CN1505536A - 用于物质动电传输的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种输送物质到组织中的动电系统包括一个预定频率的交流电源。第一电极连接至交流电源的第一接线端，第二电极连接至交流电源的第二接线端。整流电路连接于第一电极和交流电源的第一接线端之间。第一和第二电极之一适于和物质传输位置电接触。当第一和第二电极之一处于和物质传输位置电接触时，经过整流电路整流的电流在第一和第二电极之间的电流通路中流动，从而实现将物质输送进组织中。

Description

用于物质动电传输的方法和系统

相关申请

本申请要求1999年3月12日提交的美国专利申请号No.60/123,934的优先权，其内容全文引用如下。

技术领域

本发明主要涉及物质动电传输入组织，并且特别是用于此种传输的方法和系统，该方法和系统满足和人体皮肤保持直接电接触的医疗设备的某些风险标准。使用本发明的大多数应用是用于施用药物到治疗位置，因此名词“药物”被用于整个说明书中代替名词“物质”。

背景技术

动电传输机理的一个种类是离子电渗疗法。离子电渗疗法是利用电流将离子试剂传输入组织中的方法。药物的活性成分，或者被直接离子化或者附着于运载离子上，并且或者是带正电或者是带负电，通过一种恰当的有偏压电极透过诸如动物(包括人类)皮肤、细胞和粘膜及其它阻挡层表面的阻挡层被推入组织中。除了别的以外，离子电渗疗法已经被用于传送用于减轻手术后疼痛的吗啡HCL、用于透皮麻醉的表面麻醉剂(例如利多卡因)、用于治疗疱疹感染的抗病毒制剂以及用于运动员脚部的抗真菌药物。离子电渗疗法透皮或透过粘膜的传输技术消除了对于许多药物的皮下注射的需要，从而消除了随之而来的病人的损伤、疼痛和感染风险的问题。该传输技术也可以被用于有控制的或者局部的治疗，特别是当药物的大量的全身性的使用是不希望或者有害的的时候。

无论要施用的药物的电荷是怎样的，常规离子电渗疗传输设备典型地使用两个电极(一个阳极和一个阴极)。与病人的皮肤或者粘膜结合时，第一(敷药器或者治疗)电极放置于皮肤或者粘膜上的治疗位置，第二(反)电极被粘附在皮肤或者粘膜上的第二位置。这些电极形成一个电流通路，可以增强药物渗透入靠近敷药器电极的治疗位置的渗透率。常规离子电渗疗法传输系统100如图1中所示。系统100包括一个治疗电极(阳极)102和一个与DC电源106连接的反电极(阴极)104。电极102和104分别通过导电层110和112与皮肤或者粘膜形成电接触。这种导电层可以是单体药物运载基片的一部分。药物运载基片通常是一次性的和不可重用的并且可以可被移除地附着于病人的治疗位置和/或电极102和104上。导电层110和112如图1中所示，分别包含被药物浸润的海绵体(例如被吗啡HCL浸润的海绵体)和被盐水浸润的海绵体。在使用中，离子电渗疗设备100被开启(例如通过一个开关，未显示)，并且从治疗电极102流出一个电流，通过导电层110和皮肤及皮下组织108，到达反电极104，从而驱动药物通过治疗位置进入皮肤和皮下组织。

虽然已经报告有使用交流电的情况(例如，见美国专利号5,224,927)，但直流电在离子电渗疗法中仍然是优选的。如在美国专利号5,224,927中所述，在AC(交流)频率高于大约10Hz时，不发生实质有效的药物传送。药物和其它离子仅仅是来回往复地运动，缺少任何的纯单向运动。对于DC(直流)离子电渗疗法，所使用的电流量从0.2到1毫安培变化，此电流量超过了10微安培的可和病人保持直接电接触的医疗装备的风险电流极限值。因此如果在离子电渗疗期间产生的电流偶然地通过病人的心脏时存在和心室纤维颤动和心搏停止相关的潜在危险。在离子电渗疗法中，药物传输率随电流的增加而增加。因此，较高的电流在原理上总是有利的，因为治疗时间可以成比例地减少。然而，对于超过0.5到1毫安培的电流，病人将会感到令人不适的烧灼感。甚至在0.5到1毫安培的范围时，当治疗面积过小时，导致的高电流密度可以产生剧烈的疼痛和实际的灼伤并且造成皮肤组织的破坏。

在任何情况下，为了保持有效，现有的离子电渗疗设备可以使用超出确定的风险电流极限值的治疗电流。为了减小心室纤维颤动的风险，一些设备限制治疗电极和反电极之间的间隔距离从而使心脏不直接处于电流通路上，从而使心脏有更小的可能性被包含在电极产生的边缘电场内。然而，因为电流总是流过电阻最小的路径，所以电极间隔距离需要大到足以使电流在电极的最接近的边之间(即图1中的边缘120和130之间)不会短路或者会聚，从而使治疗电极下的电流分布比较均匀，以便形成高效的药物传送，并且没有热点或者高电流密度的区域导致不舒适和疼痛。这种避免心脏风险的方法可以进入另外的危及安全的局面，当病人用手指或者手接触接近电极的皮肤表面时，使得治疗电流被转向并由手臂通过心脏。一些电渗疗法设备使用大的间隔距离以获得均匀的电流分布，仅仅是把反电极放置在很少可能被触及的地方，诸如病人的后背或者后肩部。

用自给药把药物输入人体皮肤的有效方法公开于美国专利号5,676,648中，该方法使用一个小的圆柱形的探针，其中的治疗敷药器电极被置于反电极的远端，反电极包含圆周触觉金属带，它提供了和人体手指和手的电连接。人体完成了一个长的电流路径(通过手臂和躯干)，从而确保均匀的电流分布和有效的药物输送。

发明内容

值得使用能减小和引入电流到人体或者动物体相关的危险的动电输送药物到组织中的系统和方法。

按照本发明的一个方面，一种输送物质到组织中的动电系统包括一个预定频率的交流电源。第一电极连接至交流电源的第一接线端，第二电极连接至交流电源的第二接线端。整流电路连接于第一电极和交流电源的第一接线端之间。第一和第二电极之一适于和物质传输位置电接触。当第一和第二电极之一处于和物质传输位置电接触时，经过整流电路整流的电流在第一和第二电极之间流动，从而实现将物质输送进组织。

按照本发明的另一方面，一种输送物质到组织中的动电方法包括供应物质到治疗位置。一整流电流产生于交流电源并且该整流电流流经物质并输送物质到组织中。

作为动电传输机理的一个示例，上述实现的离子电渗疗法满足确定的风险电流极限值需求并且消除了心室纤维颤动的危险。另外，可以获得如同DC方法的单向离子电渗疗法。

引入并构成本说明书一部分的附图，说明本发明的各种实施例，并且和上述的概要说明以及下面提供的详细说明一起用于解释本发明的原理。

附图说明

图1所示为常规离子电渗传输系统100。

图2是风险电流(RMS)(微安培)和频率之间的关系曲线，显示基于纤维颤抖临界值的风险电流极限值。

图3所示为按照本发明的实施例的离子电渗传输系统300。

图4所示为本发明的实施例的电路元件的方块图。

图5所示为手持式设备及其电和电子元件的设置。

具体实施方式

本发明以有代表性的实施例进行说明。然而，本发明的范围并不仅限定为说明书中所描述的特定的范例和实施例。可以说，说明书仅仅反映了某些实施例并且用于说明本发明的原理和特征。本领域的技术人员将能意识到，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以进行各种修改和细化。

动电传输系统的安全应用的方法和系统，例如离子电渗疗法，参照图2到5进行说明。该方法和系统基于使用和三个电极相连的高频整流电流，这里的三个电极指的是治疗电极、反电极和辅助电极。为说明的目的，吗啡的透皮输送被用来作为一个示例。当然可以理解的是，这里所说明的方法可以被应用的相关物质通常包括普通的或者同种治疗的产品，可以是药物定义之外的以及药物(例如用于透皮麻醉的利多卡因、用于治疗疱疹感染的抗病毒制剂以及用于运动员脚部的抗真菌药物)，和与除皮肤之外的阻挡层相关的(例如细胞膜、粘膜等)。药物指的是任何化学的或生物的可被用于或者施用于人类或者动物以帮助诊断、治疗或者防止疾病，或者其它异常或美容状况，或者用于减缓疼痛，或者去控制或改善任何的生理或者病理状态。

如上所述，离子电渗疗法包括使用电流传输物质到组织。在常规的系统中，如果在离子电渗治疗期间产生的电流偶然经过病人的心脏，则有和心室纤维颤抖和心搏停止有关的潜在危险。心室纤维颤抖风险的标准电流极限值随频率增长。图2是风险电流(RMS)(微安培)和频率的关系曲线，显示了基于纤维颤抖极限值的风险电流极限值。对于直流电流(DC)，极限值是10微安培。对于从1千赫到100千赫的频率，风险电流极限值从10微安培到1微安培变化。对于100千赫以上但在1兆赫以下的频率，风险电流极限值保持在1毫安培。例如参见AAMI(医疗设备发展协会)标准，“安全电流极限值标准”。

图2所示为按照本发明的实施例的离子电渗传输系统300。系统300包括和100千赫交流电源308相连的一个治疗电极302、一个反电极304以及一个辅助电极306。电极302、304和306分别通过导电层312、314和316和病人的皮肤电接触。这样的导电层可以是诸如药物运载基片或者是垫片的一部分。药物运载基片或者垫片通常是一次性的和不可重用的并且可以可被移除地附着于病人的皮肤和/或电极302、304和306上。导电层312如图3中所示包含被药物浸润的海绵体或者其它多孔开放细胞材料，例如棉花，并且导电层314和316如图3中所示分别包含被盐水浸润的海绵体或者其它这样的材料。

例如，导电层312可以是具有尺寸为在细胞结构的边界内可容纳粘性流体的垂直细胞的筛孔样结构。包含在许多细胞内的粘性流体包括形式上适合在电流影响下传送的药物。导电层314和316可以是筛孔样可触摸导电部分，其中含有导电凝胶或流体。每一导电层具有一面向皮肤的下表面和一面向电极的上表面。细胞在面向皮肤的下表面和面向电极的上表面之间形成缝隙。电极的面向设备表面可以进一步包括一施加在上面的粘附层，用于合适地可被移除地将电极粘附在离子电渗疗设备上。

辅助电极306被置于治疗电极302的侧面、后面或者附近。辅助电极306和治疗电极302可以彼此非常接近并且辅助电极306的面积与治疗电极302的面积相比非常小。这些特征使尽管有额外的辅助电极仍然可以设计紧凑形的手持装置。在一个特定的实施例中，通过将金属网形式的辅助电极306放置在治疗电极302的前面，总面积可以被减小到最小。开放的网孔可以使药物和离子自由通过往返于治疗电极302。当然，辅助电极306可以被置于任何其它位置并且本发明对此方面并没有限制。

治疗电极302通过一电流通路被连接到AC电源308上，该电流通路包括第一整流元件320，用于将来自AC电源308的电流传递到皮肤(和组织)310并且阻断从皮肤(和组织)310到AC电源308的电流。在说明图3实施例中，第一整流元件32 0是一个二极管，它的阳极连接到AC电源308，它的阴极连接到治疗电极302。辅助电极306通过一电流通路被连接到AC电源308上，该电流通路包括第二整流元件322，用于将来自皮肤(和组织)310的电流传递到AC电源308并且阻断从AC电源308到皮肤(和组织)310的电流。在说明图3的实施例中，第二整流元件322是一个二极管，它的阳极连接到辅助电极306，它的阴极连接到AC电源308。反电极304通过一双向电流通路被连接到AC电源308上，通过该电流通路，电流可以从AC电源308流到皮肤(和组织)310和从皮肤(和组织)310流到AC电源308。

在使用中，治疗电极302、反电极304、辅助电极306分别通过导电层312、314和316和皮肤310电接触放置。导电层312、314和316使用诸如可移除粘合剂可被移除地粘附在电极和/或皮肤310上。然后，离子电渗疗系统300通过诸如开关(图3中未显示)被开启。在AC电源308的正循环部分，成份电流I⁺从治疗电极302流向病人的皮肤和组织以及从病人的皮肤和组织流向反电极304。这样，例如吗啡HCL离子(MH+)就被输送到病人皮肤覆盖的组织中。在AC电源308的负循环部分，成份电流I^-从反电极304流向病人的皮肤和组织以及从病人的皮肤和组织流向辅助电极306。

图4是按照本发明的实施例的高频单向离子电渗疗敷药器的说明性实施例中使用的电子电流设计元件的方块图。在此示例中，电源402是包括一或多个串联或并联的AAA号原电池的电池。反电极304被连接到电流驱动器408的输出端(见图4和5)。可有可无的导电层314(诸如导电凝胶或盐水浸润的海棉体)被用来便于电流流进和流出病人的皮肤。一个内部的机械或电子开关404，通过一个磁体或者磁性材料520外部激活，控制设备的开关状态。一个增压器电路406将低电池电压(例如1.5到3VDC)转换成大约30VDC的高电压。高电压或者高电势优选地让电流驱动器408去克服任何组织电阻。振荡电路410产生带有选择的工作频率(例如100千赫)的方波或者正弦曲线AC信号。伺服控制放大器412，和振荡信号同步，控制基于来自电流感应器414的电流反馈信号的电流大小。电流驱动阶段408控制偏压并且保持理想的电流到治疗电极302。冗余电流限幅器416用于提供治疗电流的安全上限。低电池电压指示器418(例如LED)在电池容量低时发出信号。

图5表示手持设备500，图4的各种电路元件可以被包含入本设备中。当然，很显然图4的电路元件可以被结合进大量的各种设备中并且图5的设备通过说明的方式提供，并不是限制于此。如图5中的手持设备依美国专利号5,676,648、5,879,323和5,908,401中所示的手持设备的轮廓来配置，它们每一个的内容通过参照的形式引用在此。为了说明方便，不是图4中显示的所有元件都显示在图5中。手持设备的外壳优选为塑料形成并且形成的外形要舒适地配合使用者的手。被药物浸润的海绵体312和治疗电极306电接触。网或格状的辅助电极306是，举一个例子，被置于治疗电极306和病人之间。负电池接线端502通过电连接件508被连接到电子预装件516，并且在电子预装件516中的电流驱动电路的输出端连接到作为围绕外壳506外周(连续或不连续)形成的金属带510提供的反向电极304。对于药物的自给药，使用者用他的/她的皮肤(例如手指)接触反电极。电连接件508包括用于固定电源(电池)402位置的弹簧部分512。正电池接线端504被连接到一个开关404(例如机械簧片开关或者由520表示的外部磁头激活的电子开关)。图5中的元件516标明的电子预装件至少包含振荡器410、放大器412、电流驱动器408，冗余安全电流限幅器416、电流感应器414和整流元件320和322。外壳506中的全部部件的一部分可以被包含在环氧树脂518中。

如上所述，如果在没有医疗专家的监督的情况下由病人掌管离子电渗疗处理(例如在家中)，电流可偶然通过病人的心脏。使用常规的设备，直接穿过病人心脏的电流的部分会达到导致心室纤维颤抖的水平。按照本发明的上述实施例，电子驱动电路的频率从0(DC)增加到100千赫。正如图2中所见，在这种情况下，电流可以安全地增加直到1毫安培(RMS)。这导致药物有效地传输给病人。因此，如上所述的整流高频离子电渗疗法的使用满足了确定的风险电流极限值需要并且消除了心室纤维颤抖的危险。另外，可以实现如同DC方法那样的单向离子电渗疗法的目的。因此，虽然AC电流在治疗位置得到整流以获得类似DC的单向离子电渗疗法，但是任何通过心脏的电流保持带有高频的确定的双向和交流性质，足以符合风险电流要求。

在应用AC离子电渗疗法的极少的案例中，和心室纤维颤抖有关的危险也可以通过使用大约100千赫的高频电流源得到消除。在特殊的案例中，整流元件和辅助电极102不再需要，因为AC离子电渗疗法是理想的。用于单向AC电渗疗法(图4)的相同的电路设计可以直接应用。

尽管本发明已经对什么是当前被认为是最实用的和优选的实施例进行了说明，但是应该理解，本发明并不仅限于公开的实施例，相反，意图是保护包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同安排。

Claims (42)

1、一种用于传输物质到组织中的动电系统，所述系统包括：

一具有预定频率的交流电源；

一连接到所述交流电源的第一接线端的第一电极和一连接到所述交流电源的第二接线端的第二电极；和

一连接在所述第一电极和所述交流电源的第一接线端之间的整流电路，

其中，

所述第一和第二电极之一适于和物质传输位置电接触，和

当所述第一和第二电极之一处于和所述物质传输位置电接触时，经所述整流电路整流的电流在所述第一和第二电极之间的电流通路内流动，从而实现将药物传输到组织中。

2、如权利要求1所述的系统，其特征是物质传输位置是动物皮肤。

3、如权利要求2所述的系统，其特征是动物皮肤是人体皮肤。

4、如权利要求1所述的系统，其特征是物质传输位置是细胞膜。

5、如权利要求1所述的系统，其特征是物质传输位置是粘膜。

6、如权利要求1所述的系统，其特征是所述交流电源的预定频率大约为100千赫。

7、如权利要求1所述的系统，其特征是所述交流电源的预定频率大约是在大约1千赫和1兆赫之间。

8、如权利要求1所述的系统，其特征是经所述整流电路整流的电流的大小大约为1毫安(RMS)。

9、如权利要求1所述的系统，其特征是经所述整流电路整流的电流的大小在大约10微安(RMS)和1毫安(RMS)之间。

10、如权利要求1所述的系统，其特征是整流电路是一个二极管。

11、如权利要求1所述的系统，其特征是通过运载物质基片的电极所述第一和第二电极和所述阻挡层电接触。

12、如权利要求1所述的系统，其特征是物质是药物。

13、一种用于传输物质到组织中的动电系统，所述系统包括：

一具有预定频率的交流电源；

连接到所述交流电源的第一接线端上的第一和第二电极，和连接到所述交流电源的第二接线端上的第三电极；和

一连接在所述第一电极和所述交流电源的第一接线端之间的第一整流电路和一连接在所述第二电极和所述交流电源的第一接线端之间的第二整流电路，

其中，

所述第一电极适于和物质传输位置电接触，和

当所述第一电极处于和所述物质传输位置电接触时，

在所述交流电源产生的电流的第一循环部分期间，经所述第一整

流电路整流的电流在所述第一和第三电极之间的电流通路中流动，从

而实现将物质传输到组织中，和

在所述交流电源产生的电流的第二循环部分期间，经所述第二整

流电路整流的电流在所述第二和第三电极之间的电流通路中流动。

14、如权利要求13所述的系统，其特征是物质传输位置是动物皮肤。

15、如权利要求14所述的系统，其特征是动物皮肤是人体皮肤。

16、如权利要求13所述的系统，其特征是物质传输位置是细胞膜。

17、如权利要求13所述的系统，其特征是物质传输位置是粘膜。

18、如权利要求13所述的系统，其特征是所述交流电源的预定频率大约为100千赫。

19、如权利要求13所述的离子电渗系统，其特征是所述交流电源的预定频率是在大约1千赫和1兆赫之间。

20、如权利要求13所述的系统，其特征是经所述第一整流电路整流的电流的大小大约为1毫安(RMS)。

21、如权利要求13所述的系统，其特征是经所述第一整流电路整流的电流的大小是在大约10微安(RMS)和1毫安(RMS)之间。

22、如权利要求13所述的系统，其特征是第一和第二整流电路是二极管。

23、如权利要求13所述的系统，其特征是所述第二电极的面积小于所述第一电极的面积。

24、如权利要求13所述的系统，其特征是物质是药物。

25、一种用于传输物质到组织中的动电方法，该方法包括：

在物质传输位置提供物质；和

整流来自交流电源的电流并使整流电流流经物质将物质传输到组织中。

26、如权利要求25所述的方法，其特征是物质传输位置是动物皮肤。

27、如权利要求26所述的方法，其特征是动物皮肤是人体皮肤。

28、如权利要求25所述的方法，其特征是物质传输位置是细胞膜。

29、如权利要求25所述的方法，其特征是物质传输位置是粘膜。

30、如权利要求25所述的方法，其特征是所述交流电源的预定频率大约为100千赫。

31、如权利要求25所述的方法，其特征是所述交流电源的预定频率是在大约1千赫和1兆赫之间。

32、如权利要求25所述的方法，其特征是整流电流的大小大约为1毫安(RMS)。

33、如权利要求25所述的方法，其特征是整流电流的大小是在大约10微安(RMS)和1毫安(RMS)之间。

34、如权利要求25所述的方法，其特征是使用一个二极管产生整流电流。

35、如权利要求25所述的方法，其特征是物质是药物。

36、一种传输药物到人体皮肤中的个人使用和自给药的动电药物输送装置，包括：

一个组件，有一个外表面，其一部分形成可抓握在人手中以便于个体手工操作的形状；和一个触觉电极，由导电材料形成，暴露于上述形状部分，用于和人手接触；

一装在上述组件中的预定频率的交流电源，所述交流电源的一个接线端连接到上述触觉电极并且所述交流电源的另一接线端连接到适用于和物质传输位置电接触的治疗电极，和

一整流电路，连接在所述交流电源的另一接线端和所述治疗电极之间，以在所述物质传输位置提供单向电流，从而实现将物质传输到人体皮肤内。

37、如权利要求36所述的装置，其特征是所述交流电源的预定频率大约为100千赫。

38、如权利要求36所述的装置，其特征是所述交流电源的预定频率是在大约1千赫和1兆赫之间。

39、如权利要求36所述的装置，其特征是单向电流的大小大约为1毫安(RMS)。

40、如权利要求36所述的装置，其特征是单向电流的大小在大约10微安(RMS)和1毫安(RMS)之间。

41、如权利要求36所述的装置，其特征是整流电路是一个二极管。

42、如权利要求36所述的装置，其特征是物质是药物。

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