바의 실시예들에서, 장치(10)는 레이저 다이오드 바에 의해 발생된 치료점들(62)의 원하는 크기 및/또는 강도에 따라 5mm보다 작거나 5mm와 같은 근접 간격, 2mm보다 작거나 2mm와 같은 근접 간격, 1mm보다 작거나 1mm와 같은 근접 간격, 500μm보다 작거나 500μm와 같은 근접 간격, 200μm보다 작거나 200μm와 같은 근접 간격, 또는 심지어 100μm보다 작거나 100μm와 같은 근접 간격을 가질 수 있다.
레이저 다이오드 바의 복수의 이미터들에 의해 방출된 복수의 빔들은, 적어도 (a) 레이저 다이오드 바의 방출 면들과 피부 사이의 근접 간격, (b) 레이저 다이오드 바의 각각의 이미터의 형상 및 (c) 레이저 다이오드 바의 충전율(fill factor)에 따라, (a) 피부의 표면에 서로 이격된 복수의 치료점들(62)을 형성하기 위해 피부에 전달되는 동안 분리된 상태로 있을 수 있거나, (b) 실질적으로 균일하거나 공간적으로 변조된 에너지 프로파일을 갖는 하나의 인접한 치료점(62)을 형성하기 위해 (개별 빔들의 발산에 의해) 피부에 전달되는 동안 실질적으로 결합될 수 있다.
도 22a 내지 23b는 레이저 다이오드 바의 복수의 이미터들에 의해 방출된 복수의 빔들이 분리된 상태로 있고 피부에 서로 이격된 복수의 치료점들(62)을 형성하는 예시적인 실시예들을 도시한다. 이러한 실시예들은 특정 적용들 또는 치료들, 예를 들어 특정한 부분의 치료들에 적합하거나 유리할 수 있다. 반면, 도 24a 내지 24b는 하나의 인접한 치료점(62)을 형성하기 위해 (개별 빔들의 발산으로 인해) 피부에 전달되는 동안 레이저 다이오드 바의 복수의 이미터들에 의해 방출된 복수의 빔들이 결합된 예시적인 실시예를 도시한다. 특히, 도 24a 내지 24b의 예시적인 실시예는 피부에 하나의 인접한 치료점(62)을 형성하기 위해 개별 빔들의 결합을 촉진시키는 "높은 충전율(fill factor)"의 레이저 다이오드 바를 포함한다. 이러한 실시예들은 특정 적용들 또는 치료들, 예를 들어 제모 처리, 피부 탄력을 위한 벌크 히팅(bulk heating), 또는 여드름, 예를 들면 또는 비외과적 주름 치료에 적합하거나 유리할 수 있다.
도 22a 내지 23b를 먼저 참조하면, 도 22a는 도 10의 실시예와 유사한 실시예의 단순화된 단면도를 도시하지만, 방사선 소스로서 단일-이미터 에지 방출 레이저 다이오드(14A) 대신에 레이저 다이오드 바(14B)를 포함한다. 레이저 다이오드 바(14B)는, 각각의 이미터(80)가 별개의 레이저 빔(60)을 발생하는 별개의 빔 소스로서 작용하는, 일렬로 배열된 복수의 이미터들(80)을 포함한다. 레이저 다이오드 바(14B)의 복수의 이미터들(80)에 의해 방출된 복수의 빔들(60)은 피부에 서로 이격된 치료점들(62)의 선형적인 배열을 형성하고, 따라서 피부에 서로 이격된 MTZ들(64)의 대응하는 선형적인 배열이 형성된다. 이 실시예들은 예를 들어 부분적인 치료에 적합할 수 있다. 레이저 다이오드 바(14B)는 임의의 적당한 수의 이미터들(80)을 포함할 수 있다.
레이저 다이오드 바(14B)는 펄스화된 방사선, 연속 파장(CW) 방사선 등을 전달하기 위해 제어될 수 있다. 도 22b는, 예를 들어, 장치(10)가 도시된 방향으로 피부를 가로질러 이동하는 동안, 예를 들면 글라이딩 모드 또는 스탬핑(stamping) 모드 작동 중에, 레이저 다이오드 바(14B)의 펄싱(pulsing)에 의해 피부에서 빔들(30)의 배열을 수동으로 스캔하여 형성한 치료점들(62)의 이차원 배열을 도시한다. 레이저 다이오드 바(14B)의 각각의 펄스는 치료점들(62)의 선형적인 배열(66)을 생성하여, 이동 장치(10)는 각각의 펄스에 의해 제공된 선형적인 배열(66)과 거의 수직한 방향으로 치료점들(62)의 이차원적인 배열(68)을 생성한다. 장치(10)는 원하는 치료 면적을 커버하기 위해 임의의 적당한 횟수 및 임의의 적당한 방향(들)으로 피부를 가로질러 글라이딩될 수 있다.
도 23a는 서로 평행하게 배열된 복수의 레이저 다이오드 바들(14B)을 포함하는 장치(10)의 실시예에 대한 레이저 다이오드 바들(14B) 및 창(44)의 부분적인 3차원 도면을 도시한다. 각각의 레이저 다이오드 바(14B)의 각각의 이미터들(80)은 별개의 레이저 빔(60)을 발생하는 별개의 빔 소스로서 작용하고, 복수의 레이저 다이오드 바들(14B)의 복수의 빔들(60)이 피부에 서로 이격된 치료점들(62)의 2차원적인 배열을 형성하여, 피부에 서로 이격된 MTZ들(64)의 대응하는 선형적인 배열을 형성한다.
전술한 것처럼, 레이저 다이오드 바들(14B)은 펄스화된 방사선, 연속 파장(CW) 방사선 등을 전달하기 위해 제어될 수 있다. 펄스화된 실시예에서, 복수의 레이저 다이오드 바들(14B)은 동시에, 임의의 정해진 순서의 시간 순서대로(또는 임의의 순서로), 또는 임의의 다른 방식으로 펄스화될 수 있다. 도 23b는, 예를 들어, 장치(10)가 도시된 방향으로 피부를 가로질러 이동하는 동안, 예를 들면 글라이딩 모드 또는 스탬핑(stamping) 모드 작동 중에, 레이저 다이오드 바들(14B)의 펄싱(pulsing)에 의해 피부에서 빔들(30)의 배열을 수동으로 스캔하여 형성한 치료점들(62)의 2차원적인 배열을 도시한다. 이 예에서, 복수의 레이저 다이오드 바들(14B)은 동시에 펄스화된다. 따라서, 레이저 다이오드 바(14B)의 각각의 펄스는 치료점들(62)의 이차원적인 배열(67)을 생성하고, 장치(10)의 이동과 복수의 레이저 다이오드 바들(14B)의 조합은 장치의 이동 방향으로 연장된 치리 지점들(62)의 더 큰 이차원적인 배열(68)을 생성한다. 장치(10)는 원하는 치료 면적을 커버하기 위해 임의의 적당한 횟수 및 임의의 적당한 방향(들)으로 피부를 가로질러 글라이딩할 수 있다.
도 22a 내지 23b의 예시적인 실시예들은 결과적으로 피부에 서로 이격된 치료점들(62)을 제공하기 위해 인접한 이미터들(80) 사이에 충분한 간격을 제공하는 "낮은 충전율"의 레이저 다이오드 바들을 이용할 수 있다. 반면, 도 24a 내지 24b는 피부에 하나의 인접한 치료점(62)을 형성하기 위해 개별 빔들의 결합을 촉진시키는 "높은 충전율"의 레이저 다이오드 바를 포함한다. 특히, 높은 충전율의 레이저 다이오드 바의 복수의 이미터들에 의해 방출된 복수의 빔들은 하나의 인접한 치료점(62)을 형성하기 위해 (개별 빔들의 발산으로 인해) 피부에 전달되는 동안 결합될 수 있다.
여기에 이용된 것처럼, "높은 충전율"은 50%보다 작은 충전율로 정의된 "낮은 충전율"과 비교하여 적어도 50%의 충전율을 의미한다. 충전율은 전체 레이저 다이오드 바의 폭에 의해 분할된 레이저 다이오드 바의 총 이미터 작동 부분으로 정의되고, 더욱 상세하게는 그 전체 내용이 참조로서 여기에 포함되는 계류중인 미국 특허 가출원 61/563,491로 정의된다. 일부 적용예들에서, 높은 충전율의 레이저 다이오드 바들을 사용하는 것은 낮은 충전율의 레이저 다이오드 바들에 비해 하나 이상의 이점을 제공할 수 있다. 예를 들면, 높은 충전율의 레이저 다이오드 바들은 목표 표면에 더 균일한 방사선 이미지를 제공할 수 있다. 높은 충전율의 레이저 다이오드 바로부터의 빔 프로파일은, 특정한 근접 배치에서도, 실질적으로 균일한 선분이다. 이러한 균일한 선분은 특정한 적용들이나 치료들, 예를 들어 선분 방향과 수직한 글라이딩 치료(예를 들어, 레이저 제모, 벌크 히팅을 통한 피부 탄력화, 또는 다른 적당한 치료들)에 적합하거나 바람직할 수 있다. 일부 실시예들에서, 높은 충전율의 레이저 다이오드 바는 치료제가 비교적 넓은 면적에 걸쳐 균일하게 투여되도록 센서(예를 들어, 변위 센서 또는 동작/속도 센서)와 결합되어 이용될 수 있다.
도 24a는 도 22a의 실시예와 유사한 실시예를 도시하지만, 높은 충전율을 갖는 레이저 다이오드 바(14C)를 이용한다. 도시된 것처럼, 레이저 다이오드 바(14C)의 복수의 이미터들(80)에 의해 방출된 빔들(60)은 하나의 인접한 치료점(62) 및 대응하는 하나의 인접한 MTZ들(64)을 형성하기 위해 피부에 전달되는 동안 서로 결합된다. 도 24b는 레이저 다이오드 바(14C)에 의해 발생된 인접한 치료점(62)의 예를 도시한다. 레이저 다이오드 바(14C)는 펄스화될 수 있거나, 연속 파장(CW) 방사선을 제공할 수 있거나, 그렇지 않으면, 예를 들면 본 명세서에 포함된 계류중인 미국 특허 가출원 61/563,491에 더욱 상세히 기술된 것처럼, 특수한 피부 치료에 적합한 치료점들(62)의 원하는 크기, 형상 및 패턴을 제공하기 위해 (예를 들어, 글라이딩 모드 또는 스탬핑 모드 작동 중에) 피부를 가로지르는 장치의 운동과 결합하여 제어될 수 있다.
전술한 것처럼, 장치(10)의 일부 실시예들에서, 레이저 다이오드 바들(예를 들면, 레이저 다이오드 바들(14B/14C))은, 다음의 용어들이 여기에 정의되고 기술된 것처럼, "직접 노출" 방사선, "근접" 방사선, 또는 이 모두를 위해 구성될 수 있다. 또한, 레이저 다이오드 바들은 다른 유형들의 방사선 소스들에 대해 여기에 기술된 임의의 다양한 구성들로 배열될 수 있다. 예를 들면, 레이저 다이오드 바들은 에지 방출 레이저 다이오드들을 포함하는 실시예들에 대해 도 10 내지 16에 도시된 임의의 다양한 구성들로 배열될 수 있다.
도 25 및 26은, 장치(10)의 방사선 소스(14)가 하나의 펄스로 치료점들(62)의 배열을 생성하도록 빔들(60)의 배열을 방출하는 레이저 이미터들(80)의 배열(19)을 포함하는 레이저 다이오드 바인, 예시적인 실시예를 도시한다. 장치는 광학 또는 이동 부분들이 없는 완전히 고정된 상태의 장치로 구성될 수 있다. 레이저 다이오드 바가 각각의 펄스로 복수의 치료점들(62)을 생성하기 때문에, 장치는 더 빠른 치료율을 얻을 수 있고 단일 이미터 레이저 다이오드를 이용하는 장치와 비교하여 지점당 비용을 절감할 수 있고 및/또는 양호한 점 패턴, 예를 들면 수동으로 피부를 가로질러 이동할 때 지점들의 더욱 균일한 간격 또는 감소된 흔들림이나 얼룩을 전달할 수 있다.
VCSEL 레이저
전술한 것처럼, 일부 실시예들에서, 장치(10)는 하나 이상의 치료 빔들을 발생하기 위해 하나 이상의 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; 수직 공동 표면 발광 레이저) 레이저를 포함한다. VCSEL은 하나의 에너지 빔(예를 들면, 도 27 내지 29에 도시된 것처럼) 또는 복수의 별개의 에너지 빔들(예를 들면, 도 30 내지 34에 도시된 것처럼)을 발생하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, VCSEL은 피부에 서로 이격된 치료점들(62)의 배열(1D 또는 2D)을 생성하기 위해 별개의 레이저 빔들의 배열(1D 또는 2D)을 생성하도록, 예들 들면 부분적인 치료를 제공하도록 구성될 수 있다.
도 27은 피부에 하나의 치료점(62)을 제공하기 위해 하나의 에너지 빔을 생성하도록 구성된 VCSEL(14D)을 포함하는 장치(10)의 예시적인 실시예의 단순화된 단면도를 도시한다. VCSEL(14D)은 도 29에 도시된 것처럼 마이크로-이미터(86)의 배열(84)을 포함할 수 있고, 마이크로-이미터(86)의 배열(84)은 도 27에 도시된 화살표(28) 방향으로 예시적인 VCSEL(14D)의 이미터 표면을 보여준다. 각각의 마이크로-이미터(86)는 발산된 마이크로-빔을 방출하고, 마이크로-빔들의 배열은 도 27에 도시된 것처럼 피부에 전달하기 위해 거의 균일한 하나의 빔(60)을 형성하도록 (개별 마이크로-빔들의 발산에 의해) 결합된다. 따라서, 이러한 실시예들에서, 마이크로-이미터 배열(84)은 단일 빔 소스로 작용하여 피부에 단일 치료점(62)을 생성하는 단일 빔(60)을 생성한다.
적어도 일부 VCSEL들에서, 각각의 마이크로-이미터(86)는 원형으로 대칭인 마이크로-빔을 방출한다. 예를 들면, 각각의 마이크로-이미터(86)는 20°보다 큰 축방향 대칭 발산각(예를 들면, 통상적인 VCSEL들), 또는 10°~ 20° 사이의 발산각(예를 들면, 특정 표면 부조 및 반공진 반사광 도파관 구조들), 또는 7°~ 10° 사이의 발산각, 또는 7°미만의 발산각(예를 들면, 특정한 다공 구조들, 예를 들어 광결정 및 다익 구조들), 또는 예를 들면, CHIN. PHYS. LEFT. Vol. 28, No. 8(2011) 084209에서 Zhou Kang 등의 "850nm의 다익 다공 수직 공동 표면 발광 레이저의 원거리 발산각 감소" 및 Appl. Phys. Left. 94, 191105(2009); doi:10.1063/1.3136859에서 Anjin Liu 등의 "광결정 수직 공동 표면 발광 레이저의 감소된 발산각"에 기술된 것처럼, 6°미만의 예를 들면 5.1°~ 5.5°사이의 발산각(특정 광결정 수직 공동 표면 발광 레이저(PC-VCSEL))을 갖는 마이크로-빔을 방출할 수 있다.
마이크로-이미터 배열(84)은 임의의 적당한 형상, 크기 및 구성을 가질 수 있고, 임의의 일차원 또는 2차원적인 배열(84)을 형성하기 위해 임의의 적당한 패턴으로 배열된 임의의 적당한 수의 마이크로-이미터들(86)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 배열(84)에서 마이크로-이미터들(86)은, 예를 들면 거의 균일한 강도 프로파일을 갖는 빔(60)을 제공하기 위해 서로 일정하게 이격될 수 있거나, 예를 들면 특수한 적용이나 치료에 적합한 선택된 불균일한 강도 프로파일을 갖는 빔(60)을 제공하기 위해 서로 일정하지 않게 이격될 수 있다. 예를 들면, 배열(84)의 외측을 향하는 마이크로-이미터들(86)은, 특수한 적용들이나 치료들에 적합할 수 있는, 더 둥근(즉, 상단이 덜 평평하거나 상단이 모자 형상인) 빔 강도 프로파일을 제공하기 위해 서로 더 멀리 이격될 수 있다. 또 다른 예에서와 같이, 배열(84)의 내측을 향하는 마이크로-이미터들(86)은, 특수한 적용들이나 치료들에 적합할 수 있는, 프로파일의 중심 근처에서 깊은 강도 수준을 갖는 끝이 더 뾰족한 빔 강도 프로파일을 제공하기 위해 서로 더욱 멀리 이격될 수 있다. 마찬가지로, 이미터들은 상부가 평평하거나 가우시안(Gaussian) 빔 프로파일을 생성하기 위해 분포될 수 있다. 마이크로-이미터들(86)은 임의의 다른 원하는 빔 강도 프로파일을 제공하기 위해 임의의 적당한 방식으로 배열될 수 있다.
도 29는 단일 빔 소스 VCSEL(14D)(예를 들면, 도 27 내지 28에 대해 전술한 것처럼)과 VCSEL의 하류측의 광학 요소(78)를 포함하는 장치(10)의 예시적인 실시예의 단순화된 단면도를 도시한다. 광학 요소(78)는 임의의 유형의 렌즈(예를 들면, 오목, 볼록, 볼 렌즈, 원통 렌즈, 비구면 렌즈 등) 또는 원하는 대로 VCSEL(14D)을 통해 방출된 방사선에 영향을 미치는 다른 광학 요소일 수 있다. 예를 들면, 광학 요소(78)는, 예를 들어 결과적으로 피부에 전달된 빔(60)의 발산을 증가 또는 감소시키기 위해, 예를 들어 원하는 지점의 크기나 형상, 피부의 에너지 강도 수준을 제공하기 위해, 및/또는 증가된 눈의 안전성을 제공하기 위해 제공될 수 있다. 하류측 광학 요소(들)은 코팅, MEMs 구조 등을 통해 VCSEL(들)에 직접 제공될 수 있고, 따라서 VCSEL(들)과 일체일 수 있다. 다른 광학 요소들의 예들은 그 중에서도 마이크로렌즈 배열, 섬유(들), 또는 섬유 다발들이다.
도 30 내지 34는 예를 들면 부분적인 치료를 제공하기 위해, 피부에 복수의 이격된 치료점들(652)의 배열(1D 또는 2D)을 생성하는 복수의 개별적인 레이저 빔들의 배열(1D 또는 2D)을 생성하도록 구성된 VCSEL을 포함하는 실시예들을 도시한다. 도 30은, 마이크로-이미터들(86)이, 다수의 마이크로-이미터들(86)을 각각 포함하는 별개의 마이크로-이미터 영역들(88)의 배열(이 예에서는, 3×3 이차원 배열)에 배열된, 예시적인 VCSEL(14D)의 이미터 표면을 도시한다. 각각의 마이크로-이미터 영역(88)은 단일 빔 소스로서 작용하여 피부에 전달하기 위한 하나의 별개의 빔(60)을 제공한다. 특히, 각각의 특정 영역(88)에서 마이크로-이미터들(86)에 의해 방출된 마이크로-빔들은 하나의 별개의 빔(60)을 형성하기 위해 (개별적인 마이크로-빔들의 발산에 의해) 결합된다. 따라서, 별개의 이격된 마이크로-이미터 영역들(88)의 3×3 배열은 별개의 이격된 빔들(60)의 3×3 배열을 생성하는 별개의 빔 소스들의 3×3 배열을 형성하고, 별개의 이격된 빔들(60)의 3×3 배열은 예를 들면 부분적인 치료를 제공하기 위해 별개의 이격된 치료점들(62)의 3×3 배열을 피부에 제공한다.
마이크로-이미터 영역들(88)은 VCSEL 칩의 비활성 영역들 각각으로부터 분리될 수 있고, 이 영역들은 공지된 포토리소그래피(photolithographic) 기술들에 의해 형성될 수 있다. 각각의 마이크로-이미터 영역(88)은 임의의 형상 및 크기를 가질 수 있고, 마이크로-이미터들(86)의 임의의 적당한 일차원 또는 이차원적 배열을 형성하기 위해 임의의 적당한 패턴으로 배열된 임의의 수의 마이크로-이미터들(86)을 포함할 수 있다. 예를 들면, VCSEL이 펄스화된 방사선용으로 구성된 일부 실시예들에서, 각각의 영역(88)은 펄스화된 방사선이 방출되는 동안 피부를 가로지르는 장치(10)의 예상 이동률을 고려하여 원하는 치료점의 크기 및/또는 형상을 제공하도록 가공될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 거의 대칭 형상(예를 들면, 거의 원형 또는 사각형)을 갖는 치료점들(62)을 제공하기 위해, 각각의 영역(88)은 장치(10)의 예상 글라이딩 방향과 수직인 방향으로 연장될 수 있고, 상기 연장의 종횡비는 장치(10)의 예상 글라이드 속도 또는 글라이드 속도 범위에 기초하여 선택된다. 이 영역들은 특정 영역들을 마스킹(masking), 예를 들어 불투명 재료로 중첩시켜, 또는 광학 요소들, 예를 들어 마이크로렌즈 배열을 이용하여, 또는 임의의 다른 적당한 수단을 통해 생성될 수도 있다. 균일한 VCSEL들처럼, 광학 요소들은 VCSEL과 일체로 될 수 있고, 코팅, 예를 들어 유리 섬유(spun-on-glass), 또는 MEMs, 또는 다른 수단으로 만들어질 수 있다.
또한, 단일 빔 소스 VCSEL에 대해 전술한 것처럼, 배열(84)의 마이크로-이미터들(86)은 예를 들면 거의 균일한 강도 프로파일을 갖는 빔(60)을 제공하기 위해 서로 일정하게 이격될 수 있고, 또는 예를 들면 특수한 적용이나 치료에 적합한 선택된 불균일한 강도 프로파일을 갖는 빔(60)을 제공하기 위해 서로 일정하지 않게 이격될 수 있다.
또한, VCSEL(14D)은 영역들(88)의 임의의 적당한 일차원 또는 이차원적 배열을 형성하기 위해 임의의 적당한 패턴으로 배열된 임의의 적당한 수의 마이크로-이미터 영역들(88)을 포함할 수 있다. 영역들(88)은 예를 들면 거의 균일한 빔들(60)의 배열을 제공하기 위해 서로 일정하게 이격될 수 있고, 또는 예를 들면 특수한 적용이나 치료에 적합한 불균일한 빔들(60)의 배열을 제공하기 위해 서로 일정하지 않게 이격될 수 있다.
도 31은 도 30의 예시적인 복수의 빔 소스 VCSEL(14D)을 포함하는 장치(10)의 예시적인 실시예의 단순화된 단면도를 도시한다. 특히, 도면은 마이크로-이미터 영역들(88)의 3×3 배열의 하나의 열을 도시하고, 이 열은 피부에 전달하기 위한 별개의 이격된 빔들(60)을 생성한다.
도 32는 예를 들면 도 31에 도시된 것처럼 장치(10)에 배열된 것과 마찬가지로, 도 30에 도시된 예시적인 VCSEL(14D)에 의해 생성된 치료점들(62)의 예시적인 배열을 도시한다. 도 33은 마이크로-이미터 영역들(88)(이 예에서는 4개)의 일차원적인 배열을 갖는 또 다른 예시적인 VCSEL에 의해 생성된 치료점들(62)의 예시적인 일차원적인 배열을 도시한다. 전술한 것처럼, VCSEL(14D)은 원하는 대로 마이크로-이미터 영역들(88)을 설계하여 치료점들(62)의 임의의 다른 적당한 일차원 또는 이차원적인 배열을 제공하도록 구성될 수 있다.
도 34는, 다양한 마이크로-이미터 영역들(88)에 의해 발생된 각각의 빔(60)에 영향을 미치기 위해 마이크로-렌즈 배열(79)을 구비한, 복수 빔 소스 VCSEL(14D)(예를 들면, 도 30에 도시된 VCSEL)를 포함하는 장치(10)의 예시적인 실시예의 단순화된 단면도이다. 마이크로-렌즈 배열(79)은 특수한 VCSEL(14D)의 마이크로-이미터 영역들(88)의 배열과 대응하는 광학 요소들의 배열을 포함할 수 있고, 배열의 각각의 광학 요소는 VCSEL(14D)의 하나의 영역(88)과 대응한다(따라서 하나의 빔(60)과 대응한다). 마이크로-렌즈 배열(79)의 광학 요소들은 별개의 요소들일 수 있거나, 또는 예를 들면 도 34에 도시된 것처럼 인접한 구조로 형성될 수 있다. 배열(79)의 각각의 광학 요소는 임의의 유형의 렌즈(예를 들면, 오목, 볼록, 볼 렌즈, 원통 렌즈, 비구면 렌즈 등), 또는 원하는 대로 대응하는 빔(60)에 영향을 미치는 다른 광학 요소일 수 있다. 예를 들면, 배열(79)의 각각의 광학 요소는 결과적으로 피부에 전달된 빔(60)의 발산을 증가 또는 감소시키기 위해, 예를 들어 원하는 지점의 크기나 형상, 피부의 에너지 강도 수준을 제공하기 위해, 및/또는 증가된 눈의 안전성을 제공하기 위해 제공될 수 있다.
일부 실시예들에서, 복수 빔 소스 VCSEL의 각각의 마이크로-이미터 영역들(88)은 예를 들면 각각의 마이크로-이미터 영역(88)에 가해진 전류를 독립적으로 제어하여 독립적으로 치료되거나 제어될 수 있다. 예를 들면, 영역들(88)은 독립적으로 전환 또는 펄스화되거나, 서로 다른 출력 수준들로 활성화될 수 있다. 펄스화된 실시예들에서, 각 영역(88)에 대한 다양한 펄싱(pulsing) 파라미터들, 예를 들면 펄스 온(on) 시간, 펄스 오프(off) 시간, 펄스 주파수, 펄스 지속 시간, 펄스 프로파일, 강도, 출력 수준 등은 다른 영역들(88)과 독립적으로 제어될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 복수의 영역들(88)은 펄스화된 빔들(60)을 전달하기 위해, 임의의 공간적인 또는 순차적인 순서, 예를 들어 정의된 알고리즘에 따라, 반-무작위로, 또는 무작위로 (그리고 대응하는 치료점들(62)을 생성하기 위해) 제어될 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치(10)는 전술한 것처럼, 하나 또는 복수의 빔들(60)을 제공하기 위해 단일 VCSEL을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 장치(10)는 하나 또는 복수의 빔들(60)을 각각 제공하는 복수의 VCSEL들을 포함할 수 있다. 복수의 VCSEL들은 임의의 적당한 방식으로, 예를 들면 임의의 적당한 일차원 또는 이차원적인 배열로 장치(10)에 배열될 수 있다.
장치(10)의 일부 실시예들에서, VCSEL(들)은 다음의 용어들이 여기에 정의되고 기술된 것처럼, "직접 노출" 방사선, 근접" 방사선, 또는 이 모두를 위해 구성될 수 있다. 또한, VCSEL(들)은 다른 유형들의 방사선 소스들에 대해 여기에 기술된 임의의 다양한 구성들로 배열될 수 있다. 예를 들면, VCSEL(들)은 에지 방출 레이저 다이오드들을 포함하거나 예를 들어 변위, 속도, 또는 접촉, 또는 예를 들어 Class 1M 또는 better per IEC 60825, 및 여기에 개시된 다른 특징들과 같은 눈의 안전성을 위해 구성된 센서들로 구성된 실시예들에 대해 도 10 내지 16에 도시된 임의의 다양한 구성들로 배열될 수 있다. 방사선 소스(들)로서 VCSEL(들)을 이용하는 일부 실시예들은, 예를 들면, 특수한 VCSEL(들)의 빔 발산, 마이크로-이미터들(86) 및 이미터 영역들(88)의 구성, 및/또는 장치(10)의 하나 이상의 작동 파라미터들, 예를 들어 펄스 파라미터들, 출력 영향 등에 따라, 디퓨저 또는 다른 요소(들) 또는 눈의 안전성 측면을 증가시키기 위한 구성을 포함할 수 있다.
에지 방출 레이저 다이오드들(14A) 및 레이저 다이오드 바들(14B/14C)과 마찬가지로, VCSEL들(14D)은 펄스화된 방사선, 연속 파장(CW) 방사선 등을 전달하기 위해 제어될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 VCSEL들을 포함하는 장치(10)의 실시예들은, 장치(10)가 예를 들어 글라이드 모드 또는 스탬핑 모드 작동으로 피부를 가로질러 이동할 때, 일련의 빔들(30)을 피부 위에서 수동으로 스캔하여, 예를 들면 VCSEL(들) 또는 VCSEL(들)의 개별적인 마이크로-이미터 영역들(88)을 펄싱(pulsing)하여, 치료점들(62)의 일차원 또는 이차원적인 배열을 생성할 수 있다. 장치(10)는 원하는 치료 면적을 커버하기 위해 임의의 적당한 횟수로 그리고 임의의 적당한 방향(들)으로 피부를 가로질러 글라이딩할 수 있다.
눈 안전
장치(10)의 일부 실시예들은 실질적으로 발산 에너지 빔(60)을 전달하고(예를 들면, 하류에 광학물품이 없는 에지 방출 레이저 다이오드를 사용하여), 및/또는 하나 이상의 센서들(26)을 포함하는 눈 안전 제어시스템을 사용하고, 및/또는 임의의 기타 적합한 방식으로, 눈 안전 방사선을 제공한다. 예를 들면, 일부 레이저-계 실시예들 또는 설정들(특정 직접 노출 실시예들 및 특정 직접 노출 실시예들을 포함하는)에서, 장치(10)는 여기서는 편의상 "레벨 1 눈 안전"으로 지칭되는, IEC 60825-1에 따른 등급 1M 또는 그 이상(등급 1과 같은)의 눈 안전 분류를 만족시킨다. 다른 레이저-계 실시예들 또는 설정들(특정 직접 노출 실시예들 및 특정 직접 노출 실시예들을 포함하는)에서, 장치는 편의상 "레벨 2 눈 안전"으로 지칭되는, 다음 분류 임계치와의 차의 25% 미만만큼, IEC 60825-1에 따른 등급 1M의 눈 안전 분류의 범위 밖에 있다. 또 다른 레이저-계 실시예들 또는 설정들(특정 직접 노출 실시예들 및 특정 직접 노출 실시예들을 포함하는)에서, 장치는 편의상 "레벨 3 눈 안전"으로 지칭되는, 다음 분류 임계치와의 차의 50% 미만만큼, IEC 60825-1에 따른 등급 1M의 눈 안전 분류의 범위 밖에 있다. 일부 램프-계 실시예들에서, 장치는 IEC 62471에 따른 "면제(Exempt)" 또는 "저위험(Low Risk)"의 눈 안전 분류를 만족시킨다. 예를 들면, 1400-1500 nm 또는 1800-2600 nm 파장 방사선에 대하여, IEC 60825-1에서 특정된, 노출 방출 한계(AEL)는 아래에 설명된다. 다른 실시예들 또는 설정들에서, 장치(10)는 IEC 60825-1에 따른, 등급 1M 후의 다음으로 가장 높은 눈 안전 분류, 즉 편리상 여기서 "레벨 4 눈 안전"으로 지칭되는 등급 3B를 만족시킨다.
직접 노출(및/또는 매우 근접 노출) 용으로 구성된 장치(10)의 일부 레이저-계 실시예들은 위에서 정의한 바와 같은 레벨 3 눈 안전을 제공하고, 일부 레이저-계 직접 노출 실시예들은 위에서 설명한 바와 같은 레벨 2 눈 안전을 제공하며, 그리고 일부 레이저-계 직접 노출 실시예들은 위에서 설명한 바와 같은 레벨 1 눈 안전을 제공한다. 간접 노출(및/또는 매우 근접 노출) 용으로 구성된 장치(10)의 일부 레이저-계 실시예들은 위에서 정의한 바와 같은 레벨 3 눈 안전을 제공하고, 일부 레이저-계 직접 노출 실시예들은 위에서 설명한 바와 같은 레벨 2 눈 안전을 제공하며, 그리고 일부 레이저-계 직접 노출 실시예들은 위에서 설명한 바와 같은 레벨 1 눈 안전을 제공한다.
눈 안전의 이러한 레벨은 예를 들면 다음 중 하나 이상을 포함하는 인자들의 결합에 기초하여 제공될 수 있다: (a) 빔의 발산, (b) 펄스 지속시간, (c) 방출 전력, (d) 펄스당 총 에너지, (e) 방출된 빔의 파장, 및/또는 (f)레이저 빔 소스의 배치. 따라서, 일부 실시예들(특정 직접 노출, 매우 근접 실시예들; 특정 직접 노출, 원격 근접 실시예들; 특정 간접 노출, 매우 근접 실시예들; 및 특정 간접 노출, 원격 근접 실시예들)에서, 이러한 인자들 중의 하나, 일부 또는 모두가 위에서 설명한 바와 같이, 레벨 1, 레벨 2, 또는 레벨 3 눈 안전을 제공하도록 선택되거나 또는 조정될 수 있다.
여기서 설명된 특정 빔 소스들은 적어도 하나의 축에 발산성(및 일부의 경우에, 높은 발산성) 방사선을 생성하며, 축은 이러한 빔 소스들을 이용하는 실시예들의 눈 안전 양상을 증대시킬 수 있다. 예를 들면, 전형적인 에지 방출 레이저 다이오드는 고속 축 및 저속 축 둘 모두에서 발산하며, 이들 축은 다른 선택된 매개변수들에 따라서 레벨 1, 레벨 2, 또는 레벨 3 눈 안전을 제공할 수 있다. 관련 문제들의 분석은 아래에 설명된다.
크게 발산하는 강렬한 광선 소스가 IEC 60825-1의 등급 1M의 모든 스펙을 만족시킬 경우 눈은 안전할 수 있다. 등급 1M 분류에서, 소스와 눈 사이에 개재 광학물품이 의도적으로 배치되는 경우, 광선은 일반적으로 오직 잠재적으로만 해롭다. 부분 레이저 치료에 사용되는 전형적인 1400 mm보다 큰 특정 파장들에 있어서, 광선 소스는 또한 눈 전방(anterior) 챔버에서의 물 흡수에 의해 크게 약화된다. 그래서, 이 파장 범위에서 망막 위험이 실질적으로 거의 또는 전혀 없다. 방출 한계는 잠재적인 각막 손상에 의해 결정된다. 등급 1M 소스에 대한 1400 내지 1500nm 및 1800 내지 2600 nm의 파장 범위의 접근가능한 방출 한계(AEL)는 IEC 60825-1:2007의 표 4의 단순식에 의해 표현된다:
AEL = 4.4t0 .25mJ 식 1
AEL 에너지는 직경 7 mm의 원형 구경을 갖는 소스로부터의 70 mm에서 측정된다(IEC 60825-1:2007의 표 11에 설명되고, 발산 빔에 적용될 수 있는 조건 2 기구 설정). 이 식에서, t(초 단위)는 1 ms 내지 350 ms의 범위의 소스 펄스 지속시간이다. 전형적인 단일 빔 레이저 다이오드 소스에 대해, 이 펄스 지속시간은 1 내지 10 ms의 범위 내에 있을 수 있다. 따라서, 대응하는 AEL은 0.8 내지 1.4 mJ이다.
실제 소스 AE(접근 가능한 에너지)는 주어진 빔 발산 특성치에 대해 추정될 수 있다. 그것은 또한 적절한 구경 스톱(7-mm 폭) 및 측정 거리(소스로부터 70-mm)로 실험적으로 측정될 수 있다. 치료 구경으로부터 거리 70-mm에서의 AE는 다음에 의해 주어진다(이것은 회절 한계 레이저(diffraction limited laser)로부터의 가우스 빔에 대하여 근사적으로 보정된다):
AE = 2.5x10-3Q/[tan(ΦF/2)tan(ΦS/2)]mJ 식 2
여기서 Q (mJ 단위)는 치료 평면에서의 소스 에너지이고, ΦF 및 ΦS는 고속 축 및 저속 축 각각에서의 빔 발산이다. 등급 1M 눈 안전 등급을 얻기 위해서는, AE는 대응하는 펄스 지속시간 동안에 AEL 보다 더 낮아야 한다.
아래 표 6은, 장치(10)의 특정 실시예들에 대하여 레벨 1 눈 안전(기준 IEC 60825-1에 따른 등급 1M 또는 그 이상)을 제공하기 위한 수 개의 예시적 구성들 및 장치 설정들을 제공한다.
매개변수 예시적 실시예 1 구체적인 예시적 실시예 1 예시적 실시예 2 구체적인 예시적 실시예 2
형태 직접 노출(광학물품 없음) 직접 노출(광학물품 없음) 간접 노출(광학물품 있음) 간접 노출(광학 물품 있음)
방사선 소스 단일 빔 에지 방출 레이저 다이오드 단일 빔 에지 방출 레이저 다이오드 단일 빔 에지 방출 레이저 다이오드 w/광학물품 조준 단일 빔 에지 방출 레이저 다이오드 w/광학물품 조준
파장 1400 - 1500nm 또는 1800 - 2600nm 1400 - 1500nm 또는 1800 - 2600nm 1400 - 1500nm 또는 1800 - 2600nm 1400 - 1500nm 또는 1800 - 2600nm
피부 표면에서의 밤 발산(고속 축, 저속 축)
펄스 지속시간(ms) 1 - 8 약 3 1 - 15 약 5
전력(W) 2 - 6 약 4 1 - 4 약 1
펄스당 총에너지(mJ) 5 - 15 약 12 5 - 15 약 5
AEL(mJ) 0.8 - 1.3 약 1.0 0.8 - 1.5 약 1.2
AE(mJ) 0.3 - 2.3 약 0.8 1.1 - 41 약 1.1
눈 보호 분류 등급 1M for
AE < AEL		 등급 1M 등급 1M for
AE < AEL		 등급 1M
특정 실시예들 또는 장치 설정들은 위에서 설명한 매개변수들의 적절한 선택에 기초하여 레벨 1, 레벨 2, 또는 레벨 3 눈 안전을 제공할 수 있기 때문에, 일부 이러한 실시예들에서 눈 안전 센서 또는 시스템이 생략될 수 있다. 그러나, 일부 이러한 실시예들은 레벨 1 눈 안전을 제공하는 실시예들 조차도, 특정 규제 기준들을 만족시키기 위하여 또는 다른 이유들 때문에, 리던던시를 제공하기 위한 눈 안전 센서 또는 시스템을 포함할 수 있다.
적어도 일부 실시예들에서, 오직 피부에 접촉할 때만 광선 소스의 펄싱을 가능하게 하는 접촉 센서를 결합시킴으로써 부가적인 눈 안전이 제공된다. 그래서, 이러한 실시예들에서, 각막 눈 손상의 가능성은 장치가 눈 표면에 완전히 눌러지지 않으면, 감소되거나 또는 실질적으로 없애질 수 있다.
일부 실시예들은 광학 디퓨저 또는 방사선-디퓨징 요소들 또는 구성(예를 들면, 미국특허 제7,250,045호, 미국특허 제7,452,356호, 또는 미국특허출원공보에 설명된 바와 같이, 여기에 참조로 결합되는 3건 모두), 또는 증가된 눈 안전을 제공하기 위한 다른 요소들 및 구성들(예를 들면, 선택된 펄스 지속시간, 파장, 펄스 반속 주파수, 빔 프로파일 특성들, 및 빔 전달 특성들)을 포함할 수 있다.
다른 실시예들은, 예를 들어 위에서 설명한 바와 같이, 빔 소스의 적합한 동작 매개변수들과 결합된 빔 소스(예, 특정 레이저 다이오드)의 내재 또는 선택된 발산으로 인해, 이러한 요소들 없이, 그리고 직접 노출 구성(및/또는 매우 근접 구성)에 특정 눈 안전 레벨(예를 들면, 위에서 정의한 바와 같이 레벨 1, 레벨 2, 또는 레벨 3)을 제공할 수 있다.
변위-계 제어
도 1에 대하여 위에서 설명한 바와 같이, 장치(10)는 장치(10)의 다양한 제어가능 동작 매개변수들(예, 방사선 엔진(12), 팬(34), 디스플레이(32) 등의 동작 양상들)을 제어하도록 구성된 제어시스템(18)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어시스템(18)은, 장치(10)가 피부의 표면을 가로질러 이동될 때(예, 장치(10)를 글라이딩 모드 또는 스탬핑 모드로 동작시키는 동안에) 피부에 대한 장치(10)의 변위를 결정하고, 결정된 변위에 기초하여 장치(10)의 하나 이상의 제어가능 동작 매개변수들을 제어하도록, 구성된 변위 모니터링 및 제어시스템(132)(요컨대, "변위-계 제어시스템(132)")을 포함할 수 있다. 예를 들면, 변위-계 제어시스템(132)은 예를 들면, 방사선 소스(들)(14)의 방사선 모드를 제어하고, 방사선 소스(들)(14)의 온/오프 상태를 제어하고, 이러한 온/오프 상태의 타이밍(예, 펄스-온 타임, 펄스-오프 타임, 펄스 듀티 사이클, 펄스 주파수, 등)을 제어하고, 방사선의 매개변수들(예, 파장, 세기, 전력, 플루언스, 등)을 제어하고, 광학물품(16)의 매개변수들을 제어하고, 및/또는 장치(10)의 임의의 기타 제어가능 동작 매개변수들을 제어하는 등의 하나 이상의 동작 양상의 방사선 소스(들)(14)을 제어할 수 있다.
일부 실시예들에서, 변위-계 제어시스템(132)은 또한 장치(10)의 모니터링된 변위 및/또는 시스템(132)에 의한 하나 이상의 제어가능 동작 매개변수들의 자동 제어에 기초하여, 디스플레이(32) 및/또는 하나 이상의 사용자 인터페이스들(28)을 통하여 사용자에게 피드백을 제공할 수 있다. 예를 들면, 시스템(132)은 시스템(132)에 의해 검출된 데이터 또는 취해진 동작을 표시하는 청각 및/또는 시각 피드백을 사용자에게 제공할 수 있으며, 피드백은 예를 들면 장치(10)의 변위가 예정 임계 거리를 초과하는지를 표시하는 피드백, 치료 방사선 소스(14)가 턴온 또는 턴오프되었는지를 표시하는 피드백, 시스템(132)이 치료 방사선 소스(14)의 방사선 모드 또는 다른 매개변수를 자동적으로 변경하였는지를 표시하는 피드백 등이다.
변위-계 제어시스템(132)은, 제어 전자장치(30), 임의의 하나 이상의 센서들(46), 사용자 인터페이스들(28) 및 디스플레이들(32)뿐만 아니라, 도 2에 대하여 위에서 설명된 제어 하위시스템들(52)(예, 방사선 소스 제어시스템(130), 및 사용자 인터페이스 센서 제어 하위시스템(140) 및 사용자 입력/피드백 제어 하위시스템(142)을 포함하는 사용자 인터페이스 제어시스템(134)) 중 임의의 하나 이상의 것을 포함하고, 이용하고, 또는 그 외에 협동하고 또는 통신할 수 있다.
도 35는 특정 실시예들에 따른 변위-계 제어시스템(132)의 블록선도를 도시한다. 변위-계 제어시스템(132)은 여기서 설명된 장치(10)의 임의의 실시예들에 제공될 수 있다. 도시된 바와 같이, 변위-계 제어시스템(132)은 변위 센서(100), 제어 전자장치(30), 및 치료 방사선 소스(14), 및/또는 디스플레이(32)를 포함할 수있다. 일반적으로, 변위 센서(100)는 피부(40)에 대한 장치(10)의 변위에 관한 데이터를 수집하고 이 데이터를 제어 전자장치(30)로 보내며, 이 전자장치는 그 데이터를 분석하고 치료 방사선 소스(14) 및 디스플레이(32) 중 하나 이상의 것을 통하여 피드백을 제어 또는 제공한다. 일부 실시예들에서, 제어 전자장치(30)는 또한, 센서(100)로부터 수신한 데이터와 결합하여, 하나 이상의 사용자 인터페이스들(28)을 통해 수신한 특정 사용자 입력을 분석할 수 있다. 예를 들면, 제어 전자장치(30)(예, 관련 알고리즘(154)에 의해 정의된)에 의해 제공된 적절한 제어 또는 피드백은 사용자에 의해 선택된 현재 동작 모드 및/또는 기타 설정들에 종속될 수 있다. 예를 들면, 제어 전자장치(30)에 의한 특정 응답들을 트리거하기 위한 최소 임계 변위는 사용자에 의해 선택된 현재 동작 모드에 의존할 수 있다.
제어 전자장치(30)는 메모리(152)에 저장되고, 변위-계 제어시스템(132)의 다양한 기능들을 수행하기 위한 하나 이상의 프로세서들(150)(예, 도 1에 대하여 위에서 설명한 바와 같이)에 의해 실행될 수 있는 임의의 적절한 논리 명령 또는 알고리즘(154)을 포함할 수 있다. 변위 센서(100)는 피부(40)에 대한 장치(10)의 변위를 검출, 측정 및/또는 계산하도록 또는 신호들을 생성하고 장치(10)의 변위를 결정하기 위한 제어 전자장치(30)로 보내도록, 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서 예를 들면 도 40-43에 대하여 아래에 설명한 바와 같이, 변위 센서(100)는 피부의 내재(intrinsic) 피부 특징들을 식별하고 계수하도록 그리고 식별된 내재 피부 특징들의 수에 기초하여 피부를 가로지르는 장치(10)의 변위를 결정하도록 구성된 단일 화소 센서일 수 있다. 여기서 사용된 바와 같이, "내재 피부 특징들"은 (a) 피부의 표면 특징들, 예를 들면 조직 인성, 모낭 및 주름 및 (b) 서브-표면 특징들, 예를 들면, 혈관 분포 상태(vascularity) 및 색소 특징들을 둘 모두 포함한다.
다른 실시예들에서, 예를 들면 도 45에 대하여 아래에 설명한 바와 같이, 변위 센서(100)는 화소들의 2차원 어레이를 이용하는 마우스-형 광학센서와 같은 다중-화소 센서일 수 있다.
특정 실시예에 따라, 변위 센서(100)(또는 다중 변위 센서들(100)의 결합)는 (i) 하나 이상의 방향에서 장치(10)의 변위들을 검출, 측정 및/또는 계산하는데, 또는 (ii) 하나 이상의 회전 방향에서 장치(10)에 의해 이동된 회전의 정도를 검출, 측정 및/또는 계산하는데, 또는 (iii) 그것들의 결합에 사용될 수 있다.
변위-계 제어시스템(132), 및 특히 제어 전자장치(30)는 다양한 목표들 중 임의의 것을 달성하기 위하여 장치(10)의 하나 이상의 제어가능 동작 매개변수들(예, 치료 방사선 소스(14), 팬들(34) 디스플레이들(32) 등의 동작 양상들)을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어 전자장치(30)는, (a) 피부의 동일 구역의 과도한 치료를 없애기 위하여, (b) 인접한 또는 순차적인 치료점들(62) 또는 점들(62)의 어레이들 사이에 원하는 간격을 제공하기 위하여 (c) 치료점들(62)의 상당히 균일한 패턴 또는 기타 원하는 패턴을 생성하기 위하여, (d) 인체 피부과 같은 특정 조직에 방사선의 전달을 억제하기 위하여(즉, 눈 또는 다른 비-피부 표면들에 방사선을 전달하는 것을 없애기 위하여), (e) 및/또는 임의의 다른 적절한 목표들을 위하여 및 (f) 상기의 결합을 위하여, 치료 방사선 소스(14)를 제어할 수 있다.
일부 실시예들에서, 변위-계 제어시스템(132)이 장치(10)의 글라이딩 모드와 스탬핑 모드 둘 모두에 사용될 수 있다.
도 36은 특정 실시예들에 따른, 장치(10)가 글라이딩 모드 또는 스탬핑 모드에 사용되는 동안에, 변위-계 제어시스템(132)을 사용하여 장치(10)를 제어하기 위한 예시적 방법(400)의 플로우 챠트를 도시한다. 단계(402)에서, 장치(10)는 치료 구역(40)에 하나 이상의 치료점들(62)을 생성하기 위하여, 장치(10)의 빔 소스(들)을 펄스한다. 장치(10)가 글라이딩 모드로 사용된다면, 사용자는 빔 소스(들)의 제1 펄스 동안에 피부를 가로질러 장치(10)를 글라이딩시킬 수 있다. 장치(10)가 스탬핑 모드로 사용된다면, 치료점들의 빔 소스(들)의 제1 펄스 동안에 사용자는 장치(10)를 피부에 부동상태로 유지할 수 있다.
단계(404)에서, 변위-계 제어시스템(132)은 변위센서(100)를 사용하여 피부의 표면을 가로질러 장치(10)의 변위를 모니터링 및 분석하는 제1 모니터링 공정을 수행한다. 예를 들면, 아래에 설명된 바와 같이, 장치(10)가 피부를 가로질러 이동될 때(예, 빔 소스(들)의 제1 펄스 동안 및/또는 그 후에 글라이딩 모드에서; 또는 빔 소스(들)의 제1 펄스 후에 스탬핑 모드에서), 변위-계 제어시스템(132)은 피부의 내재 피부 특징들(70)을 식별 및 계수하기 위하여 신호(360)를 분석하고(예, 단일-화소 변위센서(100)(예, 아래에 설명된 센서들(100A, 100B, 또는 100C))를 이용하는 실시예들에서), 또는 각각 다른 횟수에서 주사된 이미지들을 비교할 수 있다(멀티-화소 변위 센서(100)(예, 아래에서 설명된 센서(100D)를 이용하는 실시예들에서). 시스템(132)은 빔 소스(들)의 제1 펄스의 시작 또는 마지막에 또는 임의의 다른 미리 정해진 이벤트 시에 또는 임의의 예정 시간에, 제1 모니터링 공정을 시작할 수 있다.
단계(406)에서, 변위-계 제어시스템(132)은 단계(404)에서 결정된 장치(10)의 변위에 기초하여 빔 소스(들)의 펄싱을 제어한다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 변위-계 제어시스템(132)은 장치(10)가 피부를 가로질러 특정 예정 최소 거리(예, 3mm)를 이동하였다는 것을 결정한 때에 빔 소스(들)의 제2 펄스를 개시할 수 있다. 그래서, 이러한 실시예들에서, 글라이딩 방향에서 연속 치료점들(62) 사이의 실질적으로 균일한 간격(예, 3mm)은 수동 글라이드 속도와 무관하게 달성될 수 있다. 그래서, 펄스 주파수는 수동 글라이딩 속도의 함수로서 역동적으로 변화할 수 있다.
다른 실시예들에서, 장치(10)(또는 사용자)는 글라이드 방향에서 연속 치료점들(62) 사이에 미리 정해진 최소 간격(약, 1mm)을 제공하기 위한 미리 정해진 최소 장치 변위 뿐만 아니라 규정 펄스 주파수(예, 15Hz)도 설정한다. 변위-계 제어 시스템(132)은 규정 펄스 주파수에 따른 다음 펄스의 제공이 최소 점 간격(예, 1mm)을 침범하는지를 결정하기 위해 단계(404)에서 결정된 장치(10)의 모니터링된 변위와 규정 펄스 주파수를 분석한다. 만일 그렇지 않다면, 변위-계 제어시스템(132)은 장치(10)가 규정 펄스 주파수에서 펄싱을 계속하도록 허용한다. 그러나, 만일 그렇다면(즉, 규정 펄스 주파수에 따른 다음 펄스의 제공이 최소 점 간격을 침범한다면), 변위-계 제어시스템(132)은 적어도 변위-계 제어시스템(132)이 최소 장치 변위가 달성되었다고 결정할 때까지 다음 펄스를 지연시키도록 방사선 소스(14)를 제어할 수 있으며(그래서, 연속 치료점들(62) 사이의 미리 정해진 최소 간격을 보장하는), 또는 변위-계 제어시스템(132)은 과잉 치료를 방지하기 위해 방사선 소스(14)를 다르게 제어할 수 있다(예, 빔 세기를 감소시키고, 방사선 소스(14)를 턴-오프하며, 사용자에게 피드백을 제공하는 등).
단일 화소 변위 센서
도 37은 특정 실시예들에 따른 변위-계 제어시스템(132)에 사용하기 위한 예시적인 단일-화소 변위센서(100A)를 도시한다. 변위센서(100A)는 광선 소스(310A), 광선 검출기(312A), 입력부분 및 출력부분(314 및 316)을 갖는 광 가이드(313), 반쪽 볼 렌즈(318), 볼 렌즈(320), 적어도 렌즈들(318 및 320)(및/또는 센서(100A)의 다른 부품들)을 수용하기 위한 하우징(322), 및 마이크로컨트롤러(330)를 포함한다.
광선 소스(310A)는 발광 다이오드(LED) 또는 임의의 기타 적합한 광선 소스일 수 있다. 광선 소스(310A)는 표면의 미세한 상세항목들 또는 인체 피부의 체적을 검출하기 위하여 선택될 수 있다. 그래서, 반사되기 전에 피부로 상당히 얇은 깊이를 침투하는 파장이 선택될 수 있다. 예를 들면, 광선 소스(310A)는 약 560nm의 파장을 갖는 청색 LED, 또는 약 660nm의 파장을 갖는 적색 LED, 또는 약 940nm의 파장을 갖는 적외선 LED일 수 있다. 적색 파장 LED 또는 적외선 파장 LED는 비교적 염가이고 실제로 잘 작동한다. 대안적으로 반도체 레이저 또는 기타 광선 소스가 사용될 수 있다.
광선 검출기(312A)는 광 다이오드, 광 트랜지스터 또는 기타 광선 검출기일 수 있다. 일부 실시예들에서, 추가 증폭이 필요하지 않고 직접 사용가능 신호를 제공하기 위하여 충분한 전류 게인(gain)을 갖는다.
광 가이드(313)는 광선 소스(310A)(입력 부분(314)을 통하여)로부터의 광선을 안내하고 피부로부터 반사된 광선을 검출기(312A)(출력 부분(316)을 통하여)로 안내하도록 구성된다. 입력 부분(314) 및 출력 부분(316)은 광섬유들 또는 임의의 기타 적합한 광 가이드들을 포함할 수 있다. 광선 소스(310A)와 검출기(312A)가 피부 표면에 직접적으로 광선을 영상화하거나 또는 전달하기에 충분히 가깝거나, 또는 대안적으로 적합한 광학물품을 사용하여 피부 표면에 직접적으로 광선 소스(310A) 및 검출기(312A)를 영상화하거나 전달하기에 충분히 가까운 일부 실시예들의 경우에는 광 가이드(313)는 생략될 수 있다.
마이크로컨트롤러(330)는 광선 소스(310A)를 구동하고 광선 검출기(312A)로부터 신호들을 받아서 분석하도록 구성될 수 있다. 마이크로컨트롤러(330)는 광선 검출기(312A)로부터의 아날로그 신호들을 변환 및 처리하기 위한 아날로그-디지털 변환기(ADC)(332)를 포함할 수 있다.
이 실시예의 동작에서, 광선 소스(310A)로부터의 광선(예, 가시광선 또는 근적외선 에너지)은 입력 광 가이드(314)로 이동하고 반쪽 렌즈(318)를 거쳐서 볼 렌즈(320)로 이동하며, 이 렌즈는 광선을 피부 표면(32)에 집속한다. 이 광선의 일부는 피부에 의해 반사 및/또는 원래 상태로 되돌려지고 볼 렌즈(320), 반쪽 볼 렌즈(318), 및 출력 광 가이드(316)를 거쳐서 광선 검출기(312A) 쪽으로 되돌려지며, 이 광선 검출기는 이 광선을 전기 신호로 변환시키고, 그리고 나서 이 신호는 마이크로컨트롤러(330)로 전달된다. 광선은 국부 광선 소스로부터 일정한 배경 주변 조명 레벨의 판별이 가능하도록 조절될 수 있다.
아래에 설명된 바와 같이, 검출기(312A)는 아날로그 신호를 마이크로컨트롤러(330)에 전달할 수 있으며, 마이크로컨트롤러는 이 신호를 디지털 신호로 변환하고(일체식 ADC(332) 또는 적합한 대체물을 사용하여), 피부의 특징들을 식별 및 계수하고 장치(10)의 상대 변위를 결정하기 위하여 시간에 따른 기록된 신호의 진폭에 대한 계산들을 수행할 수 있다.
검출기(312A)로 회귀되는 광선의 양은 센서 광학물품과 피부 표면(32)사이의 거리 "z"의 강한 함수이다. 어떠한 표면도 존재하지 않은 상태에서 아주 작은 신호만이 발생되며 이는 광학표면들로부터 부수적으로 산란된 광선에 의해 생긴다. 변위센서에 더하여, 이 특징이 또 하나의 실시예에서 접촉 센서를 제공하도록 이용될 수 있다. 피부 표면(32)이 렌즈(320)의 초점 거리 내에 있을 때, 아주 큰 신호가 검출된다. 신호 진폭은 표면 반사율/되돌림성(remittance)뿐만 아니라 거리 z의 함수이다. 그래서, 피부 표면의 표면 조직 특징들은 검출기(312A)에서의 대응하는 신호 편차를 만든다. 마이크로컨트롤러(330)는 이 신호를 분석하고 특정 기준을 만족하는 내재 피부 특징들(70)을 식별하도록 프로그램된다. 아래에 설명한 바와 같이, 일반적인 사람들 또는 특정 그룹의 사람들 또는 인구통계학적 사람들에 대한 내재 피부 특징들(70) 사이의 추정 또는 평균 거리의 지식에 기초하여, 마이크로컨트롤러(330)는 식별된 특징들을 계수하고 x-방향에서 피부(40)에 대한 센서(100A)의 추정 변위(즉, 가로 변위)를 결정할 수 있다.
위에 설명된 변위 센서(100A)는 그것이 단일 신호(360), 즉 단일 화소를 발생하기 위하여 광선의 단일 반사/되돌림 빔만을 사용하기 때문에, "단일 화소" 변위 센서(100A)라고 지칭될 수 있다. 다른 실시예들에서, 변위 센서(100)는 2 화소들(즉, 두 신호들(360)을 발생하기 위한 광선의 두 반사 빔들), 3 화소들, 4 화소들 또는 그 이상을 사용하는 멀티-화소 센서일 수 있다. 멀티-화소 변위 센서들(100)은 다중 화소들이 단일 선형 방향을 따라(예, 글라이드 방향, 주사 방향 또는 임의의 기타 방향을 따라) 또는 임의의 적합한 2차원 어레이(예, 원형, 사각형, 육각형, 삼각형 패턴)로 배열되도록 구성될 수 있다.
도 38은 특정 실시예들에 따른, 변위-계 제어시스템(132)에 사용하기 위한 또 하나의 예시적 단일-화소 변위 센서(100B)를 도시한다. 변위 센서(100B)는 광선 소스(310B), 광선 검출기(312B), 광학물품(342), 및 마이크로컨트롤러(330)를 포함한다.
광선 소스(310B) 및 광선 검출기(312B)는 일체식 이미터-검출기 패키지(340)에, 예를 들면 Sharp Microelectronics사의 예를 들면 Sharp GP2S60 Compact Reflective Photointerrupter에 의해 제공된 off-the-shelf 센서에 제공될 수 있다. 광선 소스(310B)는 위에서 설명된 광선 소스(310A)와 유사할 수 있으며, 예를 들면 발광 다이오드(LED), 또는 임의의 기타 적합한 광선 소스일 수 있다. 광선 검출기(312B)는 위에서 설명된 광선 소스(310A)와 유사할 수 있으며, 예를 들면 광 다이오드, 광 트랜지스터, 또는 다른 광선 검출기일 수 있다.
광학물품(342)은 광선 소스(310B)로부터의 광선을 타겟 표면으로 향하게 하고 또한 타겟 표면으로부터 반사/되돌려진 광선을 광선 검출기(312B)로 향하게 하기 위한 하나 이상의 광학요소들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학물품(342)은 소스광 집속 부분(344) 및 반사광 집속 부분(346)을 포함하는 단일 렌즈 요소(342)를 포함한다. 보여진 바와 같이, 소스광 집속 부분(344)은 광선 소스(310B)로부터의 광선을 피부 표면(38)으로 배향 및 집속할 수 있으며, 반사광 집속 부분(346)은 반사광을 검출기(312B)로 배향 및 집속할 수 있다. 렌즈 요소(342)는 원하는대로 소스광 및 반사광을 배향 및 집속하기 위한 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다.
마이크로컨트롤러(330)는 광선 소스(310B)를 구동시키고 광선 검출기(312B)로부터의 신호들을 수신하고 분석하도록 구성될 수 있다. 마이크로컨트롤러(330)는 광선 검출기(312B)로부터의 아날로그 신호를 변환 및 처리하기 위한 아날로그-디지털 변환기(ADC)(332)를 포함할 수 있다.
센서(100B)의 동작 - 광선 검출기(312B) 및 마이크로컨트롤러(330)의 동작을 포함하는 - 은 도 37의 센서(100A)에 대하여 위에서 설명된 것과 유사할 수 있다. 즉, 검출기(312B)는 진폭, 또는 타겟 표면에 수직인 거리 z에 대응하는 기타 성질, 또는 내재 피부 특징들을 나타내는 다른 성질들을 갖는 신호를 기록할 수 있다. 검출기(312B)는 아날로그 신호를 마이크로컨트롤러(330)에 전달할 수 있으며, 이 마이크로컨트롤러는 이 신호를 (일체식 ADC(332)를 사용하여) 디지털 신호로 변환하고 피부의 특징들을 식별 및 계수하고 따라서 장치(10)의 상대 변위를 결정하도록 시간에 따른 기록된 신호에 대한 계산들을 수행할 수 있다.
변위 센서(100A)와 마찬가지로, 변위 센서(100B)는 그것이 단일 신호(360), 즉 단일 화소를 발생하기 위하여 광선의 단일 반사 빔만을 사용하기 때문에, "단일-화소" 변위 센서(100B)라고 지칭될 수 있다.
도 39는 특정 실시예들에 따른, 변위-계 제어시스템(132)에서 사용하기 위한 다른 또 하나의 예시적 단일-화소 변위 센서(100C)를 도시한다. 변위 센서(100C)는 도 38에 보여진 변위 센서(100B)와 일반적으로 유사하지만 변위 센서(100B)의 렌즈 요소(342)를 생략한다.
변위 센서(100C)는 광선 소스(310C), 광선 검출기(312C), 광학물품(342), 및 마이크로컨트롤러(330)를 포함한다. 광선 소스(310C) 및 광선 검출기(312C)는 일체식 이미터-검출기 패키지(340)에, 예를 들면 Sharp Microelectronics사의 예를 들면 Sharp GP2S60 Compact Reflective Photointerrupter에 의해 제공된 off-the-shelf 센서에 제공될 수 있다. 광선 소스(310C)는 위에서 설명된 광선 소스(310A/310B)와 유사할 수 있으며, 예를 들면 발광 다이오드(LED), 또는 임의의 기타 적합한 광선 소스일 수 있다. 마이크로컨트롤러(330)는 직류 또는 조정된 전류로 광선 소스(310C)를 구동하도록 구성될 수 있다. 광선 검출기(312C)는 위에서 설명된 광선 소스(310A)와 유사할 수 있으며, 예를 들면 광 다이오드, 광 트랜지스터, 또는 다른 광선 검출기일 수 있다.
일체식 (또는 비 일체식) 이미터-검출기 패키지(340)는 윈도우(394)(예를 들면 투명플라스틱 또는 유리)로 덮인 정면에 투명 구경(392)을 갖는 불투명 인클로저(390)에 수용될 수 있다. 광선 소스(310C)(예, LED)로부터의 적외선 광선은 구경(392)을 통해 빛나고 피부 표면(38)에 충돌한다. 불투명 인클로저(390)의 내부 체적으로부터 산란된 것뿐만 아니라 피부(40)로부터 반사/되돌려진 이 광선의 일부는 구경(392)을 거쳐서 되돌아와 검출기(312C)(예, 광 검출기)에 도달하며, 이 검출기는 수광한 광선을 전기신호로 변환시킨다. 광선은 국부 광선소스로부터 일정한 배경 주변 조명 레벨의 판별을 가능케 하기 위하여 조정될 수 있다.
검출기(312C)로 회귀되는 광선의 양은 피부 표면(38)과 광학 구경(392) 사이의 거리 "z"의 강한 함수이다. 피부 표면(38)이 윈도우(394)에 가깝거나 또는 윈도우와 접촉할 때, 더 큰 신호가 검출된다. 검출기에 어떠한 표면도 제공되지 않은 상태에서, 외부 조명 소스로부터의 배경 광선뿐만 아니라 불투명한 마스크(390) 및 윈도우(394)의 표면으로부터의 반사로 인해, 더 작은 광신호가 남게 된다.
그래서, 검출기(312C)에 의해 기록된 신호 진폭은 피부 반사율/되돌림성뿐만 아니라 z-높이의 함수이다. 표면 조직 특징들(70)은 검출기(312C)에서 대응하는 신호 편차를 만들어낸다. 검출기(312C)는 기록된 아날로그 신호들(진폭은 적어도 z-높이를 표시함)을 마이크로컨트롤러(330)에 전달할 수 있으며, 이 마이크로컨트롤러는 이 신호들을 (일체식 ADC(332)을 사용하여) 디지털 신호로 변환하고, (신호 진폭에 기초하여) 피부의 특징들(70)을 식별하고 이러한 식별된 특징들(70)을 계수하고 또는 그외에 처리하도록 시간에 걸쳐서 기록된 신호에 대해 계산을 수행하며, 그리고 그에 따라 장치(10)의 상대 변위를 결정할 수 있다.
근접 검출기에 사용된 일체식 이미터-검출기 쌍들은 소형이고, 염가이며 용이하게 이용할 수 있다. 분리된 이미터 및 검출기를 사용하는 것도 가능하다. 임의의 적합한 파장범위의 광선이 사용될 수 있지만, 검출기(312C)(예, 광 트랜지스터)의 감도 및 검출기에서 IR-통과 필터를 가지고 가시 광선을 차단하는 능력 때문에 적외선이 선택될 수 있다. 또한, 다른 피부 타입들은 더 짧은 파장들에서 보다 IR에서 더 균일한 반사율 레벨들을 보인다. 시험 결과들은 광 트랜지스터가, 추가 증폭을 필요로 하지 않고 직접 사용가능한 신호를 마이크로컨트롤러(330)의 일체식 ADC(332)에 제공하기에 충분한 전류 게인을 갖는다는 것을 보여준다.
변위 센서들(100A 및 100B)과 마찬가지로, 변위 센서(100C)는 그것이 단일 신호, 즉 단일 화소를 발생하기 위하여 광선의 단일 반사 빔만을 사용하기 때문에, "단일-화소" 변위 센서(100C)라고 지칭될 수 있다.
도 40은 인체손의 피부 표면(38) 위에 주사되는 광학 변위 센서(100C)의 실시예에 대한 한 쌍의 실험적 데이터 플롯을 도시한다. 광 검출기 신호(y-축)가 시간(x-축)에 대하여 임의 단위로 도시된다. 치밀한 피크들이 없는 구역은 센서 구경(392)이 피부의 고정 구역에 붙어 유지되는 시간들을 표시한다. 알고리즘은 하부 "검출 출력" 플롯을 발생시키기 위하여 입력으로 광 검출기 신호를 취하며, 그것이 장치(10)를 제어하는데 적합한 신호이다. 예를 들면, 마이크로컨트롤러(330)는 예를 들면, 여기서 개시된 다양한 기술들 또는 알고리즘들 중의 임의의 것, 또는 임의의 기타 적합한 기술들 또는 알고리즘들을 사용하여, 광 검출기 신호를 분석하고 특정 기준을 만족시키는 내재 피부 특징들(70)을 식별하도록 프로그램될 수 있다. 아래에 설명한 바와 같이, 일부 실시예들에서, 일반적인 사람들 또는 특정 그룹의 사람들 또는 인구통계학적 사람들에 대한 내재 피부 특징들(70) 사이의 추정 또는 평균 거리에 기초하여, 마이크로컨트롤러(330)는 식별된 특징들을 계수하고 x-방향에서 피부(40)에 대한 센서(100C)의 추정 변위(즉, 가로 변위)를 결정할 수 있다.
위에서 설명된 단일-화소 변위 센서(100), 예를 들면 센서들(100A, 100B, 및/또는 100C)의 특정 실시예들은, 이미징-형 센서들과 비교하여, 이미징 광학물품을 필요로 하지 않는다. 또한, 단일-화소 변위 센서(100)의 특정 실시예들은 전자 장치(예, 마이크로컨트롤러)와 감지할 타겟 표면 사이에 아주 근접함을 필요로 하지 않는다. 예를 들면, 광선 소스 및/또는 검출기는 타겟 표면으로부터 이격될 수 있으며, 광 가이드들 또는 릴레이 광학물품이 광선 소스/검출기와 타겟 표면 사이에 광선을 운반하는데 사용될 수 있다. 또 하나의 예로서, 광선 소스 및/또는 검출기가 타겟 표면과 비교적 가깝게 이격될 수 있지만, 와이어링에 의해 비교적 멀리 떨어진 마이크로컨트롤러와 결합될 수 있다.
또한, 위에 설명된 단일-화소 변위 센서(100), 예를 들면 센서들(100A, 100B, 및/또는 100C)의 특정 실시예들에서, 능동형 부품들(예, 광선 소스, 검출기 등) 및 능동 감지 구역은 상대적으로 작다(예, 표준 광학 마우스-형 이미징 센서에 비하여). 그래서, 단일-화소 변위 센서(100)가 장치(10)의 적용 단부(42)에 놓여지는 실시예들에서, 센서(100)는 적용 단부(42)에 상당히 적은 실제 공간을 점유할 수 있으며(예, 표준 광학 마우스-형 이미징 센서에 비하여), 이것은 적용 단부(42)의 전체 크기가 적어도 1 차원에서 감소될 수 있게 하며 이것이 특정 실시예들에서 유리할 수 있다.
도 41은 센서(100A, 100B, 또는 100C)가 인체 손의 피부를 가로질러 x-방향으로 이동될 때 검출기(312A, 312B, 또는 312C)에 의해 발생된 신호(360)의 예시적 플롯(350)을 나타낸다. 플롯(350)의 x-축은, x-축상의 신호(360)의 이동이 센서(100A/100B/100C)가 피부를 가로질러 이동한 거리와 정합되도록, 크기가 조정될 수 있다.
신호(360)의 진폭은 피부 표면의 조직과 대응되며, 이 조직은 다수의 내재 피부 특징들(70)을 포함한다. 보여진 바와 같이, 신호(360)는 일련의 피크들(362), 골들(364) 및 다른 특성치를 포함한다. 내재 피부 특징들(70)은 임의의 적절한 매개변수들 또는 알고리즘들에 기초하여 신호(360)로부터 식별될 수 있다.
예를 들면, 다음 기준들 중의 하나 이상이 신호(360)에 기초하여 내재 피부 특징들(70)을 식별하는데 사용될 수 있다:
(a) 피크(362)의 원 진폭,
(b) 하나 이상의 다른 피크들(362) (예, 하나 이상의 인접한 피크들(362))의 진폭에 대한 피크(362)의 진폭,
(c) 하나 이상의 골들(364)(예, 하나 이상의 인접한 골들(364))의 진폭에 대한 피크(362)의 진폭,
(d) 골(364)의 원 진폭,
(e) 하나 이상의 다른 골들(364)(예, 하나 이상의 인접한 골들(364))의 진폭에 대한 골(364)의 진폭
(f) 하나 이상의 골들(364)(예, 하나 이상의 인접한 골들(364))의 진폭에 대한 골(364)의 진폭
(g) 신호(360)의 특정부분에 대한 신호(362)의 진폭에서의 증가율(즉, 신호(360)의 양의 기울기)
(h) 신호(362)의 특정부분에 대한 신호(360)의 진폭에서의 감소율(즉, 신호(360)의 음의 기울기)
(i) 인접한 피크들(362) (D1, D2, D3, 등) 사이의 x-방향 거리,
(j) 인접한 골들(364) 사이의 x-방향 거리, 또는
(k) 임의의 기타 적절한 기준들.
알고리즘(154)은 위에 열거된 기준들 중 임의의 하나 또는 하나 이상의 임의의 결합에 기초하여 내재 피부 특징들(70)을 식별할 수 있다. 이러한 알고리즘(154)은 위에 열거된 하나 이상의 기준들이 비교되는 (예정된 또는 실시간 계산된) 임계값들을 포함할 수 있다. 신호(360)의 피크들(362)에 기초하여 내재 피부 특징들(70)을 식별하는 일부 실시예들에서, 알고리즘(154)은 내재 피부 특징들(70)을 식별하기 위하여, 주 또는 글로벌 피크들(예, 피크들(362))을 부 또는 로컬 피크들(예, 로컬 피크들(368))과 구별하고, 그리고 주 또는 글로벌 피크들(362)만을 사용할 수 있다. 또 하나의 예로서, 알고리즘(154)은 내재 피부 특징들(70)을 식별하기 위하여, 주 또는 글로벌 골들(예, 골들(364))을 부 또는 로컬 골들(예, 로컬 골들(369))와 구별하고, 그리고 주 또는 글로벌 골들(364)만을 사용할 수 있다.
내재 피부 특징들(70)을 식별하고 장치(10)의 변위를 검출하기 위하여 단일-화소 변위 센서(예, 센서(100A 또는 100B))와 함께 사용될 수 있는 하나의 예시적인 변위 알고리즘이 도 42를 참고하여 아래에 설명된다. 도 42는 3개의 데이터 플롯들을 도시한다: 원 신호 플롯(370), 필터링된 신호 플롯(372) 및 내재 피부 특징 검출 플롯(374). 예시적 변위 알고리즘은 광 검출기로부터의 원 신호를 입력으로 취하고(반사율/되돌림성 대 시간을 나타냄), 출력으로서 변위가 검출되었을 때 디지털 펄스 "1" 을, 그리고 어떠한 변위도 검출되지 않았을 때 "0"을, 발생시킨다. 도 42에서, 각 플롯(370, 372, 및 374)은 수평축에 시간에 대하여 플롯된 특정 신호들을 보여준다.
원 신호 플롯(370)은 생 입력 신호"pd1"(376)를 보여주며, 이 생 입력 신호는 피부를 가로지르는 센서의 변위에 대응하는 진폭 편차들(진폭 편차들은 피부상의 내재 피부 특징들(70)에 대응한다) 및 피부에 동일한 장소에 머무르는 센서에 대응하는 플래터(flatter) 구역들을 포함한다.
필터링된 신호 플롯(372)에서 보여진 바와 같이, 알고리즘은 원 신호 pd1의 하이패스 필터링된 버전(high-pass filtered version) "diff1" (378)을 추출하고 그리고 또한 "max1"(380)과 "min1"(382)으로 각각 표시된 양의 트래킹과 음의 트래킹 엔빌로프(envelope)를 추출한다. 양의 엔빌로프 "max1"(380)는 현재 하이-패스-필터링된 양의 신호 "dif1p"의 분율을 양의 엔빌로프 신호 "max1"의 종전 시간-스텝 값에 부가함으로써 시간의 각 점에서 생성되며, 여기서 "dif1p"는 하이-패스 필터링된 신호"dif1"로부터 형성된다:
dif1p = dif1 (dif1 > 0)
dif1p = 0 (dif1 <= 0)
유사하게, 음의 엔빌로프 "min1" (382)은 동일한 방식으로 하이-패스 필터링된 음 신호인 "dif1n"으로부터 생성된다:
dif1n = dif1 (dif1 < 0)
dif1n = 0 (dif1 >= 0)
마지막으로, 내재 피부 특징 검출 플롯(374)에 보여진 바와 같이, 특징-검출 신호(feature-detect signal) "d1"(384)는, "dif1"이 제로 크로싱(zero crossing)(즉 여기서 종전 시간 스텝 및 현재 시간 스텝은 각각 다른 신호를 갖는다)을 가지고 그리고 "max1"이 임계값을 초과하고 그리고 "min1"이 임계값을 초과하는 임의의 시간 스텝에서 1로 설정된다. 그외에는 "d1"은 0으로 설정된다. 임계 한계들은 랜덤 센서 또는 회로 노이즈 레벨들에 의한 원치않는 출력들(예, 특징-검출 거짓 양들 및/또는 거짓 음들)을 방지하도록 설계될 수 있다. 제로-크로싱 요구조건은 또한 광센서가 초기에 피부에 부딪치게 되거나(신호는 시간에 따라 큰 증가를 보임) 또는 피부로부터 제거될 때(신호가 감소함)처럼, 광신호 dif1이 완전히 양이거나 또는 음일 때 원치않는 출력들(예, 특징-검출 거짓 양들 및/또는 거짓 음들)을 방지하도록 설계될 수 있다.
특징 검출 플롯(374)으로부터, 피부에 대한 센서의 변위는 검출된 특징들(70)의 수를 계수하여 결정될 수 있다. 그리고, 알고리즘은, (a) 검출된 특징들(70)의 수를 하나 이상의 예정 임계 수들과 비교하고(예, 적어도 3개의 특징들(70)이 검출되었다면 계속된 치료를 허용함), 또는 (b) 변위거리(예, 수 밀리미터로)를 결정하기 위하여 검출된 특징들(70)의 수에 특징들(70)사이의 공지 공칭 또는 평균 거리(예, 실험 테스팅에 기초하여 결정된)를 곱하고, 그리고 결정된 변위거리를 하나 이상의 예정 임계거리들과 비교함(예, 결정된 변위가 2 mm를 초과하면 계속된 치료를 허용함)으로써, 제어결정들을 내릴 수 있다. 당업자는, 원한다면, 이 실시예는 율(rate) 정보가 또한 얻어지고 사용된다면 속도 센서 또는 드웰 센서를 만드는데 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 예시적 알고리즘이 단일 검출기(예, 검출기 (312A 또는 312B))를 갖는 단일 센서(예, 단일-화소 변위 센서(100A 또는 100B))를 포함하는 시스템에서 이용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 예시적 알고리즘이 하나 이상의 센서들(예, 하나 이상의 센서(100A 및/또는 100B))를 갖는, 또는 하나 이상의 검출기(312)를 포함하는 센서(100)(예, 하나 이상의 검출기(312A 또는 312B)를 포함하는 센서(100A 또는 100B))를 갖는 시스템에서 이용될 수 있다. 그래서, 이러한 실시예들은 다중 특징 검출 신호들(384)을 발생시킬 수 있으며, 각각은 검출된 동일한 형태의 특징들 또는 각각 다른 형태들의 특징들을 갖는 각각 다른 센서(100) 또는 검출기(312)에 대응한다.
다중 센서들(100) 또는 검출기들(312)을 포함하는 실시예들에서, 알고리즘은 임의의 적절한 방식으로 다중 특징 검출 신호들(384)에 기초하여 제어 결정들을 할 수 있다. 예를 들면, 알고리즘은 다중 특징 검출 신호들(384)의 각각이 예정된 수의 특징들(70)을 검출할 때만 제어 신호를 발생시킬 수 있다(그것은 상당히 더 큰 저항 내지 노이즈 또는 가능한 고장 조건들을 제공할 수 있다). 또는, 알고리즘은 다중 특징 검출 신호들(384) 중 임의의 신호가 예정된 수의 특징들(70)을 검출한다면 제어 신호를 발생시킬 수 있다(그것은 더 적은 조직 및 더 작은 진폭 반사율 특징들을 갖는 표면들에 대하여 예민한 상당히 더 큰 검출을 제공할 수 있다). 또는, 알고리즘은 다중 특징 검출 신호들(384)에 의해 검출된 특징들(70)의 총 수에 기초하여 제어 신호들을 발생시킬 수 있다. 알고리즘은 또한 이상치(outlier) 특징 검출 신호(384)(기타 특징 검출 신호(384)와 비교하여)를 식별하고 이러한 신호(384)가 적어도 이상치로 남아있는 동안에는 이 신호(384)를 무시하도록 설계될 수 있다.
사람의 샘플이 센서(100A)의 특정 실시예에서 테스트되었고 위에서 설명된 예시적 알고리즘들에 따라 내재 피부 특징들(70)을 식별하였다. 시험은 얼굴 또는 팔 피부와 같은 시험 대상들의 피부의 표면을 가로질러 직선으로 센서(100A)를 이동시킨 것과 관련된다. 센서(100A)의 특정 실시예를 사용하는 시험 데이터 결과는 인접한 내재 피부 특징들(70)(이 경우에 조직 또는 거?)은 평균 약 0.3-0.4 mm 이격되어 위치된다는 것을 표시하였다. 다시 말하면, 도 40에 대하여 시험 데이터는 약 0.3-0.4 mm의 평균간격 D1, D2, D3 등을 표시하였다.
장치(10)의 변위는 이 실험 데이터, 예를 들면, 내재 피부 특징들(70) 사이의 평균 간격을 사용하여 결정되거나 또는 근사화될 수 있다. 예를 들면, 장치(10)의 변위는 시스템(132)에 의해 식별된 내재 피부 특징들(70)의 수를 내재 피부 특징들(70) 사이의 실험으로 결정된 평균 간격으로 곱하여, 결정되거나 근사화될 수 있다.
그래서, 변위-계 제어시스템(132)(특히, 제어 전자장치(30))은 피부를 가로지르는 장치(10)의 결정되거나 근사화된 변위에 기초하여 장치(10)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 변위-계 제어시스템(132)은 피부를 가로지르는 장치(10)의 변위에 대한 시스템(132)에 의해 식별된 내재 피부 특징들(70)의 수에 기초하여, 장치(10)의 하나 이상의 제어가능 동작 매개변수들(예, 치료 방사선 소스(14)의 동작 양상들)을 제어할 수 있다. 예를 들면, 시스템(132)은, N 내재 피부 특징들(70)을 식별함으로써 결정되듯이, 장치(10)가 X mm 이동될 때마다, 장치(10)의 빔 소스(들)을 펄싱하도록 장치(10)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 실험데이터가 내재 피부 특징들(70)이 0.4 mm의 평균만큼 이격되었다는 것을 표시한다면, 시스템(132)은, 3개의 내재 피부 특징들(70)을 식별함으로써 결정되듯이, 장치(10)가 근사적으로 1.2 mm 이동될 때마다 빔 소스(들)을 펄싱하도록 장치(10)를 제어할 수 있고; 장치(10)가 또 하나의 약 1.2mm 이동될 까지/이동되지 않으면(즉, 3개의 내재 피부 특징들(70)이 시스템(132)에 의해 식별될 때까지), 빔 소스(들)(114)의 다음 펄스가 시작 및 전달되지 않는다. 시스템(132)에 의한 장치(10)의 제어의 추가 상세사항들 및 예들은 아래에 제공된다.
그래서, 일부 실시예들에서, 변위-계 제어시스템(132)을 포함하는 제어 시스템들(18)은 피부를 가로질러 이동하는 장치(10)의 율(rate), 속력 또는 속도와 무관하게, 피부를 가로지르는 장치(10)의 변위에 기초하여 장치(10)의 동작 양상들(예, 치료 방사선 소스(14)의 동작 양상들)을 제어한다. 일부 실시예들에서 변위-계 제어시스템(132)을 포함하는 장치(10)는, 피부를 가로질러 이동하는 장치(10)의 율(rate), 속력, 또는 속도를 표시하는 임의의 데이터를 검출하거나 측정하도록, 또는 피부를 가로질러 이동하는 장치(10)의 율(rate), 속력, 또는 속도를 결정하거나 결정하려고 시도하도록, 구성되지 않는다. 오히려, 장치(10)는 피부에 대한 장치(10)의 가로 변위를 표시하는 데이터를 검출하거나 측정하도록, 그리고 예를 들어, 위에서 설명한 바와 같이 이러한 데이터를 사용하여 장치(10)의 가로 변위를 결정하도록 구성된다. 다시 말하면, 장치(10)는 아주 느리게를 포함하는 임의의 율(rate)로 이동될 수 있으며, 펄스(들)은 앞선 펄스 위치에 대하여 충분한 거리가 평행이동되었을 때만 전달된다.
다른 실시예들에서, 장치(10)는 피부를 가로질러 이동하는 장치(10)의 율(rate), 속력, 또는 속도를 표시하는 데이터를 검출하거나 측정하기 위한, 그리고 이러한 데이터에 기초하여 장치(10)의 율(rate), 속력, 또는 속도를 결정하거나 결정하려고 시도하기 위한, 예를 들어 운동/속도 센서(102)를 포함하는 속력 검출 시스템을 포함할 수 있다. 이러한 속도 검출 센서 또는 시스템은 변위-계 제어시스템(132) 및 변위 센서(100A)에 더하여, 또는 이것들에 대신하여 제공될 수 있다.
다른 실시예들에서, 장치(10)는 피부에 대하여 부동이거나 특정 허용오차내에서 부동인지를 표시하는 데이터를 측정하기 위한 드웰 센서(116)를 포함할 수 있다. 드웰 센서(116)는 위에서 설명한 변위 센서(100)의 양상들을 사용하지만, 특별히 장치가 부동인지에 대한 정보를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 단일-화소 변위 센서(100A/100B)에 대한 위에서 설명한 예시적 알고리즘의 모두 또는 부분들은 장치(10)가 언제 실질적으로 부동상태에 있는지를 결정하기 위하여 사용될 수 있으며(예, 도 42에 보여진 생 데이터 신호(376)의 평탄 점들을 인식함으로써), 그리고 장치(10)는 그 정보에 기초하여 제어될 수 있다(예, 방사선 소스(14)는 장치(10)가 부동이거나 머물러 있다고 결정된다면 불능이 될 수 있다).
도 43은 도 36의 일반적인 방법(400)의 더욱 특정한 예를 도시한다. 특히, 도 43은 단일-화소 변위 센서(100A, 100B 또는 100C)를 이용하는 변위-계 제어시스템(132)을 사용하여 장치(10)를 제어하는 방법(420)을 도시하며, 반면에 장치(10)는 특정 실시예들에 따라, 글라이딩 모드 또는 스탬핑 모드에서 사용된다.
단계(422)에서, 장치(10)는 단계(402)에 대하여 위에서 설명한 바와 같이, 치료 구역(40)에 하나 이상의 치료점들(62)을 생성하도록 장치(10)의 빔 소스(들)을 펄싱한다. 장치(10)가 글라이딩 모드에서 사용된다면, 사용자는 빔 소스(들)의 제1 펄스 동안 피부를 가로질러 장치(10)를 글라이딩할 수 있다. 장치(10)가 스탬핑 모드에서 사용된다면, 사용자는 빔 소스(들)의 제1 펄스 동안 장치(10)를 피부에 부동으로 유지할 수 있다.
단계(424)에서, 변위-계 제어시스템(132)은, 단일 화소 변위 센서(100A/100B/100C)를 사용하여 피부의 표면을 가로질러 장치(10)의 변위를 모니터링 및 분석하기 위하여, 제1 모니터링 공정을 수행한다. 예를 들면, 아래에 설명한 바와 같이, 변위-계 제어시스템(132)은, 장치(10)가 피부를 가로질러 이동될 때(예, 글라이딩 모드에서는 빔 소스(들)의 제1 펄스의 동안 및/또는 후에; 스탬핑 모드에서는 빔 소스(들)의 제1 펄스 후에), 피부의 내재 피부 특징들(70)의 카운트(count)를 식별하고 유지하기 위하여 신호(360)를 분석할 수 있다. 시스템(132)은 빔 소스(들)의 제1 펄스의 시작 또는 마지막에 또는 임의의 다른 미리 정해진 이벤트 시에 또는 임의의 예정시간에 제1 모니터링 공정을 시작할 수 있다.
단계(426)에서, 변위-계 제어시스템(132)은 단계(424)에서 식별된 내재 피부 특징들(70)의 수에 기초하여 빔 소스(들)의 펄싱을 제어한다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 변위-계 제어시스템(132)은 피부의 예정된 수의 특징들(70)(예, 5개의 특징들)을 식별할 때 빔 소스(들)의 제2 펄스를 개시한다. 따라서, 이러한 실시예들에서, 글라이드 방향에서 연속 치료점들(62) 사이의 상대적으로 일정한 간격(예, 5개의 피부 특징들에 대응하는 간격)은 수동 글라이드 속도와 관계없이 달성될 수 있다. 따라서, 펄스 주파수가 수동 글라이드 속도의 함수로서 역동적으로 변화할 수 있다.
다른 실시예들에서, 장치(10)(또는 사용자)는 글라이드 방향에서 연속 치료점들(62) 사이의 요구 최소 간격(예, 약 1mm)에 대응하는 미리 정해진 최소 수의 내재 피부 특징들(70)(예, 3개의 특징들) 뿐만 아니라 규정 펄스 주파수(예, 15Hz)도 설정한다. 변위-계 제어 시스템(132)은 규정 펄스 주파수에 따른 다음 펄스의 제공이 연속 펄스들 사이의 최소 특징 카운트(예, 3개의 특징들)을 침범하는지를 결정하기 위해 단계(424)에서 유지되는 식별된 특징들(70)의 카운트와 규정 펄스 주파수를 분석한다. 만일 그렇지 않다면, 변위-계 제어시스템(132)은 장치(10)가 규정 펄스 주파수에서 펄싱을 계속하도록 허용한다. 그러나, 그러하다면(즉, 규정 펄스 주파수에 따른 다음 펄스의 제공이 최소 특징 카운트를 침범한다면), 변위-계 제어시스템(132)은 적어도 최소 특징 카운트가 시스템(132)에 의해 달성될 때까지 다음 펄스를 지연시키도록 방사선 소스(14)를 제어할 수 있으며(그래서, 연속 치료점들(62) 사이의 최소 간격(예, 약 1mm)을 제공하는), 또는 시스템(132)은 과잉 치료를 방지하기 위해 방사선 소스(14)를 다르게 제어할 수 있다(예, 빔 세기를 감소시키고, 방사선 소스(14)를 턴-오프하며, 사용자에게 피드백을 제공하는 등).
따라서, 특정 실시예에서, 원하는 점 간격을 제공하기 위한 및/또는 특정 구역의 과잉 치료를 없애기 위한 장치(10)의 제어(예, 치료 방사선 소스(14)의 펄스 타이밍 또는 다른 양상들을 조절하는)는 피부를 가로질러 이동하는 장치(10)의 율(rate), 속력 또는 속도에 대한 임의의 신호에 기반하지 않는다. 위에서 설명한 바와 같이, 일부 실시예들에서 장치(10)는 피부를 가로질러 이동하는 장치(10)의 율(rate), 속력 또는 속도를 표시하는 임의의 데이터를 검출하거나 측정하도록, 또는 피부를 가로질러 이동하는 장치(10)의 율(rate), 속력 또는 속도를 결정하거나 결정하려고 시도하도록, 구성되지 않는다.
멀티-화소 변위 센서
위에서 언급한 바와 같이, 일부 실시예들에서 변위 센서(100)는 두 화소(즉, 두 신호(360)를 발생시키기 위한 광선의 두 반사빔들), 세 화소들, 네 화소들 이상을 이용하는 멀티-화소 변위 센서(100)이다. 예를 들면, 일부 실시예들은 피부에 따른 변위를 검출하기 위한, 컴퓨터 입력용 광 마우스에 사용되는 형태의 멀티-화소 이미징 상관(correlation) 센서(100D)를 이용한다.
도 44는 특정 실시예들에 따른, 피부에 따른 변위를 검출하기 위한, 컴퓨터 입력용 광 마우스에 사용되는 형태의 예시적 멀티-화소 이미징 상관 센서(100D)를 도시한다. 변위 센서(100D)는 광선 소스(310D), 광선 검출기(312D), 및 프로세서 (334)를 포함할 수 있다.
광선 소스(310D)는 예를 들면 광선 소스(310A)에 대하여 위에서 설명한 바와 같이, 발광 다이오드(LED) 또는 임의의 다른 적합한 광선 소스일 수 있다. 광선 소스(310D)는 도 44에 보여진 바와 같이, 피부 표면(32)에 대하여 비스듬한 각도로 광선을 전달하도록 배열될 수 있다.
광 검출기(312D)는 성형 렌즈 광학물품(336) 및 이미징 칩(338)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서(100D)는 피부가 성형 렌즈 광학물품(336)의 초점면 내에 있도록 구성되며, 이 초점면은 도 44에 거리 z로 표시된 바와 같이, 성형 렌즈 광학물품(336)의 표면으로부터 수 밀리미터 이격될 수 있다. 선택적으로, 릴레이 렌즈들의 시스템은 외부 초점면으로부터 검출기(312D)까지의 총 거리를 연장하기 위하여 검출기(312D)와 피부 표면(32) 사이에 추가될 수 있다.
검출기(312D)는 광선 소스(310D)에 의해 조사된 피부 표면(32)의 구역의 2차원 멀티-화소 "이미지"를 생성하도록 구성될 수 있다. 이미지는 화소들의 2차원 어레이로 이루어지며, 각 화소는 단일-화소 센서(100A 또는 100B)의 신호(360)와 유사한 신호(360)를 갖는다. 이미징 칩(338)은 멀티-화소 신호 어레이에 대응하는 프로세서(334)로의 디지털 출력 스트림을 생성하도록 구성될 수 있다.
프로세서(334)는 광선 소스(310D)를 구동하고 광 검출기(312D)로부터의 신호들의 멀티-화소 어레이를 받아서 분석하도록 구성될 수 있다. 특히, 프로세서(334)는 검출기(312D)로부터 받은 각각 다른 멀티-화소 이미지들(예, 연속적으로 받은 이미지들)을 비교하여 하나 이상의 방향들에서의 선형 변위들, 회전 변위들 및/또는 피부 표면(32)을 가로지르는 센서(100D)의 가로 변위들을 결정할 수 있다.
위에서 설명된 예시적 실시예들이 거칠기 타입 피부 특징들을 검출하는데 적합할 수 있다 하더라도, 센서(100)의 다른 실시예들은 표피 또는 표피/진피 연결부의 색소 검출과 같은 임의의 다른 형태의 내재 피부 특징들 또는 피부의 모세혈관과 같은 혈맥 패턴들을, 예를 들면, 위에서 설명한 것들과 비슷하거나 유사한 기술들을 사용하여 검출할 수 있음이 이해될 것이다.
도 45는 멀티-화소 변위 센서(100D)를 이용하는 변위-계 제어시스템(132)을 사용하여 장치(10)를 제어하기 위한 예시적 방법(440)을 도시하며, 반면에 장치(10)는 특정 실시예들에 따라, 글라이딩 모드 또는 스탬핑 모드에서 사용된다.
단계(442)에서, 장치(10)는 단계(402)에 대하여 위에서 설명한 바와 같이, 치료 구역(40)에 하나 이상의 치료점들(62)을 생성하도록 장치(10)의 빔 소스(들)을 펄싱한다. 장치(10)가 글라이딩 모드에서 사용된다면, 사용자는 빔 소스(들)의 제1 펄스 동안 피부를 가로질러 장치(10)를 글라이딩할 수 있다. 장치(10)가 스탬핑 모드에서 사용된다면, 사용자는 빔 소스(들)의 제1 펄스 동안 피부에 장치(10)를 부동으로 유지할 수 있다.
단계(444)에서, 변위-계 제어시스템(132)은, 멀티-화소 센서(100D)를 사용하여 피부 표면을 가로질러 장치(10)의 가로 변위를 모니터링 및 분석하기 위하여, 제1 모니터링 공정을 수행한다. 변위-계 제어시스템(132)은, 장치(10)가 피부를 가로질러 이동될 때(예, 글라이딩 모드에서는 빔 소스(들)의 제1 펄스 동안 및/또는 후에; 또는 스탬핑 모드에서는 빔 소스(들)의 제1 펄스 후에), 신호들(360)을 분석한다. 시스템(132)은 빔 소스(들)의 제1 펄스의 시작 또는 마지막에 또는 임의의 다른 미리 정해진 이벤트 시에 또는 임의의 예정시간에 제1 모니터링 공정을 시작할 수 있다.
단계(446)에서, 변위-계 제어시스템(132)은 단계(444)에서 예정된 장치(10)의 변위에 기초하여 빔 소스(들)의 펄싱을 제어한다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 변위-계 제어시스템(132)은 멀티-화소 센서(100D)로부터의 신호에 기초하여, 장치(10)가 피부를 가로질러 특정 예정 거리(예, 3mm)를 이동하였다고 결정할 때 빔 소스(들)의 제2 펄스를 개시한다. 따라서, 이러한 실시예들에서, 글라이드 방향에서 연속 치료점들(62) 사이의 실질적으로 일정한 간격(예, 약 3mm)은 수동 글라이드 속도와 관계없이 달성될 수 있다. 따라서, 펄스 주파수가 수동 글라이드 속도의 함수로서 역동적으로 변화할 수 있다.
다른 실시예들에서, 장치(10)(또는 사용자)는 글라이드 방향에서 연속 치료점들(62) 사이의 미리 정해진 최소 간격(예, 약 1mm)을 제공하기 위한 미리 정해진 최소 장치 변위 뿐만 아니라, 규정 펄스 주파수(예, 15Hz)도 설정한다. 변위-계 제어 시스템(132)은 규정 펄스 주파수에 따른 다음 펄스의 제공이 최소 점 간격(예,1mm)을 침범하는지를 결정하기 위해 단계(444)에서 결정된(멀티-화소 센서(100D)로부터의 신호들에 기초하여) 장치(10)의 모니터링된 변위와 규정 펄스 주파수를 분석한다. 만일 그렇지 않다면, 변위-계 제어시스템(132)은 장치(10)가 규정 펄스 주파수에서 펄싱을 계속하도록 허용한다. 그러나, 그러하다면(즉, 규정 펄스 주파수에 따른 다음 펄스의 제공이 최소 점 간격을 침범한다면), 변위-계 제어시스템(132)은 적어도 시스템(132)이 최소 장치 변위가 달성되었다고 결정할 때까지 다음 펄스를 지연시키도록 방사선 소스(14)를 제어할 수 있으며(그래서, 연속 치료점들(62) 사이의 미리 정해진 최소 간격을 보장하는), 또는 시스템(132)은 과잉 치료를 방지하기 위해 방사선 소스(14)를 다르게 제어할 수 있다(예, 빔 세기를 감소시키고, 방사선 소스(14)를 턴-오프하며, 사용자에게 피드백을 제공하는 등).
따라서, 특정 실시예에서, 원하는 점 간격을 제공하기 위한 및/또는 특정 구역의 과잉 치료를 없애기 위한 장치(10)의 제어(예, 치료 방사선 소스(14)의 펄스 타이밍 또는 다른 양상들을 조절하는)는 피부를 가로질러 이동하는 장치(10)의 율(rate), 속력 또는 속도에 대한 임의의 신호에 기반하지 않는다. 위에서 설명한 바와 같이, 일부 실시예들에서 장치(10)는 피부를 가로질러 이동하는 장치(10)의 율(rate), 속력 또는 속도를 표시하는 임의의 데이터를 검출하거나 측정하도록, 또는 피부를 가로질러 이동하는 장치(10)의 율(rate), 속력 또는 속도를 결정하거나 결정하려고 시도하도록, 구성되지 않는다.
롤러-형 변위 센서(100) 또는 운동/속도 센서(102)
일부 실시예들에서, 장치(10)는 변위 센서(100) 또는 드웰 센서(116)로서, 또는 운동/속도 센서(102)로서, 또는 모두로서 기능을 하는 하나 이상의 롤러-계 센서들(118)을 포함할 수 있다. 롤러-계 센서(118)는 장치(10)의 치료 팁(42)에 또는 상기 치료 팁(42)의 근처에 배열될 수 있으며, 하우징(24)의 주변 또는 인접 부분의 선도 표면과 일반적으로 동일한 높이이거나 또는 상기 선도 표면으로부터 약간 전방으로 돌출한 선도 표면을 갖는 롤러(450)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 롤러(450)의 선도 표면은 피부-접촉 표면(74)을 정의할 수 있으며, 예를 들면 롤러(405)의 윈도우(44)로의 근접도 및/또는 장치(10)가 사용자에 의해 피부에 대고 눌리어지는 힘에 따라, 상기 피부-접촉 표면은 치료 윈도우(44)의 피부 표면으로부터 거리(만약 있다면)에 영향을 주거나 주지 않을 수 있다.
도 46a-46g는 장치(10)의 특정 실시예들에 사용될 수 있는 롤러-계 센서(118A-118G)의 일부 예시적 실시예들을 도시한다. 각 실시예는, (a) 장치(10)의 변위(예, 롤러(45)의 각 회전의 검출량에 기초한), (b) 장치(10)의 수동 글라이드 속도(예, 롤러(45)의 회전의 검출 속도에 기초한), (c) 드웰 센서(예, 회전 또는 비 회전에 기초한), 또는 (d) 위의 것들의 모두를 표시하는 신호들을 생성하도록 구성된 검출 시스템(452)에 결합된(예, 기계적, 광학적, 자기적, 전기적 등으로) 롤러(450)를 포함한다.
장치(10)가 피부를 가로질러 수동으로 이동될 때, 롤러(450)는 피부 표면에 대한 장치의, 가로 변위 및 수동 글라이드 속도에 각각 대응하는 정도 및 속력으로 회전하거나 또는 "구른다(rolls)". 검출 시스템(452)은 롤러(450)와의 결합 또는 상호작용을 통하여, 가로 변위 및/또는 수동 글라이드 속도를 표시하는 신호들을 생성하고, 그리고 이러한 신호들을 프로세서(150)에 통신하며, 상기 프로세서는 장치(10)의 변위 및/또는 글라이드 속도 및/또는 부동의 상태를 결정하기 위하여 이러한 신호들을 변환 및/또는 처리할 수 있다. 이어서, 장치(10)의 결정된 변위 및/또는 글라이드 속도 및/또는 부동의 상태는, 예를 들면, 여기서 설명한 바와 같이, 장치(10)의 하나 이상의 제어가능 동작 매개변수들(예, 방사선 소스(14)의 제어 동작 매개변수들)을 제어하는데 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 롤러-계 센서(118)는 변위-계 제어시스템(132)에 사용하기 위한 변위 센서(100)로서 동작하도록 구성되며, 여기서 설명된 변위-계 제어 기술들 중 임의의 것에 대하여 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 롤러-계 센서(118)는 장치(10)의 변위를 표시하는 신호들을 측정, 검출 또는 생성하지만, 장치(10)의 수동 글라이드 속도를 표시하는 신호들을 측정, 검출 또는 생성하지 않는다.
예시적 실시예에서, 롤러(450)는 롤러(450)의 29도 회전이 장치(10)의 1mm 변위들에 대응하도록, 약 4mm의 직경을 갖는다(롤러(450)와 피부 사이에 어떠한 슬립도 없다고 가정한다). 일부 실시예들에서, 검출 시스템(452)은 약 1mm의 입상성(granularity)에 대한 장치 변위들에 민감할 수 있다.
도 46a는 장치(10)의 변위 및/또는 글라이드 속도를 표시하는 신호들을 발생시키기 위하여 벨트-구동 광-차단 검출 시스템(452A)을 포함하는 예시적 롤러-계 센서(118A)를 도시한다.
도 46b 및 도 46c는 물리적 암의 굴곡(flexure)에 기초하여, 장치(10)의 변위 및/또는 글라이드 속도를 표시하는 신호들을 발생시키는 검출 시스템(452B)을 포함하는 예시적 롤러-계 센서(118B)를 도시하며, 상기 물리적 암은 휘트스톤 브리지(Wheatstone Bridge)에 걸쳐서 스트레인을 일으키고 따라서 장치 이동에 대응하는 저항의 변화를 일으킨다.
도 46d는 홀-효과 센서와 롤러(450)의 주위 둘레의 하나 이상의 자석들 사이의 상호 작용에 기초하여, 장치(10)의 변위 및/또는 글라이드 속도를 표시하는 신호들을 발생시키는 검출 시스템(452D)을 포함하는 예시적 롤러-계 센서(118D)를 도시한다.
도 46e는 "안테나"와 기어 또는 기타 회전요소 사이의 측정 커패시턴스에 기초하여, 장치(10)의 변위 및/또는 글라이드 속도를 표시하는 신호들을 생성하기 위하여 검출 시스템(452E)을 포함하는 예시적 롤러-계 센서(118E)를 도시한다.
도 46f는 반사 광학 방사선의 측정치들에 기초하여, 장치(10)의 변위 및/또는 글라이드 속도를 표시하는 신호들을 발생시키기 위하여 검출 시스템(452F)을 포함하는 예시적 롤러-계 센서(118F)를 도시한다.
마지막으로, 도 46g는 장치(10)의 변위 및/또는 글라이드 속도를 표시하는 신호들을 발생시키기 위하여 기어-구동 광 차단 검출 시스템(452G)을 포함하는 예시적 롤러-계 센서(118G)를 도시한다.
용량형 센서
장치(10)의 하나 이상의 센서들(46)은 용량형 센서일 수 있고, 또는 용량형 센서를 포함할 수 있다. 위에 설명한 바와 같이, 피부-접촉 센서(104)는 용량형 센서일 수 있으며, 이 용량형 센서에서는 센서(104)가 피부와 접촉상태에 있거나 또는 피부와 충분한 근접 상태에 있는지를 결정하기 위하여 신호 진폭이 분석된다. 또한, 변위 센서(100), 운동/속도 센서 (102), 및/또는 드웰 센서(116)는 용량형 센서일 수 있고 또는 다른 형태들의 센서이외에 용량형 센서를 포함할 수 있다(예, 센서(100, 102, 또는 116)는 예를 들면 리던던시(redundancy)를 제공하기 위하여 원하는 기능성을 제공하기 위한 용량형 센서 이외에 광 반사/되돌림성 센서를 포함할 수 있다).
피부의 접촉한 용량형 센서(예, 장치(10)의 적용 단부(42)에 위치된 용량형 센서)는 센서와 피부 사이의 접촉과 연관된 커패시턴스의 정도를 나타내는 신호(예, 고 주파수 신호)를 발생할 수 있다. 예를 들면, 용량형 센서의 신호는 센서와 타겟 표면 사이의 상대 변위에 반비례할 수 있다. 인체피부면은 완전히 매끄럽지 않는 않고 및/또는 인간은 장치(10)의 수동이동 동안에 완전한 정상 운동을 얻을 수 없기 때문에, 장치(10)와 피부 사이의 정지마찰(staic friction) 및/또는 기타 물리적 원리들은 피부를 가로질러 장치(10)의 "스틱-앤-슬립(stick-and-slip)" 이동을 초래하고, 그것은 센서와 피부표면 사이에 마이크로 변위를 일으킨다. 장치(10)의 스틱-앤-슬립 이동에 의한 이 마이크로-변위는 센서의 공칭 정상-상태 커패시턴스 신호에 더하여 평행이동 신호(translational signal)를 초래하여, 전체 커패시턴스 신호를 제공할 수 있다. 전체 커패시턴스 신호의 진폭 및/또는 다른 양상들은 장치가 피부를 가로질러 이동하고 있는지 또는 동일한 장소에 머물러 있는지를 결정하기 위하여 분석될 수 있다. 그래서, 용량형 센서는 드웰 센서(116)로서 사용될 수 있다. 이러한 분석은 예를 들면, 신호를 하나 이상의 임계값들과 비교하는 임의의 적절한 알고리즘을 포함할 수 있다.
또 하나의 예로서, 전체 커패시턴스 신호는 피부를 가로질러 이동하는 장치(10)의 속력을 결정하거나 측정하기 위하여 분석될 수 있다. 그래서, 용량형 센서는 글라이드 속력 센서(102)로서 사용될 수 있다. 또 하나의 예로서, 전체 커패시턴스 신호는 피부를 가로질러 이동하는 장치(10)의 변위를 결정하거나 측정하기 위하여 분석될 수 있다. 그래서, 용량형 센서는 변위 센서(100)로서 사용될 수 있다.
치료 시간
일부 실시예들에서, 제어시스템(18)은 (a) 치료 구역(40)에 생성된 치료점들(62)의 총 수, (b) 치료 구역(40)에 전달된 에너지의 총량, (c) 총 치료시간, 또는 임의의 기타 적절한 구분자(들)과 같은 하나 이상의 "치료 구분자들(treatment delimiters)"에 기초하여, 각각의 치료 시간들(sessions)을 정의하고 제어한다.
일부 실시예들에서, 치료 구분자들은 치료들의 각각 다른 "형태들"에 대하여 특정된다. 치료들의 각각 다른 형태들은 (a) 인체의 각각 다른 구역들의 치료들(예, 안와골 구역, 입 근처 구역, 손의 등, 복부, 무릎 등), (b) 각각 다른 치료 에너지 또는 세기 레벨들(예, 고 에너지 치료, 중 에너지 치료, 저 에너지 치료), (c) 각각 다른 스테이지들의 멀티-시간 치료 플랜에 대한 각각 다른 치료들(예, 제1 시간 치료, 중-스테이지 시간 치료, 또는 최종 시간 치료), 또는 임의의 각각 다른 형태들의 치료들을 포함할 수 있다.
또한, 치료 구분자들은 치료 형태들의 각각 다른 결합들에 대하여 특정될 수 있다. 예를 들면, "발생된 전체 치료점들(62)"에 대한 각각 다른 값들은 치료 구역과 치료 에너지 레벨의 각각 다른 결합들에 대하여 특정될 수 있다: (a) 고 에너지 안와골막 치료에 대하여 4,000개의 치료점들(62), (b) 저 에너지 안와골 치료에 대하여 7,000개의 치료점들(62), (c) 고 에너지 손 치료에 대하여 6,000개의 치료점들(62), 및 저 에너지 손 치료에 대하여 10,500개의 치료점들(62).
각각 다른 치료 형태들(또는 각각 다른 치료 형태들)에 대한 치료 구분자들은 미리 정하여 장치(10)에 프로그램화되고, 사용자 인터페이스(18)에 의해 설정 또는 변경되고, 사용자 입력, 장치(10)에 저장된 설정값 및/또는 장치(10)에 저장된 알고리즘들(154)을 기초하여 결정되거나, 또는 임의의 기타 적절한 방식으로 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각 다른 치료들에 대한 치료 구분자들은 실험 테스트에 기초하여 결정되고 장치(10)에 프로그램된다. 예를 들면, 실험 테스트는 안와골에 대한 적절한 치료 시간은 1,000 치료점들(62)을 수반하고, 입 부위에 대한 적절한 치료 시간은 1,300 치료점들(62)을 수반하고, 손 등 부위에 대한 적절한 치료 시간은 2,700 치료점들(62)을 수반한다. 이들 치료 구분자는 장치(10)에 저장되고, 또한 사용자가 사용자 인터페이스(18)를 통하여 "안와골 치료", "입 치료", 또는 "손 치료" 로부터 선택할 때 제어 시스템(18)에 의해 적절하게 실행될 수 있다.
치료 시간이 (a) 치료점들의 총 수, 또는 (b) 타겟에 전달된 에너지의 총량과 같이 시간을 기준으로 하지 않는 치료점들(62)에 의해 정의되는 경우에, 사용자가 장치(10)를 피부를 가로질러 이동시키는 율 또는 속력(예, 글라이드 속력)은 -- 있다면 아주 고속의 글라이딩 속력들을 제외하고 - 적어도 특정 실시예들 또는 장치(10)의 구성들에서 시간 동안에 전달되는 치료의 유효성과 크게 또는 실질적으로 관련이 없을 수 있다. 예를 들면, 글라이드 속력은 치료 시간을 마치는데 장치(10)가 피부를 가로질러 글라이드되어야 하는 횟수(the number of times)에 영향을 줄 수 있지만(글라이드 속력이 빠를수록, 치료시간을 마치는데 더 많은 글라이드가 요구된다), 시간 동안의 특정 치료 구분자들(62), 예를 들면 치료점들(62)의 총 수 또는 피부(40)에 전달된 에너지의 총량에 영향을 주지 않는다.
또한, 일부 실시예들에서, 치료점들(62) 사이의 간격에 관련된, 치료의 유효성은 일반적으로는 장치(10)의 글라이드 속력에 의해 영향을 받지 않는다. 피부를 가로지르는 장치(10)의 결정된 변위에 기초하여, 빔 전달 및 그래서 치료점(62) 발생을 제어하는 변위-계 제어시스템(132)을 포함하는 실시예들에서, 시스템(132)은 연속적으로 전달된 치료점들(62) 사이의 적어도 최소 간격을 보장하며, 이것은 임의 구역의 과잉 방사선 조사의 기회를 감소시키거나 실질적으로 없앤다. 특히, 변위-계 제어시스템(132)은, 저속 글라이드 속력들 동안에 그리고 글라이드 속력을 검출하거나 결정하지 않고, 연속 주사 치료점 열들/어레이들 사이의 적어도 최소 간격을 보장할 수 있다. 그래서, 변위-계 제어시스템(132)은 극히 저속의 글라이드 속력들에서 조차도, 임의의 특정 구역의 과잉 방사선 조사의 가능성을 감소시키거나 실질적으로 없앨 수 있다.
또한, 치료시간이 장치(10)의 피부(40)을 가로지르는 다중 글라이드들을 수반한 경우에, 각각의 다른 글라이드들 동안에 생성된 치료점들(62)은 전형적으로 다른 것과 일직선으로 배열되지 않을 것이며, 이것은 임의 구역들을 과잉 조사하지 않고 원하는 치료 효과를 제공하도록 충분하거나 원하는 난잡도(randomness) 및/또는 밀도 균일성을 갖는 치료점(62) 패턴을 일반적으로 만들어낸다. 그래서, 신속한 글라이드 속력은 사용자가 관련 치료 구분자에 도달하기 위해서는 더 많은 글라이드들을 수행할 것을 필요로 하지만(예, 생성된 총 치료점들 또는 전달된 총 에너지), 신속한 글라이드 속력들은 임의의 구역들을 과잉 조사하지 않고 충분하거나 또는 원하는 치료점 패턴들을 제공할 수 있다.
글라이드 속력은, 도 26b에 대하여 설명한 바와 같이, 각각의 치료점들(62)의 형상, 예를 들면, 치료점들(62)의 늘어나기의 정도, "흔들림" 또는 "되묻음"에 영향을 줄 수 있다는 점을 주목하여야 한다. 그래서, 장치(10)의 동작 양상들은, 글라이드 속력들의 합리적인 범위내에서(즉, 아주 고속의 글라이드 속력들 보다 적은), 치료점들(62)의 늘어나기 또는 되묻음은 치료점들(62)의 생리적 유효성에 실질적으로 영향을 주지 않도록 구성될 수 있다. 장치(10)의 일부 실시예들 또는 구성들에서, 아주 고속의 글라이드 속력들에서는 치료점들의 늘어나기 또는 되묻음은 치료의 유효성에 유의미하게 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 매우 길쭉한 치료점(62) 내의 에너지 밀도는 매우 낮아서 의도한 효과를 제공할 수 없다. 그래서, 사용자에게 원하는 치료효과를 보장하기 위하여 장치(10)를 이동시킬 율(rate) 또는 속력에 대한 일반적인 안내(예, 디스플레이(32)를 통하여 또는 사용자 메뉴얼에서)가 제공될 수 있다. 예를 들면, 사용자는 피부(40)를 가로질러 글라이드 당 약 3 초의 율 또는 속력으로 장치(10)를 글라이딩하도록 지시를 받을 수 있다. 장치는 실질적으로 사용자에 의해 이용된 모든 실질적인, 또는 통상적인, 글라이드 속도에서 효과적인 요법을 제공하도록 구성될 수 있으며, 따라서 이 요법은 실질적으로 글라이드 속도와 독립된다.
도 47은 장치(10)를 가지고 치료(예, 부분 치료)를 사용자에게 제공하기 위하여, 치료 시간을 실행하기 위한 예시적인 방법(460)을 도시한다. 단계(462)에서, 수행될 치료시간을 위한 하나 이상의 구분자들이 위에서 설명한 바와 같이, 임의의 적절한 방식으로 결정된다. 이 설명을 목적으로 단일 치료 구분자가 결정되었다고 가정한다. 예를 들면, 제어시스템(18)은 사용자 인터페이스(18)를 통해 사용자에 의해 선택된 치료 구역(예, 전체 안면 또는 안와골 구역)에 기초하여 치료 시간 동안의 치료점들의 예정된 총 수를 결정할 수 있다: 예를 들면, 1200개의 치료점들(62). (치료점들의 수는 장치(10)에 출력된 출력 빔들(60)의 수와 동일하다고 가정할 수 있다).
단계(464)에서, 사용자가 장치(10)를 치료 구역(40)에 맞대어(against) 위치시킨 후에, 장치(10)는 치료 시간을 시작할 수 있다. 특히, 제어시스템(18)은 빔들(114)의 주사 어레이들(예, 열들)을 치료 구역(40)에 전달하여, 단계(466)에 표시된 바와 같이, 치료점들(62)의 어레이를 생성한다. 장치가 글라이딩 모드에서 동작한다면, 장치(10)는 빔-주사 및 전달 공정 동안에 피부를 가로질러 연속적으로 글라이딩할 수 있다. 장치가 스탬핑 모드에서 동작한다면, 장치(10)는 각 주사 동안에 적소에 유지되며, 그리고 나서 다음 주사를 수행하기 위한 다음 치료 장소로 피부표면을 가로질러 이동되거나 또는 글라이딩될 수 있다. 입력 빔(110)의 각 주사가 시작되고 끝날 때, 및/또는 장치(10)가 다음 주사(변위 모니터링 및 제어 시스템(132)에 의해 결정된)를 수행하기 위한 충분한 거리를 이동하였다면 또는 장치(10)가 다음 주사를 수행하기 위한 충분한 거리를 이동하였을 때, 사용자는 (청각, 가시광선 또는 촉각 알림에 의해) 지시를 받을 수 있다. 글라이딩 모드 또는 스탬핑 모드에서, 사용자는 치료 시간동안 임의 횟수로 (예, 피부의 원하는 구역을"그리기(paint)" 위하여) 장치를 피부를 가로질러 글라이딩 또는 이동시킬 수 있다.
치료 시간 동안에, 단계(468)로 표시한 바와 같이, 변위 모니터링 및 제어 시스템(132)은 장치가 피부를 가로질러 이동할 때 장치의 가로변위를 모니터링하고, 따라서 위에서 설명한 바와 같이 출력 빔들의 전달/치료점들(62)의 발생을 제어할 수 있다. 예를 들면, 시스템(132)은 치료점들(62)의 연속 열들이 적어도 최소 거리만큼 글라이드 방향으로 이격되는 것을 보장할 수 있다.
또한, 치료 시간 동안에, 제어시스템(18)은 단계(470)에서 표시된 바와 같이, 단계(462)에서 결정된 치료 구분자를 모니터링할 수 있다. 예를 들면, 제어 시스템(18)은 치료 시간 동안에 생성된 치료점들의 수의 운전 카운트(running count)를 유지할 수 있다. 단계들(468 및 470)은 치료 시간의 지속 시간 전체에 걸쳐서 함께 수행될 수 있다.
단계(472)에서, 제어시스템(18)은 치료 구분자가 예정 한계에 도달하였는지를 결정한다. 예를 들면, 제어시스템(18)은 시간 동안에 생성되었던 치료점들(62)의 수가 단계(462)에서 결정된 치료점들(62)의 예정된 수(예, 1200개의 치료점들(62))에 도달되었는지를 결정할 수 있다. 그렇다면, 치료 시간은 단계(474)에서 완료된다. 예를 들면, 제어시스템(18)은 치료 방사선 소스(14) 및/또는 주사 시스템(48)을 턴오프시킬 수 있다. 그렇지않다면, 단계들(466-472)은 치료 구분자가 도달될 때까지 계속된다.
일부 실시예들에서, 사용자에게 치료(예, 부분 치료)를 제공하기 위한 치료 시간은 위에서 설명한 바와 같이, 장치(10)가 피부를 가로질러 이동되는 율 또는 속력에 관계없이 방법(460)에 따라 완료될 수 있다.
눈 안전센서
일부 실시예들에서, 장치(10)는 치료 방사선 소스(14)로부터의 광선이 의도하지 않게 눈에 노출되는 것을 방지하는 것을 돕기 위하여, 장치(10)의 치료 출력 구경 근처에 각막(또는 다른 눈 조직 또는 특징)이 존재하는 것을 검출하도록 구성된 광학 눈 안전 센서(114)를 포함한다. 예를 들면, 광학 눈 안전 센서(114)는 피부와 각막의 존재 사이를 구별하고, 장치(10)가 의도된 치료 구역(40)만을 치료할 수 있도록 구성될 수 있다. 눈 안전 센서(114)는 눈 손상 위험이 주로 각막에서 있는 1400-nm 보다 큰 파장의 적외선 치료 광선에 대하여, 또는 망막 위험이 존재하는 UV, 가시광선 및/또는 근적외선에 대하여 특히 중요할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 눈 안전 센서(114)는 상당히 염가이고, 소형이고, 핸드 헬드 인클로저내에서 용이하게 포장되며(예, 작고 그리고 경량), 그리고 상업적으로 이용가능한 부품들로 조립된다. 눈 안전 센서의 또 하나의 예시적 실시예는 눈의 형상, 칼러 또는 다른 특징을 패턴 인식할 수 있는 이미징 센서이다.
도 48은 특정 실시예들에 따른 예시적 광학 눈 안전 센서(114)를 도시한다. 광학 눈 안전센서(114)는 광선 소스(510), 광 검출기(512), 검출기 광학물품 (520), 릴레이 광학물품(522) (일부 실시예들에서), 및 마이크로컨트롤러(530)를 포함할 수 있다.
광선 소스(510)는 발광 다이오드(LED) 또는 임의의 기타 적합한 광선 소스일 수 있다. 광선 소스(510)는 인체 피부의 표면에 미세한 세부물들(details)을 보여주기 위하여 선택될 수 있다. 그래서, 반사되기 전에 피부로 상당히 얇은 깊이로 침투하는 파장이 선택될 수 있다. 예를 들면, 광선 소스(510A)는 약 560 nm의 파장을 갖는 청색 LED, 약 660 nm의 파장을 갖는 적색 LED, 또는 약 940 nm의 파장을 갖는 적외선 LED일 수 있다. 적색 LED 또는 적외선 파장 LED는 상당히 염가이고 실제로 잘 작동된다. 대안적으로, 반도체 레이저가 이용될 수 있다.
광 검출기(512)는 광 다이오드, 광 트랜지스터 또는 기타 광 검출기일 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 트랜지스터는 추가 증폭의 필요없이 직접 사용할 수 있는 신호를 제공하기에 충분한 전류 게인을 갖는다. 광 검출기 광학물품(520) 예를 들면, 반쪽-볼 렌즈는 광 검출기(512)와 결합되거나 광 검출기(512)에 부착될 수 있다. 광 검출기 광학물품(520)은 광 검출기(512)가 타겟 표면 장소를 "관측(view)" 할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 일부 실시예들에서, 센서(114)는 광선 소스(510)로부터 광선을 중계하기 위한 릴레이 광학물품(522) 및/또는 반사 광선을 검출기(512)로 중계하기 위한 릴레이 광학물품(522)을 포함할 수 있다. 광선 소스(510), 검출기 광학물품(520), 및/또는 검출기(512) 중 하나, 일부 또는 전부가 사용시에 피부 표면(38)에 또는 상기 피부 표면 근처에 위치하도록 구성될 수 있는 하우징(24) 내의 구경(526)으로부터 임의의 원하는 거리에 놓여질 수 있도록, 임의의 원하는 거리에 대하여 광선을 중계하는데, 릴레이 광학물품(522)이 사용될 수 있다. 또한, 마이크로컨트롤러(530) 및/또는 센서(114)와 연관된 기타 전자장치가 구경(526)으로부터 및/또는 센서(114)의 상기 기타 부품들(예, 광선 소스(510), 검출기(512), 검출기 광학물품 (520), 및 선택적인 릴레이 광학물품(522))로부터 임의의 거리에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서(114)의 부품들을 구경(526)으로부터 떨어져 위치시키는 것은 장치(10)의 적용 단부(42)에서 센서(114)에 의해 점유되는 공간을 감소시키거나 최소화시킬 수 있으며, 그것은 바람직하거나 유리한 적용 단부(42)의 감소되거나 최소화된 크기를 가능케할 수 있다.
다른 실시예들에서, 센서(114)의 부품들은, 릴레이 광학물품(520)이 포함되지 않도록 구경(526) 근처에(예, 장치(10)의 적용 단부(42)에) 위치될 수 있다.
광선 소스(510)는 극히 낮은 입사각에서(예, 도 49에서 보여진 θ 약 5도 내지 40도에 있을 수 있다) 표면(예, 피부 표면(32))을 조사하도록 배향될 수 있으며, 반면에 검출기(512)는 조사 표면에 대하여 수직 입사각으로 또는 거의 수직 입사각으로 정렬될 수 있다.
마이크로컨트롤러(530)는 직류 또는 변조 전류를 가지고 광선 소스(예, LED)를 구동하고, 일체식 ADC(532)를 사용하여 검출기(512)로부터의 신호를 기록하도록 구성될 수 있으며, 검출기(512) 아래의 표면이 피부(40) 또는 각막(500)인지를 결정하기 위하여 기록된 검출기 신호(524)의 진폭을 분석한다.
검출기(512)로부터의 신호(524)는 "반사율 피드백 신호"라 지칭될 수 있다. 반사율 피드백 신호(524)의 진폭은 검출기(512)에 의해 수광된 광선 소스(510)로부터의 반사 광선의 세기에 대응한다: 검출기(512)로 반사되는 광선 소스(510)로부터의 광선이 많을수록, 반사율 피드백 신호(524)의 진폭이 더 높아진다. 아래에 설명한 바와 같이, 광선 소스(510) 및 검출기(512)의 구성으로 인해, (상당히 확산성(diffuse)인) 피부는 (비교적 정반사성(specular)인) 각막보다 광선 소스(510)으로부터의 광선을 검출기(512)로 더 많이 반사한다. 그래서, 마이크로컨트롤러(530)는 검출기(512) 아래의 표면이 피부(40) 또는 각막(500)인지를 결정하기 위하여(예, 임계치 비교 또는 윈도우 비교를 사용하여) 반사율 피드백 신호(524)의 진폭을 분석할 수 있다.
장치의 치료 윈도우(44)가 피부 또는 각막 위에 있는지를 나타내는 마이크로컨트롤러(530)로부터의 신호들이 장치(10)의 하나 이상의 제어가능 동작 매개변수들을 제어하기 위하여 제어시스템들(18)에 의해 사용될 수 있다.
예를 들면, 치료 시간을 시작하기 위하여 치료(예, 치료구역(40)으로의 방사선의 전달)가 개시될 수 있으며, 또는 예를 들면 반사율 피드백 신호(524)가 예정된 피부/각막 임계 위에 있거나 또는 피부에 대응하는 예정된 반사율 윈도우내에 있다는 것을 결정함으로써, 마이크로컨트롤러(530)가 "피부 존재"를 검출한다면 치료(예, 치료구역(40)으로의 방사선의 전달)가 치료 시간 동안의 차단 후에 재개시될 수 있다. 이러한 상황에서, 제어시스템들(18)은 치료 구역(40)으로 방사선 전달을 시작하기 위하여 치료 방사선 소스를 동작가능케 하거나 전력을 공급할 수 있다(또는 장치(10)의 다른 양상들을 제어할 수 있게 한다). 마이크로컨트롤러(530)가 계속하여 피부 존재를 검출하는 한, 치료는 계속될 수 있다. "있을 수 있는 각막 존재(possible cornea presence)"가 검출될 때, 또는 다른 차단 이벤트들이 있을때는 치료는 차단될 수 있다.
반사율 피드백 신호(524)가 예정된 피부/각막 아래에 있거나 또는 피부와 대응하는 반사율 윈도우 밖에 있다는 것을 마이크로컨트롤러(530)가 결정한다면, 마이크로컨트롤러(530)는 "있을 수 있는 각막 존재"를 검출할 수 있다(상기 있을수 있는 각막의 존재는 예를 들면 본질적으로 각막, 기타 비-확산성 표면 또는 타겟 표면의 부존재일 수 있는 비-피부 표면의 검출이다. 제어시스템들(18)은 있을 수 있는 의도되지 않은 눈 노출(및 있을 수 있는 눈 손상)을 방지하기 위하여 마이크로컨트롤러(530)에 의해 검출된 있을 수 있는 각막 존재에 응답하여, 치료 방사선 소스(14)를 동작불능으로 할 수 있다(또는 장치(10)의 다른 양상들을 제어할 수 있다).
센서(114)의 동작은 도 49-50b를 참고하여 아래에 설명된다. 도 49는 광선 소스(510) 및 두개의 각각 다른 위치의 검출기(512)를 도시한다. 도 50a 및 도 50b는 각각 다른 형상들의 예시적 각막들에 대하여 국부 표면 수직 방향들(local surface normal directions)을 도시한다.
검출기(512)는 광선 산란으로 인해, 더 매끄럽고 더 정반사성의 물질들로부터 보다 확산성 표면 물질들로부터의 더 많은 양의 반사광선을 받는다(그리고, 따라서 신호(524)의 더 큰 진폭을 생성한다). 피부는 상대적으로 확산성이며, 반면에 각막 표면은, 각막 표면이 피부보다 훨씬 더 낮은 확산성의 반사 성분을 갖도록 일반적으로 매끄럽고 정반사성이다. 이 차이는 검출기(512)가 피부(40)의 구역 위에 또는 각막(500) 위에 위치되는지를 결정하는데 사용된다.
단일 빔 소스(510)와 단일 검출기(512)를 사용하여 확산성 물질과 정반사성 물질 사이를 구별하는 이 기술은 타겟 표면의 법선과 빔 소스(510) 및 검출기(512) 사이의 각도들은 적어도 어느 정도 공지되어 있다고 가정할 수 있다. 특히, 빔 소스(510) 및 검출기(512)가 타겟 표면에 대하여 정렬되어 있는 각도들은, 도 50a 및 도 50b에 대하여 아래에 설명한 바와 같이, 공지 범위의 각막 굴곡들에 대하여, 피부로부터의 반사와 각막으로부터의 반사를 구별하는데 반사율 피드백 신호(524)가 신뢰성 있게 사용될 수 있도록, 선택될 수 있다.
일반적으로, 표면(예, 피부 또는 각막 표면)의 국부 표면 법선 벡터는 표면의 국부 굴곡에 따라, 더 큰 크기의 평균 표면 법선에 대하여 변할 것이다. 예를 들면, 각막의 에지 부근에서, 국부 표면 법선은 각막이 곡면이기 때문에 각막의 중심에서의 법선 벡터로부터 적어도 몇 도 오프셋될 것이다.
광선 빔 소스가 거의 평면 입사각(~0 도)으로 표면에 조사되고 검출기는 이 표면을 거의 수직 입사각(~90 도)으로 바라본다고 가정하자. 덜 곡선의 표면들에 대하여, 국부 표면 법선들은 도 50에 보여진 바와 같이, 90 도에 아주 가깝다. 굴곡이 45도의 국부 표면 법선을 제공하는 도 50b에 보여진 극한 경우에, 정반사성 반사가 검출기로 직접적으로 전파된다. 센서(114)의 목적으로, 얼굴에 대한 센서(114)/장치(10)의 임의의 실제 구성에 대하여 빔 소스로부터 검출기로의 직접 정반사성 반사가 생기지 않도록, 노출된 각막 표면이 얼굴의 더 큰 표면 법선(즉, 눈에 인접한 피부)과 45 도 미만의 각도를 형성한다고 가정한다. 정상 눈에 대하여, 각막 에지 근처의 가장 극한 각도는 40 도 미만이라는 것도 알려져 있다(참고, 예, James D. Doss, "각막 프로파일 및 전력 분포의 계산방법(Method for Calculation of Corneal Profile and Power Distribution)", Arch Ophthalmol, Vol. 99, July 1981). 또한, 이 각도는 중심 각막 부위의 60% 내에서 거의 20도로 급격히 감소한다, 즉, 굴곡이 각막 중심 근처에서 크지 않다. 그러므로, 중심 60% 각막 부위에 대하여, 각막으로부터의 정반사성 반사는 검출기에 의해 큰 마진을 가지고 차단되지는 않을 것이다.
그래서, 광선 소스(510)가 충분히 낮은 입사각(예, 도 49에 보여진 약 5도 내지 40도 사이의 θ)으로 배열된다고 가정하면, 모든 실제 경우들에 대하여 각막은 광선 소스(510)로부터의 광선을 검출기(512)로 직접 반사하지 않을 것이다. 그래서, 모든 실제 경우들에 대하여, 각막은 피부보다 광선 소스(510)로부터 광선을 검출기(512)로 더 반사할 것이다. 그래서, 실제 경우들에 있어서, 적절한 신호 진폭 임계치들이 마이크로컨트롤러(530)에 의해 이용된다고 가정하면, 각막은 피부와 구별될 수 있다. 그래서, 요약하면, 반사율 피드백 신호(524)의 진폭을 비교하기 위한 임계치(들)의 적절한 선택뿐만 아니라, 광선 소스(510)와 검출기(512)의 적절한 방향을 가정하면, 센서(114)는 특히 시력에 가장 중요할 수 있는 중심 각막 부위에 대하여 피부와 각막 사이를 신뢰성 있게 구별할 수 있다.
피부 진피의 산란 계수 ㎛s_ 피부 는 각막의 산란 계수 ㎛s_ 각막 보다 실질적으로 더 크다는 것을 실험에 의해 보여주였다. 특히, 500-nm 파장에 대하여 피부 진피의 산란 계수 ㎛S_피부 는 약 60 cm-1이다(참고 Steven L. Jacques, "피부 광학(Skin Optics)" Oregon Medical Laser Center News, Jan. 1998), 반면에 피부 진피의 산란 계수 ㎛s_각 막는 500-nm 파장에 대하여 약 10 cm- 1 이다 (참고, Dhiraj K. Sardar, "소의 각막, 렌즈 및 가시 영역에서의 망막의 광학 흡수 및 광산란(Optical absorption and scattering of bovine cornea, lens, and retina in the visible region)" Laser Med. Sci., 24(6), Nov. 2009). 이들 각각의 산란 계수에 기초하여, 각막의 예상 확산성 반사율은 약 8%이고, 반면에 전형적인 Fitzpatrick I 내지 VI 타입의 피부에 대한 예상 확산성 반사율은 각각 70% 내지 10%의 범위에 있다. 그래서, 대부분의 피부 타입들에 대하여, 다시 적절한 비교 임계치들 또는 윈도우들이 센서(114)에 의해 이용된다고 가정하면, 반사율 차이가 각막과 피부를 구별할 정도로 충분히 크다.
멀티-센서 눈 안전시스템
일부 실시예들에서, 장치(10)는 하나 이상의 눈 안전센서(114) 및 하나 이상의 피부 접촉센서들(204)을 포함하는 멀티-센서 제어/안전 시스템을 포함한다.
도 51은 장치 적용 단부(42)에 또는 상기 장치 적용 단부 부근에 배열된 하나 이상의 피부 접촉센서들(204) 및 하나 이상의 눈 안전센서(114)를 포함하는 예시적인 멀티-센서 제어/안전 시스템(550)을 도시한다. 시스템(550)은, 단독으로 작동하는 눈 안전센서(114) 또는 피부 접촉센서(들)(204)과 비교하여, 더 신뢰성이 있고 및/또는 여분의 눈 안전 기능성을 제공하기 위하여, 눈 안전센서(114)와 피부 접촉 센서(들)(204)의 기능성을 결합한다.
시스템(550)은 눈 안전센서(114) 및 피부 접촉센서(들)(204)에 의해 임의의 적절한 방식으로 이루어진 독립 결정들에 기초하여 장치(10)를 제어하도록(예, 치료 방사선 소스(14)를 턴온/오프하도록), 구성될 수 있다. 눈 안전센서(114) 및 피부 접촉센서(들)(204)에 의해 이루어진 독립 결정들은 이러한 센서들에 의해 검출된 신호들을 여기서 "독립 결정 임계치들(independent determination thresholds)"이라 지칭되는 각각의 임계치들과 비교함에 의해 이루어질 수 있다.
예를 들면, (a) 눈 안전센서(114)가 접촉센서(들)(204)에 의한 임의의 결정들 또는 신호 분석에 무관하게, "피부 존재"(위에서 설명함)를 결정한다면, 또는 (b) 모든 접촉센서들(204)이 눈 안전센서(114)에 의한 임의의 결정들 또는 신호 분석에 무관하게, 피부와의 접촉상태를 결정한다면, 시스템(550)은 치료 방사선 소스(14)를 턴온하도록 제어신호를 트리거할 수 있다. 그래서, (a) 눈 안전센서(114)가 접촉센서(들)에 의한 임의의 결정들 또는 신호분석과 무관하게, "있을 수 있는 각막 존재"(위에서 설명함)를 결정하고, 그리고 동시에 (b) 적어도 하나의 접촉센서(104)가 눈 안전센서(114)에 의한 임의의 결정들 또는 신호 분석과 무관하게, 피부와의 비 접촉 상태를 결정한 경우에만, 시스템(550)은 치료 방사선 소스(14)를 턴오프하도록 제어신호를 트리거할 수 있다.
대안적으로, (a) 눈 안전센서(114)가 접촉센서(들)에 의한 임의의 결정들 또는 신호분석과 무관하게, 피부 존재(위에서 설명함)를 결정하고, 그리고 동시에 (b) 모든 접촉센서들(204)이 눈 안전센서(114)에 의한 임의의 결정들 또는 신호 분석과 무관하게, 피부와의 접촉 상태를 결정한 경우에만, 시스템(550)은 치료 방사선 소스(14)를 턴온하도록 제어신호를 트리거할 수 있다. 그래서, (a) 눈 안전센서(114)가 접촉센서(들)(204)에 의한 임의의 결정들 또는 신호 분석에 무관하게, 있을 수 있는 각막 존재를 결정한다면, 또는 (b) 임의의 접촉센서(104)가 눈 안전센서(114)에 의한 임의의 결정들 또는 신호 분석에 무관하게, 피부와의 비 접촉상태를 결정한다면, 시스템(550)은 치료 방사선 소스(14)를 턴오프하도록 제어신호를 트리거할 수 있다.
대안적으로 또는 또한, 시스템(550)은 눈 안전센서(114)로부터의 신호들 과 피부 접촉센서(들)(204)로부터의 신호들의 연동 분석(inter-dependent analysis)에 기초하여 장치(10)을 제어하도록(즉, 치료 방사선 소스(14)를 턴온 또는 턴오프하도록) 구성될 수 있다. 예를 들면, 시스템(550)은, 특정 제어신호를 트리거할지를 결정하기 위하여, 눈 안전센서(114)에 의해 검출된 신호들(예, 검출기(512)로부터의 반사율 피드백 신호(524)) 및 접촉센서(들)(204)에 의해 검출된 신호들(예, 접촉센서(들)(204)에 의해 검출된 신호(552))을 분석하는 알고리즘을 이용할 수 있다. 예를 들면, 이러한 알고리즘들은 위에서 설명한 독립 결정 임계치들보다 더 낮은 임계치들을 통합할 수 있다. 이러한 임계치들은 여기서 "연동 센서 분석 임계치들"이라 지칭된다.
예로서 도시하기 위하여, 시스템(550)은 다음의 독립 결정 임계치들을 구체화할 수 있다:
(a) 10 mV 눈 안전임계치: 눈 안전센서 (214)는 반사율 피드백 신호(524)의 진폭이 10 mV 아래로 떨어진다면, 있을 수 있는 각막 존재를 결정하고, 그리고
(b) 50 pF 접촉 센서 임계치: 접촉 센서 (204)는 접촉센서 신호(552)의 진폭이 50 pF 아래로 떨어진다면, 비 접촉상태를 결정한다.
또한, 시스템(550)은 연동(inter-dependent) 센서 분석 임계치들을 구체화할 수 있다:
(a) 반사율 피드백 신호(524)에 대하여 15 mV 눈 안전임계치, 및
(b) 신호(552)에 대하여 70 pF 접촉 센서 임계치.
시스템(550)은 연동 센서 분석 임계치들(15 mV 및 70 pF)을 통합하는 알고리즘(154)을 이용할 수 있다. 예를 들면, 알고리즘은 (a) 반사율 피드백 신호(524)가 15 mV아래에 있고 그리고 동시에 (b) 접촉센서 신호(552)가 70 pF 아래에 있다면 치료 방사선 소스(14)를 턴오프하도록 제어신호를 구체화할 수 있다.
눈 안전센서(114)로부터의 신호들 및 피부 접촉센서(들)로부터의 신호들(552)의 연동 분석에 기초하여 장치(10)를 제어하는 또 하나의 예로서, 알고리즘(154)은 반사율 피드백 신호(524) 및 접촉센서 신호(552)로부터의 "눈 안전 인자 지수" 또는 ESF 지수로 지칭되는 지수를 계산할 수 있다. 알고리즘은 반사율 피드백 신호(524) 및 접촉센서 신호(552)에 임의의 적절한 방식으로 가중치를 부여할 수 있다. 예시적 알고리즘은 식(1)으로 제공된다:
ESF 지수 = 신호(524) 진폭 * W1 + 신호(552) 진폭 * W2 (1)
--- 여기서 W1 및 W2 는 임의의 적절한 상수들 (0 포함).
또 하나의 예시적인 알고리즘은 식(2)로서 제공된다:
ESF 색인 = (신호(524) 진폭 + C1) * (신호(552) 진폭 + C2) (2)
--- 여기서 C1 및 C2 는 임의의 적절한 상수들을 나타낸다 ( 0 포함).
임의의 기타 적절한 알고리즘들은 반사율 피드백 신호(524) 및 접촉센서 신호(552)에 기초하여 ESF 지수를 계산하는데 사용될 수 있다.
그리고 ESF 지수는 특정 제어신호를 트리거할지(예, 치료 방사선 소스(14)를 턴오프할지) 를 결정하기 위하여 예정된 임계치와 비교되고, 각각 다른 제어신호들을 트리거하기 위하여 다중의 다른 예정된 임계치와 비교될 수 있다. 이러한 알고리즘들(동일한 또는 각각 다른 임계값들을 이용하는)은 임의의 적절한 제어신호들, 예를 들면 방사선 소스(14)를 턴온하고, 치료 방사선 소스(14)를 턴온하기 위한 제어 신호들을 트리거하고, 현재 치료모드를 변경하고, 또는 장치(10)의 임의의 제어가능 동작 매개변수를 조정하는데 사용될 수 있다.
도 52는 특정 실시예들에 따른, 멀티-센서 제어/안전 시스템(550)을 사용하여 장치(10)를 제어하기 위한(예, 치료 방사선 소스(14)를 제어하기 위한) 예시적 방법(600)을 도시한다. 단계(602)에서, 사용자는 치료 모드 및/또는 기타 치료 매개변수들을 선택하여 치료 시간을 준비하고, 장치(10)의 적용 단부(42)를 피부에 맞대어 위치시킨다.
단계(604)에서, 시스템(550)은 예를 들면, 위에서 설명한 기술들 중의 임의의 것 또는 임의의 다른 적합한 기술을 사용하여, 치료를 위해 피부에 맞대어 적용 단부(42)가 올바르게 위치되었는지를 결정한다.
시스템(550)이 치료를 위해 적용 단부(42)가 피부에 맞대어 올바르게 위치되었다고 결정한다면, 시스템(550)은 단계(606)에 표시된 바와 같이, 자동적으로 또는 규정된 사용자 입력(예, 치료 버튼의 누름)시에 치료 시간을 시작하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 또한, 제어 시스템들(18)은 치료가 개시되었고, 또는 치료가 규정된 사용자 입력(즉, 치료 버튼의 누름)시에 개시가 준비되었다는 것을 나타내는 피이드 백을 사용자에게 또한 생성할 수 있다.
그리고나서 장치(10)는 단계(608)에 표시된 바와 같이, 치료점들(70)을 생성하기 위하여 피부(40)에 전달을 위한 빔(108)을 전달 빔(114)으로서 발생시키기 위해 방사선 소스(14)를 활성화시킬 수 있다. 사용자는 장치(10)의 구성 및/또는 선택 치료 모드에 따라 장치(10)를 글라이딩 모드 또는 스탬핑 모드로 작동시킬 수 있다.
치료 동안에, 시스템(550)은 단계(610)에 표시된 바와 같이, 적용 단부(42)가 피부에 맞대어 올바르게 위치되어 있는지를 연속적으로 또는 반복적으로 결정한다. 단계(612)에 표시된 바와 같이, 시스템(550)이 적용 단부(42)가 치료를 위해 피부에 맞대어 올바르게 위치되어 있다고 결정하는 한, 시스템(550)은 치료 시간을 계속하기 위한 제어 신호들을 계속하여 발생시킬 수 있다(즉, 제어 시스템들(18)이 피부(40)에 치료점들(70)을 생성하기 위하여 빔들(114)을 계속하여 전달할 수 있도록).
그러나, 단계(614)에 표시된 바와 같이, 치료 동안에 시스템(550)이 적용 단부(42)가 치료를 위해 피부에 맞대어 올바르게 위치되지 않았다고 결정한다면(예, 시스템(550)이 적용 단부(42)가 각막 위에 놓여 있거나 또는 피부와의 접촉으로부터 벗어나 이동된다고 결정한다면), 시스템(550)은 예를 들면 치료 방사선 소스(14)를 턴오프하거나 동작 불능되게 함으로써, 치료 시간을 자동적으로 정지 또는 차단하기 위한 제어 신호를 발생시킬 수 있다. 제어 시스템들(18)은 또한 장치(10)의 상태를 표시하는 피드백, 예를 들면 청각 피드백 또는 시각 피드백을 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 제어 시스템들(18)은 치료가 정지되거나 차단되었다는 것을 표시하는 일반적인 피드백을 제공하거나 또는 예를 들면 눈 검출, 비-접촉 검출 및 장치 고장 사이를 구별하는 피드백과 같은, 치료가 정지 또는 차단된 이유를 표시하는 더욱 특정한 피드백을 제공할 수 있다.
시스템(550)이 단계(616)에서 적용 단부(42)의 위치선정을 계속하여 모니터링할 수 있다. 시스템(550)이, 적용 단부(42)가 치료를 위해 피부에 맞대어 올바르게 다시 위치되었다고 결정하면, 단계(618)에 표시된 바와 같이, 시스템(550)은 예를 들면 치료를 재개할 제어 신호를 발생시킴으로써(예, 치료 방사선 소스(14)를 턴온 함으로써) 그리고, 단계(608)로 되돌아가는 방법에 의해 표시된 바와 같이, 피부에 치료점들(70)의 발생을 재개함으로써, 치료 시간을 재개할 수 있다.
치료 시간은 치료 구분자(도 48에 대하여 위에서 설명한 바와 같은) 또는 예정 시간 후에, 또는 치료 시간을 규정하는 임의의 기타 매개변수들에 기초하여 종료될 수 있다. 이 예 및 도 52는 접촉센서들 이외의 센서들에도 유사한 방식으로 적용될 수 있다는 점을 이해해야 할 것이다.
눈 안전센서의 교정
일부 실시예들에서, 눈 안전센서(114)는 장치(10)의 현재 사용자에 맞추어 제각기 교정될 수 있다. 도 53은 한 명 또는 다수의 사용자들을 위해 눈 안전센서(114)를 교정하기 위한 예시적 방법(650)을 도시한다. 교정 공정은 단계들(652-660)에서 수행된다. 단계(652)에서, 사용자는 예를 들어, 장치(10)로부터 지시를 받을 때, 장치(10)의 적용 단부(42)를 사용자의 피부에 맞대어 위치시킨다. 장치(10)가 사용자에게 인체의 특정부, 예를 들면 얼굴 또는 손등에 맞대어 적용 단부(42)를 위치시킬 것을 지시할 수 있다. 센서(114)는 활성화되고 단계(654)에서 반사율 피드백 신호(524)를 기록한다. 단계(656)에서, 사용자는 예를 들면 장치(10)로부터 지시를 받을 때, 장치(10)의 적용 단부(42)를 피부를 가로질러 이동시킬 수 있다. 단계(658)에서 센서(114)는 피부상의 적용 단부(42)의 다양한 장소들에서 반사율 피드백 신호(524)를 계속하여 기록할 수 있다.
단계(660)에서, 마이크로컨트롤러(530)는 단계들(654, 658)에서 기록된 신호(524)를 분석하여 센서(114)를 교정할 수 있다. 예를 들면, 마이크로컨트롤러(530)는 피부와 각막 사이를 구별하기 위하여, 예를 들면 위에서 설명한 바와 같이 "피부 존재" 또는 "있을 수 있는 각막 존재"를 결정하기 위하여 하나 이상의 알고리즘들을 실행하여 하나 이상의 적절한 임계값들(예, 임계 전압들)을 결정할 수 있다. 이러한 임계값들은 센서(114) 또는 제어시스템(18)에 의해 저장될 수 있다.
단계(662)에서, 동일한 사용자 또는 다른 사용자는 치료 시간 동안에 장치(10)를 개시할 수 있다. 사용자는 단계(664)에서 사용자 인터페이스(18)를 통해, 예를 들면 성명의 목록을 스크롤하고 상기 목록에서 선택하거나, 또는 새로운 성명을 입력하여 사용자 자신을 식별시킬 수 있다. 그리고나서 장치(10)는 그 사용자에 대하여 눈 안전센서(114)가 교정되었는지를 결정할 수 있고, 그렇다면, 단계(666)에서 그 사용자에 대하여 저장된 피부/각막 결정 임계치들을 억세스할 수 있다. 사용자가 새로운 사용자이거나 또는 눈 안전센서(114)가 그 사용자에 대하여 교정되지 않았다면, 장치(10)는 단계(668)에서(단계(652-660)의 교정 공정을 통해 사용자를 이끎으로서) 그 사용자에 대하여 피부/각막 결정 임계치들을 결정하고 저장하기 위해서 그 사용자에 대하여 센서(114)를 교정할 수 있다.
사용자에 대한 피부/각막 결정 임계치들이 억세스된(또는 새로운 사용자의 경우에는 결정되고 저장된) 후에, 사용자는 장치(10)를 사용하여 다양한 동작 매개변수들을 선택하고 치료 시간을 시작할 수 있다. 치료 시간동안에, 단계(670)에서 눈 안전센서(114)는 단계(666 또는 668)에서 억세스된 사용자-특정 임계치들을 사용하여 적용 단부(42) 아래의 표면을 연속적으로 또는 반복적으로 모니터링할 수 있다.
다른 실시예들에서, 장치(10)는 각 치료 시간전에 눈 안전센서(114)가 교정되는 것을 필요로 할 수 있다.
이중-기능 센서들
일부 실시예들에서, 눈 안전 기능을 제공하기 것에 더하여, 눈 안전센서(114)는 도 37-39에 보여진 단일-화소 변위센서들(100A, 100B, 또는 100C)에 대하여 위에서 설명한 것과 유사한 방식으로 동작하는, 변위센서로서 또한 사용될 수 있다. 눈 안전센서(114) 및 변위센서(100A/100B/100C)의 기능은 단일 센서(100/114)에 통합될 수 있다. 그래서, 위에서 설명한 눈 안전 및 변위 모니터링 기능 모두를 제공하는데 단일 방사선 소스 및 단일 검출기가 사용될 수 있다. 통합식 눈 안전/변위 센서(100/114)는 두 센서들의 기능을 제공하기 위한 하나 이상의 마이크로컨트롤러들 또는 기타 프로세서들을 포함한다.
다른 실시예들에서, 장치(10)는 눈 안전센서(114)와 하나 이상의 변위센서들(200)(예, 하나 이상의 단일-화소 변위 센서들(100A/100B/100C) 및/또는 하나 이상의 멀티-화소 변위센서들(100D)) 모두를 포함할 수 있으며, 여기서 눈 안전센서(114)는 (그의 눈 안전 기능 이외에) 변위센서(들)(100A/100B/100C)에 대한 백업을 보충하거나 또는 제공하기 위하여, 장치 변위 모니터링 기능을 제공한다.
추가적인 실시예들 및 특징들
장치(10)의 또 하나의 예시적 실시예는 도 54 및 55에 보여지고, 아래에 설명된다.
도 54는 대략 2cm×4cm의 상부 부분에 일반적으로 직각 단면을 갖고 약 2cm×2cm의 하부 부분에 거의 정사각형 단면을 갖는, 대략 12cm 길이일 수 있는 장치(10)의 일 실시예를 보여준다. 이들 치수들 및 형상들은 오직 장치의 크기에 대한 느낌과 핸드-헬드 장치로서의 그의 쾌적성을 주기 위한 전형이며, 이러한 치수들 및 형상들은 임의의 방식으로 제한을 두도록 시도되지 않는다.
하우징(24)의 상부 부분은, 배터리(20)를 충전하기 위한 충전기 포트(174) 뿐만 아니라, 예를 들면 2개의 AA-사이즈 리튬 폴리머 배터리(20), 및 온/오프 버튼(200) 및 LED와 같은 동작 표시기(54)를 포함할 수 있다. 장치의 중간 부분은 레이저(14)의 활성화를 조절하기 위한 제어 전자장치(30)를 수용할 수 있으며(이는 명확성을 위해 단순히 레이저(14)로 이하에 지칭되는, 예를 들어 1개 내지 4개의 에지 방출 레이저 다이오드들을 포함할 수 있다), 특정 실시예에 따라 접촉 센서(104) 및 변위 센서(100) 또는 운동/속도 센서(102)에 반응할 수 있다. 전자장치(30)의 이 위치는 장치의 하부 부분에 위치된 열매체(예를 들면, 구리 실린더)의 경우에, 장치(30)가 히트 싱크(36)에 열적으로 결합되도록 허용한다.
일 실시예에서, 레이저(14)의 과열을 방지하기 위해, 레이저는 열량체 히트 싱크(36)와 직접 열접촉되어 배열될 수 있다. 동작 동안, 에지 방출 레이저 다이오드(14)로부터의 손실 열은 열매체(36)로 전도된다. 예를 들면, 열매체(36)는 레이저(14)가 구리 실린더의 개구 안으로 눌리어지도록 구리의 외부에 설치될 수 있으며, 일부 실시예들에서 열매체(36)는 에지 방출 레이저 다이오드(14)에 레이저 구동 회로(30)를 연결하기 위한 하나의 전선관으로서 제공할 수 있다.
변위 센서(102) 또는 운동/속도 센서(102)는 도 54에 도시된 바와 같이 일반적으로 에지 방출 레이저 다이오드(14)에 인접한, 하우징(24)의 치료 팁(42)에 매우 근접하여 위치될 수 있다. 접촉 센서(104)가 또한 장치 팁(42)에 또는 그 부근에 위치될 수 있으며, 예를 들면, 일부 실시예들에서 기계적 센서들이 또한 이용될 수도 있지만, 레이저 빔 또는 빔들(60)을 통과시켜 피부(40) 쪽으로 전달되도록 하는 윈도우(40)를 부분적으로 또는 전체적으로 둘러싼 용량형 센서를 포함할 수 있다. 윈도우(44)는 사파이어, 수정, 다이아몬드 또는 에지 방출 레이저 다이오드의 주파수에서 투과되고 우수한 온도계수를 갖는 기타 물질을 포함하는 하나의 군으로부터 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 윈도우(44)는 치료 동안 피부 표면(38)과 접촉되어 놓여진다.
다음으로 도 55를 참조하면, 도 54의 장치(10)의 예시적 동작 개략도가 블록선도 형태로 보여진다. 적어도 하나의 마이크로프로세서(150)가 배터리(20) 또는 기타 전력 공급부로부터 전력을 받는다. 재충전가능 배터리들이 사용되는 실시예들에서, 충전 회로(176) 및 충전 포트(174)가 제공될 수 있으며, 충전 포트(174)는 또한 과충전을 방지하고 동작 에러들을 검출하기 위해 프로세서(150)로부터 제어신호들을 받는다.
온/오프 버튼(200)은 회로를 동작시킬 수 있으며, 따라서 이때 전원이 공급되어 마이크로프로세서(150), 표시등 또는 LED(54)가 조명된다. 위에서 설명한 바와 같이, 접촉 센서(104)는 사용자의 피부와의 접촉을 검출하는 반면, 변위 센서(100) 또는 운동/속도 센서(102)는 서로 너무 가까이 근접한 레이저(14)의 다중 방출을 방지하기에 충분하다고 판단되는 변위 또는 율(rate)에서 피부를 가로지르는 장치의 변위 또는 운동을 검출하며, 따라서 연속 치료점들(64)의 중첩이 방지된다. 접촉 센서(104) 및 변위 센서(100) 또는 동작/속도 센서(102)는 프로세서(150)에 입력을 제공할 수 있으며, 이는 레이저 구동 회로(30)가 안전하게 그리고 효과적으로 활성화하도록 허용한다. 프로세서(150)에 의해 허용될 때, 레이저 구동 회로(30)는 에지 방출 레이저 다이오드(14)를 활성화하고, 에지 방출 레이저 다이오드는 위에서 설명한 출구 윈도우(44)를 통해 펄스 빔(60)을 방출시킨다.
일 실시예에서, 비절제 부분 장치(10)는, 예를 들면, SemiNex Corporation(Peabody, MA)사로부터 구할 수 있는 파장 범위 1.4-1.6 미크론의 중간 적외선 에지 방출 레이저 다이오드와 같은 것들을 포함할 수 있다. 이들 매우 소형(4mm×7mm×8mm) 레이저 장치들은 약 6 와트의 레이저 파워를 발생시킨다. 장치(10)는 펄스 당 30mJ의 에너지를 발생시킬 수 있는 약 5ms의 펄스 지속시간을 설정할 수 있다. 레이저는 예를 들면 20 헤르쯔의 펄스 반복율에서 동작할 수 있다. 이들 예시적 매개변수들에 따르면, 다이오드 전압은 약 10 암페어의 전류에서 약 1.7 볼트일 수 있으며, 그 결과 약 35%의 효율이 발생된다. 출력 파장은 예를 들면 1.47 미크론일 수 있다(SemiNex Part No. C-1470-6-95).
이러한 실시예들에 따른 빔 전달은 종래의 장치들보다 간단하고 보다 신뢰성이 있을 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 전형적인 다이오드 레이저의 직접 레이저 출력은 저속 축에서 상당히 낮게 발산하는 동시에 고속 축에서 높게 발산된다. 특정 종래 장치들에서, 원통형 마이크로렌즈 또는 기타 광학물품은 고속 축에서의 빔의 발산을 조준하거나 줄이기 위해 이미터 표면(또는 "면")에 매우 가까운 광로에 놓여질 수 있다. 또한, 광로에서, 저속 축에서의 빔의 발산을 조준하거나 줄이기 위해, 제2 원통형 렌즈 또는 기타 광학물품이 제1 렌즈에 직각으로 위치될 수 있다. 이러한 비교적 복잡한 장치는 빔이 다양한 빔-주사 광학물품을 통해 전달되도록 하기 때문에 특정 종래 장치들에서 사용된다. 그러나, 이러한 종래 장치들에서, 렌즈들 또는 다른 광학물품의 세심하고 힘든(그리고 비용이 많이 드는) 위치결정(positioning)은 출력 윈도우에서의 피부상에 빔이 초점을 맞추도록 할 필요가 있을 수 있으며, 여기서 이미터 표면은 대략 1 미크론×100미크론이고, 출구 윈도우는 1 제곱 센티미터 이상의 영역을 갖는다.
반면, 여기서 개시된 특정 실시예들은 이러한 종래 장치들에서 사용되는 마이크로렌즈 또는 기타 광학물품을 제거하고, 대신에 피부 표면에 매우 가깝게(예를 들면, 오직 다이오드 레이저 이미터와 피부 표면 사이의 가느다란 윈도우 만으로) 다이오드 레이저 이미터 표면(즉, 이미터 표면)을 위치시키고, 미변경 빔(60)의 발산 및 전달 특성들에 의존하여 피부상에 적절한 크기를 갖는 치료점(62) 및 MTZ(64)를 발생시킨다. 예를 들면, 28 deg FWHM×6 deg FWHM의 발산을 갖는 1 미크론×95 미크론 빔은 방출면으로부터 240 미크론의 거리에서 약 120 미크론의 대략 원형의 빔으로 각각 확산될 수 있다. 이미터 표면으로부터 약 100 미크론 거리에 입력 면을 갖고 이미터 표면으로부터 약 240 미크론의 거리에서 피부에 닿는 출력 면을 가지는 대략 0.14mm 두께의 윈도우는 피부 표면에 약 120 미크론의 직경의 치료점(62)을 발생시킬 수 있다. 약 2cm/s 및 5m의 펄스 지속시간의 장치 글라이드 속도와 함께, 치료점(62)은 직경이 가로 약 120㎛에 세로가 220㎛인 타원형이 된다.
일부 실시예들이 임의의 형태(위에서 설명한 바와 같은)의 렌즈들을 제외시킨 반면, 일부 실시예들에서 장치(10)는 위에서 설명된 다양한 바람직한 형상들로부터 아직 이점이 있는 한 빔 형상에 대한 간단한 렌즈를 포함할 수 있다.
예를 들어, 큰 치료점(62) 또는 MTZ(64)가 요구된다면, 발산 렌즈가 사용될 수 있고; 또는 대안적으로, 에지 방출 레이저 다이오드(14)는 윈도우(44)로부터 약간 더, 예를 들면, 빔(60)이 피부에 닿기 전에 빔을 위한 긴 전달 경로를 허용하게 되는, 추가로 100 미크론까지 이동될 수 있다. 작은 치료점(62) 또는 MTZ(64)가 요구된다면, 간단한 덮개 렌즈가 사용될 수 있다.
아래에 보다 충분하게 설명된 예시적 치료 매개변수들의 사용으로, 예를 들어 장치(10)가 약 한 달 동안 매일 사용될 때, 치료 구역의 백분율은 치료점 직경이 약 65 미크론인 경우 피부 표면의 약 1% 내지 약 10%, 예를 들면 약 5%일 수 있고, 치료점 직경이 약 130 미크론인 경우 피부 표면의 약 10% 내지 약 30%, 예를 들면 약 20%일 수 있다.
일부 실시예들에서, 그리고 특정 동작 매개변수들에 대하여, 빔은 장치가 피부에 부동상태로 유지되는 것으로 간주되는, 피부 속으로 약 260㎛의 깊이에 대략 150㎛×250㎛의 타원 형상을 가질 수 있다. 장치가 피부를 가로질러 글라이딩될 때, 이 타원 형상은 약 250㎛ 직경의 거의 원형 존이 된다. 깊이에서의 빔의 이 변형은 피부를 가로지르는 장치의 운동으로 인해 발생한다. 일부 실시예들에서, 사용자는, 예를 들면 도 8C, 8D, 8F 또는 8G에 도시된 바와 같이, 일반적으로 좌우로 흔들리는 또는 구불구불한(side-to-side or serpentine) 방식으로 장치를 이동하도록 지시받을 수 있다. 여기서 설명된 특정 실시예들의 단순성은 배터리(들)(20)에 대한 전기 부하를 감소시키거나 최소화할 수 있으며, 이러한 전기 부하는 단일 AA-사이즈 배터리로부터 충분히 충전될 수 있다. 일부 실시예들에서 최대 순간 전류 요구, 예를 들어 10 암페어를 제공하기 위해, 2개의 AA-사이즈 배터리들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 120초 동안 6와트의 광학 출력 전원에서 장치(10)의 예시적 실시예의 동작은 오직 34 mAh의 충전만을 요구할 수 있는데 반해, 전형적인 단일 AA-사이즈 리튬 폴리머 배터리는 약 600 mAh의 충전을 갖는다. 예를 들면, www..lighthound.com 로부터 이용가능한 IMR 14500 재충전가능 배터리는 동시에 2개의 배터리에 대해 3 암페어 또는 6 암페어의 연속 배출 전류 용량을 가질 수 있다. 5ms의 예시적 레이저 펄스 지속시간(및 약 10%의 예시적 듀티 사이클)에 대해, 이 배터리 쌍은 10 암페어 이상의 전류 펄스를 빠르게 발생할 수 있다. 매우 저전류의 배터리-충전기 포트(174)는 도 54에 도시된 바와 같이 장치(10)의 후단부에 포함될 수 있다.
장치(10)의 일부 실시예들은 장치(10)의 운동을 결정하기 위한 가속도계를 포함하는 동작 속도 센서(102)를 포함할 수 있다. 그러나, 장치(10)의 가속도계의 작동은 종래 장치들에서 보여진 작동과 상당히 다를 수 있다. 장치(10)의 특정 실시예들의 효과적인 작동을 위해, 앞서의 레이저 펄스에 대한 절대 위치는 새 위치가 앞서의 레이저 펄스와 다른 위치에 있는 한 중요하지 않다. 따라서, 이러한 실시예들에서, 가속도계로부터 검출가능한 신호가 장치(10)가 가속을 받고 있다는 것을 확인하고, 접촉 센서(104)가 장치(10)가 피부(40)와 접촉하고 있다는 것을 확인하는 한, 다음 레이저 펄스는 임의의 위치에 있을 수 있다. 적합한 가속도계의 일 예는 ST Microelectronics (Santa Clara, CA)사로부터 이용가능한 LIS305DL이며, LIS305DL는 약 3mm×5mm×0.9mm의 크기를 측정하는 3축 선형 가속도계이고, 장치(10)의 팁(42)에 또는 그 부근에 임의의 종래 수단들에 의해 빠르게 장착될 수 있으며 프로세서(150)에 전기적으로 연결될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 운동/속도 센서는 SignalQuest SQ-MIN-200과 같은 진동 및 틸트 센서일 수 있다. 장치(10)의 다른 실시예들은 운동/속도 센서(102) 또는 가속도계 대신 변위 센서(100)(예, 위에서 보다 상세하게 설명된 바와 같은)를 포함한다.
장치(10)의 크기 및 전력 소비를 감소 또는 최소화하기 위해, 일부 실시예들은 장치의 온도 상승을 완화하기 위해 열매체(36)를 사용한다. 열매체(36)는, 예를 들면 섭씨온도 당 세제곱 센티미터당 3.45 줄(J)의 체적 열용량을 갖는 고체 구리일 수 있다. 3.5V로 동작하고 2분 동안 평균 전류가 1A(예, 10% 듀티 사이클에서 10A)인 2개의 AA 배터리들로 동작하는 예시적 실시예에 대하여, 발생된 전체 열은 400줄(J)을 약간 초과한다. 특정 에지 방출 레이저 다이오드는 약 20℃ 이상의 온도 상승으로 안전하게 동작할 수 있으며; 따라서 20℃의 열매체 온도 상승에 영향을 주도록 요구된 구리의 체적은 약 6 세제곱 센티미터이다. 이것은 4cm 길이에 대하여 14mm 직경의 봉에 대응하고, 또는 약간 짧은 길이를 갖는 AA 배터리의 직경에 대체로 대응한다. 대안적으로, 열매체(36)는 물과 같은 액체, 또는 30℃ 주변의 융점을 갖는 왁스와 같은 형상 변경 물질로 채워진 기밀 열전도 실린더 또는 다른 형상의 용기를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 또는 일부 환자들을 위해, 장치(10)를 사용하기 전에, 장치(10) 또는 적어도 열매체(36)를 식히거나 차갑게 하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 열매체(36)가 물로 채워진 기밀 용기를 포함하는 경우, 용기 내 물을 동결시키는 것은 용융 과정 동안 임의의 온도 증가 없이 실질적으로 많은 에너지를 흡수하기 위한 능력을 제공할 수 있다.
레이저(14)로부터 구리 실린더의 대응 단부에 레이저 제어 전자장치(30)를 위치시킴으로써, 전자장치(30)으로부터의 폐열이 또한 구리 매체(36)에 축적된다.
장치 열매체(36)가 대략 40℃(또는 다른 예정 온도)에 도달하였을 때, 마이크로프로세서(150)는 실내 온도가 열매체(36)에 다시 설정될 때까지 장치(10)의 추가적인 작동을 방지할 수 있다.
특정 실시예에서, 장치(10)는 5ms에서 30mJ 펄스를 발생시켜 피부 표면에 약 120㎛×220㎛의 치료점(62)을 형성하도록 설계될 수 있다. 이 에너지는 적어도 250㎛의 깊이에 변성 피부를 생성하기에 충분하며, 이 깊이는 일반적으로 특정 오피스-계 부분 치료 장치들과 비교될 수 있다. 비절제 부분 치료를 위해 구성된 장치(10)의 실시예는 한 예로 아래의 방식으로 사용된다. 온/오프 버튼(200)은 장치를 켜기 위해 눌러진다. LED(54)는 사용자에게 식별될 수 있도록 활성화되어, 장치(10)가 치료를 수행할 준비가 되었음을 표시한다. 이어서, 장치(10)의 출력 윈도우(44)가 치료될 구역에서 피부와 접촉되고, 장치(10)는, 아래에 추가로 설명된 바와 같이, 일부 적용에서, 수동 글라이드 속도 및/또는 펄스 반복율 또는 듀티 사이클이 상당히 바뀔 수 있다 하더라도, 약 1-2cm의 범위에서 일반적으로 수동 글라이드 속도로 피부 표면(38)을 가로질러 전후 이동된다. 피부 표면(38)과의 접촉이 접촉 센서(104)에 의해 변경되고, 팁(42)의 적절한 변위 또는 가속이 변위 센서(100) 또는 동작/속도 센서(102) 또는 가속도계에 의해 감지될 경우, 펄스화 레이저 빔(60)은 윈도우(44)를 통해 피부로 방출되고, 장치(10)의 LED(54)는 레이저 방출과 동시에 점멸한다. 팁(42)이 (a)이동하지 않고; (b)피부를 가로질러 충분한 변위, 운동 또는 가속을 이루지 못하고; (c)너무 느리게 또는 너무 빠르게 이동하고; (d)이동은 하지만 가속도계를 구비한 실시예에 대하여 가속이 이루어지지 않으며; (e)피부와 접촉하고 있지 않은 경우, 장치(10)는 레이저의 펄싱을 차단할 수 있다. 상태 (d)는 장치(10)가, 예를 들면 일정한 속도로 5-10cm를 직선 이동하는 경우 발생할 수 있다. 장치(10)가 피부를 가로질러 전후 이동되고, 또는 직선으로부터 적절히 변경될 경우, 팁(42)은 모든 시간들에서 가속을 받지 않을 것이며, 따라서 레이저의 펄싱을 가능하게 한다.
일부 실시예들 또는 적용들에서, 약 2cm/s 또는 1inch/s의 수동 글라이드 속도는 약 2분의 치료시간에 약 20-30㎠의 구역을 치료할 수 있다. 이 치료 구역은 위에서 설명한 바와 같이 사용될 때 2개의 완와골막 구역을 커버하기에 충분할 수 있다. 약 10Hz의 예시적 펄스 반복율에서, 거의 50 MTZs가 약 5초에서 거의 1 제곱 센티미터의 영역에 발생된다. 하루 한 번씩 한 달간에서, 약 1500 MTZs/㎠가 발생되고, 이것은 일반적으로 특정 오피스-계 시스템과 비교될 수 있다.
미리 정해진 동작 기간 후, 예를 들면, 2분 후에, 장치(10)는 자동적으로 스스로 꺼질 수 있으며, 일부 규정된 시간 기간 동안 또는 특정 조건(들)이 존재할 때까지, 예를 들면, 장치가 히트 싱크(36)가 실내 온도 또는 다른 선택 온도로 회귀될 때까지, 또는 배터리(20)가 실질적으로 완전히 충전될 때까지, 또는 두 가지 모두일 때까지 실행 불가능하게 유지될 수 있다. 일 실시예에서, 배터리(20)의 완전 재충전은 대략 한 시간이 걸리는 반면, 히트 싱크(36)는 더욱 빠르게 실내 온도로 회귀할 수 있다.
일부 대안적인 실시예들 또는 적용에서, 장치(10)는 특정 시간 기간에 보다 큰 영역을 커버할 수 있도록 다소 빠른 수동 글라이드 속도 및 높은 펄스 반복율로 작동될 수 있다. 예를 들면, 20Hz의 반복율과, 약 2cm/s의 수동 글라이드 속도로 2분의 기간 동안의 동작에 대해, 장치(10)의 특정 실시예들은 40-60㎠의 영역을 커버할 수 있다.
MTZs의 충분한 밀도가 유지되는 동안 단위 시간당 보다 크게 커버하는 것이 바람직하다면, 에지 방출 레이저 다이오드의 펄스 반복율은 일부 실시예들에서, 예를 들면 약 2.5cm/s 또는 약 1inch/s의 수동 글라이드 속도로 10 또는 20Hz보다 차라리 대략 30Hz로 증가될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 대략 300 MTZs가 약 50 MTZs/㎠의 밀도에 대해 약 6 제곱 센티미터 또는 약 1 제곱 인치의 영역에 축적될수 있지만, 10Hz의 펄스 반복율에 비해 시간은 약 1/3 정도이다. 이것은 약 10-15초 내에 각 안와골막 구역의 치료를, 약 5분 내에 전체 얼굴의 치료를 가능하게 할 수 있다. 적합한 감축은, 운동의 중단 후 자동 턴-오프 시간 동안, 예를 들면 30Hz 장치에 대해 운동 중단의 30ms 이내에, 대조적으로 10Hz 장치에 대해 운동 중단의 100ms 이내에 이루어질 수 있다. 예정 듀티 사이클 및 펄스 반복율이 단지 예시적이 것이고 중요한 변화는 다른 실시예들에 허용된다는 점이 인정될 것이다.
장치(10)의 적어도 일부 실시예들에서, 눈 안전은 접촉 센서(104)에 기초하여 보장된다. 1.4-1.6 미크론의 파장 영역의 광선이 각막에 흡수되어 눈의 유리체를 통과할 수 없기 때문에, 중간 적외선 레이저는 흔히 " 눈 안전" 레이저로 지칭된다. 그러나, 적절한 안전 조치가 포함되지 않는다면, 하나 이상의 치료점이 충분한 플루언스(fluence)로 각막에 생성되리라고 생각할 수 있다. 장치(10)의 특정 실시예들(예를 들면, 방사선 소스(14)로서 에지 방출 레이저 다이오드를 사용하는 직접 노출 실시예들)은 빠르게 전달되는 빔을 이용하며, 따라서 장치(10)의 치료 팁(42)이 각막의 대략 5mm 이내에 배치되지 않는다면, 각막 표면에서의 레이저 플루언스는 임의의 손상을 발생시키기에 불충분하다. 그럼에도 불구하고, 안전한 동작 을 보장하기 위해, 특정 실시예들은 장치 팁(42)에 하나 이상의 접촉 센서(104)을 포함하고, 이 장치 팁은 프로세서(150)에 연결되어 장치 팁(42)이 피부와 접촉하고 있을 경우에만 레이저 방출이 가능하게 된다. 따라서, 장치(10)의 특정 실시예들에 대해, 장치(10)가 안구에 직접 배치되어 접촉을 유지하면서 안구 표면을 따라 이동하지 않는 이상, 눈 부상의 위험은 실질적으로 제거될 수 있다. 다른 실시예들은 대안적으로, 또는 추가로, 예를 들면, 도 48-51에 대하여 위에서 설명한 바와 같이, 장치(10)의 눈 안전 양상을 더 향상시킬 수 있는 눈 안전 센서(114)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 예를 들어, 여기서 장치(10)는 비절제 부분 치료를 제공하도록 구성되고, 장치(10)의 동작은 바람직하지 않은 박테리아가 체내에 유입될 수 있는 쉬운 경로를 제공하지 않고 각질층과 표피를 통해 화제의 에이전트(topical agents)의 도입을 허용할 수 있다. 피부의 최상층들, 즉 맨 위와 표피 바로 아래의 각질층은 기본 진피와 외부 세계로부터 그 속에 포함된 혈관을 보호하는 강력하고 중요한 "벽" 을 제공하는 것으로 알려져 있다. 특히, 이러한 상부 층들은, 혈액 공급을 통해 잠재적으로 몸 전체를 감염시킬 수 있도록 허용된 경우, 진피에 도달하기 위한 박테리아의 능력을 크게 방해한다. 그러나, 이와 같은 "벽"은 또한 마취제, 가습기, 주름 감축기(예: 보톡스, 또는 콜라겐 성장 자극 혈청 등과 같은 신경독 유형의)와 같은 다양한 바람직한 화제의 에이전트들 및 유사한 에이전트들이 진피에 도달하는 것을 방해하고 방지하여 원하는 이익을 달성하게 된다.
여러 공지된 방법들이 이 장벽을 기계적으로 깨부수기 위해 존재한다.
예를 들어, 수십 또는 수백의 매우 정밀한 바늘을 구비한 롤러들은 진피까지 파괴할 수 있는, 길이가 어쩌면 200 미크론 이상의 바늘들이 이용되었고, 그리고 보다 최근에 어쩌면 직경 100 미크론의 레이저 천공된 미세 구멍들을 최대 깊이 밀리미터 이상으로 소위 부분 절제 레이저를 사용하여 성공적으로 만들어졌다. 그러나, 이러한 종래기술에 의해 생성된 구멍들이 진피 안에 국소의 전송을 용이하게 하면서, 그들은 또한 몸에 침입하는 박테리아에 대한 준비 경로를 제공한다.
반면, 장치(10)의 특정 실시예들을 사용하여 변질 피부의 저온(microthermal) 영역의 생성은 여전히 박테리아 장벽을 제공하면서 진피에 다양한 국소 에이전트들의 전송 증가 사이에 합리적인 타협을 제공할 수 있다. 지온 영역(64)에 의해 형성된 변질 피부의 칼럼(column)은 표면에 적용된 에이전트에의 투과성을 증가시켰으며, 따라서 적용 화제의 증가 농도가 진피에 도달할 수 있다. 동시에, MTZ(64)의 변질 피부는 세균에 대한 물리적 장벽을 지속적으로 제공할 수 있다.

Claims (39)

  1. 피부치료를 제공하는 자족형 핸드-헬드 장치로서,
    상기 장치는,
    사용자에 의해 핸드 헬드되도록 구성된 장치 본체;
    장치 본체에 지지되고, 에너지 빔을 발생하도록 구성된 빔 소스를 포함하는 방사선 소스;
    치료 시간 동안 피부의 표면을 가로질러 수동으로 이동되도록 구성된 적용 단부;
    상기 빔 소스가 피부에 펄스 에너지 빔을 방출하도록, 치료 시간 동안 방사선 소스를 펄스화하도록 구성된 전자 장치; 및
    변위 제어 시스템을 포함하고,
    상기 변위 제어 시스템은,
    피부에 대한 상기 장치의 변위를 결정하도록 구성된 변위 센서; 및
    피부에 대한 상기 장치의 결정된 변위에 기초하여 상기 장치의 적어도 하나의 동작 매개 변수를 제어하도록 구성된 전자 장치를 포함하는 자족형 핸드-헬드 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 적어도 피부에 대한 상기 장치의 결정된 변위에 기초하여 방사선 소스의 적어도 하나의 동작 매개 변수를 제어하도록 구성된 전자 장치를 포함하는 것을 포함하는 자족형 핸드-헬드 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 적어도 피부에 대한 상기 장치의 결정된 변위에 기초하여 방사선 소스의 펄스 주파수 비율을 제어하도록 구성된 전자 장치를 포함하는 자족형 핸드-헬드 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 적어도 피부에 대한 상기 장치의 결정된 변위에 기초하여 펄스 지속 시간을 제어하도록 구성된 전자 장치를 포함하는 자족형 핸드-헬드 장치.
  5. 제 2항에 있어서, 적어도 피부에 대한 장치의 결정된 변위에 기초하여 방사선 소스의 지연 펄싱을 중지하도록 구성된 전자 장치를 포함하는 자족형 핸드-헬드 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 펄스 빔 소스에 의해 방출된 각각의 펄스 에너지 빔은, 장치 본체에 대하여 동일한 고정 전달 경로를 갖는 자족형 핸드-헬드 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 변위 제어 시스템은 피부의 한 위치의 과잉 치료 가능성을 방지하거나 감소시키도록 프로그램된 자족형 핸드-헬드 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 변위 제어 시스템은 치료점들이 서로 중첩될 가능성을 방지하거나 감소시키도록 프로그램된 자족형 핸드-헬드 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 변위 제어 시스템은 인접한 치료점들 사이에 한정된 최소 간격을 제공하도록 프로그램된 자족형 핸드-헬드 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 변위 제어 시스템은,
    피부의 피부 특징들을 식별하도록 상기 변위 센서로부터의 신호를 분석하고;
    식별된 피부 특징들의 수를 계산하고;
    식별된 피부 특징들의 계산된 수에 기초하여 상기 장치의 하나 이상의 작동 양상들을 제어하도록 구성된 자족형 핸드-헬드 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 변위 제어 시스템은 식별된 피부 특징들의 계산된 수에 기초하여 방사선 소스를 제어하도록 구성된 자족형 핸드-헬드 장치.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 변위 제어 시스템은 식별된 피부 특징들의 계산된 수가 피부 특징들의 미리 결정된 최소 수에 도달하는 경우에만 방사선 소스를 작동하도록 구성된 자족형 핸드-헬드 장치.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 장치는 상기 장치의 이동 속도를 검출하거나 결정하지 않는 자족형 핸드-헬드 장치.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 변위 센서는 롤러형 센서를 포함하는 자족형 핸드-헬드 장치.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 변위 센서는 단일-픽셀 변위 센서인 자족형 핸드-헬드 장치.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 단일-픽셀 변위 센서는 렌즈가 없는 자족형 핸드-헬드 장치.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 단일-픽셀 변위 센서는,
    피부를 향하여 광을 전달하도록 구성된 광 이미터;
    피부로부터 반사 및/또는 전송된 광을 검출하도록 구성된 광 검출기; 및
    상기 검출기로부터의 신호를 분석하는 전자 장치를 포함하는 자족형 핸드-헬드 장치.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 변위 센서는 복수-픽셀 이미지 변위 센서인 자족형 핸드-헬드 장치.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 변위 센서는 마우스 타입의 2개의 2차원 이미지 센서인 자족형 핸드-헬드 장치.
  20. 제 1항에 있어서,
    치료 시간에 대한 한계 매개 변수의 한계값을 결정하고;
    치료 시간 동안 한계 매개 변수를 모니터링하고;
    한계 매개 변수의 한계값에 도달하면 치료 시간을 자동으로 종료하는 제어 시스템을 더 포함하는 자족형 핸드-헬드 장치.
  21. 제 20항에 있어서, 한계 매개 변수는 치료 시간에 대한 치료점들의 총 수를 포함하는 자족형 핸드-헬드 장치.
  22. 제 20항에 있어서, 한계 매개 변수는 치료 시간에 대한 전달 에너지의 총 양을 포함하는 자족형 핸드-헬드 장치.
  23. 피부치료를 제공하는 자족형 핸드-헬드 장치로서,
    상기 장치는,
    사용자에 의해 핸드 헬드되도록 구성된 장치 본체;
    장치 본체에 지지되고, 에너지 빔을 발생하도록 구성된 레이저 빔 소스를 포함하는 레이저;
    치료 시간 동안 피부의 표면을 가로질러 수동으로 이동되도록 구성된 적용 단부;
    치료 시간 동안 레이저를 펄스화하여 레이저 빔 소스가 피부에 일련의 펄스 에너지 빔들을 방출하도록 함으로써 피부에 치료점들의 배열을 생성하도록 구성된 전자 장치; 및
    변위 제어 시스템을 포함하고,
    피부에 생성된 인접한 치료점들은 인접한 치료점들 사이의 치료되지 않은 피부의 면적들에 의해 서로 이격되어, 부분적인 치료를 제공하고,
    상기 변위 제어 시스템은,
    피부에 대한 상기 장치의 변위를 결정하도록 구성된 변위 센서; 및
    피부에 대한 상기 장치의 결정된 변위에 기초하여 상기 장치의 적어도 하나의 동작 매개 변수를 제어하도록 구성된 전자 장치를 포함하는 자족형 핸드-헬드 장치.
  24. 제 23항에 있어서, 적어도 피부에 대한 상기 장치의 결정된 변위에 기초하여 적어도 하나의 동작 매개 변수를 제어하도록 구성된 전자 장치를 포함하는 자족형 핸드-헬드 장치.
  25. 제 23항에 있어서, 상기 장치는 단일 레이저 짐 소스를 구비한 단일 레이저를 포함하는 자족형 핸드-헬드 장치.
  26. 제 23항에 있어서, 상기 장치는 복수의 레이저 빔 소스들을 구비한 레이저를 포함하는 자족형 핸드-헬드 장치.
  27. 피부치료를 제공하는 자족형 핸드-헬드 장치로서,
    상기 장치는,
    사용자에 의해 핸드 헬드되도록 구성된 장치 본체;
    장치 본체에 지지되고, 에너지 빔을 발생하도록 구성된 빔 소스를 포함하는 방사선 소스;
    치료 시간 동안 피부의 표면을 가로질러 수동으로 이동되도록 구성된 적용 단부;
    상기 빔 소스가 피부에 펄스 에너지 빔을 방출하도록, 치료 시간 동안 방사선 소스를 펄스화하도록 구성된 전자 장치; 및
    변위 제어 시스템을 포함하고,
    상기 변위 제어 시스템은,
    피부에 대한 상기 장치의 변위를 결정하도록 구성된 변위 센서; 및
    인접한 치료점들 사이에 한정된 최소 간격을 제공하기 위해 상기 장치의 결정된 변위에 기초하여 적어도 하나의 동작 매개 변수를 제어하도록 구성된 전자 장치를 포함하는 자족형 핸드-헬드 장치.
  28. 피부치료를 제공하는 자족형 핸드-헬드 장치로서,
    상기 장치는,
    사용자에 의해 핸드 헬드되도록 구성된 장치 본체;
    장치 본체에 지지되고, 에너지 빔을 발생하도록 구성된 빔 소스를 포함하는 방사선 소스;
    치료 시간 동안 피부의 표면을 가로질러 수동으로 이동되도록 구성된 적용 단부;
    상기 빔 소스가 피부에 펄스 에너지 빔을 방출하도록, 치료 시간 동안 방사선 소스를 펄스화하도록 구성된 전자 장치; 및
    변위 제어 시스템을 포함하고,
    상기 변위 제어 시스템은,
    장치의 적용 단부에 근접한 피부의 고유 피부 특징들을 자동으로 식별하고;
    피부의 고유 피부 특징들의 식별 결과에 기초하여 장치의 적어도 하나의 동작 매개 변수를 제어하도록 프로그램된 자족형 핸드-헬드 장치.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 변위 제어 시스템은,
    피부의 고유 피부 특징들을 식별하도록 변위 센서로부터의 신호를 분석하고;
    식별된 고유 피부 특징들의 수를 계산하고;
    식별된 고유 피부 특징들의 계산된 수에 기초하여 상기 장치의 적어도 하나의 동작 매개 변수를 제어하도록 구성된 자족형 핸드-헬드 장치.
  30. 제 28항에 있어서,
    상기 변위 제어 시스템은 인접한 처리 지점들 사이에 정해진 최소 간격을 제공하기 위해 방사선 소스를 제어하도록 구성된 자족형 핸드-헬드 장치.
  31. 피부치료를 제공하는 자족형 핸드-헬드 장치로서,
    상기 장치는,
    사용자에 의해 핸드 헬드되도록 구성된 장치 본체;
    장치 본체에 지지되고, 에너지 빔을 발생하도록 구성된 빔 소스를 포함하는 방사선 소스;
    치료 시간 동안 피부의 표면을 가로질러 수동으로 이동되도록 구성된 적용 단부;
    상기 빔 소스가 피부에 펄스 에너지 빔을 방출하도록, 치료 시간 동안 방사선 소스를 펄스화하도록 구성된 전자 장치;
    피부와의 상호 작용에 기초하여 신호가 발생되도록 구성된 단일-픽셀 센서를 포함하고,
    단일-픽셀 센서로부터의 신호에 기초하여 방사선 소스의 적어도 하나의 동작 매개 변수를 제어하도록 구성된 전자 장치를 포함하는 자족형 핸드-헬드 장치.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 단일-픽셀 센서는 피부에 대한 장치의 변위에 관한 신호를 발생하도록 구성된 자족형 핸드-헬드 장치.
  33. 제 31항에 있어서, 상기 단일-픽셀 센서는 피부에 대한 장치의 속도에 관한 신호를 발생하도록 구성된 자족형 핸드-헬드 장치.
  34. 제 31항에 있어서, 상기 단일-픽셀 센서는 장치가 피부에 대해 이동하는지의 여부를 나타내는 신호를 발생하도록 구성된 자족형 핸드-헬드 장치.
  35. 제 31항에 있어서, 상기 단일-픽셀 센서는 장치가 피부와 접촉하는지의 여부를 나타내는 신호를 발생하도록 구성된 자족형 핸드-헬드 장치.
  36. 제 31항에 있어서, 상기 단일-픽셀 변위 센서는,
    피부를 향하여 광을 전달하도록 구성된 광 이미터;
    피부로부터 반사 및/또는 전송된 광을 검출하도록 구성된 광 검출기; 및
    상기 검출기로부터의 신호를 분석하는 전자 장치를 포함하는 자족형 핸드-헬드 장치.
  37. 제 31항에 있어서, 상기 단일-픽셀 변위 센서는,
    피부의 피부 특징들을 식별하기 위해 단일-픽셀 센서로부터의 신호를 분석하고;
    식별된 피부 특징들의 수를 계산하고;
    식별된 피부 특징들의 계산된 수에 기초하여 장치의 하나 이상의 동작 양상들을 제어하도록 프로그램된 자족형 핸드-헬드 장치.
  38. 제 37항에 있어서, 식별된 피부 특징들의 계산된 수에 기초하여 방사선 소스를 제어하도록 프로그램된 자족형 핸드-헬드 장치.
  39. 제 37항에 있어서, 식별된 피부 특징들의 계산된 수가 피부 특징들의 미리 결정된 최소 수에 도달하는 경우에만 방사선 소스를 작동하도록 프로그램된 전자 장치를 포함하는 자족형 핸드-헬드 장치.
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