KR20220006067A - 진공 구동 물 증발에 기초한 냉각 및 냉동 - Google Patents

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Abstract

물체, 공간 또는 환자의 조직을 냉각하기 위한 장치가 제공된다. 진공 챔버(vacuum chamber)가, 냉각될 물체 또는 공간에 대해 또는 치료될 환자에 대해 배치되도록 설계된다. 물 분사기(water sprayer)가, 진공 챔버 내로 또는 챔버의 냉각 벽에 대해 물을 분사하도록 구성된다. 진공 펌프 및 제어 장치가, 물의 가속화된 증발 그리고 물체, 공간 또는 환자의 냉각을 위해 요구되는 온도로의 냉각을 야기하기에 충분할 정도로 진공 챔버 내에서 주변 압력 미만의 진공을 유지하도록 설계된다.

Description

진공 구동 물 증발에 기초한 냉각 및 냉동
본 출원은, "진공 구동 물 증발에 기초한 냉각 및 냉동"으로 명칭이 부여된 2020년 2월 4일자로 출원된 미국 가출원 번호 62/969,876의 정규 출원, "진공 구동 물 증발에 기초한 냉각 및 냉동"으로 명칭이 부여된 2019년 7월 30일자로 출원된 미국 가출원 번호 62/880,189의 정규 출원, "냉각 및 냉동"으로 명칭이 부여된 2019년 6월 11일자로 출원된 미국 가출원 번호 62/859,767의 정규 출원, 및 "조직의 냉각"으로 명칭이 부여된 2019년 4월 10일자로 출원된 미국 가출원 번호 62/832,257의 정규 출원이고, 이들은 모두 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 출원은 진공 구동 물 증발에 기초한 냉각 및 냉동에 관한 것이다.
일반적으로, 제1 양태에서, 본 발명은 방법을 특징으로 한다. 냉각이 의학적 치료를 위해 요구되는 환자의 조직에 대해, 진공 챔버가 배치된다. 물이 분무기(mister)로부터 진공 챔버 내로 또는 진공 챔버의 냉각 벽에 대해 분사된다(sprayed). 진공이, 물의 가속화된 증발 그리고 환자의 조직의 냉각을 위해 요구되는 온도로의 냉각을 야기하기에 충분할 정도로 진공 챔버 내에서 유지된다.
일반적으로, 제2 양태에서, 본 발명은 환자를 치료하기 위한 장치를 특징으로 한다. 진공 챔버가, 냉각이 치료를 위해 요구되는 환자의 조직에 대해 배치되도록 설계되는, 냉각 벽을 갖는다. 물 분사기(water sprayer)가, 진공 챔버 내로 물을 분사하도록 설계된다. 진공 펌프 및 제어 장치가, 물의 가속화된 증발 그리고 환자의 조직의 냉각을 위해 요구되는 온도로의 냉각을 야기하기에 충분할 정도로 진공 챔버 내에서 진공을 유지하도록 설계된다.
일반적으로, 제3 양태에서, 본 발명은 물체 또는 공간을 냉각시키는 방법을 특징으로 한다. 진공 챔버가, 냉각될 조직, 물체 또는 공간과 열 접촉하도록 배치된다. 물이, 분무기로부터 진공 챔버 내로 분사된다. 실내 주변 압력 미만의 진공이, 물의 가속화된 증발 그리고 조직, 물체 또는 공간의 그 주변 온도 미만의 요구되는 온도로의 냉각을 야기하기에 충분할 정도로 진공 챔버 내에서 유지된다.
일반적으로, 제4 양태에서, 본 발명은 물체 또는 공간을 냉각하기 위한 장치를 특징으로 한다. 진공 챔버가, 냉각될 물체 또는 공간에 대해 배치되도록 설계되는 냉각 벽을 갖는다. 물 분사기가, 진공 챔버 내로 또는 냉각 벽에 대해 물을 분사하도록 구성된다. 장치가, 물의 가속화된 증발 그리고 물체 또는 공간의 냉각을 위해 요구되는 온도로의 냉각 벽의 냉각을 야기하기에 충분할 정도로 진공 챔버 내에서 주변 압력 미만의 진공을 유지하도록 설계된다.
본 발명의 실시예들은 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 기능들은 단독으로 사용되거나, 서로 조합하여 사용될 수 있다. 진공 챔버는, 조직, 물체 또는 공간에 대해 밀봉되는 측부에서 개방되는, 개방형 진공 벨(open vacuum bell)로서 형성될 수 있다. 진공 챔버는, 일 측면에 냉각 벽을 갖는 밀폐된 체적으로서 형성될 수 있으며, 그리고 냉각 벽은, 환자의 물체, 공간 또는 조직과 물리적 접촉 상태로 배치되도록 설계될 수 있다. 진공 챔버는, 평평한 열전도성 플래튼(platen)에 대해 밀봉되는 진공 벨로서 형성될 수 있고, 플래튼은 조직, 물체 또는 공간과 열 접촉 상태로 배치되도록 설계될 수 있다. 플래튼은, 조직과 플래튼 사이의 물 또는 냉각될 조직의 동결로 인한 접착 및 결과적인 조직 손상을 방지하도록 설계되는, 비-금속 비-점착성 이형 재료(release material)로 코팅될 수 있다. 물은, 물의 어는점을 요구되는 온도로 낮추도록 선택된 전해질을 용액에 보유할 수 있다. 진공 챔버는, 하나 이상의 열 센서를 포함할 수 있다. 진공은, 하나 이상의 열 센서로부터 열 데이터를 획득하도록, 그리고 물 유량, 진공 압력, 및 전해질 용액 중 하나 이상을 제어하도록, 요구되는 온도 및/또는 냉각 속도를 제어하도록, 및/또는 진공 챔버로의 열 흐름에서 다양한 교란 요인을 수정하도록 설계되는, 컴퓨터에 의해 제어될 수 있다. 냉각될 조직은, 지방 조직, 피부, 암 조직, 악성 세포, 추위에 선택적으로 민감한 원치 않는 양성 세포, 또는 배상 세포(goblet cells)와 같은, 인간 환자의 조직일 수 있다. 냉각 치료는, 지방을 파괴하고, 통증을 감소시키며, 피부를 밝게 하고 및/또는 저색소침착(hypopigmentation)을 감소시키거나, 또는 원하지 않는 조직을 절제하기 위한 목적일 수 있다. 조직은, 피부이거나, 위장관 내에 또는 기도 내에 있을 수 있다. 냉각은, 원하지 않는 세포를 파괴하도록 설계될 수 있다. 냉각될 공간은, 냉동 또는 동결 온도로 냉각되는 밀폐된 공간일 수 있다. 냉각될 공간은, 공조 온도로 냉각될 방일 수 있다.
위의 장점들 및 특징들은 대표적인 실시예에 불과하며, 본 발명을 이해하는데 도움을 주기 위해서만 제공된다. 이것들은 청구범위에 의해 한정되는 바와 같이 본 발명에 대한 제한으로 간주되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다. 본 발명의 실시예들의 추가적인 특징들 및 장점들은 다음의 설명, 도면 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.
도 1a는 냉각 장치의 부분 절개 사시도이다.
도 1b 및 도 1c는 냉각 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 냉각 장치의 부분 절개 사시도이다.
도 3a는 카테터로 치료되는 신체 내강(lumen)의 단면도이다.
도 3b, 도 3c 및 도 3d는 카테터 팁의 부분 절개 사시도이다.
본 설명은 다음과 같이 구성된다.
I. 서론 및 개요
II. 진공 구동 증발 냉각을 위한 장치
II.A. 피부에 대해 밀봉되는 진공 벨
II.B. 냉각제로서의 전해질 용액
III. 냉동 또는 공조 시스템으로의 적용
IV. 의료 및 치료 적용 분야를 위한 냉각
IV.A. 냉동 지방 분해
IV.B. 피부에 대해 밀봉되는 진공 벨
IV.C. 진통을 위한 냉각
IV.D. 저색소침착을 위한 냉각
IV.E. 제약 운송 콜드 체인을 위한 냉각
IV.F. 체내 조직을 위한 냉각
V. 실시예들
I. 서론 및 개요
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 진공 냉각 장치(100)는 액체, 특히 높은 기화 엔탈피를 갖는 액체, 예를 들어 물의 기화에 의해 선택된 영역(98)을 냉각하는데 사용될 수 있다. 기화 및 이에 따른 냉각은, 액체 위에 진공을 적용함으로써 가속화되고 제어될 수 있다. 진공 챔버(102)는, 선택된 영역에 냉각을 제공하기 위해 전도성 측면(104)을 갖는 밀폐된 체적(102)으로서 형성될 수 있고, 장치(100)는, 해당 열전도성 측면(104)에 대해 물의 증발 또는 승화를 수행하도록 배열될 수 있다. 액체의 증발 또는 승화를 구동하는 진공이, 진공 챔버(102)에 도입될(drawn) 수 있다. 기화열을 제공하는데 필요한 에너지는, 진공 챔버(102)의 열전도성 측벽(104)을 통해 도입되고, 이에 따라 전도성 측면(104)의 온도를 낮추며, 이는 차례로 해당 전도성 벽의 다른 측면에 있는 모든 것(98)을 냉각시킨다. 챔버(102)의 진공은, 냉각제의 기화를 구동하고, 그 경우 기화열은, 냉각될 대상(98)으로부터 인입된다.
이동하는 공기의 기둥과 같은 대류를 사용하여, 냉각을 원하는 영역으로 이동시킬 수 있다. 적절한 전기 및 진공 펌프 배열에 의해, 디바이스는 전도성 플레이트 및 이에 따라 냉각될 영역(98)의 온도가 원하는 레벨로 제어된 방식으로 그리고 정확하게 강하되는 것을 발생시키도록 제어될 수 있다.
장치(100)는, 냉각된 전도성 요소와 조직 사이의 열 접촉을 가능하게 하여, 특정 온도로의 조직의 요구되는 냉각을 제공할 수 있다. 신체의 조직의 선택된 영역(98)은 다양한 진단 또는 치료 목적으로 냉각될 수 있다.
도 1c를 참조하면, 진공 챔버(102)는, 피부(98)에 대해 밀봉하는 벨에 의해 형성될 수 있으며, 그리고 장치(100)는, 피부의 표면에서 증발을 수행하도록 배열될 수 있다. 액체의 증발을 구동하는 진공이, 진공 챔버(102)에 도입된다. 기화열을 제공하는데 필요한 에너지는, 조직으로부터 도입된다. 결과적으로, 조직으로부터 에너지가 제거되고, 조직은 냉각된다. 적절한 전기 및 진공 펌프 배열체(112)에 의해, 디바이스는, 조직(98)의 제어되고 정확한 온도 강하를 생성하도록 제어된다. 이러한 방식으로, 지방 조직과 같은 특정 조직이 파괴되어, 신체에 의한 조직의 재흡수 및 이러한 조직의 제거를 위한 경로를 제공할 수 있다. 열 센서(140)를 보유하기 위한 플래튼(104)이 없는 경우에, 센서는, 냉각될 물체(98)의 표면 상에, 또는 진공 벨(110)의 벽 내에, 또는 다른 곳에 배치될 수 있다.
이러한 냉동/냉각 장치는, 식품 저장, 의료 요법, 제약 운송 콜드 체인, 등 다양한 목적을 위해 사용될 수 있다.
II. 진공 구동 증발 냉각을 위한 장치
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 진공 구동 증발 냉각은, 신속하고 제어된 방식으로 요구되는 냉각을 제공할 수 있다. 진공 벨(110)은, 열전도성 플래튼(104)과 접촉하여 배치될 수 있으며, 그리고 열전도성 플래튼(104)의 에지 주위에 O-링 또는 유사한 시일(118)의 사용을 통해 에지에서 플래튼(104)에 밀봉될 수 있다. 시일(118)은, 플래튼(104)과 진공 벨(110) 사이에 둘러싸인 체적(102)으로의 공기 누출을 방지하거나 또는 감소시키며, 그리고 열전도성 플래튼(104)과 진공 벨(110) 사이에 단열을 제공할 수 있다.
분사 디바이스(120)가, 플래튼(104)과 진공 벨(110) 사이의 체적(102) 내에서 열전도성 플래튼(104)의 외부 표면에 적용되는 액체(122), 바람직하게는 물과 같은 높은 기화 비열을 갖는 액체의 분사 또는 분무를 제공할 수 있다. 진공은, 3 방향 밸브(132)를 통해 호스 또는 파이프(130)와 같은 가스 전도 영역을 통해 진공 벨(110)에 연결된 적절한 진공 펌프(114)에 의해 체적(102)으로 도입될 수 있다. 격실 내의 진공의 결과로서, 체적(102) 내의 액체(122)는 기화되어, 기체, 즉 선택된 액체가 물인 경우 수증기가 될 것이다. 액체를 기화시키는 에너지는, 전도성 플래튼(104)으로부터 제거된다. 플래튼(104)의 에너지가 낮아지고, 이에 따라 플래튼의 온도가 낮아진다. 이것은 차례로 조직 또는 영역(98)을 냉각시킨다. 3 방향 밸브(132)는, 진공 펌프(114)로부터 진공 흡입을 제공하거나 또는 공기 유입구(134)를 사용하여 챔버(102)의 배기를 제공하기 위해, 진공 펌프(114) 또는 공기 유입구(134)에 연결되도록 사용된다.
물은 분무될 액체로서 선택되고, 이 경우 챔버(102) 내에서 기화될 수 있다. 물의 높은 기화 에너지(킬로그램당 2,256 킬로줄)로 인해, 열전도성 플래튼(104)으로부터 상당한 양의 열이 제거될 수 있다.
제어 가능한 열 제거 방법을 제공하기 위해, 열전대 또는 RTD(저항 온도계 검출기)(140)와 같은 센서가, 열전도성 플래튼(104) 내에 매립될 수 있다. 이러한 센서는, 컴퓨터 분석 시스템과 같은 제어 시스템에 의해 실시간으로 모니터링될 수 있다. 기화 프로세스 동안 플래튼(104)의 온도를 측정함으로써, 플래튼(104)을 떠나는 열 유속을 결정하는 것이 가능하며, 그리고 플래튼(104)의 요구되는 온도가 진공 구동 증발 냉각 프로세스 동안 달성되고 유지되는 것이 보장될 수 있다. 적절한 센서, 전자 장치, 및 제어 시스템을 사용하여, 온도, 플래튼의 온도 감소, 냉각 속도, 및 시간을 제어할 수 있다. 제어는, 냉각될 영역의 초기 온도 및 냉각될 영역 내의 재료와 같은 다양한 교란 요인을 고려할 수 있다.
하나의 예시적인 구현에서:
· 분무기(120)는 전도성 플래튼(104)의 뒷면 상에 물을 분사한다.
o H2O의 기화열은 그램당 2,256 줄이다.
· 플래튼(104)은 알루미늄으로 형성될 수 있다 - 알루미늄은 열전도율이 높지만, 그러나 예를 들어 은보다 비용이 저렴하다.
o 치수: 10 cm × 5 cm × 0.5 cm
o 질량: 67.5 그램
o 비열 0.90 줄/그램/℃
상자에 진공이 적용되면, 물은 기화되고, 열전도성 플래튼(104)으로부터 열을 도입한다.
플래튼(104)의 온도를 선택된 온도로 유지하기 위해, 적용 기간 동안 추가로 소량의 물이 분사되고 소개될(evacuated) 수 있다. 분무 및 소개 프로세스의 정확한 제어는, 센서(140)의 모니터링으로부터의 입력을 사용한 시스템 단위 테스트를 기초로 하는 디바이스에 포함된 제어 알고리즘 및 시스템 단위 테스트에 의해 결정될 수 있다.
진공 체적 내부에 남아 있는 임의의 공기는, 예를 들어 증발 또는 승화를 향상시키기 위해 플래튼(104)의 표면을 가로질러 흐르도록 관리될 수 있다. 팬이 이 공기를 교반할 수 있거나, 또는 진공 도입부(112)(및 이에 따라 수증기의 배출부)가 진공 챔버의 일 측면에 배열되고 입구가 다른 측면에 배열되어, 공기 체적의 비교적 빠른 전환을 제공하여, 증발이 개선될 수 있다.
어떤 경우에는, 수증기가 환경으로 배출될 수 있다. 다른 경우에는, 수증기는 폐쇄된 시스템에서 재포집되고, 응축되어 및 재활용될 수 있다.
플래시 증발 온도(Flash evaporation temperature)는, 다음과 같이 압력에 관련된다:
Figure pct00001
실온으로부터 동결에 이르기까지, 액체/고체 상 경계는, 로그/선형에 충분히 가깝기 때문에, 각 ℃의 온도 감소는 거의 2 % 미만의 압력 감소를 필요로 한다.
플래튼(104)은, 코팅 재료, 전형적으로 화학적으로 불활성이고 열전도성인 재료로 (진공 대면 측면 또는 환경 대면 측면에서) 코팅될 수 있다. 테프론, 나일론 또는 일부 다른 플라스틱 또는 수지, 또는 일부 다른 비-금속 재료의 얇은 코팅이, 사용될 수 있다. 코팅은, 냉각 프로세스 동안 접착 및 조직 손상을 감소시킬 수 있다. 코팅은 알루미늄과 같은 화학적 반응성 재료로 형성되는 경우 플래튼(104)을 보호할 수 있다.
플래튼(104)의 내부, 진공 대면 측면은 핀(fins), 높게 공동이 형성된 표면(highly-cavitated surface), 또는 표면적 및 증발 속도를 증가시키는 다른 표면 특징들을 가질 수 있다.
일부 경우에, 물과 같은 분무된 액체(122)는, 직경이 대략 200 미크론 내지 600 미크론 범위의 액적 직경을 가질 수 있으며, 그 결과, 액적의 표면 장력은 임의의 배향에서 플래튼(104)에 부착하기에 충분히 높을 것이다. 이러한 경우에, 분사 디바이스(120) 및 플래튼(104)(및 이에 따라 전체 장치(100))은, 임의의 각도로 배향될 수 있다.
진공 챔버의 구성요소들은, 하나 이상의 O-링(118)에 의해 서로에 대해 밀봉될 수 있다. O-링의 재료는, 진공에 낮은 휘발성을 제공하고, 잘 밀봉되며, 냉각 플래튼(104)과 진공 벨(110) 사이에 우수한 절연을 제공하도록 선택될 수 있다. 좋은 재료로는, 더 케무어 컴퍼니(The Chemours Company)의 고밀도 FKM 비닐리덴 플루오라이드 플루오로엘라스토머 재료 브랜드인, Viton과 같은 다양한 합성 고무를 포함한다.
분무기(120)는, 상업용 분무기, 연료 분사 노즐, 또는 미세하게 분할된 액적을 방출하고 유량이 쉽고 정밀하게 제어되는 다른 분사 디바이스일 수 있다. 증발 속도는 액적의 표면적과 밀접한 상관 관계가 있기 때문에, 미세하게 분할된 액적이 바람직한 경향이 있다.
진공은, 아이덱스 코퍼레이션(IDEX Corp.)의 일부인 밴쿠버 워싱턴에 있는 마이크로펌프, 인크(Micropump, Inc.)와 같은 회사에서 입수할 수 있는, 상업용 진공 펌프(114)에 의해 도입될 수 있다.
마이크로프로세서 컨트롤러는, 다양한 시스템 파라미터, 주로(그러나 배타적이지는 않은) 물 분사 속도 및 진공 압력을 제어하는데 사용될 수 있다. 시스템 파라미터는 다음과 같이 순간적으로 제어될 수 있다:
· 온도 센서(140)에 의해 측정되는 바와 같이, 플래튼(104)의 표면 온도를 원하는 목표 온도로 유지한다
· 진공 챔버의 액적 빙결, 결빙, 또는 오염을 식별하고, 제거될 때까지 물 분무율을 감소시키거나 또는 세정 필요성에 대한 경보를 울린다
제어는, 물 분무 유량, 진공 펌프에 대한 전력, 시스템의 임의의 압력 밸브의 개방 등에 적용될 수 있다. PID(proportional-integral-derivative controller)와 같은 프로세스 제어 알고리즘을 사용하여, 시스템 파라미터와 환경 요인의 섭동 사이의 균형을 맞출 수 있다.
II.A. 피부에 대해 밀봉되는 진공 벨
도 1c를 참조하면, 일부 경우에, 진공 챔버를 개방 측면 벨로 구성하는 것이 유용할 수 있으며, 나머지 측면은 냉각될 물체가 제공된다. 이것은 냉각이 신체의 일부에 적용될 때 특히 바람직할 수 있다. 이것은 아래 섹션 IV.B에서 논의된다.
II.B. 냉각제로서의 전해질 용액
일부 경우에, 증발 액체는 정제되거나 또는 수도꼭지에서 바로 나온 물일 수 있다.
식염수를 사용하면 더 낮은 동결 온도를 얻을 수 있다. 염화나트륨 또는 염화칼슘과 같은 전해질은 농도에 따라 어는점을 낮춘다. 용질 및 농도는 용액에 대한 원하는 어는점을 선택하도록 선택될 수 있다. 물의 어는점은 0 % 염화나트륨 용액에서 0 ℃로부터, 15 %(질량 기준) NaCl 용액에서 -12 ℃로, 20 % 용액에서 -17 ℃로 떨어지고, 22 % 용액에서 약 -20 ℃에서 최대이다. -10 ℃는 신체의 지방 세포에 영향을 미치는데 사용되는 일반적인 온도로서, 13 %(질량 기준) NaCl 용액에 의해 도달될 수 있다. 상업용 프리저(freezer) 적용에 사용되는 일반적인 온도인 -18 ℃는 약 21 질량%의 NaCl 용액으로 도달될 수 있다. 염화칼슘 용액이 또한 사용될 수도 있다. 염화칼슘은 염화나트륨 용액으로 얻을 수 있는 것보다 어는점이 더 낮다. CaCl 20 % 용액은 -18 ℃에서 동결되고, CaCl 30 % 용액은 -46 ℃에서 동결된다.
다시 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 식염수 용액이 사용되는 경우, 증발은 플래튼(104)에 염의 잔류물을 남길 것이다. 지방 조직을 파괴하는데 필요한 일반적인 냉각 사이클의 경우, 1 g 미만의 염화나트륨 또는 염화칼슘이 플래튼(104)에 남겨질 것이다. 냉각 사이클의 말미에서 이러한 재료를 제거하기 위해, 진공 벨(110)로부터 전도성 플래튼(104) 및 비-전도성 O-링 시일(118)을 분리하기 위해 신속 연결 유닛(150) 세트가 사용된다. 전도성 플래튼(104)의 내부 표면은 그 후 남아 있는 염화나트륨 또는 염화칼슘을 제거하기 위해 물을 함유한 천으로 닦아질 수 있다. 그 다음, 유닛은 전체 진공 장치(100)가 다음 조직 냉각 치료를 위해 준비되도록 신속 연결 유닛(150)을 사용하여 간단하게 재조립될 수 있다.
III. 냉동 또는 공조 시스템으로의 적용
도 2를 참조하면, 냉동 또는 공조 디바이스(100)는 공조 또는 냉동을 위해 진공 구동 증발 냉각을 사용할 수 있다(두 경우 모두, 도 2의 왼쪽에 위치함). 진공 챔버(102)는 전도성 플래튼(104) 상으로 분사(122)하도록 구성된 분사 분무기(120)를 갖는 개방형 공간으로서 형성될 수 있다. 진공 펌프(114)는 플래튼(104)을 향하는 체적(102) 내로 진공(112)을 도입할 수 있다. 열전대 또는 RTD(140)와 같은 열 센서는 플래튼(104)의 열 유속 및 온도를 모니터링하기 위해 플래튼(104)에 배치될 수 있다. 냉각 핀(220)은 열전도성 바에 의해 또는 대류 냉각 루프(222)에 의해 플래튼(140)에 열적으로 연결될 수 있다. 대안적으로, 각각 분사기(232) 및 진공 배출구(234)를 갖는 다중 냉각 챔버(230)가 제공될 수 있다. 핀(220) 또는 냉각 챔버(230)는 의약품 또는 다른 온도에 민감한 의료 용품 또는 재료의 전달을 위한 냉동고 또는 콜드 체인 상자와 같은 밀폐된 체적일 수 있는 냉각된 영역 내에 있을 수 있거나 또는 냉각된 영역으로의 흐름을 위한 덕트 내에 있을 수 있거나, 또는 공조되는 방과 같은 개방형 공간일 수 있다.
플래튼(104) 또는 냉각 챔버(230)가 액체(122)의 기화로 인해 냉각됨에 따라, 팬과 같은 디바이스(240)는 냉각 공기 또는 냉각될 방(242)으로부터의 공기가 플래튼(104)의 외부 표면을 따라, 핀(220)을 통해, 또는 냉각 챔버(230)를 지나 흐르도록 강제할 수 있다. 공기 흐름(242)은 냉각되고, 그 후 냉각 디바이스 내의 원하는 영역 또는 냉각될 방으로 지향될 수 있다.
진공 펌프(114)는 냉각이 요구되는 공간의 외부에 위치될 수 있다. 이것은 진공 펌프(114)의 작동 동안 생성된 열이, 냉각이 요구되는 영역으로 다시 복사되지 않고, 주변 환경으로 소산될 수 있게 한다. 진공 체적(102) 내의 액체의 기화로부터 생성된 증기는 냉각될 원하는 영역의 외부로 배출(252)될 수 있거나, 또는 증기가 다시 액상으로 변환되는 응축기(254)를 통해 강제될 수 있다. 응축된 액체는 그 후 물 펌프(256)를 통해 재순환되어 분무기(120)를 통해 분사될 수 있다. 이러한 폐쇄 루프 시스템은 임의의 냉각제도 외부 환경으로 방출하지 않는다.
IV. 의료 및 치료 적용 분야를 위한 냉각
IV.A. 냉동 지방 분해
다시 도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 냉동 지방 분해는 냉각에 의해 지방 조직을 제거하기 위한 방법이다. 이 방법은 -11 ℃ 내지 +5 ℃의 온도 범위 내의 제어된 냉각 적용을 포함한다. 피하 지방 조직은 이 범위의 온도에 선택적으로 민감하다. 프로세스가 완전히 이해되지는 않았지만; 체온 미만으로 냉각되지만, 조직이 동결되는 온도 초과에서의 지방 조직은 국부적인 세포 사멸("아폽토시스(apoptosis)")을 겪거나, 또는 세포가 조직 매트릭스로부터 분리되고, 이어서 수주에서 수개월에 걸쳐 점진적으로 지방 세포가 신체에서 제거되어 이에 따라 지방 조직층이 감소하는 국소 염증 반응이 뒤따르는 것으로 보인다. 이러한 범위로 냉각하면 피부 및 신경 세포와 같은 다른 세포가 손상되지 않는 경향이 있다. 예를 들어, 그 위에 있는 피부는 명백한 손상 없이 30 분 내지 1 시간의 기간 동안 -10 ℃에의 노출을 견딜 수 있다. 냉동 지방 분해는 미용 또는 치료상의 이유로 신체의 윤곽을 재형성하기 위해 지방 침착의 비침습적이고 국부적인 감소, 지질이 풍부한 세포 및 지방 조직을 감소시키는데 사용될 수 있다.
진공 구동식 증발 냉각 장치(100)는, 신속하고 제어된 방식으로 신체 조직의 요구되는 냉각을 제공할 수 있다. 비-금속 재료의 얇은 층으로 코팅된 고열전도성 플래튼(104)은 조직(98)의 원하는 영역과 접촉하여 배치될 수 있다. 얇은 비-전도성 코팅은, 예를 들어 피부 표면의 물의 동결로 인해, 온도가 0 ℃ 미만으로 낮아질 때 전도성 플래튼(104)이 조직(98)에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
컴퓨터 제어는 온도 센서(140)를 판독하고, 냉각을 제어하기 위해 물 유량 및 진공 압력을 조정하여, 요구되는 온도 및 냉각 속도를 유지하고, 다시 조직으로의 열 공급의 변동을 초래하는 혈액 순환의 변동과 같은 다양한 교란 요인을 수정할 수 있다. 더 낮은 온도는 진공 압력을 낮추거나 또는 주입되는 물에 전해질을 추가함으로써 얻어질 수 있다. 고정된 목적 온도까지 냉각 속도를 증가시키는 것은 물의 더 빠른 삽입 및 수증기의 회수에 의해 달성될 수 있다.
이러한 냉각 프로세스를 적용하는 일 예로서, 지방 세포가 선택적으로 파괴되고 다른 조직은 손상되지 않는 범위로 조직이 냉각될 수 있다. 동상을 방지하기 위해, -10 ℃(14 ℉)에서 45 분과 같이 특정 온도 레벨 및 노출이 결정될 수 있으며, 이는 지방을 손상시키지만 주변 조직은 손상시키지 않는다. 시스템은 치료당 일반적으로 1 cm 또는 약간 그 이상, 피부 아래 지방층에 원하는 정도의 냉각을 적용하도록 구동될 수 있다.
열전도성 플래튼은 플래튼(104)이 다양한 신체 부분에 부합되도록 하기 위해 가요성 또는 컨포멀(conformal)할 수 있다. 컨포멀 플래튼은 복수의 얇은 알루미늄 시트로 구성될 수 있으며, 각 시트는 매끄럽게 연마되어, 최소한의 윤활제로 시트가 서로에 대해 미끄러질 수 있게 하여, 플래튼 전체가 고체 알루미늄과 유사한 열전도율을 제공하지만, 전체 스택은 진공을 지지하기에 충분히 강성이다.
하나의 예시적인 구현에서:
· 분무기(120)는 전도성 플래튼(104)의 뒷면 상에 물을 분사한다.
· 플래튼(104)은 알루미늄으로 형성될 수 있다 - 알루미늄은 열전도율이 높지만, 그러나 예를 들어 은보다 비용이 저렴하다.
o 치수: 10 cm × 5 cm × 0.5 cm
o 질량: 67.5 그램
o 비열 0.90 줄/그램/℃
· 얇은 비-전도성 재료는 테프론 라이너일 수 있다.
o 치수: 10 cm × 5 cm × 0.05 cm
o 질량: 5.5 그램
o 테플론의 비열: ~ 1.5 줄/그램/℃
· 조직(98)
o 치수: 10 cm × 5 cm × 1 cm
o 질량: 45 그램
o 조직의 비열: 3.47 줄/그램/℃
조직, 테플론 및 열전도성 플래튼이 37 ℃에서 시작하면, 조합된 시스템은 플래튼(104)에 적용된 물 그램당 ~ 10.0 ℃ 하강한다. 따라서, 조직 표면이 목표 온도 -10 ℃에 도달하도록 하기 위해, 약 5 g의 물이 플래튼(104) 상으로 분무될 필요가 있을 것이다. 이 조직 표면 온도는 조직의 피부 표면을 손상시키지 않고 지방 조직을 파괴할 수 있도록 열전 냉각 시스템을 사용한 이전의 노력에서 사용되었다.
혈류 가열을 설명하기 위해, 추가 소량의 물이 적용 기간 동안 분사되고 소개될 것이다. 분무 및 소개 프로세스의 정확한 제어는 센서(140)의 모니터링으로부터의 입력을 사용하는 시스템 단위 테스트를 기초로 의료 디바이스에 포함된 제어 알고리즘 및 시스템 단위 테스트에 의해 결정된다.
IV.B. 피부에 대해 밀봉되는 진공 벨
다시 도 1c를 참조하면, 진공 벨(110)은 개재된 플래튼 없이 조직(98)의 원하는 영역과 접촉하여 배치될 수 있다. 진공 벨(110)은 O-링, 바셀린(petroleum jelly) 또는 유사한 밀봉제를 통해 조직(98)에 대해 밀봉될 수 있다. 물 분사 분무기(120)는 진공 벨(110)의 체적 내에서 조직(98)의 외부 표면에 직접 물(122)의 분무를 제공할 수 있고, 진공 펌프(114)는 진공 벨(110)과 조직(98) 사이의 체적(102)에서 진공(112)을 도입할 수 있다. 플래튼(104)이 없는 경우, 열전대 또는 RTD(140)와 같은 열 센서가 조직 표면(98) 상에 배치될 수 있다. 이러한 접근법은 더 빠른 냉각을 제공할 수 있고, 피부(98)가 손상(예를 들어, 출혈 또는 과도한 증발) 없이 인가된 진공 및 냉각을 견딜 수 있을 만큼 충분히 두껍고 견고한 경우에 적합하다. 피부 또는 다른 조직이 진공에 덜 내성이 있는 경우, 도 1a 및 도 1b의 플래튼 접근법이 바람직할 수 있다.
IV.C. 진통을 위한 냉각
다른 예로서, 냉각은 신체의 선택된 영역에 진통 효과를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
냉각은 통증에 대한 인식을 감소시키는 경향이 있다. 저온 요법은 신경 전도 속도를 감소시키고 다른 국소 효과를 일으켜 피부의 말초 신경이 느끼는 통증의 감각을 감소시킨다. 또 다른 추측되는 작용 메커니즘이 가정된다: 냉감각 말초 신경이 척수에 도달하는 지점에서, 냉감각 수용체의 활성화가 통증 감각 신경을 방해하여, 통증에 대한 인식을 감소시킬 수 있다. 신체의 한 부분을 냉각시키면 신체의 다른 곳에서의 통증의 인식이 감소하는 것으로 알려져 있다. 관절염, 환상지 통증, 또는 신경병증성 통증과 같은 만성 통증의 경우 효과가 더 큰 것으로 보인다. 냉각은 또한 화상의 통증에도 효과적이다.
진공 구동식 증발 냉각 디바이스는 신체의 특정 부분을 통증의 성질 및 신체의 부위에 따라 변하는 특정 온도로 냉각함으로써 통증을 감소시키는데 사용될 수 있다. 디바이스의 제어 시스템은 환자의 통증에 적절한 냉각을 적용하기에 적절한 수준의 액체, 예를 들어 물 및 진공을 적용하도록 프로그래밍될 수 있다.
IV.D. 저색소침착을 위한 냉각
다른 예로서, 신체의 선택된 영역에 피부 미백을 제공하기 위해 냉각이 사용될 수 있다.
저색소침착은 조직의 일시적인 냉각 또는 동결의 부작용으로 관찰되었다. 피부 색소의 손실은 멜라닌(melanin) 생성 감소, 멜라노좀(melanosome) 생성 감소, 멜라노사이트(melanocytes)의 파괴, 또는 표피층의 하부 영역에 있는 케라티노사이트(keratinocytes)로의 멜라노좀 전달의 억제로 인해 발생할 수 있다. 일부 저색소침착 디바이스 및 시스템이 개발되었지만, 이 영역을 개선시키는 것이 바람직할 수 있다. 본 명세서에 설명된 방법 및 적용은 피부 냉각 또는 동결의 일관성을 개선할 수 있고, 비침습적 방식으로 피부 동결의 지속 시간의 일관성을 개선할 수 있다. 이러한 개선은 전반적인 저색소침착 일관성을 개선시키는데 바람직할 수 있다.
IV.E. 제약 운송 콜드 체인을 위한 냉각
의약품, 혈액 제품, 이식을 위한 장기, 또는 다른 온도에 민감한 의료 용품 또는 재료를 운송하는 동안, 전기 그리드(electrical grid)에 연결된 전기 콘센트와 같은 전통적인 고정 전기 소스로부터의 전력이 사용 가능하지 않을 수 있거나 또는 불편할 수 있다. 저온 운송 상자를 위한 전기는 태양광을 전기로 변환하는 태양 전지와 같은 휴대용 전원에 의해 제공될 수 있다. 진공 구동 기화를 활용하는 소형 운송 냉각 챔버는 약 40 내지 60 와트를 소비할 것으로 예상된다. 약 2,500 평방센티미터의 태양 전지(태양광 플럭스로 5 kW/평방미터/일)에 의해 충분한 전력이 제공될 수 있다. 이러한 태양 전지 어레이는 일 측면이 50 cm인 정사각형 어레이로 구성될 수 있다. 이러한 면적은 일반적인 제약 운송 용기보다 더 크기 때문에, 접이식 태양 전지가 사용될 수 있다. 이것은 태양 전지가 초기 이송을 용이하게 하기 위해 함께 접힐 수 있게 하고, 그 후 제약 운송 중에 필요에 따라 태양 에너지를 획득하기 위해 펼쳐질 수 있다. 전환 가능한 연결에 의해, 냉각 시스템은 태양열 어레이와 전통적인 고정 위치 전원 콘센트 간에 대안적으로 전환될 수 있다.
IV.F. 체내 조직 절제를 위한 냉각
도 3a를 참조하면, 체내 조직은 조직 라이닝(tissue linings)으로부터 원하지 않는 세포를 절제하기 위해 냉각될 수 있다. 내시경(300)은 자연적 오리피스를 통해 체내에 삽입될 수 있다. 예를 들어, 기관지경은 기관을 통해 폐의 선택된 세대, 즉, 기관, 주 기관지, 소엽 기관지, 또는 분절 기관지로 전진될 수 있다. 또는 식도, 위, 십이지장 또는 소장에 접근하기 위해 위내시경이 입을 통해 전진할 수 있다. 도 3b를 참조하면, 내시경(300)은 사용 가능한 가장 큰 작업 채널(310)을 갖도록 선택될 수 있으며, 예를 들어 6 mm 외경 기관지경의 경우 기관지경을 통해 기구를 통과시키기 위한 2 mm 작업 채널을 갖거나 또는 위장관의 경우, 10 mm 외경 내시경의 경우 내시경을 통해 기구를 통과시키기 위한 최대 2.8 mm 작업 채널을 갖는다.
내시경(300)은 조명 소스(320) 및 대물 렌즈 또는 CCD 카메라(322)를 가질 수 있으며, 이는 조작자가 신체 내의 통로를 가시화할 수 있게 한다. 내시경(300)은 공기/물 노즐 및/또는 물 제트(324) 특징부를 가질 수 있어, 조작자가 내시경(300)의 경로로부터 원하지 않는 재료를 제거하여 신체 내의 원하는 위치로의 탐색을 향상시킬 수 있게 한다. 내시경(300)이 신체 내의 선택된 위치에 있을 때, 다중 내강을 갖는 카테터(330)는 카테터 팁이 내시경의 팁을 넘어 짧은 거리만큼 연장된 상태로 내시경의 작업 채널을 통과할 수 있다. 카테터 팁(332)은 중실형 유닛 또는 확장 가능한 부재일 수 있다. 이것은 비-금속 재료의 얇은 층으로 코팅된 컴포멀, 열전도율이 높은 재료일 수 있다. 이 경우, 카테터 팁(332)은 신체 내의 선택된 위치에서 조직의 벽과 접촉하여 배치될 수 있다. 그 후, 액체, 예를 들어 물의 특정 양, 예를 들어 1 g이 신체의 외부로부터 적절한 디바이스(도시되지 않음)에 의해 액체 운송 튜브인 카테터 내부 급수 내강(118)으로 주입된다.
액체는 카테터의 팁으로 진행되고, 여기서 외부 진공 도입 내강(112)에 축적된다. 그 다음, 진공 펌프(도시되지 않음)를 사용하여 카테터(330)의 외부 진공 도입 내강(112)에 진공이 인가된다. 적절한 진공 수준에 도달하면(대략 10 Torr 미만), 액체는 기화될 것이고, 카테터 외부 내강(112)의 팁(332)(및 이것이 접촉하는 조직의 온도)은 조직으로부터의 기화열의 흡수로 인해 상당히 냉각될 것이다. 열 센서(140), 예를 들어 서미스터(thermistor) 또는 열전대는 냉각에 의해 요구되는 온도가 달성되는 것을 보장하기 위해 영향을 받는 조직의 온도를 측정하기 위해 외부 진공 도입 내강(112)의 팁(332)에 배치된다.
기화되는 액체의 체적 및 액체의 조성(예를 들어, 물, 염화나트륨 용액, 또는 염화칼슘 용액)의 적절한 선택에 의해, 조직은 -20 ℃ 미만으로 조직의 제어된 깊이(예를 들어, 1 내지 5 mm 깊이) 내에서 냉각될 수 있다. 이것은 만성 기관지염에서 발견되는 과도한 배상 세포와 같이 선택된 위치에서 원하지 않는 세포의 절제를 가능하게 할 수 있다. 저온 생물학의 특성으로 인해, 상피는 절제 후 정상 상피로 복구되고, 예를 들어, 대부분의 배상 세포가 기관지 조직으로부터 제거된다.
카테터가 냉각될 조직의 다음 위치로 이동될 때, 따뜻한 액체 또는 따뜻한 공기가 카테터의 내강(118, 112)을 통과하여, 카테터 팁이 동결에 의해 조직에 "점착"됨으로 인해 조직에 손상이 야기되지 않을 수 있는 수준으로 온도를 증가시킬 수 있다.
원하는 조직 라이닝의 냉각 시퀀스는, 정상 상피 조직 라이닝이 선택된 영역으로 복귀될 수 있게 할 수 있다. 이러한 접근법은 예를 들어 분절, 소엽, 주 기관지 및 기관의 분절을 절제하기 위해 기도에서 사용될 수 있고, 각 위치에서 정상 상피로 복귀하면서 선택된 기관지로부터 과도한 배상 세포와 같은 원하지 않는 세포를 절제하는데 사용될 수 있다.
도 3c 및 도 3d를 참조하면, 두 기능은 치료가 제공될 정확한 위치로 냉각을 안내하기 위해 진공 구동 증발 냉각, 기계적 전달, 및 내시경 광학 가시성을 제공하는 단일 카테터로 조합될 수 있다. 카테터의 팁은 주로 진공을 지지하는 알루미늄 또는 강철 글로브(steel globe)로 형성될 수 있다. 진공 도입 채널(112)로서 작용하는 내강을 통해 진공이 도입될 수 있다. 분사기 또는 분무기(120)는 물 또는 식염수 용액을 진공 글로브 내로 분사할 수 있다. 열전대 또는 다른 센서는 치료 부위에서 글로브의 온도를 측정하기 위해 진공 글로브의 벽에 매립될 수 있다. 카메라(322)는 바람직하게는 물이 분사되는 곳(120)으로부터 떨어진 글로브의 측면에서, 진공 글로브를 통해 렌즈가 돌출한 상태로 장착될 수 있다. 카테터는 카메라 보기와 그 후 진공 글로브의 냉각 표면의 터치 사이를 교대하기 위해, 카테터가 쉽게 회전될 수 있도록 매끄러운 외부 표면을 가질 수 있다.
치료될 수 있는 질환은 식도암 또는 바렛 식도(Barrett's esophagus)와 같은 식도의 질병, 기도의 질병, 위 또는 장 또는 직장의 질병을 포함한다.
V. 실시예들
물체 또는 공간이, 물체 또는 공간에 대해 진공 챔버의 냉각 벽의 외부 표면을 배치함에 의해; 분무기로부터 진공 챔버 내로 또는 냉각 벽에 대해 물을 분사함에 의해; 그리고 물의 가속화된 증발 및 물체의 냉각을 위해 요구되는 온도로의 냉각 벽의 냉각을 야기하기에 충분할 정도로 진공 챔버 내에서 진공을 유지함에 의해, 냉각될 수 있다.
물체 또는 공간을 냉각하기 위한 장치가, 냉각될 물체 또는 공간에 대해 배치되도록 설계되는 냉각 벽을 갖는 진공 챔버; 진공 챔버 내로 또는 냉각 벽에 대해 물을 분사하도록 설계되는 물 분사기; 및 물의 가속화된 증발 및 물체 또는 공간의 냉각을 위해 요구되는 온도로의 냉각 벽의 냉각을 야기하기에 충분할 정도로 진공 챔버 내에서 진공을 유지하도록 설계되는 장치를 포함할 수 있다.
환자가, 냉각이 치료를 위해 요구되는 환자의 조직에 대해 진공 챔버를 제공함에 의해; 분무기로부터 진공 챔버 내로 또는 진공 챔버의 냉각 벽에 대해 물을 분사함에 의해; 그리고 물의 가속화된 증발 및 환자의 조직의 냉각을 위해 요구되는 온도로의 냉각을 야기하기에 충분할 정도로 진공 챔버 내에서 진공을 유지함에 의해 치료될 수 있다.
환자를 치료하기 위한 장치가, 냉각이 치료를 위해 요구되는 환자의 조직에 대해 배치되도록 설계되는 냉각 벽을 구비하는 진공 챔버; 진공 챔버 내로 물을 분사하도록 설계되는 물 분사기; 및 물의 가속화된 증발 및 환자의 조직의 냉각을 위해 요구되는 온도로의 냉각을 야기하기에 충분할 정도로 진공 챔버 내에서 진공을 유지하도록 설계되는 장치를 포함할 수 있다.
냉동 디바이스가, 냉각 핀 세트에 연결될 수 있는 열전도성 플래튼; 열전도성 플래튼에 대해 밀봉되는 진공 벨; 열전도성 플래튼 상으로 물을 분사하도록 장착되는 분사 디바이스; 분사 디바이스에 액체를 공급하기 위해 분사 디바이스에 유동적으로 연결되는 탱크; 물의 가속화된 증발을 야기하기 위해 진공을 도입함으로써 플래튼을 냉각하도록 설계되는 진공 소스; 플래튼의 요구되는 냉각을 유도하기에 효과적인 플래튼에서의 증발 냉각 수준을 달성하기 위해, 온도 센서로부터 판독값을 획득하도록, 그리고 이러한 판독값에 기초하여, 물 분사기에 제어 신호를 제공하도록 그리고 진공 압력을 제어하도록 프로그래밍되는, 전자 컴퓨터; 플래튼 및 냉각 핀을 가로질러 공기의 유동을 유도하기 위한, 냉동 디바이스 내의 선택된 영역의 냉각을 유도하기 위한, 팬과 같은, 디바이스; 냉각제를 증기상으로부터 액체상으로 변환하기 위한 응축기; 진공 소스로부터 응축기로의 유동적 연결부; 응축기로부터 분사 디바이스에 액체를 공급하는 탱크로의 유동적 연결부를 포함할 수 있다.
액체 매질의 진공 유도 증발 냉각을 사용하여 환자의 선택된 영역의 의료 또는 다른 치료 냉각을 위한 디바이스가, 동결에 의한 점착을 방지하기 위해 비-금속 이형 재료의 얇은 층으로 코팅되는, 냉각되도록 요구되는 조직의 영역과의 열 접촉을 위한 합치하는 형상의 높은 열전도성 플래튼; 열전도성 플래튼에 대해 밀봉되는 진공 벨; 챔버와 열전도성 플래튼 사이의 진공 시일; 열전도성 플래튼 상으로 챔버 내부로 물을 분사하도록 장착되는 분사 디바이스; 물의 증발을 가속화하기 위해 진공을 도입함으로써 플래튼을 냉각시키도록 설계되는, 챔버에 연결된 진공 소스; 공기 유입구; 진공 펌프와 챔버로의 공기 유입구 사이의 3 방향 밸브 조립체; 열전도성 플래튼 내에 장착된 열 센서 세트; 요구되는 냉각 영역의 외부로의 증기의 배출부; 전도성 플래튼을 가로질러 공기의 기둥을 생성하는 디바이스; 환자에게 치료 결과를 유도하기에 효과적인 플래튼에서의 증발 냉각 수준을 달성하기 위해, 온도 센서로부터 판독값을 획득하도록 그리고, 이러한 판독값에 기초하여, 물 분사기에 제어 신호를 제공하도록 그리고 진공 압력을 제어하도록 프로그래밍되는, 전자 컴퓨터를 포함할 수 있다.
공조 디바이스가: 냉각 핀 세트에 연결되는 열전도성 플래튼; 열전도성 플래튼에 대해 밀봉되는 진공 벨; 열전도성 플래튼 상으로 물을 분사하도록 장착되는 분사 디바이스; 분사 디바이스에 액체를 공급하기 위해 분사 디바이스에 유동적으로 연결되는 탱크; 물의 증발을 가속화하기 위해 진공을 도입함으로써 플래튼을 냉각하도록 설계되는 진공 소스; 플래튼의 요구되는 냉각을 유도하기에 효과적인 플래튼에서의 증발 냉각 수준을 달성하기 위해, 온도 센서로부터 판독값을 획득하도록, 그리고 이러한 판독값에 기초하여, 물 분사기에 제어 신호를 제공하도록 그리고 진공 압력을 제어하도록 프로그래밍되는, 전자 컴퓨터; 플래튼 및 냉각 핀을 가로질러 공기의 유동을 유도하기 위한, 방 또는 격실의 선택된 영역의 냉각을 유도하기 위한, 팬과 같은, 디바이스; 냉각제를 증기상으로부터 액체상으로 변환하기 위한 응축기; 진공 소스로부터 응축기로의 유동적 연결부; 및 응축기로부터 분사 디바이스에 액체를 공급하는 탱크로의 유동적 연결부를 포함할 수 있다.
액체 매질의 진공 유도 증발 냉각을 사용하여 격실의 선택된 영역을 냉각하는 방법이: 진공 챔버의 높은 열전도성 플래튼을 영역에 대해 배치하는 단계로서, 진공 챔버는, 챔버와 열전도성 플래튼 사이의 진공 시일과 함께, 열전도성 플래튼에 연결되는 진공 벨을 구비하는 것인, 배치하는 단계; 챔버 내로 향하는 분사 디바이스를 통해 플래튼 상으로 물을 분사하는 단계; 챔버에 진공을 인가하고, 증기를 요구되는 냉각된 영역의 외부로 배출하는 단계; 열전도성 플래튼 내에 장착된 열 센서 세트로부터 온도 판독값을 수신하는 단계; 전도성 플래튼을 가로질러 공기의 기둥을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
특정 예들이, 다음과 같은 특징들을 단독으로 또는 임의의 조합으로 포함할 수 있다. 진공 챔버는, 환자의 살에 대해 밀봉되는 진공 벨로서 형성될 수 있다. 진공 챔버는, 일 측면에 냉각 벽을 갖는 밀폐된 체적으로서 형성될 수 있으며, 그리고 냉각 벽은, 환자의 조직과 물리적 접촉 상태로 배치된다.
전도성 플래튼은, 알루미늄일 수 있다. 조직과 접촉하는 비-금속 재료는, 냉각 프로세스 동안 접착 및 조직 손상을 방지할 수 있다. 분사 디바이스는, 열전도성 재료에 부착된 챔버 내에 장착될 수 있다. 액체 매질은, 물일 수 있다. 액체 매질은, 식염수일 수 있다. 액체 매질은, 염화나트륨 용액일 수 있다. 액체 매질은, 염화칼슘 용액일 수 있다. 용액 수준은, 선택된 액체 동결 온도를 제공하도록 선택될 수 있다. 챔버 내의 진공은, 전도성 재료의 표면으로부터 액체의 기화를 유도할 수 있다. 진공 적용은, 밸브 조립체에 의해 제어될 수 있다. 목표 온도는, 지질이 풍부한 세포를 파괴하도록 선택될 수 있다. 목표 온도는, 조직 피부 표면을 손상시키지 않도록 선택될 수 있다. 냉각은, 신체의 원하는 영역에 진통 효과를 제공하도록 선택될 수 있다. 냉각은, 배상 세포를 절제하도록 선택될 수 있다. 냉각은, 정상 상피 세포를 복원하도록 선택할 수 있다. 냉각은, 원하지 않는 위장 세포를 동결하도록 선택될 수 있다. 냉각은, 원하지 않는 양성 세포를 절제하도록 선택될 수 있다. 냉각은, 악성 세포를 절제하도록 선택될 수 있다. 냉각은, 정상적인 위장 세포를 복원하도록 선택될 수 있다. 냉각은, 신체의 원하는 영역에 피부 미백, 즉 저색소침착을 제공하도록 선택될 수 있다. 시스템의 전력은, 태양 전지에 의해 전기로 변환된 태양 에너지를 사용함으로써 제공될 수 있다.
설명의 명확성을 위해, 위의 설명은 모든 가능한 실시예들의 대표적인 샘플, 즉 본 발명의 원리를 교시하고 이것을 수행하기 위해 고려되는 최상의 모드를 전달하는 샘플에 초점을 맞추었다. 본 발명은 설명된 실시예들에 제한되지 않는다. 잘 알려진 특징들은 청구된 발명과 관련된 원리를 불필요하게 모호하게 하는 것을 회피하기 위해 상세하게 설명되지 않았을 수 있다. 본 출원 및 그 관련 파일 기록 전체에 걸쳐, "발명"이라는 용어가 사용될 때, 이는 설명된 사상 및 원리의 전체 모음을 나타낸다; 대조적으로, 배타적 보호 재산권의 형식적 정의는 배타적으로 제어하는 청구범위에 명시되어 있다. 본 설명은 가능한 모든 변형들을 철저하게 열거하도록 시도되지 않았다. 설명되지 않은 다른 변형들 또는 수정들이 가능할 수 있다. 다수의 대안적인 실시예들이 설명되는 경우, 많은 경우에 상이한 실시예들의 요소들을 결합하거나, 또는 여기에 설명된 실시예들의 요소들을 명시적으로 설명되지 않은 다른 수정들 또는 변형들과 결합하는 것이 가능할 것이다. 항목들의 목록은, 별도로 명시적으로 지정되지 않는 한, 항목들 중 임의의 것 또는 전체가 상호 배타적이거나, 또는 항목들 중 임의의 것 또는 전체가 임의의 범주를 포괄한다는 것을 의미하지 않는다. 많은 경우에, 하나의 특징 또는 특징들의 그룹이 설명된 전체 장치 또는 방법과 별도로 사용될 수 있다. 설명되지 않은 많은 대안, 변형, 수정 및 등가물은 다음 청구범위의 문자 그대로 범위 내에 있으며, 다른 것들은 등가물이다. 본 청구범위는 본 명세서에 기술된 특정 세부사항의 일부 또는 전부 없이 실행될 수 있다. 많은 경우에, 본 명세서에 기술된 방법 단계들은 본 명세서에 제시된 것과 다른 순서로 수행될 수 있거나, 또는 순차적이 아니라 병렬로 수행될 수 있거나, 또는 단일 컴퓨터에서 모두가 수행되는 것이 아니라, 컴퓨터 네트워크의 다른 컴퓨터에서 수행될 수도 있다.

Claims (70)

  1. 물체 또는 공간을 냉각하기 위한 장치로서,
    냉각될 물체 또는 공간에 대해 배치되도록 설계되는 냉각 벽을 갖는 진공 챔버;
    상기 진공 챔버 내로 또는 냉각 벽에 대해 물을 분사하도록 설계되는 물 분사기;
    물의 가속화된 증발 및 물체 또는 공간의 냉각을 위해 요구되는 온도로의 냉각 벽의 냉각을 야기하기에 충분할 정도로 상기 진공 챔버 내에서 0.02 atm 미만의 진공을 유지하도록 설계되는 장치
    를 포함하는 것인, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진공 챔버는, 조직, 물체 또는 공간에 대해 밀봉되는 측부에서 개방되는, 개방형 진공 벨(open vacuum bell)로서 형성되는 것인, 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진공 챔버는, 평평한 열전도성 플래튼(platen)에 대해 밀봉되는 진공 벨로서 형성되며, 상기 플래튼은, 조직, 물체 또는 공간과 열 접촉 상태로 배치되도록 설계되는 것인, 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플래튼은, 조직 또는 물체와 상기 플래튼 사이의 물 또는 냉각될 조직의 동결로 인한 접착 및 결과적인 조직 손상을 방지하도록 설계되는, 비-금속 비-점착성 이형 재료(release material)로 코팅되는 것인, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    물은, 물의 어는점을 요구되는 온도로 낮추도록 선택되는 전해질을 용액에 가지고 있는 것인, 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 진공 챔버는, 하나 이상의 열 센서를 포함하며; 그리고
    상기 진공을 유지하는 것은, 상기 하나 이상의 열 센서로부터 열 데이터를 획득하도록, 그리고 물 유량, 진공 압력, 및 전해질 용액 중 하나 이상을 제어하도록, 요구되는 온도 및/또는 냉각 속도를 제어하도록, 및/또는 상기 진공 챔버로의 열 흐름에서 다양한 교란 요인을 수정하도록 설계되는, 컴퓨터에 의해 제어되는 것인, 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    냉각될 조직은, 인간 환자의 조직인 것인, 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    냉각될 조직은, 환자의 지방 조직인 것인, 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    조직의 냉각은, 통증을 감소시키도록 설계되는 것인, 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    조직의 냉각은, 피부를 밝게 하도록 및/또는 저색소침착(hypopigmentation)을 감소시키도록 설계되는 것인, 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    냉각될 조직은, 위장관 내에 있는 것인, 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    냉각될 조직은, 기도 내에 있는 것인, 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    냉각될 조직은, 파괴될 배상 세포(goblet cells)를 포함하는 것인, 장치.
  14. 제7항에 있어서,
    냉각될 조직은, 절제될 악성 세포를 포함하는 것인, 장치.
  15. 제7항에 있어서,
    냉각될 조직은, 추위에 선택적으로 민감한 원하지 않는 양성 세포를 포함하며, 그리고 냉각은, 이러한 원하지 않는 양성 세포를 파괴하도록 설계되는 것인, 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    냉각될 공간은, 냉동 또는 동결 온도로 냉각되는 밀폐된 공간인 것인, 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    냉각될 공간은, 공조 온도로 냉각되는 방인 것인, 장치.
  18. 환자를 치료하는 방법으로서:
    냉각이 치료를 위해 요구되는 환자의 조직에 대해 진공 챔버를 제공하는 단계;
    분무기(mister)로부터 상기 진공 챔버 내로 또는 상기 진공 챔버의 냉각 벽에 대해 물을 분사하는 단계;
    물의 가속화된 증발 및 환자의 조직의 냉각을 위해 요구되는 온도로의 냉각을 야기하기에 충분할 정도로 상기 진공 챔버 내에서 0.02 atm 미만의 진공을 유지하는 단계
    를 포함하는 것인, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 진공 챔버는, 환자의 살에 대해 밀봉되는 진공 벨로서 형성되는 것인, 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 진공 챔버는, 조직, 물체 또는 공간에 대해 밀봉되는 측부에서 개방되는, 개방형 진공 벨로서 형성되는 것인, 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 진공 챔버는, 일 측면에 냉각 벽을 갖는 밀폐된 체적으로서 형성되고, 냉각 벽은, 환자의 조직과 물리적 접촉 상태로 배치되는 것인, 방법.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 진공 챔버는, 평평한 열전도성 플래튼에 대해 밀봉되는 진공 벨로서 형성되며, 상기 플래튼은, 조직, 물체 또는 공간과 열 접촉 상태로 배치되도록 설계되는 것인, 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 플래튼은, 조직과 상기 플래튼 사이의 물 또는 냉각될 조직의 동결로 인한 접착 및 결과적인 조직 손상을 방지하도록 설계되는, 비-금속 비-점착성 이형 재료로 코팅되는 것인, 방법.
  24. 제18항에 있어서,
    물은, 물의 어는점을 요구되는 온도로 낮추도록 선택되는 전해질을 용액에 가지고 있는 것인, 방법.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 진공 챔버는, 하나 이상의 열 센서를 포함하며; 그리고
    상기 진공을 유지하는 것은, 상기 하나 이상의 열 센서로부터 열 데이터를 획득하도록, 그리고 물 유량, 진공 압력, 및 전해질 용액 중 하나 이상을 제어하ㄷ도록, 요구되는 온도 및/또는 냉각 속도를 제어하도록, 및/또는 상기 진공 챔버로의 열 흐름에서 다양한 교란 요인을 수정하도록 설계되는, 컴퓨터에 의해 제어되는 것인, 방법.
  26. 제22항에 있어서,
    냉각될 조직은, 인간 환자의 조직인 것인, 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    냉각될 조직은, 환자의 지방 조직인 것인, 방법.
  28. 제26항에 있어서,
    조직의 냉각은, 통증을 감소시키도록 설계되는 것인, 방법.
  29. 제26항에 있어서,
    조직의 냉각은, 피부를 밝게 하고 및/또는 저색소침착을 감소시키도록 설계되는 것인, 방법.
  30. 제26항에 있어서,
    냉각될 조직은, 위장관 내에 있는 것인, 방법.
  31. 제26항에 있어서,
    냉각될 조직은, 기도 내에 있는 것인, 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    냉각될 조직은, 파괴될 배상 세포를 포함하는 것인, 방법.
  33. 제26항에 있어서,
    냉각될 조직은, 절제될 악성 세포를 포함하는 것인, 방법.
  34. 제26항에 있어서,
    냉각될 조직은, 추위에 선택적으로 민감한 원하지 않는 양성 세포를 포함하며, 그리고 냉각은, 이러한 원하지 않는 양성 세포를 파괴하도록 설계되는 것인, 방법.
  35. 제22항에 있어서,
    냉각될 공간은, 냉동 또는 동결 온도로 냉각되는 밀폐된 공간인 것인, 방법.
  36. 제22항에 있어서,
    냉각될 공간은, 공조 온도로 냉각되는 방인 것인, 방법.
  37. 환자를 치료하기 위한 장치로서,
    치료를 위해 냉각이 필요한 환자의 조직에 대해 배치되도록 설계되는 냉각 벽을 갖는 진공 챔버;
    상기 진공 챔버의 냉각 벽에 대해 물을 분사하도록 설계되는 물 분사기; 및
    물의 가속화된 증발 및 환자의 조직의 냉각을 위해 요구되는 온도로의 냉각을 야기하기에 충분할 정도로 상기 진공 챔버 내에서 0.02 atm 미만의 진공을 유지하도록 설계되는 진공 펌프 및 제어 장치
    를 포함하는 것인, 장치.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 진공 챔버는, 환자의 살에 대해 밀봉되는 진공 벨로서 형성되는 것인, 장치.
  39. 제37항에 있어서,
    상기 진공 챔버는, 조직, 물체 또는 공간에 대해 밀봉되는 측부에서 개방되는, 개방형 진공 벨로서 형성되는 것인, 장치.
  40. 제37항에 있어서,
    상기 진공 챔버는, 일 측면에 냉각 벽을 갖는 밀폐된 체적으로서 형성되며, 그리고 냉각 벽은, 환자의 조직과 물리적 접촉 상태로 배치되는 것인, 장치.
  41. 제37항에 있어서,
    상기 진공 챔버는, 평평한 열전도성 플래튼에 대해 밀봉되는 진공 벨로서 형성되고, 상기 플래튼은, 조직, 물체 또는 공간과 열 접촉 상태로 배치되도록 설계되는 것인, 장치.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 플래튼은, 조직과 상기 플래튼 사이의 물 또는 냉각될 조직의 동결로 인한 접착 및 결과적인 조직 손상을 방지하도록 설계되는, 비-금속 비-점착성 이형 재료로 코팅되는 것인, 장치.
  43. 제37항에 있어서,
    물은, 물의 어는점을 요구되는 온도로 낮추도록 선택되는 전해질을 용액에 가지고 있는 것인, 장치.
  44. 제37항에 있어서,
    상기 진공 챔버는, 하나 이상의 열 센서를 포함하며; 그리고
    상기 진공을 유지하는 것은, 상기 하나 이상의 열 센서로부터 열 데이터를 획득하도록, 그리고 물 유량, 진공 압력, 및 전해질 용액 중 하나 이상을 제어하도록, 요구되는 온도 및/또는 냉각 속도를 제어하도록, 및/또는 상기 진공 챔버로의 열 흐름에서 다양한 교란 요인을 수정하도록 설계되는, 컴퓨터에 의해 제어되는 것인, 장치.
  45. 제37항에 있어서,
    냉각될 조직은, 인간 환자의 조직인 것인, 장치.
  46. 제45항에 있어서,
    냉각될 조직은, 환자의 지방 조직인 것인, 장치.
  47. 제45항에 있어서,
    조직의 냉각은, 통증을 감소시키도록 설계되는 것인, 장치.
  48. 제45항에 있어서,
    조직의 냉각은, 피부를 밝게 하고 및/또는 저색소침착을 감소시키도록 설계되는 것인, 장치.
  49. 제45항에 있어서,
    냉각될 조직은, 위장관 내에 있는 것인, 장치.
  50. 제45항에 있어서,
    냉각될 조직은, 기도 내에 있는 것인, 장치.
  51. 제50항에 있어서,
    냉각될 조직은, 파괴될 배상 세포를 포함하는 것인, 장치.
  52. 제45항에 있어서,
    냉각될 조직은, 절제될 악성 세포를 포함하는 것인, 장치.
  53. 제45항에 있어서,
    냉각될 조직은, 추위에 선택적으로 민감한 원하지 않는 양성 세포를 포함하며, 그리고 냉각은, 이러한 원하지 않는 양성 세포를 파괴하도록 설계되는 것인, 장치.
  54. 물체 또는 공간을 냉각시키는 방법으로서,
    냉각될 조직, 물체 또는 공간과 열 접촉하도록 진공 챔버를 배치하는 단계;
    분무기로부터 상기 진공 챔버 내로 물을 분사하는 단계;
    물의 가속화된 증발 및 주변 온도 미만의 요구되는 온도로의 조직, 물체 또는 공간의 냉각을 야기하기에 충분할 정도로, 상기 진공 챔버 내에서 0.02 atm 미만의 진공을 유지하는 단계
    를 포함하는 것인, 방법.
  55. 제54항에 있어서,
    상기 진공 챔버는, 환자의 살에 대해 밀봉되는 진공 벨로서 형성되는 것인, 방법.
  56. 제54항에 있어서,
    상기 진공 챔버는, 조직, 물체 또는 공간에 대해 밀봉되는 측부에서 개방되는, 개방형 진공 벨로서 형성되는 것인, 방법.
  57. 제54항에 있어서,
    상기 진공 챔버는, 일 측면에 냉각 벽을 갖는 밀폐된 체적으로서 형성되며, 그리고 냉각 벽은, 환자의 조직과 물리적 접촉 상태로 배치되는 것인, 방법.
  58. 제54항에 있어서,
    상기 진공 챔버는, 평평한 열전도성 플래튼에 대해 밀봉되는 진공 벨로서 형성되고, 상기 플래튼은, 조직, 물체 또는 공간과 열 접촉 상태로 배치되도록 설계되는 것인, 방법.
  59. 제58항에 있어서,
    상기 플래튼은, 조직과 상기 플래튼 사이의 물 또는 냉각될 조직의 동결로 인한 접착 및 결과적인 조직 손상을 방지하도록 설계되는, 비-금속 비-점착성 이형 재료로 코팅되는 것인, 방법.
  60. 제54항에 있어서,
    물은, 물의 어는점을 요구되는 온도로 낮추도록 선택되는 전해질을 용액에 가지고 있는 것인, 방법.
  61. 제54항에 있어서,
    상기 진공 챔버는, 하나 이상의 열 센서를 포함하며; 그리고
    상기 진공을 유지하는 것은, 상기 하나 이상의 열 센서로부터 열 데이터를 획득하도록, 그리고 물 유량, 진공 압력, 및 전해질 용액 중 하나 이상을 제어하도록, 요구되는 온도 및/또는 냉각 속도를 제어하도록, 및/또는 상기 진공 챔버로의 열 흐름에서 다양한 교란 요인을 수정하도록 설계되는, 컴퓨터에 의해 제어되는 것인, 방법.
  62. 제54항에 있어서,
    냉각될 조직은, 인간 환자의 조직인 것인, 방법.
  63. 제62항에 있어서,
    냉각될 조직은, 환자의 지방 조직인 것인, 방법.
  64. 제62항에 있어서,
    조직의 냉각은, 통증을 감소시키도록 설계되는 것인, 방법.
  65. 제62항에 있어서,
    조직의 냉각은, 피부를 밝게 하고 및/또는 저색소침착을 감소시키도록 설계되는 것인, 방법.
  66. 제62항에 있어서,
    냉각될 조직은, 위장관 내에 있는 것인, 방법.
  67. 제62항에 있어서,
    냉각될 조직은, 기도 내에 있는 것인, 방법.
  68. 제67항에 있어서,
    냉각될 조직은, 파괴될 배상 세포를 포함하는 것인, 방법.
  69. 제62항에 있어서,
    냉각될 조직은, 절제될 악성 세포를 포함하는 것인, 방법.
  70. 제62항에 있어서,
    냉각될 조직은, 추위에 선택적으로 민감한 원하지 않는 양성 세포를 포함하며, 그리고 냉각은, 이러한 원하지 않는 양성 세포를 파괴하도록 설계되는 것인, 방법.
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