JP2020529257A - 低温大気プラズマ・システム用の拡散型アプリケータ - Google Patents
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Abstract
低温大気プラズマ処置を行うための装置またはデバイス。このデバイスまたは装置は、ハウジングと、ハウジング内のチャンバと、チャンバへの入口ポートと、チャンバからの複数の出口ポートと、ハウジング内に取り付けられた複数の電極と、を有し、複数の電極のそれぞれは、複数の出口ポートのうちの１つに隣接する遠位端を有する。入口ポート、チャンバ、出口ポート、および複数の電極は、入口ポートからチャンバを通り出口ポートに流れる不活性ガスを提供し、複数の電極に印加される電気エネルギによってプラズマ化して出口ポートから流れ出す低温プラズマを形成するように構成されている。
Description
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年８月４日に本発明者によって出願された、米国特許仮出願第６２／５４１，２２５号の出願日の利益を主張する。
本出願は、２０１７年８月４日に本発明者によって出願された、米国特許仮出願第６２／５４１，２２５号の出願日の利益を主張する。
前述の特許仮出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
なし
なし
本発明は、低温大気プラズマ処置を行うためのシステムおよび方法に関する。
プラズマ医療の最先端分野は、生物医学的応用のための低温プラズマの集中的発展および広大な可能性によって引き起こされた。低温プラズマは、伝統的に滅菌および消毒に利用された。Ｇ．Ｅ．ＭｏｒｆｉｌｌおよびＪ．Ｌ．Ｚｉｍｍｅｒｍａｎｎによる「Ｐｌａｓｍａ Ｈｅａｌｔｈ Ｃａｒｅ−Ｏｌｄ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ，Ｎｅｗ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ」Ｃｏｎｔｒｉｂ．Ｐｌａｓｍａ Ｐｈｙｓ．５２，６５５（２０１２）、Ａ．Ｆｒｉｄｍａｎによる「Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，２００８。また、低温プラズマ応用は、癌治療、皮膚、歯科医学、薬物送達、皮膚病学、化粧品、創傷治療、細胞修飾学などを含む。Ｍ．Ｋｅｉｄａｒ，Ｒ．Ｗａｌｋ，Ａ．Ｓｈａｓｈｕｒｉｎ，Ｐ．Ｓｒｉｎｉｖａｓａｎ，Ａ．Ｓａｎｄｌｅｒ，Ｓ．Ｄａｓｇｕｐｔａ，Ｒ．Ｒａｖｉ，Ｒ．Ｇｕｅｒｒｅｒｏ−ＰｒｅｓｔｏｎおよびＢ．Ｔｒｉｎｋによる「Ｃｏｌｄ ｐｌａｓｍａ ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａ ｐａｒａｄｉｇｍ ｓｈｉｆｔ ｉｎ ｃａｎｃｅｒ ｔｈｅｒａｐｙ」Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃａｎｃｅｒ １０５，１２９５（２０１１）、Ａ．Ｓｈａｓｈｕｒｉｎ，Ｍ．Ｋｅｉｄａｒ，Ｓ．Ｂｒｏｎｎｉｋｏｖ，Ｒ．Ａ．Ｊｕｒｊｕｓ，Ｍ．Ａ．Ｓｔｅｐｐによる「Ｌｉｖｉｎｇ ｔｉｓｓｕｅ ｕｎｄｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｌｄ ｐｌａｓｍａ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｊｅｔ」Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ．９２，１８１５０１（２００８）。熱プラズマと対比して、低温プラズマは、組織火傷を引き起こさず、最小侵襲性外科手術技術を提供することができる。低温プラズマは、組織の熱的損傷の閾値の下で作用し、細胞レベルで特定の化学的応答を誘発する。
低温大気プラズマに固有の化学的かつ物理的特性は、滅菌、医療処置用高分子材料の調製、創傷治療、組織または細胞の除去、および歯科用ドリルを含む、生物医学におけるそれらの多数の最近の応用を可能にする。Ａ．Ｆｒｉｄｍａｎによる「Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，２００８）、Ｇ．Ｆｒｉｄｍａｎ，Ｇ．Ｆｒｉｅｄｍａｎ，Ａ．Ｇｕｔｓｏｌ，Ａ．Ｂ．Ｓｈｅｋｈｔｅｒ，Ｖ．Ｎ．Ｖａｓｉｌｅｔｓ，およびＡ．Ｆｒｉｄｍａｎによる「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ」，Ｐｌａｓｍａ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ Ｐｏｌｙｍ．５，５０３（２００８）、Ｅ．Ｓｔｏｆｆｅｌｓ，Ｙ．Ｓａｋｉｙａｍａ，およびＤ．Ｂ．Ｇｒａｖｅｓによる「Ｃｏｌｄ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｐｌａｓｍａ：Ｃｈａｒｇｅｄ Ｓｐｅｃｉｅｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ Ｗｉｔｈ Ｃｅｌｌｓ ａｎｄ Ｔｉｓｓｕｅｓ」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｐｌａｓｍａ Ｓｃｉ．３６，１４４１（２００８）、Ｘ．Ｌｕ，Ｙ．Ｃａｏ，Ｐ．Ｙａｎｇ，Ｑ．Ｘｉｏｎｇ，Ｚ．Ｘｉｏｎｇ，Ｙ．Ｘｉａｎ，およびＹ．Ｐａｎによる「Ａｎ ＲＣ Ｐｌａｓｍａ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｏｏｔ Ｃａｎａｌ ｏｆ Ｔｅｅｔｈ」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｐｌａｓｍａ Ｓｃｉ．３７，６６８（２００９）。
プラズマ・ベース窒素酸化物（ＮＯ：Ｎｉｔｒｏｇｅｎ Ｏｘｉｄｅ）療法は、再生過程の刺激および創傷治療のための大きな可能性を実証した。シグナル分子としての窒素酸化物の機能を明らかにする研究は、１９９９年に医学・生物学におけるノーベル賞を受賞した。ＮＯ療法は、潰瘍、火傷、および重傷の治療の促進の大きな効果を実証した。他の実験証拠は、メラノーマ癌細胞株のアポトーシス、皮膚リーシュマニア症の処置、潰瘍性眼瞼創傷、角膜感染、歯腔の滅菌、皮膚再生などのための、誘電体バリア放電によって生成された低温プラズマの効率性を支持する。
大気プラズマの最近の進展は、常温に近いイオン温度で、低温プラズマの作成に導いた。低温非熱大気プラズマは、生物医学的技術において大きな応用を有することができる。Ｋ．Ｈ．Ｂｅｃｋｅｒ，Ｋ．Ｈ．ＳｈｏｅｎｂａｃｈおよびＪ．Ｇ．Ｅｄｅｎによる「Ｍｉｃｒｏｐｌａｓｍａ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３９，Ｒ５５−Ｒ７０（２００６）。特に、プラズマ処理は、組織全体に影響を及ぼすことなしに、特定の細胞を除去することを可能にする最小侵襲性外科手術を潜在的に提示することができる。従来のレーザー手術は、熱相互作用に基づいており、偶然の細胞死すなわちネクローシスをもたらし、永久組織損傷を引き起こし得る。対照的に、組織との非熱プラズマ相互作用は、ネクローシスなしに特定の細胞を除去することを可能にし得る。特に、これらの相互作用は、細胞生存率、制御可能な細胞死などに影響を及ぼすことのない細胞脱離を含む。それは、真皮の網 状構造を再生させる美容方法にも使用されることができる。組織とのプラズマ相互作用の意図は、組織を変性させることではなく、熱的損傷の閾値の下で作用し、化学的に特定の応答または一時的変異を誘発することである。特に、プラズマの存在は、望ましい効果を有する可能性のある化学反応を促進することができる。化学反応は、圧力、ガス組成、およびエネルギを調整することによって促進されることができる。したがって、重要な問題点は、熱処理なしに組織に効果を生じさせる条件を発見することである。プラズマ処理全体は、最先端のレーザー手術において考えることのできないような利点をもたらす。Ｅ．Ｓｔｏｆｆｅｌｓ，Ｉ．Ｅ Ｋｉｅｆｔ，Ｒ．Ｅ．Ｊ Ｓｌａｄｅｋ，Ｌ．Ｊ．Ｍ ｖａｎ ｄｅｎ Ｂｅｄｅｍ，Ｅ．Ｐ ｖａｎ ｄｅｒ Ｌａａｎ，Ｍ．Ｓｔｅｉｎｂｕｃｈによる「Ｐｌａｓｍａ ｎｅｅｄｌｅ ｆｏｒ ｉｎ ｖｉｖｏ ｍｅｄｉｃａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ：ｒｅｃｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ」Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅｓ Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．１５，Ｓ１６９−Ｓ１８０（２００６）。
この数年に、組織との低温プラズマ相互作用は、前述の可能性により、非常に活発な研究課題になっている。予備実験は、生体外および生体内の両方において癌組織に対する低温プラズマ処理の強力な効果を実証し、癌の選択的処理において活性酸素種（ＲＯＳ：ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｏｘｙｇｅｎ Ｓｐｅｃｉｅｓ）の重要な役割を示唆している。マウスの中規模の皮下膀胱癌腫瘍の切除に対する低温プラズマの生体内効果が実証された。Ｍ．Ｋｅｉｄａｒ，Ａ．Ｓｈａｓｈｕｒｉｎ，Ｒ．Ｒａｖｉ，Ｒ．Ｇｕｅｒｒｅｒｏ−ＰｒｅｓｔｏｎおよびＢ．Ｔｒｉｎｋによる、Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃａｎｃｅｒ １０５，１２９５（２０１１）。また、健康な細胞の無傷を維持しながら癌細胞を殺すためのプラズマの選択性が、様々な細胞株に対して生体外で実証された。細胞レベル効果は、細胞外マトリクスからの細胞の脱離、および細胞の移動速度の低下を含むが、細胞内レベル効果は、細胞表面インテグリン発現（細胞接着および細胞移動の要因であるレセプタ）の縮小である。Ａ．Ｓｈａｓｈｕｒｉｎ，Ｍ．Ｋｅｉｄａｒ，Ｓ．Ｂｒｏｎｎｉｋｏｖ，Ｒ．Ａ．Ｊｕｒｊｕｓ，Ｍ．Ａ．ＳｔｅｐｐによるＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ．９２，１８１５０１（２００８）。Ａ．Ｓｈａｓｈｕｒｉｎ，Ｍ．Ａ．Ｓｔｅｐｐ，Ｔ．Ｓ．Ｈａｗｌｅｙ，Ｓ．Ｐａｌ−Ｇｈｏｓｈ，Ｌ．Ｂｒｉｅｄａ，Ｓ．Ｂｒｏｎｎｉｋｏｖ，Ｒ．Ａ．Ｊｕｒｊｕｓ，Ｍ．Ｋｅｉｄａｒによる「Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｏｌｄ ｐｌａｓｍａ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｊｅｔ ｏｎ ｉｎｔｅｇｒｉｎ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｌｉｖｉｎｇ ｃｅｌｌｓ」Ｐｌａｓｍａ Ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｐｏｌｙｍ．７ ２９４（２０１０）。加えて、それらの生命機能を通して細胞周期の観点において、それらがある所に応じて、正常細胞および癌細胞が別様にＣＡＰに応答することが発見された。正常細胞の移動は、３０％（ｐ＜０．００１）低減したが、癌細胞は別様に反応し、高侵攻性のカルチノーマ細胞は、低侵攻性のパピローマ細胞（ｐ＞０．０５）よりも、移動率（ｐ＜０．００１で、約２０％）の減少においてさらに反応を示した。ＣＡＰは、パピローマ細胞およびカルチノーマ細胞において一時的な２倍Ｇ２／Ｍ期停止を誘発することも発見され、正常上皮細胞は、細胞周期進行において如何なる変化も示さなかった。Ｏ．Ｖｏｌｏｔｓｋｏｖａ，Ｔ．Ｓ．Ｈａｗｌｅｙ，Ｍ．Ａ．ＳｔｅｐｐおよびＭ．Ｋｅｉｄａｒによる「Ｔａｒｇｅｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃａｎｃｅｒ ｃｅｌｌ ｃｙｃｌｅ ｂｙ ｃｏｌｄ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｌａｓｍａ」Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｐｏｒｔｓ，２：６３６，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ６，２０１２。
これらの所見を仮定すれば、低温プラズマは、癌治療にとって将来有望な新しい補助剤を意味し、癌細胞を直接標的とし、選択的に殺す能力を提供する。ＣＡＰは、組織全体に影響を及ぼすことなく、特定の細胞を除去することを可能にする最小侵襲性外科手術技術を提供することによって、癌治療において新しいパラダイムをもたらすことができる。ＣＡＰは、いくつかの癌細胞株（肺、膀胱、頭部および頸部、皮膚など）に向かって、生体外および生体内の高選択性の可能性を実証し、かくして、非選択的かつ不完全な腫瘍切除に関して、現在の臨床化学療法的アプローチの制限を扱うための可能性を有する。加えて、ＣＡＰ活動は、癌細胞移動における選択的減少をもたらし、したがって、転移を軽減する可能性を有し、転移のための新規治療アプローチの発展をもたらし得る。
様々な異なる電気外科手術発生器が知られている。ＭｃＧｒｅｅｖｙによる米国特許第４，４２９，６９４号には、電気外科手術発生器およびアルゴン・プラズマ・システム、および、電気外科手術発生器から送達された電気エネルギの特性に主に応じて達成されることができる、様々な異なる電気外科手術的効果が開示されている。電気外科手術的効果は、ピュア・カッティング効果、カッティングと止血が結合された効果、高周波治療効果、および乾燥効果を含んだ。高周波治療および乾燥は、まとめて凝固と呼ばれることもある。
アルゴン・プラズマ技術を介した単極電気外科手術の別の方法は、Ｍｏｒｒｉｓｏｎによる米国特許第４，０４０，４２６号（１９７７）およびＭｃＧｒｅｅｖｙによる米国特許第４，７８１，１７５号によって記述された。アルゴン・プラズマ凝固法（ＡＰＣ：Ａｒｇｏｎ Ｐｌａｓｍａ Ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ）またはアルゴン・ビーム凝固法と呼ばれるこの方法は、この２０年間広く外科手術において使用されてきた、電気凝固法の非接触型単極熱焼灼治療法である。一般に、ＡＰＣは、アルゴンなどのイオン化可能ガスを、活性電極を過ぎて標的組織に供給すること、および、電気エネルギを、非アーキング拡散電流としてイオン化経路の標的組織に伝導することを、含む。Ｃａｎａｄｙは、米国特許第５，２０７，６７５号において、内視鏡検査においてＡＰＣの使用を可能にした軟性カテーテルを介するＡＰＣの発展を記述した。これらの新たな方法は、外科医、内視鏡医が、組織の凝固のために標準単極電気焼灼術をプラズマ・ガスと結び付けることを可能にした。
さらに別のシステムは、組織の切除と凝固を同時に行うためのシステムを開示した、ＷＯ２０１２／０６１５３５Ａ２に開示された。
米国特許第９，９９９，４６２号において、低温大気プラズマ処置を行うために、高周波電気外科手術発生器を使用するための変換ユニットのためのシステムおよび方法が開示された。ＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０２６８９４号において、複数タイプの電気外科手術およびガス増強型電気外科手術を行うための、ガス増強型電気外科手術発生器が開示される。
好ましい実施形態において、本発明は、低温大気プラズマ処置を行うための装置である。装置は、ハウジング、ハウジング内のチャンバ、チャンバへの１つの入口、チャンバからの複数の出口、およびハウジングに取り付けられた複数の電極を有し、複数の電極のそれぞれは、複数の出口の１つと整列された遠位端を有する。入口、チャンバ、出口、および複数の電極は、不活性ガスが入口からチャンバを通って出口に流れ、複数の電極に印加された電気エネルギによってプラズマ化し、出口から流れる低温プラズマを形成することを可能にするように構成される。
複数の出口ポートのそれぞれは、チャンバへの近位端開口と、チャネルを通って流れるガスをハウジングから出するように構成された遠位端開口とを有する出口チャネルを備え得、複数の電極のうちの１つの遠位端は、各出口チャネルの中に延びる。装置は、出口チャネル内に電極の一部を支持するための各出口チャネル内の支持部材、複数の電極のそれぞれを電気外科手術エネルギ源に接続するための電気コネクタ、およびチャンバへの入口ポートを不活性ガス源に接続するためのガス・コネクタ、のうちのいずれかまたはすべてをさらに備える。またさらに、装置は、ガス・アシスト式電気外科手術発生器を備え得、電気コネクタおよびガス・コネクタがガス・アシスト式電気外科手術発生器に接続されている。
別の好ましい実施形態において、本発明は、低温大気プラズマ装置である。この装置は、生体適合性プラスチック・ハウジングを有する拡散型アプリケータ組立体と、複数の電極とを有する。このハウジングは、互いに接続された遠位端ピースおよび近位端ピースを有する。遠位端ピースは、側壁、遠位端面、遠位端面を通って延びる複数の出口チャネル、および各出口チャネル内の電極支持部材を備える。近位端ピースは、近位端ピースを通って延びる入口チャネル、および近位端ピースを通って延びる複数の電極チャネルを有する。遠位端ピースと近位端ピースとは、生体適合性ハウジング内にチャンバを形成する。装置は、複数の複数の電極をさらに有し、各電極は、複数の電極チャネルのうちの１つを通ってチャンバの中に延び、各電極は、さらにチャンバを通って複数の出口チャネルのうちの１つの中に延び、各電極は、出口チャネルのうちの１つにおいて、電極チャネルのうちの１つおよび電極支持部材によって支持されている。
装置は、入口ポートを不活性ガス源に接続し、かつ複数の電極を電気外科手術エネルギ源に接続するためのコネクタをさらに有し得る。またさらに、装置は、生体適合性ハウジングに、またはコネクタに接続されたハンドピースを有し得る。装置は、生体適合性ハウジングに接続されたアームアクチュエータをさらに備え得る。装置は、追加として、ガス・アシスト式電気外科手術発生器を備え得、複数の電極および入口チャネルがガス・アシスト式電気外科手術発生器に接続されている。
本発明の好ましい実施形態による、低温大気プラズマ処置を行うための拡散型アプリケータは、例えば、ＰＣＴ特許出願シリアル番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０２６８９４に開示された低温大気プラズマ発生器またはシステムで使用される。このアプリケータの近位側は、ハンドピースまたは配管を通して、低温大気プラズマ発生器またはシステムの出力に接続されている。アプリケータにおいて、大量の拡散型低温プラズマ（既知の低温大気プラズマアプリケータにおいて生み出される量と比べて）が生成される。この大量のプラズマは、組織の広い範囲（例えば、患者の器官全体）を同時に処置するのを可能にし、以下の記述では、大規模拡散型低温プラズマ（ＬＳＤＣＰ：Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ Ｄｉｆｆｕｓｉｖｅ Ｃｏｌｄ Ｐｌａｓｍａ）という用語で呼ぶ。
ＬＳＤＣＰは、生体組織にとっては熱的に無害であり、火傷を引き起こし得ない。同時に、ＬＳＤＣＰは、正常な細胞には影響を与えないまま、ガン細胞にとっては致命的である。
好ましい実施形態および実装形態を示すだけで、以下の発明を実施するための形態から、本発明のさらに他の態様、特徴、および利点がすぐに見えてくる。本発明は、他の実施形態および異なる実施形態も可能であり、そのいくつかの細部が、本発明の趣旨および範囲を逸脱しない限りすべて、様々な明らかな点で修正され得る。したがって、図面および記述は、当然、例示と見るべきであり、制限と見るべきではない。本発明のさらなる目的および利点は、一部、以下に続く記述に明示され、一部、記述から明らかになり、または本発明の実践により分かってくる可能性がある。
本発明およびその利点のさらに完全な理解のために、ここで以下の説明および添付図面について参照する。
本発明の好ましい実施形態による、拡散型低温大気プラズマアプリケータが、図１〜８に関連して記述される。図２に示されるように、アプリケータは３つの異なる部品、遠位端ピース１００、近位端ピース２００、および複数の電極３００、の組立体である。遠位端ピースおよび近位端ピースは、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ：Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＴＥ：Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）または同種のものなどの成型生体適合性プラスチックであり得る。電極３００は、タングステン、ステンレス鋼、または銅などの導電性材料であるが、他の知られた導電性材料が使用されてもよい。発明は、近位端ピースおよび遠位端ピースの組立体であるハウジングに決して限定されないが、むしろ、１つの組立体または２つ以上のピースであり得るか、または本明細書に記述された近位端ピースと遠位端ピースの両方の特徴を組み入れている一体型ハウジングを有し得る。
遠位端ピース１００は、輪郭外面１０２、１０４、１０６、円筒状内面１０９、端面１１０、およびリッジまたはリップ１２０を有する。外面は開示された実施形態に輪郭形成されているが、発明はハウジングの外面の特定デザインに限定されない。遠位端ピースは、端面１１０を通って延びる複数のチャネルまたは出口６３０をさらに有する。それぞれのチャネル６３０の中に、電極３００の遠位端を支持するための電極支持部材１４０がある。支持部材１４０は、以下に限定されないが、複数のリブまたはフランジを含む、様々な形態をとることができる。遠位端ピースの内部には、肩部１０７がある。
近位端ピース２００は、基部２０２、および遠位端ピース１００の中に挿入されるように構成された円筒部２２０を有する。近位端ピース２００は、不活性ガス源に接続する、中央チャネルまたは入口６１０を有する。遠位端ピースは、電極を受容かつ支持するための複数のチャネル２０１をさらに有する。近位端ピース２００におけるそれぞれの電極チャネル２０１は、遠位端ピースにおけるチャネル６３０に対応する。遠位端ピース１００および近位端ピース２００は、溶接、１つまたは複数の係止機構またはねじなどの、任意の手段によって互いに結合されることができる。
遠位端ピースおよび近位端ピースが互いに組み合わされると、それらはアプリケータの中にチャンバを形成する。図７において、チャンバは、すべての領域６１０、６２０、６３０を、１つのチャンバとして、異なるサイズの複数のチャンバとして、または、チャンバ６２０、入口チャネル６１０、および複数の出口チャネル６３０として、考えられ得る。しかし、使用された専門用語は重要ではない。不活性ガスがチャンバ６２０に入ることができるアクセスポート、および、低温大気プラズマがチャンバ６２０から出ることができる複数の出口ポートがなければならない。図に示された実施形態において、入口チャネルまたはチャンバ６１０は主チャンバ６２０よりも小さく、それぞれの出口チャネルまたはチャンバ６３０は主チャネル６２０よりも小さい。
本発明のアプリケータ、アタッチメント、またはノズルは、その近位端が最終的に電気エネルギ源に接続される、複数の電極３００をさらに有する。複数の電極は、互いに接続されることができ、その上、発生器への単一のコネクタを有するか、または、別個のコネクタを有することができる。それぞれの電極３００は、電極支持チャネル２０１を通ってハウジングの近位端ピース２００の中に、そして主チャンバ６２０を通って、チャネルまたはチャンバ６３０の中に延び、それぞれのチャネルまたはチャンバ６３０の出口の近くに位置する。それぞれの電極３００の遠位端は、チャネルまたはチャンバ６３０の出口の約１ｍｍ以内であることが好ましい。代替の実施形態において、例えば、単一の電極は、近位端ピースにおいて単一の電極支持チャネルを通って延びることができ、さらに、その電極はチャンバ６２０内で複数の電極に分かれることができるか、または、チャンバ６２０における複数の電極に接続されることができる。
本発明は、大規模拡散型低温プラズマ・デバイスを電気外科手術システムと一体化させるシステムである。大規模拡散型低温プラズマ・デバイスまたはアプリケータは、組織の広い領域（例えば、患者の器官全体）を同時に治療することを可能にする。それは、生物組織にとって熱的に無害であり、火傷を引き起ことはない。発明されたシステムによって作り出される低温プラズマは、癌細胞に対しては致死的であるが、正常細胞には影響を及ぼさない。
本発明のアタッチメント、アプリケータ、またはノズルは、様々な異なる配置で使用されることができる。図９に示されるように、本発明のデバイス９７０は、電気外科手術ユニット９１２および低温プラズマ変換器９１４を有するＣＡＰ発生器９１０、および、ガス源９２０を有する、低温大気プラズマ（ＣＡＰ）システムにおいて使用されることができる。アプリケータは、電極３００に接続する送電ライン９４０、および、その中の入口９１０に接続するガス・ライン９５０を有する、調整可能アーム９３０の端において取り付けられる。送電ラインは、１つの端で電気外科手術発生器に接続し、他の端でアプリケータの電極３００に接続する。ガス・ライン９５０は、ガス源に接続する（ガス・コントローラを通して）。アーム９３０は、望ましい位置にアプリケータを操縦するために、アプリケータ９７０の近くにハンドルまたはマニピュレータ機構９６０を有し得る。
図９の実施形態において、発生器および低温プラズマ変換器は、米国特許出願第１５／９９１，６０９号において開示された任意のそれらなどのシステムであり得るか、または、ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０２６８９４において開示されているような、一体型ガス・アシスト式電気外科手術ユニットであり得る。これらの先行出願の両方は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
他の実施形態において、アプリケータは、図１０に示されるように配置されることができる。特に、アプリカント１０１０は、送電ライン１０３０およびガス・ライン１０４０へのコネクタ１０２０を通して、電気エネルギ源およびガス源に接続される。コネクタ１０２０は、単純なコネクタ、ハンドピース、または、腹腔鏡または内視鏡などで使用するための微小侵襲性実施形態では、チューブであり得る。
本発明のアプリケータで使用される低温大気プラズマ（ＣＡＰ）・システムは、低温大気プラズマを生成するための様々な実施形態で使用されることができる。例えば、ＣＡＰシステムは、以下の任意の形式をとることができる。
低温プラズマを作り出すためのシステムの第１の実施形態は、図１１Ａに示される。システムは、高周波（ＨＦ：Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電気外科手術発生器またはＥＳＵ１１１０ａ、低周波（ＬＦ）変換器１１４０ａ、ガス・ユニット１１２０、ガス供給１１３０、および低温大気プラズマ（ＣＡＰ）・プローブ１１５０を有する。ＣＡＰプローブ１１５０は、ＬＦ電力変換器１１４０ａの出力およびガス・ユニット１１２０に接続される。ガス供給１１３０は、ヘリウムなどの不活性ガス源である。ガス・ユニット１１２０は、ＣＡＰプローブ１１５０への不活性ガスの流れを制御する。ＨＦ電気外科手術発生器１１１０ａは、電気焼灼術、アルゴン・プラズマ凝固法およびその他などの電気外科手術処置を行うために、高周波（ＨＦ）エネルギを供給する。例えば、ＨＦエネルギは、４００ｋＨｚの周波数を有し得、これは発生器が４００ｋＨｚを中心とした周波数の範囲でエネルギを出力することを意味する。例えば、発生器が１００Ｗの電力に設定されている場合、４００ｋＨｚの中心周波数における１００Ｗ電力が、信号で優位を占めることになる。それらの周辺周波数が中心周波数から離れるほど、その中心周波数の周辺での周波数における電力レベルは低くなるだろう。従来の電気外科手術発生器はこのように働くが、当業者であれば知っているだろう。従来の電気外科手術発生器において、優勢な中心周波数は通常、３００ｋＨｚ〜６００ｋＨｚの範囲である。この優勢な中心周波数は、「定格周波数」と呼ばれることもあり得る。
システムの様々な異なる構成が可能である。図１１Ａにおいて、システムは、別個のユニットとしての、ＥＳＵ１１１０ａ、ＬＦ変換器１１４０ａ、およびガス・ユニット１１２０で設置される。このような配置では、本発明による変換器ユニット有するシステムにおいて、従来の外科手術発生器および従来のガス・ユニットを使用して、低温大気プラズマを生成することができる。図１Ａにおいて、ＣＡＰプローブは、ガス・ユニットに接続するためのガス・コネクタ、および変換器ユニットに接続するための電気コネクタを有する。
本発明によるＣＡＰを行うためのシステムの別の実施形態は、図１１Ｂに示される。この実施形態において、電気外科手術発生器１１００ｂは、高周波エネルギを生成するためのＨＦモジュール１１１０ｂ、および、ＣＡＰで使用するためにＨＦ電力をＬＦ電力に変換するための、ＨＦモジュール１１１０ｂに接続されたＬＦ電力モジュール１１４０ｂを有する。このような実施形態において、電気外科手術発生器は、２つの電気出力ポートを有し得、その１つはＣＡＰ用、別の１つはＨＦ電気外科手術用である。ＣＡＰプローブは、ＬＦポートに接続するための電気コネクタ、および、ガス・ユニットに接続するためのガス・コネクタを有するであろう。
図１１Ｃに示されるさらに別の実施形態において、一体ガス増強型電気外科手術ユニット１１００ｃは、ＨＦ電力モジュール１１１０ｃ、ＬＦ電力モジュール１１４０ｃ、およびガス・モジュール１２２０ｃを有する。一体型電気外科手術ユニット１１００ｃは、複数のコネクタ・ポート、例えば、アルゴン・プラズマ・プローブを、ガス・モジュール１１２０ｃからのガス供給およびＨＦ電力モジュール１１１０ｃからの電力と接続するためのポート１１０２、ならびに、ＣＡＰプローブを、ガス・ユニット１１２０ｃからのガス供給およびＬＦモジュール１１４０ｃからのＬＦ電力供給と接続するためのポート１１０４を有する。
ＬＦ変換器１１４０ａ、１１４０ｂ、１１４０ｃは、図１１Ｄに示されるような、ＥＳＵ１１１０ａ、１１１０ｂ、１１１０ｃからの出力に接続された高電圧変圧器１１４２を利用する。変圧器は、同調変圧器であり、ＥＳＵから出力された中心周波数よりも低周波数に同調される。言い換えれば、変圧器は、ＥＳＵの出力周波数より低い共振周波数で、共振変圧器として動作する。例えば、ＥＳＵが、５００ｋＨｚを中心としてエネルギを出力する場合、変圧器は３００ｋＨｚより低い共振周波数を有し得る。
好ましい実施形態において、変圧器は、Ｎ１＝６０〜７０巻きを有する一次コイル１１４５、およびおよそＮ２＝３００巻きを有する二次コイル１１４７を利用する。コイルは、フェライト磁心に巻かれる。変圧器に利用される特定の巻き数は、単に説明目的で与えられ、非常に広範囲で変えることができる。数Ｎ２は、電圧のステップ・アップ変換を生成するために、Ｎ１より大きくすべきである。
ＬＦ変換器は、電圧をアップコンバートする。好ましい実施形態において、約４ｋＶの電圧が生成される。ＬＦ変換器の他の実施形態は、電圧をアップコンバートするのに使用されることができる。ＬＦ変換器の出力電圧は、１．５〜５０ｋＶの範囲であるべきである。
ＬＦ変換器は、共振変圧器が主としてそれ自体の共振周波数を増幅し、したがって、その共振周波数が出力に優位を占めるので、周波数をダウンコンバートする。ＣＡＰに対して出力された周波数は、約３００ｋＨｚより低くあるべきであり、３０ｋＨｚ以下など３００ｋＨｚより非常に低くあることができる。
ＬＦ変換器は、電力が変圧器の共振周波数で低いため、また、負荷不整合のために、電力をさらにダウンコンバートする。好ましい実施形態において、二次コイルは、ＥＳＵが１２０Ｗの電力にセットされている時でさえ、１０Ｗ未満の電力を出力することができる。ＬＦ変換器出力電力は、２０〜３０Ｗを超えるべきではない。これらのタイプの変換ユニットで、リターン電極または対極板は、低電力および低周波数のため、必要とされない。
ガス増強型電気外科手術発生器内の複数のガス制御モジュール１２２０、１２３０、１２４０を制御するためのガス圧力制御システム１２００は、図１２を参照して記述される。複数のガス供給１２２２、１２３２、１２４２は、ガス圧力制御システム１２００に接続され、より具体的には、ガス圧力制御システム１２００内のそれぞれのガス制御モジュール１２２０、１２３０、１２４０に接続される。ガス圧力制御システム１２００は、システムの様々な構成要素に電力を供給するための、電力供給１２０２を有する。ＣＰＵ１２１０は、ディスプレイ上のグラフィカル・ユーザ・インタフェースを通してシステムに入った設定または命令に従って、ガス圧力制御モジュール１２２０、１２３０、１２４０を制御する。システムは、ＣＯ２、アルゴン、およびヘリウム用のガス制御モジュールを備えて示されるが、システムはそれらの特定のガスに限定されない。図１２に示される実施形態において、ＣＯ２は、腹部（または、患者の他の部位）に吹き込むのに使用されるガスとして示される。ガス圧力制御システム１２００は、ガス制御モジュール１２２０に接続された３方向比例弁を有する。図１２は、ＣＯ２制御モジュール１２２０にのみに接続された３方向比例弁を示しているが、３方向比例弁は異なるガス制御モジュール１２３０または１２４０に接続されることができる。ガス圧力制御システム１２００は、様々なタイプの電気外科手術処置用に高周波電気エネルギを供給するために、ＨＦ電力モジュール１２５０をさらに有する。ＨＦ電力モジュールは、電気外科手術発生器におけるＨＦ電力を提供するものとして知られているような、従来の電子機器を含む。例示的なシステムは、以下に限定されないが、米国特許第４，０４０，４２６号および米国特許第４，７８１，１７５号に開示されたシステムを含む。システムは、低温大気プラズマのために使用され得、かつ米国特許出願第２０１５／０３４２６６３号に開示されたような、ＨＦ電力を低周波数に変換するための変換器ユニットをさらに有することができる。
ガス制御モジュール１２３０、１２４０の出口ポートはそれぞれ、コネクタへの配管または他のチャネルに接続される。別のコネクタ２１５２、２１７２は、配管１２９２に達しかつ接続する、配管２１５０に接続する。配管１２９２は、圧力制御弁または栓１２８０に接続され、外套針１２９０に中に延びる。圧力制御弁１２８０は、患者の体内の圧力を制御するのに使用される。ガス圧力制御システムは、配管１２９２における圧力を検知するために配管１２９２に接続された圧力センサ１２８２、および、圧力制御弁１２８０における圧力を検知するための圧力センサ１２８４をさらに有する。配管２９２は実際には、発生器から供給されたガスが、１つのチューブを通して外套針および患者に移動し、ガスが第２のチューブを通して患者から放出されるようなチューブ内チューブである。
図１２に示されるように、制御モジュール１２４０が接続されているコネクタは、接続されたコネクタ２１７２を有するガス増強型電気外科手術器具２１７０を有する。図１２において、ガス制御モジュール１２４０は、ヘリウム・ガスの流れを制御するので、器具２１７０は、例えば、本明細書に開示されるような、低温大気プラズマ・アタッチメントである。
システムは、患者の腹腔内圧の制御を提供する。圧力制御弁１２８０は、その中にチャンバを有する。そのチャンバにおける圧力は、圧力センサ１２８４によって計測される。ＣＯ２は、３方向比例弁１２６０を介してガス制御モジュール１２２０から、圧力制御弁２８０内のチャンバに供給される。圧力制御弁１２８０内のそのチャンバにおける圧力も、３方向比例弁１２６０を介して解放され得る。この方法で、システムは、圧力センサ１２８４および３方向比例弁を使用して、圧力制御弁１２８０内のチャンバにおいて望ましい圧力（ユーザ・インタフェースを通じて設定する）を達成することができる。圧力センサ１２８２は、配管１２９４において圧力（したがって、腹腔内圧）を検知する。圧力制御弁１２８０は次に、その排気を通して圧力を解放し、センサ１２８２によって読まれる腹腔内圧を、圧力センサ１２８４によって読まれる、圧力制御弁内のチャンバにおける圧力と同期させる。センサ１２８２、１２８４からの読取り数は、ＣＰＵ１２１０に提供されることができ、それは、今度は、安定した望ましい腹腔内圧を達成するため、行われる処置に従って、ＣＯ２の流れ、ならびに、アルゴンおよびヘリウムの一方の流れを制御することができる。
本発明の好ましい実施形態の上記記述は、例示および説明の目的で提示した。本発明を正にその開示した形態に包括する、または限定することは意図しておらず、修正形態および変形形態が上記の教示に照らして考えられ得、または本発明の実践から得られ得る。本発明およびその実際の適用の原理を表して、当業者が、考えられる特定用途に適している様々な実施形態において本発明を活用することを可能とするように、実施形態が選ばれ、説明された。本発明の範囲が、添付の特許請求の範囲、およびそれらの均等物によって規定されることを意図している。上述の文献のそれぞれの全体は、参照により本明細書に組み込まれている。
Claims (10)
- 低温大気プラズマ処置を行うための装置であって、
ハウジングと、
前記ハウジング内のチャンバと、
前記チャンバへの入口ポートと、
前記チャンバからの複数の出口ポートと、
前記ハウジング内に取り付けられた複数の電極と、
を備え、
前記複数の電極のそれぞれは、前記複数の出口ポートのうちの１つと位置が揃う遠位端を有し、
前記入口ポート、前記チャンバ、前記出口ポート、および前記複数の電極が、前記入口ポートから前記チャンバを通って前記出口ポートへ流れる不活性ガスを提供し、前記複数の電極に印加される電気エネルギによってプラズマ化して前記出口ポートから流れ出る低温プラズマを形成するように構成されている、装置。 - 前記複数の出口ポートのそれぞれが、前記チャンバへの近位端開口と、前記チャネルを通って流れるガスを前記ハウジングから出すように構成された遠位端開口とを有する出口チャネルを備え、前記複数の電極のうちの１つの遠位端が各出口チャネルの中に延びる、請求項１に記載の低温大気プラズマ処置を行うための装置。
- 各出口チャネル内に、前記チャネル内に電極の一部を支持するための支持部材をさらに備える、請求項１に記載の低温大気プラズマ処置を行うための装置。
- 前記複数の電極のそれぞれを、電気外科手術エネルギ源に接続するための電気コネクタと、
前記チャンバへの前記入口ポートを不活性ガス源に接続するためのガス・コネクタと、
をさらに備える、請求項１、２、または３に記載の低温大気プラズマ処置を行うための装置。 - ガス・アシスト式電気外科手術発生器をさらに備え、前記電気コネクタおよび前記ガス・コネクタが前記ガス・アシスト式電気外科手術発生器に接続されている、請求項４に記載の低温大気プラズマ処置を行うための装置。
- 拡散型アプリケータ組立体を備える低温大気プラズマ装置であって、
前記拡散型アプリケータ組立体が、生体適合性プラスチック・ハウジングと、複数の電極とを備え、
前記生体適合性プラスチック・ハウジングが、側壁、遠位端面、前記遠位端面を通って延びる複数の出口チャネル、および、各出口チャネル内の電極支持部材を備える遠位端ピースと、前記遠位端ピースに接続された近位端ピースと、を備え、
前記遠位端ピースが、前記近位端ピースを通って延びる入口チャネル、および、前記近位端ピースを通って延びる複数の電極チャネルを備え、
前記遠位端ピースと前記近位端ピースとが、前記生体適合性ハウジング内にチャンバを形成し、
前記複数の電極の各電極が、前記複数の電極チャネルのうちの１つを通って前記チャンバの中に延び、各電極がさらに、前記チャンバを通って前記複数の出口チャネルのうちの１つの中に延び、それぞれの前記電極が、前記電極チャネルのうちの１つ、および前記出口チャネルのうちの１つにある電極支持部材によって支持されている、装置。 - 前記入口ポートを不活性ガス源に接続し、かつ前記複数の電極を電気外科手術エネルギ源に接続するためのコネクタをさらに備える、請求項６に記載の低温大気プラズマ装置。
- 前記生体適合性ハウジングに接続されたハンドピースをさらに備える、請求項６に記載の低温大気プラズマ装置。
- 前記生体適合性ハウジングに接続されたアームアクチュエータをさらに備える、請求項６に記載の低温大気プラズマ装置。
- ガス・アシスト式電気外科手術発生器をさらに備え、前記複数の電極および前記入口チャネルが前記ガス・アシスト式電気外科手術発生器に接続されている、請求項６に記載の低温大気プラズマ装置。
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