KR20200012675A

KR20200012675A - 의료용 냉각 장치

Info

Publication number: KR20200012675A
Application number: KR1020180140508A
Authority: KR
Inventors: 김건호
Original assignee: 주식회사 리센스메디컬
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2020-02-05
Also published as: KR20230140446A; KR20200012677A; KR20200012676A; KR20230160771A

Abstract

본 발명의 일 실시예는 의료용 냉각 장치에 있어서, 타겟영역과의 열적접촉을 통해 상기 타겟영역을 냉각하는 냉각매체, 상기 냉각매체에 냉각에너지를 공급하는 냉각발생부 및 상기 냉각발생부가 일면에 부착되며, 상기 냉각매체를 상기 냉각발생부와 열적으로 연결하기 위한 냉각매체연결부를 포함하며, 상기 냉각된 타겟영역에 약액이 전달되되, 상기 약액은 상기 냉각중심영역의 외부에서 저장되다가 상기 타겟영역으로 전달되는, 의료용 냉각장치를 제공한다.

Description

의료용 냉각 장치{MEDICAL COOLING APPARATUS}

본 발명의 실시예들은 의료용 냉각 장치에 관한 것이다.

일반적으로 수술 또는 치료와 같은 의료행위는 통증을 수반할 수밖에 없다. 이러한 통증은 약리적인 마취를 통해 신경전달을 차단시킴으로써 제거되거나 저감될 수 있지만, 마취는 부작용이 수반되므로 장시간의 수술이나 치료가 필요한 경우, 또는 비교적 통증이 심한 경우에만 제한적으로 적용되고 있다. 특히, 약리적인 마취는 마취제를 주사기에 의해 주입할 수밖에 없어, 주사바늘에 의한 추가적인 통증이 유발되어 환자의 고통이 가중되는 문제점이 있다. 또한, 주사방식에 의한 마취는 마취효과를 발휘할 때까지 일정한 마취 시간이 요구되어 불필요한 대기 시간으로 인해 수술 또는 치료 시간이 증대되는 비효율적인 문제점이 발생한다.

본 발명의 실시예들은 상기한 문제점들을 해결하기 위한 것으로 냉각 마취를 이용하여 빠르고 안전하게 안구를 마취시키는 의료용 냉각 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 냉각중심영역은 상기 냉각매체 및 상기 냉각매체연결부의 중첩된 영역에 위치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 냉각중심영역은 상기 냉각발생부와 상기 냉각매체 연결부가 중첩되는 영역의 중심에서 상기 냉각매체의 길이 방향을 따라 연장되는 연장선 상에 배치되되, 상기 냉각중심영역의 위치는 상기 냉각매체의 냉각중심 파라미터에 의해 결정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 냉각중심 파라미터는 상기 냉각매체의 열전도도, 상기 냉각매체와 상기 냉각발생부와의 거리, 상기 냉각매체의 부피 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 냉각 조립체는 냉각발생부 및 냉각매체연결부를 포함하며, 상기 냉각 조립체의 냉각중심 파라미터는 상기 냉각매체 연결부의 열전도도, 상기 냉각매체 연결부와 상기 냉각발생부와의 거리, 상기 냉각매체 연결부의 부피 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 냉각중심 파라미터는 상기 냉각발생부가 복수개인 경우, 각 냉각발생부의 냉각량을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 냉각중심영역의 냉각중심은 상기 냉각매체 및 상기 냉각매체연결부가 중첩되는 영역의 중심이며, 상기 냉각매체의 길이는 상기 냉각매체의 하단에서 냉각중심까지 거리의 10배이내의 길이인 되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 냉각발생부의 길이방향과 상기 냉각발생부의 열을 방출하기 위한 방열부의 길이방향은 평행하지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 냉각발생부 및 상기 방열부가 비중첩되는 영역에 위치하는 결합수단을 통하여, 상기 방열부 및 상기 냉각발생부가 결합할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 냉각매체 연결부는 상기 냉각매체와 열적으로 결합하는 접촉면을 구비하는 냉각매체접촉부와, 상기 접촉부로부터 연장되어 상기 냉각발생부가 배치되는 냉각발생부접촉부를 구비하는 연장부를 포함하며, 상기 연장부는 상기 냉각매체의 길이방향에 교차하는 방향으로 연장되며, 상기 냉각발생부의 길이방향과 상기 연장부가 연장되는 방향은 동일할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는, 냉각매체, 냉각발생부 및 냉각매체연결부를 구비하는 의료용 냉각 장치를 이용하는 냉각방법에 있어서, 상기 냉각발생부에 의해, 상기 냉각매체에 냉각에너지를 공급하는 단계, 상기 냉각매체와 상기 타겟영역과의 열적접촉을 통해 상기 타겟영역을 냉각하는 단계 및 냉각중심영역의 외부에 저장되는 약액을 상기 냉각된 타겟영역으로 전달하는 단계를 포함하고, 상기 냉각매체는 상기 냉각발생부가 일면에 부착되는 냉각매체연결부를 통해 상기 냉각발생부와 열적으로 연결되는, 냉각방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 냉각중심영역은 상기 냉각발생부와 상기 냉각매체연결부가 중첩되는 영역의 중심에서 상기 냉각매체의 길이 방향을 따라 연장되는 연장선 상에 배치되되, 상기 냉각중심영역의 위치는 상기 냉각매체의 냉각중심 파라미터에 의해 결정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 냉각중심영역의 냉각중심은 상기 냉각매체 및 상기 냉각매체연결부가 중첩되는 영역의 중심이며, 상기 냉각매체의 길이는 상기 냉각매체의 하단에서 상기 냉각중심까지 거리의 10배 이내의 길이일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 냉각발생부의 길이방향과 상기 냉각발생부의 열을 방출하기 위한 방열부의 길이방향은 평행하지 않을 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예들에 따른 시술부위와 접촉하여 냉각을 수행하는 냉각매체에 집중적인 냉각에너지를 공급함으로써, 신속한 냉각 마취를 수행할 수 있다.

도 1a 내지 도 1h는 냉각 기능을 갖는 의료용 냉각 시스템의 제1 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2e는 다른 실시예에 따른 의료용 냉각 장치의 냉각 조립체를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3m은 의료용 냉각 장치의 약물 주입을 위한 액츄에이터 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4f는 의료용 냉각 장치의 액츄에이터의 동작에 의해 약물이 주입되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5f는 약물주입 후 인젝터를 냉각매체로부터 추출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 냉각 장치에 있어서, 약액의 빙결을 방지하는 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 액체를 이용한 냉각 및 분사 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타낸 것으로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.

이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등이 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소들이 직접적으로 연결된 경우뿐만 아니라 막, 영역, 구성요소들 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다. 예컨대, 본 명세서에서 막, 영역, 구성 요소 등이 전기적으로 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소 등이 직접 전기적으로 연결된 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 간접적으로 전기적 연결된 경우도 포함한다.

I. 의료 냉각 시스템 및 냉각 중심 구조

도 1a 내지 도 1h는 냉각 기능을 갖는 의료용 냉각 시스템의 제1 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 냉각 시스템(1)을 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 의료용 냉각 시스템(1)의 내부 구성을 보여주기 위한 사시도이다. 도 1c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 의료용 냉각 시스템(1)을 도시한 사시도이고, 도 1d는 도 1c에 도시된 의료용 냉각 시스템(1)의 내부 구성을 보여주기 위한 사시도이다. 도 1e는 본 발명의 의료용 냉각 시스템(1)의 블록도이고, 도 1f는 도 1b에 도시된 냉각 조립체(12)를 설명하기 위한 도면이다.

도 1a 내지 도 1f를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 냉각 시스템(1)은 의료용 냉각 장치(10) 및 상기 의료용 냉각 장치(10)에 수용되는 냉각 매체(100)를 포함한다. 메인바디부(11)는 의료용 냉각 장치(10)의 외형을 이루며, 그 내부에 다른 구성요소들이 수용된다. 메인바디부(11)는 의료용 냉각 장치(10)에 수용된 히트싱크의 일부가 외부로 노출될 수 있도록 일측에 형성된 개구(op)를 포함할 수 있다. 메인바디부(11)는 세장형 구조(elongated body) 또는 비세장형 구조(non-elongated body)로 이루어질 수 있다. 본 명세서에서, 세장형 구조(elongated body)는 메인바디부(11)가 길이방향(x방향)으로 긴 구조로서 냉각매체가 수용되는 일단부 및 상기 일단부와 대향되는 타단부를 포함하는 구조를 의미한다. 이와 달리, 비세장형 구조(non-elongated body)는 세장형 구조가 아닌 형태의 모든 구조를 의미한다. 구체적으로 비세장형 구조는 냉각매체가 수용되는 하나의 단부만을 포함하거나, 둘 이상의 단부를 포함하는 구조를 의미한다. 여기서, 단부는 메인바디부(11)의 일영역이 다른 타영역과 더 이상 연결되지 않는 부분을 의미한다.

본 발명의 실시예들에 따른 의료용 냉각 장치(10)의 메인바디부(11)는 세장형 구조 및 비세장형 구조 중 어떠한 구조도 적용 가능하다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 본 발명의 의료용 냉각 장치(10)가 세장형 구조(elongated body)의 메인바디부(11)를 포함하는 경우를 중심으로 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들에 따른 의료용 냉각 시스템(1)은 의료용 냉각 장치(10)의 동작에 의해, 의료용 냉각 장치(10)에 수용된 냉각 매체(100)를 냉각시켜 냉각 매체(100)와 열적으로 결합되는 대상체를 냉각시키는 기능을 수행한다. 여기서, 대상체를 냉각시키기 위해서, 냉각 매체(100)는 대상체에 직접적으로 접촉하여 냉각기능을 수행할 수 있으나, 간접적인 접촉 또는 접촉하지 아니한 상태를 포함하여 냉각기능을 수행하는 경우도 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 의료용 냉각 시스템(1)은 마취하고자 하는 시술 부위를 냉각시키는 것에 의해 시술 부위의 신경을 마비시킴으로써, 시술부위에 대한 마취를 수행할 수 있다.

본 명세서에서 의료용 냉각 시스템(1)을 이용하여 마취시키는 시술부위는 신경을 포함하는 어떠한 신체 부위라도 가능하며, 예를 들면, 피부, 안구, 잇몸 등일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 의료용 냉각 시스템(1)을 안구에 적용하는 경우를 중심으로 설명하기로 하나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 아니한다.

또한, 의료용 냉각 시스템(1)은 냉각을 이용한 마취뿐만 아니라, 지혈이 필요한 경우, 항균이 필요한 경우, 피부의 점, 사마귀, 티눈 제거와 같이 국소부위를 냉동시켜 제거하는 경우, 제모, 박피, 보톡스 시술 등에 활용되는 소규모 레이저 시술과 같이 비교적 짧은 시간에 국소 부위 마취가 필요한 경우 등에 적용가능함은 물론이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 냉각 장치(10)는 메인바디부(11), 냉각 조립체(12), 송풍부(15) 및 제어부(17)를 포함할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 의료용 냉각 장치(10)는 입력부(193), 전원부(191) 및 메쉬부(195)를 더 포함할 수 있다.

메인바디부(11)는 제1 바디부(11A)와 제2 바디부(11B)를 포함할 수 있다. 메인바디부(11)는 의료용 냉각 장치(10)의 외형을 이루며, 그 내부에 다른 구성요소들을 수용할 수 있다. 일 실시예로서, 메인바디부(11)는 도시된 바와 같이, 삼각구조로 이루어질 수 있다. 이때, 제1 바디부(11A)는 냉각기능을 수행하고, 제2 바디부(11B)는 전원기능을 수행하도록 구성되며, 사용자에 따른 편의성을 증대하고자, 별도의 파지부를 구성하거나 형성하지 않을 수 있다.

메인바디부(11)에는 외부 입력에 따라 입력신호를 생성하는 입력부(193) 및 유무선 충전이 가능하거나 교체할 수 있는 배터리를 포함하는 전원부(191)가 구비될 수 있다. 또한, 메인바디부(11)의 타단(b)에는 메쉬부(195)가 형성되어, 송풍부(15)에 의해 형성된 공기의 흐름을 외부로 배출하는 기능을 수행할 수 있다.

한편, 일 실시예에 따른 냉각조립체(12)는 냉각매체 연결부(300), 냉각 발생부(400) 및 방열부(500)를 포함할 수 있으며, 온도센서부(305)를 더 포함할 수 있다.

냉각매체 연결부(300)는 냉각매체(100)를 수용하며, 냉각매체(100)와 열적으로 결합하여 냉각발생부(400)로부터 냉각에너지를 냉각매체(100)로 전달하는 기능을 수행한다. 냉각매체 연결부(300)는 냉각에너지를 효율적으로 전달하기 위하여 열 전도율이 높은 금속 물질로 이루어질 수 있다. 냉각매체 연결부(300)는 상대적으로 좁은 영역에서 냉각발생부(300)로부터 수집된 냉각에너지를 넓은 영역으로 분산하는 냉각분배기(cooling distributor) 기능을 수행할 수 있다. 이러한 냉각분배기(cooling distributor) 기능을 통해, 냉각발생부(400)에서 발생한 냉각에너지를 냉각매체(100)로 효율적으로 전달하는 효과를 가진다. 냉각매체 연결부(300)는 냉각매체(100)와 열적으로 결합하는 접촉면을 가지는 복수의 분할유닛을 구비할 수 있다.

도시하지 않았지만, 냉각매체 연결부(300)는 착탈식으로 구비되는 냉각 매체(100)를 용이하게 수용할 수 있도록 윤활부재를 구비할 수 있다. 윤활부재는 냉각매체 연결부(300)의 접촉면의 적어도 일부에 형성되며, 냉각매체 연결부(300)와 착탈식 냉각매체(100) 사이에 윤활 기능을 수행한다. 윤활부재는 착탈식 냉각매체(100)의 반복적인 교체에 대응한 내마모성을 향상시키는 기능을 수행한다.

한편, 냉각발생부(400)는 복수의 분할유닛의 접촉면과 다른 타면(302)에 배치되며, 냉각매체 연결부(300)로 냉각에너지를 공급할 수 있다. 본 명세서에서, 냉각에너지란, 열(heat)의 이동과 반대되는 개념으로, 실제로 냉각이란 흡열반응을 통해 물체의 온도를 낮추는 것이지만, 설명의 편의를 위하여 냉각에너지의 전달을 통해 물체를 냉각시키는 것으로 정의하기로 한다.

냉각발생부(400)는 냉각매체 연결부(300)로 냉각에너지를 공급하는 어떠한 형태든 가능하며, 냉각에너지를 발생시킬 수 있는 하나 이상의 냉각 소자로 이루어질 수 있다. 냉각 소자는 스털링 냉각장치(stirling cooler) 또는 증기 압축 냉각 사이클(vapor compression refrigeration cycle)과 같은 열역학적 사이클을 이용하거나, 액체 증발을 이용하거나, 팽창 가스를 이용한 줄-톰슨(Joule-Thomson) 방식을 이용하여 냉각에너지를 발생시킬 수 있다. 또한, 냉각 소자는 액체 질소 또는 이산화탄소를 이용하여 냉각에너지를 발생시키거나, 펠티에(Peltier) 소자와 같은 열전소자를 이용하여 냉각에너지를 공급할 수도 있다. 본 발명에서는 냉각소자의 냉각 방식에 대한 제한은 없으나, 설명의 편의를 위하여 이하에서는 냉각발생부(400)가 열전소자로 구비되는 경우를 중심으로 설명하기로 한다.

냉각발생부(400)가 열전소자를 이용하는 경우, 열전 소자에 전류를 인가하면, 펠티에 효과에 의하여 열전소자에서 냉각매체 연결부(300)와 접촉하는 면은 흡열이 일어나고, 열전 소자에서 방열부(500)와 접촉하는 면은 발열이 일어날 수 있다. 이를 통해, 냉각매체(100)와 대상체가 접촉하는 영역에서의 열은 냉각매체(100), 냉각매체 연결부(300)를 거쳐 냉각발생부(400)로 전달되고, 이 열은 방열부(500)를 거쳐 외부로 방출될 수 있다.

방열부(500)는 냉각발생부(400)로부터 발생된 열을 외부로 배출시킬 수 있다. 방열부(500)는 히트싱크, 열배출부, 열발산부, 열분산부 등으로도 지칭될 수 있다. 방열부(500)는 냉각발생부(400)가 냉각에너지를 발생시키는 과정에서 생성되는 열을 효율적으로 배출하기 위하여 열전도성 재질로 이루어질 수 있다. 방열부(500)는 둘 이상의 방열 유닛으로 이루어져 결합될 수 있으며, 복수의 분할유닛의 개수에 대응되는 개수로 분할될 수 있다.

한편, 송풍부(15)는 메인바디부(11)의 내부에 배치되어 일방향성 공기의 흐름을 형성할 수 있다. 송풍부(15)는 외기를 빨아들여서, 외기를 이용하여 방열부(500)를 냉각시킨 후, 이 공기를 배출하는 기능을 수행한다. 송풍부(15)는 팬(fan)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 일방향 공기흐름을 생성할 수 있는 압축 공기 탱크, 블로어(blower) 등 어떠한 장치든 적용할 수 있음은 물론이다.

한편, 의료용 냉각 장치(10)는 냉각매체(100) 또는 냉각매체 연결부(300)의 온도를 감지하는 온도센서부(305)를 더 포함할 수 있다. 온도센서부(305)는 냉각매체 연결부(300)에 연결되어 온도를 감지하거나, 냉각매체(100)와 직접 접촉하는 위치에 배치되어 냉각매체(100)의 온도를 감지할 수 있다. 또한, 냉각매체(100)가 교체가능하게 구성되는 경우, 냉각매체(100)의 온도를 측정하는 온도센서부(305)는 비접촉식 온도센서, 예를 들어, 적외선 센서로 구성될 수도 있다.

제어부(17)는 온도센서부(305)로부터 감지된 온도에 근거하여 냉각발생부(400)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(17)는 온도센서부(305)로부터 제공된 주변 공기 온도, 냉각매체(100)의 온도 또는 공기 온도 및 냉각매체(100)의 온도에 근거하여 냉각 마취를 수행하는 시간 등을 제어할 수 있다.

제어부(17)는 온도센서부(305)로부터 제공되는 온도측정신호에 근거하여 냉각발생부(400)의 동작을 제어함으로써 냉각매체(100)의 온도를 조절할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 의료용 냉각 장치(10)는 사전에 설정된 온도 및 시간으로 시술부위인 타겟영역을 냉각시킴으로써 타겟영역을 마취시킬 수 있다. 예를 들면, 사전에 설정된 온도는 약 -15 ℃내지 5 ℃의 범위일 수 있으며, 사전에 설정된 시간은 약 1 초 내지 120 초의 범위일 수 있다.

제어부(17)는 사전에 설정된 온도 또는 시간을 초과하는 경우, 냉각발생부(400)의 전원을 오프(off)시키는 등의 제어를 통해 시술 부위의 과도한 냉각을 방지할 수 있다. 이는 하나의 실시형태에 불과하며, 온도 및 시간을 다양한 범위로 사전에 설정할 수 있음은 물론이다.

여기서, 제어부(17)는 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 제어부(17)는 냉각마취가 수행되는 시간 동안 냉각매체(100)가 일정한 온도로 유지되도록 냉각발생부(400)를 제어할 수 있다. 다른 실시예로서, 제어부(17)는 둘 이상의 온도값이 사전에 설정되고, 냉각이 수행되는 시간 동안 냉각매체(100)가 각 온도값을 순차적으로 또는 주기적으로 갖도록 냉각발생부(400)를 제어할 수 있다.

이를 통해, 의료용 냉각 시스템(1)은 냉각조건이 다른 여러 단계의 냉각을 통해, 마취뿐만 아니라, 항균, 혈관 수축 등의 여러 임상효과를 가질 수 있다. 또한, 빙점보다 높은 냉각조건을 통해, 냉각매체(100)의 선단부의 얼음결정이 발생되는 현상을 최소화할 수 있다. 또한, 제어부(17)는 냉각마취가 수행되는 시간 동안 제1 온도로 냉각하도록 냉각발생부(400)를 제어하고, 냉각마취로부터 깨어나는데 필요한 시간동안에는 제1 온도보다 더 높은 제3 온도로 냉각(또는 가열)되도록 제어할 수 있다.

한편, 제어부(17)는 냉각매체 연결부(300)에 설치된 온도센서부(305)의 온도가 변하는 속도에 따라, 냉각매체(100)와 냉각매체 연결부(300)의 열결합의 상태를 판단할 수 있다. 이는, 냉각매체(100)와 냉각매체 연결부(300)의 열결합의 상태에 따라, 냉각발생부(400)에서 냉각해야 하는 대상체의 열용량이 달라지기 때문에, 같은 냉각에너지에서 냉각매체 연결부(300)에 설치된 온도센서부(305)의 온도가 변하는 속도가 달라지기 때문이다.

한편, 제어부(17)는 여러 단계의 온도로 시술부위를 냉각할 수 있다. 예를 들어, 제어부(17)는 시술 초기에는 차가운 온도로 빠른 냉각을 수행하고, 시술 중간 단계에서는 시술초기 냉각온도보다 높은 온도로 냉각할 수 있다. 또한, 제어부(17)는 모든 시술이 끝났을 때, 냉각매체 연결부(300)의 온도를 제어하여, 냉각매체(100)의 표면에 얼음이 없도록 제어할 수 있다. 이러한 얼음을 제거하는 과정은 시술자에게 냉각 과정이 완료되었음을 알리기 전에 수행될 수 있다. 예를 들어, 시술초기 5초 동안은 -10˚C, 그 후 13초 동안은 -5˚C, 마지막 2초 동안은 0˚C로 냉각을 수행할 수 있다.

냉각 조립체(12)는 필요에 따라, 열전소자의 한면이 전류의 방향에 따라 냉각면, 발열면이 될 수 있는 특징을 사용해, 사용 후에 냉각매체 연결부(300)를 가열하여, 접촉면의 수분이나, 불순물 등을 제거할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 구성에 의하여, 의료용 냉각 시스템(1)은 냉각매체(100)와 접촉하고 있는 대상체의 시술 부위가 빠르고 안전하게 냉각되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이에 의하여 의료용 냉각 시스템(1)은 디바이스(device)의 수명 및 각종 특성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 의료용 냉각 시스템(1)은 전자 소자를 이용하여 열을 제어하므로, 정밀한 온도 제어가 가능해지는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 의료용 냉각 시스템(1)은 전원 공급 후 급속한 냉각이 가능해지며, 국부 냉각이 가능해지는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 의료용 냉각 시스템(1)은 중력의 방향과 관계없이 어떠한 위치나 방향에서도 작동 가능한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 의료용 냉각 시스템(1)은 냉각부의 소형화 및 경량화가 가능하고, 저소음 및 저진동 냉각이 구현되는 효과를 얻을 수 있다.

도 1g 및 도 1h는 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 냉각 장치(10)의 냉각 중심에 따른 구조를 설명하기 위한 도면이다.

본 명세서에서, 냉각 중심(center of cooling power, CC) 영역 이란, 냉각 에너지의 중심 영역을 지칭하는 것으로, 냉각조립체(thermal assembly) 전체의 냉각 중심을 정의할 수도 있고, 냉각매체(100) 만의 냉각 중심을 정의할 수도 있다. 여기서, 냉각조립체(12)는 전술한 바와 같이, 냉각매체 연결부(300), 냉각 발생부(400) 및 방열부(500)를 포함하는 전체 구성일 수도 있으나, 냉각발생부(400) 및 방열부(500)를 제외하고 냉각매체(100)와 냉각매체 연결부(300)만을 고려한 구성일 수도 있다.

여기서, 냉각 중심 영역(CC)은 냉각발생부(400)와 냉각매체(100)와의 물리적인 결합에 있어서, 냉각 에너지가 전달되는 중심영역일 수 있다. 다시 말해, 냉각 매체(100) 또는 냉각 조립체(12)는 냉각발생부(400)로부터 생성된 냉각 에너지를 전달받게 되는데, 냉각 매체(100) 또는 냉각 조립체(12)의 물리적인 특성상 냉각발생부(400)와 가까운 영역은 냉각 에너지가 집중되고, 냉각 발생부(400)와 멀어질수록 냉각에너지의 전달율이 감소될 수밖에 없다. 이러한 냉각에너지의 전달율 차이로 인하여, 냉각 매체(100) 또는 냉각 조립체(12)는 위치에 따라 냉각되는 온도가 다소 차이가 있을 수 있다.

냉각 중심 영역(CC)은 이러한 냉각에너지의 분포를 반영한 개념으로서, 냉각발생부(400)와 냉각매체(100) 또는 냉각발생부(400)와 냉각 조립체(12)가 중첩되는 영역의 물리적인 중심으로부터, 전체 냉각 매체(100) 또는 냉각 조립체(12)의 길이 방향으로 후술하는 냉각중심 파라미터에 따라 결정될 수 있다.

여기서, 냉각중심 파라미터란, 냉각매체(100)만을 고려하는 경우 냉각매체(100)의 부피, 냉각매체(100)의 팁(110)과 냉각발생부(400)의 중심(PC)과의 거리, 냉각매체(100)의 열전도도를 포함할 수 있다. 또는, 냉각 조립체(12)로 고려하는 경우, 냉각중심 파라미터는 냉각 조립체(12) 각 구성요소의 열전도도, 부피, 냉각매체(100)의 팁(110)과 냉각발생부(400)의 중심(PC)과의 거리를 포함할 수 있다. 또한, 냉각발생부(400)가 복수개로 이루어지는 경우, 냉각중심 파라미터는 각 냉각발생부(400)의 냉각파워 등을 포함할 수 있다.

좀 더 구체적으로, 도 1e를 참조하여 설명하면, 냉각발생부(400)가 복수개로 이루어지는 경우, 냉각발생부(400)들의 중심(PC)과 냉각매체(100)와의 물리적인 중심(O)을 도출할 수 있다. 냉각발생부(400)와 냉각매체(100) 또는 냉각 조립체(12)와 중첩되는 길이가 동일한 경우, 상기한 물리적인 중심(O)은 냉각 중심 영역(CC)과 동일할 수 있으나, 실제로 냉각매체(100)는 길이 방향(z방향)으로 연장되는 형태로 이루어지므로, 냉각 중심 영역(CC)은 상기한 물리적인 중심(O)을 지나면서 냉각매체(100)의 길이 방향(z방향)으로 연장되는 연장선(SL) 상에 배치될 수 있다.

일 실시예로서, 도 1f를 참조하면, 상기한 냉각 중심 영역(CC)은 냉각발생부(400)와 중첩되도록 배치될 수 있다. 다시 말해, 냉각매체(100)의 길이를 짧게 형성함으로써, 냉각발생부(400)로부터 냉각매체(100)의 팁(110)까지의 냉각 에너지의 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지는 않는다. 다른 실시예로서, 냉각 중심 영역(CC)은 냉각발생부(400)들의 일단을 잇는 선(CL)을 기준으로 사전에 설정된 길이(L1 또는 L2) 이하로 배치될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 냉각 장치(10)는 냉각 중심 영역(CC)이 사전에 설정된 위치에 배치되도록 냉각매체(100) 또는 냉각 조립체(12)를 구비함으로써, 냉각발생부(400)로부터 생성되는 냉각에너지를 타겟영역으로 효율적으로 전달할 수 있다.

II. 냉각 조립체 도 2a 내지 도 2e는 다른 실시예에 따른 의료용 냉각 장치의 냉각 조립체를 설명하기 위한 도면이다.

도 2a는 다른 실시예에 따른 냉각 조립체(12')를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 냉각 조립체(12')의 분해사시도이다. 도 2c는 냉각발생부(400)의 배치구조를 설명하기 위해 일부 구성을 제외하고 도시한 도면이고, 도 2d 및 도 2e는 냉각발생부(400)와 방열부(500)의 배치 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 2a 내지 도 2e를 참조하면, 다른 실시예에 따른 냉각 조립체(12')는 냉각 매체(100)를 수용하는 냉각매체 연결부(300), 냉각 발생부(400) 및 방열부(500)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따른 냉각 조립체(12')는 냉각매체(100)와 결합되는 인슐레이터(200) 및 인젝터(600)를 더 포함하고, 인젝터(600)와 냉각매체(100)를 공간적으로 이격되도록 분리시킴으로써, 인젝터(600) 내에 수용된 약물이 어는 것을 막을 수 있는데, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.

냉각매체 연결부(300)는 상기 냉각매체(100)를 열적 및 물리적으로 상기 냉각발생부와 연결함으로써, 냉각발생부(400)로부터 발생된 냉각에너지를 냉각매체(100)로 전달하는 기능을 수행한다. 바람직한 실시예에 의할 때, 상기 냉각매체 연결부는 냉각매체를 수용하는 기능을 수행하며, 냉각매체 연결부(300) 전체가 냉각매체(100)를 중첩되어 수용하는 일 실시예와 달리, 다른 실시예에 따른 냉각매체 연결부(300)는 일부만 냉각매체(100)와 중첩되고, 중첩되지 않는 부분에 냉각발생부(400)를 배치시킴으로써, 냉각에너지를 효율적으로 냉각매체(100)로 전달하게 된다.

구체적으로, 냉각매체 연결부(300)는 냉각매체(100)와 열적으로 결합하는 접촉면(301)을 구비하는 접촉부(310) 및 상기 접촉부(310)로부터 연장되어 냉각발생부(400)가 배치되는 연장부(320)를 포함할 수 있다. 이때, 연장부(320)는 냉각 조립체(12')의 길이 방향(z방향)에 교차하는 방향으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 도 2c를 참조하면, 연장부(320)가 연장되는 방향에 대한 제2 축(Ax2)과 냉각 조립체(12')의 길이 방향(z 방향)에 대한 제1 축(Ax1)의 사이각(θ)은 예각을 이룰 수 있다.

냉각매체 연결부(300)는 복수개의 분할유닛을 구비하며, 분할유닛들로 이루어지는 수용공간에 냉각매체(100)를 수용할 수 있다. 일 실시예로서, 냉각매체 연결부(300)는 2개로 이루어진 분할유닛을 포함하고, 2개의 분할유닛은 서로 대향된 상태로 냉각매체(100)를 수용하는 수용공간을 형성할 수 있다. 이때, 분할유닛의 접촉부(310)는 냉각매체(100)와 중첩되되, 연장부(320)는 서로 반대되는 방향으로 길이가 연장되어 냉각매체(100)와 비중첩될 수 있다.

냉각발생부(400)는 비중첩되는 연장부(320)의 타면(302)에 하나 이상 배치되며, 도시된 바와 같이, 2개의 냉각발생부(400)인 경우 서로 마주보는 연장부(320)의 타면(302)에 각각 배치될 수 있다. 냉각매체 연결부(300)는 냉각발생부(400)의 접촉면(301) 너비(t2)를 냉각매체(100)의 너비 이상으로 가질 수 있다. 이때, 냉각매체 연결부(300)의 연장부(320)의 두께(t1)는 접촉면(301)의 너비(t2)보다 작게 형성함으로써, 냉각매체 연결부(300)의 열용량을 최소화하여, 냉각발생부(400)로부터 발생되는 냉각에너지의 전달속도를 극대화시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에 의할 때, 1개의 냉각매체 연결부(300)의 양 면에 냉각발생부(400)를 결합하여, 냉각 효율을 증대할 수 있다.

한편, 방열부(500)는 냉각발생부(400)의 발열면과 접촉하여, 냉각발생부(400)에서 발생되는 열을 외부로 방출시키는 기능을 수행할 수 있다. 다른 실시예에 따른 냉각 조립체(12')의 방열부(500)는 상기한 방열 기능뿐만 아니라, 냉각매체 연결부(300)에 대하여 냉각발생부(400)를 결합시키는 기능도 수행할 수 있다.

구체적으로, 방열부(500)는 냉각발생부(400)에 대응되게 배치되며, 냉각발생부(400)의 개수에 대응되는 개수로 이루어질 수 있다. 냉각 조립체(12')의 냉각발생부(400)는 연장부(320)를 사이에 개재하여 대향되게 배치되므로 방열부(500) 또한 서로 마주보고 배치된 상태에서 방열부(500)끼리 결합될 수 있다. 다시 말해, 방열부(500) 사이에 냉각발생부(400)가 위치한 상태에서 방열부(500)들끼리 결합되기 때문에, 방열부(500)와 냉각발생부(400)는 직접적인 기계적인 결합없이도 결합이 가능할 수 있다. 이를 통해, 방열부(500)와 냉각발생부(400)는 열적으로 분리될 수 있어, 나사와 같은 결합수단에 의한 냉각 손실을 최소화할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의할 때, 냉각발생부(400)는 연장부(320)의 타면(302)에 배치되되, 연장부(320)가 연장되는 방향과 냉각발생부(400)의 길이 방향이 일치하도록 배치될 수 있다. 다시 말해, 냉각발생부(400)는 냉각 조립체(12')의 길이 방향(z방향)에 대해 수직하거나 수평하게 배치되는 것이 아니라, 도 2d에 도시된 바와 같이, 냉각 조립체(12')의 길이 방향(z방향)에 대해 경사지게 배치될 수 있다. 이러한 구성을 통해, 방열부(500)는 냉각발생부(400)의 발열면 전체와 접촉할 수 있을 뿐만 아니라, 냉각발생부(400)와 비중첩되는 영역에 결합수단(미도시)이 구비되는 공간(501)을 확보할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 냉각조립체(Thermal assembly)는 냉각발생부(400)에서 냉각매체의 시술부위에 닿는 면(110)까지의 길이를 축소함으로, 냉각 효율 및 냉각 속도를 향상시킬 수 있다. 즉, 냉각봉의 길이를 미리 설정된 길이 미만으로 형성하여, 냉각매체(100)을 냉각하는데 걸리는 시간을 최소화할 수 있고, 또한 길이를 축소함으로써, 전체 부피를 축소하여 열전소자의 냉각에너지를 빠르고 효율적으로 타겟영역에 전달할 수 있다. 예를 들면, 팁길이는 30mm이하, 전체 길이는 50mm이하고 되도록 구성할 수 있다.

도 2e는 방열부(500)와 냉각발생부(400)와의 면적 관계를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면으로서, 냉각발생부(400)를 관통하지 않고 기구적으로 결합하기 위해서는, 방열부(500)는 냉각발생부(400) 전체와 접촉하면서 결합수단(미도시)이 배치되는 공간도 확보해야 하므로, 냉각발생부(400)와 접촉하는 방열부(500)의 일면(510)은 냉각발생부(400)의 일면(410)의 면적보다 큰 면적을 가질 수 있다.

본 발명에 일 실시예에 의할 때, 결합영역을 확보하면서도 크기를 축소하기 위하여, 방열부의 중심축과 열전소자를 중심축을 평행하지 않게 결합하거나, 또는 경사지게 결합함으로써, 방열부에 상기 결합영역을 확보할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의할 때, 상기 방열부(500)는 냉각발생부(400)와 접촉하는 일면(510)의 전체 면적, 냉각발생부(400)와 접촉하는 접촉 면적, 상기 냉각발생부(400)와 접촉하지 않는 비접촉 면적을 이용하여 결합영역을 확보할 수 있다. 예를 들면, 비접촉 면적을 미리 설정된 면적 이하가 되도록 구비함으로써, 냉각발생부(400) 전체와 접촉하면서 결합공간(501)까지 확보할 수 있다.

III. 액츄에이터 구조

도 3a 내지 도 3m은 의료용 냉각 장치의 약물 주입을 위한 액츄에이터 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각조립체(12') 및 액츄에이터(700)의 분해사시도이고, 도 3b는 도 3a의 냉각조립체(12') 및 액츄에이터(700)의 사시도이다. 도 3c 내지 도 3k는 냉각조립체(12') 및 액츄에이터(700)의 부품들을 설명하기 위한 도면이고, 도 3l 및 도 3m은 냉각조립체(12') 및 액츄에이터(700)의 주요 부품들의 조립상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 의료용 냉각 장치(10)는 냉각매체(100)를 수용하는 냉각 조립체(12') 및 약물 주입을 위한 액츄에이터(700)를 포함할 수 있다. 이하에서는, 기본적으로 도 3a 및 도 3b를 참조하면서 설명하며, 특정 부품에 대해서는 해당 도면이 참조된다.

냉각조립체(12')는 냉각매체 연결부(300), 인슐레이터(200), 냉각 발생부(400), 방열부(500) 및 인젝터(600)를 포함할 수 있다. 냉각매체(100)는 의료용 냉각 장치(10)에 착탈식으로 구비될 수 있어, 냉각조립체(12')에 포함되는 구성은 아니나, 설명의 편의를 위하여, 냉각매체(100)에 대한 설명도 여기서 함께 하기로 한다. 또한, 냉각매체 연결부(300), 냉각발생부(400) 및 방열부(500)는 전술하였으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 3c를 참조하면, 냉각매체(100)는 안구와 같은 환자의 신체조직, 즉 타겟영역과 접촉하며, 타겟영역을 냉각함으로써 국부적으로 마취하는 기능을 수행한다. 냉각매체(100)는 소정 길이로 연장되는 몸체를 가질 수 있으며, 상기한 몸체는 도시된 바와 같이, 그 내부에 후술하는 인슐레이터(200)를 수용하는 수용공간(113)을 구비할 수 있다.

냉각매체(100)는 전단부에 형성되며, 냉각을 위해 타겟영역과 접촉하는 팁(110)을 포함할 수 있다. 이때, 팁(110)에는 냉각매체(100)의 수용공간(113)과 냉각매체(100)의 외부를 연통하는(communicate) 제1 통로(111)가 형성될 수 있다. 후술하는 인젝터(600)의 주입부(630)은 제1 통로(111)를 통과하여 외부로 노출될 수 있다.

본 발명에 따는 주입부(630)는 액체를 외부의 타겟영역으로 주입하는 역할을 수행하며, 이를 위하여 액체를 토출하기 위한 토출부를 포함하며, 타겟영역 내부로 주사하기 위한 주사부 또는 타겟영역에 넒게 분사하기 위한 분사부 등을 더 포함할 수 있다.

냉각매체(100)는 냉각 조립체(12)에 삽입되는 삽입부(120)를 포함하며, 삽입부(120)는 냉각매체 연결부(300)와 접촉하는 외측면을 구비할 수 있다. 도면에서는 냉각매체(100)의 삽입부(120)가 평평한 외측면으로 구비되는 것으로 도시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않으며, 곡률을 갖는 곡면으로 이루어질 수도 있음은 물론이다. 이 경우, 냉각매체 연결부(300)의 접촉면 또한, 이에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 냉각매체(100)는 의료용 냉각 장치(10)로부터 냉각에너지를 효과적으로 전달하기 위하여 열전도도가 높은 재질로 이루어질 수 있고, 예를 들면, 금(Ag), 은(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등을 포함할 수 있다.

도 3d를 참조하면, 인슐레이터(200)는 소정 크기의 제1 몸체(210)와 제1 몸체(210)의 전단에 연결되며 제1 몸체(210)보다 작은 직경 또는 폭을 갖는 제2 몸체(220)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 몸체(220)의 전단부에는 인슐레이터(200)의 팁(230)이 구비될 수 있다. 제1 몸체(210)는 냉각매체(100)의 외부에 배치되며, 제2 몸체(220) 및 팁(230)은 냉각매체(100)의 수용공간(113) 내에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 몸체(220)는 냉각매체(100)의 수용공간(113) 내에 배치되며, 팁(230)은 냉각매체(100)의 팁(110)에 끼워질 수 있다.

인슐레이터(200)는 내부에 후술하는 인젝터(600)를 수용하기 위해 제1 몸체(210)와 제2 몸체(220) 내부를 연통하는 내부공간을 구비할 수 있다. 인슐레이터(200)의 팁(230)에는 인슐레이터(200)의 내부공간과 외부공간을 연통하는 제2 통로(231)가 형성될 수 있다. 따라서, 인슐레이터(200)가 냉각매체(100)에 삽입되면, 냉각매체(100)의 제1 통로(111)와 인슐레이터(200)의 제2 통로(231)는 서로 연결되고, 제1 및 제2 통로들(111, 231)을 통해 냉각매체(100) 내에 배치된 인슐레이터(200)의 내부공간은 외부와 연통될 수 있다. 이를 통해, 인젝터(600)의 주입부(630)은 외부로 돌출될 수 있다.

도 3e를 참조하면, 인젝터(600)는 소정 크기의 몸체(610)와 몸체(610) 내부에 형성되는 저장조(reservoir, 612)를 포함할 수 있다. 저장조(612)는 소정의 약물을 수용할 수 있으며, 이러한 약물은 일반적으로 액체일 수 있다. 저장조(612)의 내부에는 저장조(612)의 일측에 배치되어 저장조(612)를 밀폐시키는 플러그(plug, 620)가 구비될 수 있다. 외부 부재에 의해 플러그(620)가 저장조(612) 내에서 전방으로 이동되면, 저장조(612)에 저장된 약물은 외부로 배출되도록 가압될 수 있다. 또한, 몸체(610)는 저장조(612)와 연통하는 제3 통로(611)가 형성될 수 있다. 몸체(610)의 전단부에는 제3 통로(611)와 연통되는 주입부(630)이 설치될 수 있다. 전술한 바와 같이, 주입부(630)이 인슐레이터(200) 및 냉각매체(100)의 통로들(111, 231)을 통해 외부로 돌출되면, 저장조(612) 내의 약물은 제3 통로(611) 및 바늘(630)을 통해 타겟영역에 주입될 수 있다. 또한, 인젝터(600)는 몸체(610)의 후방부에 제공되며 후술하는 액츄에이터(700)와 선택적으로 결합되는 래치 또는 플랩(640)을 포함할 수 있다.

냉각매체(100)는 타겟영역의 마취를 위해 빠른 시간 내에 상당히 낮은 온도로 냉각될 수 있다. 이러한 냉각매체(100)에 의해 이에 인접한 인젝터(600) 내에 저장된 약물은 얼 수 있으며, 이에 따라 인젝터(600)로부터 방출이 어려울 수 있다. 이러한 이유로, 인젝터(600)는 냉각매체(100)와 공간적으로 이격되어 의료용 냉각 장치(10)의 외부 또는 후방에 배치될 수 있다. 액츄에이터(700)는 인젝터(600)와 연결되어, 약물 주입을 위해 후방에 배치되는 인젝터(600)를 인슐레이터(200)의 제2 몸체(220) 내에 장전(load)시키는 기능을 수행한다. 이러한 구성을 통해, 인젝터(600)는 낮은 온도로 냉각된 냉각 매체(100)에 의한 영향이 최소화되므로, 인젝터(600) 내의 약물이 어는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

한편, 액츄에이터(700)는 인젝터(600)를 장전시키는 기능을 수행함과 동시에, 인젝터(600) 내의 약물을 타겟영역에 주입시키는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 액츄에이터(700)는 약물 주입 후 인젝터(600)를 냉각 매체(100), 정확하게는 인슐레이터(200)의 제2 몸체(220)로부터 추출(extract or unload)시킬 수도 있다.

도 3f를 참조하면, 액츄에이터(700)는 리어 하우징(rear housing, 710)을 포함할 수 있다. 리어 하우징(710)은 원통형의 몸체(711)를 가질 수 있다. 리어 하우징(710)은 의료용 냉각 장치(10) 내에서 회전하도록 구비될 수 있다. 리어 하우징(710)을 회전시키기 위해 다양한 메커니즘이 적용될 수 있다. 예를 들어, 리어 하우징(710)은 몸체(711)의 외주면에 형성되는 기어(712)를 포함할 수 있다. 상기한 기어(712)는 구동수단과 연결되는 다른 기어에 맞물리고, 구동수단의 구동에 의해 리어 하우징(710)을 회전시킬 수 있다. 도 3f에 도시된 바와 같이, 리어 하우징(710)의 전방부에는 후술하는 프론트 하우징(front housing, 720)을 수용하는 소켓(socket, 713)이 형성될 수 있다. 소켓(713)은 리어 하우징(710)의 전단부터 소정 길이로 연장될 수 있다. 또한, 리어 하우징(710)의 내면에는 상기 소켓(713)의 후단부터 리어 하우징(710)의 후단까지 연속적으로 형성되는 나사(thread, 714)가 구비될 수 있다.

도 3g, 도 3l 및 도 3m을 참조하면, 프론트 하우징(720)은 리어 하우징(710)의 전방부에 결합되며, 구체적으로, 리어 하우징(710)의 소켓(713) 내에 회전가능하게 끼워질 수 있다. 프론트 하우징(720)은 원통형의 몸체(721)와 몸체(721)의 전방부에 제공되는 헤드(head, 722)를 포함할 수 있다. 프론트 하우징(720)의 몸체(721)는 리어 하우징(710)의 소켓(713) 내에 회전가능하게 삽입되며, 헤드(722)는 리어 하우징(710)의 외부로 노출될 수 있다. 헤드(722)는 이로부터 연장되는 복수 개의 암(arm, 723)을 가질 수 있다.

리어 하우징(710)이 회전하는 동안 프론트 하우징(720)은 이의 내부에 수용되는 부품들의 운동을 안내하기 위해 상대적으로 정지된 상태를 유지할 수 있다. 이를 위해, 프론트 하우징(720)은 암(723)들을 통해 인접한 다른 부재에 고정될 수 있다. 예를 들어, 도 3b에 도시된 바와 같이, 암(723)들은 인접한 방열부(500)에 고정되며, 이에 따라 리어 하우징(710)이 회전하는 동안 리어 하우징(710)의 상대적인 회전을 허용하면서도 정지된 상태를 유지할 수 있다. 구체적으로, 프론트 하우징(720)은 후술하는 제2 플런저(740)의 운동을 안내하기 위한 트랙(track, 724)을 포함할 수 있다.

트랙(724)은 몸체(721)의 벽면을 관통하는 홈으로 이루어질 수 있다. 도 3l 및 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 플런저(740)의 핀(pin, 743)은 트랙(724) 내에 삽입될 수 있으며, 트랙(724)은 핀(743)을 안내하여 이에 연결된 제2 플런저(740) 전체의 운동을 제어할 수 있다. 따라서, 제2 플런저(740)는 트랙(724)과 핀(743)의 결합관계에 의해 병진운동 및 회전운동 모두 수행할 수 있다.

구체적으로, 도 3 및 도 3l에 도시된 바와 같이, 기능 및 구조적 관점에서 트랙(724)은 서로 연결된 제1 구간 내지 제3 구간(724a, 724b, 724c)로 분할될 수 있다. 제1 구간(724a)은 나선형으로 형성되어, 제2 플런저(740)를 어느 한 방향으로 소정 각도로 회전시키면서 동시에 직선운동시킬 수 있다. 제2 구간(724b)은 프론트 하우징(720)의 중심축에 평행하게 일직선으로 형성되어 제2 플런저(740)의 축방향 직선운동을 가능하게 할 수 있다. 제3 구간(724c)은 제1 구간(724a)과 마찬가지로 나선형으로 형성되어 제2 플런저(740)를 제1 구간(724a)과 동일한 방향으로 소정각도로 더 회전시키면서 동시에 직선운동시킬 수 있다.

상기한 구성을 갖는 트랙(743)에 의해 제2 플런저(740)는 앞서 설명된 복합적인 운동을 연속적으로 수행할 수 있다. 만일, 핀(743)이 트랙(724)을 역순으로, 제3 구간(724c)로부터 제1 구간(724a)까지 이동하는 경우, 제2 플런저(740)는 앞서 설명한 운동들을 역순으로 수행할 수 있다.

도 3h를 참조하면, 프론트 하우징(720)은 후술하는 제1 플런저(730)의 운동을 안내하기 위한 가이드(725)를 포함할 수 있다. 가이드(725)는 도 3a에 도시된 바와 같이, 리어 하우징(710)의 후단에 결합될 수 있다. 가이드(725)는 프론트 하우징(710) 내부로 삽입되는 몸체(725a)와 몸체(725a) 내주면에 형성되는 세레이션(serration, 725b)을 포함할 수 있다. 가이드(725)의 세레이션(725b)은 제1 플런저(730)의 세레이션(732)과 맞물리며, 이에 따라 가이드(725)는 제1 플런저(730)의 직선 왕복운동을 안정적으로 안내할 수 있다. 또한, 가이드(725)는 몸체(725a)의 외주면으로부터 반경방향으로 연장되는 플랜지(725c)를 포함할 수 있다. 플랜지(725c)는 프론트 하우징(710)의 끝단부에 걸리며, 이에 따라 가이드(725)의 안정적인 설치를 가능하게 한다.

다시 도 3a를 참조하면, 액츄에이터(700)는 결합된 리어 하우징(710) 및 프론트 하우징(720) 내에 배치되는 제1 플런저(plunger, 730)를 포함할 수 있다. 도 3i에 도시된 바와 같이, 제1 플런저(730)는 로드(rod)로 이루어지는 몸체(731)와 몸체(731)의 외주면에 형성되는 세레이션(732)을 포함할 수 있다. 제1 플런저(730)는 액츄에이터(700)의 중심축, 즉 리어 하우징(710) 및 프론트 하우징(720)의 중심축(z방향)을 따라 배치되며, 중심축을 따라 직선왕복운동을 할 수 있다.

이러한 제1 플런저(730)의 왕복운동을 위해, 제1 플런저(730)의 후방에는 몸체(731)에 추진기(733)가 구비될 수 있다. 도 3j를 참조하면, 추진기(733)는 소정의 크기의 몸체와 몸체 외면에 형성된 나사를 포함할 수 있다. 추진기(733)는 키(key) 형상을 갖는 관통공(733a)을 가지며, 관통공(733a)을 이용하여 몸체(731)의 후단부에 견고하게 키 결합할 수 있다. 또한, 추진기(733)가 몸체(731)로부터 분리되지 않도록 추진기(733)의 전방 및 후방에는 와셔(734)가 결합될 수 있다.

이와 같은 추진기(733)는 리어 하우징(710)의 내부에 형성된 나사(714)와 나사결합을 할 수 있다. 따라서, 리어 하우징(710)이 회전하면 나사 결합된 추진기(733)는 나사(714)를 따라 어느 한 방향으로 직선 운동할 수 있으며, 이에 결합된 제1 플런저(730) 전체도 마찬가지로 어느 한 방향으로 직선 운동할 수 있다. 즉, 리어 하우징(710), 구체적으로 리어하우징(710)의 몸체(711)의 회전방향에 따라 추진기(733) 및 이에 결합된 제1 플런저(730)의 몸체(731)는 전진 또는 후진운동을 할 수 있다.

또한, 제1 플런저(730)의 세레이션(732)은 몸체(731)를 따라 길게 연장되며, 이에 따라 전단(front end, 732a) 및 후단(rear end, 732b)를 포함할 수 있다. 제2 플런저(740)는 이의 내부에 제1 플런저(730)의 세레이션(732, 이하, 제1 세레이션)과 맞물리도록 구성되는 제2 세레이션(745)을 포함할 수 있다. 그러나, 전술한 트랙(724)에 의해 제어된 제2 플런저(740)의 위치, 자세 또는 배치, 예를 들면, 제2 플런저(740)의 회전정도에 따라 제2 세레이션(745)은 전진운동하는 제1 플런저(730)의 제1 세레이션(732)과 선택적으로 맞물리도록 정렬될 수 있다.

다시 말해, 제2 세레이션(745)의 산(top)들과 골(bottom)들은 대향되는 제1 세레이션(732)의 골들과 산들에 선택적으로 정렬될 수 있다. 따라서, 제2 플런저(740)의 회전에 의해 제2 세레이션(745)이 제1 세레이션(732)과 맞물리게 정렬되지 않으면, 제1 세레이션(732)의 전단(732a)은 제2 세레이션(745) 내에 삽입되는 대신에 이의 후단(745b)에 걸리게 되며, 이렇게 걸린 상태에서 전진운동하는 제1 플런저(730)는 제2 플런저(740)를 함께 전진시킬 수 있다.

또한, 이와 같은 전진운동 중에 제2 플런저(740)의 회전에 의해 제2 세레이션(745)이 제1 세레이션(732)과 맞물리게 정렬되면, 제1 세레이션(732)은 제2 세레이션(745)에 맞물리면서 제2 플런저(740) 내에 삽입될 수 있다. 이때, 제1 플런저(730)는 제2 플런저(740)에 대하여 상대적으로 계속적으로 전진하므로, 제2 플런저(740) 외부로 돌출될 수 있다. 한편, 제1 플런저(730)는 전당 끝단에 반경방향으로 연장되는 헤드(735)를 포함할 수 있다. 이러한 헤드(735)는 항상 제2 플런저(740)의 외부에 배치될 수 있다. 따라서, 제1 플런저(730)가 후퇴할 때, 헤드(735)는 제2 플런저(740)에 걸리며, 이에 따라 제2 플런저(740)도 제1 플런저(730)와 함께 후퇴할 수 있다.

한편, 도 3k를 참조하면, 제2 플런저(740)는 프론트 하우징(720) 내에 배치되고, 원통형의 몸체(741)와 몸체(741)의 전단에 제공되는 래치(742)를 포함할 수 있다. 제1 플런저(730)는 몸체(741)를 관통하면서 배치되고, 이에 따라 몸체(741)는 제1 플런저(730)와 프론트 하우징(720)의 사이, 다시 말해, 제1 플런저(730)의 몸체(731)와 프론트 하우징(720)의 몸체(721) 사이에 배치될 수 있다. 래치(742)는 전술한 바와 같이, 트랙(724)에 따른 제2 플런저(740)의 회전방향 및 정도에 따라 인젝터(600)의 래치(640)와 선택적으로 맞물릴 수 있다.

또한, 제2 플런저(740)의 전단에는 스토퍼(stopper, 744)가 구비되며, 스토퍼(744)는 제1 플런저(730)의 몸체(731)의 직경보다는 크되, 헤드(735)의 직경보다는 작은 직경을 가질 수 있다. 따라서, 후퇴하는 제1 플런저(730)의 헤드(735)는 스토퍼(744)에 걸리며, 이에 따라 제2 플런저(740)도 함께 후퇴될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제2 플런저(740)의 몸체(741)의 내주면에는 제2 세레이션(745)이 몸체(741)의 길이방향을 따라 연장되며, 전단(745a) 및 후단(745b)을 포함할 수 있다. 제2 세레이션(745)은 제2 플런저(740)의 회전정도에 따라 선택적으로 제1 플런저(730)의 제1 세레이션(732)과 맞물리게 정렬될 수 있다.

또한, 제2 플런저(740)는 이의 후방 외주상에 제공되는 핀(743)을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 핀(743)은 프론트 하우징(720)의 트랙(724) 내에 삽입되며, 트랙(724)에 의해 안내됨으로써, 이에 연결된 제2 플런저(730)의 운동도 제어될 수 있다. 구체적으로, 핀(743)과 트랙(724)의 결합은 제1 플런저(730)에 의해 구동되는 동안 제2 플런저(740)의 회전을 제어할 수 있다. 이에 따라 제2 플런저(740)의 래치(742)와 인젝터(600)의 래치(640)의 맞물림뿐만 아니라 제2 플런저(740)의 제2 세레이션(745)와 제1 플런저(730)의 제1 세레이션(732)의 맞물림도 제어할 수 있다.

예를 들면, 제1 플런저(730)가 전진운동하는 동안 핀(743)이 제1 구간(724a)의 시작점에 있으면, 제2 플런저(740)의 래치(742)는 인젝터(600)의 래치(640)와 맞물리지 않으며, 제2 세레이션(745)도 제1 세레이션(732)과 정렬되지 않을 수 있다. 이후, 핀(743)이 제1 구간(724a)을 통해 안내되면, 제2 플런저(740)는 전체적으로 소정 각도만큼 회전할 수 있다. 따라서, 이러한 회전에 의해 래치(742)도 함께 회전하면서 래치(640)와 어느 정도 맞물리나, 제2 세레이션(745)은 아직 제1 세레이션(732)과 정렬되지 않을 수 있다.

이후, 핀(743)이 제2 구간(724b)을 거쳐 제3 구간(724c)을 통해 안내되면, 제2 플런저(740)는 전체적으로 소정 각도만큼 같은 방향으로 추가적으로 회전할 수 있다. 따라서, 이러한 회전에 의해 제2 플런저(740)의 래치(742)도 함께 회전하면서 인젝터(600)의 래치(640)와 완전하게 맞물리며, 제2 세레이션(745)도 제1 세레이션(732)과 정렬될 수 있다. 한편, 제1 플런저(730)가 후퇴운동을 하는 동안, 핀(743)은 제3 구간(724c)으로부터 제1 구간(724a)까지 안내되며, 이에 따라 앞서 설명된 것에 역순으로 제2 플런저(740)의 래치(742)와 인젝터(600)의 래치(640)의 맞물림뿐만 아니라 제2 세레이션(745)와 제1 세레이션(732)의 맞물림이 제어될 수 있다.

Ⅳ. 액츄에이터 동작

도 4a 내지 도 4f는 의료용 냉각 장치의 액츄에이터의 동작에 의해 약물이 주입되는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 5a 내지 도 5f는 약물주입 후 인젝터를 냉각매체로부터 추출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

먼저 도 4a 내지 도 4f를 참조하여, 의료용 냉각 장치(10)의 액츄에이터(700)의 동작에 따른 약물 주입 과정을 단계별로 설명한 후, 도 5a 내지 도 5f를 참조하여, 약물 주입 후 인젝터(600)를 냉각매체(100)로부터 추출하는 과정을 단계별로 설명하기로 한다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 인젝터(600)가 냉각매체(100)에 장전되기 이전의 의료용 냉각 장치(10)의 구성이 나타난다. 구체적으로, 인젝터(600)는 인슐레이터(200)의 제1 몸체(210) 내에 배치될 수 있다. 액츄에이터(700)의 제1 플런저(730)와 관련하여, 추진기(733)는 나사(714)의 후방 끝단까지 후퇴되어 있으며, 헤드(735)는 인젝터(600)의 플러그(620)에 인접하게 배치될 수 있다. 또한, 제2 플런저(740)와 관련하여, 아직 제2 플런저(740)가 제1 플런저(730)에 의해 밀어지기 이전이므로, 핀(743)은 트랙(724)의 제1 구간(724a)의 시작점에 위치한다. 따라서, 제1 플런저(730)의 제1 세레이션(732)의 전단(732a)은 제2 플런저(740)의 제2 세레이션(745)의 후단(745d)에 삽입되지 않고 이에 걸리며, 이에 따라 제1 플런저(730)가 전진하면, 이와 함께 걸린 상태에서 제2 플런저(740)는 제1 플런저(730)에 의해 밀릴 수 있다.

이후, 도 4c 및 도 4d를 참조하면, 리어 하우징(710)이 어느 한 방향으로 회전하면, 추진기(733)는 나사(714)를 따라 소정거리만큼 전진하며, 제1 플런저(730)도 소정거리만큼 전진할 수 있다. 또한, 상기 소정거리만큼 제1 플런저(730)가 전진하는 동안, 제2 플런저(740)도 이의 제2 세레이션 후단(745b)에 걸린 제1 세레이션 전단(732a)에 의해 밀리면서 동일한 거리만큼 전진할 수 있다. 한편, 소정거리의 전진동안, 핀(743)은 제1 구간(724 a) 및 제2 구간(724b) 만큼 안내될 수 있다. 이러한 안내에 의해 제2 플런저(740)는 소정각도만큼 회전할 수 있으며, 이에 따라 제2 플런저(740)의 래치(742)도 소정각도만큼 회전하면서 인젝터(600)의 래치(640)와 걸릴 수 있다. 반면, 이러한 안내에 의해 제2 세레이션(745)은 여전히 제1 세레이션(732)과 정렬되지 않으므로, 앞서 설명한 바와 같이, 제2 플런저(740)는 제1 플런저(730)에 의해 계속적으로 전진할 수 있다. 이와 같은 제2 플런저(740)의 전진에 의해 인젝터(600)는 전진하도록 푸쉬(push)되며, 도시된 바와 같이, 인슐레이터(200)의 제2 몸체(220), 즉 이를 감싸는 냉각매체(100) 내부로 진입될 수 있다.

이후, 도 4e 및 도 4f를 참조하면, 리어 하우징(710)의 어느 한 방향의 회전에 의해, 제1 플런저(730)는 계속적으로 전진할 수 있으며, 이에 따라 제2 플런저(740)도 계속적으로 전진할 수 있다. 이러한 전진에 의해, 도시된 바와 같이, 핀(743)이 제3 구간(724c)의 끝단까지 안내되도록 제2 플런저(740)가 전진하면, 먼저 인젝터(600)는 인슐레이터(200)의 제2 몸체(220), 즉 냉각매체(100) 내에 완전히 장전될 수 있다.

또한, 이러한 장전에 의해, 인젝터(600)의 주입부(630)은 냉각매체(100)의 외부로 돌출되며, 타겟영역에 도달할 수 있다. 또한, 제3 구간(724c)에 의한 핀(743)의 안내에 의해 제2 플런저(740)는 같은 방향으로 추가적으로 회전할 수 있으며, 제2 플런저(740)의 래치(742)는 인젝터(600)의 래치(640)에 완전하게 맞물릴 수 있다.

동시에, 제2 플런저(740)의 회전에 의해 제2 세레이션(745)은 제1 세레이션(732)과 정렬될 수 있다. 제1 세레이션(732)은 제2 세레이션(745)(과 맞물리면서, 추진기(744)의 전진에 의해 제1 플런저(730)는 계속적으로 상대적으로 정지된 제2 플런저(740)를 통해 전진할 수 있다. 따라서, 도시된 바와 같이, 제1 플런저(730)의 헤드(735)는 인젝터(600) 내부의 플러그(620)를 푸쉬하며, 타겟영역에 도달된 바늘(630)을 통해 약물이 상기 타겟영역에 주입될 수 있다.

전술한 바와 같이 인젝터(600)의 장전 및 약물의 주입이 완료되면, 인젝터(600)는 냉각매체(100)로부터 추출될 필요가 있다. 이하에서는 액츄에이터(700)의 동작에 기초하여 인젝터(600)의 추출과정을 설명하기로 한다.

먼저, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 인젝터(600)의 약물주입이 완료된 후, 리어 하우징(710)이 반대방향으로 회전하면, 추진기(733)는 나사(714)를 따라 소정거리만큼 후퇴하며, 제1 플런저(730)도 소정거리만큼 후퇴할 수 있다. 제1 플런저(730)는 도시된 바와 같이, 제2 플런저(740)의 어느 부위에도 걸린 상태가 아니므로, 제1 플런저(730)만이 후퇴할 수 있다. 이러한 소정거리의 후퇴에 의해 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 플런저(730)의 헤드(735)는 제2 플런저(740)의 스토퍼(744)에 걸릴 수 있다.

이후, 도 5c 및 도 5d를 참조하면, 리어 하우징(710)의 반대방향의 회전에 의해, 제1 플런저(730)는 계속적으로 후퇴할 수 있다. 또한, 제1 플런저(730)의 헤드(735)가 제2 플런저(740)의 스토퍼(744)에 걸린 상태에서 제2 플런저(740)도 함께 후퇴할 수 있다. 이러한 후퇴가 진행되는 동안, 핀(743)은 제3 구간(724c) 및 제2 구간(724b)만큼 안내될 수 있다. 이러한 안내에 의해 제2 플런저(740)는 소정 각도만큼 반대로 회전할 수 있으며, 이에 따라 제2 플런저(740)의 래치(742)도 소정각도만큼 반대로 회전하나 여전히 인젝터(600)의 래치(640)와의 걸림을 유지할 수 있다. 따라서, 제2 플런저(740)가 후퇴하는 동안 이에 걸린 인젝터(600)도 함께 후퇴할 수 있으며, 도시된 바와 같이 인슐레이터(200)의 제2 몸체(220), 즉 냉각매체(100)로부터 추출(extract or unload) 되기 시작할 수 있다.

이후, 도 5e 및 도 5f를 참조하면, 추진기(833)는 나사(714)의 후방 끝단까지 후퇴하며, 제1 플런저(730)는 원 위치로 복귀할 수 있다. 또한, 제2 플런저(740)도 원위치로 복귀하여, 프론트 하우징(710) 내에 배치될 수 있다. 또한, 이러한 복귀에 의해 인젝터(600)는 제2 몸체(220), 즉 냉각매체(100)로부터 완전히 추출되어 냉각매체(100) 외부의 제1 몸체(210) 내에 배치될 수 있다.

또한, 이러한 복귀하는 동작이 이루어지는 동안 핀(743)은 제1 구간(724a)에 의해 추가적으로 안내될 수 있다. 이러한 안내에 의해 제2 플런저(740)는 소정 각도만큼 반대 방향으로 추가적으로 회전할 수 있다. 따라서, 래치(742)도 소정각도만큼 반대방향으로 회전하면서 인젝터(600)의 래치(640)로부터 완전히 해제될 수 있으며, 인젝터(600)는 냉각매체(100)로부터 분리될 수 있다.

인젝터(600)는 일회용 또는 재사용 가능하게 구성될 수 있다. 일회용 인젝터(600)는 냉각매체(100)로부터 추출된 후 폐기될 수 있다. 재사용 인젝터(600)의 경우, 추출된 후 재사용을 위해 약물이 재충전될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터(600)는 액츄에이터(700)의 동작에 의해 냉각매체(100)에 선택적으로 장전될 수 있다. 즉, 약물을 주입할 때에만 냉각매체(100)에 인젝터(600)가 장전되며, 약물 주입후에는 바로 냉각매체(100)로부터 추출할 수 있으며, 이를 통해, 의도된 약물의 빙결을 방지하며 정확하게 주입할 수 있어, 의료용 냉각 장치(10)의 안정성 및 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

Ⅴ. 약액 빙결 방지 구조

본 발명에 따르면, 약액이 저장된 저장부를 고체냉각매체의 외부에 구비함으로써, 약액이 빙결을 방지하기 위한 별도의 히팅수단없이 약액이 어는 것을 방지할 수 있다. 다만, 약액이 고체의 냉각매체를 통과하는 동안 어는 것을 방지하위 위하여, 액체가 통과하는 저장부 또는 주입부의 재질을 단열을 위한 재질은 플라스틱 또는 스테인리스로 구성할 수 있고, 약액의 통과시간을 미리 설정된 시간 이하로 통과하도록 제어함으로써, 고체냉각매체를 통과하는 동안 어는 것을 방지할 수 있다.

본 명세서에서, 고체냉각매체란 타겟영역에 고체 재질의 냉각매체를 이용하여 고체 접촉하기 위한 수단을 의미하며, 지금까지 상술한 냉각매체에 대응될 수 있다. 이하에서는, 액체를 이용한 냉각과 고체를 이용한 냉각을 구분하기 위해, 분사되는 액체를 액체냉각매체, 상술한 냉각매체를 고체냉각매체로 정의하고 설명하기로 한다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 냉각 장치에 있어서, 약액의 빙결을 방지하는 구조를 설명하기 위한 도면이다.

전술한 바와 같이, 약액을 포함하는 인젝터(600)가 고체냉각매체(100)에 장착되는 경우, 타겟영역의 마취를 위해 빠른 시간 내에 상당히 낮은 온도로 냉각되는 고체냉각매체(100)로 인하여 인젝터(600) 내의 약액이 얼 수 있으며, 이로 인하여 약액이 인젝터(600)로부터 적절하게 방출될 수 없을 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 냉각 장치(10)는 단열부재인 인슐레이터(200)를 구비하거나, 인젝터(600)를 고체냉각매체(100)의 외부에 배치시킴으로써, 약액의 빙결을 방지하는 것을 특징으로 한다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 일 실시예로서, 의료용 냉각 장치는 고체냉각매체(100)와 인젝터(600) 사이에 고체냉각매체(100)의 냉각에너지를 인젝터(600)로 전달되는 것을 방지하는 단열부재인 인슐레이터(200)를 구비할 수 있다.

전술한 바와 같이, 고체냉각매체(100)는 타겟영역과 접촉하여 타겟영역을 냉각함으로써 국부적으로 마취하는 기능을 수행하며, 내부에는 인슐레이터(200)를 수용하는 수용공간(113)을 구비할 수 있다. 고체냉각매체(100)는 의료용 냉각 장치(10)로부터 냉각에너지를 효과적으로 전달하기 위하여 열전도도가 높은 재질로 이루어질 수 있고, 예를 들면, 금(Ag), 은(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등을 포함할 수 있다.

인슐레이터(200)는 내부에 배치되는 인젝터(600)를 고체냉각매체(100)로부터 열적으로 절연시키기 위한 구성으로서, 적어도 고체냉각매체(100)보다 낮은 열전도도를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 고체냉각매체(100)는 냉각기능뿐만 아니라, 내부에 약물을 저장하여 필요에 따라 약물을 주입하는 카트리지의 기능을 수행할 수도 있다. 다만, 이 경우, 시술 시 고체냉각매체(100)의 낮은 온도로 인하여 내부에 배치되는 약물이 어는 문제점이 발생하므로, 약물에 열을 인가하는 별도의 히팅(heating) 수단을 구비하여야 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 냉각 장치(10)는 약물이 저장되는 인젝터(600)를 고체냉각매체(100)와 공간적으로 분리시키는 인슐레이터(200)를 통해, 히팅(heating) 수단을 구비할 필요가 없어 구조를 단순화할 수 있다.

인슐레이터(200)는 고체냉각매체(100)와 다른 재질로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 고체냉각매체(100)보다 낮은 열전도도를 가지며, 50 W/m-K 이하, 바람직하게는 20 W/m-K 이하의 열전도도를 가질 수 있다. 예를 들면, 인슐레이터(200)는 유리, 석영, 알루미나(alumina), 지르코니아(zirconia), 질화알루미늄(aluminum nitride) 등의 세라믹 재질, 또는 PTFE, polyethylene, PVDF, polycarbonate, PEEK, fluoropolymer 등의 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 인슐레이터(200)는 고체냉각매체(100)와 착탈식으로 반복되는 결합에 대해 내구성을 갖기 위하여 소정의 강성(stiffness)을 갖는 재질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, Stainless Steel, Steel Alloy 등의 열전도도가 20W/m-K 이하인 금속 재질로 이루어질 수 있다. 다만, 본 발명은 여기서 예를 든 재질에 제한되지 않으며, 인슐레이터(200)는 인젝터(600)를 고체냉각매체(100)로부터 단열시킬 수 있는 어떠한 재질이든 적용될 수 있음은 당연하다.

인슐레이터(200)는 제1 직경(W1)을 갖는 제1 몸체(210)와, 제1 몸체(210)의 전단에 연결되며 제1 몸체(210)보다 작은 제2 직경(W2)을 갖는 제2 몸체(220)를 구비할 수 있다. 인슐레이터(200)는 제2 몸체(220)를 통해 고체냉각매체(100)의 수용공간(113)에 끼워지며, 제1 몸체(210)를 통해 인젝터(600)를 수용할 수 있다. 인슐레이터(200)는 전술한 바와 같이, 직경이 다른 제1 몸체(210)와 제2 몸체(220)로 구비되는 것에 의해 중간 단부(220E)가 형성되며, 인젝터(600)는 제1 몸체(210)에 끼워진 후 중간 단부(220E)에 의해 더 이상 끼워질 수 없어, 고체냉각매체(100)와의 공간적 분리가 가능할 수 있다.

특히, 이러한 구성을 통해 인슐레이터(200)의 제2 몸체(220)에는 인젝터(600)의 주입부(630)만이 배치되므로, 약물은 주입되는 동안에만 고체냉각매체(100)와 중첩되는 영역을 지나가게 된다. 이때, 제2 몸체(220)의 내부 공간(203)에 구비된 공기로 인해, 고체냉각매체(100)와 인젝터(600)와의 이중 단열 효과를 구현할 수 있다.

본 발명에 따는 주입부(630)는 액체를 외부의 타겟영역으로 주입하는 역할을 수행하며, 이를 위하여 액체를 토출하기 위한 토출부를 포함하며, 타겟영역 내부로 주사하기 위한 주사부 또는 타겟영역에 넒게 분사하기 위한 분사부 등을 더 포함할 수 있다. 인슐레이터(200)는 고체냉각매체(100)에 착탈이 가능한 형태로 구비될 수 있다. 고체냉각매체(100)의 경우, 피시술자의 타겟영역에 직접적으로 접촉하므로, 시술부위의 오염을 막기 위하여 일회용(disposable)으로 구성할 수 있다. 이때, 피시술자의 타겟영역에 직접적으로 접촉하지 않는 인슐레이터(200)는 다회용으로 사용될 수 있으며, 이를 위해, 고체냉각매체(100)로부터 착탈이 가능하도록 구비될 수 있다.

인젝터(600)는 고체냉각매체(100)보다 낮은 열전도도를 가지며, 예를 들어, 20 W/m-K 이하의 열전도도를 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 인젝터(600)는 플라스틱(plastic) 또는 스테인리스(stainless)와 같은 재질로 이루어질 수 있다. 인젝터(600)는 내부에 약물을 수용하며 액츄에이터(700)의 동작에 따른 압력을 견딜 수 있도록 소정의 강성(stiffness)을 갖는 재질 또는 구조로 이루어질 수 있다. 다른 실시예로서, 인젝터(600), 적어도 인젝터(600)의 몸체(610)는 인슐레이터(200)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다.

인젝터(600)는 몸체(610)와, 몸체(610) 내부에 형성된 저장조(610) 및 저장조에 수용된 약물을 외부로 토출시키는 주입부(630)을 포함할 수 있다. 여기서, 주입부(630)은 타겟영역의 피부를 관통하는 니들(needle) 형태뿐만 아니라, 제3 직경(W3)을 갖는 튜브(tube) 형태의 토출부를 의미할 수도 있다. 따라서, 주입부(630)은 튜브(tube) 형태로 형성되는 경우에는, 타겟영역의 피부에 삽입될 필요가 없어, 고체냉각매체(100), 구체적으로 고체냉각매체(100)의 팁(110) 외부로 노출될 필요가 없다. 한편, 인젝터(600)의 주입부(630)은 고체냉각매체(100)에 형성된 제1 통로(111)를 통과한 후 약물을 외부로 토출하거나 주입하게 되는데, 이 과정에서 제1 통로(111)를 통해 약물이 고체냉각매체(100)의 낮은 온도에 노출될 수 있다. 따라서, 의료용 냉각 장치(10)는 인젝터(600)가 인슐레이터(200) 내부로 이동한 후, 사전에 설정된 시간 내에 약물 주입이 완료시켜 약액을 토출되는 동안 상기한 노출로 인해 약액이 어는 것을 방지할 수 있다.

또한, 인젝터(600)는 주입부(630)의 제3 직경(W3)을 고체냉각매체(100)의 제1 통로(111)의 제4 직경(W4)보다 작게 형성하되, 주입부(630)이 제1 통로(111)와 직접 접촉하지 않을 정도로 작게 형성함으로써, 고체냉각매체(100)의 냉각에너지가 주입부(630)로 전도되는 것을 방지할 수 있다.

인젝터(600)의 주입부(630)은 열전도율이 낮은 재질로 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시예에 의할 때, 상기 인젝터는 구성요소의 전부 또는 일부는 카트리지 형태로 교환가능하게 구비될 수 있다. 상기 인젝터(600)는 기존의 주사기의 약액이 포함되는 배럴을 이용할 수 있다.

Ⅵ. 액체 냉각 및 분사 구조

본 발명에 의하면, 약액을 액체냉각매체의 기능을 수행하도록 타겟영역에 분사하여 약액의 기능을 수행함과 동시에 냉각 효과를 높일 수 있다.

냉각매체내에 카트리지 형태의 실린지를 이용하여 액체를 분출하는 경우, 냉각매체를 이용한 냉각과 액체를 이용한 냉각이 결합되어 냉각 효과를 증가할 수 있고, 소독 과정에서 시술부위에 고통을 발생할 수 있는데, 냉각매체가 접촉할 수 없는 영역까지 액체가 확신되면서 타겟영역을 냉각하여 냉각 마취효과를 발생함으로써, 소독기능을 수행시 고통을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 이하, 상기 약액을 발명의 편의을 위하여 액체냉각매체로 칭하기로 한다.

본 발명에 의할 때, 바늘이 없는 실린저 또는 배럴 모양의 카트리지를 이용하여 액체 약제(예를 들면, 마취 용제)를 시술부위에 분사할 수 있으며, 토출된 액체는 확산되면서 넓은 부위의 타겟영역을 냉각 또는 마취시키는 역할을 수행할 수 있다.

도 7a 내지 도 7c는 액체를 이용한 냉각 및 분사 방법을 설명하기 위한 도면이다.

여기서, 의료용 냉각 장치(10)는 액체를 이용하여 타겟부위를 분사하면서 냉각하는 것을 특징으로 하며, 인슐레이터(200)를 구비하여 인젝터(600)와 고체냉각매체(100)를 공간적으로 분리할 수도 있으나, 인슐레이터(200)의 구성없이도 액체 분사 및 냉각이 가능한 바, 인슐레이터(200)를 생략하고 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 냉각 장치(10)는 액체를 수용하는 인젝터(600)를 구비하고, 인젝터(600)와 고체냉각매체(100)를 공간적으로 분리되도록 배치할 수 있다. 일 실시예로서, 인젝터(600)에는 타겟영역, 예를 들면, 안구를 치료하기 위한 치료제, 안과 약물 또는 안과 조성물을 포함하는 액체를 수용할 수 있다. 이러한 경우, 인젝터(600)는 타겟영역에 삽입되어 상기한 치료제를 주입하기 위한 니들(needle) 형태의 주입부(630)을 구비할 수 있다.

본 명세서에서 용어 "안과 약물(ophthalmic drug)" 또는 "안과 조성물(ophthalmic composition)"은 안질환의 치료 전에 주입되는 마취약 또는 안질환을 치료하거나 개선, 예방하는데 사용되는 약물을 의미할 수 있다.

본 명세서에서 용어 "안 질환(occular disease)"은 눈 또는 눈의 일부분 또는 한 영역에 영향을 주거나 관련된 질병, 병 또는 질환이다. 넓은 의미로, 눈은 안구 및 안구를 구성하는 조직과 체액, 눈주위 근육(사근 및 직근과 같은), 및 안구 내의 또는 안구에 인접한 시신경 부분을 포함한다.

다른 실시예로서, 도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 인젝터(600)에는 튜브(tube) 형태의 토출부로 이루어지는 주입부(630)을 포함하고, 내부에 수용된 액체를 타겟영역에 분사(spray)시킬 수 있다. 먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이, 인젝터(600)는 인젝터(600) 내부에 수용된 액체의 빙결을 방지하기 위하여, 고체냉각매체(100)의 외부에 배치된다. 이때, 저장조(612)에 수용된 액체(M)의 토출을 방지하기 위하여, 인젝터(600)는 저장조(610)와 연통되는 주입부(630) 사이에 밀폐막(601)을 더 포함할 수 있다. 상기한 밀폐막(601)은 일정 압력이 인가되는 경우에 파열되어 액체가 외부로 토출될 수 있게 한다.

여기서, 인젝터(600)에 의해 분사되는 액체(M)는 타겟영역을 마취시키는 마취 용제를 포함하거나, 소독시키는 소독제를 포함할 수 있다. 타겟영역에는 질병을 유발시킬 수 있는 다양한 박테리아가 존재할 수 있다. 예를 들면, 타겟영역인 안구에는 황색 포도상구균(Staphylococcus aureus), 응고효소음성 포도상구균(Coagulase-negative staphylococci), 연쇄상구균(Streptococcous), 프로피오니박테리움 아크네스 (Propionibacterium acnes), 바킬루스 세레우스(Bacillus cereus), 엔테로코쿠스 페칼리스(Enterococcus faecalis), 폐렴막대균(Klebsiella pneumoniae), 장내구균(Enterococcus), 녹농균(Pseudomonas aeruginosa), 장내세균과(Enterobacteriaceae), 칸디다 알비칸스(Candida albicans), 누룩곰팡이속(Aspergillus), 푸사리움속(Fusarium)과 같은 박테리아들이 존재할 수 있다. 의료용 냉각 장치(10)는 실제 치료제를 포함하는 약액을 주사하기 전, 상기한 박테리아들을 멸균하기 위한 소독제를 분사시켜 소독을 수행할 수 있다.

예를 들어, 액체(M)가 소독제를 포함하는 경우, 소독제는 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 포비돈요드(povidone-iodine) 및 벤잘코늄클로라이드(Benzalkonium Chloride) 중 적어도 하나를 혼합시킨 혼합물일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 이소프로필 알코올은 70% 이소프로필 알코올일 수 있으며, 상기 포비돈요드는 5% 포비돈요드 용액일 수 있다. 또한, 상기 벤잘코늄클로라이드는 0.4% 벤잘코늄클로라이드일 수 있다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 냉각 장치(10)는 고체냉각매체(100) 내부에 수용된 수용공간(113)에 인젝터(600)를 이동시켜 인젝터(600) 내에 수용된 액체(M)의 온도를 낮출 수 있다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 인젝터(600)는 인슐레이터(200) 없이 고체냉각매체(100)에 바로 수용되기 때문에, 고체냉각매체(100)의 낮은 온도에 직접적인 영향을 받을 수 있다. 이를 통해, 인젝터(600) 내에 수용된 액체(M)는 타겟영역을 냉각시킬 수 있을 정도의 저온 상태가 될 수 있다. 다만, 액체(M)가 소정의 냉각온도로 냉각되되 어는 것은 방지하기 위하여, 의료용 냉각 장치(10)는 사전에 설정된 시간 안에 액체(M)가 외부로 분사되도록 인젝터(600)와 연결되는 액츄에이터(700)를 제어할 수 있다.

도시하지 않았지만, 인젝터(600)의 플러그(620)는 액츄에이터(700)와 연결될 수 있으며, 의료용 냉각 장치(10)는 액츄에이터(700)의 동작에 의해 플러그(620)가 이동하여 액체(M)를 외부로 분사시키게 된다. 액체(M)는 저장조(612)에 수용되었다가 플러그(620)에 의해 상대적으로 좁은 직경을 갖는 주입부(630)로 이동 후 외부로 토출되는데, 토출되는 과정에서의 압력 차이로 인하여 미스트(mist) 또는 드랍릿(droplet) 형태로 분무(噴霧)될 수 있다. 분사된 액체(M)는 낮은 온도로 냉각된 상태에서 토출되면서 확산되기 때문에, 넓은 부위의 타겟 영역을 소독할 수 있다. 다시 말해, 외부로 토출되어 확산되는 액체에 의한 제1 냉각 면적은 고체냉각매체(100)에 의해 냉각되는 제2 냉각면적보다 클 수 있다. 이때, 주입부(630)은 토출부의 크기, 길이 또는 모양 등을 사전에 설정하여 액체(M)가 분사되는 양과 방향을 조절할 수 있다.

특히, 의료용 냉각 장치(10)는 고체냉각매체(100)로부터 냉각에너지를 전달받아 냉각된 액체(M)를 타겟영역으로 분사시킬 수 있어, 소독뿐만 아니라 액체(M)에 의한 냉각도 동시에 수행할 수 있다. 이 경우, 의료용 냉각 장치(10)는 고체냉각매체(100)에 의한 냉각 작용뿐만 아니라, 액체(M)에 의한 냉각 작용도 수행되므로, 냉각 효과를 증대시킬 수 있다. 또한, 의료용 냉각 장치(10)는 액체 분사를 이용한 냉각을 통해 고체냉각매체(100)만을 이용하여 냉각하는 경우보다 보다 넓은 영역에 냉각 마취 효과가 발생하게 되므로, 소독기능을 수행하면서 고통을 감소시키는 효과를 구현할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1 : 의료용 냉각 시스템
10 : 의료용 냉각 장치
100 : 냉각 매체
200 : 인슐레이터
300 : 냉각매체 연결부
400 : 냉각발생부
500 : 방열부
600 : 인젝터
700 : 액츄에이터

Claims

의료용 냉각 장치에 있어서,
타겟영역과의 열적접촉을 통해 상기 타겟영역을 냉각하는 냉각매체;
상기 냉각매체에 냉각에너지를 공급하는 냉각발생부; 및
상기 냉각발생부가 일면에 부착되며, 상기 냉각매체를 상기 냉각발생부와 열적으로 연결하기 위한 냉각매체연결부를 포함하며,
상기 냉각된 타겟영역에 약액이 전달되되, 상기 약액은 상기 냉각중심영역의 외부에서 저장되다가 상기 타겟영역으로 전달되는, 의료용 냉각장치.
제1 항에 있어서,
상기 냉각중심영역은 상기 냉각매체 및 상기 냉각매체연결부의 중첩된 영역에 위치하는, 의료용 냉각 장치.
제2 항에 있어서,
상기 냉각중심영역은 상기 냉각발생부와 상기 냉각매체 연결부가 중첩되는 영역의 중심에서 상기 냉각매체의 길이 방향을 따라 연장되는 연장선 상에 배치되되, 상기 냉각중심영역의 위치는 상기 냉각매체의 냉각중심 파라미터에 의해 결정되는, 의료용 냉각 장치.
제3 항에 있어서,
상기 냉각중심 파라미터는 상기 냉각매체의 열전도도, 상기 냉각매체와 상기 냉각발생부와의 거리, 상기 냉각매체의 부피 중 적어도 하나를 포함하는, 의료용 냉각 장치.
제4 항에 있어서,
상기 냉각 조립체는 냉각발생부 및 냉각매체연결부를 포함하며,
상기 냉각 조립체의 냉각중심 파라미터는 상기 냉각매체 연결부의 열전도도, 상기 냉각매체 연결부와 상기 냉각발생부와의 거리, 상기 냉각매체 연결부의 부피 중 적어도 하나를 더 포함하는, 의료용 냉각 장치.
제4 항에 있어서,
상기 냉각중심 파라미터는 상기 냉각발생부가 복수개인 경우, 각 냉각발생부의 냉각량을 더 포함하는 의료용 냉각장치.
제1 항에 있어서,
상기 냉각중심영역의 냉각중심은 상기 냉각매체 및 상기 냉각매체연결부가 중첩되는 영역의 중심이며,
상기 냉각매체의 길이는 상기 냉각매체의 하단에서 냉각중심까지 거리의 10배이내의 길이인 되는 것을 특징으로 하는, 의료용 냉각장치.
제1항에 있어서,
상기 냉각발생부의 길이방향과 상기 냉각발생부의 열을 방출하기 위한 방열부의 길이방향은 평행하지 않는 것을 특징으로 하는, 의료용 냉각 장치.
제8 항에 있어서,
상기 냉각발생부 및 상기 방열부가 비중첩되는 영역에 위치하는 결합수단을 통하여, 상기 방열부 및 상기 냉각발생부가 결합하는, 의료용 냉각 장치.
제9 항에 있어서,
상기 냉각매체 연결부는 상기 냉각매체와 열적으로 결합하는 접촉면을 구비하는 냉각매체접촉부와, 상기 접촉부로부터 연장되어 상기 냉각발생부가 배치되는 냉각발생부접촉부를 구비하는 연장부를 포함하며,
상기 연장부는 상기 냉각매체의 길이방향에 교차하는 방향으로 연장되며,
상기 냉각발생부의 길이방향과 상기 연장부가 연장되는 방향은 동일한, 의료용 냉각 장치.
냉각매체, 냉각발생부 및 냉각매체연결부를 구비하는 의료용 냉각 장치를 이용하는 냉각방법에 있어서,
상기 냉각발생부에 의해, 상기 냉각매체에 냉각에너지를 공급하는 단계;
상기 냉각매체와 상기 타겟영역과의 열적접촉을 통해 상기 타겟영역을 냉각하는 단계; 및
냉각중심영역의 외부에 저장되는 약액을 상기 냉각된 타겟영역으로 전달하는 단계;를 포함하고,
상기 냉각매체는 상기 냉각발생부가 일면에 부착되는 냉각매체연결부를 통해 상기 냉각발생부와 열적으로 연결되는, 냉각방법.
제11 항에 있어서,
상기 냉각중심영역은 상기 냉각매체 및 상기 냉각매체연결부의 중첩된 영역에 위치하는, 냉각방법.
제12 항에 있어서,
상기 냉각중심영역은 상기 냉각발생부와 상기 냉각매체연결부가 중첩되는 영역의 중심에서 상기 냉각매체의 길이 방향을 따라 연장되는 연장선 상에 배치되되, 상기 냉각중심영역의 위치는 상기 냉각매체의 냉각중심 파라미터에 의해 결정되는, 냉각방법.
제11 항에 있어서,
상기 냉각중심영역의 냉각중심은 상기 냉각매체 및 상기 냉각매체연결부가 중첩되는 영역의 중심이며,
상기 냉각매체의 길이는 상기 냉각매체의 하단에서 상기 냉각중심까지 거리의 10배 이내의 길이인, 냉각방법.
제11 항에 있어서,
상기 냉각발생부의 길이방향과 상기 냉각발생부의 열을 방출하기 위한 방열부의 길이방향은 평행하지 않는, 냉각방법.
제15 항에 있어서,
상기 냉각발생부 및 상기 방열부가 비중첩되는 영역에 위치하는 결합수단을 통하여, 상기 방열부 및 상기 냉각발생부가 결합하는, 냉각방법.