CZ35024U1 - Zařízení na výrobu plazmy s oxidem dusnatým - Google Patents

Description

UŽITNÝ VZOR (11) Číslo dokumentu:

024 (21) Číslo přihlášky:

(22) Přihlášeno:

(47) Zapsáno:

2020-37790

20.07.2020

27.04.2021 (19) ČESKÁ REPUBLIKA

ÚŘAD PRŮMYSLOVÉHO VLASTNICTVÍ (13) Druh dokumentu: U1 (51)Int. Cl.:

HO 5H1/24 (2006.01)

H05H1/26 (2006.01)

HO 5H1/36 (2006.01) (73) Majitel:

PharmDr. Peter Janský, MBA, 82101 Bratislava městská časť Ružinov, SK (72) Původce:

PharmDr. Peter Janský, MBA, 82101 Bratislava městská časť Ružinov, SK (74) Zástupce:

Ing. Petr Soukup, tř. Svobody 43/39, 779 00

Olomouc (54) Název užitného vzoru:

Zařízení na výrobu plazmy s oxidem dusnatým

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. ě. 478/1992 Sb.

CZ 35024 UI

Zařízení na výrobu plazmy s oxidem dusnatým

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro výrobu plazmy s oxidem dusnatým vyrobené konstantním proudem podle lineárního troj-elektrodového schématu, které je určeno pro aplikační oblast medicíny, zejména terapeutické a/nebo chirurgické aplikace, oblast biologie a/nebo ekologická ošetření, jakož i pro jiné vědní odbory.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že v přírodě existují horké plazmy za atmosférického tlaku, například blesk je příkladem vzniku obloukové (horké) plazmy. Mnoho plazmových aplikací s obloukem je také známých v různých výrobních procesech, například použití plazmy při tvorbě povrchových povlaků kovů apod.

Rovněž jsou známé procesy výroby studené plazmy za atmosférického tlaku, z nichž většina využívá pozitivní a negativní elektrody v různých konfiguracích, uvolňující volné elektrony v prostředí vzácných plynů (helium, argon atd.), které však mají často problémy s degradací elektrody a přehříváním při nepřetržitém provozu, jelikož je velmi obtížně dosáhnout podmínky procesu umožňující hustou studenou populaci plazmových elektronů bez degradace elektrody a/nebo jejího přehřátí.

Známé zdroje plazmy, které jsou schopny vytvářet plazmu za podmínek atmosférického tlaku mají teplotu vyšší než 1000 stupňů Celsia. Zahřívání plazmy se běžně provádí klasickou elektromagnetickou indukcí, tj. induktivním ohřevem elektricky vodivých médií ve střídavém elektromagnetickém poli indukční cívky. Tento zdroj plazmy obsahuje vysokonapěťový generátor střídavého proudu, trubkovou nádobu na křemen a indukční cívku, která má velké množství vinutí a je chlazena tekutinou.

Cívku vhodnou pro tento účel, například s průměrem 10 cm, je přitom bezpodmínečně nutné vybavit množstvím vinutí tak, aby bylo možné vyvolat indukci v požadovaném objemu, protože indukční odpor se zvyšuje při frekvencích vyšších než 1 MHz. Obecně je však obtížné přizpůsobit generátor vysokého napětí induktivnímu odporu, neboť se tím snižuje jeho efektivní výstupní výkon. Vývoj plazmového zdroje podle dosavadního stavu techniky vede ke zmenšování jeho rozměrů, a tím i k menší účinnosti a vysokým plazmatickým teplotám, což znamená omezení oblasti jeho použití, zejména pro oblast medicíny, biologie a ekologických ošetření.

Jiné plazmové generátory se používají v elektrických výbojových zařízeních, a tato jsou vybavena elektronickým oscilátorem, modulační jednotkou, rezonančním transformátorem a tyčovou výbojovou elektrodou. Plazmový paprsek je generován mezi koncem elektrody a předmětem. Elektronický oscilátor generuje oscilace řádově od cca 200 do 300 kHz. Modulátor zapíná a vypíná signál oscilátoru ve frekvenční oblasti od 3 kHz do 5 kHz. Modulátor přitom vytváří zhuštěnou excitaci rezonančního transformátoru a předmětu. Takové zařízení má příznivý terapeutický účinek na léčení mnoha chorob, zejména působením tepla na určité oblasti těla. U uvedeného zařízení se však projevily určité nedostatky, jako viditelná transformace výboje z korony do tvaru jiskry, nutnost použít vedení z něj přímo do léčeného tkáně a skutečnost, že tento vysoce frekvenční signál negativně ovlivňuje celkové zdraví léčené osoby nebo zvířete.

Klasická korona a jiskrový výboj nevyhnutelně vytvářejí ionizaci, elektrický rozpad a zahřívání vzduchové mezery mezi elektrodou a tělesem použitým jako druhá elektroda. S tím je spojen tepelně podmíněný chaotický pohyb částic ve výtokové oblasti.

- 1 CZ 35024 UI

Běžná radiofrekvenční chirurgie pracuje s radiofrekvenčním generátorem při koagulaci sprejem, respektive argonové koagulaci (plazmový výboj v argonovém paprsku), přičemž radiofrekvenční generátor pracuje podle způsobu buzení nárazových impulzů a nárazové ionizace kmitajících obvodů. Toto impulsní buzení oscilujícího obvodu dodává krátké vysokofrekvenční impulzy s intervalem pauzy relativně dlouhým časovým trváním vzhledem k trvání impulzů. Poměr doby trvání impulzu ku době přestávky tvoří obecně cca 10 až 20 procent, což vede k vysokému špičkovému výkonu během impulsů, a navíc k velmi vysokým špičkovým proudům, které mohou dosáhnout několik ampérů. Kapacita mezi pacientem a zemí je za těchto podmínek nedostatečná pro uzavření proudového obvodu. Proto je při konvenční radiofrekvenční chirurgii nezbytně nutná neutrální elektroda. Dále vysoké proudy vedou k relativně velké kontaktní ploše elektrického oblouku na tkáni v hodnotě několika čtverečních milimetrů, což je spojeno s poměrně velkou nutnou plochou pronikání tepelného účinku do tkáně. Současně proudění vysokých špičkových proudů tkání vede k vysokému proudovému zatížení i v jejich větších hloubkách, čímž může negativně vzniknout poškození citlivých tkání, například nervové tkáně v mozku. Spektrum vysokofrekvenčního proudu, které sestává z krátkých impulsů vždy obsahuje nedoceněnou část, která je odvozena z frekvence opakování impulsů. Tato frekvence je obecně v rozsahu mezi 10 a 70 kHz. Přitom i takové nízké frekvence mohou způsobit poškození citlivých tkání. Plazmové generátory uvedených druhů, které generují plazmu induktivní nebo pomocí obloukového výboje, jsou navíc z důvodu nutných požadavků na jejich chlazení příliš těžké, takže se nedají umístit do aplikačního nástavce. Takové konvenční plazmové generátory generují v medicíně jen málo použitelnou plazmu o velmi vysoké teplotě až několik tisíc stupňů Celsia.

Známá je také technologie pro kompaktní vytvoření nerovnovážné plazmy piezoelektrickým přímým výbojem z piezoelektrického transformátoru vyžadujícím nízké vstupní napětí, které se v něm transformuje na velmi vysoké elektrické pole, přičemž okolní procesní plyn, typicky vzduch, je disociován a ionizován. Teplota plynu v plazmě je zpravidla teplota okolí 300 + 20 °C za dosahování hustoty elektronů cca 1014al016m³. Takto se vytváří typická studená nerovnovážná plazma. Nevýhodou tohoto způsobu je vytvoření plazmy pro léčebné aplikace jen s nepatrným množství oxidu dusnatého.

Další plazmový generátor je popsán v EP-A 0837622. Tento generátor obsahuje zdroj napětí, elektrický oscilátor se zesilovačem připojeným k nízkonapěťovému zařízení, rezonanční transformátor s nízkonapěťovým vstupem, vysokonapěťový výstup a připojení vysokonapěťového výstupu rezonančního transformátoru k vybíjené elektrodě. Tento oscilátor je vybaven zpětnovazebním vinutím, které je tvořeno v provozu jednostupňovým výkonovým oscilátorem, jehož nevýhodou je velmi nízká stabilita výbojové amplitudy a vznik s ní spojených problémů řízení výkonu generátoru.

V patentu US 4781175 je popsána elektrochirurgická vodivá metoda proudění plynu k dosažení zlepšené šarže pro koagulaci. Určený ionizovatelný plyn v proudu se přivádí do tkáně předem určenou průtokovou rychlostí postačující k vyčištění přírodních tekutin z tkáně a vytvoření tkáňové stromy. K dosažení fulgurace j e přitom elektrická energie vedena ve formě oblouků v ionizovaných vodivých drahách.

V EP 0787465 je popsán studený plazmatický koagulátor. Koagulátor studené plazmy obsahuje vysokofrekvenční zdroj energie, plynový dynamický blok aplazmotron. Napájecí zdroj obsahuje usměrňovač, zásobník kondenzátoru a měnič napětí. Rezonanční induktor a dielektrická trubice jsou umístěny koaxiálně, přičemž jeden konec dielektrické trubice je spojen s plynovým dynamickým blokem a druhý konec dielektrické trubice jev poloze potřebné k vytlačení plazmy přes výstupní trysku. Cívky rezonančního induktoru sestávají z nízkonapěťové a vysokonapěťové sekce, kde nízkonapěťová sekce rezonančních cívek je připojena k výstupu měniče napětí.

Podle patentu DD 79087 je známo zařízení k provozování induktivního plazmového hořáku. Vysokofrekvenční střídavý proud z vysokofrekvenčního generátoru, se přivádí do provozní cívky. Ovládací cívka je umístěna odděleně od vysokofrekvenčního generátoru a je nastavitelným

-2 CZ 35024 UI způsobem připojena výkonným koaxiálním kabelem k vysokofrekvenčnímu generátoru. Indukční plazmový plamen je generován uvnitř izolační trubice provozní cívky. Řešení je prostorově náročné a technicky složité.

Dále je podle EP 0155496 znám zdroj plazmových emisí, který obsahuje vysokofrekvenční generátor energie, plazmový hořák, prostředky pro automatické a nepřetržité maximalizování vysokofrekvenčního výkonu přenášeného z generátoru do zátěžové cívky. Sériová a zkratovací síť jsou laditelné pro přizpůsobení impedance generátoru energie a zátěžové cívky. Každá síť obsahuje alespoň jeden variabilní kondenzátor a řídící prostředek pro pohon kondenzátorů, přičemž řídící prostředek obsahuje první motorový prostředek a druhý motorový prostředek pro pohon nejméně jednoho uvedeného kondenzátorů každé jednotlivé sítě a detekční prostředky pro poskytnutí vstupních signálů představujících fázový vztah vysokofrekvenčního napětí a vysokofrekvenčního proudu. Toto řešení je technicky složité.

Podle patentu US 6958063 je znám plazmový generátor pro generování plazmového paprsku, který je vybaven samostatným, frekvenčně ladíteIným oscilátorem, přičemž kmitočtově laditelný oscilátor řídí koncový stupeň výkonu prostřednictvím hnací fáze. Radiofrekvence výstupu z generátoru je určena rezonanční frekvencí rezonančního transformátoru. Nevýhodou zařízení je, že vyrobený plazmový proud je prostorově omezen kondenzátorem umístěným v nástavci. Další jeho nevýhodou je, že takový generátor neumožňuje rychlé ochlazení plazmy, např. vodou, čímž plazma z tohoto generátoru pro léčebné aplikace obsahuje jen nepatrné množství potřebného oxidu dusnatého.

Také podle patentu US 5909086 je znám plazmový generátor obsahující zdroj energie; elektronický oscilátor zkonstruovaný na zesilovacím (řídícím) prvku, který je připojen k nízkonapěťové vstupní části; rezonanční transformátor mající vstupní část nízkého napětí, výstupní část vysokého napětí a jeden kolík výstupní části vysokého napětí rezonančního transformátoru, který je připojen k vybíjené elektrodě. Plazmový generátor poskytuje unipolámí plazmu pro plazmovou terapii. Jeho nevýhodou je vytvoření plazmy, která není rychle ochlazena, např. vodou, proto pro léčebné aplikace taková plazma obsahuje jen nepatrné množství potřebného oxidu dusnatého.

Z patentu KR 20130047997 je známý i plazmový generátor s odděleným typem zdroje napájení, který se skládá ze zdroje energie, hořákové jednotky generátoru oblouku a vysokofrekvenční jednotky. Napájecí jednotka převádí vstupní střídavé napětí na stejnosměrné napětí na výstupu. Jednotka hořáku na generování oblouku obsahuje anodovou jednotku válcového typu fungující jako tryska v dolní rovině uvnitř tělesa a katodovou jednotku vloženou do anodové jednotky. Vysokofrekvenční generační jednotka je od jednotky napájení vzdálená a je instalována v blízkosti hořákové jednotky generace oblouku. Nevýhodou tohoto řešení je vytvoření plazmy, která není rychle ochlazena, např. vodou, čímž tato plazma pro léčebné aplikace obsahuje jen nepatrné množství potřebného oxidu dusnatého.

Popsané běžné vysokofrekvenční chirurgické přístroje s generátorem plazmy dodávají nestabilní signály vykazující vysoké proudové vrcholy několika ampérů, které mohou způsobit poškození i v hlouběji uspořádaných řezech tkání na základě vysokého elektrického potenciálu uvnitř a na vnější straně buněčné membrány. Tyto nedostatky dříve uvedených známých generátorů plazmy v zásadě vedly k omezení používání elektromagnetické technologie v medicíně, zejména v chirurgickém oboru a terapii.

Z uvedených důvodů je výhodné poskytnout zařízení na výrobu studené plazmy podle technického řešení, která překonává obtíže spojené s dříve popsanými známými generátory plazmy.

-3 CZ 35024 UI

Podstata technického řešení

Dříve uvedené nedostatky ve velké míře odstraňuje zařízení na výrobu plazmy s oxidem dusnatým, sestávající z řídící jednotky, stabilizátoru konstantního proudu, výkonového a pomocného usměrňovače, výkonového síťového transformátoru, pomocného zdroje, čerpadla, kompresoru a generátoru plazmy. Podstatou technického řešení je, že je k řídící jednotce připojen průtokoměr chladicí kapaliny, ovladač a displej zařízení, přičemž jeden výstup řídící jednotky je elektricky propojen se stabilizátorem konstantního proudu, ze kterého je minusový pól vyveden do katody a plusový pól na vnější plášť plazmy. Druhý vstup stabilizátoru konstantního proudu je propojen přes výkonový usměrňovač na první výstup výkonového síťového transformátoru se vstupem připojeným na zdroj střídavého elektrického proudu, přičemž druhý výstup výkonového síťového transformátoru je přes pomocný usměrňovač propojený do čerpadla chladicí kapaliny a kompresoru s vývodem atmosférického vzduchu výstupní hadicí do osového otvoru katody generátoru plazmy. Druhé vstupy kompresoru vzduchu a čerpadla jsou přitom připojeny na samostatné výstupy řídící jednotky, přičemž na vstup výkonového síťového transformátoru je přes pomocný zdroj zapojena řídící jednotka. Na samostatný výstup pomocného zdroje a řídící jednotky je připojen ventilátor chladiče uzavřeného chladicího okruhu rozvodu chladicí kapaliny, tvořeného čerpadlem ze zásobníku přes příslušné chladicí otvory generátoru plazmy, chladič s ventilátorem, průtokoměr do zásobníku chladicí kapaliny. Generátor plazmy je tvořen trubkovým vnějším pláštěm, kterýje spojen z jedné strany šroubovým spojem s nástavcem a z druhé strany přes vnitřní spojku s vnější spojkou, otočně osazenou za výstupkem rozšířené části průměru kovové trubky s upevňovací vložkou dvou propojovacích spojek rozvodu chladicí kapaliny s horními těsněními a proudovým přívodem katody se středovým těsněním. Proudový přívod katody je současně připojen z jedné strany na minusový pól stabilizátoru konstantního proudu a na přívodní hadici tlakového vzduchu a z druhé strany dotykem do otvoru katody, přičemž obě propojovací spojky s dolními axiálními těsněními jsou osazeny ve vnitřních otvorech ústících do podélných drážek elektricky nevodivé válcové vložky. Válcová vložka je šroubovým spojem upevněna za vnějším těsněním ve vnitřní spojce a těsně posuvně osazena ve vnějším plášti s vnitřním otvorem se závitem, kde je v ose osazena tenká dlouhá trubičková katoda uzavřena pevným hrotem, nad kterým je v ní vytvořen alespoň jeden boční otvor. Shorajsou v závitové axiální vnější části válcové vložky čelně vytvořeny dva protisměrné vnější otvory procházející zvenčí po zbývající délce válcové vložky do prohlubní podélných drážek, ve kterých je z obou stran protisměrně vytvořen radiální otvor, uvnitř jez opačné strany válcové vložky v ose vytvořeno zahloubení s vnitřním závitem, kde je za prvním obvodovým těsněním upevněna chladící vložka s druhým obvodovým těsněním a otvorem v ose pro katodu v poloze, kdy jsou oba průběžné radiální otvory mezi prvním a druhým obvodovým těsněním, za kterým je umístěna elektricky nevodivá rozpěmá vložka čelně upevněna zašroubovanou špičkou ve válcové vložce o čelo s malým otvorem v ose. V ose vnějšího pláště je dále za špičkou nástavcem s dolním těsněním osazen elektricky nevodivý kroužek s třetím obvodovým těsněním a anoda se čtvrtým obvodovým těsněním a vnější tryskou.

Je výhodné, když je alespoň na části povrchu vnější a/nebo vnitřní spojky a/nebo povrchu vnějšího pláště umístěna vrstva z elektricky nevodivého materiálu.

Dále je výhodné, když je na vzájemných čelech chladicí vložky, rozpěmé vložky, hrotu katody, těsnícího kroužku a anody nanesena vrstva lepidla.

Rovněž je výhodné, když je špička, katoda a anoda z mědi, chladící vložka z mědi nebo mosazi, rozpěmá vložka a těsnící kroužek z keramiky nebo porcelánu nebo skla, nebo reaktoplastu.

Stejně je výhodné, když je alespoň část pevného hrotu katody z hafhia nebo wolframu nebo ze slitin mědi nebo slitiny stříbra a paladia nebo stříbra a niklu nebo stříbra, mědi a niklu, nebo zlata a niklu, nebo zlata, stříbra a niklu, nebo ze, pseudoslitiny wolframu a mědi nebo wolframu mědi a stříbra, nebo stříbra a niklu nebo molybdenu a stříbra, nebo z mědi nebo bronzu s povrchem pokoveným zlatém nebo stříbrem.

-4 CZ 35024 UI

Zařízení na výrobu plazmy s oxidem dusnatým vyrábí exogenní oxid dusnatý (N = O), tj. plazmu chemického původu, v která je obsažena ve vysoce a nízko teplotních proudech plynu (od 4000 °C do 20 °C) vytvářených z atmosférického vzduchu pro použití v klinické praxi, tj. pro léčbu chronických ran, proleženin, diabetické nohy a ničení nádorů nebo pro použití v režimu koagulátoru nebo na dezinfekci. Vzhledem k uvedené mnohostranné využití lze zařízení podle technického řešení považovat za polyfunkční fyziologický regulátor, který se projevuje ve formě:

- normalizace mikrocirkulace (na úkor vazodilatace), antiagregačního a antikoagulačního účinku NO;

- přímého baktericidního účinku NO, jakož i nepřímého prostřednictvím peroxynitritu, tvořícího se v tkáních při interakci NO s superoxidanionom (NO + 02- -> ONOO-);

- indukce fagocytózy bakterií neutrofilmy a makrofágy;

- aktivace antioxidační ochrany;

- zvýšení sekrece protizánětlivých a proregeneračných cytokinů a faktorů angiogeneze;

- zlepšení nervové vodivosti (neurotransmise);

- regulace specifické a nespecifické imunity;

- přímé indukci proliferace fibroblastů, růstu krevních cév, syntézy kolagenu, tvorby a zrání granulocytámí tkáně, proliferace epitelu;

- regulace apoptózy a prevence patologického jizvení.

Hlavní výhodou terapie zařízením na výrobu generátorem plazmy s oxidem dusnatým podle technického řešení je, že na rozdíl od většiny známých fýzikálních a medikamentózních faktorů léčby umožňuje využít vliv polyfunkčního NO na všechny fáze zánětlivě-regenerační procesu, což podmiňuje vysokou účinnost léčby v různých medicínských oborech.

Další výhodou tohoto zařízení je, že umožňuje lokální vliv na patologické ložisko, což umožňuje vyhnout se všeobecným vedlejším účinkům, jako například při použití nitropreparátů medicínských donorů NO, které vedou k vazodilataci a inhibici adheze a agregace destiček (antitrombotický efekt).

Přidáním zařízení na výrobu generátoru plazmy s oxidem dusnatým podle technického řešení k endoskopickým nástrojům, punkčním jehlám a drenážním trubicím lze léčit nejen otevřené defekty (rány a vředy), ale i hluboké dutiny rány, pohrudnicové a břišní dutiny, dutiny pohlavních orgánů.

Rovněž je výhodou tohoto zařízení, že umožňuje využít schopnost exogenního NO pronikat nejen přes povrch rány, ale i přes neporušenou kůži a sliznice, tj. možnost neinvazivního účinku na hloubková ložiska a neurovaskulámí svazky.

Zařízení je z hlediska technické jednoduchosti, použitých rozměrově malých a lehkých komponentů, realizováno ve formě lehkého malého přenosného přístroje, který umožňuje přímo u pacienta aplikaci kombinace tepelného účinku na tkáň vzdušnou plazmou s následným jejím prouděním za působení NO. Vysoká teplota vzdušných plazmových proudů se používá při koagulaci povrchu rány a její současné sterilizaci a stejně se při herno-, lymfo-, aero- cholestáze odpařováním destruují novotvary a velké masy nekrotické tkáně při disekcích. Na základě dříve uvedeného vyplývá univerzálnost (polyfúnkčnost) zařízení na výrobu generátoru plazmy s oxidem dusnatým podle technického řešení při léčbě různých onemocnění, které jsou způsobeny zánětlivými, destruktivními, poruchami regenerace a cévní dysfunkcí spojenou s polyfunkčními vlastnostmi endogenního oxidu dusnatého v těle a jeho účastí na patogenezi a autogenezi různých onemocnění. Navíc zařízení na výrobu plazmy s oxidem dusnatým podle technického řešení je snadno přenosné a technicky málo náročné na obsluhu.

- 5 CZ 35024 UI

Objasnění výkresů

Konkrétní příklad provedení zařízení na výrobu plazmy s oxidem dusnatým podle technického řešení je znázorněn na připojených výkresech, kde je na:

obr. 1 zobrazeno funkční schéma elektrického zapojení zařízení na výrobu plazmy s oxidem dusnatým, obr. 2 zobrazeno funkční schéma zapojení chlazení zařízení na výrobu plazmy s oxidem dusnatým, obr. 3 zobrazeno funkční schéma rozvodu tlakového vzduchu zařízení na výrobu plazmy s oxidem dusnatým, obr. 4 zobrazen čelní pohled na vnější plášť s nástavcem generátoru plazmy s oxidem dusnatým nezapojený na přívod a odvod chladicí vody a přívod vzduchu a elektrické energie, obr. 5 zobrazen pohled zespodu na generátor plazmy s oxidem dusnatým zobrazený na obr. 4, obr. 6 zobrazený pohled na průřez generátoru plazmy s oxidem dusnatým zobrazený na obr. 4 a obr. 2 přes osu přívodu a odvodu chladicí vody a přívodu vzduchu a elektrické energie, obr. 7 zobrazený pohled na průřez generátoru plazmy s oxidem dusnatým zobrazený na obr. 4 a obr. 5 přes osu kolmou na osu přívodu a odvodu chladicí vody a přívodu vzduchu a elektrické energie, obr. 8 zobrazený čelní pohled na příklad vytvoření válcové vložky generátoru plazmy s oxidem dusnatým, obr. 9 zobrazený pohled zdola na válcovou vložku zobrazenou na obr. 5, obr. 10 zobrazený axonometrický pohled na příklad axiálního konektoru na napojení vnějšího pláště generátoru plazmy s oxidem dusnatým zobrazený na obr. 4 až obr. 7, obr. 11 zobrazený detailní pohled na průřez přípojky napojení vnějšího pláště generátoru plazmy s oxidem dusnatým zobrazený na obr. 10 přes osu přívodu a odvodu chladicí vody a přívodu vzduchu a elektrické energie.

Příklady uskutečnění technického řešení

Konkrétní příklad zařízení na výrobu na výrobu plazmy s oxidem dusnatým (dále též označovaném zkratkou NO) podle technického řešení je zobrazen na obr. 1 až 11. Zobrazené zařízení je složeno z řídící jednotky 2, stabilizátoru 3 konstantního proudu, výkonového a pomocného usměrňovače 4, 6, výkonového síťového transformátoru 5, pomocného zdroje 7, čerpadla 10. kompresoru 8 a generátoru 1 plazmy. K řídící jednotce 2 je připojen průtokoměr 11 chladicí kapaliny, ovladač 12 činnosti zařízení a displej 13, zobrazující zejména aktuální aplikační dobu provozu nastavenou ovladačem 12, celkovou dobu provozu zařízení apod. Jeden výstup řídící jednotky 2 je elektricky propojen se stabilizátorem 3 konstantního proudu, jehož minusový pól je vyveden do katody 22 a plusový pól na vnější plášť 14 generátoru L např. na kovovou trubku 164. Stabilizátor 3 je ovládán řídicí jednotkou 2 a napájen přes usměrňovač 4 síťovým výkonovým transformátorem 5 připojeným na zdroj střídavého elektrického proudu, výhodně např. na běžnou elektrickou síť se střídavým napětím 230V/50Hz. Druhý výstup výkonového síťového transformátoru 5 je přes pomocný usměrňovač 6 připojený na čerpadlo 10 chladicí kapaliny a kompresor 8 s vývodem atmosférického vzduchu výstupní hadicí 192 do osového otvoru katody 22 generátoru 1 plazmy.

-6CZ 35024 UI

Čerpadlo 10 a kompresor 8 jsou řízeny řídící jednotkou 2, čímž se zajišťují optimální podmínky pro hoření plazmy. Řídicí jednotka 2 a ventilátor 9 jsou napájeny pomocným zdrojem 7 připojeným na zdroj střídavého elektrického proudu, výhodně např. na běžnou elektrickou síť se střídavým napětím 230V/50Hz. Uzavřený chladicí okruh zařízení je tvořen rozvodem 163 chladicí kapaliny ze zásobníku 40 čerpadlem 10 přes příslušné chladicí otvory generátoru 1 plazmy, chladič 41 s ventilátorem 9 a průtokoměr 11 do zásobníku 40 chladicí kapaliny. Generátor 1 plazmy tvoří trubkový vnější plášť 14 spojený z jedné strany šroubovým spojem s nástavcem 15 a z druhé strany na vnitřní spojce 161 upevněnou vnější spojkou 162 otočně osazenou za výstupkem rozšířené části průměru kovové trubky 164 s upevňovací vložkou 17 dvou propojovacích spojek 18 rozvodu 163 chladící kapaliny z čerpadla 10 s horními těsněními 181 a proudovým přívodem 19 katody 22 se středovým těsněním 191. který je současně připojen z jedné strany na minusový pól stabilizátoru 3 konstantního proudu, přičemž plusový pól je připojen na přívodní hadici 192 tlakového vzduchu, a z druhé strany dotykem do otvoru katody 22. Obě propojovací spojky 18 s dolními axiálními těsněními 19 jsou osazeny ve vnitřních otvorech 21 ústících do podélných drážek 27 elektricky nevodivé válcové vložky 20. Válcová vložka 20 je výhodně vytvořena např. z polyuretanu, polypropylenu, bakelitu apod., a je šroubovým spojem upevněna za vnějším těsněním 39 ve vnitřní spojce 161 a těsně posuvně osazena ve vnějším plášti 14 s vnitřním otvorem 21 se závitem, kde je v ose osazena tenká dlouhá trubičková katoda 22. vytvořená např. z mědi apod., a uzavřená pevným hrotem 23, např. z mědi, v níž je upevněna tenká elektroda z hafhia černě zobrazená na obr. 6 a obr. 7, nad kterým je v ní vytvořen průběžný boční otvor 24. Shora jsou v závitové axiální vnější části válcové vložky 20 čelně vytvořeny dva protisměrné vnější otvory 25 procházející zvenčí po zbývající délce válcové vložky 20 do zahloubení podélných drážek 27, v nichž je z obou stran protisměrně vytvořen radiální otvor 26.Uvnitř válcové vložky 20 je z opačné strany v ose souose vytvořeno zahloubení s vnitřním závitem, kde je za prvním obvodovým těsněním 28 osově upevněna chladící vložka 30 s druhým obvodovým těsněním 29 a otvorem v ose pro měděnou katodu 22 v poloze, kdy jsou oba průběžné radiální otvory 26 umístěny mezi prvním a druhým obvodovým těsněním 28, 29. Za chladící vložkou 30 je umístěna elektricky nevodivá rozpěmá vložka 31. např. z keramiky, upevněná zašroubovanou měděnou špičkou 32 ve válcové vložce 20 o čelo, která má vytvořený v ose malý otvor. Dále je v ose vnějšího pláště 14 za špičkou 32 nástavcem 15 s dolním těsněním 38 osazen elektricky nevodivý kroužek 33 s třetím obvodovým těsněním 34 a anoda 35 se čtvrtým obvodovým těsněním 36 a vnější tryskou 37.

Zařízení na výrobu plazmy s oxidem dusnatým se zapne ovladačem 12, čímž řídící jednotka 2 uvede do činnosti chladicí obvod zařízení, tj. proudění chladicí kapaliny čerpadlem 10 ze zásobníku 40 chladicí kapaliny přes příslušné obvodové otvory generátoru 1 plazmy, chladič 41 a průtokoměr 11 do zásobníku 40 chladicí kapaliny a čeká na vyhodnocovací signál o aktuální teplotě chladicí kapaliny zařízení. Pokud je teplota vysoká až do nastavené její tolerance uvede do činnosti ventilátor 9 chladiče. Potom řídící jednotka 2 uvede do činnosti kompresor 8, který jednosměrně dodává stlačený atmosférický vzduch otvorem v katodě 22 přes boční otvory 24 do prostoru mezi katodou 22 a anodou 35. Následně řídící jednotka 2 přes výkonový usměrňovač 4 a výkonový síťový transformátor 5 zapne ke zdroji konstantního a stabilizovaného proudu stabilizátor 3 konstantního proudu, přičemž v generátoru 1 vzniká mezi katodou 22 a anodou 35 trvale hořící elektrický oblouk, geometricky stabilizovaný kanálem rozpěmou vložkou 31. Atmosférický vzduch přitom prochází elektrický oblouk, ohřívá se až do plazmového stavu a následně vnější tryskou 37 v anodě 35 generátoru 1 kuželovité vychází do okolního prostoru. Geometrické parametry kanálové části generátoru 1 a napájecí a chladící vlastnosti jsou při elektrickém oblouku nastaveny tak, aby teplota plynu v oblouku byla optimální pro tvorbu oxidu dusnatého. Analýza složení termodynamické rovnováhy plazmy vzduchu prokázala, že při teplotách pod 2000 °C koncentrace NO v plynu nepřesáhne 1%, s rostoucí teplotou rychle roste a dosáhne maximum (~ 5%) při teplotě 3500 až 4000 °C. Tento rozsah teplot je proto optimální pro tvorbu oxidu dusnatého. Rozsah řetězových a rozvětvených reverzibilních plazmochemických reakcí vedoucích k tvorbě NO, může být vyjádřen chemickou rovnicí:

N2 + 02 <=> 2NO - 180,9 kJ

-7 CZ 35024 UI

Vzhledem k tomu, že stabilita molekuly oxidu dusnatého při vysokých teplotách odpovídá času syntézy, je třeba provést rychlé ochlazení a stabilizaci reakční směsi. I v alternativních případech použití generátoru 1, tj. ve formě koagulátoru nebo destruktoru, vytéká zahřátý vzduchoplazmový proud nepřetržitě přímo do okolního prostoru ve formě jasně svítícího plamene ve tvaru kužele. Stabilizace oxidu dusnatého stejně probíhá brzděním vytékajícího proudu do okolního studeného vzduchu. Koagulátor a destruktor se od sebe liší jen průměrem výstupního kanálu anody, výhodně např. 1,2 mm a 0,7 mm. Z tohoto důvodu je velkou výhodou, že je nástavec 15 po konstrukční stránce pouze přišroubován přes dolní těsnění 38 na vnějším plášti 14 generátoru 1, což umožňuje snadnou výměnu různých nástavců 15 na vnějším plášti generátoru 1. Tímto způsobem se podle potřeby jednoduše a rychle dosahuje rozdíl v rychlosti vzduchoplazmového proudu do 200 m/sekundu pro koagulátor a až do 600 m/sekundu pro destruktor. Teplota vzduchoplazmového proudu po výstupu do okolního prostranství na řezu výstupního kanálu dosahuje 4000 °C, což je dostačující k dosažení chirurgického efektu (koagulace a destrukce). V některých případech, např. při malém chirurgickém zákroku, při kterém nedochází k intenzivnímu krvácení, není třeba dodat do tkání takto horký proud. Teplota plynu v tomto případě musí být podle potřeby snížena ovládacími prvky ovladače 12 přes řídící jednotku 2 děličem 3 napětí, nikoliv však na úkor obsahu oxidu dusnatého v něm. Tento cíl se dosahuje prostřednictvím dodatečného rychlého ochlazení proudu plazmy vytékající z generátoru 1. Zařízení pro výrobu plazmy s oxidem dusnatým přitom tímto způsobem umožňuje jednak snížit teplotu proudu až na teplotu okolí a na druhé straně zmrazení molekul oxidu dusnatého, vzniklého v elektrickém oblouku generátoru L Takovéto chlazení je v generátoru 1 prováděno obvodovým chlazením katody 22 přes vnitřní otvory 21 válcové vložky 20, chladicí vložku 30 a na obvodu anody 35 v nástavci 15.

Chlazení generátoru 1 je možno případě potřeby ještě účinněji dosáhnout běžně známým přidáním externího chladiče nebo chladiče 41 labyrintového typu do rozvodu 163 chladící vody generátoru 1.

Protože má molekula oxidu dusnatého silný oxidační potenciál, ve vzdušném prostředí vstupuje do reakcí s molekulami kyslíku a vytváří chemicky stabilní látku - oxid dusičitý (NO2), který z tohoto důvodu bude vždy přítomen v plynovém proudu obsahujícím NO. Rozpětí získávaných koncentrací NO je přitom velmi široké od 2500 ppm do nuly. Tato skutečnost lékaři umožňuje zvolit parametry, které považuje za nej vhodnější pro konkrétní účel použití generátoru 1 plazmy. Analýza závislosti obsahu oxidu dusnatého na ose plynového proudu od teploty prokazuje, že zařízení na výrobu plazmy podle technického řešení poskytuje uživateli obrovské množství možností nej vhodnějších kombinací tepelně-fyzikálních a biochemických vlivů na biologické tkáně a objekty. Terapeutickou aplikaci exogenního oxidu dusnatého z generátoru 1 plazmy provádí terapeut zařízením na výrobu plazmy s oxidem dusnatým podle technického řešení manipulací generátoru 1 rukou buď za elektricky nevodivou nezobrazenou přívodní hadici nasunutou na povrchu kovové trubky 164 nebo v rukavici vnějším pláštěm 14 generátoru 1, nebo za nezobrazenou izolovanou částí vnějšího pláště 14 generátoru 1 tak, aby se z generátoru 1 zařízení dodával vzduchoplazmový proud přímo na povrch léčené nepoškozené pokožky podle potřeby terapeuta ze vzdálenosti menší než 20 cm, výhodně ve vzdálenosti od 10 do 20 cm, po dobu větší než 5 minut, výhodně např. 10 minut. Koagulaci povrchů ran a destrukci poškozené částí těla a jeho novotvarů provádí lékař nebo obsluha zařízení na výrobu plazmy s oxidem dusnatým podle technického řešení manipulací rukou buď v rukavici za vnější plášť 14 generátoru nebo za nezobrazeno izolovanou část vnějšího pláště 14 generátoru 1 tak, aby se z generátoru 1 zařízení dodával vysoko-teplotní vzduchoplazmový proud přímo na povrch rány. Teplota toku v oblasti kontaktu by neměla být menší než 2000 °C, tj. vzdálenost od výtoku z generátoru 1 v oblasti účinku musí být menší než 25 mm. Na samotném začátku po přivedení energie vzduchoplazmového proudu s teplotou nad 2000 °C k biologické tkáni, nastane nahřívání tkáňové tekutiny až do bodu varu. Vytvoří se kompaktní vrstva nekrózy sestávající z produktů destrukce bílkovinných sloučenin, částečně poškozených a nekrotických, které si zachovávají buněčnou strukturu (55 °C) a zóna paranekrózy, tj. pásmo částečně reverzibilních změn v buňkách. Následně se zóna paranekrózy stává zdrojem regenerace.

- 8 CZ 35024 UI

Další prodloužení doby expozice vede k zesílení procesu varu a vypařování tkáňové tekutiny. Vytváří se houbovitá vrstva nekrózy pórovitá, elastická a hermetická struktura, sestávající z dehydratovaných bílkovin a tukových sloučenin. V tkáni se objevuje výrazná fyzikální hranice odpařené kapaliny, která odděluje houbovitou a kompaktní nekrotickou vrstvu tkáně (100 °C). Horní teplotní hranice houbovité nekrotické vrstvy se shoduje s teplotou počátečního termického rozkladu bílkovin a tukových sloučenin, z nichž vznikají jednoduché chemické elementy (550 °C). Nad houbovitou nekrotickou vrstvou se vytváří karbonizovaná (uhlíková) vrstva nekrózy, která sestává ze ohořelého a zuhelnatělého tkáně. Kvalitní herno- aero- lymfo- a cholestáze je definována kladnou dynamikou vytváření kompaktní a houbovité nekrotické vrstvy nebo nízkou mírou vzniku karbonizované (uhlíkové) vrstvy nekrózy. Horní teplotní hranice houbovité nekrotické vrstvy je shodná s teplotou počátečního termického rozkladu bílkovin a tukových sloučenin z nichž vznikají jednoduché chemické elementy (550 °C). Nad houbovitou vrstvou nekrózy se vytváří karbonizovaná (uhlíková) vrstva nekrózy, která sestává ze ohořelého a zuhelnatělého tkáně. Kvalitní herno- ae- lymfo- a cholestáza je definována nákladnou dynamikou vytváření kompaktní a houbovité nekrotické vrstvy nebo nízkou mírou vzniku karbonizované (uhlíkové) vrstvy nekrózy.

Tepelně-fyzikální a geometrické parametry plazmového proudu koagulátoru jsou přitom optimalizovány tak, aby se spolehlivě dosáhlo herno- aero- lymfo- a cholestáze na libovolných biologických tkáních a při jakékoli rychlosti protisměrného proudu. Velký průtok horkého plynu z otvoru koagulátoru (cca 200 m/s) vytváří na povrchu tkáně podmínky, při kterých se koagulovaná vrstva vytváří přímo ze samotného tkáně, a ne z postupných protisměrných toků tekutin, jako je krev nebo lymfa. Univerzální způsob dávkování energie, který je nezbytný pro koagulaci nebo destrukci, nastane změnou expozičního času a vzdálenosti od výstupu z koagulátoru nebo destruktoru do prostoru koagulace nebo destrukce. Pokud se však požaduje získání spolehlivé koagulace nebo destrukce částí těla, pak vzdálenost ošetřovaného povrchu od výstupu z manipulátoru musí být dle potřeby ošetřujícího lékaře v rozmezí 2 mm do 25 mm.

Popsané a vyobrazené provedení není přitom jediným možným řešením zařízení na výrobu plazmy s oxidem dusnatým podle technického řešení, protože na povrchu vnějšího pláště 14 a alespoň na části povrchu rozvodné matice 16 může být známými způsoby umístěna vrstva z elektricky nevodivého materiálu, která umožňuje obsluze bezpečně manipulovat s generátorem 1 plazmy i přímo bez rukavice. Na vzájemných čelech chladicí vložky 30. rozpěmé vložky 31. hrotu katody 3, těsnícího kroužku 33 a anody 35 může být nanesena vrstva lepidla bránící průniku chladicí kapaliny mezi tyto komponenty zařízení. Špička 32, katoda 22 a anoda 35 může být mosazná a rozpěmá vložka 31 a těsnící kroužek 33 mohou být z porcelánu nebo skla nebo reaktoplastu. Také alespoň část pevného hrotu 23 katody 22 může být vytvořena ze slitin mědi nebo slitiny stříbra a palladia nebo stříbra a niklu nebo stříbra, mědi a niklu, nebo zlata a niklu, nebo zlata, stříbra a niklu nebo ze pseudoslitiny wolframu a mědi nebo wolframu mědi a stříbra nebo stříbra a niklu nebo molybdenu a stříbra nebo z mědi a jejích slitin nebo bronzu s povrchem pokoveným zlatém nebo stříbrem.

Průmyslová využitelnost

Zařízení na výrobu plazmy s oxidem dusnatým otevírá rozmanité možnosti aplikací, zejména v humánní a veterinární medicíně, ve výzkumu, sterilizaci, při snižování pachů a v mikrobiologii. Umožňuje také průmyslové aplikace zahrnující aktivaci povrchů pro optimalizaci smáčivosti a přilnavosti u plastů, např. při procesech jejich tisku, lakování a lepení apod.

Claims (10)

1. Zařízení pro výrobu plazmy s oxidem dusnatým, sestávající z řídící jednotky (2), stabilizátoru (3) konstantního proudu, výkonového a pomocného usměrňovače (4, 6), výkonového síťového transformátoru (5), pomocného zdroje (7), čerpadla (10), kompresoru (8) a generátoru (1) plazmy, vyznačující se tím, že k řídící jednotce (2) je připojen průtokoměr (11) chladicí kapaliny, ovladač (12) a displej (13) zařízení, přičemž jeden výstup řídící jednotky (2) je elektricky propojen se stabilizátorem (3) konstantního proudu, ze kterého je minusový pól vyveden do katody (22) a plusový pól na vnější plášť (14) generátoru (1) plazmy a druhý vstup stabilizátoru (3) konstantního proudu je propojen přes výkonový usměrňovač (4) na první výstup výkonového síťového transformátoru (5) se vstupem napojeným na zdroj střídavého elektrického proudu a druhý výstup výkonového síťového transformátoru (5) je přes pomocný usměrňovač (6) propojený do čerpadla (10) chladicí kapaliny a kompresoru (8) s vývodem atmosférického vzduchu výstupní hadicí (192) do osového otvoru katody (22) generátoru plazmy (1), jejichž druhé vstupy jsou připojeny na samostatné výstupy řídící jednotky (2), přičemž na vstup výkonového síťového transformátoru (5) je přes pomocný zdroj (7) zapojena řídící jednotka (2) a na samostatný výstup pomocného zdroje (7) a řídící jednotky (2) je připojen ventilátor (9) chladiče (41) uzavřeného chladicího okruhu rozvodu (163) chladicí kapaliny, tvořeného čerpadlem (10) ze zásobníku (40) přes příslušné chladicí otvory generátoru (1) plazmy, chladič (41) s ventilátorem (9), průtokoměr (11) do zásobníku (40) chladicí kapaliny, kde je generátor (1) plazmy tvořen trubkovým vnějším pláštěm (14), který je spojen z jedné strany šroubovým spojem s nástavcem (15) a z druhé strany přes vnitřní spojku (161) s vnější spojkou (162), otočně osazenou za výstupkem rozšířené části průměru kovové trubky (164) s upevňovací vložkou (17) dvou propojovacích spojek (18) rozvodu (163) chladicí kapaliny s horními těsněními (181) a proudovým přívodem (19) katody (22) se středovým těsněním (191), který je současně připojen z jedné strany na minusový pól stabilizátoru (3) konstantního proudu a na přívodní hadici (192) tlakového vzduchu a z druhé strany dotykem do otvoru katody (22), přičemž obě propojovací spojky (18) s dolními axiálními těsněními (19) jsou osazené ve vnitřních otvorech (21) ústících do podélných drážek (27) elektricky nevodivé válcové vložky (20), která je šroubovým spojem upevněna za vnějším těsněním (39) ve vnitřní spojce (161) a těsně posuvně osazena ve vnějším plášti (14) s vnitřním otvorem (21) se závitem, kde je v ose osazena tenká dlouhá trubičková katoda (22) uzavřená pevným hrotem (23), nad nímž je v ní vytvořen alespoň jeden boční otvor (24), a shora jsou v závitové axiální vnější části válcové j vložky (20) čelně vytvořeny dva protisměrné vnější otvory (25) procházející zvenčí po zbývající délce válcové vložky (20) do zahloubení podélných drážek (27), ve kterých je z obou stran protisměrně vytvořen radiální otvor (26), uvnitř jez opačné strany válcové vložky (20) v ose vytvořené zahloubení s vnitřním závitem, kde je za prvním obvodovým těsněním (28) upevněna chladící vložka (30) s druhým obvodovým těsněním (29) a otvorem v ose pro katodu (22) v poloze, kdy jsou oba průběžné radiální otvory (26) mezi prvním a druhým obvodovým těsněním (28, 29), za kterým je umístěna elektricky nevodivá rozpěmá vložka (31) čelně upevněna zašroubovanou špičkou (32) ve válcové vložce (20) o čelo s malým otvorem v ose, přičemž v ose vnějšího pláště (14) je za špičkou (32) nástavcem (15) s dolním těsněním (38) osazen elektricky nevodivý kroužek (33) s třetím obvodovým těsněním (34) a anoda (35) se čtvrtým obvodovým těsněním (36) a vnější tryskou (37).

2. Zařízení pro výrobu plazmy s oxidem dusnatým podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň na části povrchu vnější a/nebo vnitřní spojky (162, 161) a/nebo povrchu vnějšího pláště (14) je umístěna vrstva z elektricky nevodivého materiálu.

3. Zařízení pro výrobu plazmy s oxidem dusnatým podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že na vzájemných čelech chladicí vložky (30), rozpěmé vložky (31), hrotu (23) katody (22), těsnícího kroužku (33) a anody (35) je nanesena vrstva lepidla.

4. Zařízení pro výrobu plazmy s oxidem dusnatým podle nároku 1 až 3, vyznačující se tím, že špička (32), katoda (22) a anoda (35) je z mědi.

-10CZ 35024 UI

5. Zařízení pro výrobu plazmy s oxidem dusnatým podle nároku 1 až 3, vyznačující se tím, že chladící vložka (30) je z mědi nebo mosazi.

6. Zařízení pro výrobu plazmy s oxidem dusnatým podle nároku 1 až 5, vyznačující se tím, že rozpěmá vložka (31) a těsnící kroužek (33) je z keramiky nebo porcelánu nebo skla, nebo reaktoplastu.

7. Zařízení pro výrobu plazmy s oxidem dusnatým podle nároku 3, vyznačující se tím, že alespoň část pevného hrotu (23) katody (22) je z hafhia nebo wolframu.

8. Zařízení pro výrobu plazmy s oxidem dusnatým podle nároku 3, vyznačující se tím, že alespoň část pevného hrotu (23) katody (22) je ze slitin mědi nebo slitiny stříbra a paladia nebo stříbra a niklu nebo stříbra, mědi a niklu, nebo zlata a niklu, nebo zlata, stříbra a niklu.

9. Zařízení pro výrobu plazmy s oxidem dusnatým podle nároku 3, vyznačující se tím, že alespoň část pevného hrotu (23) katody (22) je ze pseudoslitiny wolframu a mědi nebo wolframu mědi a stříbra, nebo stříbra a niklu nebo molybdenu a stříbra.

10. Zařízení na výrobu plazmy s oxidem dusnatým podle nároku 3, vyznačující se tím, že alespoň část pevného hrotu (23) katody (22) je z mědi nebo bronzu s povrchem pokovovaným zlatém nebo stříbrem.