KR20220054583A - 필라멘트 디바이스로의 에너지 전달을 제어하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
열 절제를 위해 전달되는 에너지를 제어하기 위한 시스템 및 방법. 장치는 도전성 필라멘트들의 어레이를 포함하는 도전성 부재, 전류를 복수의 전기 펄스로 도전성/저항성 부재에 제공하도록 구성된 전력 공급부, 및 전력 공급부에 결합된 프로세싱 회로를 포함할 수 있다. 프로세싱 회로는 공급 전류 값을 제1 전류 밀도 이상 및 제2 전류 밀도 이하가 되도록 제어하고, 펄스 길이를 제1 펄스 길이 이상 및 제2 펄스 길이 미만이 되게 제어하며, 제1 시간에 제3 전류 밀도 및 제2 시간에 제4 전류 밀도를 갖도록 공급 전류 값을 제어하도록 구성된다.
Description
본 발명은 금속 필라멘트들을 절제되는 조직으로의 에너지 전달 및/또는 이송을 위한 도관으로 사용하는 열 조직 절제(thermal tissue ablation) 또는 플래시 기화(flash vaporization)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전기 에너지를 조직을 절제하기 위한 열로 변환하는 것에 관한 것이다.
피부의 포레이션(poration) 중에, 피부는 금속 필라멘트들을 통해 전기 에너지를 제공하고 발생된 열 에너지(열)를 피부의 표면을 통해 피부로 전달함으로써 고온으로 된 금속 필라멘트들을 사용하여 절제될 수 있다. 피부에 열 에너지를 급속히 도입하면 피부의 하나 이상의 외층의 온도의 급격한 상승을 일으켜서 피부의 적어도 일부의 절제를 초래한다. 순간적인(또는 거의 순간적인) 절제는 각질층(피부에 의해 보호되는 체내로의 이물질의 침투 및 체액 손실을 방지하는 피부의 최외측 보호층)이 피부로부터 제거되는 것을 확실히 한다. 각질층의 제거는 금속 필라멘트들을 통해 제공되는 전기 에너지에 비례하는 깊이를 갖는 개구(때로는 "포어(pore)"로도 지칭됨)를 제공한다.
표피는 수성이며 제형화된 활성 제약 성분의 도관으로 기능할 수 있는 피부의 층이다. 금속 필라멘트들을 통해 제공되는 전기 에너지가 충분히 크고 충분히 빠르게 전달되는 경우, 결과적으로 발생하는 열은 각질층을 절제하고 표피의 적어도 일부를 노출시킨다. 피부에 더 많은 에너지를 공급하면 더 많은 표피(예를 들면, 물)를 증발시켜 보다 깊은 포어들을 초래한다. 보다 깊고 보다 많은 수의 포어가 항상 보다 높은 플럭스 레이트(flux rate)를 달성하게 하는 것은 아니지만(예를 들면, 몇몇 제형은 간질액(interstitial fluid)에서 발견되는 분자들에 의해 영향받을 수 있으므로 포어들이 너무 많으면 플럭스 레이트를 감소시킴), 많은 경우에 보다 깊은 포어들은 제형화된 활성 제약의 보다 높은 플럭스 레이트를 촉진(또는 제공)할 수 있으며, 그에 의해 피부를 통해 제형화된 활성 제약의 충분히 바람직한 공급 또는 농도를 제공할 수 있다.
본 명세서에 개시된 방법들 및 장치들 또는 디바이스들은 각각 여러 양태를 갖는데, 그 중 어느 것 하나도 그 바람직한 속성들을 단독으로 감당하지 않는다. 본 발명의 범위를 제한함이 없이, 예를 들면 이어지는 청구범위에 의해 표현되는 바와 같이, 그 보다 현저한 특징들이 이제 간략하게 논의될 것이다. 이 논의를 고찰한 후에, 특히 "상세한 설명"이라는 제목의 섹션을 읽은 후에, 설명되는 기재된 특징들이 어떻게 데이터 인증 서비스를 포함하는 이점들을 제공하는지를 이해할 것이다.
일 실시예는 마이크로포어(micropore)를 유발하기에 충분히 깊은 막의 일부 부분의 절제(ablation)를 유발하기 위해 생체막에 열 에너지를 전달하는 장치를 포함한다. 상기 장치는 예를 들면, 도전성 필라멘트들의 어레이를 포함하는 포레이터(porator)를 포함할 수 있으며, 포레이터는 도전성 필라멘트들의 어레이를 통해 흐르는 전류에 기초하여 열 에너지 열을 발생시키고 열 에너지를 포레이터에 인접하게 위치된 생체막에 제공하도록 구성된다. 상기 장치는 전류를 복수의 펄스로 포레이터에 제공하도록 구성된 전력 공급 회로를 또한 포함할 수 있다. 이러한 장치의 다양한 실시예들은 아래에 나타낸 특징들 중 하나 이상을 포함하여, 하나 이상의 다른 특징을 포함할 수 있다.
마이크로포어를 유발하기에 충분히 깊은 막의 일부 부분의 절제를 유발하기 위해 생체막에 열 에너지를 전달하는 장치의 몇몇 실시예에서, 전력 공급 회로는 전력 공급부에 결합된 제어 회로를 포함하고, 제어 회로는 복수의 펄스의 하나 이상의 파라미터를 제어하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 제어 회로는 포레이터 열 웜업 프로세스(porator thermal warmup process)를 구현하기 위해 하나 이상의 파라미터를 제어한다. 몇몇 실시예에서, 제어 회로는 포레이터 열 슬로 다운 프로세스(porator thermal slow-down process)를 구현하기 위해 하나 이상의 파라미터를 제어한다. 몇몇 실시예에서, 제어 회로는 포레이터 열 및 유지 프로세스를 구현하기 위해 하나 이상의 파라미터를 제어한다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 파라미터는 펄스들 중 적어도 하나의 전류의 진폭을 나타내는 전류 값을 포함한다.
장치의 마이크로포어를 유발하기에 충분히 깊은 막의 일부 부분의 절제를 유발하기 위해 생체막에 열 에너지를 전달하는 장치의 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 파라미터는 복수의 펄스 중 적어도 일부의 주파수를 나타내는 주파수 값을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 파라미터는 복수의 펄스 중 적어도 하나의 펄스 폭을 나타내는 펄스 폭 값을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 제어 회로는 제어 전류 값들이 제1 전류 밀도 이상 및 제2 전류 밀도 이하가 되도록 복수의 펄스의 전류 값들을 제어하며, 제2 전류 밀도는 제1 전류 밀도보다 크다. 몇몇 실시예에서, 제어 회로는 제1 시간에 제3 전류 밀도 및 제2 시간에 제4 전류 밀도를 갖도록 전류 값을 제어하고, 제3 및 제4 전류 밀도는 제1 및 제2 전류 밀도 사이에 있거나 제1 및 제2 전류 밀도와 같으며, 제4 전류 밀도는 제3 전류 밀도보다 작고, 제2 시간은 제1 시간보다 나중이다. 몇몇 실시예에서, 제어 회로는 복수의 펄스의 펄스 길이를 제1 펄스 길이 이상 및 제2 펄스 길이 미만이 되게 제어하고, 제2 펄스 길이는 제1 펄스 길이보다 더 길다. 몇몇 실시예에서, 제어 회로는 융해에 의한 필라멘트 고장의 가능성을 최소화하면서 막의 일부를 플래시 기화(flash vaporization)하기 위해 공급 전류 값을 제어하도록 또한 구성된다.
위에서 논의된 실시예들 중 임의의 것은 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 특징, 또는 다른 특징들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제어 회로는 전류 대 도전성 필라멘트들의 어레이의 단면적의 공급비(supply ratio)를 결정하고, 공급비를 제1 역치와 제1 역치보다 큰 제2 역치 사이로 제어하도록 또한 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제어 회로는 융해에 의한 필라멘트 고장의 가능성을 최소화하면서 피부 표면을 플래시 기화시키기 위해 복수의 펄스의 연속적인 펄스들 사이의 펄스 주기 및 펄스 길이를 결합하여 함께 제어하도록 또한 구성된다. 몇몇 실시예에서, 전력 공급 회로는 도전성 필라멘트들의 어레이의 온도를 모니터링하고, 융해로 인한 필라멘트 고장 또는 개회로(open circuit) 상태로의 고장을 방지하기 위해 도전성 필라멘트들의 어레이의 온도를 제어하도록 또한 구성된다. 몇몇 실시예에서, 전력 공급은 도전성 필라멘트들의 어레이의 저항에 적어도 부분적으로 기초하여 도전성 필라멘트들의 어레이의 온도를 모니터링하도록 또한 구성된다. 몇몇 실시예에서, 전력 공급 회로는 수신된 감지된 온도 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 도전성 필라멘트들의 어레이의 온도를 모니터링하도록 또한 구성된다. 몇몇 실시예에서, 상기 장치는 전력 공급 회로에 온도 정보를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 센서를 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 전력 공급 회로는 도전성 부재에 의해 피부 표면에 가해지는 압력이 제1 압력 역치 이상인지 여부를 결정하도록 또한 구성된다. 몇몇 실시예에서, 제2 펄스 길이는 최대 펄스 길이 - 이 미만에서는 상기 장치의 사용자가 무통 마이크로포레이션을 경험함 - 에 대응한다.
다른 혁신은 마이크로포어를 유발하기에 충분히 깊은 막의 일부 부분의 절제를 유발하기 위해 생체막에 열 에너지를 전달하는 방법이다. 상기 방법은 위에서 식별된 특징들 중 임의의 것을 갖는 장치를 막에 적용하는 단계, 및 적어도 하나의 마이크로포어를 생성하기에 충분히 깊은 막의 일부 부분의 절제를 유발하기 위해 도전성 필라멘트들의 어레이를 가열하기 위해 도전성 필라멘트들의 어레이에 제공되는 전기 펄스들을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
이들 도면 및 본 명세서의 관련 설명은 본 발명의 구체적인 실시예들을 예시하기 위해 제공되며 한정하고자 함이 아니다.
도 1a는 몇몇 실시예에 따른 열 절제 시스템의 예를 도시하는 도면이다.
도 1b는 몇몇 실시예에 따른 도 1a의 열 절제 시스템의 제어 유닛의 예를 도시하는 기능 블록도이다.
도 2a는 몇몇 실시예에 따른 도 1a의 열 절제 시스템의 일부일 수 있는 필라멘트 어레이의 필라멘트의 예를 도시하는 사시도이다.
도 2b는 몇몇 실시예에 따른 단면적 및 전류 흐름 방향을 나타내는, 필라멘트 어레이의 필라멘트의 예를 도시하는 사시도이다.
도 3a는 몇몇 실시예에 따른 열 절제 시스템, 예를 들면 도 1a에 나타낸 열 절제 시스템의 필라멘트 어레이 - 필라멘트 어레이는 복수의 필라멘트를 포함함 - 의 도해를 도시하는 평면도이다.
도 3b는 몇몇 실시예에 따른 필라멘트 어레이, 예를 들면 도 3a에 나타낸 필라멘트 어레이의 부분들을 도시하는 전기 개략도이다.
도 3c는 하나 이상의 필라멘트 고장을 갖는 필라멘트 어레이의 도해의 평면도이다.
도 4는 필라멘트 어레이에 인가된 2개의 전류 밀도로부터의 x축 상의 시간(초)의 함수로서의 y축 상의 온도(Kelvin)를 나타내는 그래프이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른, 필라멘트 어레이에 전달되는 에너지의 전류 밀도 및 펄스 길이에 대해 도 1a의 필라멘트 어레이의 포어 생성 수행 결과들(경표피 수분 손실을 통해 측정됨)을 나타낸 표이다.
도 6은 필라멘트 어레이의 필라멘트당 에너지(x축)의 함수로서의 경표피 수분 손실(trans-epidermal water loss: TEWL)(y축)을 도시하는 그래프이다.
도 7은 필라멘트 어레이의 실시예에 펄스들을 통해 제공되는 에너지(x축)에 대한 TEWL(y축)의 관계를 나타내는 펄스 프로파일을 도시하는 그래프이다.
도 8은 몇몇 실시예에 따른 필라멘트 어레이의 필라멘트 온도(y축) - 필라멘트 온도는 복수의 펄스의 형태로 필라멘트 어레이에 에너지를 제공하는 것으로부터 발생함 - 를 도시하는 그래프이다.
도 9는 몇몇 실시예에 따른, 필라멘트 어레이의 상이한 작동 국면들에 대해 경시적으로 필라멘트 어레이에 제공되는 에너지를 제어하는 전류 및 전압 신호를 도시하는 그래프이다.
도 10은 몇몇 실시예에 따른 필라멘트 어레이의 작동 온도 프로파일을 도시하는 시간(x축)의 함수로서의 온도(y축)의 그래프이다.
도 11a 및 도 11b는 예시적인 실시예에 따른, 도 1b의 필라멘트 어레이에 대한 2개의 상이한 에너지 전달 프로파일의 온도 곡선들을 나타내는 그래프이다.
도 1a는 몇몇 실시예에 따른 열 절제 시스템의 예를 도시하는 도면이다.
도 1b는 몇몇 실시예에 따른 도 1a의 열 절제 시스템의 제어 유닛의 예를 도시하는 기능 블록도이다.
도 2a는 몇몇 실시예에 따른 도 1a의 열 절제 시스템의 일부일 수 있는 필라멘트 어레이의 필라멘트의 예를 도시하는 사시도이다.
도 2b는 몇몇 실시예에 따른 단면적 및 전류 흐름 방향을 나타내는, 필라멘트 어레이의 필라멘트의 예를 도시하는 사시도이다.
도 3a는 몇몇 실시예에 따른 열 절제 시스템, 예를 들면 도 1a에 나타낸 열 절제 시스템의 필라멘트 어레이 - 필라멘트 어레이는 복수의 필라멘트를 포함함 - 의 도해를 도시하는 평면도이다.
도 3b는 몇몇 실시예에 따른 필라멘트 어레이, 예를 들면 도 3a에 나타낸 필라멘트 어레이의 부분들을 도시하는 전기 개략도이다.
도 3c는 하나 이상의 필라멘트 고장을 갖는 필라멘트 어레이의 도해의 평면도이다.
도 4는 필라멘트 어레이에 인가된 2개의 전류 밀도로부터의 x축 상의 시간(초)의 함수로서의 y축 상의 온도(Kelvin)를 나타내는 그래프이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른, 필라멘트 어레이에 전달되는 에너지의 전류 밀도 및 펄스 길이에 대해 도 1a의 필라멘트 어레이의 포어 생성 수행 결과들(경표피 수분 손실을 통해 측정됨)을 나타낸 표이다.
도 6은 필라멘트 어레이의 필라멘트당 에너지(x축)의 함수로서의 경표피 수분 손실(trans-epidermal water loss: TEWL)(y축)을 도시하는 그래프이다.
도 7은 필라멘트 어레이의 실시예에 펄스들을 통해 제공되는 에너지(x축)에 대한 TEWL(y축)의 관계를 나타내는 펄스 프로파일을 도시하는 그래프이다.
도 8은 몇몇 실시예에 따른 필라멘트 어레이의 필라멘트 온도(y축) - 필라멘트 온도는 복수의 펄스의 형태로 필라멘트 어레이에 에너지를 제공하는 것으로부터 발생함 - 를 도시하는 그래프이다.
도 9는 몇몇 실시예에 따른, 필라멘트 어레이의 상이한 작동 국면들에 대해 경시적으로 필라멘트 어레이에 제공되는 에너지를 제어하는 전류 및 전압 신호를 도시하는 그래프이다.
도 10은 몇몇 실시예에 따른 필라멘트 어레이의 작동 온도 프로파일을 도시하는 시간(x축)의 함수로서의 온도(y축)의 그래프이다.
도 11a 및 도 11b는 예시적인 실시예에 따른, 도 1b의 필라멘트 어레이에 대한 2개의 상이한 에너지 전달 프로파일의 온도 곡선들을 나타내는 그래프이다.
특정 실시예들과 예들이 아래에 개시되어 있으나, 본 발명의 주제는 구체적으로 개시된 실시예들을 넘어 다른 대체 실시예들 및/또는 사용들, 및 그 변경들 및 동등물들로 확장된다. 그래서, 본 출원의 범위는 아래에 기재된 특정 실시예들 어느 것에 의해서도 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 임의의 방법 또는 프로세스에서, 그 방법 또는 프로세스의 행위들 또는 동작들은 임의의 적절한 시퀀스로 수행될 수 있으며 반드시 임의의 특정의 개시된 시퀀스로 제한되지는 않는다. 다양한 동작들이 특정 실시예들을 이해하는 데 도움이 될 수 있는 방식으로 복수의 개별 동작으로서 차례로 설명될 수 있으나; 기재 순서가 이들 동작이 순서에 의존하는 것을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에 기재된 구조들, 시스템들, 및/또는 다비이스들은 통합된 컴포넌트들로서 또는 개별 컴포넌트들로서 구현될 수 있다. 다양한 실시예들을 비교하기 위한 목적으로, 이들 실시예의 특정 양태들 및 이점들이 기재된다. 반드시 모든 그러한 양태들 또는 이점들이 임의의 특정 실시예에 의해 달성되는 것은 아니다. 그래서, 예를 들어, 다양한 실시예들은 역시 본 명세서에서 교시되거나 시사될 수 있는 다른 양태들 또는 이점들을 반드시 달성할 필요없이 본 명세서에 교시된 하나의 이점 또는 이점의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 수행될 수 있다.
이하의 상세한 설명에서는, 본 발명의 일부를 형성하는 첨부 도면들에 참조가 이루어진다. 상세한 설명, 도면들, 및 청구범위에 기재된 예시적인 구현예들은 한정하기 위한 것이 아니다. 여기에 제시된 주제의 정신 또는 범위로부터 일탈함이 없이, 다른 구현예들이 이용될 수 있고, 다른 변경들이 이루어질 수 있다. 본 명세서에서 일반적으로 설명되고 도면들에 도시된 본 발명의 양태들은 매우 다양한 상이한 구성들로 배치, 대체, 결합, 및 설계될 수 있으며, 이들 모두는 명시적으로 고려되며 본 발명의 일부를 형성한다는 것이 용이하게 이해될 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 특정 구현예들을 설명하는 것만을 목적으로 하며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 특정 개수의 청구항 요소가 의도되는 경우, 그러한 의도는 청구항에 명시적으로 기재될 것이며, 이러한 기재가 없는 경우, 그러한 의도가 존재하지 않는다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 본 명세서에 사용되는 경우, 단수형들 "a", "an", 및 "the"는 문맥이 명백하게 달리 나타내지 않는 한 복수형들도 포함하도록 의도된다. 본 명세서에서 사용되는 경우, "및/또는"이라는 용어는 관련된 열거된 항목들 중 하나 이상의 임의의 모든 조합을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 경우 "comprises", "comprising", "includes", 및 "including"이라는 용어는 진술된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 및/또는 컴포넌트들의 존재를 지정하지만 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 컴포넌트, 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 또한 이해될 것이다. "~ 중 적어도 하나"와 같은 표현들은 요소들의 목록 앞에 오는 경우 요소들의 목록 전체를 한정하며 목록의 개별 요소들을 한정하지는 않는다.
도 1a는 몇몇 실시예에 따른 예시적인 열 절제 시스템(100)(본 명세서에서 때로는 "애플리케이터"로 지칭됨)을 도시한다. 다양한 실시예들에서, 열 절제 시스템(100)은 마이크로포레이션(micro-poration) 장치일 수 있다. 도시된 열 절제 시스템(100)은 열 절제 시스템(100)의 다양한 컴포넌트들을 적어도 부분적으로 둘러싸는 하우징(125)을 포함한다. 하우징(125)의 일부는 사용자의 손에 잡히도록 구성된 본체 부분(115)일 수 있다. 열 절제 시스템(100)은 또한 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 사용자 인터페이스는 열 절제 시스템(100)의 사용자, 예를 들면 그 손에 열 절제 시스템(100)의 본체 부분(115)을 잡고 있는 사용자에게 정보를 디스플레이하도록 위치된 디스플레이(105)를 포함할 수 있다. 열 절제 시스템(100)은 또한 하나 이상의 제어장치(110)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서는, 사용자 인터페이스도 하나 이상의 제어장치(110)를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 하나 이상의 제어장치(110)에는 열 절제 시스템(100)의 본체 부분(115)을 잡고 있는 사용자의 손이 액세스 가능하다. 열 절제 시스템(100)의 일단부에는 포레이터(porator)(120)가 위치된다. 포레이터(120)의 다양한 실시예들이 열 절제 시스템(100)에 사용될 수 있다. 도 1a에 도시된 예시적인 포레이터(120)는 마이크로포어를 형성하기에 충분히 깊은 막의 일부 부분의 절제를 유발하기 위해 생체막에 대한 직접 접촉을 통해 열 에너지를 전달하도록 작동 가능한 하나 이상의 필라멘트(200)를 포함하는 필라멘트 어레이(104)를 포함한다.
도 1b는 예시적인 실시예에 따른, 열 절제, 예를 들면 도 1a의 열 절제 시스템(f)용으로 구성된 애플리케이터(100)의 컴포넌트들 중 일부를 도시하는 기능 블록도(102)이다. 기능 블록도(102)는 본 명세서에서 설명되는 다양한 기능을 구현 및/또는 제어하도록 구성될 수 있는 컴포넌트들의 예를 도시한다. 따라서, 참조의 용이를 위해, 기능 블록도(102)는 본 명세서에서 애플리케이터(100)의 제어 유닛(102)으로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛(102)은 포레이터(120), 특히 필라멘트 어레이(104)에 제공되는 전류를 제어할 수 있다. 본 명세서의 도 1b의 설명과 관련하여, 항목 번호들 중 일부는 도 1a와 연계하여 위에서 설명된 양태들을 참조한다. 몇몇 구현예에서, 제어 유닛(102)은 도 1b에 나타낸 컴포넌트들 각각을 포함하지 않는다. 몇몇 구현예에서, 제어 유닛(102)은 도시의 명료성을 위해 도 1b에 나타내지 않은 추가 컴포넌트들을 포함한다. 또한, 애플리케이터의 컴포넌트들 모두가 도 1b에 나타낸 제어 유닛(102)에 도시된 것은 아니다. 예를 들어, 제어 유닛(102)은 애플리케이터(100)의 필라멘트 어레이(104)(도 1b에는 도시되지 않음)에 전류를 제공하도록 구성된다.
도시된 제어 유닛(102)은 제어 유닛(102)의 동작을 제어하는 프로세서(204)를 포함한다. 프로세서(204)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 하드웨어 프로세서 또는 마이크로프로세서 장치(microprocessor unit: MPU)로도 지칭될 수 있다. 제어 유닛은 메모리 유닛(206)을 더 포함하는데, 메모리 유닛(206)은 ROM(read-only memory)과 RAM(random-access memory) 양자 모두를 포함할 수 있고, 프로세서(204)에 명령어들 및/또는 데이터를 제공할 수 있으며, 프로세서(204)로부터의 명령어들 및/또는 데이터의 저장을 위한 저장소로서 기능할 수 있다. 메모리 유닛(206)의 일부는 또한 비휘발성 랜덤 액세스 메모리(non-volatile random-access memory: NVRAM)를 포함할 수 있다. 프로세서(204)는 전형적으로 메모리 유닛(206) 내에 저장된 프로그램 명령어들 또는 수신된 명령어들 및/또는 데이터에 기초하여 논리 및 산술 연산을 수행한다. 메모리 유닛(206)의 명령어들은 본 명세서에 기재된 방법들을 구현하기 위해 실행 가능할 수 있다. 또한, 제어 유닛(102)은 아래에서 설명되는 특정 방법들의 사용을 가능케 하기 위해 열 절제 시스템(100)의 다른 컴포넌트들에 대한 정보를 저장하는데, 예를 들면 열 절제 시스템(100)의 컴포넌트들에 대한 특정 설정점들, 역치들, 포레이터에 전력을 제공하는 데 사용되는 정보, 및/또는 작동 특성들을 저장하는 데 메모리 유닛(206)을 이용할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 포레이터에 전력을 제공하는 데 사용되는 정보는 포레이터의 필라멘트들을 가열하기 위해 포레이터에 전기 펄스들을 제공하는 데 사용될 수 있는 정보, 예를 들면 포레이터에 전력을 제공하기 위한 하나 이상의 프로세스를 포함한다. 다음으로 제어 유닛(102)은 저장된 데이터를 분석하고 열 절제 시스템(100)의 다른 컴포넌트들 중 하나 이상에 대한 다양한 세트들, 카테고리들, 특성들, 또는 기타를 결정 및/또는 식별하기 위해 메모리 유닛(206)과 연계하여 프로세서(204)를 이용할 수 있다.
프로세서(204)는 하나 이상의 프로세서로 구현되는 프로세싱 시스템을 포함하거나 그 컴포넌트일 수 있다. 하나 이상의 프로세서는 범용 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, DSP(digital signal processor: 디지털 신호 프로세서), FPGA(field programmable gate array: 필드 프로그래머블 게이트 어레이), PLD(programmable logic device: 프로그래머블 로직 디바이스), 컨트롤러, 스테이트 머신, 게이트 로직, 개별 하드웨어 컴포넌트, 전용 하드웨어 유한 스테이트 머신, 또는 정보의 산출 또는 다른 조작을 수행할 수 있는 기타 적절한 엔터티의 임의의 조합으로 구현될 수 있다.
프로세싱 시스템은 또한 소프트웨어를 저장하기 위한 비일시적 기계 가독 매체를 포함할 수 있다. 소프트웨어는 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어, 마이크로코드, 하드웨어 기술 언어, 또는 기타를 지칭하는지에 관계없이 모든 유형의 명령어들을 의미하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 명령어들은 (예를 들면, 소스 코드 포맷, 바이너리 코드 포맷, 실행 가능 코드 포맷, 또는 기타 적절한 코드의 포맷의) 코드를 포함할 수 있다. 명령어들은 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되면 프로세싱 시스템으로 하여금 본 명세서에 기재된 다양한 기능들을 수행하게 한다. 프로세서(204)는 동작 및 데이터 통신을 제어하기 위한 패킷들을 생성하기 위한 패킷 생성기를 더 포함할 수 있다.
제어 유닛(102)은 네트워킹 컴포넌트들, 예를 들면 제어 유닛(102)과 원격 위치 사이에서 데이터의 송신 및 수신을 가능케 하는 송신기(210) 및 수신기(212)를 포함할 수 있다. 송신기(210) 및 수신기(212)는 트랜시버 또는 네트워크 인터페이스(214)에 통합될 수 있다. 네트워크 인터페이스(214)(및/또는 송신기(210) 및 수신기(212))는 무선 또는 유선 통신 링크를 포함할 수 있는 통신 링크(216)를 통해 통신할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 통신 링크(216)는 제어 유닛(102) 및/또는 열 절제 시스템(100)의 사용을 모니터링 및/또는 추적하는 데 사용되는 모바일 디바이스 또는 다른 사용자 디바이스에의 링크를 포함할 수 있다. 네트워크 인터페이스(214)는 통신 링크(216)를 통해 통신하기 위해 프로세서(204)와 함께 동작한다.
제어 유닛(102)은 하우징(125)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있다. 하우징(125)은 제어 유닛(102)의 컴포넌트들을 환경으로부터 보호하며 사용자가 취급하기에 안전하고 사용하기 쉽고 편리한 패키징을 제공할 수 있다.
제어 유닛(102)은 또한 하나 이상의 에너지 저장 디바이스(218)를 포함한다. 에너지 저장 디바이스들(218)은 하나 이상의 배터리, 커패시터, 또는 유사한 에너지 저장 컴포넌트를 포함할 수 있다. 에너지 저장 디바이스들(218)은 제어 유닛(102)이 작동 중일 때(예를 들면, 열 절제 시스템(100)에서 작동 중일 때) 제어 유닛(102)의 컴포넌트들에 에너지를 제공한다.
몇몇 구현예에서, 제어 유닛(102)은 제어 유닛(102)의 하나 이상의 컴포넌트의 동작 또는 상태를 모니터링하도록 구성된 하나 이상의 회로 또는 센서(224)를 포함한다. 예를 들어, 센서들(224)은 에너지 저장 디바이스(들)(218)의 충전 상태 및/또는 건전 상태를 검출할 수 있다. 추가적으로 및/또는 대체로서, 센서들(224)은 제어 유닛(102)의 오작동을 나타내는 제어 유닛(102)의 하나 이상의 컴포넌트의 상태들을 검출할 수 있다. 예를 들어, 센서들(224)은 필라멘트들 중 하나 이상이 "파단(blown)"되었거나 개회로 상태에 있거나 열화되어 개회로 상태에 접근하고 있을 때를 검출할 수 있다. 대체로서 또는 추가적으로, 센서들(224)은 너무 크거나 너무 작은 전압 또는 전류가 필라멘트들에 전달되고 있을 때 및/또는 필라멘트들의 온도가 원하는 역치보다 높거나, 낮거나, 또는 역치에 있을 때를 검출할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 센서들(224)은 프로세서(204)의 동작을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 센서들(224)이 과전압 또는 과열 상태를 검출하거나 프로세서(204)가 응답하지 않는다고 결정하는 경우, 센서들(224)은 출력을 발생시킬 수 있다. 몇몇 구현예에서, 센서들(224)로부터의 출력은 통신 링크(216)를 통해 송신기(210) 또는 네트워크 인터페이스(214)를 거쳐 통신될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 센서들(224)로부터의 출력은 제어 유닛(102)의 다른 컴포넌트, 예를 들면 아래에서 더 설명되는 프로세서(204) 또는 사용자 인터페이스(222)로 내부적으로 통신될 수 있다.
몇몇 구현예에서는, 제어 유닛(102)이 초기화될 때 및/또는 열 절제 시스템(100)이 활성화될 때, 센서들(224)은 모든 연결들이 적절하고 열 절제 시스템(100)의 모든 컴포넌트가 적절한 작동 상태에 있음을 확실히 하기 위해 초기 체크를 수행한다. 따라서, 제어 유닛(102)은 어떤 오작동이라도 존재하는지를 결정하기 위해 열 절제 시스템(100)의 초기 체크를 수행할 수 있다. 제어 유닛(102)에서 또는 제어 유닛(102)에 의해 오작동이 검출되지 않으면, 제어 유닛(102)은 필라멘트들에 전류를 공급하기 시작한다. 오동작이 검출되면, 제어 유닛(102)은 필라멘트들에 전류를 공급하는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 센서들(224)은 안전 회로에서 기능하거나 안전 회로 역할을 할 수 있으며 오작동 상태에서의 열 절제 시스템(100)의 작동을 방지할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 센서들(224) 및/또는 프로세서(204)는 도전성 부재의 온도를 모니터링할 수 있다. 프로세서(204)는 필라멘트 고장을 방지하기 위해 도전성 부재의 온도를 또한 제어할 수 있는데, 필라멘트 고장은 하나 이상의 필라멘트가 융해되거나 개회로 상태로 고장나는 결과를 초래한다. 몇몇 실시예에서, 온도는 도전성 부재의 저항을 식별하는 센서들(224)에 기초하여 결정되며, 필라멘트 고장을 방지하기 위해 온도를 제어하는 것은 도전성 부재가 피부 표면과 공기 중 적어도 하나와 접촉하는 동안 필라멘트 고장을 방지하기 위해 온도를 제어하는 것을 포함한다.
제어 유닛(102)은 또한 전류 발생기(220)를 포함한다. 전류 발생기(220)는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 필라멘트들에 제공되는 전류 신호를 발생시킨다. 몇몇 구현예에서, 전류 신호는 하나 이상의 펄스를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 필라멘트들의 온도를 제어하고 피부에 포어들을 생성하기 위해 펄스들은 하나 이상의 지속시간(예를 들면, 기간), 진폭 등을 갖도록 변화된다. 몇몇 구현예에서, 전류 신호는 주기적인 펄스일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 전류 신호는 일정한 진폭을 가질 수 있는 반면, 다른 구현예들에서 전류 신호는 2개 이상의 상이한 진폭의 펄스를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 전류 신호는 일정한 주파수를 갖는 반면, 다른 구현예들에서 전류 신호는 2개 이상의 상이한 주파수의 펄스 세트를 포함한다. 예를 들어, 전류 발생기(220)는 제어 유닛(102)을 통해 상이한 기간들 또는 시간 동안 상이한 특성들로 필라멘트 어레이(104)에 전달되는 전류 신호를 발생시킬 수 있다. 제1 기간 동안, 전류 신호는 제1 속성 세트(first set of attributes)로 발생될 수 있다. 예를 들면, 단일 펄스로서 또는 동일하거나 유사한 진폭을 갖는 2개 이상의 펄스로서, 및/또는 특정 주파수를 갖는 펄스 세트로서. 제2 기간(예를 들면, 후속 기간) 동안, 전류 신호는 제2 속성 세트로 발생될 수 있다. 예를 들면, 제1 기간 동안 발생된 펄스들의 진폭과는 다른 진폭을 갖는 하나 이상의 펄스로서, 및/또는 제1 기간 동안 발생된 펄스들과는 상이한 주파수를 갖는 하나 이상의 펄스로서.
몇몇 구현예에서, 센서들(224) 또는 프로세서(204)로부터의 명령을 사용하여 검출된 상태들에 기초하여, 프로세서(204)는 전류 신호의 발생 및 필라멘트들로의 전달을 허용하거나 중단한다. 몇몇 구현예에서, 전류 신호의 발생 및 전달을 중단하는 것은 전류 신호를 종료하는 것 또는 전류 신호를 저감시키는 것을 포함한다.
몇몇 구현예에서, 펄스는 1 내지 42 VAC의 관련 전압을 가질 수 있다. 예를 들면, 다양한 구현예들에서, 펄스는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 또는 42 VAC의 교류 전압을 가질 수 있다. 몇몇 구현예에서, 전압은 42 VAC보다 클 수 있다. 몇몇 구현예에서, 펄스의 지속시간은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 또는 12 밀리초일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 펄스의 지속시간은 12 ㎳보다 길 수 있다. 펄스의 지속시간이 증가함에 따라(예를 들면, 16 ㎳에 가까워짐에 따라), 환자는 전류가 얼마나 낮은지에 관계없이 열을 느끼기 시작할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 펄스는 적용 요건에 기초하여 조정될 수 있는 길이 또는 기간을 가질 수 있다.
제어 유닛(102)은 몇몇 양태에서, 사용자 인터페이스(222)를 더 포함한다. 사용자 인터페이스(222)는 키패드 및/또는 디스플레이를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스(222)는 사용자가 제어 유닛(102) 및/또는 열 절제 시스템(100)의 작동을 제어할 수 있게 한다. 사용자 인터페이스(222)는 제어 유닛(102)의 사용자에게 정보를 전달하고 및/또는 사용자로부터 입력을 수신하는 임의의 요소 또는 컴포넌트를 포함할 수 있다.
제어 유닛(102)은 입출력(I/O) 회로 컴포넌트(228)를 더 포함한다. 몇몇 구현예에서, I/O 회로(228)는 필라멘트들과 같은 열 절제 시스템(100)의 하나 이상의 다른 컴포넌트에 제어 유닛(102)을 결합할 수 있게 하는 컴포넌트를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, I/O 회로(228)는 제어 유닛(102)을 다른 컴포넌트(들)에 물리적으로 연결하는 커넥터(예를 들면, USB(universal serial bus) 커넥터, 전용 커넥터, 또는 기타 커넥터)를 포함한다. 몇몇 구현예에서, I/O 회로(228)는 제어 유닛(102) 및/또는 다른 컴포넌트(들) 사이의 부적절한 연결을 검출하는 컴포넌트를 포함한다.
제어 유닛(102)의 다양한 컴포넌트들은 버스 시스템(226)에 의해 함께 결합될 수 있다. 버스 시스템(226)은 데이터 버스뿐만 아니라, 예를 들면 데이터 버스 외에 전력 버스, 제어 신호 버스, 및 상태 신호 버스를 포함할 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 제어 유닛(102)의 다양한 컴포넌트들이 모종의 다른 메커니즘을 사용하여 함께 결합될 수 있거나, 입력들을 받아들이거나, 서로에게 입력들을 제공할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 1b에는 다수의 개별 컴포넌트가 도시되어 있으나, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이들 컴포넌트 중 하나 이상이 전술한 기능과 관련하여 구현될 수 있을 뿐만 아니라 다른 컴포넌트들과 관련하여 전술한 기능을 구현하도록 구현될 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 프로세서(204)는 프로세서(204)와 관련하여 전술한 기능을 구현하기 위해서 뿐만 아니라, 전류 발생기(220) 및/또는 센서들(224)과 관련하여 전술한 기능을 구현하기 위해서도 사용될 수 있다. 도 1b에 도시된 컴포넌트들 각각은 복수의 개별 요소를 사용하여 구현될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제어 유닛(102)의 하나 이상의 컴포넌트는 열 절제 시스템(100)이 남용되거나 부적절하게 사용될 수 없도록 제어 유닛(102)의 로킹(locking)을 제공할 수 있다. 추가적으로 또는 대체로서, 제어 유닛(102)의 하나 이상의 컴포넌트는 열 절제 시스템(100)의 사용 또는 열 절제 시스템(100)에 의해 제공되는 투여량(dose)을 카운트할 수 있고 및/또는 다음의 투여량에 관한 리마인더를 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 네트워크 인터페이스(214)는 필요에 따라 제형화된 약제의 리필에 관해 의사 또는 약국과 통신하거나 투여량을 변경하는 등을 위해 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 사용자 인터페이스(222)는 열 절제 시스템(100)의 개인화를 제공할 수 있고, 열 절제 시스템(100)의 작동을 단순화하기 위해 음성 프롬프트, 안내등(guiding light) 등을 제공할 수 있다.
도 1a의 열 절제 시스템(100)에서, 제어 유닛(102)의 전류 발생기(220)에 의해 발생되어 필라멘트 어레이(104)에 인가되는 전류 신호는 필라멘트 어레이(104)가 가열되고 에너지/열 전달 매체로서 기능하게 한다. 필라멘트 어레이(104)는 피부의 적어도 표면(즉, 각질층)을 절제하기에 충분한 양의 에너지/열을 피부에 제공한다. 몇몇 실시예에서, 필라멘트 어레이(104)에 의해 피부에 전달되는 에너지/열의 양은 필라멘트 어레이(104)에 전달되는 전류를 변경시킴으로써 또는 필라멘트 어레이(104)가 피부에 에너지를 전달하는 시간량을 변경시킴으로써 변경된다. 예를 들어, 전류 발생기(220)는 필라멘트 어레이(104)가 피부에 에너지를 전달하는 시간량을 변경할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 시간량은 필라멘트 어레이(104)가 피부와 접촉하는 시간량을 변경시킴으로써 및/또는 필라멘트 어레이(104)에 전달되는 전류의 펄스 길이를 변경시킴으로써 변경될 수 있다. 예를 들어, 전류 발생기(220)는 전류 신호의 펄스 길이를 변경시킬 수 있다. 피부 절제를 수행하기 위해, 필라멘트 어레이(104)에 인가되는 전류는 필라멘트 어레이(104)의 온도가 각질층과 표피의 융점보다는 높지만 필라멘트 어레이(104)의 융점보다는 낮게 되도록 할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 필라멘트 어레이(104)에 의한 절제를 위한 목표 온도는 대략 또는 실질적으로 123 ℃일 수 있다.
도 2a는 예시적인 실시예에 따른, 도 1a의 열 절제 시스템(100)의 필라멘트 어레이(104)의 필라멘트(200)의 사시도이다. 도시된 바와 같이, 필라멘트(200)는 3차원 형상을 가지며 높이(201), 길이(203), 및 폭(205)을 갖는다. 필라멘트(200)는 도전성 재료(예를 들면, 스테인리스강, 또는 다른 금속, 또는 유사한 도전성 재료)로 형성되거나 이를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 필라멘트(200)는 마이크로필라멘트 또는 유사한 필라멘트일 수 있다. 예를 들어, 필라멘트(200)는 50 ㎛의 폭, 15 ㎛의 두께, 및 400 ㎛의 길이일 수 있다. 도시된 필라멘트(200)는 대체로 직사각형의 블록 또는 프리즘의 형상을 갖지만, 필라멘트(200)는 사다리꼴 형상과 같은 임의의 다른 형상을 가질 수도 있다. 필라멘트의 형상은 또한 사행형(serpentine) 스트립, 타원형, 원형, 또는 타원형 링일 수 있으나 이들에 국한되지 않으며, 다양한 폭을 갖거나, "x" 형상 또는 스타 형상일 수도 있다. 필라멘트의 단면(207)의 형상은 정사각형, 직사각형, 사다리꼴, 타원형, 초승달 형상일 수 있지만 이들에 국한되지는 않는다. 필라멘트는 평면(X 및 Y 치수가 한 평면에 있거나, 실질적으로 한 평면에 있음) 또는 3차원(3D)일 수 있는데, 단부의 두 앵커 포인트 사이의 길이의 일부분에서 구부러진다.
필라멘트들(200)은 표피를 노출시키기 위해 각질층을 절제하기 위해 필라멘트들(200)로부터 피부로 충분한 에너지를 전달함으로써 피부에 포어들(pores)을 생성할 수 있다. 필라멘트(200)로부터 피부로 전달되는 에너지의 양은 피부와 필라멘트(200) 사이의 온도차, 필라멘트(200)의 재료, 피부의 특성(예를 들면, 피부 유형, 형태, 탄력성, 수화, 및 피부층들의 열역학적 파라미터들), 및 또한 필라멘트들(200)과 피부 사이의 접촉/압력에 기초할 수 있다. 몇몇 실시예에서는, 필라멘트들(200)과 피부 사이의 접촉을 증가시키기 위해 진공이 사용될 수 있다. 예를 들어, 필라멘트 어레이(104)를 포함하는 포레이터는, 진공에 연결될 때 피부를 구멍들 또는 구조들 쪽으로 "흡인"시켜, 필라멘트들(200)과 피부 사이의 접촉을 증가시키는 구멍들 또는 다른 구조들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 필라멘트들(200)의 일부는 구부러지고 필라멘트 어레이가 대체로 정렬되는 평면으로부터 돌출될 수 있으며, 그에 따라 추가 압력점들을 생성한다.
몇몇 실시예에서, 제어 유닛(102)은 도전성 부재(예를 들면, 필라멘트 어레이(104))에 의해 피부 표면에 가해지는 압력이 제1 압력 역치 이상인지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 제어 유닛(102)은 적어도 하나의 센서(224)로부터 정보를 수신하고는 수신된 정보를 도전성 부재에 의해 피부 표면에 가해지는 압력이 제1 압력 역치 이상인지 여부를 결정하는 데 사용할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제어 유닛(102)은 예를 들면, 감지된 압력 정보를 메모리에 저장된 하나 이상의 압력 값(예를 들면, 역치들)과 비교함으로써, 도전성 부재에 의해 피부 표면에 가해지는 압력이 제1 압력 역치 이상인지 여부를 결정하는 데 프로세서(204) 정보를 사용할 수 있다.
도 2b는 예시적인 실시예에 따른 단면적(207) 및 전류 흐름 방향(209)을 도시하는, 도 2a의 필라멘트(200)의 사시도이다. 도시된 바와 같이, 단면적(207)은 사다리꼴이며, 전류는 전류 흐름 방향(209)으로 필라멘트(200)를 통해 흐른다. 필라멘트(200)의 단면적(207)은 임의의 형상(예를 들면, 정사각형, 직사각형, 원, 타원, 삼각형, 다른 다각형 등)일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 전류 흐름은 필라멘트(200)의 단면적(207)에 실질적으로 수직인 방향일 수 있다. 필라멘트(200)를 통해 흐르는 전류 및 단면적(207)을 기초로, 아래의 수학식 1에 따라 전류 밀도/플럭스가 결정될 수 있다:
여기서:
· I - 필라멘트(200)를 통한 전류, 및
· A - 필라멘트(200)의 단면적.
수학식 1에 의하면, 필라멘트(200)의 단면적이 증가할수록, 전류 밀도를 유지하기 위해서는 해당 전류가 증가되어야 한다. 필라멘트(200)의 길이가 증가할수록, 필라멘트(200)의 저항이 대응하여 증가할 수 있으며, 그래서 필라멘트(200)의 증가된 질량에 대한 전압 및 전력의 증가를 초래할 수 있다.
필라멘트(200)의 전류 밀도는 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 고통을 가하거나 필라멘트 어레이(104)를 손상시키는 일 없이 실행 가능한 포어들을 생성하는 필라멘트 어레이(104)의 작동 범위를 식별하는 데 사용될 수 있다. 피부에 생성되는 포어의 깊이는 필라멘트들(200)을 통해 피부에 전달되는 에너지에 비례한다.
몇몇 실시예에서, 제어 유닛(102)은 (예를 들면, 프로세서(204)를 통해) 전류 신호 대 필라멘트(200)의 단면적의 공급비(supply ratio)를 결정한다. 제어 유닛(102)은 공급비를 제1 역치와 제2 역치 사이가 되도록 또한 제어하는데, 제2 역치는 제1 역치보다 크다. 몇몇 실시예에서, 제1 및/또는 제2 역치는 사전 결정되며 메모리(예를 들면, 제어 유닛(120)의 메모리(206))에 저장될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 및/또는 제2 역치는 예를 들면, 필라멘트 또는 피부의 특성(예를 들면, 온도)을 감지하는 센서로부터의 정보를 사용하여 작동 중에 동적이다. 몇몇 실시예에서, 제1 및/또는 제2 역치는 다운로드 가능하고 시스템의 메모리, 예를 들면 제어 유닛(120)의 메모리(206)에 저장된다.
도 3a는 예시적인 실시예에 따른, 도 2의 필라멘트들(200)을 복수로 포함하는 도 1a의 열 절제 시스템(100)의 대표적인 필라멘트 어레이(104)의 평면도이다. 필라멘트 어레이(104)는 도전성 지지 부재들 또는 구조들(300) 사이에 배치된 복수의 필라멘트(200)를 포함한다. 도 3a에 도시되지는 않았지만, 도전성 지지 부재(300)는 전원에 결합될 수 있다. 도 3a는 필라멘트 어레이(104)의 구조의 구성/설계의 일 실시예를 도시하지만, 이러한 필라멘트 어레이들은 이 구성/설계에 한정되지 않는다. 대신에, 본 명세서에서 논의되는 바와 같이 필라멘트 어레이들의 다른 구성들/설계들도 가능하다.
몇몇 실시예에서, 도전성 지지 부재들(300)은 구리 또는 유사한 도전성 재료로 제작된다. 몇몇 실시예에서, 도전성 지지 부재들(300)은 필라멘트들(200)과 동일한 재료이다. 몇몇 실시예에서, 도전성 지지 부재들(300)은 필라멘트들(200)과는 상이한 재료이다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 도전성 지지 부재(300a)는 핑거들(fingers) 또는 유사한 돌기들(301) - 이들 사이에 필라멘트들(200a 내지 200k)이 배치되며, 여기서 1 < k임 - 을 포함한다. 도시되지는 않았지만, 도전성 지지 부재(300a)의 핑거들(301)이 핑거들(301)과 인터리브된(interleaved) 대응하는 도전성 지지 부재(300b)가 존재할 수 있다.
도전성 지지 부재들(300)은 도전성 지지 부재들(300)의 핑거들 사이에서 필라멘트들(200)을 제자리에 유지함으로써 필라멘트들(200)에 구조적 지지를 제공한다. 추가적으로 및/또는 대체로서, 도전성 지지 부재들(300)은 필라멘트들(200)을 전원에 도전적으로 결합한다.
도 3b는 예시적인 실시예에 따른, 도 3a의 필라멘트 어레이(104)의 일례를 도시하는 개략도이다. 도 3b는 필라멘트들(200)의 뱅크(뱅크 1)가 도전성 지지 부재(300a)와 도전성 지지 부재(300b) 사이에 배치된 도전성 지지 부재(300a)를 도시한다. 필라멘트들(200)의 n개의 뱅크가 있는 경우, 필라멘트들(200)의 n개의 뱅크를 지지하기 위해 m 개의 도전성 지지 부재(300)가 존재하는데, 여기서 1 ≤ n < m이다. 도시된 바와 같이, 도전성 지지 부재들(300a 내지 300m)은 필라멘트들(200)의 n개의 뱅크 각각과 도전성 지지 부재들(300a 및 300m)에 "+" 및 "-" 기호로 각각 표시된 전원 사이에 도전성 연결을 제공한다.
몇몇 실시예에서는, 필라멘트들(200)이 피부에 에너지(예를 들면, 열 에너지)를 제공하는 시간량을 제어하거나 변경하기 위해 열 절제 시스템(100)의 하나 이상의 컴포넌트를 사용하는 것이 필라멘트들(200)을 통해 제공되는 전류의 양(예를 들면, 진폭)을 제어하는 것보다 더 간단하고 더 효율적일 수 있다. 예를 들어, 이러한 시간량의 제어는 필라멘트들(200)에 전달되는 전류의 양을 제어하거나 변경시키는 시스템보다 더 적은 수의 컴포넌트를 이용할 수 있다. 하지만, 필라멘트들(200)이 피부에 에너지를 제공하는 시간량을 제어하거나 변경시키는 경우, 제어 유닛(102)은 피부의 최상층들, 예를 들면 각질층 및/또는 표피의 손상 (예를 들면, 화상 또는 건조)을 초래할 수 있는 피부 온도의 완만한 상승을 방지할 수 있다. 피부의 최상층(들)에 손상을 입히면 피부의 죽은 조직의 검게 탄/건조된 층을 생성할 수 있다. 이 죽은 조직의 층은 필라멘트들(200)로부터 피부의 보다 깊은 층들(예를 들면, 표피)로의 열 분산을 방해할 수 있고, 제형화된 활성 제약의 전달을 위한 실행 가능한 포어들의 생성을 방지할 수 있다. 또한, 피부에 손상을 입히면 통증을 야기하거나 통증으로 해석되는 피부의 신경 반응을 유발할 수 있다. 따라서, (예를 들면, 전기 펄스로) 필라멘트들에 에너지를 제공하는 지속시간 또는 필라멘트들(200)이 피부와 접촉하는 시간의 지속시간은 바람직하게는 피부에 이러한 손상을 야기하게 되는 시간보다 짧다.
또한, 필라멘트들을 통해 보다 많은 양의 전류를 제공하는 것은 필라멘트들을 통해 상대적으로 더 적은 양의 전류를 제공하는 것과 비교하여 보다 짧은 시간에 필라멘트들이 목표 온도에 도달할 수 있게 한다. 또한, 보다 많은 양의 전류는 원하는 포어 크기를 생성하는 데 필요한 시간을 단축시키며, 그래서 필라멘트들로부터의 열에 대한 신경 반응의 위험성을 줄이거나 제거하고, 절제와 관련된 통증을 줄이거나 제거한다.
전류 발생기(220)와 제어 유닛(102)이 포레이터(120)의 필라멘트 어레이(104)에 대전류를 공급할 때, 필라멘트 어레이(104)의 개별 필라멘트들(200)은 온도의 급격한 상승을 겪는다. 필라멘트들(200)(및 대응하여 필라멘트 어레이)의 온도 상승은 목표 포어 크기를 생성하는 데 필요한 시간을 단축할 수 있다. 그래서, 익힘(cooking) 및/또는 건조로 인한 열에 대한 신경 반응의 위험성이 감소되거나 제거되고, 절제와 관련된 통증이 감소되거나 제거될 수 있다.
전술한 바와 같이, 필라멘트들(200)은 에너지/열을 전원으로부터 표면, 예를 들면 환자의 피부로 전달한다. 각 필라멘트(200)는 피부로의 에너지/열 전달에 영향을 미칠 수 있는 하나 이상의 특성을 갖는다. 예를 들어, 필라멘트(200)는 필라멘트에 사용되는 재료 및 필라멘트의 기계적 형상에 의존하는 전기 저항을 갖는다. 필라멘트에 공급되는 및 필라멘트에 의해 공급되는 에너지의 양은 필라멘트(200)에 인가되는 전류(즉, 발생된 전류(220)에 의해 발생된 전류에 기초한), 필라멘트(200)의 전기 저항, 및 필라멘트의 크기에 기초한다. 필라멘트에 공급되는 에너지는 아래의 수학식 2 및 3을 사용하여 산출될 수 있다:
여기서:
· E - 에너지,
· P - 전력,
· t - 시간,
· I - 필라멘트(200)를 통해 흐르는 전류,
· U - 필라멘트(200) 끝의 전압,
· Rf - 필라멘트(200)의 저항,
· ρ- 필라멘트(200)의 특정 재료 저항률,
· l - 필라멘트(200)의 길이,
· w - 필라멘트(200)의 폭,
· h - 필라멘트(200)의 높이(두께)
필라멘트 어레이(104)에 공급되는 및 필라멘트 어레이(104)에 의해 공급되는 에너지의 양은 필라멘트 어레이(104)에 인가되는 전류(즉, 발생된 전류(220)에 의해 발생된 전류에 기초한) 및 필라멘트 어레이(104)의 전체적인 저항에 기초한다. 필라멘트 어레이(104)의 전체적인 저항은 필라멘트 어레이(104)의 필라멘트들(200)을 평균화함으로써 결정된다. 필라멘트 어레이(104)에 공급되는 및 필라멘트 어레이(104)에 의해 공급되는 에너지는 아래의 수학식 4 및 5를 사용하여 산출될 수 있다.
여기서:
· E - 에너지,
· P - 전력,
· t - 시간,
· I - 필라멘트 어레이(104)를 통해 흐르는 전류,
· U - 필라멘트 어레이(104) 접점들에서의 전압,
· Ra - (뱅크 구성 및 어레이 구성에 의존하는) 필라멘트 어레이(104)의 평균 저항.
도 3c는 예시적인 실시예에 따른, 하나 이상의 필라멘트 고장(302 및 304)을 겪는 도 3a의 필라멘트 어레이(104)의 평면도이다. 필라멘트 고장은 필라멘트 어레이(104)의 필라멘트들(200) 중 하나 이상이 손상 및/또는 파괴되어 손상되거나 파괴된 필라멘트(200)가 전류 발생기(220)로부터 발생된 전류를 피부로 전도할 수 없을 때 발생한다. 예를 들어, 필라멘트들(200) 중 하나가 절단, 파손, 또는 융해되어 필라멘트(200)가 도전성 지지 부재들(300)의 2개의 핑거(301)를 연결하지 않는 경우, 그 필라멘트(200)는 파손, 파단, 또는 달리 고장난다. 따라서, 고장난 상태에 있을 때, 필라멘트(200)는 도전성 지지 부재들(300)의 핑거들(301) 사이에서 유효하게 개회로(open circuit)로서 기능한다. 필라멘트 고장(302 및 304)은 고장난 필라멘트들(200)이 결합된 도전성 지지 부재들(300)의 개개의 핑거들(301) 사이에 도전성 경로를 더 이상 제공하지 않는 개별적인 고장 필라멘트들(200)에 대응한다.
몇몇 실시예에서, 2개의 핑거(301) 사이의 필라멘트 뱅크의 필라멘트들(200) 중 하나의 고장은 캐스케이드식 필라멘트 고장을 초래할 수 있다. 예를 들어, 필라멘트 뱅크 1의 제1 필라멘트(200a)가 고장난 경우, 필라멘트 뱅크 1의 나머지 필라멘트들(200)은 고장난 필라멘트(200a)를 통한 경로의 손실로 인해 전력 흐름의 증가를 겪는다. 필라멘트 뱅크 1의 나머지 필라멘트들(200)을 통한 이 증가된 전력 흐름은 나머지 필라멘트들(200) 중 하나 이상도 고장날 위험성을 증가시킨다. 필라멘트(200a)만의 고장은 필라멘트 뱅크 1의 나머지 필라멘트들(200)에서 캐스케이드식(사태) 효과를 개시하지 않을 수 있으나, 뱅크 1의 충분한 개수의 필라멘트(200)가 고장난 경우(예를 들면, 뱅크 1의 필라멘트들(200)의 약 5%), 캐스케이드식 필라멘트 고장이 발생할 수 있다. 따라서, 결국 뱅크 1의 모든 필라멘트들(200)이 고장나게 되어, 완전한 캐스케이드 고장, 또는 개방 고장을 초래하게 된다. 최초의 필라멘트 고장과 결과로 발생하는 완전한 캐스케이드 고장 사이에 경과하는 시간량은 아래에서 설명되는 3가지 방식 중 하나로 방산되지 않는 필라멘트들(200)에 공급되는 전류/에너지의 양에 의존한다.
몇몇 실시예에서, 필라멘트들(200)은 냉각되는데, 그에 의해 필라멘트(200)에 공급된 에너지가 방산된다. 이러한 방산이 일어나는 3가지 방법은 다음을 포함한다: (1) 공기로의 열의 복사, (2) 필라멘트 어레이(104)(예를 들면, 구리 구조)로의 열의 전도, 및 (3) 피부로의 열의 전도. 필라멘트(200)로부터 공기 중으로의 열의 복사는 필라멘트 어레이(104)로 또는 피부로의 열 전도와 비교하여 상대적으로 소량의 열 손실이다. 따라서, 복사 열 손실은 일반적으로 무시될 수 있다.
도전성 지지 구조(300)는 높은 열 전도율을 갖는 실질적으로 금속이기 때문에 도전성 지지 구조(300)로의 열의 전도(역전도)는 비교적 크다. 도전성 지지 구조(300)로의 전도로 인한 열 손실의 양은 물리학의 열법칙 및 알려진 재료 특성들을 이용하여 정량화될 수 있으며, 그래서 본 명세서에서는 상세하게 설명되지 않는다.
위에서 지적한 바와 같이, 피부로의 열 전도는 피부 유형, 형태, 탄력성, 수화, 및 피부 층들의 열역학적 파라미터들 중 적어도 하나 이상, 및 또한 필라멘트 어레이(104)와 피부 사이의 접촉/압력을 포함하여, 피부의 다양한 특성들에 의존한다. 피부의 상이한 층들은 열 전도에 영향을 미치는 상이한 특성들 또는 특징들을 가질 수 있으므로, 피부의 관련 특성들은 포레이션 중에 변할 수 있다. 예를 들어, (피부를 가진 상이한 실체들 사이에서 다양한 경도와 두께를 갖는 층상 구조를 갖는) 건조 각질층이 필라멘트 어레이(104)로 절제됨에 따라, 일반적으로 건조 각질층보다 더 수화되고 건조 각질층과는 상이한 특성들을 갖는 표피가 노출된다.
앞서 설명한 바와 같이, 필라멘트(200)의 전기 저항(및 그에 따라 달성되는 온도)은 필라멘트(200)의 크기 및/또는 형상 및 필라멘트(200)에 전달되는 에너지(즉, 전류 발생기(220)로부터 발생된 전류)에 비례한다. 다양한 크기, 형상, 및 에너지를 수용하기 위해, 위의 수학식 1에 의해 정의된 전류 밀도를 사용하여 관계들이 정규화될 수 있다. 수학식 1에 의해 정의된 전류 밀도, 필라멘트들(200)의 고장을 초래하는 작동 제약조건들, 및 각질층의 절제를 초래하는 작동 제약조건들에 기초하여, 바람직한 전류 밀도의 범위가 정의된다. 정의된 전류 밀도의 범위는 필라멘트들(200)에 전달되는 경우 통증을 가하거나 필라멘트 어레이를 손상시키는 일 없이 실행 가능한 포어들을 생성하는 전류 밀도를 식별한다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 도 1a의 필라멘트(200)에 인가되는 전류 밀도들을 나타내는 그래프(400)이다. 그래프(400)는 (x축을 따라서 초(s) 단위의) 시간의 함수로서 (y축을 따라서 켈빈(K) 단위의) 온도를 포함한다. 그래프(400)는 3개의 라인을 도시한다. 라인 A(1.3 ㎃/㎛2)는 각질층의 절제를 초래하는 최소 작동 제약조건을 나타낸다. 그래서, 1.3 ㎃/㎛2 미만으로 떨어지는 전류 밀도들은 각질층의 절제를 유발하는 온도들을 초래하지 않는다. 라인 B(3.56 ㎃/㎛2)는 필라멘트들(200)의 고장을 초래하거나 그 전류 밀도를 갖는 필라멘트 어레이(104)가 피부에 적용될 때 통증을 유발하는 작동 제약조건을 나타낸다. 그래서, 3.56 ㎃/㎛2를 넘는 전류 밀도들은 제어되지 않은 필라멘트 온도들을 초래하고 필라멘트 고장, 완전한 캐스케이드 고장, 및/또는 통증을 유발한다. 라인 A와 라인 B 사이에 들어가는 라인(402)은 필라멘트 고장 또는 통증을 유발함이 없이 각질층의 절제를 초래하기에 충분한 예시적인 전류 밀도를 나타낸다. 그래서, 라인 A와 라인 B 사이의 영역은 필라멘트 어레이(104)를 손상시키거나 파괴함이 없이 또는 피부에 통증을 유발하거나 피부를 손상시킴이 없이 절제를 초래하는 전류 밀도들을 나타낸다.
몇몇 실시예에서, 열 절제 시스템(100)의 제어 유닛(102)은 필라멘트(200)에서의 전류 밀도가 제1 전류 밀도(예를 들면, 라인 A로 나타낸 전류 밀도) 이상이 되도록 전류 신호를 발생시키도록 (예를 들면, 프로세서(204)를 통해) 전류 발생기(220)를 제어하도록 구성된다. 또한, 전류 신호는 필라멘트(200)에서의 전류 밀도가 제2 전류 밀도(예를 들면, 라인 B로 나타낸 전류 밀도) 이하가 되도록 발생될 수 있다. 전술한 바와 같이, 라인 B의 전류 밀도는 라인 A의 전류 밀도보다 크다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른, 필라멘트 어레이(104)에 전달되는 에너지의 전류 밀도 및 펄스 길이에 대해 도 1a의 필라멘트 어레이(104)의 포어 생성 수행 결과들을 나타낸 표(500)이다. 표(500)의 열들(columns)은 필라멘트 어레이(104)에 제공되는 발생된 전류 신호의 펄스 길이들을 나타내는 다양한 펄스 길이들(밀리초 단위)을 나타낸다. 표(500)의 행들(rows)은 필라멘트 어레이(104)의 필라멘트들(200)의 평균 전류 밀도들을 나타내는 다양한 전류 밀도들(㎃/㎛2 단위)을 나타낸다. 표(500)의 본문은 전류 밀도와 펄스 길이의 특정 조합들이 특정 수행 결과들을 발생시킴을 보여준다.
표(500)에 묘사된 수행 결과들은 펄스 길이와 전류 밀도의 어떤 조합이 각질층을 통해 표피까지 포어들을 생성하면서 필라멘트 어레이(104)의 열역학적 안정성을 초래하는지를 보여준다. 열역학적 안정성은 필라멘트 어레이들(104)의 일관된 온도와 최적화된 스위칭(< 500 us당 2 스위치)에 의해 정량화되었다. 최적화된 스위칭이란 제어 유닛(CPU)(204)이 필라멘트 어레이(104)에 전달되는 전류를 변조하는 프로세스를 가리킨다. 예를 들면, 필라멘트 어레이에 제공되는 전류를 일련의 펄스로 ON 및 OFF 스위칭하는 것. 이 스위칭은 필라멘트 어레이를 원하는 결과에 이르도록 충분히 고온이 되게 가열하면서, 필라멘트들의 온도를 비교적 일정하게 유지하고 그 온도가 융해/파단/고장점에 도달하지 않도록 행해진다. 이는 적절한 펄스 파라미터들을 사용(예를 들면, 설정)하고 이들을 센서들(224)로부터의 판독값들과 비교함으로써 행해질 수 있다. 표(500)에 묘사된 수행 결과들은 또한 펄스 길이와 전류 밀도의 어떤 조합이 각질층을 통해 표피까지 포어들을 생성하면서 필라멘트 어레이(104)의 에너지 조절/보상을 필요로 하는지를 보여준다. 표(500)의 수행 결과들의 경우, 필라멘트 어레이(104)의 필라멘트들(200)은 50 ㎛의 폭, 15 ㎛의 두께, 및 400 ㎛의 길이였으며 스테인레스강으로 제작되었다.
표(500)에 나타낸 바와 같이, 0.5 ㎳ 내지 16 ㎳의 펄스 길이들과 0.81 ㎃/㎛2의 전류 밀도의 조합은 추가 온도 조절 없이 공기 중에서 안전하다. 유사하게, 0.5 ㎳ 내지 10 ㎳의 펄스 길이들과 1.33 ㎃/㎛2의 전류 밀도의 조합도 추가 온도 조절 없이 공기 중에서 안전하다. 하지만, 위에서 논의된 바와 같이, 1.5 ㎃/㎛2 미만의 전류 밀도들은 각질층을 통해 표피까지 포어들을 생성하는데 불충분할 수 있다. 1.5 ㎃/㎛2 미만의 전류 밀도들에서는, 필라멘트들(200)로부터의 열이 절제가 이루어지는 것보다 더 빠르게 피부에 흡수 및 방산된다. 그래서, 펄스 길이들과 전류 밀도들의 이들 조합은 원하는 포어들을 생성하는데 불충분할 수 있다.
0.5 ㎳ 내지 2 ㎳의 펄스 길이들과 2.00 ㎃/㎛2의 전류 밀도의 조합은 열 전도가 매우 낮은 공기 중에서도 (피부 또는 필라멘트 어레이(104)의) 추가적인 온도 조절 없이 각질층을 통해 표피까지 포어들을 생성한다. 유사하게, 0.5 ㎳ 내지 1 ㎳의 펄스 길이들과 2.67 ㎃/㎛2의 전류 밀도의 조합은 (피부 또는 필라멘트 어레이(104)의) 추가적인 온도 조절 없이 각질층을 통해 표피까지 포어들을 생성한다.
12 ㎳ 내지 16 ㎳의 펄스 길이들과 1.33 ㎃/㎛2의 전류 밀도의 조합 및 4 ㎳의 펄스 길이와 2.00 ㎃/㎛2의 전류 밀도의 조합은 공기 중에서는 모종의 형태의 온도 제어 또는 보상(즉, 온도 조절)을 필요로 하지만 동물 피부에서는 어떠한 추가 온도 조절도 없이 포어들을 생성한다.
3.23 ㎃/㎛2의 전류 밀도에서의 0.5 ㎳ 내지 8 ㎳의 펄스 길이들의 조합은 각질층에는 포어들을 생성하는 한편 동물 피부에서는 추가 온도 조절을 필요로 하며 공기 중에서는 고장난다. 2.93 ㎃/㎛2의 전류 밀도에서의 0.5 ㎳ 내지 16 ㎳의 펄스 길이들의 조합도 각질층에는 포어들을 생성하는 한편 동물 피부에서는 추가 온도 조절을 필요로 하며 공기 중에서는 고장난다. 2.67 ㎃/㎛2의 전류 밀도에서의 2 ㎳ 내지 16 ㎳의 펄스 길이들의 조합은 동물 피부에서 추가 온도 조절로 각질층에 포어들을 생성하지만 공기 중에서는 고장난다. 2.00 ㎃/㎛2의 전류 밀도에서의 6 ㎳ 내지 16 ㎳의 펄스 길이들의 조합은 추가 온도 조절로 동물 피부에서는 각질층을 절제하고 공기 중에서는 고장난다. 3.23 ㎃/㎛2의 전류 밀도에서의 10 ㎳ 내지 16 ㎳의 펄스 길이들의 조합은 동물 피부에서 온도 조절로 고장나고 공기 중에서도 고장난다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 필라멘트 어레이의 필라멘트당 에너지의 함수로서의 경표피 수분 손실(trans-epidermal water loss: TEWL)을 나타내는 그래프이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른, 펄스들을 통해 도 1a의 필라멘트 어레이에 전달되는 에너지(x축)에 대한 경표피 수분 손실(TEWL)(y축)의 관계를 나타내는 펄스 프로파일을 나타내는 그래프이다. TEWL은 약물 전달(피부로의 API의 확산)과 상관관계가 있다. 도 7은 보다 낮은 에너지들의 경우, 필라멘트들의 파단을 방지하기 위해 제어 유닛(예를 들면, CPU)에 의해 변조될 필요가 있는 고전류 밀도의 펄스보다 긴 중단 없는 펄스를 갖는 것이 더 낫다는 것을 도시한다. 보다 높은 에너지 전달을 위해, 특정(예를 들면, 최적)의 전류 밀도, 또는 결정된 최적의 전류 밀도보다 약간 높거나 약간 낮은 전류 밀도가 사용될 수 있다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른, 도 1a의 필라멘트 어레이(104)의 필라멘트 온도 제어 - 이는 필라멘트 어레이(104)에 전달되는 에너지 펄스들의 제어와 관련됨 - 를 나타내는 그래프(800)이다. 그래프(800)는 x축을 따라서의 시간의 함수로서 y축을 따라서의 필라멘트 온도를 도시한다. 그래프(800)는 또한 x축을 따라서의 시간의 함수로서 y축을 따라서의 전류 진폭을 도시한다. 상이한 평균 폭(average width)의 3개의 필라멘트 어레이(라인 807, 808, 및 809)에 대한 필라멘트 온도들이 필라멘트 어레이(104)에 인가되는 일정 진폭 전류 신호(라인 801)에 대해 도시되어 있다. 그래프(800)는 또한 필라멘트들(200)에 대한 최대 온도(810)(예를 들면, 그 이상에서 필라멘트들(200)이 고장나게 되는 온도)를 포함한다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 필라멘트 어레이(104)는 제어 유닛(102)으로부터 발생된 전류 신호(라인 801로 나타냄)를 수신할 수 있다. 발생된 전류 신호는 일련의 펄스 또는 시퀀스의 펄스로서 수신될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 기간(802) 동안에는, 기간(802) 동안 라인 801의 직선 부분으로 나타낸 일정 진폭을 갖는 전류 신호가 수신된다. 기간(802) 동안, 전류 신호는 "펄스화"되지 않을 수 있으며 오히려 지속적으로 "ON" 상태로 유지된다. 또한, 기간(802) 동안, 전류 신호가 "ON"인 것에 응답하여, 라인들(807, 808, 및 809)로 나타낸 필라멘트 온도들은 비교적 일관되게 상승한다. 전술한 바와 같이, 이는 필라멘트들(200)을 통과하는 전류 신호에 기인하고 필라멘트(200)의 재료의 저항 또는 비저항에 의거할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 도시된 온도 상승의 기울기 또는 속도는 필라멘트 어레이(104)의 필라멘트들(200)의 재료에 의존한다. 도시된 바와 같이, 전류 신호가 필라멘트 어레이(104)에 인가되는 한, 필라멘트 어레이(104)의 필라멘트들(200)의 온도들은 상승한다. 도시된 바와 같이, 그 온도들이 라인들(807, 808, 및 809)로 표시된 필라멘트들(200)은 상이한 재료들을 포함할 수 있는데, 이는 정전류 신호의 관점에서 라인들(807, 808 및 809)로 나타낸 상이한 온도 값들을 초래한다. 필라멘트들의 치수들이 다른 경우에도 동일하게 적용되며, 그래서 상이한 저항과 가열 속도를 초래하게 된다.
몇몇 실시예에서, 필라멘트 어레이(104)의 필라멘트들(200) 각각의 온도가 실질적으로 일관되게 상승하는 기간(802)은 시동 또는 웜업(warmup) 기간에 대응한다. 시동 기간 동안, 필라멘트 어레이(104)는 필라멘트 어레이(104)의 필라멘트들(200)을 각질층을 통해 포어들이 생성되게 되는 원하는 온도 역치까지 또는 실질적으로 그 온도 역치까지 가열함으로써 피부에 포어들을 생성할 준비를 한다. 위에서 지적한 바와 같이, 라인들(807, 808, 및 809)이 피크에 달하는 온도는 최대 온도(810)보다 낮다. 따라서, 필라멘트들(200)의 온도가 원하는 온도 역치에 도달하면(예를 들면, 제어 유닛(102)의 센서들(224)에 의해 결정됨), 제어 유닛(102)은 전류 발생기(220)를 디스에이블(disable)시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제2 기간(804) 동안, 전류 신호는 펄스 파형을 갖는다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 전류 신호는 "ON"과 "OFF"로 되는 것 사이에서 교호적이 되거나 펄스화된다. 또한, 기간(804) 동안, 전류 신호가 펄스 파형인 것에 응답하여, 라인들(807, 808, 및 809)로 나타낸 필라멘트 온도들은 전류 신호 라인(801)의 "ON" 또는 "OFF" 상태에 대해 변동한다. 전술한 바와 같이, 이는 필라멘트들(200)을 통과하는 전류 신호에 기인하고 필라멘트들(200)의 재료의 저항 또는 비저항에 의거할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 도시된 온도 변동의 기울기 또는 속도는 필라멘트 어레이(104)의 필라멘트들(200)의 재료에 의존한다. 도시된 바와 같이, 전류 신호가 "ON"일 때, 필라멘트 어레이(104)의 필라멘트들(200)의 온도들은 상승한다. 전류 신호가 "OFF"일 때, 필라멘트들(200)의 온도들은 저하된다. 전류 ON 및 OFF의 제어는 (직접, 온도 또는 저항을 측정하는, 또는 간접적으로, 필라멘트들로 분산된 에너지 및 전력을 측정하는) 센서들을 통해 지속적으로 프로그램되는 시퀀스로 행해질 수 있다.
몇몇 실시예에서, 필라멘트 어레이(104)의 필라멘트들(200) 각각의 온도가 전류 신호에 응답하여 변동하는 기간(804)은 필라멘트들(200)의 온도가 목표 온도에서 또는 그 부근에서 유지되는 유지 기간에 대응한다. 따라서, 필라멘트들(200)의 온도가 역치 온도 아래로 떨어질 때(예를 들면, 제어 유닛(102)의 센서들(224)에 의해 결정됨), 제어 유닛(102)은 전류 발생기(220)를 작동시킬 수 있다. 전류 발생기(220)는 필라멘트들(200)의 온도가 원하는 온도 역치에 도달할 때까지 작동될 수 있는데, 이 시점에서 전류 발생기(220)는 전술한 바와 같이 디스에이블된다. 따라서, 유지 기간(804) 동안, 필라멘트 어레이(104)는 필라멘트 어레이(104)의 필라멘트들(200)을 원하는 온도 역치까지 또는 실질적으로 원하는 온도 역치까지 주기적으로 가열/냉각함으로써 피부에 포어들을 생성하는 온도에서 또는 그 근처에서 유지된다. 그래서, 전류 발생기(220)의 작동/작동 정지가 반복될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제3 기간(806) 동안, 전류 신호는 "OFF"되어 필라멘트 어레이(104)에 의해 수신되지 않는다. 제3 기간(806) 동안, 필라멘트들(200)은 라인들(807, 808, 및 809) - 각각은 제3 기간(806)의 종료시에 비교적 일정한 레벨까지 서서히 떨어짐 - 로 나타낸 바와 같이 냉각되도록 된다. 몇몇 실시예에서, 제3 기간(806)은 필라멘트들(200)의 온도가 "냉각" 기간 동안 냉각되도록 되는 셧다운 기간에 대응한다. 냉각 기간 후에 필라멘트들을 원하는 온도로 만들기 위해 다른 펄스 열(pulse train)이 생성될 수 있는데, 이 후속 펄스 열은 이전 것과 같거나 다르다.
제어 유닛(102)은 그래프(800)의 라인들(807, 808, 및 809)의 필라멘트 온도들을 초래하는 전류 신호를 발생시키도록 전류 발생기(220)를 제어할 수 있다. 따라서, 전류 발생기(220)는 필라멘트 어레이(104)의 온도를 절제 온도(예를 들면, 123 ℃)로 상승시키도록 전류 신호를 발생시킬 수 있다. 전류 발생기(220)는 다음으로 필라멘트 어레이(104)의 온도를 원하는 범위 내에 및/또는 절제 온도 근처로 유지하도록 전류 신호를 펄스들로 발생시킬 수 있다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른, 경시적으로 필라멘트 어레이(104)에 전달되는 에너지를 제어하는 전류 및 전압 신호들, 각각 라인 901 및 903을 도시하는 그래프(900)이다. 그래프(900)는 x축을 따라서의 시간의 함수로서 y축을 따라서의 전압 및 전류를 도시한다. 라인 901은 전류 신호를 통해 필라멘트 어레이(104)에 인가되는 전류를 나타낸다. 라인 903은 필라멘트 어레이(104)의 전압을 나타낸다. 그래프(900)는 또한 4개의 국면 또는 스테이지(902, 904, 906, 및 908)를 나타낸다.
라인 901은 전류 신호가 주기적인 펄스들, 대략 100-700 ㎲ 사이의 초기 펄스 및 대략 800-1200 ㎲, 1300-1700 ㎲, 1800-2100 ㎲, 2300-2600 ㎲, 2700-2900 ㎲, 3000-3300 ㎲, 3400-3600 ㎲, 및 3700-3900 ㎲ 사이의 후속 펄스들로 인가됨을 나타낸다. 펄스들 각각은 전류 신호의 램프업(ramp-up), 플래토(plateau), 및 램프다운(ramp-down)을 포함한다. 라인 903은 전류 신호의 주기적인 펄스들 동안 필라멘트 어레이(104)의 전압도 펄스화됨을 나타낸다. 전류 신호의 램프업 및 램프다운 기간들 동안에는, 전압도 대응하는 시간들에서 램프업 및 램프다운되는 것으로 보인다. 전류 신호의 플래토 기간들 동안에는, 전압도 플래토로 되는 것으로 보인다.
제1 스테이지(902)는 웜업(warm-up) 스테이지에 대응하는데, 이 기간 동안 초기 전류 펄스는 제1 스테이지(902) 동안의 전압의 증가에 의해 나타낸 바와 같이, 필라멘트 어레이(104)의 온도를 상승시킨다. 제2 스테이지(904)는 슬로 다운(slow-down) 스테이지에 대응하는데, 이 기간 동안 초기 전류 펄스는 필라멘트들의 고장 개방(fail open)(파단)을 방지하기 위해 진폭이 감소될 수 있다. 제3 스테이지(906)는 유지 스테이지에 대응하는데, 이 기간 동안에 전류 신호의 후속 펄스들(및 전압의 후속 펄스들)이 발생한다. 제3 스테이지(906)는 절제를 가능하게 하기 위해 필라멘트 어레이(104)의 온도를 유지하도록 전류 신호가 펄스화되는 유지 스테이지에 대응할 수 있다. 제3 스테이지(906) 동안의 펄스들은 필라멘트 어레이(104)의 온도가 필라멘트들(200)의 고장 온도를 초과하지 않고 절제가 발생하지 않는 온도 아래로 떨어지지 않는 것을 보장하도록 발생한다.
제3 스테이지(906)는 또한 2개의 스테이지(908)를 포함한다. 2개의 스테이지(908)는 온도 조절 기간들에 대응한다. 전류(901)와 전압(903)은 사전 프로그램된 유지 펄스(스위칭)의 경우에 시스템이 어떻게 보이는지를 나타낸다. 이는 모든 필라멘트들(및 필라멘트 어레이들)이 정확한 치수들로 제작되는 경우에 유효하다. 예를 들어, 제조 프로세스들로 인해 이들 중 일부가 다른 경우, 이 에너지 전달은 너무 많거나 너무 적을 수 있으며, 그 결과 온도가 통제 불능 상태로 되거나 냉각이 더디고 포어들을 생성하기 위한 에너지 전달이 불충분해질 수 있다. 웜업으로부터 슬로 다운으로 및 유지로의 각 스위칭 형태는 피드백 루프에 의해 제어된다. 온도(또는 에너지) 역치에 도달하면, 시스템은 다음 상태로 들어간다. 라인 905는 센서들(224)이 필라멘트들의 파단을 방지하고 온도를 일정하게 유지하기 위해 필라멘트 어레이에 제공되는 전류(또는 에너지)가 일시 중지되어야 한다고 결정한 구현을 나타낸다. 다시 말하면, 라인 905는 필라멘트 어레이에 제공되는 전류를 제어하기 위해 센서들(224)을 사용하는 피드백 루프를 사용하는 것을 나타낸다. 이 경우에, 이 예에서 사용된 펄스 열 전체 동안 2회였다.
제어 유닛(102)은 그래프(900)에 나타낸 전류 신호를 발생시키도록 전류 발생기(220)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 도 8과 관련하여 위에서 설명한 바와 같이, 전류 발생기는 필라멘트 어레이(104)의 온도를 절제 온도(예를 들면, 123 ℃)로 또는 실질적으로 절제 온도(예를 들면, 123 ℃)로 상승시키기 위해 초기 펄스 동안 및 스테이지(902) 동안 전류 신호를 발생시킬 수 있다. 전류 발생기(220)는 다음으로 필라멘트 어레이(104)의 온도를 원하는 범위 내에 및/또는 절제 온도 근처로 유지하도록 전류 신호를 펄스들로 발생시킬 수 있다. 이들 유지 펄스는 스테이지(906) 동안 나타낸 펄스들에 대응할 수 있다. 스테이지(904) 동안, 전류 발생기(220)는 OFF 상태를 유지하거나 초기 펄스의 전류 레벨을 감소시킬 수 있다. 이들 스테이지 동안의 전류는 동일한 진폭일 수도 있고 아닐 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 열 절제 시스템(100)의 제어 유닛(102)은 하나 이상의 펄스를 갖는 전류 신호를 발생시키도록 (예를 들면, 프로세서(204)를 통해) 전류 발생기(220)를 제어하도록 구성된다. 전류 발생기(220)는 전류 신호의 펄스 길이를 제1 펄스 길이(즉, 유지 펄스 길이) 이상 및 및 제2 펄스 길이(즉, 웜업 펄스 길이) 미만이 되게 제어하도록 구성될 수 있는데, 제2 펄스 길이는 제1 펄스 길이보다 길다.
몇몇 실시예에서, 열 절제 시스템(100)의 제어 유닛(102)은 제1 시간(웜업 스테이지 동안)에 제3 전류 밀도(예를 들면, 웜업 스테이지의 전류 밀도)를 갖도록 공급 전류 값을 제어하도록 구성된다. 열 절제 시스템(100)의 제어 유닛(102)은 제2 시간(유지 스테이지 동안)에 제4 전류 밀도(예를 들면, 유지 스테이지의 전류 밀도)를 갖도록 공급 전류 값을 제어하도록 구성되는데, 제3 및 제4 전류 밀도는 제1 전류 밀도(예를 들면, 라인 A 전류 밀도)와 제2 전류 밀도(예를 들면, 라인 B 전류 밀도) 사이에 있거나 이들과 동일하다. 제4 전류 밀도는 제3 전류 밀도보다 작고, 제2 시간은 제1 시간보다 나중이다.
몇몇 실시예에서, 제어 유닛(102)은 예를 들면, 프로세서(204) 및/또는 전류 발생기(220)를 통해, 필라멘트들(200)의 고장 가능성을 최소화하거나 낮추면서 표피까지의 각질층의 절제 또는 포레이션을 가능하게 하기 위해 웜업 스테이지 및 유지 스테이지 동안 전류 신호 및 전류 밀도들을 제어할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제어 유닛(102)은 예를 들면, 프로세서(204) 및/또는 전류 발생기(220)를 통해, 융해에 의한 필라멘트 고장의 가능성을 최소화하면서 피부 표면을 절제하거나 플래시 기화시키기 위해 전류 신호의 펄스 길이 및 펄스 신호의 연속적인 펄스들 사이의 펄스 주기를 결합하여 함께 제어한다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른, 도 1a의 필라멘트 어레이(104)의 작동 온도 프로파일을 도시하는 그래프(1000)이다. 라인 1001은 도시된 작동 온도 프로파일을 나타내는데, 이는 일반적으로 라인 1003으로 나타낸 경시적인 온도 변화를 추적한다. 그래프(1000)는 또한 3개의 국면(1002, 1004, 및 1006)을 포함한다.
라인 1050은 ON 또는 OFF로 스위칭되는 전류의 ON/OFF 스테이지에 대응하는 필라멘트 어레이 상의 전압이다. 라인 1051은 계산된 온도이다. 국면 1002는 가장 높은 전류의 웜업 국면이고, 1004는 약간 더 낮은 전류의 슬로 다운이며 그래서 온도 상승이 더 느리다. 1004 세그먼트의 라인 1050은 전류가 더 낮지만 1002보다 더 높다는 것에 유의하자. 이는 온도 상승으로 인해 필라멘트 어레이(104)의 저항이 상승했기 때문이다. 세그먼트 1002와 세그먼트 1004 사이의 라인 1050의 급격한 저하는 전류가 저하되고 그에 따라 전압이 저하된 시간상의 순간(및 특정 온도)을 가리키지만, 필라멘트들의 온도는 그 짧은 순간에 비교적 일정했다. 원하는 온도에 도달하면, 전압(라인 1050)이 일정하고(일정한 온도에 대응하고) 스위칭되는(라인의 빈 부분들) 유지 스테이지에 들어가는 시스템.
도 11a 및 도 11b는 예시적인 실시예에 따른, 도 1b의 필라멘트 어레이에 대한 2개의 상이한 에너지 전달 프로파일의 온도 곡선들을 각각 나타내는 그래프들(1100 및 1150)이다. 그래프(1100)는 저플럭스 에너지 전달 프로파일(low flux energy delivery profile)을 나타낸다. 저플럭스 에너지 전달 프로파일은 저전류 가온 스테이지 및 이어지는 저온 역치 스테이지를 포함한다. 저플럭스 에너지 전달 프로파일은 피부에 에너지를 전달하기 위해 보다 긴 펄스들이 사용되는 것으로 인해 통증을 초래할 수 있는 필라멘트 어레이(104)를 통과하는 저전류를 수반할 수 있다. 이러한 보다 긴 펄스들은 보다 낮은 전류에서도 피부의 차콜링(charcoaling) 및 닫힌 포어들을 초래할 수 있다. 또한, 저플럭스 에너지 전달 프로파일은, 제어하기는 더 용이하지만 동일한 에너지가 보다 많지만 보다 낮은 품질(예를 들면, 덜 깊은)의 포어들로 전달되어야 하기 때문에 더욱 더 긴 펄스들을 초래하는 저온 역치들을 이용할 수 있다.
그래프(1150)는 고플럭스 에너지 전달 프로파일을 나타낸다. 고플럭스 에너지 전달 프로파일은 고전류 가온 스테이지 및 이어지는 고온 역치 스테이지를 포함한다. 고플럭스 에너지 전달 프로파일은, 폭주 효과를 초래할 수 있고 필라멘트 어레이(104)의 고장으로 이어지는 필라멘트 어레이(104)를 통과하는 고전류를 수반할 수 있다. 하지만, 고플럭스 에너지 전달 프로파일은 저플럭스 에너지 전달 프로파일보다 더 빠르고 저플럭스 에너지 전달 프로파일보다 더 양호한 포어들(예를 들면, 더 깊은 포어들)을 생성할 수 있다. 또한, 고플럭스 에너지 전달 프로파일은 저플럭스 에너지 전달 프로파일과 비교하여 고장의 위험을 증가시키지만 보다 짧은 펄스들 및 보다 양호한 포어 수행을 초래하는 고온 역치들을 이용할 수 있다.
전력/총 에너지를 전술한 제약조건 내에 유지하면서, 전달 프로파일과 펄스 구조는 포어들의 품질과 크기에도 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 도 11a의 프로파일에서는, 필라멘트의 안전성 및 온도 싱킹(temperature sinking)을 확실히 하기 위해 스위칭이 사용된다. 이 스위칭은 필라멘트들이 약간 냉각되는 데 도움이 될 수 있다. 단 몇 회의 스위칭 순간으로 고속 가열(웜업 기간(1002)) 및 고온 역치를 갖는 상태가 존재하는 경우, 필라멘트들의 안전성을 유지하고 통증 반응의 저감 또는 제거 및 보다 우수한 에너지 효율을 포함하여 보다 효율적인 프로세스를 보장하기 위해 또한 에너지 전달의 고속측에 있도록 하기 위해 최적의 에너지 플럭스가 제공되고 있다.
각질층을 가열 및 절제하는 데 필요한 에너지를 신속하게 전달하기 위해 필라멘트 어레이(104)의 웜업 스테이지 동안 고에너지 플럭스를 가지며 그 후 표피층의 증발과 균형을 유지하기 위해 에너지 플럭스를 낮추는 것이 유익할 수 있다. 보다 낮은 에너지 플럭스는 전류 신호의 변조된 전류 레벨들 또는 전류 신호를 기초로 한 변조된 듀티 사이클들, 또는 이 둘의 조합에 의해 달성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 피드백 시스템은 예를 들면, 제어 유닛(102)의 센서들(224)로부터의 전기적 측정들에 기초하여, 필라멘트들(200)의 온도에 비례하는 필라멘트들(200)의 저항을 산출할 수 있다.
피드백 시스템은 제어 유닛(102)의 하나 이상의 컴포넌트에 의해 구현될 수 있다. 피드백 시스템은 다음과 같은 방식으로 작동한다: (예를 들면, 전류 발생기(220)에 의해 발생되는) 초기 전류는 급속 가열 국면(rapid heating phase)에서 높으며, 센서들(224) 중 하나에 의해 결정되는 설정 목표에 도달하는 필라멘트의 온도에 의해 촉발되어 결국 감소된다. 높은 초기 전류 후에, 필라멘트(200)를 최종 온도로 완화시키는(가열 속도를 늦추는) 중간 국면(intermediate phase)이 이어진다. 마지막으로, 유지 국면은 전류 발생기(220)와 제어 유닛(102)이 필라멘트들(200)로 펌핑되는 전류와 포어들의 표피 증발(생성)에 사용되는 에너지 사이에서 에너지를 균형화할 수 있게 한다. 이들 국면에서 전류 플럭스들은 가변적이며, 전류 발생기(220)에 의해 펄스 단위로 설정될 수 있다. 보통, 전류 플럭스들은 필라멘트 가열 다이내믹스로 인해 급속 가열 국면에서 가장 높고 유지 국면 동안에 가장 낮다. 레벨들은 필라멘트의 개수, 어레이의 전기적 토포그래피, 및 필라멘트들(220)의 형상에 의존한다. 전류 전달의 일시 중지/변경에 대한 트리거는 시간, 필라멘트들의 온도, 전달된 개별 또는 누적 에너지, 또는 이들의 조합에 의해서 이루어질 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예들은 필라멘트들(200)과 피부 사이의 접촉이 열의 적절한 전달을 제공하고 있으며 접촉이 균일하다고 가정한다. 접촉을 보장하는 방법들 중 하나는 피부 쪽으로 외측으로 돌출된 3D 구조를 갖는 필라멘트들(200)을 설계 및 제조하는 것이다. 필라멘트들의 3D 구조는 접촉이 필라멘트 어레이(104)의 표면 전체가 아닌 필라멘트들(200)의 표면들로 이루어질 수 있기 때문에 피부와의 보다 양호한 접촉을 용이하게 할 수 있다. 추가적으로 또는 대체로서, 앞서 설명한 바와 같이 피부를 필라멘트들(200)과 접촉하게 또는 필라멘트들(200)에게로 당기는 진공이 도입될 수 있다. 진공은 피부와 필라멘트들(200) 사이에 양호한 균일한 접촉을 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에서는, 필라멘트들(200)로부터 대략 1 cm2의 접촉 활성 영역을 갖는 포레이터들(porators)의 경우, 전술한 에너지 범위들에 기초하여 펄스가 너무 길지 않고 필라멘트들(200)을 캐스케이드식 고장으로 위험에도 빠뜨리지 않는 실행 가능한 포어들을 생성하려면 최소 진공이 약 5 mm Hg여야 한다.
다양한 필라멘트 어레이 프로브 디자인들 사이에 일관된 열 절제를 제공하기 위해, 프로브로부터 피부로의 에너지 전달이 면밀하게 측정된다. 본 발명의 실시예들은 피부-프로브 접촉 부위들의 표면에서 필라멘트 어레이의 온도를 직접 제어할 뿐만 아니라 에너지 전달을 동적으로 조절하는 것을 목적으로 한다.
통상의 기술자는 이하와 같이 및 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, 컴퓨터 가독 매체에 저장되어 하드웨어 프로세서에 의해 실행 가능한 소프트웨어, 또는 양자 모두의 조합들로 구현될 수 있음을 인식할 것이다. 하드웨어와 소프트웨어의 이 호환성을 명확히 예시하기 위해, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들, 및 단계들이 일반적으로 그 기능면에서 위에서 설명되었다. 이러한 기능이 하드웨어로 구현되는지 소프트웨어로 구현되는지는 전체적인 시스템에 부과되는 특정 적용 및 설계상의 제약조건들에 의존한다. 통상의 기술자는 설명된 기능을 각각의 특정 적용에 다양한 방식으로 구현할 수 있으나, 이러한 구현 결정들이 본 발명의 범위로부터 일탈을 야기하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 및 회로들은 범용 프로세서, DSP(digital signal processor: 디지털 신호 프로세서), ASIC(application-specific integrated circuit: 특정 용도용 집적회로), FPGA(Field Programmable Gate Array: 필드 프로그래머블 게이트 어레이) 또는 다른 프로그래머블 로직 디바이스, 개별 게이트 또는 트랜지스터 로직, 개별 하드웨어 컴포넌트, 또는 본 명세서에 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 이들의 임의의 조합으로 구현되거나 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수 있으나, 대체로서 프로세서는 임의의 종래의 프로세서, 컨트롤러, 마이크로컨트롤러, 또는 스테이트 머신일 수 있다. 프로세서는 또한 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예를 들면 DSP와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서, DSP 코어와 연계된 하나 이상의 마이크로프로세서, 또는 임의의 다른 그러한 구성으로 구현될 수도 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어, 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈, 또는 양자의 조합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈식 디스크, CD-ROM, 또는 본 기술분야에 알려진 기타 형태의 저장 매체에 상주할 수 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서가 저장 매체로부터 정보를 읽고 저장 매체에 정보를 기록하도록 프로세서에 연결된다. 혹은, 저장 매체는 프로세서에 일체일 수도 있다. 프로세서와 저장 매체는 ASIC에 상주할 수 있다.
위의 상세한 설명은 다양한 실시예들에 적용되는 개발의 신규한 특징들을 제시, 설명, 및 지적하였으나, 개발의 정신으로부터 일탈함이 없이 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 예시된 디바이스 또는 프로세스의 형태 및 세부사항에 다양한 생략, 대체, 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 인식되는 바와 같이, 일부 특징은 다른 특징들과 별도로 사용되거나 실시될 수 있으므로, 본 개발은 본 명세서에 기재된 특징들 및 이점들 모두를 제공하지는 않는 형태 내에 구현될 수 있다. 청구범위의 의미 및 동등성의 범위 내에 속하는 모든 변경들은 그 범위 내에 포함되게 된다.
본 기술분야의 통상의 기술자는 이들 서브시스템 각각이 다양한 기법들 및 하드웨어를 사용하여 상호 연결되고 제어 가능하게 연결될 수 있으며 본 발명은 어떠한 구체적인 연결 방법 또는 연결 하드웨어에도 한정되지 않는다는 것을 인식할 것이다.
이 기술은 다수의 다른 범용 또는 특수 목적의 컴퓨팅 시스템 환경들 또는 구성들에서 작동한다. 본 발명에 사용하는 데 적합할 수 있는 잘 알려진 컴퓨팅 시스템들, 환경들, 및/또는 구성들의 예들은 PC들, 서버 컴퓨터들, 핸드헬드 또는 랩탑 디바이스들, 멀티프로세서 시스템들, 마이크로프로세서 기반 시스템들, 마이크로컨트롤러 또는 마이크로컨트롤러 기반 시스템, 프로그램 가능한 가전제품들, 네트워크 PC들, 미니컴퓨터들, 메인프레임 컴퓨터들, 위의 시스템들 또는 디바이스들 중 어느 하나를 포함하는 분산 컴퓨팅 환경들 등을 포함하지만 이들에 국한되지는 않는다.
본 명세서에서 사용되는 경우, 명령어들은 시스템에서 정보를 처리하기 위한 컴퓨터 구현 단계들을 가리킨다. 명령어들은 소프트웨어, 펌웨어, 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 시스템의 컴포넌트들에 의해 수행하는 임의의 유형의 프로그램된 단계를 포함한다.
마이크로프로세서는 Pentium® 프로세서, Pentium® Pro 프로세서, 8051 프로세서, MIPS® 프로세서, Power PC® 프로세서, 또는 Alpha® 프로세서와 같은 임의의 종래의 범용 싱글 또는 멀티 칩 마이크로프로세서일 수 있다. 또한, 마이크로프로세서는 디지털 신호 프로세서 또는 그래픽 프로세서와 같은 임의의 종래의 특수 목적 마이크로프로세서일 수 있다. 마이크로프로세서는 전형적으로 종래의 어드레스 라인들, 종래의 데이터 라인들, 및 하나 이상의 종래의 제어 라인을 갖는다.
본 시스템은 Linux®, UNIX®, MacOS®, 또는 Microsoft Windows®와 같은 다양한 운영 체제, 또는 커스텀 메이드의 지정 OS와 연계하여 사용될 수 있다.
시스템 제어는 C, C++, BASIC, Pascal, .NET(예를 들면, C#), 또는 Java와 같은 임의의 종래의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있으며 종래의 운영 체제에서 실행될 수 있다. C, C++, BASIC, Pascal, Java, 및 FORTRAN은 실행 가능한 코드를 생성하기 위해 많은 상용 컴파일러가 사용될 수 있는 업계 표준의 프로그래밍 언어들이다. 시스템 제어는 Perl, Python, 또는 Ruby와 같은 해석된 언어들을 사용하여 작성될 수도 있다. PHP, JavaScript 등과 같은 다른 언어들도 사용될 수 있다.
전술한 설명은 본 명세서에 개시된 시스템들, 디바이스들, 및 방법들의 특정 실시예들을 상술한다. 하지만, 전술한 바가 텍스트에 아무리 상세하게 나타나 있더라도, 시스템들, 디바이스들, 및 방법들은 많은 방법으로 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 위에서도 진술한 바와 같이, 본 발명의 특정 특징들 또는 양태들을 설명할 때 특정 용어의 사용은 그 용어가 관련되어 있는 기술의 특징들 또는 양태들의 임의의 구체적인 특성들을 포함하도록 제한되도록 용어가 여기에서 재정의되고 있음을 의미하는 것으로 받아들여서는 안 된다는 것에 유의해야 한다.
기재된 기술의 범위로부터 일탈함이 없이 다양한 수정들 및 변경들이 이루어질 수 있음을 본 기술분야의 통상의 기술자는 이해할 것이다. 이러한 수정들 및 변경들은 실시예들의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다. 일 실시예에 포함된 부분들이 다른 실시예들과 상호 교환 가능하며; 묘사된 실시예로부터의 하나 이상의 부분이 임의의 조합으로 다른 묘사된 실시예들에 포함될 수 있다는 것을 본 기술분야의 통상의 기술자는 또한 이해할 것이다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 및/또는 도면들에 묘사된 다양한 컴포넌트들 중 임의의 것은 다른 실시예들과 결합, 교환, 또는 이로부터 제외될 수 있다.
본 명세서에서 실질적으로 임의의 복수형 및/또는 단수형 용어들의 사용과 관련하여, 본 기술분야의 통상의 기술자는 문맥 및/또는 적용에 적합한 경우에 복수로부터 단수로 및/또는 단수로부터 복수로 전환할 수 있다. 명료성을 위해 다양한 단수형/복수형 순열들이 본 명세서에서 명시적으로 기재될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "comprising(포함하는)"이라는 용어는 "including", "containing", 또는 "characterized by(~을 특징으로 하는)"과 동의어이며, 포괄적 또는 개방형이며, 추가적인, 기재되지 않은 요소들 또는 방법 단계들을 배제하지 않는다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 성분들의 양들, 반응 조건들 등을 나타내는 모든 숫자들은 모든 경우에 "약"이라는 용어에 의해 한정되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 달리 나타내지 않는 한, 본 명세서 및 첨부 청구범위에 기재된 수치 파라미터들은 본 발명에 의해 얻고자 하는 원하는 특성들에 따라 달라질 수 있는 근사치들이다. 적어도, 균등론(doctrine of equivalents)의 적용을 청구범위의 범위로 한정하려는 시도로서가 아니라, 각 수치 파라미터는 유효 자릿수 및 통상적인 반올림 접근법에 비추어 해석되어야 한다.
위의 설명은 본 개발의 여러 방법 및 재료를 개시한다. 이 개발은 방법들 및 재료들에 있어서의 수정들뿐만 아니라, 제조 방법들 및 장비에 있어서의 변경들도 가능하다. 이러한 수정들은 본 발명의 고찰 또는 본 명세서에 개시된 개발의 실시로부터 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명확해질 것이다. 그 결과, 이 개발은 본 명세서에 개시된 구체적인 실시예들로 한정되는 것으로 의도되지 않으며, 첨부의 청구범위에 구체화된 개발의 진정한 범위 및 정신에 속하는 모든 수정들과 대체들을 커버하도록 의도된다.
본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 다음의 자료에 기재된 프로세스들은 컴퓨터 네트워크 상에서 수행될 수 있다. 중앙 서버 - 중앙 서버는 프로세서를 가짐 -, 데이터베이스들 및 메모리들과 같은 데이터 스토리지, 및 터미널들 및 기타 원하는 네트워크 액세스 포인트 또는 수단을 포함하여 네트워크들의 다양한 부분들과 유선 또는 무선 통신을 가능하게 하는 통신 피처들을 갖는 컴퓨터 네트워크.
Claims (22)
- 마이크로포어(micropore)를 유발하기에 충분히 깊은 막의 일부 부분의 절제(ablation)를 유발하기 위해 생체막에 열 에너지를 전달하는 장치로서,
도전성 필라멘트들의 어레이를 포함하는 포레이터(porator) - 상기 포레이터는 상기 도전성 필라멘트들의 어레이를 통해 흐르는 전류에 기초하여 열 에너지를 발생시키고 상기 열 에너지를 상기 포레이터에 인접하게 위치된 생체막에 제공하도록 구성됨 -; 및
상기 전류를 복수의 펄스로 상기 포레이터에 제공하도록 구성된 전력 공급 회로:
를 포함하는, 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 전력 공급 회로는 전력 공급부에 결합된 제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 복수의 펄스의 하나 이상의 파라미터를 제어하도록 구성되는,
장치. - 제2 항에 있어서,
상기 제어 회로는 포레이터 열 웜업 프로세스(porator thermal warmup process)를 구현하기 위해 상기 하나 이상의 파라미터를 제어하는,
장치. - 제3 항에 있어서,
상기 제어 회로는 포레이터 열 슬로 다운 프로세스(porator thermal slow-down process)를 구현하기 위해 상기 하나 이상의 파라미터를 제어하는,
장치. - 제3 항에 있어서,
상기 제어 회로는 포레이터 열 및 유지 프로세스를 구현하기 위해 상기 하나 이상의 파라미터를 제어하는,
장치. - 제2 항에 있어서,
상기 하나 이상의 파라미터는 상기 펄스들 중 적어도 하나의 전류의 진폭을 나타내는 전류 값을 포함하는,
장치. - 제2 항에 있어서,
상기 하나 이상의 파라미터는 상기 복수의 펄스 중 적어도 일부의 주파수를 나타내는 주파수 값을 포함하는,
장치. - 제2 항에 있어서,
상기 하나 이상의 파라미터는 상기 복수의 펄스 중 적어도 하나의 펄스 폭을 나타내는 펄스 폭 값을 포함하는,
장치. - 제2 항에 있어서,
상기 제어 회로는 제어 전류 값들이 제1 전류 밀도 이상 및 제2 전류 밀도 이하가 되도록 상기 복수의 펄스의 전류 값들을 제어하며, 상기 제2 전류 밀도는 상기 제1 전류 밀도보다 큰,
장치. - 제9 항에 있어서,
상기 제어 회로는 제1 시간에 제3 전류 밀도 및 제2 시간에 제4 전류 밀도를 갖도록 전류 값을 제어하고, 상기 제3 및 제4 전류 밀도는 상기 제1 및 제2 전류 밀도 사이에 있거나 상기 제1 및 제2 전류 밀도와 같으며, 상기 제4 전류 밀도는 상기 제3 전류 밀도보다 작고, 상기 제2 시간은 상기 제1 시간보다 나중인,
장치. - 제2 항에 있어서,
상기 제어 회로는 상기 복수의 펄스의 펄스 길이를 제1 펄스 길이 이상 및 제2 펄스 길이 미만이 되게 제어하고, 상기 제2 펄스 길이는 상기 제1 펄스 길이보다 더 긴,
장치. - 제2 항에 있어서,
상기 제어 회로는 융해에 의한 필라멘트 고장의 가능성을 최소화하면서 상기 막의 일부를 플래시 기화(flash vaporization)하기 위해 공급 전류 값을 제어하도록 또한 구성되는,
장치. - 제2 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 회로는 전류 대 상기 도전성 필라멘트들의 어레이의 단면적의 공급비(supply ratio)를 결정하고, 상기 공급비를 제1 역치와 상기 제1 역치보다 큰 제2 역치 사이로 제어하도록 또한 구성되는,
장치. - 제2 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 회로는 융해에 의한 필라멘트 고장의 가능성을 최소화하면서 상기 막의 일부를 플래시 기화시키기 위해 상기 복수의 펄스의 연속적인 펄스들 사이의 펄스 주기 및 펄스 길이를 결합하여 함께 제어하도록 또한 구성되는,
장치. - 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 공급 회로는:
상기 도전성 필라멘트들의 어레이의 온도를 모니터링하고,
융해로 인한 필라멘트 고장 또는 개회로(open circuit) 상태로의 고장을 방지하기 위해 상기 도전성 필라멘트들의 어레이의 온도를 제어하도록,
또한 구성되는,
장치. - 제15 항에 있어서,
상기 전력 공급은 상기 도전성 필라멘트들의 어레이의 저항에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 도전성 필라멘트들의 어레이의 온도를 모니터링하도록 또한 구성되는,
장치. - 제15 항에 있어서,
상기 전력 공급 회로는 수신된 감지된 온도 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 도전성 필라멘트들의 어레이의 온도를 모니터링하도록 또한 구성되는,
장치. - 제17 항에 있어서,
상기 전력 공급 회로에 온도 정보를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 센서:
를 더 포함하는, 장치. - 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 공급 회로는 상기 도전성 부재에 의해 상기 막 표면에 가해지는 압력이 제1 압력 역치 이상인지 여부를 결정하도록 또한 구성되는,
마이크로포레이션 장치. - 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 펄스 길이는 최대 펄스 길이 - 이 미만에서는 상기 마이크로포레이션 장치의 사용자가 무통 마이크로포레이션을 경험함 - 에 대응하는,
마이크로포레이션 장치. - 마이크로포어를 유발하기에 충분히 깊은 막의 일부 부분의 절제를 유발하기 위해 생체막에 열 에너지를 전달하는 방법으로서,
제1 항 내지 제20 항 중 어느 한 항의 장치를 상기 막에 적용하는 단계, 및 적어도 하나의 마이크로포어를 생성하기에 충분히 깊은 상기 막의 일부 부분의 절제를 유발하기 위해 상기 도전성 필라멘트들의 어레이를 가열하기 위해 상기 도전성 필라멘트들의 어레이에 제공되는 전기 펄스들을 제어하는 단계를 포함하는,
방법. - 마이크로포어를 유발하기에 충분히 깊게 막에 일부 부분의 절제를 유발하기 위해 생체막에 열 에너지를 전달하고, 적어도 하나의 마이크로포어를 생성하기에 충분히 깊은 상기 막의 일부 부분의 절제를 유발하기 위해 상기 도전성 필라멘트들의 어레이를 가열하기 위해 상기 도전성 필라멘트들의 어레이에 제공되는 전기 펄스들을 제어하기 위한, 제1 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 사용.
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