생의학적 용도를 위한 열전 온도 제어 쿨러
관련 출원에 대한 상호 참조 본 출원은 각각 참고에 의해 여기에 완전히 통합되는, 2015년 3월 28일에 출원한, 미국 가출원 번호 62/139,676의 우선권을 요구한다. 본 출원은 각각 참고에 의해 여기에 완전히 통합되는, 2014년 9월 24일에 출원된 미국 국제 출원 번호 PCT/US2014/057276에 관한 것이며, 참고에 의해 여기에 완전히 통합되는, 2013년 9월 30일에 출원된 미국 가출원번호 61/884,932의 우선권 및 이익을 창구한다. 연방 정부 후원 연구 또는 개발에 관한 진술 본 발명은 미국 국립 보건원(National Institutes of Health)에 의해 수여된, AR047664 및 AR054816에 따른 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에 대해 특정 권리를 가진다. 저작권 보호 대상 자료의 고지 본 특허 문서 내의 자료의 일부는 미국 및 다른 국가들의 저작권법 하에서 저작권 보호를 받는다. 저작권 권리의 소유자는 미국 특허청에서 공적으로 사용 가능한 파일 또는 기록에 나타낸 대로의 특허 문서 또는 특허 명세서의 누군가에 의한 백시밀리 복사에 대해서는 이의가 없지만, 그렇지 않은 경우 무엇이든지 모든 저작권을 보유한다. 저작권 소유자는 이에 의해 37 CFR§1.14에 따른 제한 없는 권리를 포함하여, 이러한 특허 문서를 비밀 유지되게 하는 권리를 포기하지 않는다. 본 발명의 기술은 일반적으로 펠티에(Peltier) 장치에 관한 것으로, 특히 가열에 또한 사용 될 수 있는 유연성 열전 쿨러(flexible thermoelectric coolers)에 관한 것이다.
현재, 뇌 손상, 척수 손상, 근육 또는 관절 부상에 대한 저체온 치료는 일반적으로 냉각이 불완전하고 오래가지 못하는 얼음 팩 또는 화학적 쿨 팩을 사용하였다. 보다 향상된 치료를 위하여, 현재 사용 가능한 유일한 제품만이 일반적으로 약 4~7℃로 설정된 순환 수를 사용하여 냉각되는 패드 또는 냉각 캡(cold caps)을 사용하는 것으로 보여질 것이다. 이러한 장치는 수동 냉각보다 좋지만 4개의 주요 결함이 있다: (a) 물은 인체 조직을 식히거나 데우는데 사용되는 냉각제이므로, 안정적인 작동을 위해 상당량의 물(갤런)을 냉각해야 하는 수 냉각기 또는 냉장고를 사용한다. 여기에는 몇 가지 기술적인 한계가 있는데, 이는 환자의 조직 온도를 효과적으로 제어할 수 없다는 것을 의미한다. 이 장치는 타겟 온도를 넘거나 타겟 온도에 이르지 않는 문제점이 있다. (b) 냉각수를 순환시킴으로써, 장치는 수분을 응축시키며, 장치의 효율성을 제한하는 환경으로 열을 전달하는 경향이 있다. (c) 대부분의 경우, 장치는 부피가 크며 휴대용이 아니며 작동을 위해 AC 전원 콘센트에 영구적으로 연결해야 한다. (d) 이러한 장치는 구급차에서 쉽게 사용될 수 없으며 성인 응급 상황 시 초기 치료 장치로 제공될 수 없다.
열 교환기 모듈(heat exchanger module, HEM) 및 시스템은 기판 커버가 결합하여 유연성 기판에 폐쇄 채널을 형성하는, 하나 이상의 개방 채널을 가지는 유연성 기판을 사용한다. 형성된 폐쇄 채널은 유연성 기판과 열 접촉하는 구조물 내의 온도를 광범위하게 제어하기 위해 액체를 통과시킬 수 있다. 열전 쿨러(thermoelectric coolers, TECs)는 기판 커버 위에 놓인 선택적 열 확산 정사각형 구리(copper squares)에 부착된다. 인터페이스 커버는 TEC와 반대되는 열 전도성 물질을 사용하여 TEC 상단에 부착되며, 궁극적으로는 환자와 접촉한다. 폐쇄 채널을 통과하는 액체는 TEC의 기준 열로서 작용한다. 전류는 컨트롤러에 의해 TEC에 공급되어, 액체에 대한 TEC 냉각 또는 가열을 유도한다. 액체는 탈 이온수, 냉각 성능, 작동 온도 영역 또는 부식 특성을 증가시키기 위해 하나 이상의 첨가제를 가지는 탈 이온수 또는 탈 이온수와 동등하거나 그보다 우수한 열 전도 특성을 갖는 다른 유체일 수 있다. 하나 이상의 온도 센서는 TEC 공급 전류를 제어하는 입력부로서 사용될 수 있는 인터페이스 커버의 온도를 검출한다. HEM은 가열, 냉각 또는 다양한 의료용 가열 및 냉각 사이를 순환하는데 사용될 수 있다. 본 기술의 추가 양상은 본 명세서의 다음 부분에서 제시될 것이며, 상세한 설명은 제한을 두지 않고 기술의 바람직한 실시예를 완전히 개시하는 것을 목적으로 한다.
여기에 설명된 기술은 단지 예시적인 목적을 위한 다음의 도면을 참조하여 더욱 완전히 이해될 것이다:
도 1a는 18개의 열전 쿨러(TEC)를 포함하는 열 교환기 모듈(HEM)의 분해 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 분해된 부품으로부터 조립된 열 교환기 모듈(HEM)의 조립 사시도이다.
도 1c는 도 1b의 조립된 열 교환기 모듈(HEM)의 단면도이다.
도 1d는 도 1c의 폐쇄 채널 중 하나의 세부 단면도이다.
도 2는 도시된 상호 연결부를 가지는, 열 교환기 모듈(HEM) 및 시스템 컨트롤러의 간략한 개요이다.
도 3a는 채널이 열 전달 매체를 전달하기 위해 사용될 유연성 기판에 배치된 열전 쿨러 전기 채널의 상면도이다.
도 3b는 도 3a의 유연성 기판의 단면도이다.
도 4a는 정사각형 구리를 가지는 기판 커버 및 그 위에 배치된 인터페이스 커버의 사시도이다.
도 4b는 유선의 열전 쿨러를 가지는 기판 커버의 상면도이다.
도 4c는 기판 커버 및 인터페이스 커버 사이에서 절연체를 가지는 열 교환기 모듈(HEM)에 구비된 기판 커버 및 인터페이스 커버의 사시도이다.
도 5a는 유연성 기판이 기판 커버에 결합되는, 결합된 기판 어셈블리의 사시도이다.
도 5b는 도 5a의 결합된 기판 어셈블리의 단면도이다.
도 5c는 도 5a의 기판 어셈블리를 함께 결합하는 제1 방법의 조립 사시도이다.
도 5d는 도 5a의 기판 어셈블리를 함께 결합하는 제2 방법의 조립 사시도이다.
도 6a는 편평한 열 교환기 모듈을 터치하는 사람의 손을 나타낸 상면도이다.
도 6b는 열 교환기 모듈의 제어된 프로파일을 사용하여 냉각(~5℃) 및 가열(~36℃)에 반응하여 각각의 손의 피부(604)로 측정된 온도 vs 시간의 그래프이다.
도 7a는 유연성 기판을 형성하는 상부 및 하부 몰드의 분해 사시도이다.
도 7b는 도 7a의 조립된 상부 및 하부 몰드의 조립된 사시도이다.
도 8a는 기판 커버 어셈블리의 사시도이다.
도 8b는 도 8a의 기판 커버 위로 제1 열의 열전 쿨러(TEC)를 셋팅하는 공정의 측면도이다.
도 8c는 도 8a의 기판 커버 위로 제2 열의 열전 쿨러(TEC)를 셋팅하는 공정의 측면도이다.
도 9a는 곡면의 열 교환기 모듈(HEM)의 주요 부품의 분해 사시도이다.
도 9b는 도 9a의 곡면의 열 교환기 모듈(HEM)의 조립된 주요 부품의 사시도이다.
도 10a는 단일 연결된 편평한 HEM 어셈블리에 결합된 6개의 단일 열전 쿨러(TEC)의 사시도이다.
도 10b는 단일 곡면 HEM 연결 어셈블리에 조립된 4개의 단일 TEC HEMs의 사시도이다.
도 11a는 지원자의 허벅지에 부착된 15mm x 15 mm TEC의 곡면의 인체공학 HEM의 사시도이다.
도 11b는 약 7분 동안 10℃로 제어된 냉각에 반응하여 각각의 허벅지(대퇴 직근(rectus femoris muscle))로 측정된 온도 변화 그래프이다.
도 12a는 신생아와 함께 사용하기 위한 다양한 형태의 HEM 어셈블리의 사시도이다.
도 12b는 신생아가 도 12a의 HEMs의 어셈블리 위에 놓인 사시도를 나타낸다.
도 13은 편평한 매트리스 또는 블랭킷 형태의 HEM의 주요 구성 요소의 분해 사시도이다.
본 발명의 기술에 따른 열 교환 시스템은 일반적으로 다음을 포함한다: (1) 하나 이상의 열 교환기 모듈, 및 (2) 컨트롤러. 1. 열 교환기 모듈(Heat Exchanger Module, HEM) 지금부터, 도 1a 내지 도 1d를 참고해야 한다. 도 1a는 열 교환기 모듈(HEM, 100)의 분해 사시도이다. 일반적으로, 각각의 HEM(100)은 유체 순환을 위해 추후에 사용될 몰딩된 개방 채널(open channel, 104)를 포함하는 유연성 기판(flexible substrate, 102)을 포함한다. 개방 채널(104)은 개방 채널 (104)은 유입 유체(106) 및 배출 유체(108)를 가지며, 이에 의해 유체는 열 전달에 사용된다. 유연성 기판(102)는 차례로 기판 커버(110)에 결합된다. 기판 커버(110)는 높은 열 전도도를 나타내며, (열 전도도가 약 400 W/m * K인) 구리, (열 전도도가 약 120 W/m * K인) 황동, (열 전도도가 약 385 W/m * K인) 알루미늄 또는 (열 전도도가 약 600~800 W/m * K인) 열분해 그래파이트 시트 또는 다른 열 전도성 합성 물질로 이루어진 물질로부터 선택될 수 있다. 높은 열 전도도는 상대적으로 낮은 열 전도도를 가지는 시너 물질(thinner materials)을 사용하여 얻어질 수 있으며, 하나 이상의 상술한 물질을 조합하여 얻어질 수 있다. 용어 "커버(cover)"는 제한 없이 호일(foil)을 포함할 수 있다. 이러한 호일은 구리, 황동, 알루미늄, 스테인리스 강, 또는 탄소 섬유 복합재와 같은 다른 열 전도성 물질일 수 있으며; 이들의 두께는 약 100 ~ 646 pm일 수 있다. 기판 커버(110)에 하나 이상의 열전 쿨러(TEC, 112)가 부착된다. 도 1a에서는 18개의 TEC(112)가 도시되었다; 그러나, TEC(112)가 더 많거나 적을 수 있다. 작동 중에, 각각의 TEC(112)는 기준측(reference side, 114) 및 반대편에 배치된 환자측(patient side, 116)을 포함한다. 도 1a 예시에서, TEC(112)의 기준측은(reference side, 114)은 히트 싱크(heat sink)를 형성하기 위해 (열 전도성 접착제를 사용하여) 다른 기판 커버(110)에 결합한다. TEC(112)의 환자측(116)은 인터페이스 커버(118)에 결합한다. 인터페이스 커버(118)은 연질의 열 전도성 엘라스토머(soft thermally conductive elastomer , 12)로 코팅된다. 연질 엘라스토머(120)은 환자의 피부(미도시) 및 인터페이스 커버(118) 사이에서 보호용 인터페이스(protective interface)로서 작용할 것이다. 격자간 갭(interstitial gap, 122)은 TEC(112)의 두께만큼 기판 커버(110) 및 인터페이스 커버(118) 사이에 형성된다. 다양한 TEC (112) 사이의 격자간 갭(interstitial gap, 122)은 절연체(예를 들어, 폴리우레탄 또는 실리콘 형상 또는 방사 폴리에스테르(spun polyester))로 채워질 수 있다. 미리 형성된 격자간 갭(122) 절연체의 경우, 각각의 TEC(112)에 대한 장치 갭(124)은 TEC(112)를 통해 배치되는 것을 허용하기 위해 존재할 것이다. 열 교환기 모듈(100)은 환자의 정상 체온(normothermia), 저체온(hypothermia) 또는 고열(hyperthermia)을 일으키기 위해 직접 냉각제 또는 승온제로서 열전 쿨러(112)를 사용한다. 일반적으로, TEC(112)는 펠티에 (Peltier) 장치로서의 기능을 하여, 적용된 전류를 가할 시 기준측(114)으로부터 반대쪽에 배치된 환자 측(116)으로 열을 전달하는 고체 상태 냉각 장치로서 작동한다. TEC(112)는 일반적으로 냉각 장치로서 사용되지만, 가해진 전류의 역전에 의해 가열 장치로서 사용될 수도 있다. 도 1b는 도 1a의 분해된 구성 요소로부터 조립된 열 교환기 모듈(HEM)의 조립 사시도이다. 도 1c는 도 1b의 조립된 열 교환기 모듈(HEM)의 단면도를 도시하며, 도 1b의 HEM(100)을 포함하는 다양한 구성 요소를 나타낸다. 보다 구체적으로 도 1d를 참조하여, 유연성 기판(102)가 기판 커버(110)에 결합할 때, 개방 채널(104)은 교대로 폐쇄되어 폐쇄 채널(126)을 형성하며, 이로 인하여, 도 1a의 유입 유체(106)가 폐쇄 채널(126)을 통과하여 도 1a의 배출 유체(108)를 통해 나온다. 기판 커버(!10)에 유연성 기판(102)이 결합하여 형성된 폐쇄 채널(126)은 히트 싱크 또는 열원으로서 작용하도록 열 전달 유체가 통과하는 것을 허용하여, TEC(112)의 작동을 위한 열 기준을 필수적으로 제공한다. 편의를 위해 및 이런 이유 때문에, TEC(112)의 기준측(114)은 폐쇄된 채널(126)을 통해 흐르는 열 기준 유체에 인접한다. TEC(112)가 냉각 모드에서 작동할 때, 열은 연질의 열 전도성 엘라스토머(120)에 전달되어, 인터페이스 커버(118)을 통과하고, TEC를 통해 환자측(116)에서 기준측(114)까지 전달되며, 기판 커버(110)를 통과하고, 최종적으로 폐쇄 채널(126)을 통과하는 유체에 전달된다. 폐쇄 채널(126)을 통과하는 유체는 열 기준 작동을 위해 실온, 실온 이상 또는 실온 이하에서 물일 수 있다. 일 실시예에서, 열 교환기 모듈(100) 유연성 기판(102)은 다양한 신체 부분 또는 조직에 더 부합하도록 실리콘 또는 다른 저-듀로미터 플라스틱 물질(low durometer plastic material)로 성형될 수 있다. 열 교환기 모듈(100)은 하기와 같이 편평한 또는 곡면의 유닛의 형상일 수 있다. 열의 자연적인 흐름은 항상 고온에서 저온으로 변할 때이므로, 환자의 피부로부터 열을 추출하는 전체 공정은 DC 전력이 TEC(112)에 가해질 때 이루어진다; "저온" 환자측(116)은 TEC(112)를 통해 환자의 피부로부터 폐쇄 채널을 통과하는 유체에 열이 흐르도록 환자의 피부보다 더 차가워진다. 폐쇄 채널(126)을 통해 흐르는 물은 열이 주요 온도의 증가 없이 기판 커버(110)에서 물로 자연적으로 흐르게 한다. 최종 결과는 환자의 피부 온도가 제어된 방식으로 낮아진다는 것이다. 2. 열 교환기 모듈의 인터페이스 커버 다시 도 1c를 참조하여, 연질의 열 전도성 엘라스토머(120)의 층은 격자간 갭(122) 내부의 두 개의 플레이트 사이에서 절연층 및 인터페이스 커버(118)에 도포된다. 연질의 열 전도성 엘라스토머(120)의 층은 신체 조직 및 인터페이스 커버(118) 사이에서 버퍼로 작용하여, 신체는 인터페이스 커버(118)에 직접 접촉하지 않는다. 연질의 열 전도성 엘라스토머(120)의 조성물은 일반적으로 두 개의 전도성 실리콘의 조합물일 필요는 없다. 일 실시예에서, 연질의 열 전도성 엘라스토머(120)은 약 50%의 실리콘 A(Insulcast 3-95-2) 및 약 50%의 실리콘 B(Dow Corning Toray SE 4430)로 이루어진다. 연질의 열 전도성 엘라스토머(120) 혼합물은 인터페이스 커버(118) 위에 도포되어, 인터페이스 커버(118)의 임의의 노출된 금속을 완전히 덮으면서 가능한 얇은 층을 생성한다. 인터페이스 커버(118)와 연질의 열 전도성 엘라스토머(120)은 120℃에서 30동안 오븐에 놓인다. 오븐으로부터 제거될 때, 임의의 과잉 실리콘은 면도날(razor blade)을 사용하여 인터페이스 커버(118)로부터 깎여진다. 3. 열 교환기 모듈의 격자간 갭 절연체 도 1c를 다시 참조하면, 격자간 갭(122)은 인터페이스 커버(118) 및 기판 커버(110) 사이에 형성된다. 이러한 격자간 갭(122)은 절연층으로 부분적으로 또는 완전히 채워질 수 있다. 격자간 갭(122) 내의 절연층의 한가지 목적은 기판 커버(110) 및 인터페이스 커버(118) 사이의 열 전달을 되는 것을 최소화하면서, HEM(100)에 구조 지지체를 제공하는 것이다. 기판 커버(110) 및 인터페이스 커버(118) 사이의 열 전달은 전체 HEM(100)의 효율을 매우 감소시킬 것이다. 공기가 격자간 갭(122) 내의 절연체보다 더 우수한 절연체일 수 있지만, 인터페이스 커버(118)는 지지체의 결여 때문에 매우 빠르게 휘어질 것이다. 일 실시예에서, 격자간 갭(!22)에 배치된 절연성 발포체(insulating foam)는 Smooth-On Flex Foam-It III이다. 2-파트 발포체는 57.5 : 100의 비율의 각각의 파트 A 및 B 중량%로 혼합된다. 파트 B는 일반적으로 제일 처음에 계량된다. 그 후, 파트 A가 빠르게 계량되고, 파트 B가 첨가되어 두 개의 파트가 서로 혼합된다. 그 후, 파트 A 및 파트 B 혼합물은 몇초 동안 빠르고 활발히 교반되며, 실린지(미도시)로 주입된다. 실린지는 인터페이스 커버(118) 및 기판 커버(110) 사이의 격자간 갭(122)에 발포체를 주입하기 위해 사용되며, 발포체가 바깥쪽으로 팽창되도록 한다. 플라스틱 랩(plastic wrap)의 일부는 장치의 외부로 발포체가 과도하게 팽창하는 것을 방지하도록 HEM(100) 주변을 감싼다. 격자간 갭(122)에서 발포체를 1시간 동안 큐어링한 후, 플라스틱 랩이 제거되고, 과잉 발포체가 제거된다. 4. 열 교환기 모듈 시스템 도시한 상호 연결부를 가지는 열 교환기 모듈(HEM, 200)의 개요로서 도 2를 참조하였다. HEM(202)는 (도 1c에서 더 명확하게 이전에 도시된) 격자간 갭(122)에서 인터페이스 커버(206)를 계속 모니터링 하는 하나 이상의 내장 온도 센서(204)(써미스터(thermistors) 또는 써모커플(thermocouples))가 구비될 수 있고, 이로 인하여 (도 1에서 이전데 도시한 연질의 열 전도성 엘라스토머(120)을 통해) 환자의 피부 온도를 신뢰성 있게 표시한다. 내장된 온도 센서(204)는 비례-적분 미분(proportional-integral-derivative; PID) 또는 등가 서보 컨트롤러(212) 및 펄스 폭 변조(pulse width modulation; "PWM") 또는 (여기에서, 단순한 이득 블록 증폭기로서 PID 컨트롤러(212)에 포함된 것으로 도시된) 아날로그 DC 전력 공급 모듈을 사용하여 TEC(210)을 구동시키는 전자 서보제어 유닛(또는 짧게는 컨트롤러(208)에 피드백을 제공한다. 열 교환은 TEC(210)을 통해 열 교환 매체를 흐르게 함으로써 HEM 시스템(200)에 의해 이루어지며, 컨트롤러(208) 내 열 교환기(218)를 사용하여 주변 공기(216)로 소산된다. 컨트롤러(208)의 구성에 따르면, 팬(220)은 열 교환기(218)을 통해 공기를 가압하는데 사용될 수 있거나, 열 교환기는 (일반적으로 핀을 가지는) 수동식 물-공기 설계(미도시)일 수 있다. 이동식 폐쇄-루프 주변 온도 물(또는 액체 냉각제) 순환기(5-3L/분) 및 라디에이터(radiator)는 10℃를 초과하지 않는 온도차를 사용하여 최대 1 kW의 열을 공기에 분산시킨다. 폐쇄 루프 시스템에서 순환하는 액체의 총량은 a) 연결 호스의 내부 부피; b) HEM 물 채널의 부피; c) 라디에이터에서의 물 부피; 및 d) 작은 액세서리 물 저장소의 부피;의 합계이다. 각각의 HEM 시스템(200)은 다양한 인체 장기의 정상 상태 열 발생 용량의 10-50 배인 유속(flux rate)으로 사람의 피부로부터 열을 추출(또는 열을 제공) 할 수 있다. 성인 뇌의 열 전달 값은 휴식을 취한 후 극심한 스트레스 또는 운동 상태로 평균적인 성인에 대하여 측정된 바와 같이 <0.01 W/cm 2 ~ 0.04 W/cm 2 이다. 결국, HEM 시스템(200)은 열 Q in (222)을 환자로부터 Q out (224)로서의 주변 공기에 전달한다. 도 1a 내지 도 1e에 도시한 바와 같이, 0.1 -2 W/cm 2 사이의 열 전달 밀도를 얻기 위하여, 다양한 TEC(112) 소자가 연질의 열 전도성 엘라스토머(120)을 통해 피부와 접촉하는 성형 유닛에 결합될 수 있다. 도 2를 다시 참조하면, PID 컨트롤러(212) 전자 전력 모쥴은 전류가 높은 H-브리지(H-Bridge) 또는 다른 높은 전류원을 사용하여 TEC(210)에 전력이 전달되는 것을 관리한다. 전력 모듈은 독점적인 프로그램 제어하에 DAC 인터페이스를 사용하거나 기계 코드로 작성된 독점 코드를 사용하여 프로그래밍 가능한 모듈을 사용하여 구현할 수 있다. 이 모듈은 표준 매개 변수 최적화(튜닝) 루틴을 통합하여 가능한 짧은 시간 내에 안정된 방식으로 원하는 (설정된) 사람의 피부 접촉 온도에 도달하기 위해 HEM 시스템(200) 성능을 최적화한다. TEC(210)로의 전력은 특정 처리를 위해 맞춤화된 냉각/가열 패러다임에 따라 제어된다. 동작시, HEM 시스템(200)은 다음과 같은 특징을 가지는 터치 스크린 제어 그래픽 패널과 같은 오퍼레이트 인터페이스(미도시)를 사용한다: a) 온도를 판독 및 설정하고; b) 복잡한 냉각 또는 가열 프로파일을 시작 또는 중지하며; b) 일반적으로 60 ℃ 및 6 ℃의 냉각 및 가열 범위에 대한 상한 및 하한을 정의하고; c) PID 매개 변수를 최적화하기 위해 루틴에 접근하며; d) 유체 및 열 교환 속도를 프로그래밍하는 루틴에 접근하고; e) AC 또는 배터리 작동 사이를 선택하며; e) 온도 도표를 그래픽으로 표시하며; 및 f) HEM 시스템(200)의 냉각 또는 가열 작동을 정지시키기 위해 비상 버튼에 접근한다. ESU를 제어하기 위한 보다 포괄적인 설정 기능은 의료 문서용 데이터를 다운로드 하는 가능성을 포함하는 무선 컴퓨터 인터페이스(미도시)에 의해 달성 될 것이다. HEM 시스템(200)의 작동은 또한 낮은 전압(12 또는 24V)에서 이루어질 수 있고, 이하에서 도시될 배터리에 의해 전력이 공급될 수 있다. 5. 열 교환기 모듈 내 배치된 채널 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 도 3a 및 도 3b는 열 교환기 액체의 순환을 제공하기 위해 사용된 채널을 더 자세히 도시한다. 일반적으로, 유연성 기판(300)은 유연성 기판(300)으로 성형되는 하나 이상의 개방 채널(302)을 가진다. 각각의 채널(302)은 유입 액체(304) 및 배출 액체(306)에 대한 공급부를 가지며, 이로 인하여 열 교환기 유체는 채널(302)를 통과한다. 도 3a에서, 개방 채널을 소자(126)로서의 도 1d에서 이전에 기술된 폐쇄 채널로 폐쇄하지 않은 유연성 기판(300)을 도시하였다. 일반적으로 개방 채널 (302)은 열 교환기 모듈이 작동 중에 신체 조직에 압력을 가함에 따라 유연성을 감안하여 실리콘으로 성형된다. 각각의 개방 채널(302)는 개별 쿨러의 필요 요건에 기초한다. 유연성 기판(300)의 전체 두께(312)에 있어서 채널(302)의 폭(308) 및 채널(302)의 깊이(310)는 각각의 쿨러마다 다르지만, 충족될 수 있는 몇가지 중요한 요구 사항이 있다: (1) 유연성 기판(300)은 작동 압력하에 채널(302)의 벌루닝(ballooning)을 방지하도록 충분히 보강되어야 한다. 이를 위하여, 보강 메시(reinforcement mesh, 314)가 사용될 수 있다. 메시(314)는 가압 조건 하에서 채널(302)의 벌징(bulging)을 방지하기 위해 우수한 전단 강도뿐만 아니라 유연성을 위해 선택될 수있다. 메시(314)는 실리콘에 내장되어서 주입 공정 중에 실리콘에 내에 배치될 수 있다. (2) 채널(302)의 벽 높이(320)은 물의 흐름이 충분하도록 해야 한다(일반적으로 0.0833-0.05 Us). 이러한 유량을 달성하기 위해 사용되는 직렬 및 병렬 채널(미도시)이 있을 수 있다. (3) 채널(302)의 폭은 ((110)으로 도 1에 기술된)기판 커버를 접착할 수 있도록 충분히 좁아야 한다. (4) 채널 (302)의 폭(308)은 의도된 작동 수압에 맞게 설계되어야 하고, 일반적으로 사용되는 TEC(미도시)의 폭과 일치해야 하며, TEC로부터 채널(302)에서 흐르는 유체로의 열 전달을 최대화한다. (5) 유연성 기판(300), 및 채널(302)을 이동시키는 삽입부(inserts)를 제조하기 위해 사용되는 프레임은 상업용 소프트웨어를 사용하여 3D 그래픽 디자인에 기반한 레이저 컷 아크릴 플라스틱 또는 3D 프린터 둘 중 하나에 의해 생성될 수 있다. (6) 유입 및 배출 연결 구멍(attachment holes, 316)은 생체 검사를 사용함으로써 유연성 기판(300) 채널(302) 내에 성형되거나 절단될 수있다. 유연성 기판(300)을 기판 커버(318)에 성공적으로 부착한 후, 유연성 시멘트를 사용하여 나일론 또는 실리콘 튜빙이 연결 구멍에 접착될 수 있으며, 상기 튜빙(tubing)은 유입 액체(304) 및 배출 액체(306)로 작용한다. 대안으로서, 연결 구멍(316)은 교대 유입구 또는 배출구를 형성하기 위해 부착된 바이스(vise)로 납작해진 튜빙을 가지는 작은 채널(미도시)일 수 있다. 6. 열 교환기 모듈 내 커버 도 1c를 다시 참조하면, 기판 커버(110) 및 인터페이스 커버(118)가 보다 잘 도시되었다. 2개의 높은 열 전도성 커버의 목적은 환자 측(116)에서의 열 추출 및 기준 측(114)에서의 소산을 위해 TEC(112)의 측면 상에서 균일한 온도 표면(즉, 온도 구배를 최소화하기 위해)을 생성하는 것을 시도하는 것이다. 일 실시예에서, 기판 커버(110) 및 인터페이스 커버(118)는 구리 또는 다른 높은 열 전도성 물질 일 수 있다. 인터페이스 커버(118)가 환자의 피부와 직접 접촉(미도시)하는 연질의 생체 적합성 엘라스토머(120)에 부착됨으로써, 대체로 균일한 냉각 또는 가열이 신체 조직에서 이루어진다. 유사하게, 기판 커버(110)는 폐쇄 채널(126) 내에 흐르는 열 전달 액체로의 열 전달을 용이하게 한다. 기판 커버(110) 및 인터페이스 커버(118)의 두께는 중량을 감소시키고 유연성을 향상시키기 위해 최소화되어야 하지만, TEC(112)에 지지체를 제공하는데 충분한 두께여야 한다. 예를 들어, 현재 실시예에서, 두께는 127~203.2 pm이다. 기판 커버(110) 및 인터페이스 커버(118)는 길로틴 페이퍼 절단기(guillotine paper cutter)를 사용하여 특정 크기로 절단된 후 롤링에 의해 편평해진다. 그 다음, 기판 커버(110) 및 인터페이스 커버(118)는 기판 커버(110) 및 인터페이스 커버(118)를 편평하게 하는 것을 도울 뿐 아니라 후속 접착을 촉진하기 위하여 50 그릿 샌드페이퍼를 사용하여 모래로 덮일 수 있다. 모래로 덮인 커버를 물로 헹구고 아세톤으로 씻은 다음 마지막으로 증류수로 다시 헹군다. 도 4a 내지 도 4c를 참조한다. 여기서, 하부 기판 커버(400)는 TEC(미도시)가 장래에 추후에 배치될 위치에 정돈된 방식으로 4개의 정사각형 구리(402) 상에 장착되었다. 이러한 구리 정사각형 (402)은 하부 기판 커버 (400)에 대한 보강재로서 작용하여 TEC (도시되지 않음) 주위의 굽힘을 방지한다. 이러한 정사각형 구리(402)는 하부 기판 커버(400)에 대한 보강재로서 작용하여 TEC(미도시) 주위가 굽혀지는 것을 방지한다. 정사각형 구리(402)는 기판 커버(400)와 비슷한 두께이거나 기판 커버(400)보다 두꺼울 수 있고, 길로틴 페이퍼 절단기, 스탬프, 레이저 또는 다른 절단법을 사용하여 절단될 수 있다. 정사각형 구리(402)는 충분히 편평해지도록 롤링에 의해 편평해질 수 있다. 그 다음, 정사각형 구리(402)는 순서대로 50 그릿 샌드 페이퍼를 사용하여 모래로 덮이며, 아세톤으로 세척되고 증류수로 헹궈질 수 있다. 일 실시예에서, 정사각형 구리(402)는 무연 RoHS 순응 공정 페이스트(lead-free RoHS compliant eutectic paste)(미도시)를 사용하여 리플로우(reflow) 납땜 오븐에서 기판 커버(400)에 부착될 수 있다. 정사각형 구리의 위치는 정사각형 구리(402)의 밑에서 솔더(solder)가 흐르는 것을 방지하는 내열성 테이프(thermally resistant tape)로 미리 구분된다. 이후 솔더 페이스트(solder paste)는 기판 커버(400)에 도포되며, 그 다음 정사각형 구리는 솔더 페이스트에 가압될 수 있다. 정사각형 구리(402)가 열 확산기(diffuser)로서 작용하여, 정사각형 구리(402)의 높은 열 전도율 때문에 실질적으로 일정한 온도를 유지한다는 것을 알아야 한다. 정사각형 구리(402)는 기판 커버(400)의 두께를 증가시킴으로써 생략될 수 있는 것이 명백하다. 기판 커버(400)의 커버 어셈블리(404), 솔더(미도시), 및 정사각형 구리(402)는 약 245 ℃의 온도에 도달하는 오븐 내에 배치되어 솔더가 리플로우 되도록 한다. 일단 커버 어셈블리(404)가 냉각되면, 잔류 솔더 플럭스 및 잔류물을 제거하기 위해 먼저 아세톤으로 세척된다. 그 다음, 희석된 황산(약 10 %)으로 세척하여 산화 및 잔류물을 제거한다. 이후, 커버 어셈블리(404)는 세척을 완료하기 위해 아세톤 및 증류수로 헹궈진다. 유사한 방식으로, 인터페이스 커버(408) 및 정사각형 구리(410)를 포함하는 인터페이스 어셈블리(406)가 조립되고, 함께 납땜되며, 세척될 수 있다. 인터페이스 어셈블리(406)가 완성된 후, 리드 와이어(lead wires, 414)를 가지는 써미스터 (thermistor, 412)가 쿨러의 저온 측 온도를 측정하기 위해 추가된다. 이를 위해, 써미스터(412)는 적절한 위치에 배치되고, 리드 와이어(414)는 내열성 테이프를 사용하여 인터페이스 커버(408)에 테이프(416)로 고정된다. 전도성 접착제(418)는 이후 써미스터(412) 주위를 완전히 커버하는데 충분하도록 배치된다. 인터페이스 어셈블리(406)는 이후 열 전도성 접착제(418)를 큐어링하고 써미스터(412)를 제자리에 놓기 위해 120에서 30분 동안 오븐에 위치한다. 도 4b에서, 커버 어셈블리(404)는 정사각형 구리(402)에 장착된 TEC(42)로 도시되어 있으며, 배출 리드(422)와 직렬로 연결된다. 도 4c에서, 완비된 열 교환기 모듈(424)가 도시되었고, 여기에서 커버 어셈블리(404)는 유연성 기판(426)에 장착되며, 인터페이스 어셈블리(406)는 (도 4c에 도시되지 않은) TEC(420)의 상부에 부착되고, 열 절연체는 커버 어셈블리(404) 및 인터페이스 어셈블리(406) 사이의 격자간 갭에 도포되었다. (도 4c에 도시되지 않은) 써미스터(412) 리드 와이어(414)는 (도 4c에 도시되지 않은) TEC(42) 배선(422)과 함께 HEM(424)를 나가는 것이 도시되었다. 냉각제 유입구(428) 및 배출구(430) 튜브가 도시되었다. 상기한 바와 같이, 냉각제 유입구(428) 및 배출구(430) 튜브는 (도 4c에 도시되지 않은) TEC(420)에 대한 기준 온도를 제공하기 위해 유연성 기판(426) 내에 형성된 폐괘 채널에 연결된다. 7. 열 교환기 모듈(HEMs)용 열전 쿨러(TEC) 도 4b에서, 열전 쿨러(TEC, 420)는 열 교환기 모듈(HEM, 424)에서 냉각을 유도하는 중요한 구성요소이다. TEC(420)dl 다양한 크기 및 전력량으로 사용이 가능하기 때문에, 각각의 HEM(424)는 단일 TEC(420), 또는 냉각되는 각각의 특정 타겟 조직의 필요 요건에 따라 열 전달을 최적화하는 패턴으로 구성된 TEC의 어레이를 사용한다. 일반적으로, 동일한 크기 및 전력의 TEC(420)은 각각의 HEM (424)에 대해 항상 선택된다. TEC(420)는 직렬, 병렬 또는 직렬 및 병렬 조합으로 연결되는 구성으로 최적화될 수 있으므로, 컨트롤러(일반적으로 12 또는 24V) 전류원에 의해 전달되는 조합된 전압 요구 사항을 충족시킨다. 12V 전류원에 대한 현재 실시예에 있어서, TEC(420) 레이아웃은 (도 4b에 도시된 바와 같이) 각각 4 V로 정해진 TEC를 가지는 3개의 TEC의 복수 뱅크, 각각 6 V로 정해진 2개의 TEC의 뱅크 또는 각각 3 V로 정해진 4개의 TEC(42)의 뱅크로 구성된다. 12 V 또는 24 V 단위로 여러 대안 조합이 구상된다. 다수의 TEC 뱅크를 갖는 설계에서, 전류 요구량은 추가되는 각 뱅크에 대해 상당히 증가한다. 열 발생을 최소화하기 위해, 크고 무거운 구리 버스 전력 라인(432)이 TEC(420) 사이의 배선의 대부분을 대체하는데 사용될 수 있다. 구리 버스 전력 라인(432)은 전기 절연된 테이프 또는 다른 전기 절연된 영역(434)에 의해 일반적으로 전기 전도성 기판 커버(400)로부터 절연될 수 있다. 각각의 HEM(424)의 전체 전력 소비는 그 크기(커버된 전체 면적)와 열 전달 설계 용량에 의해 결정된다. 일반적으로, HEM(424)은 신체 조직 접촉의 >0.5 W/cm 2 의 평균 열 전달을 가지도록 설계된다. 적합한 TEC(420) 레이아웃을 결정한 후, TEC는 다음의 방법을 사용하여 하부 금속 플레이트에 접착되도록 제조된다: (1) 각각의 TEC (420) 상의 와이어는 외부 전원 공급 장치에 최종적으로 연결되는 배출 리드(422)를 제외하고 <6.2 cm까지 절단된다. (2) 구리 버스 라인(432)은 TEC(420) 사이의 대응하는 길이로 절단되고, TEC (420) 와이어 (436)는 RoHS 무연 솔더를 사용하여 버스 라인 (432)에 각각 납땜된다. 냉각기가 다수의 뱅크를 가지는 경우, 버스 라인(432)은 접합부에서 함께 납땜된다. (3) 각각의 TEC(420)은 납땜이 끝난 후 아세톤으로 세척된다. (4) 합선(short circuit)을 방지하기 위해, 절연 테이프(434)는 버스 라인(432)이 전기 접촉을 수행할 수 있는 임의의 영역에서 기판 커버(400) 상에 배치된다. (5) 다시 도 4a를 참조하면, 열 전도성 접착제(438)의 얇은 층이 기판 커버(400) 상의 각각의 정사각형 구리 상에 도포된다. 그 후, 각각의 TEC(420)은 각각의 열 전도성 접착제(438)의 상부에 배치되어서, 얇은 층으로 열 전도성 접착제(438)를 압축하도록 TEC(420)의 상부에 추(weight)가 놓인다. (6) 큐어링 후, 유사한 열 전 도성 접착제(미도시)가 TEC(420)의 각각의 상부 표면에 또 다른 얇은 층으로 도포된다. 이전에 부착된 써미스터(412)를 가지는 인터페이스 커버(406)는 TEC(420)의 상단부에 배치된 후 추가 놓인다. 쿨러를 다시 120 ℃의 오븐에 60분간 두어 큐어링한다. 8. 열 교환기 모듈에 폐쇄 채널을 제공하기 위해 결합되는 유연성 기판과 기판 커버 도 5a 내지 도 5d를 참조한다. 여기에서, 결합된 기판 어셈블리가 (500)으로 도시되었고, 유연성 기판(502)는 기판 커버(504)에 결합되었다. 기판 커버(504) 및 유연성 기판(502) 사이의 인터페이스는 폐쇄 채널이(506)이 가압될 때 냉각제가 누출되는 것을 방지하기 위해 충분한 접착력을 필요로 한다. 일반적인 기판 커버(504)의 금속에 일반적인 유연성 기판(502)의 실리콘을 부착시키기 위한 3개의 방법이 개발되었다. 일반적인 초기 단계로서, 모든 방법은 접착을 촉진하기 위해 기판 커버 (504) 표면 금속을 제조할 것을 요구한다. 모든 방법은 다음에 의해 완료된다: (1) 거친 샌드페이퍼(<50 그릿)을 사용하여 기판 커버(504)를 샌딩(sanding)하고; (2) 아세톤 또는 다른 용매를 사용하여 기판 커버(504)의 기름기를 제거하며; (3) 프라이머로 기판 커버(504)를 코팅한다. 8.1 방법 1 방법 1은 기판 거버(504)의 금속에 직접 실리콘 유연성 기판(502)을 접착시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 부착 문제점을 단순히 해결하는 것 중 하나이다. (1) 처음에, 유연성 기판(502)에 접착되는 기판 커버(504)의 부착면(attachment face, 508)은 프라이머(미도시)로 코팅된 후, 큐어링을 위해 1시간 동안 60℃의 오븐에 놓인다. (2) 도 5c에서, 도 5a 및 도 5b의 어셈블리가 거꾸로 뒤집혀있다. 여기에서, 프라이머를 큐어링한 후, 유연성 시멘트(510)의 층(약 1 mm 두께)은 기판 커버(504)의 부착면(508)위로 도포된다. 기판 커버(504)는 프라이밍된 면이 위로 향하게 배치되고, 실리콘 유연 기판(502)은 유연성 기판(502)의 상부에 배치된다. 균일하게 분포된 경량부(512)(약 100 그램)가 유연성 기판 (502)의 상부에 배치되어접착될 영역 위로 유연성 시멘트(510)를 고르게 분포시킨다. 너무 많은 중량으로 도포하는 것은 유연성 시멘트(510)의 접착을 현저하게 감소시키는 것으로 확인되었다. 기판 커버(504) 및 유연성 기판(502) 사이의 접착의 결함은 폐쇄 채널(506)로부터 물의 누수를 직접 유도하는 갭을 형성 할 수 있다. 8.2 방법 2 도 5d를 참조하면, 제2 기판 어셈블리(500) 부착 방법은 기판 커버(504)에 열 전도성 실리콘(514)의 층을 추가한 후 유연성 기판(502)에 접착시키는 단계를 포함한다. (1) 방법 2는 이전의 방법 1과 매우 유사하지만 단계가 더 추가되었다. (2) 프라이머는 방법 1로서 기판 커버(504)에 첨가된다. (3) 열 전도성 실리콘 혼합물은 함께 혼합되고 가스 제거된다. 일 비제한 실시예에 있어서, 50% 실리콘 A(Insulcast 3-95-2) 및 50% 실리콘 B(Dow Corning Toray SE 4430)은 개별적으로 제조되고 열 전도성 실리콘 혼합물로서 사용된다. (4) 한번 제조되면, 열 전도성 실리콘 혼합물(512)은 기판 커버(504) 위에 도포되며, 가능한 얇은 층을 형성하여 기판 커버(504) 상에 노출된 금속을 완전히 덮는다. 기판 커버 및 열 전도성 실리콘 혼합물(512)는 이후 120℃에서 30분 동안 오븐에 놓인다. 오븐에서 제거될 때, 임의의 과잉 실리콘은 면도날(razor blade)을 사용하여 기판 커버(504)로부터 제거된다. (5) 위의 방법 1에서의 과정은 열 전도성 실리콘 혼합물(512)의 층 위로 유연성 기판(502)을 부착시키는데 사용된다. 8.3 방법 3 방법 1 또는 방법 2를 사용할 때, 시판 커버(504) 및 유연성 기판(502)를 통해 (수제 또는 전문적인 재봉틀로) 스티치(stitches)를 적용하여 기판 커버(504) 및 유연성 기판(502) 사이의 접합을 강화시킬 수 있으며, 각각의 접착제(방법 1의 유연성 시멘트(510), 및 방법 2의 열 전도성 실리톤 혼합물(512)는 충분히 큐어링되지 않는다. 9. 편평한 열 교환기 모들의 기능성 도 6a는 4x4 격자 패턴으로 배열된 16-15mm × 15mm TEC(미도시)의 직사각형 어레이로 구성된 열교환기 모듈(602) 상에 배치된 자원자의 손(600)의 시험 배치(test setup)를 도시한다. 도 6b는 직접 접촉의 경우 HEM(602)의 냉각 및 가열시 자원자의 손(600)의 피부 온도(604)의 그래프를 도시한다. 냉각 모드에서 HEM(602)을 켜면 360초 이내에 안정되고 제어된 온도에 도달한다는 점에 유의해야 한다. HEM (602)의 가열은 약 30 ℃ 플레이트 및 약 20초 동안의 피부 온도 상승으로 더욱 신속하게 일어난다. 또한, 도 6b의 그래프는 표면 플레이트(606)의 시간 에 대한 온도 변화 데이터를 포함하며, 손 피부(604)와 표면 플레이트(606) 온도 사이의 밀접하게 일치하는 것을 나타낸다. HEM에 전력을 인가하여 냉각(608)에 대한 "개시 지점(변곡점의 가장 왼쪽 지점)"이 있음이 증명되었음을 주목해야 한다. 예를 들어, 표면 플레이트의 온도 변화는 ~ 5초 내에 일어나고 피부 온도 변화는 느리지만 6분 이내에 완료된다. 도 6b에는 필요한 만큼(도 6B에서 6 분) 지속될 수 있는 안정된 저온 HEM 제어(610) 기간(예를 들어, 도 6B의 7 ℃)이 있다. 온도 전이는 프로그래밍 가능하며, 도 6b에 도시된 것보다 느리게 조정될 수있다. 도 6b에는 난방을 위한 "개시 지점"(612)이 있을 수 있다. 개시 지점(612)는 도 6에서 6 분의 마크(612)로 예로서 도시된다. 가열 온도는 필요한 만큼 임의의 값(예를 들어,도 6B에서 37 ℃)으로 제어될 수 있다. 가열 및 냉각 에피소드의 실제 온도 및 지속 시간은 소프트웨어로 제어되며 의료 전문가의 요청에 따라 반복 가능한 패턴으로 적용될 수 있다. 기존 기술(얼음 [또는 냉수]에서 온수 적용으로 이동)은 빠른 온도 변화 또는 패턴화된 냉각 및 가열 에피소드 중 하나를 달성할 수 없다. 도 6a 및 도 6b의 온도 제어 패턴은 손(편평한 HEM 사용)과 허벅지(곡면의 HEM 사용)가 아닌 모든 조직에서 얻을 수 있다. 10. 곡면의 열 교환기 모듈 HEM 기술의 한 특징은 신체 부분의 외형을 따르도록 특별히 설계된 인체 공학적 곡면 HEM을 생성할 수 있다는 것이다. 생성된 HEM은 다양한 신체 부분의 넓은 표면을 덮기 위해 곡선형, 평면형 또는 맞춤형 일 수 있다. 편평한 HEM을 생성하기 위해 위에서 설명한 절차는 곡률을 가지는 HEM을 만들기 위해 수정해야 한다. 쿨러의 각 부분에 대한 차이점은 아래에서 설명된다. 곡면 HEM의 가장 큰 차이점은 채널을 위한 몰드 주조에 있다. 편평한 아크릴 주형은 다음 공정을 거쳐 주조된, 특별히 설계된 몰드로 대체되어야 한다: (1) 처음에, 몰드의 네거티브가 SolidWorks 또는 다른 3D 컴퓨터 사용 설계 (CAD) 소프트웨어 패키지로 설계된다. 도 7a를 참조하면, 도 7a는 곡면 HEM 플렉시블 기판 몰드(700) 세트의 분해 된 실시예를 도시한다. 몰드(700) 그 다음, 몰드(700) 세트 디자인은 두 부분, 즉 상부(702) 및 하부(704)에서 3D 프린터로 보내진다. 몰드(700)의 상부(702) 및 하부(704)는 서로 결합되어 몰드 부품(708)을 제조할 준비가 된다. (2) 이 후, 실리콘(또는 다른 주조 플라스틱)은 평소와 같이 제조되고 몰드(700)의 하부(704) 섹션에 부어진다. 보강 메시가 하부(704) 위에 상부(702) 몰드를 위치시키기 전에 추가될 것이다. 나머지 실리콘은 오버 플로우될 때까지 상부(702)의 구멍(706)을 통과하여 몰드 세트(700)에 부어질 것이다. (3) 실리콘은 2시간 동안 세팅된 후, 몰드(700) 상부(702) 및 하부(704)는 유연성 기판 (708) 주위로부터 제거된다. (4) 동일한 공정은 사출 성형 방법을 사용하여 HEMs의 중대형 생산을 설계 및 조립하는 것을 목표로 합니다. 도 7b를 참조하면, 몰드(700) 세트는 조립되어 몰딩될 준비가 된다. 11. 곡면 기판 커버 및 인터페이스 커버 두 커버의 제조는 평면 형상과 곡선 형상에서 크게 다르지 않다. 커버가 곡면의 유연성 기판의 곡률에 적합할 때까지 롤러로 커버를 구부릴 필요가 있기 때문에 플레이트가 절단된 후에만 수정이 이루어진다. 서미스터는 굽힘 과정 동안 제거되는 것을 방지하기 위해 곡선 형상으로 구부러진 후 인터페이스 커버에 적용될 것이다. 도 8a 내지 도 8c를 참조한다. 도 8a는 기판 커버(804)에 접합된 정사각형 구리(802)를 가지는 기판 커버 어셈블리(800)의 사시도이다. 정사각형 구리(802)에 미래형 TEC(도 8b 및 도 8c의 (806))가 장착될 것이다. 공정의 일 측면은 정사각형 구리(802)가 이들이 부착되는 기판 커버(804)에 보강재로서 작용한다는 것에 있다. 이는 기판 커버(804)가 정사각형 구리(802) 아래의 영역에서 비교적 편평하게 유지되는 경향이 있음을 의미한다. 정사각형 구리(802)는 곡률 축(미도시)에 평행한 열(808)에 배치되는 것을 유의해야한다. 정사각형 구리(802)는 기판 커버(804)의 곡률이 형성되도록 이격부(810)를 가진다. 도 8b 및 도 8c를 참조한다. 도 8B는 제1 열(808)을 따라 정사각형 구리(802)상의 기판 커버(804)에 접합된 TEC(806)의 열을 포함하는 과정에서의 기판 어셈블리(800)의 측면도(812)이다. 추(814)는 TEC(806)와 기판 커버(804) 사이의 접착을 촉진시키기 위해 하나 이상의 TEC(806)에 일시적으로 적용된다. TEC (806)가 제1 열(808)에 접합된 후에 추(814)가 제거된다. 기판 어셈블리(800)기 의도치 않게 굽혀지는 것을 방지하기 위해 제거 가능한 지지부(816)가 제공될 수 있다. 유사하게, 도 8c에서, 부착의 제2 열(808)의 TEC (806) 상의 임시 추(814)의 도움을 받아 TEC의 제2 열(806)이 기판 커버(804)에 접합된다(818). TEC(806)을 배열하는 공정은 곡면의 기판 어셈블리(800)를 위해 약간 변경됨을 유의해야 한다. 곡률의 방향을 따라 유연성을 더 크게 만들기 위해, TEC (806)은 곡률의 방향으로 더 멀리 이격되어(810) 배치되도록 설계된다. TEC(806)는 일반적으로 곡률의 방향에 수직이거나 곡률의 축에 평행한 라인(808)에 있도록 설계된다. TEC(806)의 다양한 열(808)은 접착 단계가 섹션에서 더 쉽게 이루어짐에 따라 정사각형 구리(802)에 TEC(806)를 쉽게 접착시킨다. 이것은 기판 커버 (804)의 곡률 및 적절한 접착을 위해 TEC (806)에 압력을 가할 필요가 있기 때문이다. 12. 곡면의 유연성 기판 접착을 위한 곡면 기판 커버 도 9a 및 도 9b를 참조하였다. 도 9a에서, 곡면의 열 교환기 모듈(900)의 주요 구성 요소의 분해도가 도시되어있다. 기판 커버 어셈블리(902), 유연성 기판 (904) 및 인터페이스 커버(906)의 곡률은 다양한 표면을 함께 접착하는, 이미 어려운 작업을 훨씬 더 어렵게 만든다. 도 9b는 도 9a의 분해도로부터 조립된 곡면 열 교환기 모듈(900)을 도시하였다. 전술한 바와 같이, 기판 커버(908)는 정사각형 구리(910) 주위로 약간 구부러지기 때문에, 채널의 곡률에 가깝다. 이는 접착제(미도시)가 도포되는 기판 커버(908)와 유연성 기판(904) 사이에 작은 갭을 형성할 수있다. 접착 과정에서 이러한 접착제 갭을 방지하기 위하여, 양면에 압력을 가해야한다. 그러나 앞서 언급한 것처럼 너무 많은 압력을 가하는 것은 표면 사이의 접착 품질을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 이 과정에서 너무 많거나 적은 압력 사이의 미세한 조정이 있으며, 올바르게 수행하려면 주의를 기울여야 한다. 다른 실시예에서, 기판 커버 어셈블리(902)는 유연성 기판(904) 및 기판 커버 어셈블리(902)의 조합물(912)에 기판 커버 어셈블리(902)를 몰딩하여 유연성 기판(904)에 결합된다. 여기서, 기판 커버 어셈블리(902)는 미리 굽혀진 다음 몰드에 위치한다. 그 다음, 액체 실리콘은 몰드 내로 주입되어, 기판 커버 조립체(902)에 이미 접착된 위치에 유연성 기판(902)을 형성한다. 이 공정은 정사각형 구리(910)에 의해 형성된 갭을 제거하고, 결과적으로 두 번째 방법이 곡면의 HEM에 보다 적합하게 된다. 인터페이스 커버, 및 격자간 갭의 절연체(둘 다 미도시)는, 제조 공정은 곡면 또는 평면 HEMs 사이에서 변하지 않는다. 도 3a의 HEM의 평면 버전과 유사하게, HEM(900)을 통해 열 전달 매체를 흐르게 하는 액체 유입구(914) 및 액체 배출구(916) 튜브가 있다. 13. 다수의 HEM 구성 요소의 연결식 열 교환기 모듈(HEM) 어셈블리 HEM 기술의 또 다른 실시예는 각각의 HEM의 개별 특성을 유지하지만 더 큰 규모의 기능을 수행할 수 있는 복잡한 형상에 따르기 위해 다수의 HEM 냉각 또는 가열 유닛을 함께 조립하는 것에 있다. 도 10a 및 도 10b를 참조하였다. 도 10a는 단일 20 x 40 mm TEC를 각각 포함하는 6개의 TEC(100)의 편평한 HEM(1000)의 조립도를 도시한다. 도 10b는 사람의 팔의 상완신근 또는 위팔노근을 냉각 또는 가열하기에 적합한 4개의 조립된 곡면 HEM(1006) 세트의 조립도(1004)를 도시하며, 여기서 각 HEM은 4-15 x 15mm TEC에 기초한다. 어셈블리 내의 HEMs은 유체 순환을 위한 유연한 관으로 연결되며, TEC는 전기적으로 연결되어 직렬 또는 병렬 뱅크에서 작동한다. HEM의 다중 어셈블리의 장점은 유연한 관으로 연결되어있는 동안 각 HEM 사이의 갭에 의해 제공되는 추가적인 유연성 및 관절 기능에 있다. 이러한 갭은 완전한 연결식 연질 열 교환 유닛을 생성하기 위해 유연한 형상으로 채워질 수 있다. 각 HEM의 서미스터는 어셈블리 전체의 평균 온도를 미리 정의된 범위 내에서 제어하거나 유지할 수 있는 방식으로 ESU에 피드백을 제공하기 위해 사용된다. 14. 곡면의 열 교환기 모듈(HEM)의 기능성 도 11a 및 도 11b를 참조하였다. 도 11a는 지원자의 허벅지에 부착된 15 mm x 15 mm TEC의 인체 공학적 곡면 HEM(1100)의 사시도이다. 도 11b는 도 11a의 8 개의 15 x 15mm TEC의 어레이로 제조된 인체 공학적 곡면 HEM(1100)과 접촉할 때 자원자의 허벅지 냉각의 온도 대 시간 도표(1102)를 도시한다. 직선(1104)은 도 11a의 인체 공학적 곡면 HEM(1100)의 온도를 나타낸다. 곡선(1106)은 안정하게 제어된 피부 온도가 HEM(1100) 냉각 공정을 개시한 후 300초 이내에 달성되었음을 나타낸다. 15. 특정 의료용 HEM의 예 15. 1 머리 및 목 냉각 HEM 기술은 대뇌 피질(cerebral cortex)(즉, 뇌의 외부)의 온도를 줄이고 조절하기 위해 머리와 목을 국소 냉각시키는데 적용할 수 있다. 이 치료 요법은 예를 들면: 외상, 뇌졸중, 심장 정지 후 저산소성 허혈성 뇌병증, 뇌병증, 및 발작과 같은 급성 뇌 손상을 치료하는데 전도가 유망하다. 또한, 뇌 조직을 보호하는 것에 관한 뇌 절차(즉 수술 및 혈관 내 수술)를 준비하기 위한 보조 치료 요법으로 사용될 수 있다. 이 장치는 냉각이 진통(통증 유발) 효과를 나타내기 때문에 두통 치료에도 사용할 수 있다. 15.2 신생아의 사용 도 12a 내지 도 12c를 참조하였다. 여기에서, HEM 어셈블리(1200)는 HEM의 매트리스(1202) 및 크래들(1204) 구성을 포함할 수 있다. 이러한 어셈블리(1200)는 신생아의 저산소성 허혈성 뇌병증(Hypoxy Ischemic Encephalopathy; HIE)의 저체온 치료에 사용될 수 있다. HEM 기술은 저산소성 허혈성 뇌병증(신생아 질식이라고도 함)으로 신생아(1206)의 전신 온도를 조절하는데 사용될 수 있다. 발포 절연체(foam insulation, 1208)는 HEM 구성 요소에 의해 요구되는 냉각 부하를 감소시키기 위해 HEM 매트리스(1202) 및 크래들(1204) 구성과 관련하여 사용될 수 있다. 이러한 HEM 어셈블리(1200)는 냉각을 유도하고, 아기의 체온을 조절하며, 아기(1206)를 점점 따뜻하게 할 수 있다. 이 장치는 완전히 휴대 가능하고 배터리로 작동되어 시설 간 또는 시설 내에서의 운송에 이상적이며 현재 사용되는 신생아의 난방 및 냉방 장치와 공유되지 않는다. 15.3 근육 손상용 냉각 패드 HEM 기술은 급성 골격근 손상을 치료하고 영향을 받는 조직의 냉각 유도 및 유지하는데 적용될 수 있다. 현재 사용되는 장치와 달리, HEM 기술은 표면 온도를 거의 변화시키지 않고 유지하는 데 매우 효율적이다. 이 장치는 발목, 손목, 팔꿈치, 무릎, 등, 및 목과 같은 다양한 신체 부위에 따라 인체 공학적으로 설계되었다. 15.4 작동 테이블용 열 제어 표면 HEM 도 13을 참조하면, 도 13은 HEM 기술을 사용하여 블랭킷 또는 매트리스 패드(!300)의 조립 사시도를 도시한다. 블랭킷 또는 매트리스 패드(1300)는 외과 수술을 받는 환자의 체온을 유지하는데 사용되며, 체온은 오퍼레이터에 의해 모니터링되고 제어된다. 이 장치는 오퍼레이터가 원하는대로 따뜻하게 하거나 차가워지게 할 수 있다. 블랭킷 또는 매트리스 패드(1300)는 특정 절차에 필요한만큼 신속하게 온도 변화를 유도할 수 있다. 도 13에서, 유연성 기판(1302) 성형된 채널(1304), 입력 및 출력 포트(1306), 기판 커버(1308), TEC(1310) 및 인터페이스 커버 (1312)의 기본 HEM 소자만 도시하였고, 이들은 상기에 상세하게 설명 되어있다. 15.5 체온 조절 수술 후 재활 장치 HEM 기술은 저체온, 및 뼈 골절, 관절 탈구 또는 염좌를 위한 고정을 제공하는 데 사용될 수 있는 캐스트 형 고정 장치를 포함하는, 다리 수술 후 관리에 사용될 수 있다. 또한, HEM 기술은 근육, 뼈 및 관절을 포함한 수술 과정의 재활 기간동안 조직 외상의 통증 관리 및 억제를 위한 보조제로 사용될 수 있다. 본 명세서로부터, 본 발명은 다음을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 실시예를 포함한다는 것이 이해될 것이다: 1. (a) (i) 하나 이상의 개방 채널을 포함하는 유연성 기판; (ii) 상기 유연성 기판 위에 결합된 기판 커버; (iii) 상기 기판 커버가 상기 개방 채널에 결합될 때, 이로 인하여 액체의 순환을 허용하도록 형성된 폐쇄 채널; (iv) 열전 쿨러의 기준 측 상의 상기 기판 커버에 결합된 복수의 열전 쿨러; 및 (v) 상기 기준 측의 반대편에 있는 환자 측 상의 상기 열전 쿨러에 결합된 인터페이스 커버;를 포함하는 열교환기 모듈; (b) 상기 인터페이스 커버의 온도를 감지하는, 상기 열 교환기 모듈 내에 배치된 하나 이상의 온도 센서; 및 (c) 상기 열전 쿨러에 공급되는 전류를 변경하여 상기 인터페이스 커버의 온도를 제어하기 위해 상기 온도 센서를 사용하도록 구성된 컨트롤러;를 포함하며, (d) 상기 인터페이스의 온도는 상기 컨트롤러에 의해 제어되는, 열 교환 시스템. 2. 상기 열 교환기 모듈은 대체로 편평하고, 한 방향으로 만곡되고, 하나 이상의 방향으로 만곡되는 형상의 그룹으로부터 선택되는, 선행 실시예의 시스템. 3. 상기 열 교환기 모듈 시스템은 배터리로 구동되는, 선행 실시예의 시스템. 4. 상기 액체는 물을 포함하는, 선행 실시예의 시스템. 5. 상기 온도 센서는 써미스터(thermistor), 써모커플(thermocouple), 및 온도에 비례하는 전압 또는 전류를 출력하는 입체 회로 소자(solid state device)로 구성된 센서의 그룹으로부터 선택되는, 선행 실시예의 시스템. 6. 상기 컨트롤러는 비례(proportional), 적분(integral) 및 미분(derivative)으로 구성된 하나 이상의 알고리즘으로부터 선택된 제어 알고리즘을 사용하는, 선행 실시예의 시스템. 7. 상기 컨트롤러는 제로(zero) 또는 그 이상의 아날로그 성분을 사용하는 디지털 방식인, 선행 실시예의 시스템. 8. 상기 공급 전류는 클래스 D 증폭기(class D amplifier), H-브리지 증폭기(H-bridge amplifier), 및 펄스 폭 변조 소스(pulse width modulated source)로 구성된 전류 공급 그룹으로부터 선택된 전류 공급부에 의해 공급되는, 선행 실시예의 시스템. 9. 상기 열 교환기 모듈은 상기 인터페이스 커버를 가열하거나 냉각시키는, 선행 실시예의 시스템. 10. (a) (i) 복수의 열전 쿨러; (ii) 상기 열전 쿨러를 지지하는 유연성 기판으로서, 상기 열전 쿨러에 열적으로 근접하게 액체를 순환시키도록 구성된 복수의 채널을 가지는 유연성 기판; 및 (iii) 상기 유연성 기판에 근접하게 배치된 하나 이상의 온도 센서;를 포함하는 열 교환기 모듈; 및 (b) 상기 열 교환기 모듈에 인접한 객체의 온도를 모니터링하기 위해 상기 온도 센서를 사용하도록 구성되고, 상기 액체의 순환을 제어하도록 구성된 컨트롤러;를 포함하며, (c) 상기 열 교환기 모듈과 접촉하는 객체의 온도가 상기 열전 쿨러 및 상기 액체 사이의 열 전달에 의해 변경되고, 상기 온도 변화량은 상기 컨트롤러에 의해 제어될 수 있는, 열 교환기 시스템. 11. 상기 열 교환기 모듈은 평면형인, 선행 실시예의 시스템. 12. 상기 열 교환기 모듈은 곡면형인, 선행 실시예의 시스템. 13. (a) 하나 이상의 개방 채널을 포함하는 유연성 기판; (b) 상기 유연성 기판 위에 결합된 기판 커버; (c) 상기 기판 커버가 상기 개방 채널에 결합될 때, 이로 인하여 액체의 순환을 허용하도록 형성된 폐쇄 채널; (d) 열전 쿨러의 기준 측 상의 상기 기판 커버에 결합된 복수의 열전 쿨러; (e) 상기 기준 측의 반대편에 있는 환자 측 상의 상기 열전 쿨러에 결합된 인터페이스 커버; 및 (f) 상기 열 교환기 모듈 내에 배치된 하나 이상의 온도 센서;를 포함하는, 열 교환기 모듈. 14. 상기 온도 센서는 상기 인터페이스 커버의 온도를 감지하는, 선행 실시예의 열 교환기 모듈. 15. 상기 열 교환기 모듈은 대체로 평면형인, 선행 실시예의 열 교환기 모듈. 16. 상기 열 교환기 모듈은 하나 이상의 방향으로 만곡된, 선행 실시예의 열 교환기 모듈. 17. 상기 액체는 물을 포함하는, 선행 실시예의 열 교환기 모듈. 18. 상기 온도 센서는 써미스터(thermistor), 써모커플(thermocouple), 및 온도에 비례하는 전압 또는 전류를 출력하는 입체 회로 소자(solid state device)로 구성된 센서의 그룹으로부터 선택되는, 선행 실시예의 열 교환기 모듈. 19. 상기 열 교환기 모듈은 상기 인터페이스 커버를 가열하거나 냉각시키는, 선행 실시예의 열 교환기 모듈. 20. 상기 인터페이스의 가열 속도 또는 냉각 속도가 제어되는, 선행 실시예의 열 교환기 모듈. 21. 열 교환기 모듈의 사용 방법으로서: (a) 환자에 상기 열 교환기 모듈을 부착하는 단계; 및 (b) 상기 열 교환기 모듈을 사용하여 환자에게 열 처리를 가하는 단계를 포함하고, 상기 열 교환기 모듈은 (i) 하나 이상의 개방 채널을 포함하는 유연성 기판; (ii) 상기 유연성 기판 위에 결합된 기판 커버; (iii) 상기 기판 커버가 상기 개방 채널에 결합될 때, 이로 인하여 액체의 순환을 허용하도록 형성된 폐쇄 채널; (iv) 열전 쿨러의 기준 측 상의 상기 기판 커버에 결합된 복수의 열전 쿨러; (v) 상기 기준 측의 반대편에 있는 환자 측 상의 상기 열전 쿨러에 결합된 인터페이스 커버; 및 (vi) 상기 열 교환기 모듈 내에 배치된 하나 이상의 온도 센서;를 포함하는, 열 교환기 모듈의 사용 방법. 22. 상기 열 처리는 제어된 가열 속도를 사용하는, 선행 실시예의 열 교환기 모듈의 사용 방법. 23. 상기 열 처리는 제어된 냉각 속도를 사용하는, 선행 실시예의 열 교환기 모듈의 사용 방법. 24. 상기 열 처리는 대체로 일정한 열 교환기 모듈 인터페이스 커버 온도의 시간 주기를 사용하는, 선행 실시예의 열 교환기 모듈의 사용 방법. 25. (a) 하나 이상의 평면형 열 교환기 모듈; 및 (b) 하나 이상의 곡면형 열 교환기 모듈;을 포함하며, (c) 상기 열 교환기 모듈은 각각 (i) 하나 이상의 개방 채널을 포함하는 유연성 기판; (ii) 상기 유연성 기판 위에 결합된 기판 커버; (iii) 상기 기판 커버가 상기 개방 채널에 결합될 때, 이로 인하여 액체의 순환을 허용하도록 형성된 폐쇄 채널; (iv) 열전 쿨러의 기준 측 상의 상기 기판 커버에 결합된 복수의 열전 쿨러; (v) 상기 기준 측의 반대편에 있는 환자 측 상의 상기 열전 쿨러에 결합된 인터페이스 커버; 및 (vi) 상기 열 교환기 모듈 내에 배치된 하나 이상의 온도 센서;를 포함하는, 신생아 열 치료 장치. 26. (a) 하나 이상의 개방 채널을 포함하는 유연성 기판을 제공하고, (b) 기판 커버를 제공하며, (c) 인터페이스 커버를 제공하고, (d) 열전 쿨러의 기준 측 상의 상기 기판 커버에 복수의 열전 쿨러를 결합시키며, (e) 상기 인터페이스 커버에 하나 이상의 온도 센서를 부착시키고, 및 (f) 상기 기준 측의 반대편에 배치된 환자 측 상의 상기 열전 쿨러에 상기 인터페이스 커버를 결합시키고; (g) 이로 인하여 상기 개방 커버 위에 결합된 기판 커버가 액체를 순환을 허용하는 폐쇄 채널을 형성하는, 열 교환기 모듈의 조립 방법. 여기서의 기재는 많은 세부 사항을 포함하고 있지만, 이러한 기재는 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아닌, 단지 현재의 바람직한 실시예들의 일부의 예시를 제공하는 것으로 유추해야 한다. 그러므로, 본 발명의 범위는 통상의 기술자에게 자명하게 될 수 있는 다른 실시예들을 충분히 포함한다는 것이 이해될 것이다. 청구범위에서, 단수의 한 요소에 대한 언급은 명백하게 그렇게 설명된 것이 아니라면 "하나 및 오직 하나"를 의미하는 것이 아닌, "하나 또는 그 이상"을 의미하는 것으로 의도된 것이다. 통상의 기술자에게 알려진 상기 개시된 실시예들의 요소들에 대한 모든 구조적, 화학적 및 기능적 등가물은 여기에 참조로 명백히 포함되며, 제시된 청구범위에 의해 포함되도록 의도된다. 더욱, 본 개시에서 요소, 구성 또는 방법 단계는 그 요소, 성분 또는 방법 단계가 청구항들에서 명시적으로 인용되어 있는지에 관계없이 공중에 전용되도록 의도된 것이 아니다. 여기서 청구항 요소는 그 요소가 분명하게 "위한 수단(means for)"이라는 문구를 사용하여 인용되지 않는다면 "수단 플러스 기능(means plus function)"의 요소로서 유추되어야 한다. 여기서 청구항 요소는 그 요소가 분명하게 "위한 단계(step for)"라는 문구를 사용하여 인용되지 않는다면 "단계 플러스 기능(step plus function)"의 요소로서 유추되어야 한다. |
