KR20230153525A - 충돌식 냉각을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20230153525A
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존 쥐 달리
매튜 디 호크
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도미니언 에스테틱 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

치료 영역에 지향될 표면을 갖는 하우징, 소스로부터의 전자기 방사선(EMR)을 하우징으로부터 치료 영역에 지향시킬 수 있는, 하우징의 표면 상의 광학적으로 투명한 구역, 및 치료 영역에 지향되는 EMR과 간섭을 회피하면서 치료 영역을 치료적으로 허용 가능한 온도 범위로 유지하기 위해 유체 유동을 치료 영역으로 지향시킬 수 있는, 하우징의 표면 상의 적어도 하나의 개구를 포함하는 제트 충돌식 냉각 장치가 제공된다.

Description

충돌식 냉각을 위한 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHODS FOR IMPINGEMENT COOLING}
관련 출원
본 출원은 전체 내용이 참조에 의해 여기에 포함되는, 2016년 11월 22일 출원된 미국 가출원 제62/497,535호의 이익 및 우선권을 주장한다. 본 출원은 또한 전체 내용이 참조에 의해 여기에 포함되는, 2016년 11월 22일 출원된 미국 가출원 제62/497,521호의 이익 및 우선권을 주장한다. 본 출원은 또한 전체 내용이 참조에 의해 여기에 포함되는 2016년 11월 22일 출원된 미국 가출원 제62/497,519호의 이익 및 우선권을 주장한다. 본 출원은 또한 전체 내용이 참조에 의해 여기에 포함되는, 2017년 11월 22일 출원된 미국 출원 제15/820,699호의 이익 및 우선권을 주장한다.
기술분야
본 개시내용은 일반적으로 냉각 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 충돌식 냉각 장치(impingement cooling apparatus)에 관한 것이다.
피부 아래에 놓여 있는 조직의 온열 치료(hyperthermia treatment) 중의 피부 냉각은 에너지가 피부를 통해 아래에 있는 조직으로 통과하게 하면서 피부를 냉각하고 보호하도록 설계된다. 일 통상의 용례는 냉각을 위해 피부와 접촉하여 배치될 수 있는, 사파이어와 같은 광학적으로 투명하지만 열전도성인 윈도우 재료를 통과하는 에너지를 생성하기 위해 광원을 사용한다. 열전도성 사파이어 윈도우의 주계(perimeter)는 이어서 배관 통로(tubing passage)를 통해 유동하는 냉각수로 냉각된다. 그러나, 이러한 구성에서, 피부 냉각은 매우 불균일한데, 윈도우의 주연부 주위에서 양호한 냉각, 및 윈도우의 중심을 향해 덜 효과적인 냉각을 갖는다. 효과적인 균일한 피부 냉각은 피부와 냉각 플레이트의 열악한 또는 부분 접촉에 의해 또한 저지될 수도 있다.
미용 피부 치료에서의 단기 용례에 있어서, 다른 방법은 극저온 스프레이 냉각(cryogenic spray cooling)을 수반한다. 낮은 비등점을 갖는 액체의 액적은 펄스화된 방식으로 피부 구역에 도포되어, 레이저 에너지의 인가의 직전에 국부 온도를 저하한다. 냉매는 다양할 수도 있지만, 주요 예는 -26℃ 비등점을 갖는 R134a이다. 냉매의 비등점은 매우 효과적인 열전달이다. 그러나, 특정 미용 시술을 위해 요구되는 큰 환자 영역에 걸친 장기 사용은 다수의 실용적인 어려움을 도입한다. 용이한 사용의 어려움의 일부는 냉매 비등점에 대한 피부 영역의 온도 제어 및 열전달과 연계된 변수의 복합 세트를 포함한다. 냉매는 또한 보충되어야 하고, 빈번한 사용은 사무실 공기의 위험 우려인 증기를 도입한다.
일 실시예에서, 충돌식 냉각 장치가 제공된다. 장치는 치료 영역에 지향될 표면을 갖는 하우징을 포함한다. 장치는 소스로부터의 전자기 방사선(EMR)을 하우징으로부터 치료 영역으로 지향시킬 수 있는, 하우징의 표면 상의 광학적으로 투명한 구역을 또한 포함한다. 장치는 치료 영역에 지향되는 EMR과의 간섭을 회피하면서 치료 영역을 치료적으로 허용 가능한 온도 범위로 유지하기 위해 유체 유동을 치료 영역으로 지향시킬 수 있는, 하우징의 표면 상의 적어도 하나의 개구를 또한 포함한다.
몇몇 실시예에서, 개구 중 적어도 하나는 표면의 광학적으로 투명한 구역에 형성된다. 몇몇 실시예에서, 개구를 통해 지향된 유체 유동은 치료 영역에 충돌하기 위한 복수의 유체 제트를 형성한다. 몇몇 실시예에서, 개구는 유체 제트가 EMR에 의해 조사(照射)된 치료 영역의 부분 상에 충돌하는 것을 허용하도록 위치설정된다. 몇몇 실시예에서, 유체 제트의 출구 속도는 치료 영역 상에 형성된 열적 경계층을 최소화하기에 충분하다. 몇몇 실시예에서, 출구 속도는 초당 20 미터 내지 초당 200 미터이다. 몇몇 실시예에서, 개구는 입구 및 출구를 포함하고, 입구 및 출구는 일정한 직경을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 개구는 입구 및 출구를 포함하고, 입구는 개구에 걸친 압력 강하를 감소시키기 위해 출구보다 큰 직경을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 유체 유동은 공기, 물, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 유체 유동은 기류이다.
다른 실시예에서, 표면 냉각 방법이 제공된다. 방법은 치료 영역에 지향될 표면을 갖는 하우징 내에 유체 유동을 수용하는 단계를 포함한다. 방법은 소스로부터 하우징의 표면 상의 광학적으로 투명한 구역을 통해 치료 영역으로 전자기 방사선을 전달하는 단계를 또한 포함한다. 방법은 치료 영역에 지향되는 전자기 방사선과의 간섭을 회피하면서 치료 영역을 치료적으로 허용 가능한 온도 범위로 유지하기 위해 하우징의 표면 상의 적어도 하나의 개구를 통해 치료 영역으로 유체 유동을 지향시키는 단계를 또한 포함한다.
몇몇 실시예에서, 유체 유동을 지향시키는 단계는 치료 영역과 충돌하기 위한 복수의 유체 제트를 형성하는 단계를 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 형성 단계는 치료 영역 상에 형성된 열적 경계층을 최소화하기에 충분한 출구 속도로 개구로부터 유체 제트를 배출하는 단계를 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 출구 속도는 초당 20 미터 내지 초당 200 미터이다. 몇몇 실시예에서, 방법은 유체 제트가 EMR에 의해 조사된 치료 영역의 부분 상에 충돌하게 하기 위해 표면을 위치설정하는 단계를 또한 포함한다. 몇몇 실시예에서, 위치설정 단계는 치료적으로 허용 가능한 온도를 유지하기 위해 표면과 치료 영역 사이의 간격을 조정하는 단계를 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 방법은 유체 유동을 냉각하는 단계를 또한 포함한다. 몇몇 실시예에서, 유체 유동의 냉각된 온도는 영(0)℃ 내지 39℃이다. 몇몇 실시예에서, 유체 유동을 냉각하는 단계는 치료적으로 허용 가능한 온도를 유지하도록 유체 유동의 온도를 조정하는 단계를 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 치료적으로 허용 가능한 온도를 유지하도록 유체 유동의 유량을 조정하는 단계를 또한 포함한다.
예시적인 비한정적인 실시예가 첨부 도면과 함께 취한 이하의 상세한 설명으로부터 더 명백하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 제트 충돌식 냉각 장치의 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 도 1a의 제트 충돌식 냉각 장치의 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 3개의 상이한 제트 충돌 노즐 구성의 사시도이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 도 2a의 3개의 상이한 제트 충돌 노즐 구성의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제트 충돌식 냉각 기류 패턴을 도시하고 있다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 제트 충돌식 냉각 장치의 사시도이다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 도 4a의 제트 충돌식 냉각 장치의 저면도이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 제트 충돌식 냉각 장치의 사시도이다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 도 5a의 제트 충돌식 냉각 장치의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 제트 충돌식 냉각 장치의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 직사각형 제트 충돌식 냉각 장치의 사시도이다.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 다른 직사각형 제트 충돌식 냉각 장치의 사시도이다.
도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 도 8a의 직사각형 제트 충돌식 냉각 장치의 저면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 투명 윈도우가 부착된, 도 4a의 제트 충돌식 냉각 장치의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 투명 윈도우가 부착된, 도 5a의 제트 충돌식 냉각 장치의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 투명 윈도우가 부착된, 도 6의 제트 충돌식 냉각 장치의 사시도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 투명 흡열 냉각팩을 갖는 냉각 장치의 사시도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 투명 흡열 냉각팩의 사시도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 다른 투명 흡열 냉각팩을 갖는 다른 냉각 장치의 사시도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 다른 투명 흡열 냉각팩의 사시도이다.
다양한 예시적인 실시예가 몇몇 예시적인 실시예가 도시되어 있는 첨부 도면을 참조하여 이하에 더 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 개시내용은 다수의 상이한 형태로 실시될 수도 있고 본 명세서에 설명된 예시적인 실시예에 한정되는 것으로서 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 예시적인 실시예는 본 개시내용이 철저하고 완전할 것이도록, 그리고 당 기술 분야의 숙련자들에게 본 개시내용의 범주를 완전히 전달할 것이도록 제공된다. 도면에서, 층 및 구역의 크기 및 상대 크기는 명료화를 위해 과장되어 있을 수도 있다. 유사한 도면 부호는 전체에 걸쳐 유사한 요소를 나타낸다.
달리 정의되지 않으면, 기술 및 과학 용어를 포함하여, 본 명세서에 사용된 모든 용어는 본 개시내용이 속하는 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 예를 들어, 요소가 다른 요소와 "동작식으로 결합되는" 것으로서 언급될 때, 2개의 요소는 하나로부터 다른 하나로의 전기 및/또는 광학 통신을 허용하는 방식으로 결합된다.
본 개시내용의 실시예는 일반적으로 제트 충돌식 냉각 장치를 제공한다. 몇몇 실시예에서, 본 개시내용의 장치는 치료 영역에 지향될 표면을 갖는 하우징, 기류가 치료 영역에 지향되는 것을 허용하도록 표면 내에 형성된 복수의 개구, 및 레이저 에너지가 그를 통해 치료 영역으로 전달되는 것을 허용하기 위한 하우징의 적어도 하나의 광학적 투명부를 포함할 수 있다.
이제 도 1a를 참조하면, 제트 충돌식 냉각 장치(100)가 제공된다. 장치(100)는 일 실시예에서, 치료 영역에 지향될 표면(103)을 갖는 하우징(101)을 포함한다. 기류 제어를 위한 적절한 형상을 보유하고 동작과 연계된 응력 및 힘을 견디기 위해, 하우징(101)은 몇몇 실시예에서, 금속, 플라스틱, 투명 플라스틱, 유리, 폴리카보네이트, 폴리머, 사파이어, 및 임의의 다른 적합한 재료, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 적합한 재료로 구성될 수 있다. 전자기 방사선(electromagnetic radiation: EMR)이 치료 영역에 지향될 표면(101)을 통해 전달되는 것을 허용하는 것이 바람직하면, 광학적 투명 재료로부터, 하우징(101)의 적어도 일부, 특히 표면(103)의 적어도 일부를 형성하는 것이 유리할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 하우징(101)은 표면(103)을 포함하여, 전체적으로 투명할 수 있다. 도 1a에 도시되어 있는 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 하우징(101)의 적어도 주계(101a)는 치료 파장에 불투명할 수도 있다. 유리하게는, 불투명부는 몇몇 실시예에서, 사용자 또는 환자 상의 잠재적 충돌로부터 EMR 치료 에너지를 차단할 수 있다. 부가적으로, 몇몇 실시예에서, EMR이 그를 통해 전달되지 않는 표면(103)의 부분은 투명 재료를 필요로 하지 않을 수도 있다. 그럼에도 불구하고, EMR 빔에 근접한 또는 일치하는 표면(103)의 부분은 일반적으로 EMR의 전달과 간섭하지 않기 위해 광학적으로 투명해야 한다.
제트 충돌식 냉각 장치(100)는 도 1a에 도시되어 있는 바와 같이, 치료 영역 상에 기류를 지향하기 위해 표면(103) 내에 형성된 복수의 개구(105)를 또한 포함할 수 있다. 이제 도 1b를 참조하면, 몇몇 실시예에서, 개구(105)는, 치료 영역에 지향되는 EMR과 간섭을 회피하면서 치료적으로 허용 가능한 온도 범위로 치료 영역을 유지하기 위해 적합한 온도, 유량, 및 출구 유속에서 치료 영역 상에 기류(AF)를 지향하도록 위치될 수 있다. 이를 위해, EMR이 그를 통해 전달하는 표면(103)의 부분(EMR 전달 구역)과 일치하는 또는 밀접하는 개구(105)는 광학적 투명 재료로부터 형성될 수 있다. 다른 개구(105)가 EMR 전달 구역과 정렬되지 않는 한, 이들 개구는 투명할 필요가 없을 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 복수의 개구(105)는 타겟 구역의 적어도 전체 치료 영역에 걸쳐 실질적으로 균일한 냉각을 제공할 수 있는 패턴으로 배열될 수 있는 데, 여기서 치료 영역은 EMR에 의해 조명된 타겟 구역의 부분이다. 몇몇 실시예에서, 실질적으로 균일한 냉각은 타겟 표면의 치료부보다 큰 영역에 걸쳐 연장할 수 있다. 이러한 실시예에서, 시술을 위해 타겟 온도 범위를 유지하기 위해 적절한 에너지를 전달하도록 프로그램된 자동화 메커니즘에 의해 또는 수동으로에 무관하게, 치료 디바이스가 하나의 치료 영역으로부터 다른 치료 영역으로 이동함에 따라, 치료 영역의 전냉각 및 후냉각이 허용된다.
일반적으로, 치료 영역의 효율적인 냉각을 유지하는 인자는 충돌 제트의 출구 속도, 개구(105)의 출구와 치료 영역 사이의 간격, 냉각 공기의 온도, 및 서로에 대한 개구(105)의 위치설정을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 효율적인 냉각을 유지하기 위해, 개구(105)를 나오는 충돌 제트의 출구 속도는 치료 영역의 열적 경계층을 최소화하고, 열적 경계층을 제거하고, 그리고/또는 열적 경계층의 형성을 방지하도록 최소화하기 위해 충분할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 초당 약 20 미터 내지 초당 약 200 미터의 충돌 제트의 출구 속도가 치료 영역의 치료적으로 허용 가능한 온도를 유지하기 위해 충분한 유량을 제공하면서 열적 경계층을 최소화하거나 제거하기 위해 충분할 수 있다. 복수의 개구(105)의 충돌 제트의 특정 출구 속도가 요구되는 한, 출구 속도는 총 공급 공기 유량과 각각의 개구(105)의 총 합계 출구 면적 사이의 관계에 따라 결정될 수 있다. 하나의 특정 예에서, 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있는 바와 같은 9개의 오리피스 구멍을 갖는 장치(100)의 하나의 특정 실시예를 사용하여, 각각의 개구(105)가 0.2286 cm 직경, 및 따라서 0.04129 제곱 cm의 면적을 갖는 출구를 포함하면, 장치(100)는 9×0.04129 = 0.3697 제곱 cm의 총 합계 출구 면적을 가질 것이다. 따라서, 예를 들어 분당 169.9 리터(LPM)의 냉각 공기 공급 유량에 대해, 각각의 개구로부터의 결과적인 출구 속도는 초당 약 76 미터이다. 그러나, 이는 단지 하나의 특정 예일 뿐이고, 다양한 실시예에 따르면, 임의의 크기, 형상, 출구 면적, 총 합계 출구 면적, 또는 이들의 조합을 갖는 임의의 수의 개구(105)가 임의의 유량을 갖는 기류를 지향하는 데 사용될 수 있다는 것이 본 개시내용의 관점에서 명백할 것이다.
일정한 개구(105) 출구 크기, 개구의 출구와 치료 영역 사이의 간격, 및 냉각 공기 온도를 가정하면, 개구(105)의 추가 또는 삭감은 따라서 출구 속도를 감소시키거나 증가시킬 것이다. 일정한 수의 개구(105), 개구의 출구와 치료 영역 사이의 간격, 및 냉각 공기 온도에 있어서, 냉각 능력을 증가시키기 위해, 출구 속도가 증가될 수 있다. 증가된 출구 속도를 지지하기 위해, 하우징(101)에 도입되고 개구(105)를 통해 지향된 냉각 공기의 유량은 증가될 수 있다.
균일한 유동을 촉진하고 원하는 냉각 속도를 유지하기 위해, 사용 중에, 개구(105)는 실질적으로 균일한 냉각을 유지하고 효율적인 제트 충돌식 냉각을 촉진하기 위해 타겟 표면으로부터 이격될 수 있다. 특히, 치료 영역에 대한 개구(105)의 출구의 근접도는 충돌 제트의 충돌 속도 및 유량 특성에 영향을 미치고, 전체 충돌 기하학 구조로 스케일링할 수 있다. 냉각 효율에 관하여, 일반적으로, 장치(100)의 존재가 유동 패턴 및/또는 치료 영역에 걸쳐 균일한 유량을 제공하는 능력과 간섭하지 않는 한, 더 근접한 간격은 더 큰 냉각 효율을 야기한다. 예를 들어, 일정한 출구 속도 및 냉각 공기 온도를 가정하면, 출구와 치료 영역 사이의 간격을 약 0.5 인치 내지 약 0.75 인치 증가시키는 것은 대략 15%의 냉각 효율 손실을 야기한다. 몇몇 실시예에서, 개구(105)와 타겟 표면 사이의 간격은 0.001 인치 내지 1 인치 초과의 범위로 유지될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 간격은 약 0.5 인치일 수 있다. 더 일반적으로, 실질적으로 균일한 냉각이 치료적으로 허용 가능한 온도 범위를 유지하기 위해 치료 영역에 제공될 수 있는 한, 개구(105)와 타겟 표면 사이의 임의의 간격이 사용될 수 있다.
개구(105)의 상대 위치설정에 관하여, 더 촘촘한 패턴, 즉 개구(105) 사이의 간격을 감소시키고 그리고/또는 일정한 크기의 표면(103)에 형성된 개구(105)의 수를 증가시키는 것은 냉각 효율을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 치료 영역 상에 충돌하는 제트들 사이의 간격이 0.8 인치로부터 0.6 인치로 감소되도록 개구(105) 사이의 간격을 감소시키는 것은 약 15%만큼 냉각 효율을 증가시킬 수 있다. 냉각 공기 온도에 관하여, 냉각 효율은 일반적으로 온도가 감소함에 따라 증가한다. 예를 들어, 약 5℃로부터 약 0℃로 냉각 공기 온도를 감소시키는 것은 약 25%만큼 냉각 효율을 증가시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 개구(105)는 임의의 적합한 내부 기하학 구조를 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2a에 도시되어 있는 바와 같이, 입구(201a, 201b, 201c) 및 출구(203a, 203b, 203c)를 각각 갖는, 그 내부에 형성된 3개의 개구(105a, 105b, 105c)를 갖는 표면(103)이 제공된다. 도 2a에 도시되어 있는 바와 같이, 각각의 개구(105a, 105b, 105c)는 유사한 출구(203a, 203b, 203c) 직경을 가지면서 상이한 내부 기하학 구조 및 입구 크기(201a, 201b, 201c)를 포함한다. 이제 도 2b를 참조하면, 제1 개구(105a)는 실린더 형상이고, 여기서 입구(201a) 및 출구(203a) 직경은 실질적으로 유사하다. 제2 개구(105b)는 모따기부(205)에 기인하여 출구(203b)보다 큰 입구(201b)에 근접한 모따기부(205)를 포함한다. 제3 개구(105c)는 입구(201c)로부터 연장하고 출구(203c)를 향해 수렴하는 노즐형 테이퍼부(207)를 포함한다. 일반적으로, 개구(105a, 105b, 105c)의 출구(203a, 203b, 203c)의 직경은 실질적으로 유사하기 때문에, 계산된 출구 속도는 각각의 개구(105a, 105b, 105c)에 대해 실질적으로 유사해야 한다. 그러나, 몇몇 손실은 개구(105a, 105b, 105c)를 가로지르는 압력 강하와 연계된다. 따라서, 제2 개구(105b)의 모따기부(205) 및 제3 개구(105c)의 노즐형 테이퍼부(207)는 더 점진적인 유동 제한을 제공함으로써 압력 강하를 감소시키기 때문에, 제2 및 제3 개구(105b, 105c)의 출구 속도는 제1 개구(105a)의 출구 속도를 초과할 것이다.
부가적으로, 개구(105a, 105b, 105c), 입구(201a, 201b, 201c), 및 출구(203a, 203b, 203c)는 원형 단면을 갖는 것으로서 도 1a 및 도 2a에 도시되고 설명되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 개구(105a, 105b, 105c), 입구(201a, 201b, 201c), 및 출구(203a, 203b, 203c)는 임의의 적합한 단면 형상을 가질 수 있다는 것이 본 개시내용의 관점에서 명백할 것이다. 예를 들어, 단면 형상은 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 난형, 삼각형, 육각형, 팔각형, 임의의 다른 적합한 형상, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
이제 도 3을 참조하면, 일반적으로, 각각의 개구(105)의 출구(203)는 치료적으로 허용 가능한 온도로 치료 영역(T)을 유지하는 것을 촉진하기 위해 치료 영역(T)의 열적 경계층(BL)을 최소화하는 데 충분한 출구 속도에서 충돌 제트를 생성하기 위해 기류를 지향할 수 있다. 특히, 도 3은 개구(105)를 나오는 기류를 위한 유동 맵을 도시하고 있다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 개구(105)의 출구(203)는 자유 제트 구역(301) 및 충돌 구역(303)을 설정하고, 여기서 자유 제트 구역(301)의 기류는 열적 경계층(BL)을 최소화하였다. 충돌 구역(303)에서, 열적 경계층(BL)을 통한 치료 영역(T) 상의 충돌시에, 기류는 치료 영역의 표면을 따라 냉각 효과를 더 확산하기 위해 벽 제트 구역(305)에 재지향될 수 있다. 일반적으로, 열전달은 중심 정체 구역(306)을 향해 최고이고, 벽 구역(305)에서 점진적으로 감소한다.
높은 출구 속도를 갖는 충돌 제트를 제공함으로써, 열적 경계층(BL)은 치료 영역에서 실질적으로 최소화될 수 있어, 비-최소화된 경계층(BL) 조건에 대해 더 높은 표면 열전달 속도를 야기한다. 따라서, 냉각 효율은 일반적으로 더 높은 출구 속도를 제공함으로써 개선될 수 있다. 전술된 바와 같이, 출구 속도는 일반적으로 개구(105)의 총 합계 출구(203) 면적 및/또는 냉각 공기 공급 유량을 조정함으로써 제어될 수 있다.
또한 전술된 바와 같이, 냉각 효율은 또한 출구(203)와 치료 영역(T) 사이의 간격을 제어함으로써 뿐만 아니라 냉각 공기 온도를 조정함으로써 조정될 수 있다. 하나 이상의 센서가 치료 영역(T)의 온도를 모니터링하기 위해 이용 가능하면, 몇몇 실시예에서, 장치(100)는 치료적으로 허용 가능한 온도를 유지하기 위해 센서 피드백에 응답하여 실시간으로 냉각 공기 공급 유량, 냉각 공기 온도, 출구(203)와 치료 영역(T) 사이의 간격, 또는 이들의 조합의 조정을 허용할 수 있다.
도 1a를 참조하면, 장치(100)는 몇몇 실시예에서, 장치(100) 내로 기류(AF)를 수용하기 위한 하나 이상의 저온 공기 포트(107)를 또한 포함할 수 있다. 각각의 포트(107)는 예를 들어, 하우징(101) 내의 개구, 하우징과 유체 연통하는 튜브, 루어 로크 커넥터(luer lock connector), 피팅(fitting), 임의의 다른 적합한 디자인, 또는 이들의 조합을 포함하여, 기류 소스에 연결을 위한 임의의 적합한 디자인, 크기, 또는 형상일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 포트(107)는 하우징(101)과 일체로 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 포트는 하우징(101)에 부착되고, 체결되거나, 다른 방식으로 유체 연통하는 개별 요소일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도 1b에 도시되어 있는 바와 같이, 포트(107)를 통해 전달된 기류를 개구(105)에 분배하기 위해, 하우징(101)은 그 내부에 형성된 플레넘(109)을 또한 포함할 수 있다. 플레넘(109)은 개구(105)로 재지향되도록 하우징(101)의 내부 전체에 걸쳐 기류(AF)를 수집하여 실질적으로 균일하게 분배하기 위한 저장조로서 작용할 수 있다. 따라서, 플레넘(109)은 포트(107)를 통해 전달된 기류를 개구(105)에 실질적으로 균일한 방식으로 분배하기 위해 포트(107) 및 표면(103)의 개구(105)와 유체 연통할 수 있다. 이에 따라, 플레넘(109)은 각각의 개구(105)를 통해 치료 영역 상에 실질적으로 균일한 유동을 제공하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 플레넘(109)은 장치(100)를 위한 모든 개구(105)를 가로질러 실질적으로 균일한 기류 출력을 제공하도록 요구된 바와 같이 내부 배플링(도시 생략)을 포함할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 장치(100)는 치료 영역의 치료를 위해 EMR 소스(ES)가 표면(103)의 EMR 전달 구역을 통해 EMR을 방출하는 것을 허용하기 위한 EMR 포트(111)를 또한 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, EMR 소스(ES)는 예를 들어, 레이저 소스, RF 소스, 광파이버 케이블, 플래시램프 소스, x-레이 소스, 임의의 다른 적합한 EMR 소스 또는 EMR 경로, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 도 1b에 도시되어 있는 바와 같이, EMR 소스(ES)는 EMR 소스(ES)에 의해 방출된 EMR 빔을 균질화하기 위한 EMR 빔 시준기(113)에 결합될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 시준기(113)는 치료 영역 상에 원하는 EMR 빔 형상을 제공하기 위해 빔 팽창기 및/또는 다른 빔 성형 광학 요소와 같은 광학 요소(115) 상에 입사될 수 있다. 특히, 도 1b에 도시되어 있는 바와 같이, EMR은 팽창 방식으로 방출되기 때문에, EMR 빔은 EMR 소스(ES)로부터 EMR이 도입되는 하우징(101)의 입력 윈도우(117)에 근접하여 비교적 좁다. EMR 빔은 이어서 크기가 팽창하여, 더 진행하여 팽창된 비교적 큰 영역에 걸쳐 치료 영역을 조명한다. 몇몇 실시예에서, 빔 팽창은 빔에 의해 교차된 개구(105)의 수를 최소화하여, 이에 의해 표면(103)의 투명한 전달 구역에 형성된 개구(105)에 의해 유발된 임의의 반사 또는 산란으로부터 광학 손실을 최소화하도록 구성될 수 있다. 분기 EMR 빔인 것으로서 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있지만, 예를 들어, 시준된 빔, 집속된 빔, 수렴 빔, 팽창 빔, 직선화된 팽창된 빔 등을 포함하여 다양한 실시예에 따라 사용될 수 있는 임의의 빔 형상이 마찬가지로 유사한 충돌 제트 냉각과 함께 사용될 수도 있다는 것이 본 개시내용의 관점에서 명백할 것이다. 게다가, 도 1a 및 도 1b는 하우징(101)과 동심으로 전달하는 단일의 EMR 빔을 도시하고 있지만, 몇몇 실시예에서, 임의의 수의 EMR 빔이 하우징(101)에 대해 입사각에서 동심으로, 비-동심으로, 하우징(101)을 통해, 또는 임의의 다른 적합한 빔 경로를 따라 전달될 수 있다는 것이 본 개시내용의 관점에서 명백할 것이다.
몇몇 실시예에서, 팽창된 빔의 충돌 푸트프린트보다 큰 개구(105)의 패턴을 표면(103)에 제공함으로써, 장치(100)는 EMR 빔에 의해 조사된 전체 치료 영역에 걸쳐, 뿐만 아니라 치료 영역을 둘러싸는 고리 내에 실질적으로 균일한 냉각을 또한 제공할 수 있다. 이러한 부가의 냉각은 EMR 빔 산란 및/또는 분기에 기인하여 분기된 표유 EMR 에너지에 의해 조사되기 쉬운 인접 영역에 냉각을 유리하게 제공할 수 있다. 더욱이, 이러한 인접 냉각은 또한 EMR 빔이 치료 영역을 가로질러 스캐닝되는 치료 프로토콜을 위한 전 및 후치료 냉각을 유리하게 제공할 수 있다.
이제 도 4a를 참조하면, 다른 실시예에서, 제트 충돌식 냉각 장치(400)는 EMR의 전달 경로 상의 기류 특징의 침범을 최소화하도록 구성된 하우징(401)을 포함할 수 있다. 하우징(401)은 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니지만, 치료 영역 상에 적절한 기류 및 EMR 전달 특징을 제공하도록 요구되는 바와 같이 도 1을 참조하여 전술된 하우징(101)과 유사한 재료로 구성될 수 있다.
도 4a를 계속 참조하면, 하우징(401)은 하우징(401)의 플레넘(409) 내로 기류를 전달하기 위한 포트(407)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 포트(407) 및 플레넘(409)은 예를 들어, 도 1을 참조하여 전술된 포트(107) 및 플레넘(109)과 실질적으로 유사할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 플레넘(409)은 포트(407)를 통해 수신된 기류(AF)를 실질적으로 균일하게 복수의 공기 튜브(403)에 분배하는 것을 보조하기 위해 하우징 내에 형성된 복수의 배플(411)을 포함할 수 있다.
도 4a에 도시되어 있는 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 공기 튜브(403)는 기류(AF)를 치료 영역에 지향하기 위해 하우징(401)의 배플(411)로부터 치료 영역을 향해 연장할 수 있다. 부가적으로, 각각의 공기 튜브(403)는 기류(AF)가 그를 통해 치료 영역으로 지향될 수 있는 개구(405)를 포함할 수 있다. 개구(405)는 다양한 실시예에 따르면, 예를 들어 도 1 및 도 2를 참조하여 전술된 바와 같은 개구(105)와 실질적으로 유사할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 공기 튜브(403)는, 치료 영역에 지향되는 EMR과 간섭을 최소화하면서 치료적으로 허용 가능한 온도 범위로 치료 영역을 유지하기 위해 적합한 온도, 유량, 및 출구 유속에서 개구(405)를 통해 치료 영역 상에 기류(AF)를 지향하도록 위치될 수 있다. 이를 위해, 이제 도 4b를 참조하면, EMR이 그를 통해 전달되는 하우징(401)의 구역(EMR 전달 구역)과 일치하는 또는 밀접하는 정렬된 공기 튜브(403a), 뿐만 아니라 정렬된 공기 튜브(403a)가 그로부터 연장하는 배플(411)이 광학적 투명 재료로부터 형성될 수 있다. 부가적으로, EMR 전달 구역과 일치하는 또는 밀접하는 정렬된 공기 튜브(403a)의 수는 최소화되고 치료 영역의 실질적으로 균일한 냉각을 또한 제공하면서 가능한 한 적은 EMR 전달 구역을 점유하도록 구성될 수 있다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 대부분의 EMR 전달 구역은 완전히 비차단될 수 있다. EMR 전달 구역과 일치하거나 근접하지 않는 다른 공기 튜브(403b)는 투명할 필요가 없을 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 복수의 공기 튜브(403)는 타겟 구역의 적어도 전체 치료 영역에 걸쳐 실질적으로 균일한 냉각을 제공할 수 있도록 위치될 수 있는 데, 여기서 치료 영역은 EMR에 의해 조명된 타겟 구역의 부분이다. 몇몇 실시예에서, 실질적으로 균일한 냉각은 치료 영역의 전 및 후냉각을 허용하도록 타겟 표면의 치료 영역보다 큰 영역에 걸쳐 연장할 수 있다. 균일한 유동을 촉진하고 원하는 냉각 속도를 유지하기 위해, 사용 중에, 공기 튜브(403)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 전술된 바와 같이, 실질적으로 균일한 냉각을 유지하고 효율적인 제트 충돌식 냉각을 촉진하기 위해 타겟 표면으로부터 이격될 수 있다.
이제 도 5a를 참조하면, 다른 실시예에서, 제트 충돌식 냉각 장치(500)는 하우징(501)을 포함할 수 있고, 그 대부분은 사용자 또는 환자의 비치료 영역 상의 잠재적인 충돌로부터 EMR 치료 에너지를 차단하기 위해 치료 파장에 불투명하다. 이를 위해, 하우징(501)은 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니지만, EMR 전달 구역의 외부의 EMR 치료 에너지를 차단하도록 요구되는 바와 같이, 도 1을 참조하여 전술된 하우징(101)과 유사한 재료로 구성될 수 있다.
장치(500)는 EMR 입력 표면(501a) 및 치료 영역에 지향되기 위한 대향 표면(503)을 포함하는 실질적으로 불투명 하우징(501)을 포함할 수 있다. 하우징(501)의 입력 표면(501a) 및 치료 영역에 지향되기 위해 대향 표면(503)을 통해 EMR이 전달되는 것을 허용하도록 하우징(501)의 EMR 전달 구역을 제공하는 것이 바람직하면, EMR 입력 표면(501a)은 EMR 소스(ES)로부터 전달된 EMR이 그를 통해 전달되는 것을 허용하기 위한 광학적으로 투명한 입력 윈도우(502)를 포함할 수 있다. 부가적으로, 대향 표면(503)은 입력 윈도우(502)를 통해 전달된 EMR이 그를 통해 전달되고 따라서 치료 영역으로 지향되는 것을 허용하기 위한 광학적으로 투명한 출력 윈도우(504)를 포함할 수 있다. 그를 통한 EMR 전달을 용이하게 하기 위해, 입력 윈도우(502) 및 출력 윈도우(504)는 예를 들어, 투명 플라스틱, 유리, 폴리카보네이트, 사파이어, 임의의 다른 적합한 광학적으로 투명한 재료, 또는 이들의 조합을 포함하는 임의의 적합한 광학적으로 투명한 재료로 구성될 수 있다.
장치(500)는 대향 표면(503) 내에 형성된 복수의 개구(505) 및 치료 영역 상에 기류를 지향하기 위한 출력 윈도우(504)를 또한 포함할 수 있다. 복수의 개구(505)의 각각은 예를 들어, 도 1 및 도 2를 참조하여 전술된 개구(105)와 실질적으로 유사하게 구성될 수 있다. 장치(500)는 하우징(501) 내로 기류를 수용하기 위한 적어도 하나의 저온 공기 포트(507)를 또한 포함할 수 있다. 도 5b에 도시되어 있는 바와 같이, 일 실시예에서, 장치(500)는 전달된 저온 공기의 더 균일한 분배를 제공하기 위한 3개의 저온 공기 포트(507)를 포함할 수 있다. 각각의 저온 공기 포트(507)는 예를 들어, 도 1을 참조하여 전술된 저온 공기 포트(107)와 실질적으로 유사하게 구성될 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, 다른 실시예에서, 제트 충돌식 냉각 장치(600)는 하우징(601)의 EMR 전달 구역 내의 공기 튜브(603)의 배치를 회피하도록 제공될 수 있다. 하우징(601)은 공기 튜브(603)가 그로부터 EMR 전달 구역에 인접하여 연장하지만 그 내로는 연장하지 않고 여전히 EMR에 의해 조명된 치료 영역 상에 충돌하도록 기류를 지향할 수 있는 그 내부에 형성된 하나 이상의 리세스(602)를 포함할 수 있다. 특히, EMR은 팽창 방식으로 방출되기 때문에, EMR 빔은 EMR 소스(ES)로부터 EMR이 도입되는 하우징(601)의 입력 윈도우(604)에 근접하여 비교적 좁다. EMR 빔은 이어서 크기가 팽창하여, 더 진행하여 팽창된 비교적 큰 영역에 걸쳐 치료 영역을 조명한다. 따라서, 공기 튜브(603)가 하우징(601) 내의 EMR 투고 구역에 인접하나 그 내에 있지 않지만, 공기 튜브(603)의 개구(605)에 의해 생성된 공기 제트는 EMR에 의해 조명된 부분과 일치하는 치료 영역 상에 충돌할 수 있다. 부가적으로, 몇몇 실시예에서, 하우징(601)은 그 내부에 수용된 공급 기류(AF)의 실질적으로 균일한 분포를 제공하기 위해 입력 윈도우를 둘러싸는 플레넘(도시 생략)을 포함할 수 있다.
기류 특성을 보존하고 동작 요구를 견디기 위해, 하우징(601)은 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니지만, 도 1을 참조하여 전술된 하우징(101)과 유사한 재료로 구성될 수 있다. 공기 튜브(603) 및 개구(605)는 예를 들어, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 전술된 공기 튜브(403) 및 개구(405)와 유사할 수 있다.
특히 큰 치료 영역에 걸친 스캐닝 치료 패턴을 용이하게 하기 위해, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 직사각형 하우징(701)을 갖는 제트 충돌식 냉각 장치(700)가 제공될 수 있다. 하우징은 치료 영역에 지향될 표면(703)을 포함한다. EMR이 치료 영역에 지향될 하우징(701)을 통해 전달되면, 하우징(701)은 몇몇 실시예에서, 적어도 부분적으로 광학적으로 투명한 재료로 구성될 수 있다. 장치(700)는 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 치료 영역 상에 기류(AF)를 지향하기 위해 표면(703) 내에 형성된 복수의 개구(705)를 또한 포함할 수 있다. 도 7을 계속 참조하면, 장치(700)는 개구(705)를 통해 지향될 하우징(701) 내로 기류(AF)를 수용하기 위한 저온 공기 포트(707)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 하우징(701), 표면(703), 개구(705), 및 포트(707)의 각각은 예를 들어, 도 1을 참조하여 전술된 바와 같은 하우징(101), 표면(103), 개구(105), 및 포트(107)와 실질적으로 유사할 수 있다.
이제 도 8a를 참조하면, 다른 실시예에서, 제트 충돌식 냉각 장치(800)는 하우징(801)의 EMR 전달 구역 내의 공기 튜브(803)의 배치를 회피하면서 특히 큰 치료 영역에 걸쳐 스캐닝 치료 패턴을 용이하게 하기 위한 직사각형 하우징(801)을 구비할 수 있다. 이와 관련하여, 하우징(801)은 치료 영역에 지향될 표면(802) 및 EMR 전달 구역을 형성하기 위해 하우징(801) 내에 형성된 세장형 직사각형 구멍(804)을 포함할 수 있다. EMR 전달 구역 내의 공기 튜브의 배치를 회피하기 위해, EMR 소스(ES)는 구멍(804)을 통해 팽창하는 세장형 EMR 빔을 투사하도록 구성될 수 있다. 따라서, EMR 빔은 도 6을 참조하여 전술된 바와 같이 팽창 빔이기 때문에, 공기 튜브(803)는 도 8b에 도시되어 있는 바와 같이, EMR 전달 구역에 인접하여 연장하지만 그 내로는 연장하지 않고 치료 영역의 실질적으로 균일한 냉각을 제공하기 위해 EMR에 의해 조명된 치료 영역 상에 충돌하도록 공기 튜브(803)의 개구(805)를 통해 기류를 여전히 지향할 수 있다. 더욱이, 부가의 공기 튜브(803)가 EMR 전달 구역의 외부에 부가의 개구(805)를 제공하기 때문에, 냉각은 치료 영역에 인접한 영역에 제공될 수 있다. 이러한 인접 냉각은 유리하게는 장치가 치료 중에 이동되거나 스캐닝될 때 치료 영역의 전 및 후냉각을 허용할 수 있다. 따라서, 냉각은 특정 치료 영역을 위한 치료 기간 중에, 뿐만 아니라 인접 치료 영역을 위한 체류 시간 중에 발생할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 장치(800)는 개구(705)를 통해 지향될 하우징(801) 내로 기류(AF)를 수용하기 위한 저온 공기 포트(807)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 하우징(801), 표면(802), 개구(805), 및 포트(807)의 각각은 예를 들어, 도 1을 참조하여 전술된 바와 같은 하우징(101), 표면(103), 개구(105), 및 포트(107)와 실질적으로 유사할 수 있다. 공기 튜브(803)는 예를 들어, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 전술된 바와 같은 공기 튜브(403)와 실질적으로 유사할 수 있다.
윈도우 냉각
몇몇 용례에서, 충돌 공기가 치료 영역 상에 직접 충돌하는 것을 방지하는 것, 예를 들어 치료 영역의 변형 또는 오염을 방지하는 것이 바람직할 수도 있다. 이러한 실시예에서, 치료 영역에 충돌하기보다는, 개구로부터 나오는 공기 제트는 대신에 투명한 열전도성 윈도우 상에 충돌하도록 구성될 수 있다. 특히, 윈도우의 충돌식 냉각에 의해 발생된 냉각 열전달은 유리하게는 치료 영역에 전달된 EMR과 간섭하지 않고 윈도우의 전체 표면을 가로질러 열을 제거하는 데 효과적일 수 있다. 유리하게는, 윈도우를 가로질러 유동하는 냉각된 공기가 EMR에 투명하고, 따라서 윈도우의 전체 표면을 냉각할 수 있다. 대조적으로, 종래의 윈도우 냉각 디자인은 유체 튜브가 투명하지 않기 때문에 주계 냉각에 제한되어 있다. 더욱이, 이러한 디자인은 윈도우의 열전도도에 의해 크기가 제한되어 전술된 바와 같이 윈도우 에지에 열을 전도하고 불균일한 냉각을 생성한다.
냉각을 위한 윈도우는 특정 시술을 위해 적합한 바와 같은 임의의 크기로 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 윈도우 제트 충돌 장치(900)는 공기 튜브(403)의 개구(405) 외부로 지향된 기류에 의해 충돌되기 위해 그에 장착된 윈도우(901)를 갖는 도 4a 및 도 4b의 제트 충돌 장치(400)를 포함하도록 제공된다. 윈도우(901)는 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 장치(900)가 치료 영역 사이에서 이동함에 따라, 치료 영역의 전 및 후냉각을 제공하도록 환자 상에 더 큰 냉각 영역을 제공하기 위한 하우징(401)의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다. 광학적 투명성 및 충분한 냉각을 제공하기 위해 적절한 바와 같이, 윈도우(901)는 몇몇 실시예에서, 예를 들어 유리, 광학적으로 투명한 플라스틱, 사파이어, 임의의 다른 적합한 재료, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 적합한 투명한 열전도성 재료를 포함할 수 있다.
이제 도 10을 참조하면, 윈도우 제트 충돌 장치(1000)는 표면(503)의 개구(505) 외부로 지향된 기류에 의해 충돌되기 위해 장착 포스트(1003)를 통해 그에 장착된 윈도우(1001)를 갖는 도 5a 및 도 5b의 제트 충돌 장치(500)를 포함하도록 제공된다. 윈도우(1001)는 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 치료 영역의 외부의 환자의 직접 제트 충돌식 냉각을 여전히 허용하면서 EMR에 의해 조명된 치료 영역 내에 윈도우 냉각을 제공하기 위한 하우징(501)의 직경보다 작은 직경을 가질 수 있다. 따라서, 장치는 장치(1000)가 치료 영역 사이에서 이동함에 따라 치료 영역의 전 및 후냉각 중에 직접 제트 충돌식 냉각을 제공할 수 있다. 광학적 투명성 및 충분한 냉각을 제공하기 위해 적절한 바와 같이, 윈도우(1001)는 몇몇 실시예에서, 예를 들어 유리, 광학적으로 투명한 플라스틱, 사파이어, 임의의 다른 적합한 재료, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 적합한 투명한 열전도성 재료를 포함할 수 있다. 유리하게는, 더 작은 윈도우는 더 낮은 제조 비용을 제공하고 장치(1000)의 이동 중에 윈도우와 치료 영역 사이의 마찰을 감소시킬 수 있다.
이제 도 11을 참조하면, 윈도우 제트 충돌 장치(1100)는 공기 튜브(603)의 개구(605) 외부로 지향된 기류에 의해 충돌되기 위해 그에 장착된 윈도우(1101)를 갖는 도 6의 제트 충돌 장치(600)를 포함하도록 제공된다. 윈도우(1101)는 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 치료 영역 상에 직접 충돌을 갖지 않고 전 또는 후냉각을 갖지 않고 정밀한 냉각 영역을 제공하도록 하우징(601)의 직경과 대략 동일한 직경을 가질 수 있다. 따라서, 장치(1100)는 치료 중에 사용을 위한 콤팩트한 조작 가능한 핸드 피스(hand piece)를 제공할 수 있다. 광학적 투명성 및 충분한 냉각을 제공하기 위해 적절한 바와 같이, 윈도우(1101)는 몇몇 실시예에서, 예를 들어 유리, 광학적으로 투명한 플라스틱, 사파이어, 임의의 다른 적합한 재료, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 적합한 투명한 열전도성 재료를 포함할 수 있다.
투명한 흡열 요소
몇몇 실시예에서, 광학적으로 투명한 흡열 "저온팩"이 바람직할 수도 있다. 이러한 실시예에서, 광학적으로 투명한 흡열 "저온팩"은 치료 영역의 냉각을 제공하기 위해 치료 영역 상에 배치될 수 있다.
이제 도 12를 참조하면, 투명한 흡열 냉각팩(1300)을 갖는 냉각 장치(1200)가 치료 영역을 냉각하면서 치료를 제공하기 위해 제공된다. 일 실시예에서, 냉각 장치(1200)는 치료 영역에 치료를 제공하기 위한 EMR 소스(1201)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, EMR 소스(1201)는 예를 들어, 레이저 소스, RF 소스, 광파이버 케이블, 레이저 시준기, 플래시램프 소스, x-레이 소스, 및 임의의 다른 적합한 EMR 소스, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 냉각 장치(1200)는 EMR 소스(1201)와 치료 영역 사이에 바람직한 거리를 유지하기 위한 이격 요소(1203)를 또한 포함할 수 있다. 이격 요소(1203)는 예를 들어, 도 12에 도시되어 있는 바와 같은 로드(rod)를 포함하여, EMR 소스(1201)와 치료 영역 사이의 간격을 유지하는 것이 가능한 임의의 적합한 구조체를 포함할 수 있다. 냉각 장치(1200)는 흡열 냉각팩(1300)을 수용하여 치료 영역에 대해 제거 가능하게 보유하여 치료 영역에 냉각을 제공하기 위한 수용기(1205)를 또한 포함할 수 있다.
이제 도 13을 참조하면, 냉각팩(1300)은 몇몇 실시예에서, 예를 들어, 광학적으로 투명한 플라스틱, 유리, 아크릴, 폴리에틸렌, 셀룰로오스, 폴리비닐, 임의의 다른 적합한 광학적으로 투명한 재료, 또는 이들의 조합과 같은, 그 내부에 시약을 보유하기 위한 임의의 적합한 재료로 구성될 수 있는 외부팩(1301)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 냉각팩(1300)은 광학적으로 투명한 시약 및 생성물을 갖는 흡열 반응을 생성하기 위해 적합한 임의의 2개 이상의 시약(1303, 1305)으로 충전될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 나트륨 티오설페이트염이 광학적으로 투명한 결정을 갖고, 물에 의한 용해시에, 양호한 광학적 전달을 제공한다. 그러나, 유사한 특성 및 투명 용액을 갖는 임의의 다른 적합한 재료가 몇몇 실시예에서 사용될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 몇몇 실시예에서, 파괴 가능한 또는 분쇄 가능한 플라스틱 또는 유리 분할기(1307)는, 팩(1300)이 사용될 때까지 시약(1303, 1305)을 분리 유지하도록 제공될 수 있는 데, 여기서 분할기(1307)는 파괴되어 시약(1303, 1305)을 접촉하게 하여 흡열 반응을 시작할 수 있다.
일반적으로, 저온팩(1300)은 치료 영역에 치료를 제공하기 위해 충분한 시간 지속하는 흡열 반응을 생성할 수 있지만, 몇몇 용례에서 치료를 위해 충분한 냉각 시간을 제공하기 위해 시술을 정지하고 저온팩(1300)을 교체할 필요가 있을 수도 있다. 저온팩(1300)은 또한 유해한 EMR 에너지 감쇠를 방지하기 위해 충분히 좁은 두께를 유지하도록 설계될 수 있다. 일반적으로, 이러한 감쇠는 약 1 cm 이하의 총 충전 두께를 갖는 저온팩(1300)에 대해 회피될 수 있다. 일반적으로, 두께는 저온팩(1300)에 제공된 시약(1303, 1305)의 체적에 의해 지시된다. 그러나, 몇몇 실시예에서, 저온팩(1300) 전체에 걸쳐 제어된 일정한 두께를 제공하기 위해, 저온팩(1300)은 하나 이상의 플라스틱 스페이서 구조체(도시 생략)를 포함할 수 있고 또는 용액은 사전결정된 두께를 갖는 광학적으로 투명한 자유 입자(도시 생략)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 5 mm 직경을 갖는 투명한 플라스틱 사파이어가 포함될 수 있다. 이러한 실시예에서, 시약 함량을 최대화하기 위해, 외부팩(1301)은 매우 얇은 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 외부팩(1301)은 약 0.003 인치 내지 약 0.015 인치의 두께를 가질 수 있다. 부가적으로, 이러한 얇은 외부팩(1301) 재료는 치료 영역의 임의의 윤곽에 합치하기 위한 유연한 표면을 제공함으로써 치료 영역과의 완전 접촉을 촉진하는 것을 돕는다.
이제 도 14를 참조하면, 더 큰 영역에 걸쳐 냉각이 요구되면, 직사각형 투명한 흡열 냉각팩(1500)을 갖는 냉각 장치(1400)가 치료 영역을 냉각하면서 치료를 제공하기 위해 제공된다. 몇몇 실시예에서, 장치(1400)는 치료 영역에 치료를 제공하기 위한 EMR 소스(1401)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, EMR 소스(1401)는 예를 들어, 레이저 소스, RF 소스, 광파이버 케이블, 레이저 시준기, 플래시램프 소스, x-레이 소스, 및 임의의 다른 적합한 EMR 소스, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 냉각 장치(1400)는 EMR 소스(1401)와 치료 영역 사이에 바람직한 거리를 유지하기 위한 이격 요소(1403)를 또한 포함할 수 있다. 이격 요소(1403)는 예를 들어, 도 12에 도시되어 있는 바와 같은 직사각형 피라미드형 스페이서를 포함하여, EMR 소스(1401)와 치료 영역 사이의 간격을 유지하는 것이 가능한 임의의 적합한 구조체를 포함할 수 있다. 냉각 장치(1400)는 흡열 냉각팩(1500)을 수용하여 치료 영역에 대해 제거 가능하게 보유하여 치료 영역에 냉각을 제공하도록 구성된 수용기(1405)를 또한 포함할 수 있다. 일반적으로, 수용기(1405)는 예를 들어, 도 12를 참조하여 전술된 수용기(1205)와 실질적으로 유사할 수 있다.
이제 도 15를 참조하면, 직사각형 냉각팩(1500)은 외부팩(1501), 시약(1503, 1505), 및 분할기(1507)를 포함할 수 있다. 외부팩(1501), 시약(1503, 1505), 및 분할기(1507)의 각각은 예를 들어, 도 13을 참조하여 전술된 외부팩(1301), 시약(1303, 1305), 및 분할기(1307)와 실질적으로 유사할 수 있다.
본 개시내용은 그 특정 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 개시내용의 진정한 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 다양한 변경이 이루어질 수도 있고 등가물이 치환될 수도 있다는 것이 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 이해되어야 한다. 게다가, 본 개시내용의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고, 다수의 수정이 특정 상황, 지시, 재료 및 물질의 조성, 프로세스 단계 또는 단계들에 적응되도록 이루어질 수도 있다. 모든 이러한 수정은 여기에 첨부된 청구범위의 범주 내에 있도록 의도된다.

Claims (36)

  1. 타겟 구역을 냉각하는 방법으로서,
    제1 치료 영역에 냉각을 제공하도록 치료 장치로부터 상기 타겟 구역의 제1 치료 영역으로 유체 유동을 지속적으로 지향시키는 단계로서, 상기 유체 유동이 상기 치료 장치의 윈도우의 광학적으로 투명한 구역 상의 복수의 개구를 통과하는, 단계;
    상기 윈도우의 광학적으로 투명한 구역을 통해 상기 치료 장치로부터 지향되는 전자기 방사선(EMR)에 상기 제1 치료 영역을 노출시키는 단계; 및
    상기 제1 치료 영역으로부터 상기 타겟 구역의 제2 치료 영역으로 자동화 메커니즘으로 상기 치료 장치를 자동으로 이동시키는 단계;
    를 포함하고,
    상기 유체 유동은 EMR과 간섭되지 않는 것인 타겟 구역을 냉각하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자동화 메커니즘은 상기 타겟 구역에서 타겟 온도 범위를 유지하도록 적절한 양의 EMR을 전달하도록 프로그램된 것인 타겟 구역을 냉각하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 개구의 각 개구를 나오는 상기 유체 유동은 초당 20 미터 내지 초당 200 미터의 속도를 갖는 것인 타겟 구역을 냉각하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 개구의 각 개구를 나오는 상기 유체 유동은 치료 영역 상에 형성된 열적 경계층을 최소화하기 위해 충분한 속도를 갖는 것인 타겟 구역을 냉각하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유체는 EMR에 투명한 것인 타겟 구역을 냉각하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    EMR은 광 방사선인 것인 타겟 구역을 냉각하는 방법.
  7. 치료 영역의 표면을 냉각하는 방법으로서,
    치료 장치의 경로를 따라 유체 유동을 지속적으로 제공하는 단계로서, 상기 경로는 복수의 충돌 제트를 형성하도록 유체 유동이 나갈 수 있는 복수의 개구가 제공되는 광학적으로 투명한 구역을 구비한 윈도우에서 끝나며, 각 충돌 제트는 유체 유동 속도를 갖는, 단계;
    상기 충돌 제트를 상기 표면을 향해 지향시켜 상기 윈도우와 상기 표면 사이의 경계층을 구비한 충돌 구역과 자유 제트 구역을 생성하도록 상기 치료 장치를 위치설정하는 단계; 및
    상기 경계층을 최소화하도록 선택된 범위에서 상기 속도를 유지하여 상기 표면을 냉각시키는 단계
    를 포함하는 치료 영역의 표면을 냉각하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    속도 범위는 초당 20 미터 내지 초당 200 미터인 것인 치료 영역의 표면을 냉각하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 치료 영역은 타겟 구역의 제1 치료 영역이고,
    상기 치료 영역의 표면을 냉각하는 방법은,
    상기 윈도우의 광학적으로 투명한 구역을 통해 상기 치료 장치로부터 지향되는 전자기 방사선(EMR)에 상기 제1 치료 영역을 노출시키는 단계; 및
    상기 제1 치료 영역으로부터 상기 타겟 구역의 제2 치료 영역으로 자동화 메커니즘으로 상기 치료 장치를 자동으로 이동시키는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 충돌 제트는 EMR과 간섭되지 않는 것인 치료 영역의 표면을 냉각하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유체는 EMR에 투명한 것인 치료 영역의 표면을 냉각하는 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    EMR은 광 방사선인 것인 치료 영역의 표면을 냉각하는 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    위치설정하는 단계는 상기 윈도우와 상기 표면 사이의 거리를 유지하는 것을 더 포함하는 것인 치료 영역의 표면을 냉각하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 거리는 0.001 내지 1 인치인 것인 치료 영역의 표면을 냉각하는 방법.
  14. 타겟 구역을 냉각하는 방법으로서,
    치료 장치의 경로를 따라 유체 유동을 지속적으로 제공하는 단계로서, 상기 경로는 복수의 충돌 제트를 형성하도록 유체 유동이 나갈 수 있는 복수의 개구가 제공되는 광학적으로 투명한 구역을 구비한 윈도우에서 끝나며, 각 충돌 제트는 유체 유동 속도를 갖는, 단계;
    상기 충돌 제트를 상기 타겟 구역의 제1 치료 영역의 표면을 향해 지향시켜 상기 윈도우와 상기 표면 사이의 경계층을 구비한 충돌 구역과 자유 제트 구역을 생성하도록 상기 치료 장치를 위치설정하는 단계;
    상기 윈도우의 광학적으로 투명한 구역을 통해 상기 치료 장치로부터 지향되는 전자기 방사선(EMR)에 상기 표면을 노출시키는 단계;
    상기 경계층을 최소화하도록 선택된 범위에서 상기 속도를 유지하여 상기 표면을 냉각시키는 단계; 및
    상기 제1 치료 영역으로부터 상기 타겟 구역의 제2 치료 영역으로 자동화 메커니즘으로 상기 치료 장치를 자동으로 이동시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 유체 유동은 EMR과 간섭되지 않는 것인 타겟 구역을 냉각하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 속도는 초당 20 미터 내지 초당 200 미터인 것인 타겟 구역을 냉각하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 유체는 EMR에 투명한 것인 타겟 구역을 냉각하는 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    EMR은 광 방사선인 것인 타겟 구역을 냉각하는 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    위치설정하는 단계는 상기 윈도우와 상기 표면 사이의 거리를 유지하는 것을 더 포함하는 것인 타겟 구역을 냉각하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 거리는 0.001 내지 1 인치인 것인 타겟 구역을 냉각하는 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 자동화 메커니즘은 상기 타겟 구역에서 타겟 온도 범위를 유지하도록 적절한 양의 EMR을 전달하도록 프로그램된 것인 타겟 구역을 냉각하는 방법.
  21. 충돌식 냉각 장치로서,
    치료 영역으로 지향된 표면 및 유체 유동을 수용하기 위한 적어도 하나의 포트를 갖는 이동가능한 하우징으로서, 상기 치료 영역에 대해 이동할 수 있는 이동가능한 하우징;
    전자기 방사선(EMR) 빔을 발생시키기 위한, 상기 이동가능한 하우징에 결합되는 전자기 방사선(EMR) 소스;
    광학적으로 투명한 재료로 형성되는, 상기 하우징의 상기 표면 상의 광학적으로 투명한 구역으로서, EMR 소스로부터의 EMR 빔이 상기 이동가능한 하우징으로부터 상기 치료 영역으로 지향되는 것을 허용하는 구역; 및
    상기 이동가능한 하우징의 상기 표면 상의 복수의 개구로서, 상기 복수의 개구의 적어도 일부는 상기 구역에 위치되고, 상기 복수의 개구의 상기 적어도 일부는 상기 유체 유동이 상기 하우징을 나와서 상기 치료 영역으로 지향되는 복수의 유체 제트를 발생시키도록 허용하고, 상기 유체 제트는 상기 치료 영역을 치료적으로 허용 가능한 온도 범위로 유지하는, 복수의 개구
    를 포함하는 충돌식 냉각 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 유체 제트는 초당 20 미터 내지 초당 200 미터의 속도를 갖는 것인 충돌식 냉각 장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 복수의 개구의 각각은 입구 및 출구를 포함하고, 상기 입구와 상기 출구는 동일한 직경을 갖는 것인 충돌식 냉각 장치.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 복수의 개구의 각각은 입구 및 출구를 포함하고, 개구에 걸친 압력 강하를 감소시키도록 상기 입구는 상기 출구보다 큰 직경을 갖는 것인 충돌식 냉각 장치.
  25. 제21항에 있어서,
    복수의 상기 유체 제트의 각각은 상기 치료 영역과 상호작용하여 상기 표면과 상기 치료 영역 사이에 위치되는 충돌 구역을 생성하는 것인 충돌식 냉각 장치.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 유체 유동은 0 ℃ 내지 5 ℃ 인 온도의 기류인 것인 충돌식 냉각 장치.
  27. 제21항에 있어서,
    둘 이상의 개구는 EMR 빔과 일치하는 것인 충돌식 냉각 장치.
  28. 제21항에 있어서,
    복수의 상기 유체 제트는 상기 치료 영역을 둘러싸는 영역으로 지향되게 위치설정되는 것인 충돌식 냉각 장치.
  29. 제21항에 있어서,
    상기 하우징을 나오는 상기 유체 유동은, 경계층을 최소화하거나 제거하거나 방지하는데 충분한 속도를 갖는 것인 충돌식 냉각 장치.
  30. 제21항에 있어서,
    상기 치료 영역의 온도를 결정하도록 구성된 온도 센서를 더 포함하는 충돌식 냉각 장치.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 유체 유동은 상기 온도 센서로부터의 피드백에 응답하여 조정 가능한 유량을 갖는 것인 충돌식 냉각 장치.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 유체 유동은 상기 온도 센서로부터의 피드백에 응답하여 조정 가능한 온도를 갖는 것인 충돌식 냉각 장치.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 표면은 상기 온도 센서로부터의 피드백에 응답하여 조정될 수 있는 간격으로 상기 치료 영역으로부터 공간적으로 떨어져 위치되는 것인 충돌식 냉각 장치.
  34. 제21항에 있어서,
    상기 표면은 0.001 내지 1 인치 간격으로 상기 치료 영역으로부터 공간적으로 떨어져 위치되는 것인 충돌식 냉각 장치.
  35. 제21항에 있어서,
    상기 EMR 소스에 연결되는 빔 성형 광학 요소를 더 포함하는 것인 충돌식 냉각 장치.
  36. 제35항에 있어서,
    EMR 빔은, 시준된 빔, 집속된 빔, 수렴 빔, 팽창 빔, 직선화된 팽창된 빔 또는 이들의 조합 중 하나를 포함하는 것인 충돌식 냉각 장치.
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