CN101732091A

CN101732091A - 使用冷等离子体的凝血装置

Info

Publication number: CN101732091A
Application number: CN200910146411A
Authority: CN
Inventors: 崔峻; 李在九; 金景太; 禹庆哲; 沈载润
Original assignee: Academy Industry Foundation of POSTECH
Current assignee: Academy Industry Foundation of POSTECH
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2029-06-02
Also published as: US8187265B2; US20100130973A1; JP5122534B2; KR101044314B1; JP2010125320A; CN101732091B; EP2189125A1; KR20100058763A

Abstract

提供了一种使用冷等离子体的凝血装置。在该凝血装置中，冷等离子体是微波谐振器在常压下用低功耗生成的，并且冷等离子体被排放到伤口的流血部位。因此，能够同时加速凝血进程、减小如伤口的烧伤等不利的副作用并有效地对伤口进行消毒。此外，能够实现小型的便携式凝血装置。

Description

使用冷等离子体的凝血装置

技术领域

本发明涉及使用等离子体的凝血装置，并且更具体地，涉及使用由低功耗的微波谐振器在大气中生成的冷等离子体的凝血装置，其中该冷等离子体被排放在伤口的流血部位，以便能够加速凝血进程、减小如伤口的烧伤等不利的副作用、以及有效地对伤口进行消毒，并且能够实现小型的便携式凝血装置。

背景技术

通常，在外科实践或由外伤引起的流血期间，各种凝血装置被用于尽量减少流血。

根据最近的实验已经了解到，由于等离子体中包含大量活性氧(ROS)、活性氮和氢氧化物以及离子、电子、电场和紫外线，因此等离子体可被有效地用于凝血和伤口愈合。

在各种凝血装置中，由于具有高凝血效率，因此使用由气体生成的等离子体的凝血装置已经被广泛地使用。

在使用等离子体的传统的凝血装置中，使用各种电源生成常压等离子体。最近，已研发出通过使用如900MHz或2.45GHz等频率的低功耗微波生成低温等离子体的方法。使用等离子体的生物医学应用已经在世界各地被研究。用于去除皮肤皱纹或雀斑的皮肤护理装置已被美国FDA批准使用。

由于具有磁控管，大多数传统的使用微波的等离子体生成装置都具有约100W或更高的超高功耗。此外，使用矩形波导的等离子体生成装置具有大的体积和复杂的结构。因此，很难使用传统构思实现小型的便携式凝血装置。

最近，已提出使用具有天线结构的排放管的同轴微波等离子体炬。然而，同轴微波等离子体炬并不比使用矩形波导的传统等离子体生成装置具有更好的效果。此外，因为其生成的等离子体的温度太高，因此可能生成如烧伤等有害的影响。此外，对实现小型凝血装置仍然存在限制。

发明内容

本发明将提供具有小型谐振器的、使用冷等离子体的凝血装置，其生成微波以在常压下用低功耗使用冷等离子体，所述冷等离子体能够在对伤口没有不利的副作用的情况下迅速地对伤口进行凝血和对伤口进行消毒，并能够大大地减小整个凝血装置的体积。

本发明将提供使用冷等离子体的凝血装置，其中微波振荡单元和放大单元是由小型的、轻重量的芯片模块构成，并且这些芯片模块集成地连接于小型谐振器，从而能够实现小型的便携式的使用冷等离子体的凝血装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种使用冷等离子体的凝血装置，其包括：具有信号源的微波振荡单元，其生成微波信号以提供用于生成等离子体的谐振能量；放大单元，其位于微波振荡单元与谐振器之间并将微波信号放大为具有预定幅度的放大微波信号；谐振器，其由放大微波信号的谐振能量驱动以通过释放由气体供应单元提供的惰性气体生成等离子体；和凝血单元，其由空心管排气单元构成，所述空心管排气单元被连接到谐振器的末端以排放由谐振器生成的等离子体，从而使通过微波信号排放和生成的冷等离子体能够集中于流血部位以凝血。

在本发明的上述方面，微波振荡单元和放大单元的芯片模块可提供在谐振器上，从而实现小型的便携式凝血装置。

根据本发明，因为用于生成等离子体的低功耗小型谐振器与微波振荡单元和放大器单元耦合，因此能够实现具有显著减小的体积的便携式凝血装置，并能同时地减小由于暴露于等离子体而引起的如伤口上的烧伤等不利的副作用、加速凝血进程和对伤口进行消毒。

附图说明

通过参照附图对示例性的实施方式进行详细地描述，本发明的上述性质和优点以及其它性质和优点将变得清楚，其中：

图1是示出了根据本发明的使用冷等离子体的凝血装置的结构的视图；

图2是示出了根据本发明的便携式谐振器的结构的视图，其中微波振荡单元和放大单元是由芯片模块构成；

图3是示出了根据本发明的谐振器的横截面视图；

图4是图3的方向A上的横截面视图；

图5是图3的方向B上的横截面视图；

图6是示出了人体与根据本发明生成的冷等离子体接触的照片；

图7是示出了未使用冷等离子体处理的凝血程度与使用了根据本发明生成的冷等离子体处理的凝血程度的比较的照片；和

图8是示出了通过根据本发明的冷等离子体处理对老鼠尾巴的流血进行止血的照片。

具体实施方式

在下文中，将参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细地描述。

图1是示出了根据本发明的、使用冷等离子体的凝血装置的结构的视图。图2是示出了根据本发明的便携式谐振器的结构的视图，其中微波振荡单元和放大单元是由芯片模块构成。

参照图1，根据本发明的使用冷等离子体的凝血装置100包括：微波振荡单元200，其生成微波信号；放大单元300，其将微波信号放大为具有预定幅度的放大的微波信号；谐振器400，其由放大的微波信号的谐振能量驱动以生成等离子体；气体供应单元500，其向谐振器提供惰性气体；和凝血单元600，其将由谐振器生成的等离子体排放到流血部位。

微波振荡单元200由使用DC供电单元生成微波的信号发生器构成，其提供谐振能量以用低功率生成等离子体。微波振荡单元200的输出级连接于对生成的微波进行放大的(功率)放大单元300。

优选地，微波振荡单元200生成的微波具有900MHz或2.45GHz的频率以提供足以生成等离子体的谐振能量。

放大单元300位于微波振荡单元200的输出级与谐振器400之间，以将微波放大为具有足够的幅度的微波，并通过谐振器400具有的第二内部导体430将放大的微波提供给同轴电缆410。

优选地，进一步包括DC-5V电源和DC-12V电源，DC-5V电源向微波振荡单元200提供用于生成微波的电压，DC-12V电源向放大单元300提供用于放大微波的电压。

可选择地，如图2所示，可将微波振荡单元200和放大单元300的小型轻重量的芯片模块提供在谐振器400上，并且可进一步包括由电池等构成的电源单元。因此，能够实现这样的便携式凝血装置100，其中除了气体供应单元500(用于提供将被电离为等离子体气体的惰性气体)以外的所有组件均可实现小型化(例如为手掌大小)。

图3示出了根据本发明的谐振器的截面图。

参照图3，谐振器400包括同轴电缆410、外部导体440、连接导体460、连接构件470和排放端480。

同轴电缆410由第一内部导体420和围绕第一内部导体420的绝缘材料450构成。同轴电缆410由外部导体440围绕。连接导体460包括至少一个气体注入管461。连接导体460被提供在同轴电缆460的一端，以与第一内部导体420和外部导体440电连接。

连接构件470被构造为SMA连接器，以向同轴电缆410传送频率为900MHz或2.45GHz、由微波振荡单元生成并由放大单元放大的微波。连接构件470包括第二内部导体430，第二内部导体430穿过外部导体440以与第一内部导体420电连接。

当通过第二内部导体430传输微波时，同轴电缆410的第一内部导体420与连接构件470的第二内部导体430在耦合部分490相互连接，以使具有TEM(横电磁)模式的微波能够被传输到同轴电缆410。此时，连接构件470电连接于围绕同轴电缆410的外部导体440和包含在同轴电缆410的内部的第一内部导体420。优选地，在第二内部导体420与连接构件470之间提供绝缘材料。

排放端480连接于同轴电缆的另一端，以使同轴电缆410生成等离子体的功耗最小化。

按照这种方式，谐振器400利用通过第二内部导体430提供的、频率为900MHz或2.45GHz的微波的谐振能量生成等离子体。连接构件470、连接导体460、外部导体440、第一内部导体420和第二内部导体430被电连接以共同执行谐振。

此外，应用于同轴电缆410的微波是TEM波。TEM波在传播方向上没有电场和磁场，但在垂直于传播方向的方向上具有电场和磁场，从而使电磁能量可由TEM波传输。

优选地，可将空气作为绝缘材料填充同轴电缆410中的第一内部导体420和外部导体440之间的空间。因此，经气体注入管461流进空气间隙中的惰性气体可流向同轴电缆410的端部。

换句话说，因为用作绝缘材料的空气间隙是空的空间，因此，无需谐振器的任何显著的扰动行为，就可将用于生成等离子体的惰性气体注入该空间。由于应用于微波的导体的谐振能量，注入的气体变成等离子体。接下来，等离子体流向谐振器400的下部。

同轴电缆410的长度被设计为微波波长或其倍数的1/4或3/4，也就是(2n-1)/4(n＝1，2，3...)，以有效地生成对微波的谐振。优选地，同轴电缆410的长度被设计为最短长度，也就是微波波长的1/4，以使同轴电缆410中的能量损失最小化。当满足以上的同轴电缆410的长度条件时，电场强度的最大值形成于谐振器400的末端，以通过该最大电场强度在常压下容易地生成等离子体。

在微波频率为900MHz的情况下，根据频率、波长与光速之间的关系，微波波长的1/4为8.33cm。因此，谐振器400的长度可小于10cm，从而能够制造小型的、便携式谐振器。同样地，在微波频率为2.45GHz的情况下，微波波长的1/4为3.06cm。因此，谐振器400的长度可小于5cm。

当从同轴电缆410的第一内部导体420与连接构件470的第二内部导体430之间的耦合部分490观察同轴电缆410时，同轴电缆410的输入阻抗随着耦合部分490的位置改变而改变。因此，可通过调节连接构件470的位置控制自阻抗。因而，能够容易地得到谐振器400与微波振荡单元200(其使微波信号通过第二内部导体430进入同轴电缆410)之间的阻抗匹配或谐振器400与放大单元300(其对微波振荡单元200的微波信号输出进行放大)之间的阻抗匹配。因此，谐振器400无需单独的匹配网络，并且因此可减小凝血装置的整个体积，以实现便携式的凝血装置。

为了在常压下生成等离子体，需要10⁶V/m或更高的高电场强度。因此，使用排放端480以通过部分地增加谐振器的开口端的电场来点燃等离子体。当通过排放生成等离子体之后，可不必再对排放尖端480进行操作。因此，当需要排放尖端480时可对其进行操作，而在不需要排放尖端480时可将其从谐振器400中移除。

在这种情况下，通过弹簧将排放尖端480固定于外部导体440上。当需要排放尖端480时，排放尖端480立刻接近第一内部导体420以增加同轴电缆410端部的电场强度，从而排放等离子体。因此，通过在常压下使用氩气，谐振器400可用约为5W或更少的低功耗生成等离子体。

图4是图3所示的谐振器在方向A上的横截面视图。图5是图3所示的谐振器在方向B上的横截面视图。

参照图4和图5，连接导体460插入在外部导体440的中心部分，并且两个气体注入管461被提供在连接导体460上。尽管图示为惰性气体通过两个注入管461流进绝缘材料450，但是也可提供一个气体注入管461。流过气体注入管461的惰性气体可为氦或氩，其被存储在气体供应单元500中，例如，连接到气体注入管461的气体容器。

外部导体440围绕同轴电缆410的一端，并且第一内部导体420位于同轴电缆410的中心部分。绝缘材料450位于同轴电缆410的外表面与同轴电缆的第一内部导体420之间。排放尖端480位于同轴电缆410的端面B上，以使等离子体从同轴电缆410的端面B排放。

凝血单元600是由空心管排气单元构成，所述空心管排气单元被连接到同轴电缆410的一端以排出由谐振器400生成的等离子体。由于凝血单元600，通过使用微波排放的冷等离子体可被集中于伤口的流血部位以同时地加速凝血进程并对伤口进行消毒。

现在，将描述由根据本发明的使用冷等离子体的凝血装置进行的凝血处理。

在上文所述的具有简单的、便携式的结构的谐振器400中，由微波振荡单元200生成并由放大单元300放大的、频率为900MHz或2.45GHz的微波经由连接构件470的第二内部导体430传输至同轴电缆410。

存储在气体供应单元500中的氩气经过连接导体460的气体注入管461流入同轴电缆410的外表面与第一内部导体420之间的空气间隙，所述空气间隙中的空气被用作绝缘材料。可使用氦气或其它惰性气体替代氩气。此外，可通过不同类型或形状的气体注入管提供两种或更多种类型的惰性气体。

同轴电缆410的长度被设计为微波波长或其倍数的1/4或3/4，也就是(2n-1)/4(n＝1，2，3...)，以有效地由微波生成谐振。因此，电场强度的最大值形成于谐振器400的末端，从而能通过使用最大电场强度容易地生成等离子体。

与使用等离子体的传统凝血装置不同，根据本发明的凝血装置在常压下具有约5W或更低的功耗。

图6是示出了人体与根据本发明的生成的冷等离子体进行接触的照片。

参照图6，可理解到，凝血装置生成的等离子体的温度很低，从而使人体不会由于直接接触凝血装置600排出的等离子体而受到伤害。因为将这种低温等离子体(冷等离子体)排出在伤口的流血部位，因此可减小如伤口烧伤等不利的副作用，并有效地进行凝血和消毒。

图7是示出了未用冷等离子体处理的凝血程度与使用了根据本发明的生成的冷等离子体处理的凝血程度的比较的照片。

参照图7，可理解到，未使用根据本发明的凝血装置生成的冷等离子体处理的血不易被凝固而是会扩散。在该实验中，使用了老鼠的血。

相反地，可理解到，如果使用根据本发明的凝血装置生成的冷等离子体在体外对血进行10秒或20秒处理，那么可容易地通过短时间处理将血凝固。在该实验中，使用4W的低功耗生成冷等离子体，并且使用了约10至20秒的氩气的量(流速)是3lpm(升每分)。

图8是示出了通过根据本发明的冷等离子体处理对老鼠尾巴的流血进行止血的照片。在该实验中，让活老鼠的尾巴流血，并且使用根据本发明生成的冷等离子体在体内对流血进行处理。

通常，在未使用等离子体治疗的情况下，需要约5分钟进行凝血。然而，可理解到，在排放由根据本发明的、具有小型低功耗谐振器400的凝血装置100生成的冷等离子体的情况下，需要1至2分钟或者更少的时间进行凝血。在该实验中，使用了3.5W的低功耗生成冷等离子体，并且使用了约10至20秒的氩气的量(流速)是3lpm(升每分)。

传统的凝血装置具有复杂的结构，并需要高功耗生成常压等离子体。凝血装置排出的高温等离子体会引起如流血部位上的烧伤等不利的副作用。然而，根据本发明的使用冷等离子体的凝血装置具有简单的结构，其中，小型便携式谐振器用低功耗生成常压冷等离子体。通过将冷等离子体排放至流血部位，可在不产生不利的副作用的情况下加速凝血进程并同时对伤口进行消毒。

虽然已经结合示例性的实施方式示出并描述了本发明，但是本领域相关技术人员将了解到，在不偏离如附加权利要求定义的本发明的精神和范围的条件下可进行修改和改变。

Claims

1.一种使用冷等离子体的凝血装置，其包括：

微波振荡单元，其具有生成微波信号的信号源，所述微波信号提供用于生成所述等离子体的谐振能量；

放大单元，其位于所述微波振荡单元与谐振器之间，以将所述微波信号放大为具有预定幅度的放大的微波信号；

所述谐振器，其由所述放大的微波信号的谐振能量驱动，以通过排出由气体供应单元提供的惰性气体生成所述等离子体；和

凝血单元，其由空心管排气单元构成，所述空心管排气单元被连接到所述谐振器的末端以排放由所述谐振器生成的所述等离子体，从而使所述微波信号和生成的所述冷等离子体能够集中于流血部位以凝血。

2.根据权利要求1所述的使用冷等离子体的凝血装置，其中所述微波振荡单元和所述放大单元的芯片模块被提供在所述谐振器上。

3.根据权利要求1所述的使用冷等离子体的凝血装置，其中所述谐振器包括：

同轴电缆，由第一内部导体和围绕所述第一内部导体的绝缘材料构成；

外部导体，其围绕所述同轴电缆；

连接导体，其具有至少一个气体注入管，并且位于所述同轴电缆的一端以电连接于所述第一内部导体和所述外部导体；和

连接构件，其具有第二内部导体，所述第二内部导体穿过所述外部导体以电连接于所述第一内部导体。

4.根据权利要求3所述的使用冷等离子体的凝血装置，其中由所述微波振荡单元生成并通过所述第二内部导体传输至所述同轴电缆的所述微波的频率为900MHz或2.45GHz。

5.根据权利要求3所述的使用冷等离子体的凝血装置，其中所述同轴电缆的长度被设计为所述微波的波长或波长倍数的1/4或3/4，以在所述谐振器的末端处形成最大电场强度，从而在大气中用约5W或更低的低功耗进行所述等离子体的排放。

6.根据权利要求5所述的使用冷等离子体的凝血装置，其中在所述微波频率为900MHz的情况下，所述谐振器的长度约为10cm，而在所述微波频率为2.45GHz的情况下，所述谐振器的长度约为3cm。

7.根据权利要求2所述的使用冷等离子体的凝血装置，其中所述谐振器包括：

同轴电缆，其由第一内部导体和围绕所述第一内部导体的绝缘材料构成；

外部导体，其围绕所述同轴电缆；

连接导体，其具有至少一个气体注入管，并且位于所述同轴电缆的一端以电连接于所述第一内部导体与所述外部导体；和

8.根据权利要求7所述的使用冷等离子体的凝血装置，其中由所述微波振荡单元生成并通过所述第二内部导体传输至所述同轴电缆的所述微波的频率为900MHz或2.45GHz。

9.根据权利要求7所述的使用冷等离子体的凝血装置，其中所述同轴电缆的长度被设计为所述微波的波长或波长倍数的1/4或3/4，以在所述谐振器的所述末端处形成最大电场强度，从而在大气中用约5W或更低的低功耗进行所述等离子体的排放。

10.根据权利要求9所述的使用冷等离子体的凝血装置，其中在频率为900MHz的情况下，所述谐振器的长度小于10cm，在频率为2.45GHz的情况下，所述谐振器的长度小于5cm。