CN115996779A - 用于伤口护理的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及伤口的电疗。具体地，提供了一种用于向伤口施加电疗的设备。本发明的设备对治疗任何类型的伤口、尤其是促进慢性伤口的愈合有用。

Description

用于伤口护理的设备

技术领域

本发明涉及伤口的电疗。具体地，提供了一种用于向伤口施加电疗的设备。本发明的设备对治疗任何类型的伤口、尤其是促进复杂和慢性伤口的愈合有用。

背景技术

慢性伤口(比如，糖尿病性、静脉性、动脉性、压力性和感染性溃疡)给医疗保健系统带来了巨大的经济成本，同时也给受影响的患者及其周围人带来了痛苦和身体压力。当今，愈合慢性伤口的主要方式是施加绷带或伤口敷料(即，施加有愈合因子的绷带)，结合抗生素治疗以避免或对抗感染。使用抗生素治疗可能会导致抗生素抗药性或其他有害影响。此外，这种治疗是漫长的，并且在许多情况下不是特别高效，因此可能需要数月甚至数年来愈合慢性伤口，在此期间患者的生活质量将会降低。用于这些治疗的医疗保健系统的成本也很高，因为许多患有慢性伤口的患者是免疫系统受损的老年患者，对他们来说，伤口的感染风险高度增加，因此可能导致进一步的并发症。

有文献记载，电疗可以促进血液流动和加速伤口愈合，因此这使其成为一种有吸引力的替代或补充治疗。因为用于愈合伤口和促进血液循环的治疗持续时间需要更长的治疗时段来让身体做出反应，所以进行治疗的优选方式是将电极应用到伤口敷料中。将伤口敷料施加到伤口部位处并固定，使得电极与伤口持续接触一段时间。以下电疗构成了现有技术的相关示例。

WO 2005032652 A1涉及一种用于治疗受损组织的敷料，该敷料结合了一对电极和电极之间的导电凝胶。电流通过凝胶在电极之间流动以修复受损组织。传感器可以与控制单元一起结合到敷料中。传感器被配置为检测环境参数，这些参数可以是氧气水平、pH水平、细菌感染水平或温度水平之一。控制单元可以根据传感器检测到的环境参数来调整提供给电极的电流。替代性地，控制单元中可以存储一个或多个预定义的程序，用于向电极提供具有变化的幅度、频率和波形的交流电流。

WO 2009060211 A1涉及一种从控制单元和连接到该控制单元的至少一个电极向组织提供电刺激的装置。固定元件保持至少一个电极抵靠组织，并将控制单元保持在相对于组织的固定位置。控制单元被配置为向至少一个电极提供电流以刺激组织。

WO 02098502涉及一种用于促进伤口愈合的电极系统。该设备具有支撑结构和附接到该支撑结构的两个电极。在支撑结构上，一个电极围绕另一个电极。向伤口施加电极，并在电极之间施加电压电势，使得电流在电极之间流动并通过伤口。

WO 2008013936涉及一种用于对伤口施加治疗的电极系统。该系统包括两个电极：第一电极被配置为至少部分地施加于伤口，并且第二电极被配置为至少部分地施加于以下之一：伤口周围的皮肤和伤口的外部部分。该系统还包括一个或多个反馈传感器，以检测治疗的有效性并调整电刺激。反馈传感器连接到控制模块，该控制模块可以基于传感器输出来调整电压。反馈传感器可以是反应传感器、电化学传感器、生物传感器、物理特性传感器、温度传感器、吸附传感器、pH传感器、电压传感器、电流传感器或其组合。

考虑到现有技术中披露的设备，仍然需要一种促进伤口的更快愈合的改进的电疗设备。

发明内容

在第一方面，本披露提供了一种用于向哺乳动物的伤口施加电疗的设备，该设备包括：至少两个刺激电极；至少两个感测电极，这些刺激电极和这些感测电极被配置为与伤口周围的皮肤电接触；控制模块；电压测量电路，该电压测量电路与这些感测电极连接并且被配置为与该控制模块通信；以及受控电压源，该受控电压源与这些刺激电极连接并且被配置为与该控制模块通信；

其中，该控制模块被配置为：

-在由受控电压源递送的校准电压下执行频率扫描，

-从电压测量电路接收一个或多个测量的电压降，该(多个)电压降是用感测电极测量的；以及

-基于该(多个)测量的电压降，调整从受控电压源输出的电压。

因此，控制模块可以控制电压源以基于校准过程向伤口递送正确的电压以进行电疗。优选地，校准电压以0.1Vpp至3Vpp作为AC信号递送、优选地作为1Vpp AC信号递送。优选地，在向伤口施加用于电疗的电流之前执行校准过程。优选地，在校准电压下的电流之后从受控电压输出的电流用于执行电疗。用于电疗的电流优选地作为脉冲单相DC电流输出。

频率扫描可以通过以不同的频率(例如，以1Hz至1000kHz、优选地10Hz到100kHz之间的步长)施加校准电压来执行，。

这种设备对治疗任何类型的伤口、尤其是促进慢性伤口的愈合有用。这种慢性伤口可能由手术感染、糖尿病感染、手术伤口(比如，剖腹产)、外伤伤口、静脉感染、压力性溃疡、静脉性溃疡、糖尿病足溃疡、糖尿病足、动脉溃疡等引起。

在本披露的上下文中，伤口周围的皮肤应被理解为邻近或紧靠伤口的任何皮肤区域。伤口周围的皮肤通常还应该被理解为距离伤口边缘最多50mm的皮肤。

在本披露的上下文中，被配置为与伤口周围的皮肤电接触的电极应该被理解为具有或者可以被配置为具有适合于与伤口周围的皮肤接触的表面的电极，该表面可以与伤口周围的皮肤电接触。合适的表面是基本上平坦的，和/或可以被弯曲或弯折成具有适合皮肤曲率的表面的形状，如从比如创可贴或心脏监测电极等贴片中已知的。电极可以具有任何形状，只要该形状可以形成合适的表面即可。该表面应该至少部分地由导电材料制成，使得电力可以通过电极和电极布置于其上的皮肤传导。为了改善电接触，可以在电极与皮肤之间布置凝胶层。

电压测量电路可以是适合于测量电势差的任何电路，比如模数转换器、或者基于测量值输出一个或多个逻辑电压电平的模拟电路。

电流测量电路可以是适合于测量电流的任何电路，比如模数转换器、或者基于测量值输出一个或多个电信号的模拟电路。

控制模块可以是可以读取对电压水平值和/或电流水平值进行编码的模拟输入或数字输入的任何电路。

电极可以由任何具有良好导电特性的材料(导体)制成，比如，金属(比如，铜、银、铁或铅)、或者合金、或者其他导电材料(比如，碳)。

电极与伤口周围的皮肤之间的电接触可以是电极与伤口周围的皮肤之间的能够传导电流的任何种类的接触。例如，该电接触可以是电极的导体与组织之间的直接接触。该电接触也可以是间接接触，比如，在电极与伤口周围的皮肤之间放置导电介质的情况下。在不将本披露限制于特定导电介质的情况下，这种导电介质的示例可以是导电水凝胶，其在心电图和超声应用中的使用是众所周知的。导电介质也可以是电解质溶液。对于给定的伤口，导电介质可以覆盖伤口周围的皮肤或者覆盖伤口周围的皮肤的一部分。

当本披露的设备的刺激电极与伤口周围的皮肤电接触时，该设备允许电流流过伤口。该设备通过刺激电极提供电流，并且电流可以从刺激电极之一通过皮肤、通过伤口、再次通过皮肤流到另一刺激电极。当通过该设备向伤口施加电流时，在伤口中形成的电场可以加速伤口愈合，如此该设备可以为伤口提供电疗。

能够通过伤口周围的皮肤向伤口施加电疗优于直接对伤口本身施加电疗，因为将电极放置在伤口内部或放置到伤口上可能会干扰当今进行伤口治疗的方式。例如，在常规伤口护理中，可以向伤口施加敷料以排出伤口的水分或实现许多其他功能。为了能够有效，这种敷料通常需要被布置成使得它们与伤口本身接触。因此，将电极布置在伤口上、布置在伤口内部或布置到伤口上会阻碍敷料与伤口的接触，从而会阻碍敷料的作用。由于本披露的设备可以用于通过伤口周围的皮肤向伤口施加电疗，所以该设备不会阻碍使用被布置为与伤口本身接触的敷料。因此，本披露的设备使得电疗和常规伤口护理可以同时进行。此外，与将电极布置在或布置到伤口本身上、或者布置在伤口本身内部和移除已经如此布置的电极相比，将电极布置在或布置到伤口周围的皮肤上能够使电极易于安装，并且当布置和移除电极时可以对患者造成更少的疮痂形成破坏和疼痛。

当刺激电极和感测电极被布置在伤口周围的皮肤上时，测量的电压降可以取决于伤口的电特性。因此，本披露的设备进一步允许对伤口进行经调节的电疗，其中，由该设备提供给伤口的电压已经基于取决于特定伤口的测量的电压降进行了调整。因此，该设备可以将电压水平调整到针对正在治疗的特定伤口定制的水平，其中，与非定制电疗相比，所产生的定制电疗可以使疗效提高。由于刺激电极和感测电极都被配置用于布置在伤口周围的皮肤上，所以该设备可以用于进行针对特定伤口调整过的经调节的电疗，其中，调整后的电疗已经在该设备在任何点都不接触伤口本身的情况下实现过。因此，本披露的设备可以用于进行经调节的电疗，而不中断对或向伤口本身或其内部提供的常规伤口护理。

具有至少两个感测电极允许本披露的设备用于穿过皮肤测量伤口本身上的电压降。这两个感测电极可以消除未知皮肤阻抗的测量，从而更准确地测量伤口上的电压降。进一步地，可以用这两个感测电极进行电压降的差分测量，其中，可以减少或消除共模噪声。因此，使用本披露的设备可以对伤口上的电压降进行更精确的测量。

至少两个感测电极和/或至少两个刺激电极可以由相同的两个电极形成。该设备可以包括两个电极，这两个电极中的每一个都可在刺激电极与感测电极之间切换。在设备包括两个电极的实施例中，该设备可以进一步包括多路复用器，该多路复用器允许这两个电极中的每一个在刺激电极与感测电极之间切换。在设备包括两个电极的实施例中，当在校准电压下执行频率扫描时，这两个电极可以充当感测电极，并且随后这两个电极可以充当刺激电极以将电流递送到伤口用于电疗。

在实施例中，该设备进一步包括电流测量电路，该电流测量电路与刺激电极连接并被配置为与控制模块通信，并且其中，该控制模块进一步被配置为：

-从电流测量电路接收一个或多个测量的电流水平；以及

-基于(多个)测量的电压降和(多个)测量的电流水平，调整从受控电压源输出的电压。

当刺激电极布置在伤口周围的皮肤上时，流过这些刺激电极的电流水平取决于伤口的电阻抗或电阻。因此，本披露的设备可以进一步允许对伤口进行经调节的电疗，其中，由该设备提供给伤口的电压可能已经基于取决于特定伤口的阻抗的电流测量值进行了调整。使用单独的电流测量值或结合电流测量值与测量的电压降，该设备可以提供对伤口的经调节的电疗，其中，由该设备提供给伤口的电压可能已经被调整到针对正在治疗的特定伤口定制的水平。相对于非定制电疗，定制电疗可以产生改善的伤口愈合疗效。

在实施例中，该控制模块进一步被配置为根据一个或多个测量的电压降和一个或多个测量的电流水平来计算阻抗，并且将该受控电压源的电压输出调整到这样的水平，即对于所计算的阻抗的每数值欧姆、在感测电极之间测量的电压降在0.05V至1V的范围内。

可以调节电压输出，使得对于所计算的阻抗的每数值欧姆，在感测电极之间测量的电压降在0.05V至1V、0.07V至0.8V、0.08V至0.6V、0.09V至0.5V或0.1V至0.4V的范围内。例如，如果所计算的阻抗是50欧姆，则电压输出可以被调节到使在刺激电极之间测量的电压降大约是10V的水平，这等同于对于所计算的阻抗的每数值欧姆，在刺激电极之间测量的电压降为0.2V。发明人已经基于伤口模型估计得出，阻抗取决于伤口的大小，并且存在对于通过伤口每mm距离、阻抗大约为0.8欧姆的关系。因此，阻抗可以用作伤口大小的代表，并且基于阻抗调整伤口上的电压降可以产生合适的电疗。已经根据阻抗调节的上述测量的电压降尤其适合于加速伤口愈合，因为这样的电压降可以产生大约50mV/mm至350mV/mm的穿过伤口的电场。不受理论约束，这些水平被认为尤其适合于伤口愈合。

在实施例中，该受控电压源被配置为输出频率在50kHz至500kHz范围内的DC脉冲。

使用2Vpp的AC电压源的实验表明，当向皮肤施加这种电流脉冲(高频脉冲)时，可以观察到皮肤的较低有效电阻抗。已经观察到，对于50kHz至500kHz(2μs至20μs)的脉冲，这种较低阻抗值在144欧姆至173欧姆的范围内。因此，预期相同频率的DC脉冲具有相同的效果。相反，当电流脉冲的频率较低时，皮肤的阻抗值要高得多，比如对于1Hz至1kHz，阻抗值为1000欧姆至20,000欧姆。因此，该实施例可以有利地允许更大的电流流过皮肤，这不受理论约束地提高了治疗效果。此外，本披露的设备可以允许确定伤口上的近似电压降，而不必考虑伤口周围的皮肤的阻抗差异，该差异可能很大。

此外，使用2Vpp的AC电压源的实验表明，频率在50kHz至500kHz范围内的电流脉冲是无痛的，而频率在0.8kHz至3kHz的脉冲会产生直接的痛感。因此，该实施例有利地允许无痛施加治疗电流，并且即使施加数小时(比如，0.5小时至12小时、0.5小时至8小时、或0.5小时至4小时)也可以是无痛的。

电流脉冲的频率可以在5kHz至500kHz、10kHz至500kHz、15kHz至400kHz、20kHz至300kHz、25kHz至250kHz或30kHz至200kHz的范围内。

脉冲直流电流的频率指的是脉冲直流电流每秒具有多少次有电压时段和无电压时段的循环。例如，如果脉冲直流电流的频率为2Hz，则脉冲直流电流将具有两个有电压时段和两个无电压时段，比如，0.25秒的2V，然后0.25秒的0V，然后0.25秒的2V，然后0.25秒的0V。有电压时段或无电压时段不需要具有相同的持续时间，并且有电压时段与无电压时段之间的关系可以在1∶1.1至1∶20、1∶1.5至1∶10或1∶2至1∶5的范围内。此外，电压的上升和下降可以采取任何合适的形式，比如，锯齿波、方波、三角波、正弦波或其组合。

在实施例中，从该受控电压源输出的电压的占空比在1％至50％范围内。

这种占空比产生对伤口的合适电疗，尤其是在结合权利要求5中披露的DC脉冲时。这种占空比还可以防止在被治疗的组织中产生过高的pH。不受理论约束，占空比越大(如％占空比增大)，伤口愈合效果越好，直到达到阈值为止。在阈值以上的功率水平可能会对组织和/或细胞造成损伤，这种损伤是由例如热量累积和/或pH升高导致的。进一步地，通过使用占空比，可以节省功率，这增加了电池寿命并延长了总治疗时间。占空比可以在1％至10％、1％至20％、1％至30％、1％至40％或1％至50％的范围内。

DC信号可以是方波形式(脉宽调制，其中频率可以例如为10kHz，幅度为10V，占空比为10％)。当施加到伤口时，由于阻抗的原因，电脉冲可能是带宽受限的，这使得通过伤口的电信号在形状上变得更加正弦。该信号也可以被有意地进行带宽限制或者通过其他方式整形，使得其上升时间与例如完美的方波信号相比被延长。较长的上升时间减轻了由突然的电刺激引起的不适感受。该电流优选地为单脉冲DC，并且将在给定的时间(例如，1分钟至1小时)内在第一方向上流过电极和伤口。在这段时间之后，电流可以在与第一电流方向相反的方向上被施加。单脉冲DC信号的目的是模拟伤口中发生的自然电刺激，这在例如慢性伤口或其他严重伤口类型中可能不存在或受到损害。不受理论约束，认为通过在不同方向施加电流并因此在治疗过程期间从几个伤口边缘刺激愈合过程，伤口愈合的效率更高。

在实施例中，该设备进一步包括两个支撑结构，其中，这些刺激电极中的至少一个和这些感测电极中的至少一个附接到每个支撑结构。

支撑结构使得能够易于处置电极，使得不必在伤口部位放置两个或更多个刺激电极和更两个或多个感测电极，而只需在伤口部位布置至少两个支撑结构。支撑结构可以是任何适合于一次性使用的材料，比如塑料、织物、纸张或其组合。

支撑结构可以具有与其连接的多于一个的刺激电极和多于一个的感测电极。例如，一个支撑结构可以具有与其连接的两个刺激电极和两个感测电极。

在实施例中，每个支撑结构具有刺激电极中的至少一个，并且具有至少一个感测电极位于该刺激电极的5mm至50mm范围内。

感测电极和刺激电极的这种布置允许在设备上获得可靠的电压降测量。感测电极与刺激电极之间的距离可以在50mm至10mm、50mm至20mm、40mm至10mm、40mm至20mm、30mm至10mm或20mm至10mm的范围内。

通过默认使刺激电极紧邻感测电极，电极的安装对于护理专业人员来说变得不那么复杂。例如，护理专业人员可以将根据实施例的两个支撑结构放置在伤口周围皮肤上在伤口的相反侧。

在实施例中，这些电极中的至少一个和/或当存在支撑结构时这些支撑结构中的至少一个能够满足以下条件中的一个或多个：可利器切割、可用手折叠或可用手撕开。

这种电极和/或支撑结构可以允许对电极区域进行旨在面向伤口周围的皮肤的修改。可以进行修改以调整电极区域，使得该区域围绕比伤口的更大部分。不受理论约束，电极围绕伤口越完全，治疗的疗效就越好。认为与仅部分地围绕伤口的电极相比，更完全地围绕伤口的电极可以施加电流穿过伤口的更大面积和/或体积。另外，护理专业人员可以更容易将大小已经被减小以适合伤口的电极和/或支撑结构处置并安装在伤口部位，这允许用该设备治疗更多类型和形状的伤口。

支撑结构可以是可折叠的，使得当被折叠时，折叠部分保护一个或多个电极免于电接触。电极自身也可以折叠以保护其自身紧靠部分免于电接触。电极和/或支撑结构可以优选地是可切割的，使得可以通过切割来实现对电极区域的旨在面向伤口周围的皮肤的修改。通过提供可切割的支撑结构，可以通过切掉支撑结构的与一个或多个电极连接的部分而导致这一个或多个电极从支撑结构断开连接来实现对电极区域的旨在面向伤口周围皮肤的修改。电极和/或支撑结构也可以适合于被撕开，例如通过材料具有刻孔线或薄线来允许用手将电极和/或支撑结构拉扯分开。支撑结构和/或电极的材料也可以是薄的和/或低强度的，这将允许用手拉扯分开电极和/或支撑结构的任何部分。对电极区域的旨在面向伤口周围皮肤的修改还可以通过提供满足以下条件中的两个或更多个的支撑结构和/或电极来实现：可切割、可撕开和可折叠。例如，支撑结构可以被部分地切割，以便有助于更易于折叠或撕开。

电极可以布置在支撑结构上，这些电极之间具有间隔，使得可以在不切割电极的情况下对支撑结构进行切割。因此，每个支撑结构上的任何特定电极都可以通过仅切割支撑结构而从支撑结构上移除。支撑结构可以可选地被用线标记(例如，可以在支撑结构的顶部布置膜以指示支撑结构上的线或者任何其他类型的合适标记)，该线指示支撑结构可以被切割以移除电极的位置。

在实施例中，该控制模块进一步被配置为基于至少一个另外的条件是预定义距离来调整从该受控电压源输出的电压。

该设备配置有预定义距离可以允许根据伤口的近似尺寸来调整电疗。这种电疗可能尤其适合于正在治疗的特定伤口。设备的预定义距离可以以多种方式配置，比如，经由设备上的按钮，或者通过以无线方式向设备发送信号。当特定大小的刺激电极与设备一起使用时，设备可以检测电极的大小，从而配置预定义的距离。例如，系统可以检测电极的阻抗特性，并且基于该阻抗特性选择预定义的距离。

在实施例中，该控制模块进一步被配置为将从该受控电压源输出的电压调节到这样的水平，即对于每mm的预定义距离、该测量的电压降在30mV至350mV的范围内。

由此，获得了适合于电疗的电场。

在实施例中，从该受控电压源输出的平均电流被限制在1mA至10mA的范围内。

这种电流通常不会损伤组织，并且产生适合于电疗的电流。该设备可以被限制在这些输出水平，以便减轻向伤口施加有害电流。峰值电流水平可以大于例如10mA。

在实施例中，该控制模块进一步被配置为将从该受控电压源输出的电压从第一水平提高到第二水平。

在另一个实施例中，该控制模块进一步被配置为将从该受控电压源输出的电压逐渐地和/或逐步地从第一水平提高到第二水平。

对哺乳动物或患者来说，立即向伤口施加目标水平的电压可能是疼痛的/不适的。对于哺乳动物来说，具有至少两个水平的电压将减少疼痛/不适，因为这减缓了电流向皮肤/伤口的流入。在更长的时间内经过更多步将意味着更慢的流入和潜在的更少疼痛/不适。因此，被配置用于逐步地或逐渐地施加电压水平的设备提供了疼痛较轻或不适感较弱的电疗。

在实施例中，该控制模块进一步被配置为将一个或多个测量的电压降值和这些测量的电流水平中的一个或多个、和/或从一个或多个测量的电压降值和这些测量的电流水平中的一个或多个计算得到的一个或多个阻抗值以无线方式传送到外部单元。

外部单元可以是用于经由无线协议(比如，智能手机或计算机)接收数据的任何合适的设备。

这种无线通信可以被患者和/或护理专业人员用来监测患者伤口的状态，而不必移除绷带、伤口敷料或布置在或固定到伤口部位的其他物品。作为示例，无线通信可以是例如通过蓝牙协议从本披露的设备到外部单元(比如，智能电话、手持式电子设备或计算机)的数据传输。外部单元可以使用接收的数据来计算伤口的阻抗值，或者外部单元可以从本披露的设备接收阻抗值。阻抗值是伤口的大小的指标，阻抗值越小，伤口就越小。

在实施例中，该控制模块进一步被配置为经由无线通信从该外部单元接收指令，其中，这些指令调节该设备的电压输出和/或电流输出。

有利地，这种设备可以被患者和/或护理专业人员用来调整电疗，而不必移除绷带、伤口敷料或固定到伤口部位的其他物品。

电极还可以被可移除膜覆盖，该可移除膜紧靠电极和/或被布置在电极与可移除膜之间的导电凝胶。可移除膜的作用是保护凝胶和/或电极免受灰尘的影响。该膜还可以对贴片的导电部件进行电绝缘。此外，该膜可以防止挥发性组分从凝胶中释放，比如，阻止水从凝胶中蒸发。例如，高含水量对于导电水凝胶的导电性至关重要。

控制模块是包括适用于执行本文所描述的功能的任何电路和/或设备的设备。控制模块可以包括通用或专用可编程微处理器，比如，数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(PLA)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用电子电路等或其组合。

在实施例中，控制模块进一步被配置为：

-接收关于伤口的大小的输入，

-基于伤口的大小，调整从受控电压源输出的电压。

因此，控制模块可以基于伤口的大小进行校准。因此，允许控制模块更精确地调整输出的电压。

关于伤口大小的输入可以关于伤口的长度、宽度和/或深度。

关于伤口大小的输入可以是用户向控制模块输入伤口的尺寸。关于伤口大小的输入可以作为伤口的一个或多个图片给出，该图片可以由控制模块处理以提取关于伤口大小的信息。替代性地，该一个或多个图片可以由外部处理单元处理以提取关于伤口大小的信息，然后该外部处理单元可以将提取的信息发送到控制模块，例如，如果图片是由智能设备获得的，则智能设备可以首先处理获得的图片，或者智能设备可以连接到能够处理图像并将相关信息返回到该智能设备的云。

关于伤口大小的输入可以被直接输入到控制模块，例如，控制模块设置有用户接口以允许用户经由用户接口将关于伤口大小的输入直接提供给控制模块。关于伤口大小的输入可以被输入到与控制模块地通信地连接的外部设备，该外部设备然后可以将关于伤口大小的输入发送到控制模块。

该设备可以在校准处理期间使用关于伤口大小的输入，其中，该设备使用(多个)测量的电压降和伤口大小来调整从受控电压源输出的电压。

在实施例中，至少两个感测电极和/或至少两个刺激电极包括多个具有已知尺寸的标记。

因此，可以获得伤口以及该多个标记的图像并对该图像进行处理，这允许精确估计伤口的大小和曲率。控制模块可以被配置为接收伤口以及该多个标记的图像，并且处理该图像以获得关于伤口大小的信息。替代性地，可以将已知标记直接与伤口进行比较以获得关于伤口大小的信息，然后可以将比较结果输入到控制模块，例如，伤口的宽度或长度是否与一定数量的标记相等。

这些标记可以是三角形、圆形、矩形等形状的，其中，这些标记的一个或多个尺寸是已知的。

在实施例中，控制模块进一步被配置为：

-在第一多个治疗周期中施加从该受控电压源输出的电压，其中，每个治疗周期包括治疗时间段和停止时间段，在该治疗时间段中，该控制模块被配置为将从该受控电压源输出的电压施加到该伤口，在该停止时间段中，该控制模块被配置为停止从该受控电压源输出的电压。

因此，通过在第一多个治疗周期中施加电压，可以降低电疗期间设备的功耗，此外，这允许细胞在治疗时间段之间得到恢复。如果用于施加电疗的设备是电池供电的并且包括电池，则功耗的降低可能尤其有利，因为设备的电池时间可以延长。

优选地，第一多个治疗周期在由控制模块执行的频率扫描之后执行，即，以允许对第一多个治疗周期进行校准。

第一多个治疗周期可以包括2个、3个、4个、5个、6个或更多个治疗周期。

治疗时间段可以是5分钟至10小时、5分钟至5小时、5分钟至1小时、15分钟至45分钟、或20分钟至40分钟，例如，30分钟。治疗时间段是向伤口施加用于电疗的电流的时间段。向伤口施加的电流可以是单相脉冲DC电流或类似的电流。

停止时间段可以是5分钟至10小时、5分钟至5小时、5分钟至1小时、15分钟至45分钟、或20分钟至40分钟，例如，30分钟。停止时间段的持续时间可以与治疗时间段的持续时间相同。停止时间段是不向伤口施加用于电疗的电流的时间段。

控制模块可以被配置为在治疗时间段期间向伤口施加恒定电压，即，控制受控电压源在治疗时间段期间输出恒定电压。

例如，第一多个治疗周期可以由四个周期组成，其中，治疗时间段为30分钟，并且停止时间段为30分钟。

在实施例中，控制模块进一步被配置为：

-在第一多个治疗周期中将从该受控电压源输出的电压施加到该伤口，随后在第二多个治疗周期中将从该受控电压源输出的电压施加到该伤口，其中，从该第一多个治疗周期到该第二多个治疗周期，从该受控电压源输出的电压的极性被反转。

申请人发现，伤口的愈合受电流流动方向的影响，其中，电流流动进入的区域经历更大程度的愈合，因此，通过反转电流的极性，可以确保接受电疗的伤口均匀愈合。

在本披露的上下文中，电压的极性决定了通过伤口的电流方向，即，从一个刺激电极到另一个刺激电极的电流方向。因此，当极性反转时，电流向相反方向流动。

第一多个治疗周期和第二多个治疗周期中的每个治疗周期都可以包括治疗时间段和停止时间段，在治疗时间段中，控制模块被配置为向伤口施加从受控电压源输出的电压，在停止时间段中，控制模块被配置为停止从受控电压源输出的电压。

第二多个治疗周期可以包括2个、3个、4个、5个、6个或更多个治疗周期。

例如，第一多个治疗周期可以由四个周期组成，其中，治疗时间段为30分钟，停止时间段为30分钟，并且第二多个治疗周期可以由四个周期组成，其中，治疗时间段为30分钟，停止时间段为30分钟，然而，在第二多个治疗周期期间，由电压源施加的电压的极性相对于第一多个治疗周期被反转。

在第一多个治疗周期与第二多个治疗周期之间可以暂停治疗。暂停可以持续5分钟至60分钟，优选地15分钟至45分钟，甚至更优选地20分钟至40分钟，例如，30分钟。

在控制模块被配置为在治疗周期中向伤口施加电压的实施例中，在每个治疗周期之前，控制模块可以进一步被配置为：

-在校准电压下执行频率扫描，以确定伤口的阻抗，

-从电压测量电路接收一个或多个测量的电压降，该(多个)电压降是用感测电极测量的；以及

-基于该(多个)测量的电压降，调整从受控电压源输出的电压。

因此，在每个治疗周期开始时考虑伤口、设备、皮肤或环境条件的改变，并且可以向伤口递送最佳量的电压。

用于施加电疗的设备可以进一步包括一个或多个外部传感器。该一个或多个外部传感器可以通信地连接到控制模块。控制模块可以被配置为基于从该一个或多个外部传感器接收的传感器数据生成反馈。该反馈可以是视觉反馈，例如，如果控制模块设置有显示器，则控制模块可以显示传感器数据，替代性地，控制模块可以生成用于使外部设备显示传感器数据的指令。可以经由智能电话上的应用程序给出反馈。该反馈可以是触觉反馈，例如，如果控制模块设置有振动设备，则反馈可以以振动的形式提供，替代性地，控制模块可以生成用于使外部设备振动的指令。该一个或多个外部传感器可以允许用户监测环境条件并且尝试调整环境条件以实现最佳伤口愈合，例如，众所周知，温度对伤口愈合有很大影响，因此，通过能够经由一个或多个外部传感器确定环境温度，用户可通过移动到不同的位置或通过改变空调系统的设置来调整环境温度。

外部传感器可以是脉搏传感器、血流传感器和/或血氧传感器，用于从伤口周围的皮肤收集关于脉搏、血流和/或血氧的传感器数据。控制模块可以设置有被配置为显示关于来自伤口周围皮肤的脉搏、血流和/或血氧的传感器数据的显示器。脉搏传感器、血流传感器和/或血氧传感器可以集成到刺激电极和/或感测电极中。

外部传感器可以是温度传感器，用于收集关于伤口附近环境温度的传感器数据。控制模块可以设置有被配置为显示关于温度的传感器数据的显示器。可以经由智能电话上的应用程序显示温度。控制模块可以具有限定伤口愈合的最佳温度范围的预设范围，其中，如果控制模块确定环境温度在预设范围之外，则该控制模块生成反馈(例如，以要显示的警告消息或触觉反馈的形式)。温度传感器可以集成到控制模块中。

外部传感器可以是加速度计，用于收集关于设备移动的传感器数据。

外部传感器可以是时钟，用于确定一天中的时间。控制模块可以设置有被配置为显示一天中的时间的显示器。控制模块可以具有限定一天中伤口愈合的最佳时间以及停止时间(即，不向伤口施加电流的时间)的最佳时间的一个或多个预设范围。控制模块可以被配置为确定已经到了一天中伤口愈合的最佳时间，并且生成反馈(例如，以要显示的消息或触觉反馈的形式)以通知用户启动设备。

附图说明

在下文中，将参照所披露的非约束性附图来描述本发明的实施例。

图1示出了根据本披露的设备的实施例，其中，设备的电极布置在伤口周围的皮肤上；

图2示出了根据本披露的包括支撑结构和电极的贴片的分解视图；

图3示出了处于组装好的状况下的图2的贴片；

图4示出了当施加于皮肤时，图2和图3的贴片的平面截面；

图5示出了单层HaCaT细胞在48小时内暴露于电刺激的划痕试验的代表性光学显微镜图像；

图6示出了单层HaCaT细胞在48小时内暴露于电刺激的划痕试验的代表性光学显微镜图像；

图7示出了HaCaT细胞在48小时内暴露于电刺激的细胞迁移能力的曲线图。

具体实施方式

下面将关于具体实施例描述本发明。本领域技术人员将会理解，本发明可以在许多不同的应用和实施例中实施，并且在其应用中并不具体限于本文描绘的特定实施例。

通常，本发明的设备旨在是便携式的，并且在使用时固定在哺乳动物或患者身上，使得哺乳动物或患者在进行电疗时仍然可以活动。在图1中，示出了可以将本披露的设备安装在患者伤口部位的方式的示例。中央单元101包括控制模块101a、电压测量电路101b和电流测量电路101c，该中央单元布置在靠近伤口107处，并且经由电缆103连接到两个刺激电极104a和104b以及两个感测电极105a和105b。电缆103分成两个电缆103a和103b，这些电缆各自连接到感测电极105a或105b和刺激电极104a和104b，并且可选地连接到支撑结构106a和106b。中央单元101可以可选地至少由中央单元101上的按钮102控制。电极对104a和105a以及104b和105b中的每对分别连接到布置在伤口107的相反侧的支撑结构106a和106b，感测电极105a和105b最靠近伤口107。感测电极105b、刺激电极104b和支撑结构106b形成贴片100p。在该图中，支撑结构106a和106b被图示为透明的，以便示出电极的配置。在操作中，由中央单元101输出电力，并且经由电缆103、103a和103b传导，通过刺激电极104a和104b，并横跨伤口107。横跨伤口107的电压降经由感测电极105a和105b以及中央单元101由电压测量电路来测量。控制模块101a可以基于电压和电流的测量值来计算合适的输出电压。可以使用按钮102或通过无线接口(未示出)输入距离，比如，伤口的直径。可以由中央单元101使用输入的值来计算合适的电压输出水平。

图2示出了本发明的实施例，其中，支撑结构106和电极104和105包括贴片111的部件，其中，贴片111以分解视图示出。电缆103包括两根非屏蔽电线109a和109b。当贴片111组装好时，两根电线109a和109b分别与刺激电极104和感测电极105电接触，并且夹在支撑结构106与电极104和105之间。导电凝胶层110可以可选地位于每个相应的电极104与105之间，并且凝胶层110可以可选地被可移除膜108覆盖。

图3示出了处于组装好的形式下的图2的贴片。可移除膜108可选地具有凹口108a，以使膜易于移除。可以可选地例如横跨贴片的宽度切割该实施例，使得贴片的长度减小。理想情况下，切割贴片的长度，使得其大致适合要治疗的伤口周围皮肤的尺寸。

图4示出了组装好的形式下的图2和图3的贴片的平面截面，其中，可移除膜108已经被移除，并且导电凝胶层110接触伤口(未示出)周围的皮肤111的表面。

图5示出了实施例2中描述的单层HaCaT细胞在48小时内在不同条件下暴露于电刺激的划痕试验的代表性光学显微镜图像。测试的不同条件是：A，脉冲频率为0kHz，占空比为100％并且电场为200mV/mm；B，脉冲频率为100kHz，占空比为2％并且电场为200mV/mm；C，脉冲频率为100kHz，占空比为4％并且电场为200mV/mm；以及D，脉冲频率为100kHz，占空比为10％并且电场为150mV/mm。对照组

表示未治疗的(即，未刺激的)细胞。每种条件测试三次，图5所示的图像表示每种条件下观察到的一般细胞行为的代表性图像。在电刺激0小时、12小时、24小时、36小时和48小时后获取图像。对于所有条件，电刺激与划痕正交(自上而下)，这些划痕存在于图像的中间。对于对照组

，图像中间的无细胞区域(即，划痕)在整个48小时内具有相同的大小。对于条件C和D，图像中间的无细胞区域仅表现出大小上的轻微减小，即，在这些条件下伤口愈合缓慢且效率较低。对于条件A，在治疗过程中观察到无细胞区域大小的明显改变。到目前为止，在条件B下治疗的细胞表现出无细胞区域大小的最大减小，因此代表了伤口愈合的最佳条件。图6更清楚示出了条件A和条件B的愈合特性。

图6示出了实施例2中描述的单层HaCaT细胞在48小时内在刺激条件(A和B)和非刺激条件(O)下暴露于电刺激的划痕试验的代表性光学显微镜图像。划痕区域或无细胞区域表示伤口，并且作为图像中间的较暗区域而被看到。在电刺激期间，经治疗的细胞(A和B)中无细胞区域的大小减小，而对于未刺激的细胞

，该区域的大小保持不变。此外，在条件B(脉冲频率为100kHz、占空比为2％并且电场为200mV/mm)下治疗的细胞显示出最快且最高效的伤口愈合，如从24小时后可见的无细胞区域的已经显著减小所示。在条件B下治疗48小时后，无细胞区域几乎完全消除。条件A显示出较慢且较不明显的伤口愈合。

图7示出了在条件A下(带正方形的实线)和条件B下(带三角形的实线)治疗的HaCaT细胞和未治疗的细胞

(带圆形的实线)的细胞迁移能力的曲线图。该曲线图描绘了无细胞区域随时间的改变，这是使用Image J软件计算的，该软件是用于通过跟踪伤口周长和计算闭合百分比来评估伤口闭合的开源图像处理程序。0小时划痕的宽度为100％。如在图7中看到的，在条件B下治疗的HaCaT细胞的无细胞区域随时间的变化，即，伤口愈合速率最高，这在48小时无细胞区域约50％的改变中是显而易见的。

实施例

实施例1：模拟伤口在高AC频率下低阻抗和无痛的证明。

将两个电极布置在人手臂的干燥皮肤上，电极之间的距离为50mm。电极串联连接到具有50欧姆输出阻抗的信号发生器。将100欧姆的电阻器串联插入电路中，作为电流测量的测量电阻器。通过向电极之间的皮肤上施加较厚的Cefar电凝胶层，在手臂上形成模拟伤口。将Cefar电凝胶施加在皮肤上以形成大致圆形的凝胶层，凝胶层距离电极的每个边缘约5mm。通过串联连接示波计进行电测量，示波计的第一引线和第二引线分别连接在100欧姆电阻器之前和之后。简而言之，测量结果表明，模拟伤口的AC电阻与频率密切相关，并且其范围从在1Hz下的约20千欧姆到在100kHz至1MHz的范围内的<150欧姆，并且该模拟伤口具有与电压相关的DC电阻，该DC电阻的范围为40千欧姆(在20V下)至263千欧姆(在1V下)。经过几个小时的AC测量，对皮肤没有刺激，而DC(非脉冲)测量虽然只花费了10分钟且测量的电流低于0.5mA，但在正电极下还是会导致皮肤发红和受到刺激，并且在15V/150μA以上的DC电压/电流下皮肤已经出现一些不适。在0.8kHz至3kHz的AC频率下，可以直接感受到疼痛。下表1中给出了模拟伤口在不同AC频率下的阻抗值。该表还示出了能直接感受到疼痛的AC频率。

表1.

结论：可以使用频率至少为10kHz的AC信号，通过皮肤向模拟伤口无痛地提供适合于电疗的电流水平和电压水平。预期类似于AC信号的脉冲DC信号通常具有类似表现，因此也可以用于电疗。

实施例2：电刺激的HaCaT细胞与对照组的体外研究

电刺激系统设置

对于电刺激系统的基本原理，使用Song等人在2007年公布的协议(doi：10.1038/nprot.2007.205)作为起点。刺激系统的关键部分包括具有特殊结构的细胞培养皿，这些细胞培养皿包括细胞培养室、输送电子的盐桥、生成电流的电刺激设备和将所有东西保持就位的支架。该设置的目的是在细胞培养环境中生成目标电场。对Song等人2007年的协议进行了调整以适应本研究的特殊要求，包括长时间持续的电刺激、显微镜检查等。

细胞培养和划痕试验方法

在薄室中单层培养HaCaT细胞，以避免电场对培养基过度加热导致的细胞损坏。将细胞接种在定制培养皿的中间。通常，HaCaT细胞的培养浓度为1×10⁴/cm²。为了使细胞在有限的空间内尽可能快地汇合，用于接种的细胞悬浮液的浓度为95×10⁴/cm²。通过台盼蓝染色确认在所提供的实验条件下细胞的活力大于95％。

通常，无细胞区域是通过使用移液管尖端划出穿过培养皿中心的伤口来生成的，然而，对于本实验设置，尖端的使用会导致划痕边缘不规则的问题，细胞更容易在边缘周围的层中被提起，并且划痕边缘处的细胞会破裂。为了解决这些问题，使用了自粘式硅胶带来代替尖端。将硅胶带切成等宽(0.5mm至0.7mm)的条带，并且预先贴附到细胞培养区域。一旦实现了足够的细胞生长和细胞粘附，就将胶带移除，并且生成令人满意的无细胞区域。

电刺激对细胞迁移的影响

为了探索不同模式的电刺激对HaCaT细胞迁移的影响，向单层HaCaT细胞培养物施加具有不同参数(表2)的电信号。为了防止电极产物进入培养物而使用经由琼脂盐桥连接的Ag/AgCl电极向单层HaCaT细胞培养物施加刺激(条件A、B、C、D)，以及不向该培养物施加刺激(对照组

)。

表2在HaCaT细胞培养系统上测试的参数

在电刺激开始后的0、12、24、36和48小时，对培养系统中的划痕区域或无细胞区域进行拍照。在每个时间点，为每个无细胞区域拍摄三张照片(图5)，并通过Image J软件计算无细胞区域。原始显微镜放大倍数是40倍。

使用以下公式计算每组细胞在不同时间点的迁移速率，以评估迁移能力：

n＝12，24，36，48

与对照组

相比，实验组(A，B)的迁移速率表现出上升趋势(图6和图7)。暴露于条件B(100kHz，2％占空比，200mV/mm)下生成的电刺激的HaCaT细胞培养物表现出迁移能力的最显著增加，即，最快且最高效的伤口愈合。从图6中可以看出，伤口在仅24小时的电刺激治疗后就基本上闭合，并且在48小时的电刺激治疗后几乎完全闭合。从图7中可以看出，与对照组

相比，条件B和条件A两者都明显加快了伤口闭合速率。此外，条件B显著优于条件A(正常DC刺激)，因为条件B闭合伤口的速度大约快了50％(*p<0.05，**p＜0.01，***p＜0.001)。

统计

结果呈现为均值±均值标准误差(SEM)。每个测试条件被独立地执行三次(N＝3)，测量三次或更多次(技术重复，n≥3)。使用GraphPad Prism软件(版本8.0.2，皇家大道(ElCamino Real)，美国)执行统计分析。通过Kruskal-Wallis H测试来比较数据集。设定α＝0.05为最大I型误差率。使用*<0.05、**<0.01、***<0.001与对照组进行比较对P值进行分类。

结论

本示例中描述的细胞系统满足测试细胞迁移能力的要求。

在条件A和条件B下提供的电刺激表现出细胞迁移能力提高的趋势，其中，条件B(即，脉冲频率为100kHz、占空比为2％并且电场为200mV/mm)的变化是最显著的。

基于上文所呈现的体外研究，显然，根据本发明概念提供的电刺激提供了卓越的伤口愈合特性。此外，根据实施例1中呈现的数据，认为在电疗期间在此经测试的电刺激条件对患者造成的不利影响最小。因此，认为由具有低占空比(<10％)的至少50kHz或100kHz的高频脉冲组成的最佳刺激算法会以最低电池功耗和最小皮肤功率耗散产生横跨伤口的最高可能电场(EF)强度。这使得电池寿命最大化、建立了横跨伤口的50mV/mm至200mV/mm的期望EF、并且完全避免了与通过皮肤的DC或低频电流相关联的不适，比如，瘙痒、皮肤反应或肌肉激活。

Claims (21)

1.一种用于向哺乳动物的伤口施加电疗的设备，包括：至少两个刺激电极；至少两个感测电极，这些刺激电极和这些感测电极被配置为与伤口周围的皮肤电接触；控制模块；电压测量电路，该电压测量电路与这些感测电极连接并且被配置为与该控制模块通信；以及受控电压源，该受控电压源与这些刺激电极连接并且被配置为与该控制模块通信；

其中，该控制模块被配置为：

-在由该受控电压源递送的校准电压下，经由该至少两个感测电极执行频率扫描，

-从该电压测量电路接收一个或多个测量的电压降，该(多个)电压降是用这些感测电极测量的；以及

-基于该(多个)测量的电压降，调整从该受控电压源输出的电压。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，该设备进一步包括电流测量电路，该电流测量电路与这些刺激电极连接并被配置为与该控制模块通信，并且其中，该控制模块进一步被配置为：

-从该电流测量电路接收一个或多个测量的电流水平；以及

-基于该(多个)测量的电压降和该(多个)测量的电流水平，调整从该受控电压源输出的电压。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，该控制模块进一步被配置为根据一个或多个测量的电压降和一个或多个测量的电流水平来计算阻抗，并且将该受控电压源的电压输出调整到这样的水平，即对于所计算的阻抗的每数值欧姆、在这些感测电极之间测量的电压降在0.05V至1V的范围内。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，该受控电压源被配置为输出频率在50kHz至500kHz范围内的DC脉冲。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，从该受控电压源输出的电压的占空比在1％至50％范围内。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，该设备进一步包括两个支撑结构，其中，这些刺激电极中的至少一个和这些感测电极中的至少一个附接到每个支撑结构。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，在每个支撑结构上，这些刺激电极中的至少一个具有位于其5mm至50mm范围内的至少一个感测电极。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，这些电极中的至少一个和/或当存在支撑结构时这些支撑结构中的至少一个能够满足以下条件中的一个或多个：可用利器切割、可用手折叠或可用手撕开。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，该控制模块进一步被配置为基于至少一个另外的条件是预定义距离来调整从该受控电压源输出的电压。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，该控制模块进一步被配置为将从该受控电压源输出的电压调节到这样的水平，即对于每mm的预定义距离、该测量的电压降在30mV至350mV的范围内。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，从该受控电压源输出的平均电流被限制在1mA至10mA的范围内。

12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，该控制模块进一步被配置为将从该受控电压源输出的电压从第一水平提高到第二水平。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，该控制模块进一步被配置为将从该受控电压源输出的电压逐渐地和/或逐步地从第一水平提高到第二水平。

14.根据权利要求2至14中任一项所述的设备，其中，该控制模块进一步被配置为将一个或多个测量的电压降值和这些测量的电流水平中的一个或多个、和/或从一个或多个测量的电压降值和这些测量的电流水平中的一个或多个计算得到的一个或多个阻抗值以无线方式传送到外部单元。

15.根据权利要求14所述的设备，其中，该控制模块进一步被配置为经由无线通信从该外部单元接收指令，其中，这些指令调节该设备的电压输出和/或电流输出。

16.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，该控制模块进一步被配置为：

-接收关于该伤口的大小的输入，

-基于该伤口的大小，调整从该受控电压源输出的电压。

17.根据权利要求16所述的设备，其中，该控制模块进一步被配置为将从该受控电压源输出的电压调节到这样的水平，即对于每mm、该测量的电压降在30mV至350mV的范围内。

18.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，该至少两个感测电极和/或该至少两个刺激电极包括多个具有已知尺寸的标记。

19.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，该控制模块进一步被配置为：

-在第一多个治疗周期中施加从该受控电压源输出的电压，其中，每个治疗周期包括治疗时间段和停止时间段，在该治疗时间段中，该控制模块被配置为将从该受控电压源输出的电压施加到该伤口，在该停止时间段中，该控制模块被配置为停止从该受控电压源输出的电压。

20.根据权利要求19所述的设备，其中，该控制模块进一步被配置为：

-在第一多个治疗周期中将从该受控电压源输出的电压施加到该伤口，随后在第二多个治疗周期中将从该受控电压源输出的电压施加到该伤口，其中，从该第一多个治疗周期到该第二多个治疗周期，从该受控电压源输出的电压的极性被反转。

21.根据权利要求19或20所述的设备，其中，在每个治疗周期之前，该控制模块可以进一步被配置为：

-在由该受控电压源递送的校准电压下执行频率扫描，以确定该伤口的阻抗，

-从该电压测量电路接收一个或多个测量的电压降，该(多个)电压降是用这些感测电极测量的；以及

-基于该(多个)测量的电压降，调整从该受控电压源输出的电压。

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