KR20180138207A - 조사가 일어나는 동안 피부를 냉각시키기 위한 애플리케이터 - Google Patents

조사가 일어나는 동안 피부를 냉각시키기 위한 애플리케이터 Download PDF

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제프리 버스타인
바딤 그리니스
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Abstract

조직 혹은 피부 처리 평면 내에 위치하는 피부의 단편에 처리 에너지를 인가하도록 구성된 애플리케이터 또는 핸드피스가 개시된다. 처리 에너지는 한 쌍의 바이폴라 RF 전극들에 의해 인가되는 RF 에너지 혹은 광학 에너지일 수 있다. 애플리케이터는 직사각형 스폿을 형성하도록 구성됨과 아울러 광학 에너지 분포를 균일화시키도록 구성된 광학 시스템을 포함한다.

Description

조사가 일어나는 동안 피부를 냉각시키기 위한 애플리케이터
본 발명의 애플리케이터(applicator)는 미용 처리(cosmetic treatment) 분야에 관한 것으로, 특히 미용 피부 처리(cosmetic skin treatment)에 관한 것이다.
미용 피부 처리는 처리될 피부의 단편(segment)에 열(heat)을 인가(application)함으로써 전형적으로 수행된다. 열은 무선 주파수(Radio Frequency, RF), 복합 파장 광(Intense Pulse Light, IPL), 레이저 방사선(laser radiation), 초음파(ultrasound) 혹은 앞서의 에너지들의 조합을 인가함으로써 발생될 수 있다. 거의 모든 피부 처리 에너지들은 애플리케이터 혹은 핸드피스(handpiece)로 지칭되는 툴(tool)에 의해 피부에 인가된다. 예를 들어, RF 및 IPL의 조합을 피부에 인가하도록 구성된 애플리케이터들, 또는 동일한 양수인의 미국 특허번호 제6,702,808호, 제8,516,706호, 제9,271,793호에 개시된 것과 같은 그러한 레이저 광 시스템들, 그리고 다른 유사한 시스템들이 있다. RF 에너지 및 광 에너지(light energy)를 피부에 동시에 인가하는 것은 상이한 깊이에 위치하는 피부 층들을 동일한 처리에서 처리할 수 있게 한다. 상이한 에너지들을 통해 조직(tissue)을 가열하는 것은 부가적인 것인데, 때때로 그 합은 부가된 부분들보다 더 크다. 상이한 에너지들이 상이한 위치에서 피부에 들어갈 수 있다. 피처리 피부 단편(treated skin segment)에 인가된 에너지들 그리고 특히 광 에너지는 피처리 피부 혹은 조직 단편(treated skin or tissue segment)에 걸쳐 균일하게 분포되지 않는다. 전형적으로 광 에너지는 광이 조직 안으로 더 깊게 진행함에 따라 기하급수적으로(exponentially) 감소하고, 반면 피부 내에서 RF 에너지는 전극으로부터 멀어짐에 따라 비스듬히(laterally) 감소한다. 두 에너지들의 조합은 조직 가열을 더 양호하게 균일화(homogenize)하는데 도움을 준다. 애플리케이터가 단일 에너지 소스(energy source)로 피부를 가로질러 이동될 때, 피부 단편의 영역들 중 일부는 과도하게 처리될 수 있고, 심지어 화상(burn)을 일으킬 수도 있으며, 영역들 중 일부는 불충분하게 처리(undertreat)될 수 있다. 이러한 차이 때문에, 복수의 에너지 소스들을 사용하는 것은 각각의 에너지를 줄일 수 있게 하고 피부 화상의 위험을 감소시킬 수 있게 한다.
악영향(adverse effect)들, 예를 들어, 다량의 열, 특히 다량의 광을 피처리 피부 혹은 조직 단편에 인가함으로써 야기되는 표피 손상(epidermal injury)은 피처리 조직의 동시 냉각(concurrent cooling)에 의해 약간 완화될 수 있다. 조직 혹은 피부 처리 평면(tissue or skin treatment plane) 내에 위치하는 조직 단편을 냉각시키는 것은 대게 피부 처리 평면과 접촉하는 애플리케이터 요소(applicator element)를 냉각시킴으로써 수행된다. 냉각된 유체 스프레이(cooled fluid spray)를 조직 혹은 피부 처리 평면에 직접 인가하는 방법들이 또한 알려져 있다. 크라이오젠 스프레이(cryogen spray)를 이용하는 냉각이 가장 효과적인 표피 냉각으로서 고려되는데 특히 더 어두운 피부 유형들에 대해 그러하다.
미국 특허 번호 제6,059,820호, 제6,530,920호, 제8,113,209호, 그리고 다른 특허문헌 RE42594 및 EP1057454는 다양한 피부 냉각 선택사항(skin cooling option)들을 갖는 피부 처리 애플리케이터들을 개시한다.
조직 혹은 피부 처리 평면 내에 위치하는 피부의 단편에 처리 에너지(treatment energy)를 인가하도록 구성된 애플리케이터 또는 핸드피스가 개시된다. 처리 에너지는 한 쌍의 바이폴라 RF 전극(bipolar RF electrode)들에 의해 인가되는 RF 에너지, 또는 광학 에너지(optical energy), 또는 RF 에너지와 광학 에너지의 조합일 수 있다. 광학 에너지 파장은 특정 피부 처리에 의해 요구될 수 있는 바에 따라 다수의 상이한 광학 에너지 소스들로부터 선택될 수 있다.
애플리케이터 혹은 핸드피스는 투명한 윈도우(transparent window)를 유지(hold)시키도록 구성된 지지 구조(support structure)를 포함한다. 투명한 윈도우의 바깥쪽 표면은 피부(진피(dermis))의 표면과 접촉하고 조직 혹은 피부 처리 평면을 정의한다. 투명한 윈도우는 하나 이상의 유체 전도 채널(fluid conducting channel)들을 포함하고, 여기서 하나 이상의 유체 전도 채널들은, 냉각 유체(cooling fluid)의 소스로부터 냉각 유체를 수용하여 윈도우의 바깥쪽 표면과 접촉하는 조직 혹은 피부 표면을 냉각시키기 위해 냉각 유체를 투명한 윈도우를 통해 전도하도록 구성된다. 하나의 예에서, 접촉 냉각 요소(contact cooling element)는 적절하게 최적화되고, 그리고 크라이오젠 스프레이들을 이용하는 냉각이 더 어두운 피부 유형들에 대해 효과적인 것과 같이 접촉 냉각 요소는 더 밝은 피부 유형들에 대해 효과적이다. 또 하나의 다른 예에서, 접촉 냉각 요소 및 처리 모드(treatment mode)는 레이저 에너지(laser energy)를 전달하기 전 냉각 시간(cool down time)을 실행(enforce)하도록 적절히 최적화된다. 이러한 동작 모드는 피부 유형 V 및 VI와 같은 더 어두운 피부 유형들을 처리할 때 피부 냉각에 대해 효과적이다. 접촉 냉각 요소를 피부 혹은 조직의 표면에 적용하는 것은 진피에 가해지는 돌이킬 수 없는 손상을 방지한다.
하나의 예에서, 지지 구조는 애플리케이터의 대칭축(axis of symmetry)에 대해 10도 내지 30도의 각도로 기울어져 있다. 대칭축에 대해 기울어져 있는 지지 구조는 조작자(operator) 혹은 간호자(caregiver)로 하여금 조직 처리 평면 혹은 영역을, 처리 평면에 수직으로 적용되도록 설계된 애플리케이터의 구조와 비교해, 더 잘 보게 한다. 지지 구조는 유체 전도 채널들을 포함하고, 여기서 유체 전도 채널들은, 투명한 윈도우 내의 각각의 유체 전도 채널들과 유체를 서로 주고받고(fluid communication), 냉각 유체를 냉각 유체의 소소로부터 피부와 접촉하도록 배치된 투명한 윈도우로 그리고 투명한 윈도우를 통해 전도한다. 냉각된 물 혹은 차갑게 된 물이 피부 표면에 근접하는 것은 칠링 팁(chilling tip) 혹은 냉각 팁(cooling tip)의 열 저항(thermal resistance)을 감소시킨다. 냉각 팁 설계의 최적화 이후 단지 1 K/W 미만인 열 저항이 용이하게 획득된다.
하나의 예에서, 애플리케이터는 레이저 혹은 IPL 소스일 수 있는 광학 에너지의 소스로부터 광학 에너지의 빔(beam)을 수용하여 조직 처리 평면에 전달(convey) 혹은 집중(funnel)시키도록 구성된 광학 시스템(optical system)을 포함한다. 투명한 윈도우는 애플리케이터를 종단(terminate)시키고 조직 혹은 피부 처리 평면을 정의한다. 광학 에너지의 빔은 광학 에너지의 소소로부터 광섬유 가이드(fiber optics guide)에 의해 혹은 관절형 암(articulated arm)의 도움을 받아 애플리케이터로 전도될 수 있다. 비록 광섬유 가이드가 광학 에너지의 빔에 걸쳐 광학 에너지 분포를 균일화시키지만, 광학 시스템은 광학 에너지의 빔에 걸쳐 광학 에너지 분포를 균일화시키는 테이퍼형 광 파이프(tapered light pipe), 그리고 한 쌍의 렌즈(lense)들을 사용할 수 있다. 관절형 암이 광학 에너지를 광학 에너지의 소소로부터 애플리케이터로 전도하기 위해 사용될 때, 광학 시스템은 광학 에너지의 빔의 단면을 균일화시키도록 구성된 테이퍼형 광 파이프 균일화 로드(tapered light pipe homogenizing rod), 그리고 한 쌍의 렌즈들을 포함한다. 테이퍼(taper) 형상은 균일화 향상에 도움을 줄 수 있고 아울러 더 작은 직경의 광 다운스트림(optics downstream)을 가능하게 하는데 도움을 줄 수 있다.
대안적으로, 레이저 다이오드(laser diode) 혹은 레이저 다이오드 바(laser diode bar)가 애플리케이터 내에 위치할 수 있고 광학 에너지의 빔에 걸쳐 광학 에너지 분포를 균일화시키는 추가적인 구성(arrangement)들을 사용할 수 있다.
하나의 예에서, 애플리케이터의 기울어진 지지 구조는, 유체 전도 채널들을 갖는 투명한 윈도우에 추가하여, 한 쌍의 바이-폴라 RF 전극들 혹은 두 쌍 이상의 바이-폴라 RF 전극들을 지지하도록 구성된다. 조직 처리 평면은 한 쌍의 바이-폴라 RF 전극들 사이에 혹은 여러 쌍의 바이-폴라 RF 전극들 사이에 위치할 수 있다.
광학 시스템은 사다리꼴 프리즘(trapezoidal prism)으로부터 광학 에너지의 균일화된 빔을 수용하여 한 쌍의 바이폴라 RF 전극들 사이에 위치하는 피처리 피부 혹은 조직 평면에 사다리꼴 프리즘의 출력 면(output facet)을 이미지(image)화하도록 구성된다. 지지 구조는 조직 처리 평면에 대해 10도 내지 30도의 각도로 기울어져 있다. 조직 처리 평면에서의 사다리꼴 프리즘의 출력 면의 이미지는 둥근 형상(round shape), 타원/달걀 형상(elliptical/oval shape), 직사각형 형상(rectangular shape) 혹은 다각형 형상(shape of a polygon)을 가질 수 있다.
또 하나의 다른 예에서, 지지 구조는 조직 처리 평면에 대해 기울어져 있지 않다. 지지 구조는 유체 전도 튜브(fluid conducting tube)들 혹은 유체 전도 채널들의 조립체(assembly)이다. 유체 전도 튜브들 사이의 공간은 미용 피부 처리 절차 동안 조직 처리 평면의 실시간 관측(observation) 혹은 시각화(visualization)를 방해함이 없이 지원하기에 충분하다. 지지 구조는 애플리케이터를 종단시키는 한 쌍의 바이폴라 RF 전극들 및 유체 전도 채널들을 갖는 투명한 윈도우를 지지하도록 혹은 유지시키도록 구성된다.
조직 처리 평면은 바이폴라 RF 전극들 사이에 위치한다. 피부 처리는 RF 에너지만을 인가함으로서 수행될 수 있거나, 광학 에너지만을 인가함으로써 수행될 수 있거나, 또는 RF 에너지와 광학 에너지의 조합을 인가함으로써 수행될 수 있다. 애플리케이터들 각각은 처리 에너지가 인가되는 조직 혹은 피부 처리 평면을 냉각시키도록 되어 있는 냉각 구성을 포함할 수 있다.
냉각 구성은 투명한 윈도우를 포함할 수 있으며, 여기서 투명한 윈도우는 냉각 유체의 소스로부터 혹은 지지 프레임(support frame)으로부터 냉각 유체 흐름을 전도하는 유체 전도 채널들을 갖는다. 유체 전도 채널들은 냉각 유체 흐름을 투명한 윈도우의 거의 전체 표면으로 전도하도록 구성될 수 있거나, 또는 적어도 투명한 윈도우의 표면의 일부분으로 전도하도록 구성될 수 있다. 처리 과정 중 투명한 윈도우의 적어도 하나의 측면은 처리 평면 내에 위치하는 조직 혹은 피부 표면과 접촉하며 처리 평면 내에 위치하는 조직 혹은 피부 표면을 냉각시킨다.
유체 흐름 전도 채널들을 갖는 투명한 윈도우를 사용하는 것은, 냉각 팁의 열 저항을 감소시킴으로써 열 제거 용량(heat removal capacity)을 크게 향상시키고, 아울러 예를 들어, 털 제거(hair removal)일 수 있는 특정 피부 처리에서 사용되는 전력의 범위를 확장시킬 수 있게 한다. 냉각 팁은 지지 구조 및 유체 흐름 전도 채널들을 갖는 투명한 윈도우를 포함하며, 특히 피부와 접촉하는 지지 구조의 기저부(base)의 일부를 포함한다. 지지 구조 및 윈도우의 적절한 설계를 통해, 열부하(heat load)의 와트(Watt) 당 섭씨 1도보다 작은 열 저항이 획득될 수 있다.
애플리케이터 혹은 핸드피스는 조직 혹은 피부 처리 평면의 관측을 크게 향상시키고, 조작자 혹은 간호자의 작업을 용이하게 하는바, 처리 펄스의 전달 직전에, 처리 펄스의 전달 동안, 그리고 처리 펄스의 전달 이후에, 해당 부위(field)로부터 애플리케이터를 제거할 필요없이, 조직 혹은 피부 처리 평면의 시야(view)를 방해함이 없이 제공한다. 기울어진 지지 구조, 그리고 조직 처리 평면에 더욱 근접하게 균일화 광 파이프를 배치하는 것은, 처리 에너지의 전달 이전에, 처리 에너지의 전달 동안, 그리고 처리 에너지의 전달 이후에, 처리 부위(treatment field)에 대한 사용자의 시야를 향상시키는데 도움을 준다.
도 1은 본 명세서에 참조로 통합되는 특허 문헌인 2014년 9월 12일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제14/484,302호에 개시된 애플리케이터의 간략화된 예시이다.
도 1a는 도 1의 라인(line) C를 따라 취해진 도면이다.
도 2는 하나의 예에 따른 애플리케이터의 간략화된 예시이다.
도 3a 및 도 3b는 냉각 유체 흐름 전도 채널들을 포함하는 투명한 냉각 윈도우의 예이다.
도 4a 및 도 4b는 냉각 유체 흐름 전도 채널들을 포함하는 투명한 냉각 윈도우의 추가적인 예이다.
도 5는 도 4의 투명한 냉각 윈도우를 화살표 D-D에 의해 표시된 라인을 따라 절단한 단면이다.
도 6a 및 도 6b는 냉각 유체 흐름 전도 채널들을 포함하는 투명한 냉각 윈도우의 추가적인 예이다.
도 7a 및 도 7b는 또한 피부 처리를 위한 애플리케이터의 추가적인 예이다.
도 8a 및 도 8b는 또한 냉각 유체 흐름 전도 채널들을 포함하는 투명한 냉각 윈도우의 추가적인 예이다.
RF 에너지 및 광 에너지를 처리 평면 내에 위치하는 조직 혹은 피부에 동시에 인가하는 것은 상이한 깊이에 위치하는 피부 혹은 조직 층들을 하나의 처리에서 처리할 수 있게 한다. 이것은 각각의 에너지를 줄일 수 있게 하고 피부 화상의 위험을 감소시킬 수 있게 한다. 피부 혹은 조직의 표면에 적용되는 접촉 냉각 요소에 의한 적절한 냉각이 훨씬 더 중요하게 되고 이러한 적절한 냉각은 진피에 가해지는 돌이킬 수 없는 손상을 방지하는데 바람직하다. 본 개시내용은 더 밝은 피부 유형 및 더 어두운 피부 유형을 모두 효과적으로 냉각시키기 위해 최적화된 효과적인 접촉 냉각 디바이스(contact cooling device)들을 제공한다.
애플리케이터는 또한 피처리 피부 혹은 조직 영역 내에서의 가시적 변화들의 실시간 관측을 지원하고, 아울러 피부 처리 에너지의 하나의 인가로부터 피부 처리 에너지의 다음의 인가에 이르기까지 애플리케이터의 정확한 배치를 용이하게 한다.
조직 처리 평면 내에 위치하는 조직을 냉각시키는 것은 대게 처리 평면 내에 위치하는 조직과 접촉하는 애플리케이터 요소를 냉각시킴으로써 수행된다. 광학 (레이저) 에너지 처리 과정 동안 진피 및 더 깊은 피부 층들을 가열하면서 상피를 효과적으로 냉각시키지 못하면 피처리 대상에 원치않는 통증을 유발할 수 있고 잠재적으로는 원치않는 피부 손상을 초래할 수 있다. 종래의 냉각 모드들(예컨대, 국소 적용(topical applications), 강제적 냉기(forced cold air), 및 접촉 냉각(contact cooling))은 불완전하게 냉각을 행하고, 종종 너무 오래 걸리며 너무 깊게 이루어진다. 이러한 방법들은 추가적인 레이저 에너지가 진피를 재가열하는데 사용되게 한다. 따라서, 처리 플루언스(treatment fluence)가 상승될 필요가 있으며 혹은 치료적 가치(therapeutic value)가 줄어든다.
본 개시내용의 저자들은 효과적인 조직 냉각이 처리 에너지에서의 증가를 지원하고, 처리 시간을 단축시키고, 그리고 더 좋은 처리 결과로 이어짐을 실험적으로 증명해 냈다.
도 1은 기존의 더 앞서 개시된 애플리케이터의 간략화된 예시이다. 애플리케이터 혹은 핸드피스(100)는 근단부(proximal end)(108) 및 원단부(distal end)(112)를 갖는 하우징(housing)(104)을 포함한다. 두 개의 지지 컬럼(support column)들을 포함하는 지지 구조(116)는 원단부(112)로부터 연장되는 프레임(120)에 의해 종단된다. 지지 구조(116)는, 애플리케이터(100) 대칭축(134)에 대해 기울어져 있고, 혹은 애플리케이터(100)의 대칭축(134)에 대한 법선(normal)으로부터 벗어나 있으며, 처리될 피부 처리 평면(140) 혹은 피부 영역에 대한 시선(line of sight)을 향상시킨다. 지지 구조(116)가 기울어져 있는 각도의 여각(compliment of angle)(144)은 10도 내지 30도일 수 있으며, 대게 이러한 각도는 대략 15도일 수 있다.
프레임(120)은 용이하게 제거가능하고 대체가능한 윈도우(124)를 유지시킨다. 프레임(120)은 둥근 형상, 타원형 형상, 혹은 직사각형 형상을 가질 수 있다. 지지 구조(116) 및 프레임(120)은 금속으로 만들어지거나 혹은 양호한 열 전도 혹은 냉각 전도 속성을 지원하는 다른 물질로 만들어진다. 지지 구조(116) 및 프레임(120)은 열전 냉각기(thermoelectric cooler)(118)와 열을 서로 주고받는다(thermal communication). 대체가능한 윈도우(124)는 사파이어(sapphire) 혹은 석영(quartz)으로 만들어질 수 있다.
애플리케이터(100)는 또한 광학 시스템(130)을 포함하며, 여기서 광학 시스템(130)은, 광학 에너지의 소스(미도시)로부터 광학 에너지의 빔(136)을 수용하도록 구성되고, 그리고 조직 혹은 피부 처리 평면(140) 내에서 대체가능한 윈도우(124)와 접촉하며 프레임(120)에 의해 정의된 피부 혹은 조직 처리 평면(140)을 조사(irradiate)하도록 광학 에너지의 빔(136)을 지향(direct)시키도록 구성된다. 애플리케이터(100)의 광학 시스템(130)은 또한 한 쌍의 렌즈들(148)을 포함할 수 있으며, 여기서 한 쌍의 렌즈들(148)은 광학 에너지의 균일화된 빔(134)을 수용하여 조직 혹은 피부 처리 평면(140)에 균일화 로드(152)의 출력 면(168)을 이미지화하도록 구성된다.
사용시 애플리케이터(100)는 피부 혹은 조직 처리 평면(140)에 적용되고, 그리고 광학 에너지의 소스는 피부 혹은 조직 처리 평면(140)에 처리 에너지를 인가하기 위해 활성화될 수 있다. 대체가능한 윈도우(124)는 프레임(120)과의 접촉을 통해 냉각되고 조직 혹은 피부 처리 평면(140)과 접촉하며, 윈도우(124)는 조직 처리 평면(140) 내에 위치하는 피부 표면을 냉각시킨다.
케이블(cable)(160)(도 1 및 도 2)이 애플리케이터(100) 하우징(104)의 근단부(108)로부터 연장된다. 케이블(160)은 애플리케이터(100)를 전력 공급부(power supply)(미도시)에 연결한다. 전력 공급부의 하우징은 또한 광학 에너지의 소스 및 RF 전압의 소스를 통합할 수 있다. 광섬유 가이드(150)가 케이블(160) 내에 포함될 수 있다. 광섬유는 광학 에너지를 애플리케이터 혹은 핸드피스(100/200/700)로 전도할 수 있다. 대안적으로, 관절형 암이 광학 에너지를 핸드피스로 전도할 수 있다. 비록 포함되지는 않았지만, 광학 에너지의 소스는 적절한 레이저일 수 있는데, 예를 들어, 595 nm 펄스 색소 레이저(pulse dye laser), 1064 nm Nd:YAG 레이저, 또는 알렉산드라이트(Alexandrite) 755 nm 레이저, 또는 다이오드 레이저 또는 상이한 광 파장들을 방출하는 상이한 레이저 다이오드들을 갖는 다이오드 레이저들의 조립체일 수 있다. 레이저의 선택은 원하는 유형의 처리에 따라 달라진다. 광학 에너지의 소스는 400 nm 내지 2000 nm의 파장을 갖는 광학 에너지를 제공하는 적절한 레이저일 수 있다. 처리 중 일부는 비가시성 파장들에 의해 수행될 수 있기 때문에, 애플리케이터(100)는 또한 RF 전극들 사이에 위치하는 조직 혹은 피부 처리 평면(140)을 조명(illuminating)하는 LED(158)를 포함할 수 있다.
도 1a는 (도 1의) 화살표 C에 의해 표시된 방향으로부터 관찰되는 바와 같은 애플리케이터(100) 원단부(112)를 나타낸 도면이다. 한 쌍의 바이폴라 RF 전극들(128)이 하우징(104)의 원단부(112) 상에 위치할 수 있다. 전극들(128)은 조직 처리 평면(140) 내에 위치하는 조직(164)에 RF 에너지를 인가하도록 구성될 수 있다. 전극들(128)은 프레임(120) 상에 장착되는 단단한 금속 전극들일 수 있거나, 또는 투명한 윈도우(120)에 직접 증착될 수 있다. 광학 시스템(130)은 광 파이프 균일화 로드(152)로부터 광학 에너지의 균일화된 빔(134)을 수용하여 한 쌍의 바이폴라 RF 전극들(128) 사이에 위치하는 피처리 피부 혹은 조직 평면(140)에 광 파이프 균일화 로드(130)의 출력 면(168)을 이미지화하도록 구성될 수 있다.
원하는 피부 처리, 피부의 유형, 피부 혹은 조직 처리 평면(140)에 인가되는 에너지의 강도에 따라, 냉각 플레이트(cooling plate)(124)에 의한 냉각은 충분하지 않을 수 있고 또한 표피 손상을 초래할 수 있다. 접촉 냉각 디바이스들의 유효성(effectivity)은 단지 이들 디바이스들을 더 밝은 피부 유형 및 더 어두운 피부 유형 모두에 대해 효과적인 것으로서 만들기 위해 더 최적화될 수 있다.
도 2는 하나의 예에 따른 애플리케이터의 간략화된 예시이다. 애플리케이터(200)의 지지 구조(216)는 핸드피스 혹은 애플리케이터(200)의 원단부(212)로부터 연장되는 두 개의 지지 컬럼들(214)을 포함한다.
지지 구조(216)는 처리 방사선(treatment radiation)에 투명한 윈도우(224)를 유지시킨다. 지지 구조(216)는 직사각형 혹은 달걀 형상의 슬롯(slot)(220)을 포함할 수 있다. 슬롯(220)은 사파이어 혹은 석영으로 만들어진 투명한 윈도우(224)를 수용하도록 되어 있다. 지지 구조(216)는 금속으로 만들어지거나 혹은 양호한 열 전도 혹은 냉각 전도 속성 그리고 RF 전기 전도 속성을 지원하는 다른 물질로 만들어진다. 지지 구조(216)는 냉각된 혹은 차갑게 된 저장소(reservoir)(204)로부터 냉각 유체를 수용하는 하나 이상의 냉각 유체 전도 채널들(218)(파선들로 도시됨)을 포함한다. 투명한 윈도우(224) 내에 형성된 냉각 유체 전도 채널들(208)은 지지 구조(216) 내에 형성된 유체 전도 채널들(218)(파선들로 도시됨)과 유체를 서로 주고받는다. 지지 구조(216) 내에 형성된 유체 전도 채널들(218)은 냉각 유체의 저장소(204)와 유체를 서로 주고받는다. 유체 전도 채널들(208)을 갖는 투명한 윈도우(224) 및 지지 구조 안으로의 냉각 유체의 흐름은 화살표 "진입(IN)" 및 화살표 "진출(OUT)"에 의해 도시적으로 제시된다. 유체 전도 채널들(208)은 냉각 유체를 투명한 윈도우(224)의 거의 전체 표면으로 전도하도록 구성될 수 있거나, 또는 적어도 투명한 윈도우의 표면의 일부분으로 전도하도록 구성될 수 있다. 열전 냉각기(thermoelectric chiller) 혹은 증기 압축기 냉각기(vapor compressor chiller)(미도시)가 저장소(204) 내의 냉각 유체를 냉각시킴과 아울러 원하는 온도에서 유지시키기 위해 사용될 수 있다.
애플리케이터(200)는 또한 애플리케이터(100) 내에 포함된 요소들과 유사하거나 동일한 요소들을 포함한다. 이러한 요소들은 동일한 참조 번호들로 표시된다. 광학 에너지의 소스(미도시)로부터 광학 에너지의 빔(134)을 수용하도록 구성된 광학 시스템(130)은 투명한 윈도우(224)에 의해 정의된 피부 혹은 조직 처리 평면(140)을 조사하도록 광학 에너지의 빔(134)을 지향시킨다. 투명한 윈도우의 바깥쪽 측면의 표면(242)은 조직 혹은 피부 처리 평면(140)과 접촉한다. 광학 에너지의 빔(134)은 예를 들어, 광섬유 가이드에 의해 광학 에너지의 소스(미도시)로부터 전도될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 냉각 유체 전도 채널들을 포함하는 투명한 윈도우의 예이다. 냉각 유체 전도 채널들(208)을 갖는 투명한 윈도우(224)(도 3a)는 냉각된 혹은 차갑게 된 유체(이것은 물(water)일 수 있음)를 피부와 접촉하도록 배치된 사파이어 윈도우(224)(도 2 참조)를 통해 그리고 사파이어 윈도우(224)로 직접 전달한다. 냉각된 물 혹은 차갑게 된 물이 피부 표면과 근접하는 것은 칠링/냉각 팁의 열 저항을 감소시킨다. 냉각 팁 설계의 최적화에 의해 단지 1 K/W 미만인 열 저항이 용이하게 획득된다. (상대적으로, 열전 냉각기(ThermoElectric Cooler, TEC)에 의해 냉각되는 냉각 팁 설계에서, 열 저항은 전형적으로 대략 8 K/W이다.)
하나의 예에서, 투명한 윈도우(224)는 하나 이상의 별개의 냉각 유체 전도 채널들(208)을 포함할 수 있다. 지지 구조(216)(도 2)는 동일한 방향으로 냉각 유체의 흐름을 지원하도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 유체 전도 채널들(208)(도 3b)은 유체와 투명한 윈도우 물질 간의 반사율 불일치로 인한 계면(interface)에서의 렌즈 효과(lensing affects)를 피하기 위해 전송 광학 경로(transmitted optical path) 가까이에 배치되데 전송 광학 경로의 바깥쪽에 배치된다.
도 4a 및 도 4b는 냉각 유체 전도 채널들을 포함하는 투명한 윈도우의 추가적인 예이다. 유체 전도 채널들(408)은 투명한 사파이어 윈도우(424)의 둘레(perimeter)를 따라 위치한다. 이러한 예에서, 사파이어 윈도우(424)의 네 개의 측면들은 모두 흐르는 냉각된 혹은 차갑게 된 물과 직접 접촉한다. 네 개의 측면에서의 사파이어 윈도우 냉각은 사파이어 윈도우 내의 열 경사도(thermal gradients)를 크게 감소시킨다. 유체 전도 채널들(408)의 단면(도 4b)은 둥근 단면, 타원형 단면 혹은 달걀형 단면일 수 있거나, 또는 유체 흐름 저항(fluid flow resistance)이 상대적으로 작은 임의의 다른 단면일 수 있다.
도 5는 냉각 윈도우(424)를 화살표 D-D에 의해 표시된 라인을 따라 절단한 단면이다. 본 도면은 유체 전도 채널들(408)의 기하학적 구조(geometry) 및 둥근 모서리들을 예시한다. 하나 이상의 유체 전도 채널이 광학 경로 내에 배치될 수 있는데, 이러한 경우 냉각 유체와 광학 윈도우 물질은 유사한 반사율을 갖도록 선택돼야함에 유의해야 한다.
도 6a 및 도 6b에서 예시되는 또 하나의 다른 예에서, 투명한 윈도우(624)는 지지 구조(216) 내에 형성된 유체 흐름 전도 채널들(218)과 유체를 서로 주고받는 공동 캐비티(hollow cavity)(612)를 포함할 수 있다. 투명한 윈도우(624)의 크기가 큰 경우에, 예를 들어, 공동 캐비티(612)를 갖는 40 mm 혹은 50 mm의 투명한 윈도우는 복수의 채널들에 대한 필요성을 제거하는 더 효과적일 수 있다. 하지만, 광학 반사 손실(optical reflective losses)을 피하기 위해, 윈도우와 냉각 유체의 반사율은 유사해야 한다.
공동 캐비티(612)를 갖는 투명한 윈도우(624)(및 다른 예들의 투명한 윈도우들(224, 424 및 624))는, 단일 윈도우 물질 부품(window material piece)으로부터 만들어질 수 있거나 혹은 두 개의 별개의 윈도우 물질 부품들로부터 만들어질 수 있는데, 여기서 두 개의 별개의 윈도우 물질 부품들은 냉각제 흐름(coolant flow)을 위해 윈도우들 사이에 간극(gap)을 형성하도록 스페이서(spacer)를 사용하여 지지 구조와 함께 유지된다. 투명한 윈도우 혹은 윈도우들의 각각의 표면은 광학 반사 손실을 최소화시키도록 설계된 반사-방지 코팅(anti-reflective coatings)을 가질 수 있다.
도 1 및 도 2에 예시된 지지 구조들(116 및 216)은 기울어져 있는 지지 구조이다. 지지 구조는 또한 조직 처리 평면(140)에 대한 사용자들의 직접적인 가시선(line of site)을 방해하는 것을 피하기 위해 애플리케이터(100 및 200)의 상부 혹은 하부로부터 조직 처리 평면(140)에 접근하도록 설계될 수 있다. 지지 구조는 또한 조직 처리 평면(140)에 대한 사용자들의 직접적인 가시선을 방해하는 것을 피하기 위해 개구(opening) 혹은 공극(void)을 갖도록 설계될 수 있다.
도 7a 및 도 7b에 예시된 또 하나의 다른 예에서, 지지 구조(704)는 전체적으로 동축(coaxial)으로 배향(orient)되고, 또는 지지 구조(704)의 축은 애플리케이터(700)의 대칭축(708)과 일치하며 조직 처리 평면(240)과 직교(각도(712))한다. 지지 구조는 냉각 유체 전도 튜브들(720) 혹은 채널들의 조립체이다. 강성 물질(rigid material)로 만들어질 수 있는 냉각 유체 전도 튜브들(720) 사이의 개방 공간은 미용 피부 처리 절차 동안 조직 처리 평면의 실시간 관측 혹은 시각화를 방해함이 없이 지원하기에 충분하다. 지지 구조(704)의 원단부는 예를 들어, 투명한 윈도우(624)(도 7b) 혹은 냉각 유체 전도 채널들을 갖는 임의의 다른 윈도우를 지지하도록 혹은 유지시키도록 구성된다. 도 8a 및 도 8b에 예시되는 바와 같은 일부 예들에서, 한 쌍의 바이폴라 RF 전극들이 투명한 윈도우(624)(혹은 임의의 다른 윈도우, 예컨대 윈도우(224 또는 424)) 또는 지지 구조(704) 상에 증착될 수 있다. 조직 처리 평면은 바이폴라 RF 전극들 사이에 위치한다. 애플리케이터(700)의 광학 시스템은 기울어진 부분들을 갖지 않으며, 광 파이프 균일화 로드(152)의 출력 면(168)의 이미지는 조직 처리 평면(140)에서 둥근 형상일 수 있거나 직사각형 형상일 수 있으며 혹은 다각형 형상일 수도 있다.
조직 처리 평면(240)에 걸쳐 있는 광학 에너지는 균일화된다. 애플리케이터(200 혹은 700)가 하나의 피부 처리 위치로부터 또 하나의 다른 피부 처리 위치로 이동될 때, 직사각형 이미지 혹은 스폿(spot)은 조직 혹은 피부(164)(도 1 및 도 2) 내에서 조밀하게(densely) 패킹(packing)될 수 있다.
사용시 애플리케이터(200 혹은 700)는 피부 혹은 조직 처리 평면에 적용되고, 광학 에너지의 소스가 활성화된다. 그 다음에, 인접하는 피부 표면 영역을 처리하기 위해, 애플리케이터는 피부 위에서 연속적으로 옮겨지거나 혹은 하나의 피부 단편으로부터 다른 피부 단편으로 스텝핑(stepping) 된다. 처리 광학 에너지 스폿의 직사각형 형상은 스텝핑된 스폿들 간에 중첩되지 않으며, 또한 중첩되지 않음과 아울러 처리되지 않은 피부 영역들 혹은 단편들을 남기지 않는다. 냉각 유체 순환(cooling fluid circulation)은 (처리 이전에, 처리 동안, 그리고 처리 이후에) 연속적일 수 있다. 대안적으로, 냉각 유체는 정의된 기간(defined periods)에 강제로 순환될 수 있다.
예컨대, 더 어두운 피부 유형 V 및 VI를 처리할 때와 같이, 효과적인 피부 냉각을 요구하는 중요한 피부 처리 적용에서, 애플리케이터들(100/200 및 700) 각각은 레이저 에너지를 전달하기 전 200 내지 300 ms 냉각 시간을 실행하는 처리 모드에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 모드는 예를 들어, 애플리케이터가 스탬핑 모드(stamping mode)에서 사용될 때 그리고 RF 전극들을 통해 피부 임피던스(skin impedance)를 측정함에 따라 RF 전달 팁들에 대해 사용될 때 적절하다. 피부 접촉이 임피던스에서의 변화로부터 검출되면, 시스템 제어기(미도시)는 레이저 에너지를 전달하기 전 200 내지 300 ms 동안 대기한다. 실행된 냉각은 각각의 전달되는 레이저 펄스와 함께 효과적인 그리고 사용자-일관적인 피부 냉각을 보장한다.
언급된 바와 같이, 피부 처리 시스템은 상이한 피부 상태를 처리할 다수의 광 소스들, 예를 들어, 레이저들을 갖추고 있을 수 있다. 예를 들어, 595 nm 펄스 색소 레이저가 상이한 혈관 상태(vascular conditions)를 처리하기 위해 사용될 수 있고, 알렉산드라이트 755 nm 레이저가 털 제거를 위해 사용될 수 있고, 1064 nm Nd:YAG 레이저가 또한 상이한 혈관 상태의 처리에서 효과적일 수 있고, 상이한 광 파장들을 방출하는 상이한 레이저 다이오드들이 처리 광학 에너지 파장 및 펄스 지속시간(pulse duration)을 변경시킴으로써 다양한 피부 상태를 처리하기 위해 사용될 수 있다.
피부 혹은 조직 상태 처리를 위해 사용되는 광학 에너지의 플루언스(fluence)는 0.5 내지 150 J/cm2일 수 있고, 펄스 지속시간은 100 피코초(psec) 내지 1 초일 수 있고, 스폿 크기는 10X10 mm일 수 있으며 혹은 심지어 20X20 mm일 수 있다. 예컨대, 10X30 mm와 같은 직사각형을 포함하는 다른 크기 그리고 스폿 크기 파라미터들 간의 관계가 고려될 수 있다.
본 개시내용의 저자들은 일부 미용 피부 처리 시스템이 피부와 접촉하도록 배치된 정사각형 혹은 직사각형 광학 프리즘에 의해 (프리즘을 냉각시킴으로써) 생성되는 정사각형 혹은 직사각형 빔들의 사용을 요구한다는 것을 알고 있다. 비록 후자의 접근법이 피부 표면을 냉각시키는 혜택을 갖지만, 입사광(incident light)의 증진 혹은 수집을 위해, 프리즘은 광 반사 코팅에 의해 덮이고 조작자의 시계(field of view)를 방해한다. 본 발명의 애플리케이터의 사용은 피처리 피부 영역의 효과적인 냉각을 제공하고 그리고 균일하지 않게 분포된 에너지들, 특히 광 에너지를 피부에 인가함으로 야기되는 악영향들을 완화시킨다.
애플리케이터 혹은 핸드피스는 조직 혹은 피부 처리 평면의 관측을 크게 향상시키고, 조작자 혹은 간호자의 작업을 용이하게 하는바, 조직 혹은 피부 처리 평면의 시야를 방해함이 없이 제공한다.
앞서-설명된 예들의 다수의 변형예들이 통상의 기술을 가진 자에게는 명백할 것임을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명의 장치 및 방법은 본 명세서에서 설명되고 제시되는 바와 같은 그러한 특정 예들 및 방법들에 의해 한정돼서는 안 된다. 오히려, 본 발명의 제품 및 방법의 범위는 다음의 청구항들 및 이들의 등가물들에 의해 정의돼야 한다.

Claims (20)

  1. 피부 냉각 구성(skin cooling arrangement)을 갖는 애플리케이터(applicator)로서, 상기 애플리케이터는,
    하우징(housing) 및 상기 하우징의 원단부(distal end)로부터 연장되는 지지 구조(support structure)와; 그리고
    상기 지지 구조 상에 장착되는 투명한 윈도우(transparent window)를 포함하고,
    상기 지지 구조는 적어도 하나의 냉각 유체 전도 채널(cooling fluid conducting channel)을 포함하고,
    상기 윈도우는 상기 지지 구조 내의 상기 적어도 하나의 유체 전도 채널과 유체를 서로 주고받는(fluid communication) 적어도 하나의 냉각 유체 전도 채널을 포함하고,
    상기 투명한 윈도우는 상기 투명한 윈도우와 접촉하는 피처리 조직 영역(treated tissue area)을 냉각시키는 것인, 애플리케이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 애플리케이터는 상기 지지 구조 상에 장착되는 한 쌍의 바이폴라 RF 전극(bipolar RF electrode)들을 더 포함하고, 여기서 한 쌍의 바이폴라 RF 전극들은 조직 처리 평면(tissue treatment plane) 내에 위치하는 조직에 RF 에너지를 인가(apply)하도록 되어 있는 것인, 애플리케이터.
  3. 제1항에 있어서,
    광학 시스템(optical system)이 광학 에너지(optical energy)의 소스(source)로부터 광학 에너지의 빔(beam)을 수용하여 조직 처리 평면 내에 위치하는 조직에 전달하도록 되어 있고, 여기서 조직 처리 평면은 한 쌍의 바이폴라 RF 전극들 사이에 위치하는 것인, 애플리케이터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 투명한 윈도우 내에 형성된 상기 냉각 유체 전도 채널의 단면은, 둥근(round) 형상의 단면, 타원(elliptical) 형상의 단면, 달걀(oval) 형상의 단면 및 유체 흐름 저항(fluid flow resistance)이 상대적으로 작은 형상의 단면으로 이루어진 그룹 중 하나인 것인, 애플리케이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 투명한 윈도우는 상기 지지 구조 내에 형성된 유체 전도 채널들과 유체를 서로 주고받는 공동 캐비티(hollow cavity)를 포함하는 것인, 애플리케이터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 투명한 윈도우는 사파이어(sapphire) 및 석영(quartz)으로 이루어진 물질들의 그룹 중 적어도 하나로 만들어지는 것인, 애플리케이터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 투명한 윈도우의 바깥쪽 표면은 조직과 접촉하고 상기 조직 처리 평면을 정의하는 것인, 애플리케이터.
  8. 제1항에 있어서,
    광학 에너지의 소스는 400 nm 내지 2000 nm의 파장을 갖는 광학 에너지를 제공하는 것인, 애플리케이터.
  9. 제1항에 있어서,
    광학 에너지의 소스는 0.5 J/cm2 내지 150 J/cm2의 플루언스(fluence)를 갖는 광학 에너지를 제공하는 것인, 애플리케이터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 지지 구조는 상기 애플리케이터의 대칭축(axis of symmetry)에 대해 10도 내지 30도의 각도로 기울어져 있인, 애플리케이터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 지지 구조는 상기 애플리케이터의 대칭축과 동축(coaxial)인 것인, 애플리케이터.
  12. 제1항에 있어서,
    냉각 팁(cooling tip)이 열부하(heat load)의 와트(Watt) 당 섭씨 1도보다 작은 열 저항(thermal resistance)을 갖는 것인, 애플리케이터.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 애플리케이터는 또한 광 파이프 균일화 로드(light pipe homogenizing rod)를 포함하고, 상기 로드는 테이퍼형 광 균일화 로드(tapered light homogenizing rod), 테이퍼형 광학 사다리꼴 프리즘(tapered optical trapezoidal prism), 테이퍼형 다면 광학 균일화 로드(tapered multi-facet optical homogenizing rod), 혹은 테이퍼형 공동 광 가이드(tapered hollow light guide)로서 상기 광 가이드의 안쪽 표면들 상에 반사성 코팅(reflective coating)이 증착된 테이퍼형 공동 광 가이드로 이루어진 광 가이드들의 그룹 중 적어도 하나인 것인, 애플리케이터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 애플리케이터는 한 쌍의 렌즈(lense)들을 갖는 광학 시스템을 포함하고, 상기 한 쌍의 렌즈들은 광 파이프 균일화 로드로부터 광학 에너지의 균일화된 빔을 수용하여 한 쌍의 바이폴라 RF 전극들 사이에 위치하는 피처리 피부 혹은 조직 평면에 광 파이프 균일화 로드의 출력 면(output facet)을 이미지(image)화하도록 되어 있고, 여기서 광 가이드의 출력 면은 달걀 형상을 갖는 것인, 애플리케이터.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 애플리케이터는 한 쌍의 렌즈들을 갖는 광학 시스템을 포함하고, 상기 한 쌍의 렌즈들은 광 파이프 균일화 로드로부터 광학 에너지의 균일화된 빔을 수용하여 한 쌍의 바이폴라 RF 전극들 사이에 위치하는 피처리 피부 혹은 조직 평면에 광 파이프 균일화 로드의 출력 면을 이미지화하도록 되어 있고, 여기서 광 파이프 균일화 로드의 출력 면은 사다리꼴 형상을 갖는 것인, 애플리케이터.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 지지 구조는 상기 애플리케이터의 대칭축에 대해 10도 내지 30도의 각도로 기울어져 있는 것인, 애플리케이터.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 지지 구조는 대칭축에 대해 기울어져 있어 조작자(operator)로 하여금 피처리 조직 영역을 양호하게 볼 수 있도록 하는 것인, 애플리케이터.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 애플리케이터는 또한 냉각 유체 저장소(cooling fluid reservoir)를 포함하고, 열전 소자(thermoelectric element)가 상기 냉각 유체 저장소를 냉각시키고, 상기 냉각 유체는 조직 처리 평면과 접촉하는 사파이어 윈도우 및 상기 지지 구조를 냉각시키는 것인, 애플리케이터.
  19. 제19항에 있어서,
    냉각 유체 순환(cooling fluid circulation)은, 조직 처리 이전의 연속적인 순환, 조직 처리 동안의 연속적인 순환, 그리고 조직 처리 이후의 연속적인 순환으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나인 것인, 애플리케이터.
  20. 제19항에 있어서,
    냉각 유체는 정의된 기간(defined periods)에 강제로 순환하도록 되어 있고, 여기서 강제로 일어나는 냉각 유체 순환은 레이저 에너지(laser energy)의 전달 전 적어도 200 ms 내에 동작하도록 되어 있는 것인, 애플리케이터.
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