JP2023545337A - 寒冷大気圧プラズマを用いた呼吸器感染および肺がんの処置のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

呼吸器感染症または肺がんの寒冷大気圧プラズマ処置を実施するためのシステムであって、キャリア・ガスの供給源、キャリア・ガスの供給源に接続された寒冷大気圧プラズマ発生器、圧縮空気の供給源、圧縮空気の供給源に接続された加湿器、酸素の供給源、加湿器および酸素の供給源の出力に接続された入力を有する人工呼吸器、誘電体から形成された内部チャンバを有するミキサー、内部チャンバの内部のアクティブ電極、およびグラウンドに接続された外側電極を有し、ミキサーは、寒冷大気圧プラズマ発生器のガス出力および人工呼吸器の出力に接続された流体入力ポート、および、組み合わされた加湿済み空気および寒冷大気圧プラズマを患者の呼吸器系に送達するためにミキサーの出力に接続された送達部材を有する、呼吸器感染症または肺がんの寒冷大気圧プラズマ処置を実施するためのシステム。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年４月１０日に出願された米国仮特許出願第６３／００８，５１０号、２０２０年４月１５日に出願された米国仮特許出願第６３／０１０，５６５号、２０２０年４月２３日に出願された米国仮特許出願第６３／０１４，６５７号、および２０２０年６月２日に出願された米国仮特許出願第６３／０３３，５６１号の出願日の利益を主張する。

上記仮特許出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
なし

本発明は、呼吸器感染、肺がん、肺炎、または呼吸器系の他のがんを処置するために寒冷大気圧プラズマを使用するためのシステムおよび方法に関する。

プラズマ医療は、低温または寒冷大気圧プラズマの応用における熱心な研究努力の後に新しい科学分野として認定された。Ｋｅｉｄａｒ Ｍ、Ｂｅｉｌｉｓ ＩＩ、“Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ： ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａｅｒｏｓｐａｃｅ，ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｂｉｏｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，”Ｏｘｆｏｒｄ：Ｅｌｓｅｖｉｅｒ；２０１３。寒冷大気圧プラズマ（「ＣＡＰ：ｃｏｌｄ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｌａｓｍａｓ」）が、活性酸素種（ＲＯＳ：ｒｅａｃｔｉｖｅ ｏｘｙｇｅｎ ｓｐｅｃｉｅｓ）および活性窒素種（ＲＮＳ：ｒｅａｃｔｉｖｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓｐｅｃｉｅｓ）を含む種々の化学活性種を生成することが知られている。Ｃｈａｕｖｉｎ，Ｊ．，Ｊｕｄｅｅ，Ｆ．，Ｙｏｕｓｆｉ，Ｍ．等“Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｏｘｙｇｅｎ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓｐｅｃｉｅｓ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｒｅｅ ｌｉｑｕｉｄ ｍｅｄｉａ ｂｙ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｈｅｌｉｕｍ ｐｌａｓｍａ ｊｅｔ，”Ｓｃｉ Ｒｅｐ ７，４５６２（２０１７）。ＣＡＰは、過渡的電界、ＵＶ、および帯電種と組み合わせた、ＲＯＳおよびＲＮＳを含むカクテルである。

ＣＡＰは、創傷治癒、皮膚疾患、病院衛生、殺菌、抗真菌処置、歯のケア、および美容標的細胞／組織除去において有効であることが既にわかっている。ＣＡＰの最も最近の応用のうちの１つは、がん治療においてである。Ｍ．Ｋｅｉｄａｒ等“Ｃｏｌｄ ｐｌａｓｍａ ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａ ｐａｒａｄｉｇｍ ｓｈｉｆｔ ｉｎ ｃａｎｃｅｒ ｔｈｅｒａｐｙ，”Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃａｎｃｅｒ（２０１１）１０５（９），１２９５－１３０１。室温に近い温度のイオン化ガスとして、寒冷大気圧プラズマ（ＣＡＰ）は、がん細胞の選択的死をインビトロで引き起こすことによってがん処置におけるその有望な能力を立証した。Ｙａｎ Ｄ，Ｓｈｅｒｍａｎ Ｊ Ｈ およびＫｅｉｄａｒ Ｍ，“Ｃｏｌｄ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｌａｓｍａ，ａ ｎｏｖｅｌ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ａｎｔｉ－ｃａｎｃｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｏｄａｌｉｔｙ，”Ｏｎｃｏｔａｒｇｅｔ．８ １５９７７－１５９９５（２０１７）；Ｋｅｉｄａｒ Ｍ，“Ｐｌａｓｍａ ｆｏｒ ｃａｎｃｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，”Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅｓ Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．２４ ３３００１（２０１５）；Ｈｉｒｓｔ Ａ Ｍ，Ｆｒａｍｅ Ｆ Ｍ，Ａｒｙａ Ｍ，Ｍａｉｔｌａｎｄ Ｎ Ｊ およびＯ‘Ｃｏｎｎｅｌｌ Ｄ，“Ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｌａｓｍａｓ ａｓ ｅｍｅｒｇｉｎｇ ｃａｎｃｅｒ ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃｓ：ｔｈｅ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｐｌａｙ ａｎｄ ｔｈｏｕｇｈｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ，”Ｔｕｍｏｒ Ｂｉｏｌ．３７ ７０２１－７０３１（２０１６）を参照されたい。マウス内の幾つかの皮下異種移植腫瘍およびメラノーマに対するＣＡＰ処置は、その潜在的な臨床応用も立証した。Ｋｅｉｄａｒ Ｍ，Ｗａｌｋ Ｒ，Ｓｈａｓｈｕｒｉｎ Ａ，Ｓｒｉｎｉｖａｓａｎ Ｐ，Ｓａｎｄｌｅｒ Ａ，Ｄａｓｇｕｐｔａ Ｓ，Ｒａｖｉ Ｒ， Ｇｕｅｒｒｅｒｏ－Ｐｒｅｓｔｏｎ Ｒ およびＴｒｉｎｋ Ｂ，“Ｃｏｌｄ ｐｌａｓｍａ ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａ ｐａｒａｄｉｇｍ ｓｈｉｆｔ ｉｎ ｃａｎｃｅｒ ｔｈｅｒａｐｙ，”Ｂｒ．Ｊ．Ｃａｎｃｅｒ．１０５ １２９５－３０１（２０１１）；Ｃｈｅｒｎｅｔｓ Ｎ，Ｋｕｒｐａｄ Ｄ Ｓ，Ａｌｅｘｅｅｖ Ｖ，Ｒｏｄｒｉｇｕｅｓ Ｄ Ｂ およびＦｒｅｅｍａｎ Ｔ Ａ，“Ｒｅａｃｔｉｏｎ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ ｐｕｌｓｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂａｒｒｉｅｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｉｓ ｒｅｓｐｏｎｓｈｉｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｕｍｏｒ ｅｒａｄｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｂ１６ ｍｅｌａｎｏｍａ ｍｏｕｓｅ ｍｏｄｅｌ，”Ｐｌａｓｍａ Ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｐｏｌｙｍ．１２ １４００－１４０９ （２０１５）を参照されたい。

さらに、種々の実験が、ウイルスに対するＣＡＰの効果に関連して実施された。Ｊ．Ｚｉｍｍｅｒｍａｎ等“Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｏｌｄ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｌａｓｍａｓ ｏｎ ａｄｅｎｏｖｉｒｕｓｅｓ ｉｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ，”Ｊ．Ｐｈｙｓ．，Ｄ：４４（２０１１）５０５２０１において、空気中で働く表面マイクロ放電技術を使用して溶液内でのアデノウイルス、ノンエンベロープ２重鎖ＤＮＡウイルスの成功裏の不活化を著者等は報告した。Ｘ．Ｓｕ等“Ｉｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎ Ｅｆｆｉｃａｃｙ ｏｆ Ｎｏｎｔｈｅｒｍａｌ Ｐｌａｓｍａ－ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ａｇａｉｎｓｔ Ｎｅｗｃａｓｔｌｅ Ｄｉｓｅａｓｅ Ｖｉｒｕｓ，”Ａｐｐｌｉｅｄ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，Ｍａｙ ２０１８，ｖｏｌ．８４，ｉｓｓｕｅ ９において、非熱プラズマ活性溶液によるニューカッスル病ウイルスの不活化有効性の調査について著者等は報告した。Ｔ．Ｘｉｅ等“Ｉｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ ａｉｒｂｏｒｎｅ ｖｉｒｕｓｅｓ ｕｓｉｎｇ ａ ｐａｃｋｅｄ ｂｅｄ ｎｏｎ－ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｓｍａ ｒｅａｃｔｏｒ，”Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５２（２０１９）において、エアロゾル内のバクテリオファージＭＳ２を不活化するための、充填層誘電体バリア放電（ＤＢＤ：ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂａｒｒｉｅｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）ＮＴＰ反応器の有効性の研究について著者等は報告した。「Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｍｍｕｎｅ－ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｎｇ Ａｅｒｏｓｏｌｓ ｂｙ Ｎｏｎ－ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｌａｓｍａ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ Ａｉｒｂｏｒｎｅ Ｐａｔｈｏｇｅｎｓ」という名称の米国公開特許公報第２０２０／００１６２８６号も参照されたい。

寒冷大気圧プラズマ（ＣＡＰ）処置を実施するための幾つかの異なるシステムおよび方法が開示された。例えば、米国特許第１０，２１３，６１４号は、がん細胞のＣＡＰ処置のための２電極システムを開示している。

別の例の寒冷大気圧プラズマ・システムは、米国特許第９，９９９，４６２号に開示されている。開示されたシステムは、２つのユニット、すなわち、変換ユニット（ＣＵ：Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｕｎｉｔ）および寒冷プラズマ・プローブ（ＣＰＰ：Ｃｏｌｄ Ｐｌａｓｍａ Ｐｒｏｂｅ）を有する。変換ユニットは、高周波電気外科発生器（ＥＳＵ：ｅｌｅｃｔｒｏｓｕｒｇｉｃａｌ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）出力に接続され、ＥＳＵ信号を、寒冷大気圧プラズマ手技を実施するのに適切な信号に変換する。寒冷プラズマ・プローブは、変換ユニット出力に接続される。寒冷プラズマ・プローブの端部において、寒冷プラズマは、生成され、生体組織に対して熱的に無害である、すなわち、プラズマは組織に対して熱傷を引き起こす可能性がない。しかしながら、この寒冷プラズマは、正常細胞が影響を受けないままにしながら、がん細胞にとって死をもたらす。開示された寒冷プラズマ変換ユニットは、電気外科ユニットから、電圧をアップコンバートする（１．５～５０ｋＶ）、周波数をダウンコンバートする（＜３００ｋＨｚ）、そして、高電圧出力の電力をダウンコンバートする（＜３０Ｗ）ために高電圧変圧器を利用する点でユニークである（米国特許第９，９９９，４６２号）。

これらのＣＡＰシステムは媒体を刺激するために使用することができ、その媒体を、その後、がん処置のために使用することができることをさらなる研究（ｒｅｓｅａｒｃｈ）が示した。例えば、米国特許第１０，４７９，９７９号は、がん処置において使用するためのＣＡＰ被刺激媒体を調製するための方法を開示している。ＣＡＰ被刺激媒体を調製するための別の方法は米国公開特許公報第２０１９／０２７９８４９号に開示されている。

さらに、ガス流およびグラフィカル・ユーザ・インターフェースを有する統合化ガス支援電気外科発生器を制御するための種々のシステムおよび方法は、「Ｅｌｅｃｔｒｏｓｕｒｇｉｃａｌ Ｇａｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ」という名称のＷＯ２０１８／１９１２６５および「Ｇａｓ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｕｒｇｉｃａｌ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ」という名称のＷＯ２０１９１９９２８１に開示されている。

種々の医療人工呼吸器システムが開示された。医療人工呼吸器は、通常、加圧済み酸素の供給源を有し、加圧済み酸素の供給源は、導管を通して患者に流体接続される。例えば、米国特許第１０，３５０，３７４号は、呼吸回路に結合された人工呼吸器を有する医療システムを開示している。一部の人工呼吸器システムは、患者データをモニターするための手段を付加する。例えば、米国特許第８，５５４，２９８号は、医療人工呼吸器によって換気されている患者の換気を管理するための、そして特に、オキシメータ・データを医療人工呼吸器と統合するためのシステムおよび方法を開示している。別の例は、米国公開特許公報第２０１５００３４０８２号であり、人工呼吸器－体外式膜型ガス交換（ＥＣＧＥ：ｅｘｔｒａｃｏｒｐｏｒｅａｌ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｇａｓ－ｅｘｃｈａｎｇｅ）システムを開示している。さらに別の例は、米国公開特許公報第２０１７０１６４８７３号であり、ガス認識を使用することによる肺炎および肺炎細菌病分析機能を有する医療人工呼吸器を開示している。

さらに他のシステムは、人工呼吸器を用いて医療ガスを供給するための手段を含む。米国公開特許公報第２０１３／００９２１５９号は、人工呼吸器の助けを借りて、人工呼吸を受ける患者に少なくとも１つの医療ガスを供給するための方法およびデバイスを開示している。人工呼吸器の呼吸ガス流およびその流れに付加される医療ガスによって提供されるガス混合気は、ＹピースまたはＹコネクタ等の接続ピースに供給され、接続ピースから、患者フィード・ラインが、機械的に換気される患者につながり、接続ピースから、さらなるラインが分岐する。このさらなるラインによって、少なくとも、患者が吐き出したガスおよび人工呼吸器によって第１のラインに導入された呼吸ガスの割合および患者が吸入しなかった第１のラインに給送された医療ガスは、第２のラインを介して放出される。例えば、米国公開特許公報第２０１５００５９７４３号は、酸素および酸素以外の医療ガスの混合ガスを患者に供給するための人工呼吸器を開示している。

好ましい実施形態において、本発明は、呼吸器感染症または呼吸器系のがんを処置するために、特に、ＣＯＶＩＤ－１９を有する患者を処置するために、寒冷大気圧プラズマを使用するためのシステムおよび方法である。

好ましい実施形態において、本発明は、呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステムである。本明細書で使用される「呼吸器感染症のプラズマ処置（ｐｌａｓｍａ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｉｎｆｅｃｔｉｏｎｓ）」は、患者の呼吸器系に送達される活性種を発生するプラズマの使用を指す。システムは、キャリア・ガスの供給源と、キャリア・ガスの供給源に接続された加湿器と、フィード・ガスの供給源と、フィード・ガスの供給源に接続された加湿器と、キャリア・ガスをプラズマになるようプラズマ化するように構成されるプラズマ発生器と、ミキサーと、ミキサー内で発生した活性種を患者に送達するためにミキサーの出力に接続された流体送達部材とを有する。ミキサーは、誘電体から形成された内部チャンバ、内部チャンバの内部にあり、プラズマ発生器の電気出力に接続されたアクティブ電極、およびグラウンドに接続された外側電極を有し、ミキサーは、キャリア・ガスの供給源に接続された第１の流体入力ポートおよびフィード・ガスの供給源に接続された第２の流体入力を有する。ミキサーの構造は、プラズマを発生するための誘電体バリア放電システムを形成する。キャリア・ガスは、ヘリウム、アルゴン、窒素、および酸素のうちの少なくとも１つを含むことができる。送達部材は、例えば、気管内チューブ、鼻カニューレ、または顔マスクとすることができる。フィード・ガスの供給源は、人工呼吸器および持続気道陽圧デバイスの一方を備え、空気および酸素の混合気を含むことができる。

プラズマ発生器は、好ましくは、１０ｋＨｚ～２００ｋＨｚの範囲内の周波数および３ｋＶ～６ｋＶの範囲内の出力ピーク電圧で動作する。好ましい実施形態において、プラズマ発生器は、４０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、および２００ｋＨｚのうちの１つの周波数の５ｋＨｚ以内の周波数を有する電気エネルギーを発生する。別の好ましい実施形態において、プラズマ発生器は、１２２ｋＨｚの周波数を有する電気エネルギーを発生する。プラズマ発生器は、高周波電気外科発生器および低周波変換器の組み合わせ体とすることができる。プラズマ発生器は、電力モジュールと、電力モジュールを制御するためのＣＰＵと、ＣＰＵに接続されたメモリと、ＣＰＵに接続された電源とを有することができる。なおさらに、プラズマ発生器は、タッチスクリーン・ディスプレイと、タッチスクリーン・ディスプレイに接続されたコントローラと、タッチスクリーン・ディスプレイ上にデータを表示し、タッチスクリーン・ディスプレイを通してユーザからの入力を受信するように構成されるグラフィカル・ユーザ・インターフェースとを有することができる。プラズマ発生器は、ガス・モジュールを有することができる。キャリア・ガスの供給源はガス・モジュールに接続することができ、ガス・モジュールは、ミキサーへのキャリア・ガスの流れを制御する。第１の加湿器は、ガス・モジュールとミキサーとの間に接続することができる、または、ガス・モジュールとキャリア・ガスの供給源との間に接続することができる。

好ましい実施形態において、第１の加湿器は、キャリア・ガスの供給源から流れるキャリア・ガスを少なくとも湿度７０％まで加湿するように構成され、第２の加湿器は、フィード・ガスの供給源から流れるフィード・ガスを少なくとも湿度５０％まで加湿するように構成される。例えば、第１の加湿器は、キャリア・ガスの供給源から流れるキャリア・ガスを湿度１００％まで加湿するように構成され、第２の加湿器は、フィード・ガスの供給源から流れるフィード・ガスを少なくとも湿度５０％まで加湿するように構成される。

別の実施形態において、本発明は、呼吸器系のプラズマ処置を実施するためのシステムである。システムは、キャリア・ガスをプラズマになるようプラズマ化するために電気エネルギーを発生するように構成される電気エネルギー発生器と、誘電体バリア放電（「ＤＢＤ：ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂａｒｒｉｅｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ」）ミキサーとを有する。ＤＢＤミキサーは、誘電体から形成された内部チャンバであって、加湿済みキャリア・ガスの供給源に流体接続するように構成される第１の入力、加湿済みフィード・ガスの供給源に接続するように構成される第２の入力、および送達部材に接続するように構成される出力を有する、内部チャンバ、内部チャンバの内部にあり、電気エネルギー発生器の電気出力に接続されたアクティブ電極、および、グラウンドに接続された外側電極を有する。加湿済みフィード・ガスおよび加湿済みキャリア・ガスが共に、内部チャンバに流入している間に、電気エネルギー発生器から内部電極に電気エネルギーが供給されるとき、プラズマが内部チャンバ内で発生する。システムはさらに、誘電体バリア放電アセンブリ内のチャンバの第１の入力に流体接続された第１の加湿器と、誘電体バリア放電アセンブリ内のチャンバの第２の入力に流体接続された第２の加湿器とを有することができる。なおさらに、システムは、第１の加湿器の入力に流体接続された非加湿ヘリウムの供給源と、第２の加湿器の入力に流体接続された非加湿空気の供給源とを有することができる。

本発明のさらに他の態様、特徴、および利点は、単に好ましい実施形態および実装態様を示すことによって、以下の詳細な説明から容易に明らかである。本発明は、他のおよび異なる実施形態も可能であり、その幾つかの詳細は、全て、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、種々の明白な点で変更することができる。したがって、図面および説明は、事実上例証的であると見なされ、制限的であると見なされない。本発明のさらなる目的および利点は、一部は、以下に続く説明において述べられることになり、一部は、説明から明らかであることになる、または本発明の実施によって学習することができる。

本発明および本発明の利点のより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対して参照が行われる。

好ましい実施形態による、呼吸器感染症の処置のためにＣＡＰジョイント・ミキサーを有する寒冷大気圧プラズマ・システムのブロック・ダイヤグラムであり、キャリア・ガスおよびフィード・ガスは共に加湿されている。

図１Ａの誘電体バリア放電アセンブリおよび接続ホースについてのシステム・レイアウトの図である。

図１Ａの誘電体バリア放電アセンブリおよび接続ホースについてのシステム・レイアウトのクローズアップ図である。

図１Ａの誘電体バリア放電アセンブリおよび接続ホースについてのシステム・レイアウトの分解図である。

図１Ａの誘電体バリア放電アセンブリおよび接続ホースについてのシステム・レイアウトのクローズアップ分解図である。

図１Ａの誘電体バリア放電アセンブリおよび接続ホースについてのシステム・レイアウトのクローズアップ断面図である。

本発明の好ましい実施形態による、ＣＡＰジョイント・ミキサーまたは誘電体バリア放電（ＤＢＤ）アセンブリの好ましい実施形態の等角図である。

本発明の好ましい実施形態による、ＣＡＰジョイント・ミキサーまたは誘電体バリア放電（ＤＢＤ）アセンブリの好ましい実施形態の分解図である。

本発明の好ましい実施形態による、ＣＡＰジョイント・ミキサーまたは誘電体バリア放電（ＤＢＤ）アセンブリの好ましい実施形態の部分断面図である。

本発明の好ましい実施形態による、ＣＡＰジョイント・ミキサーまたは誘電体バリア放電（ＤＢＤ）アセンブリの好ましい実施形態の正面図である。

本発明の好ましい実施形態による、ＣＡＰジョイント・ミキサーまたは誘電体バリア放電（ＤＢＤ）アセンブリの好ましい実施形態の背面図である。

本発明の好ましい実施形態による、ＣＡＰジョイント・ミキサーまたは誘電体バリア放電（ＤＢＤ）アセンブリの好ましい実施形態の上面図である。

本発明の好ましい実施形態による、ＣＡＰジョイント・ミキサーまたは誘電体バリア放電（ＤＢＤ）アセンブリの好ましい実施形態の底面図である。

本発明の好ましい実施形態による、ＣＡＰジョイント・ミキサーまたは誘電体バリア放電（ＤＢＤ）アセンブリの好ましい実施形態の左側面図である。

本発明の好ましい実施形態による、ＣＡＰジョイント・ミキサーまたは誘電体バリア放電（ＤＢＤ）アセンブリの好ましい実施形態の右側面図である。

本発明の好ましい実施形態による寒冷大気圧プラズマ発生器のブロック・ダイヤグラムである。

本発明の代替の好ましい実施形態のプラズマ発生器のブロック・ダイヤグラムである。

本発明の別の代替の好ましい実施形態のプラズマ発生器のブロック・ダイヤグラムである。

本発明の別の代替の好ましい実施形態の複数のガス・モジュールを有する統合化ガス強化電気外科発生器のブロック・ダイヤグラムである。

本発明の好ましい実施形態の統合化ガス強化電気外科発生器の斜視図である。

本発明の好ましい実施形態による、呼吸器感染症を処置するための方法を示すフロー・ダイヤグラムであり、キャリア・ガスおよびフィード・ガスは共に加湿されている。

本発明の好ましい実施形態による、呼吸器感染症を処置するための方法を示すフロー・ダイヤグラムであり、キャリア・ガスおよびフィード・ガスは共に加湿されており、ＣＡＰ発生器は単一処置中に複数の設定を通して掃引する。

第２の好ましい実施形態による、呼吸器感染症を処置するためのＣＡＰジョイント・ミキサーを有する寒冷大気圧プラズマ・システムのブロック・ダイヤグラムであり、キャリア・ガスは加湿されている。

第２の好ましい実施形態による本発明の好ましい実施形態による、呼吸器感染症を処置するための方法を示すフロー・ダイヤグラムであり、キャリア・ガスは加湿されている。

第３の好ましい実施形態による、呼吸器感染症を処置するためのＣＡＰジョイント・ミキサーを有する寒冷大気圧プラズマ・システムのブロック・ダイヤグラムであり、フィード・ガスは加湿されている。

第３の好ましい実施形態による本発明の好ましい実施形態による、呼吸器感染症を処置するための方法を示すフロー・ダイヤグラムであり、フィード・ガスは加湿されている。

好ましい実施形態による、内視鏡または腹腔鏡使用のためのＣＡＰジョイント・ミキサーを有する寒冷大気圧プラズマ・システムのブロック・ダイヤグラムである。

図１Ｃの呼吸器感染症を処置するための寒冷大気圧プラズマ・システムに関するＨ_２Ｏ_２の濃度のグラフである。 図１Ｃの呼吸器感染症を処置するための寒冷大気圧プラズマ・システムに関するＮＯ_２－の濃度のグラフである。

加湿済みのＯ_２および空気混合気ならびに種々のＯ_２パーセンテージを用いて、最大４分間、本発明によって処置されたＡ５４９細胞の生存率のグラフである。

加湿済み空気／Ｏ_２混合気および２４％Ｏ_２を有する乾燥Ｈｅを用いて、最大１７分間、本発明によって処置されたＡ５４９細胞の生存率のグラフである。

加湿済みヘリウムおよび乾燥Ｏ_２および空気混合気（２４％Ｏ_２を有する）を用いて、最大１７分間、本発明によって処置されたＡ５４９細胞の生存率のグラフである。

加湿済み空気／Ｏ_２混合気（２４％Ｏ_２を有する）および種々のヘリウム湿度を用いて、５または１０分間、本発明によるシステムによって処置されたＡ５４９細胞の生存率のグラフである。

加湿済み空気／Ｏ_２混合気およびＨｅ＋湿度０～１００％を用いて、１～５分間、本発明の好ましい実施形態によるシステムによって処置された、処置後４８時間における肺がん細胞Ａ５４９の生存率のグラフである。

乾燥空気／Ｏ_２混合気およびＨｅ＋湿度０～１００％を用いて、１～５分間、本発明の好ましい実施形態によるシステムによって処置された、処置後４８時間における肺がん細胞Ａ５４９の生存率のグラフである。

別の好ましい実施形態による、呼吸器感染症を処置するためのＣＡＰジョイント・ミキサーを有する寒冷大気圧プラズマ・システムのブロック・ダイヤグラムであり、キャリア・ガス、フィード・ガス、および第３のガスは加湿されている。

空気および酸素の供給物が異なる場所でＣＡＰジョイント・ミキサーに入り、それにより、空気および酸素の少なくとも一方が、内側電極の下流でＣＡＰジョイント・ミキサーに入るＣＡＰジョイント・ミキサーの代替の実施形態のダイヤグラムである。

加湿済み空気／Ｏ_２混合気を用いた、本発明の好ましい実施形態によるシステムによって処置された細胞Ａ５４９の生存率のグラフである。

加湿済み空気および加湿済みＯ_２を別々に用いた、本発明の好ましい実施形態によるシステムによって処置された細胞Ａ５４９の生存率のグラフである。

加湿済みのまたは乾燥した空気／Ｏ_２混合気およびＨｅ＋湿度０～１００％を用いた、本発明の好ましい実施形態によるシステムによるオゾン生成レートのグラフである。

異なる電圧における、加湿済み空気および加湿済みＯ_２の混合気または別々の加湿済み空気および加湿済みＯ_２ならびに加湿済みＨｅを用いた、本発明の好ましい実施形態によるシステムによるオゾン生成レートのグラフである。

３５～４０Ｖに及ぶ異なる電圧における、加湿済み空気および加湿済みＯ_２の混合気または別々の加湿済み空気および加湿済みＯ_２ならびに加湿済みＨｅを用いた、本発明の好ましい実施形態によるシステムによるオゾン生成レートの実験結果の第１のセットのグラフである。

第１のセットと異なる日に採取した、３５～４０Ｖに及ぶ異なる電圧における、加湿済み空気および加湿済みＯ_２の混合気または別々の加湿済み空気および加湿済みＯ_２ならびに加湿済みＨｅを用いた、本発明の好ましい実施形態によるシステムによるオゾン生成レートの実験結果の第２のセットのグラフである。

本発明の好ましい実施形態によるシステムによる過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）生成レートのグラフである。ＰＢＳは、８分または１５分間、連続してまたは所定の間隔で、ＣＡＰおよびガス混合気（Ｈｅ、空気、およびＯ_２）を用い、加湿済み空気／Ｏ_２および加湿済みＨｅ_２を用いて処置された。

本発明の好ましい実施形態によるシステムによる亜硝酸（ＮＯ_２－）生成レートのグラフである。ＰＢＳは、８分または１５分間、連続しておよび所定の間隔で、ＣＡＰおよびガス混合気（Ｈｅ、空気、およびＯ_２）を用い、加湿済み空気／Ｏ_２および加湿済みＨｅを用いて処置された。

本発明の好ましい実施形態によるシステムによる硝酸（ＮＯ_３－）生成レートのグラフである。ＰＢＳは、８分または１５分間、連続しておよび所定の間隔で、ＣＡＰおよびガス混合気（Ｈｅ、空気、およびＯ_２）を用い、加湿済み空気／Ｏ_２および加湿済みＨｅ_２を用いて処置された。

寒冷大気圧プラズマ（ＣＡＰ：ｃｏｌｄ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｌａｓｍａ）は、ヒドロキシ・ラジカル（^・ＯＨ）、１重項酸素（^１Ｏ_２）、窒素イオン（Ｎ_２ ^＋）、原子酸素（Ｏ）等の多数の活性酸素種（ＲＯＳ）および活性窒素種（ＲＮＳ）、ならびに、電子、イオン、および光子を発生する。これらの種の最大濃度は、ガス中の最適量の湿度で達成することができる。ＣＡＰによって発生したＲＯＳおよびＲＮＳは、生体液と相互作用すると、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、亜硝酸（ＮＯ_２－）、硝酸（ＮＯ_３－）、ペルオキシ亜硝酸（ＯＮＯＯ_－）を形成することができる。プラズマ相内の活性種およびラジカル（^・ＯＨ、Ｎ_２ ^＋、^１Ｏ_２、Ｏ）は短半減期種であり、一方、水溶液相内のＨ_２Ｏ_２、ＮＯ_２－、ＮＯ_３－、ＯＮＯＯ_－は長半減期種である。長半減期種は、細胞内種および代謝経路とさらに相互作用することになり、細胞アポトーシスを誘発する。本発明は、寒冷大気圧プラズマ（非熱プラズマ）を発生することができ、従来システムの場合に比べてずっと長い距離にわたって活性種を患者まで送達することができるシステムおよび方法を提供する。従来システムは、典型的には、ターゲット組織から２～１０ｃｍの距離で使用されるが、本発明は、１０ｃｍより長い距離から患者にプラズマを送達させる。

本発明の第１の好ましい実施形態による、呼吸器感染症を処置するための寒冷大気圧プラズマ・システムは、図１を参照して説明される。この実施形態において、キャリア・ガスはヘリウムであり、フィード・ガスは空気である。ヘリウム・ガスの供給源１１０は、２つのライン１１２、１１４に分割され、２つのラインのそれぞれはマス・フロー・コントローラ（ＭＦＣ：ｍａｓｓ ｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１２０によって制御される。ライン１１２は、第１の加湿器１３０に流体接続される。ライン１１２内のヘリウム・ガス流（５０～１０００ｍＬ／分）は、Ｈ_２Ｏ充填済みコンテナ（加湿器１３０）を通過し、その後、混合チャンバ１４０に給送される。ライン１１４内のヘリウム・ガス流は、混合チャンバ１４０に直接給送される。こうして、ライン１１２、１１４上のマス・フロー・コントローラ１２０によって、チャンバ１４０を出るガス内の相対的Ｈ_２Ｏ飽和を調整することができる。２つのライン１１２、１１４内でのガス流の調整は、チャンバ１４０を出るガス流の全体の流量および湿度の微調整を可能にする。湿度は、２０％～１００％の範囲内とすることができ、少なくとも７０％の好ましい湿度を有する。この実施形態における総ヘリウム流は、全ての場合に、０．５Ｌ／分～５Ｌ／分まで変動する可能性がある。チャンバ１４０内のヘリウム・ガスの湿度は、較正済み高精度湿度および温度計１４２によって測定される。チャンバ１４０からの加湿済みヘリウム・ガスは、本明細書で「寒冷大気圧プラズマ（ＣＡＰ）発生器」と呼ばれる電気外科発生器３００に給送される。種々の電気外科発生器が、当技術分野で知られており、本発明と共に使用することができる。寒冷大気圧プラズマ（ＣＡＰ）発生器３００に給送されるガスは、本明細書で「キャリア・ガス（ｃａｒｒｉｅｒ ｇａｓ）」と呼ばれる。

同時に、非加湿空気供給物１５０（フィード・ガス）は、２つのライン１５２、１５４に分割される。各ライン１５２、１５４は、マス・フロー・コントローラ（ＭＦＣ）１２０によって制御される。ライン１５２は、第２の加湿器１３０に流体接続される。ライン１５２内の空気ガス流は、Ｈ_２Ｏ充填済みコンテナ（加湿器１３０）を通過し、その後、混合チャンバ１４０に給送される。ライン１１４内の空気ガス流は、混合チャンバ１４０に直接給送される。こうして、ライン１５２、１５４上のマス・フロー・コントローラ１２０によって、チャンバ１４０を出る空気フィード内の相対的Ｈ_２Ｏ飽和を調整することができる。２つのライン１５２、１５４内での空気流の調整は、全体の流量および湿度の微調整を可能にする。湿度は、２０％～１００％の範囲内とすることができ、少なくとも７０％の好ましい湿度を有する。チャンバ１４０内の空気の湿度は、較正済み高精度湿度および温度計１４２によって測定される。チャンバ１４０からの加湿済み空気および酸素供給部１６０からの酸素は、人工呼吸器、ＣＰＡＰ機械、ＢＩＰＡＰ機械、または他の知られている呼吸送達システム等の呼吸送達システム１７０に提供される。呼吸送達システム１７０は、排気、酸素、およびＣＯ_２を混合し、調整し、その患者吸気の圧力、流量、比、および周波数を測定することになる。呼吸送達システム１７０の出力は、例えば、チュービング１７４およびコネクタ１７６を介してＣＡＰジョイント・ミキサーに接続される。試験において、ヘリウム流を湿度１００％まで、空気流を湿度５０％まで加湿することは、有効（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ）であることがわかった。

ＣＡＰ発生器３００および呼吸送達システム１７０の出力は、本明細書で「ＣＡＰジョイント・ミキサー（ＣＡＰ ｊｏｉｎｔ ｍｉｘｅｒ）」と呼ばれる誘電体バリア放電（ＤＢＤ）アセンブリ２００に接続される。グラウンド・ケーブル１９８は、ＣＡＰジョイント・ミキサー２００の外側電極をＣＡＰ発生器３００内のグラウンドに接続する。グラウンド・ケーブル１９８は、図１のチュービング１９４と別個であると示されるが、グラウンド・ケーブル１９８が、例えば、チュービング１９４とハーネス内で結合される他の配置構成が可能である。Ｈ_２Ｏが存在するために、Ｈｅ^＋＋ｅ^－化学反応に至るヘリウムおよびＨ_２Ｏのイオン化が同時に起こることになる。寒冷プラズマ発生活性種（Ｈ_２Ｏ_２、ＮＯ_２－、ＮＯ_３－、ＯＮＯＯ_－、および０２_－）が生成される。

ＣＡＰジョイント・ミキサー２００の出力は、送達部材１９０であって、例えば、気管内チューブ、酸素ＣＰＡＰ（：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ａｉｒｗａｙ ｐｒｅｓｓｕｒｅ、持続気道陽圧）、ＢＩＰＡＰ（：Ｂｉｌｅｖｅｌ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ａｉｒｗａｙ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ、２相性気道陽圧）、人工呼吸器顔マスク、または鼻Ｏ_２カニューレ１９０とすることができる、送達部材１９０に接続されて、システムにより発生する活性種１９２、例えば、Ｈ_２Ｏ_２、ＮＯ_２－、ＮＯ_３－、ＯＮＯＯ_－、および０２_－を患者呼吸器系に送達する。

誘電体バリア放電（ＤＢＤ）アセンブリまたはＣＡＰジョイント・ミキサー２００の好ましい実施形態は、図２Ａ～２Ｉを参照して説明される。ＤＢＤアセンブリ２００は、第１のガス（例えば、キャリア・ガス）の流れを収納するための第１の入口ポート２０２、第２のガス（例えば、フィード・ガス）を収納するための第２の入口ポート２０４、およびＤＢＤアセンブリ内で発生したガスおよび活性種がそこを通ってアセンブリを出る出口ポート２０６を有する。アセンブリは、第１のハウジング２１０を有し、第１のハウジング２１０は、第１のハウジング２１０内でチャンバ２１２ａを形成する部分２１２を有する。少なくともチャンバ２１２ａを形成する部分２１２は誘電体材料である。好ましい実施形態において、第１のハウジング２１０全体は、誘電体材料で形成されるが、チャンバ２１２ａを形成する部分２１２を含む第１のハウジング２１０の一部分のみが誘電体材料で形成される他の実施形態が可能である。さらに他の実施形態において、第１のハウジング２１０と別個の誘電体材料がチャンバ２１２ａを囲むことができる。第１のハウジング２１０の部分２１２は、気管内チューブまたは他のタイプのチューブ等の送達部材をそこに接続することができる出口ポート２０６を形成する。本発明は、任意の特定のタイプの送達部材または送達部材と出口ポート２０６との間の接続に限定されない。第１のハウジング２１０は、第１のガスであって、この実施形態においてキャリア・ガス（例えば、ヘリウム）である、第１のガスを収納するための第１の入力ポート２０２を形成する第１のネックまたはコネクタ部分２１４、および、チャンバ２１２ａにつながるチャネルを有する。ネック部分２１４の内部は、内部電極２３０を収納するためにねじが切られている。第１のハウジング２１０は、第２のガスであって、この実施形態においてフィード・ガス（例えば、空気／酸素混合気）である、第２のガスを収納するための第２の入力ポート２０４を形成する第２のネックまたはコネクタ部分２１６、および、チャンバ２１２ａにつながるチャネル２１６ａを有する。伝導性材料、例えば、銅で作られた第２の外側電極２２０は、チャンバ２１２ａを形成する誘電体の外部を囲む。図２Ａおよび２Ｂに示すように、外側絶縁層２１９は外側電極２２０をカバーする。外側絶縁層２１９は図２Ｃに示されない。図１に示すように、外側電極２２０はグラウンドに接続される。ハウジング２１０は、外側電極２２０に当接するリップまたはリッジ２１８を有する。リップまたはリッジ２１８の上側部分内に穴チャネル２１８ａが存在し、穴チャネル２１８ａは、外側電極２２０が、接続ワイヤ２２０ａを介してグラウンド・ワイヤ１９８（図１参照）に接続されることを可能にする。

内側電極２３０は、伝導性材料で作られ、内側電極２３０内に、第１のガス（キャリア・ガス）がそこを通って流れるチャネル２４０を有する。電極２３０は、チャンバ２１２ａ内に延在するネック２３２を有する。チャネル２４０は、第１のガス（キャリア・ガス）がチャンバ２１２ａに流入することができるように、ネック２３２を通して延在する。電極２３０の外部は、２つのねじ山付き部分２３０ａ、２３０ｂおよびリップまたはリッジ２３４を有する。ねじ山付き部分２３０ａは、第１のハウジング２１０のネック２１４のねじ山付き内部に係合して、内側電極２３０を第１のハウジング２１０内に固定する。電極２３０のリッジまたはリップ２３４は、電極２３０がネック２１４に完全にねじ込まれると停止部を提供する。

誘電体バリア放電（ＤＢＤ）アセンブリ２００は、第２のハウジング２５０をさらに有し、第２のハウジング２５０は、第２のハウジング２５０内に、第１のガス（キャリア・ガス）がそこを通って内側電極２３０内のチャネル２４０に流れるチャネルを有する。第２のハウジング２５０は、電極２３０のねじ山付き部分２３０ｂに係合し、それにより、第２のハウジングを電極２３０および第１のハウジング２１０に固定するためにねじを切られた内部を有する部分２５２を有する。第２のハウジング２５０は、ねじ山付き部分２５２の端部に、電極リッジまたはリップ２３４を収納し、第１のハウジング２１０のネック２１４に当接するための凹所を有する。第２のハウジング２５０は、誘電体バリア放電（ＤＢＤ）アセンブリをＣＡＰ発生器３００に接続するためにホースまたは他のチュービング１９４およびコネクタ１９６に接続するためのコネクタ構造２５４、２５４ａ、２５４ｂをさらに有する。第２のハウジング２５０内に、第１のガス（キャリア・ガス）がそこを通って流れるチューブ２６０が存在する。チューブ２６０内に、伝導性コネクタ２７０に（例えば、はんだによって）接続される細長い電極またはワイヤが存在する。伝導性コネクタ２７０は、内側電極２３０に当接し、したがって、内側電極２３０に電気接続される。

図３Ａに示すように、例示的な寒冷大気圧プラズマ（ＣＡＰ）発生器３００は、電源３０２、ＣＰＵ（またはプロセッサまたはＦＰＧＡ）３１０、およびメモリまたはストレージ３１１を有する。システムは、タブレット・コンピュータのディスプレイとすることができるディスプレイ４２０（図４）をさらに有する。ＣＰＵ３１０は、システムを制御し、ディスプレイ４２０上に表示されるグラフィカル・ユーザ・インターフェースを通してユーザからの入力を受信する。ＣＡＰ発生器は、ＣＡＰジョイント・ミキサーへのキャリア・ガスの流れを制御するために、ヘリウム等のＣＡＰキャリア・ガスの供給源３１０に接続されたガス制御モジュール１０００をさらに有する。ＣＡＰ発生器３００は、高周波（ＲＦ：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）エネルギーを発生するための高周波（ＲＦ）電力モジュール３５０をさらに有する。ＲＦ電力モジュールは、電気外科発生器内でＲＦ電力を提供するために知られているような従来の電子部品を含む。ＲＦ電力モジュールは、１０～２００ｋＨｚの間の周波数および３ｋＶ～６ｋＶの出力ピーク電圧で、そして好ましくは４０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、または２００ｋＨｚに近い（その２５％以内の）周波数で動作する。ガス・モジュール１０００およびＲＦ電力モジュール３５０は、コネクタ３６０に接続され、コネクタ３６０は、ＣＡＰジョイント・ミキサー２００（または、図１１Ａおよび１１ＢのＣＡＰアプリケータ１１００）が、電気コネクタ１９６ａおよびガス・コネクタ１９６ｂを有するコネクタを介して発生器３００に接続されることを可能にする。

図３Ｂに示すように、キャリア・ガスおよび電気エネルギーの送達のための他の配置構成は、本発明と共に使用することができる。図３Ｂにおいて、キャリア・ガス（この例において、ヘリウム）の供給源１１０は、制御された流量でガスをＣＡＰジョイント・ミキサー２００に供給する任意のタイプのガス制御システム３７０に対して設けられる。従来の電気外科発生器３５０ａは、高周波（ＨＦ：ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）エネルギーを低周波変換器３５０ｂに供給し、低周波変換器３５０ｂは、１０ｋＨｚ～２００ｋＨｚの範囲内の周波数および３ｋＶ～６ｋＶの範囲内の出力電圧を有する電気エネルギーを出力する。

図３Ｃに示す別の実施形態は、従来のガス制御システム３７０に接続されたキャリア・ガス供給源１１０を有し、キャリア・ガス供給源１１０は、次に、ＣＡＰジョイント・ミキサー２００に接続され、従来の電気外科発生器３５１もＣＡＰジョイント・ミキサー２００に接続される。

本発明の好ましい実施形態によるＣＡＰ対応ガス強化電気外科発生器３００用の発生器ハウジング４００は図４に示される。発生器ハウジング４００は、従来の電気外科発生器のハウジングについて使用される材料と同様のプラスチックまたは金属等の頑丈な材料で作られたハウジング４１０を有する。ハウジング４１０は取り外し可能カバー４１４を有する。ハウジング４１０およびカバー４１４は、ねじ、トング、および溝、またはカバーをハウジングに取り外し可能に固定するための他の構造等の手段を有する。カバー４１４は、ハウジングの上面だけ、または、ハウジング４１０の、上面、右側面、および左側面等の複数の側面を備えることができる。ハウジング４１０は、ハウジングの底面に取り付けられた複数のフットまたはレッグを有することができる。ハウジング４１０の底面は、ガス強化発生器の内部から通気するための複数のベントを有することができる。

ハウジング４１４の面上に、タッチスクリーン・ディスプレイ４２０、および、種々のアクセサリ、例えば、アルゴン・プラズマ・プローブ、ハイブリッド・プラズマ・プローブ、寒冷大気圧プラズマ・プローブ、または任意の他の電気外科アタッチメントを発生器に接続するための複数のコネクタ４３２、４３４が存在する。ハウジング４１０の面は、ハウジング４１０の上面および底面に対して９０度以外の角度にあって、ユーザによるタッチスクリーン・ディスプレイ４２０の容易な観察および使用を提供する。ガス制御モジュールの１つまたは複数は、ガス強化電気外科発生器３００内に搭載することができる。

ＣＡＰ対応ガス支援電気外科発生器は、タッチスクリーン・ディスプレイ４２０を使用してシステムのコンポーネントを制御するためのグラフィカル・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ：ｇｒａｐｈｉｃａｌ ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を有する。グラフィカル・ユーザ・インターフェースは、例えば、ロボティクス、アルゴン単極ｃｕｔ／ｃｏａｇ、ハイブリッド・プラズマｃｕｔ、寒冷大気圧プラズマ、双極、プラズマ・シーラ、血行動態、または音声起動を制御することができる。グラフィカル・ユーザ・インターフェースは、蛍光誘導式外科手術と共に使用することができる。グラフィカル・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）は、ＣＴ、ＭＲＩ、または超音波等の誘導画像と共にさらに使用することができる。グラフィカル・ユーザ・インターフェースは、ＲＦＩＤ（種々の電気外科アタッチメントにおいて見出すことができるような）と通信することができ、使用データを収集し、記憶媒体に記憶することができる。グラフィカル・ユーザ・インターフェースは、フィールドプログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）と通信し、フィールドプログラマブル・ゲート・アレイは、灌注ポンプ、吸入器、電力出力を調整するためのフル・ブリッジ、電力を（ＤＣからＡＣに）調節するためのフライ・バック、およびフット・ペダルを制御することができる。ＧＵＩは、ＣＰＵ３１０を介して、関連する予測されるＣＡＰ設定または投与量を有するデータのデータベースとさらに通信する。データベース・ストレージは、内部メモリあるいは他の内部ストレージ３１１または外部ストレージとすることができる。

本発明の好ましい実施形態による呼吸器感染症を処置するための方法であって、フィード・ガス（空気）およびキャリア・ガス（ヘリウム）が共に加湿されている、方法は、図５を参照して説明される。加圧済みフィード・ガス（空気）は加湿器に供給される５１０。加圧済み空気は加湿器において加湿される５２０。酸素は、加湿済み空気流に付加される５３０。加湿済み空気および酸素流は、人工呼吸器または他の呼吸送達システムによって制御される５４０。同時に、ヘリウム等のＣＡＰキャリア・ガスは加湿器に供給される５１４。キャリア・ガスは加湿器において加湿される５２２。加湿済みキャリア・ガスはＣＡＰ発生器に供給される。ＣＡＰ発生器からの加湿済みＣＡＰキャリア・ガスおよび人工呼吸器の出力は共に、ＣＡＰジョイント・ミキサーに供給される５５０、５５２。電気エネルギーは、ＣＡＰジョイント・ミキサー内の内側電極に印可される５６０。ＣＡＰジョイント・ミキサーの出力は、その後、例えば、呼吸顔マスク、鼻カニューレ、または気管内チューブによって、患者の呼吸器系に供給される５７０。

寒冷大気圧プラズマを使用するがんの処置に関する研究において、ＣＡＰ処置が、用量依存的にがん細胞の生存率を減少させることが見出された。Ｒｏｗｅ，Ｗ．等“Ｔｈｅ Ｃａｎａｄｙ Ｈｅｌｉｏｓ Ｃｏｌｄ Ｐｌａｓｍａ Ｓｃａｌｐｅｌ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ Ｄｅｃｒｅａｓｅｓ Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ Ｍａｌｉｇｎａｎｔ Ｓｏｌｉｄ Ｔｕｍｏｒ Ｃｅｌｌｓ ｉｎ ａ Ｄｏｓｅ－Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｍａｎｎｅｒ，”Ｐｌａｓｍａ，２０１８．１（１）：ｐ． １７７－１８８。

本発明の別の好ましい実施形態による呼吸器感染症を処置するための方法であって、フィード・ガス（空気）およびキャリア・ガス（ヘリウム）が共に加湿されている、方法は、図６を参照して説明される。この実施形態において、処置時間全体にわたって単一設定（例えば、７０Ｖ）で、ＣＡＰジョイント・ミキサー内の内側電極に電気エネルギーが印可される（図５のステップ５６０）のではなく、発生器は、複数の設定を通して自動的に掃引し、複数の設定は、患者に出力を供給しながら５７０、第１の時間ｔ_１の間、第１の設定（例えば、７０Ｖ）を適用し５６２、その後、患者に出力を供給しながら５７２、第２の時間ｔ_２の間、第２の設定（例えば、４０Ｖ）を適用する５６４。

本明細書で「ヘリウム・ガス湿度調整セットアップ（Ｈｅｌｉｕｍ Ｇａｓ Ｈｕｍｉｄｉｔｙ Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ Ｓｅｔｕｐ）」と呼ばれるシステム７００の代替の実施形態は図７Ａを参照して説明される。ヘリウム・ガス供給源１１０は、２つのライン１１２、１１４に分割され、２つのラインのそれぞれは、マス・フロー・コントローラ（ＭＦＣ）１２０によって制御される。ライン１１２内のヘリウム・ガス流（５０～１０００ｍＬ／分）は、Ｈ_２Ｏ充填済みコンテナ（加湿器１３０）を通過し、その後、混合チャンバ１４０に給送される。ライン１１４内のヘリウム・ガス流は、混合チャンバ１４０に直接給送される。こうして、ライン１１２、１１４上のマス・フロー・コントローラ１２０によって、チャンバ１４０を出るガス内の相対的Ｈ_２Ｏ飽和を調整することができる。２つのライン１１２、１１４内のガス流の調整は、チャンバ１４０を出るガス流の全体の流量および湿度の微調整を可能にする。湿度は、２０％～１００％の範囲内とすることができ、少なくとも７０％の好ましい湿度を有する。この実施形態における総ヘリウム流は、全ての場合に、０．５Ｌ／分～５Ｌ／分まで変動する可能性がある。このヘリウム・ガス湿度調整セットアップにおいて、ヘリウムＨ_２Ｏ蒸気量は、実験中に変動した。チャンバ１４０内のヘリウム・ガスの湿度は、図７Ａに示す較正済み高精度湿度および温度計１４２によって測定された。チャンバ１４０からの加湿済みヘリウム・ガスは、ＣＡＰ発生器３００に給送される。

同時に、非加湿空気タンク１５０および非加湿酸素タンク１６０は、人工呼吸器、ＣＰＡＰ（持続気道陽圧）システム、またはＢＩＰＡＰ（２相性気道陽圧）システム等の呼吸送達システム１７０に空気および酸素をそれぞれ給送する。これらは、「フィード・ガス（ｆｅｅｄ ｇａｓ）」と呼ばれる。呼吸送達システム１７０は、空気、酸素、およびＣＯ_２を混合し、調整し、その患者吸気の圧力、流量、比、および周波数を測定することになる。ＣＡＰ発生器３００および呼吸送達システム１７０の出力は、誘電体バリア放電（ＤＢＤ）アセンブリ２００に接続される。ＣＡＰジョイント・ミキサー２００の出力は、送達部材１９０に接続され、送達部材１９０は、例えば、気管内チューブ、酸素ＣＰＡＰ（持続気道陽圧）、ＢＩＰＡＰ（２相性気道陽圧）、人工呼吸器顔マスク、または鼻Ｏ_２カニューレ１９０とすることができ、システムにより発生する活性種１９２、例えば、Ｈ_２Ｏ_２、ＮＯ_２－、ＮＯ_３－、ＯＮＯＯ_－、および０２_－を患者の呼吸器系に送達する。

図７Ａのシステムを用いて呼吸器感染症を処置するための方法は、図７Ｂを参照して説明される。ヘリウム等のＣＡＰキャリア・ガスは加湿器に供給される７１４。キャリア・ガスは加湿される７２２。加湿済みキャリア・ガスはＣＡＰ発生器に供給される。同時に、加圧済みフィード・ガス（空気）が供給される７１０。酸素は、空気流に付加される７３０。空気および酸素流は、人工呼吸器または他の呼吸送達システムによって制御される７４０。ＣＡＰ発生器からの加湿済みＣＡＰキャリア・ガスおよび人工呼吸器の出力は共に、ＣＡＰジョイント・ミキサーに供給される７５０、７５２。電気エネルギーは、ＣＡＰジョイント・ミキサー内の内側電極に印可される７６０。ＣＡＰジョイント・ミキサーの出力は、その後、例えば、呼吸顔マスク、鼻カニューレ、または気管内チューブによって、患者の呼吸器系に供給される７７０。

呼吸器感染症を処置するための寒冷大気圧プラズマ・システム８００の別の実施形態は図８Ａを参照して説明される。ヘリウム・ガス供給源１１０は、電気外科発生器３００に給送される。同時に、非加湿空気供給物１５０（フィード・ガス）は、２つのライン１５２、１５４に分割される。各ライン１５２、１５４は、マス・フロー・コントローラ（ＭＦＣ）１２０によって制御される。ライン１５２内の空気ガス流は、Ｈ_２Ｏ充填済みコンテナ（加湿器１３０）を通過し、その後、混合チャンバ１４０に給送される。ライン１１４内の空気ガス流は、混合チャンバ１４０に直接給送される。こうして、ライン１５２、１５４上のマス・フロー・コントローラ１２０によって、チャンバ１４０を出る空気フィード内の相対的Ｈ_２Ｏ飽和を調整することができる。２つのライン１５２、１５４内での空気流の調整は、全体の流量および湿度の微調整を可能にする。湿度は、２０％～１００％の範囲内とすることができ、少なくとも７０％の好ましい湿度を有する。チャンバ１４０内の空気の湿度は、較正済み高精度湿度および温度計１４２によって測定される。チャンバ１４０からの加湿済み空気１４０および酸素供給部１６０からの酸素は、人工呼吸器、ＣＰＡＰ機械、ＢＩＰＡＰ機械、または他の知られている呼吸送達システム等の呼吸送達システム１７０に提供される。呼吸送達システム１７０は、排気、酸素、およびＣＯ_２を混合し、調整し、その患者吸気の圧力、流量、比、および周波数を測定することになる。

ＣＡＰジョイント・ミキサー２００の出力は、送達部材１９０に接続され、送達部材１９０は、例えば、気管内チューブ、酸素ＣＰＡＰ（持続気道陽圧）、ＢＩＰＡＰ（２相性気道陽圧）、人工呼吸器顔マスク、または鼻Ｏ_２カニューレ１９０とすることができ、システムにより発生する活性種１９２、例えば、Ｈ_２Ｏ_２、ＮＯ_２－、ＮＯ_３－、ＯＮＯＯ_－、および０２_－を患者の呼吸器系に送達する。

本発明の好ましい実施形態による呼吸器感染症を処置するための方法であって、フィード・ガス（空気）が加湿されている、方法は、図８Ｂを参照して説明される。加圧済みフィード・ガス（空気）は加湿器に供給される８１０。加圧済み空気は加湿器において加湿される８２０。酸素は、加圧済み空気流に付加される８３０。加湿済み空気および酸素流は、人工呼吸器または他の呼吸送達システムによって制御される８４０。同時に、ヘリウム等のＣＡＰキャリア・ガスはＣＡＰ発生器に供給される８１２。ＣＡＰ発生器からのＣＡＰキャリア・ガスおよび人工呼吸器の出力は共に、ＣＡＰジョイント・ミキサーに供給される８５０、８５２。電気エネルギーは、ＣＡＰジョイント・ミキサー内の内側電極に印可される８６０。ＣＡＰジョイント・ミキサーの出力は、その後、例えば、呼吸顔マスク、鼻カニューレ、または気管内チューブによって、患者の呼吸器系に供給される８７０。プラズマが、例えば、内視鏡または腹腔鏡デバイスを通して患者に送達される本発明の他の実施形態が可能である。なおさらに、他の実施形態において、本発明は、ＣＡＰジョイント・ミキサーの出力を、例えば、腹腔鏡またはトロカールを介して腹部に給送することによって、腹部内のがんを処置することができる。

本発明の好ましい実施形態による内視鏡または腹腔鏡を介して患者を処置するための寒冷大気圧プラズマ・システムは、図９を参照して説明される。ヘリウム・ガス供給源１１０は、２つのライン１１２、１１４に分割され、２つのラインのそれぞれは、マス・フロー・コントローラ（ＭＦＣ）１２０によって制御される。ライン１１２内のヘリウム・ガス流（５０～１０００ｍＬ／分）は、Ｈ_２Ｏ充填済みコンテナ（加湿器１３０）を通過し、その後、混合チャンバ１４０に給送される。ライン１１４内のヘリウム・ガス流は、混合チャンバ１４０に直接給送される。こうして、ライン１１２、１１４上のマス・フロー・コントローラ１２０によって、チャンバ１４０を出るガス内の相対的Ｈ_２Ｏ飽和を調整することができる。２つのライン１１２、１１４内のガス流の調整は、チャンバ１４０を出るガス流の全体の流量および湿度の微調整を可能にする。湿度は、２０％～１００％の範囲内とすることができ、少なくとも７０％の好ましい湿度を有する。この実施形態における総ヘリウム流は、全ての場合に、０．５Ｌ／分～５Ｌ／分まで変動する可能性がある。チャンバ１４０内のヘリウム・ガスの湿度は、較正済み高精度湿度および温度計１４２によって測定される。チャンバ１４０からの加湿済みヘリウム・ガスは電気外科発生器３００に給送される。種々の電気外科発生器が当技術分野で知られており、本発明と共に使用される可能性がある。寒冷大気圧プラズマ（ＣＡＰ）発生器３００に給送されるガスは、本明細書で「キャリア・ガス」と呼ばれる。

同時に、非加湿空気供給物１５０（フィード・ガス）は、２つのライン１５２、１５４に分割される。各ライン１５２、１５４は、マス・フロー・コントローラ（ＭＦＣ）１２０によって制御される。ライン１５２内の空気ガス流は、Ｈ_２Ｏ充填済みコンテナ（加湿器１３０）を通過し、その後、混合チャンバ１４０に給送される。ライン１５４内の空気ガス流は、混合チャンバ１４０に直接給送される。こうして、ライン１５２、１５４上のマス・フロー・コントローラ１２０によって、チャンバ１４０を出る空気フィード内の相対的Ｈ_２Ｏ飽和を調整することができる。２つのライン１５２、１５４内での空気流の調整は、全体の流量および湿度の微調整を可能にする。湿度は、２０％～１００％の範囲内とすることができ、少なくとも７０％の好ましい湿度を有する。チャンバ１４０内の空気の湿度は、較正済み高精度湿度および温度計１４２によって測定される。チャンバ１４０からの加湿済み空気１４０および酸素供給部１６０からの酸素は、ガス制御システム１７１に接続される。代替の実施形態において、図３Ｄに示すような複数のガス制御モジュール１０００ａ、１０００ｂ、１０００ｃを有する統合化ガス強化電気外科発生器を使用することができる。そのようなシステムにおいて、流動ヘリウム、空気、および酸素は全て、単一ハウジング内にあり単一化制御システムを有するガス・モジュールによって制御される。

ＣＡＰ発生器３００の出力ならびにガス制御システム１７０からの加湿済み空気および酸素は、本明細書で「ＣＡＰジョイント・ミキサー」と呼ばれる誘電体バリア放電（ＤＢＤ）アセンブリ２００に接続される。グラウンド・ケーブル１９８は、ＣＡＰジョイント・ミキサー２００の外側電極をＣＡＰ発生器３００内のグラウンドに接続する。グラウンド・ケーブル１９８は、図１のチュービング１９４と別個であると示されるが、グラウンド・ケーブル１９８が、例えば、チュービング１９４とハーネス内で結合される他の配置構成が可能である。Ｈ_２Ｏが存在するために、Ｈｅ^＋＋ｅ^－化学反応に至るヘリウムおよびＨ_２Ｏのイオン化が同時に起こることになる。寒冷プラズマ発生活性種（Ｈ_２Ｏ_２、ＮＯ_２－、ＮＯ_３－、ＯＮＯＯ_－、および０２_－）が生成される。

ＣＡＰジョイント・ミキサー２００の出力は、細長い送達部材１９０ａに接続され、送達部材１９０ａは、例えば、そのスコープが、気管支スコープであれ、結腸スコープであれ、外科手術応用で使用される任意の他のタイプのスコープであれ、任意のタイプの内視鏡または腹腔鏡のチャネルに嵌合することになるサイズの硬質または柔軟性チューブとすることができる。

フィード・ガス（空気）およびキャリア・ガス（ヘリウム）が共に加湿されている図１Ａに示す実施形態は、フィード・ガスおよびキャリア・ガスの一方のみが加湿されている実施形態に比べて、ＣＡＰジョイント・ミキサーにおいて高い湿度を提供する。図１Ａの実施形態において、湿度の増加によって、肺がん細胞について１００％キル・レートを達成するために必要である処置時間は、フィード・ガスおよびキャリア・ガスの一方のみが加湿されている実施形態の場合の約１７分に対して、５分に低減することができることを実験が示した。さらに、オゾンの生成は、図７Ａおよび８Ａの実施形態の場合のほぼ２０ｐｐｍ（パーツ・パー・ミリオン）から図１Ａの実施形態の３ｐｐｍ未満（約２ｐｐｍ）に低減することができる。

本発明によるガス制御モジュール１０００は、ガス強化電気外科システムのために設計される。従来、ガス強化電気外科システムは、別個のハウジングを有する電気外科発生器およびガス制御ユニットを有する。従来のガス制御ユニットは、典型的には、アルゴン、ＣＯ_２、またはヘリウム等の単一ガスのみを制御する。本発明は、ガス制御ユニット内で、または、電気外科発生器としてまたガス制御ユニットとして両方で機能する組み合わせ式ユニット内で使用することができるガス制御モジュール１０００を使用する。さらに、本発明による複数のガス制御モジュールは、単一ガス制御ユニットまたは組み合わせ発生器／ガス制御ユニット内で組み合わされて、複数ガスの制御を提供し、アルゴン・ガス凝固、ハイブリッド・プラズマ電気外科システム、および寒冷大気圧プラズマ・システム等の複数のタイプのガス強化外科手術について制御を提供することができる。

なおさらに、ヘリウムは、開示される実施形態で使用されるキャリア・ガスであるが、アルゴン、窒素、酸素、または空気等の他のガスが、キャリア・ガスとして使用されてもよい。

好ましい実施形態が、人工呼吸器に関して説明されるが、持続気道陽圧（ＣＰＡＰ）システム等の他の医療呼吸デバイスが、本発明と共に使用される可能性がある。

実験
空気のみが加湿された呼吸器感染症を処置するための寒冷大気圧プラズマ・システムは、アルゴンＣｏａｇモードおよびＳｐｒａｙモードの発生器が、それぞれ３分間、１００ｋＨｚに近い周波数で動作する状態で、１２ウェル・プレート内の１ｍＬリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ：ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｂｕｆｆｅｒ ｓａｌｉｎｅ）を処置するために使用された。電圧は７０Ｖであるように設定された。酸素および空気流量は共に、１ＬＰＭであるように設定された。酸素（Ｏ_２）および空気の混合気はＤＩ水を通した発泡によって加湿された。混合気の相対湿度（ＲＨ：ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ）は約８０％である。ヘリウム、寒冷大気圧プラズマ（ＣＡＰ）用のキャリア・ガスの流量は３ＬＰＭに設定された。したがって、気管内チューブからの最終出力ガスのＯ_２パーセンテージは、Ｏ_２－空気－ヘリウム混合気内で約２４％であった。

被処置溶液内のプラズマ発生活性酸素種（ＲＯＳ）および活性窒素種（ＲＮＳ）のカクテルの中で、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）および亜硝酸（ＮＯ_２－）は、最も一般的に研究される長半減期種である。それらの濃度は、ＣＡＰオンまたはオフの状態で、Ｇｒｉｅｓｓ Ｒｅａｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ（Ｐｒｏｍｅｇａ、Ｇ２９３０）および比色法の過酸化水素アッセイ・キット（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｅｒｏｘｉｄｅ Ａｓｓａｙ Ｋｉｔ）（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ、ＭＡＫ３１１－１ＫＴ）を使用して、被処置リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）内で測定された。結果は、吸光度について５５０ｎｍおよび５９５ｎｍにおいてＢｉｏＴｅｋマイクロプレート・リーダーによってそれぞれ読み取られた。

電気外科発生器は、典型的には、「ｃｕｔ」または切開動作モードあるいは「ｃｏａｇ」または凝固動作モードを含む複数の動作モードを有する。ｃｕｔモードは、典型的には、高いデューティ・サイクル、例えば、１００％を有する低電圧波形（例えば、１ＫＶ）を有することになる。電気外科発生器のｃｏａｇモードは、典型的には、止血（凝固）を達成するために、大きい振幅であるが、短い継続時間の「スパイク（ｓｐｉｋｅ）」を有する波形を作成する。例えば、電気外科発生器に関するｃｏａｇモードは、６％デューティ・サイクルの高電圧波形を使用することができる。異なる程度の止血（凝固）は、いろいろの程度の「ブレンドした（ｂｌｅｎｄｅｄ）」波形、例えば、５０％オン／５０％オフ、４０％オン／６０％オフ、または２５％オン／７５％オフを利用することによって達成することができる。電気外科発生器は、アルゴン・プラズマ凝固モードまたは「アルゴンｃｏａｇ」モードも有する。アルゴン・プラズマ凝固（ＡＰＣ：Ａｒｇｏｎ Ｐｌａｓｍａ Ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ）は、電気外科ハンド・ピースから周囲空気内に排出する数ミリメートル径のアルゴン流のイオン化によって生成されるプラズマを利用する。ｃｕｔモードと比較すると、発生器に関するアルゴン凝固モードは、高電圧（例えば、ｃｕｔモードの場合、１ＫＶに対してアルゴンｃｏａｇの場合、４ＫＶ）、より少ない電流（ｃｕｔの場合、５００ｍＡに対してアルゴンｃｏａｇの場合、２００ｍＡ）、およびより低い周波数（ｃｕｔの場合、３９０ＫＨｚに対してアルゴンｃｏａｇの場合、３０ＫＨｚ）を使用することができる。電気外科発生器は、アルゴンｃｏａｇモードと同様である（同様の電圧および電流）「Ｓｐｒａｙモード」も有するが、例えば、１０～３０ＫＨｚからの周波数のランダム・ウォークを有し、ランダム・ウォークは、異なる組織インピーダンスを周波数がカバーすることを可能にする。

本システムの処置に関するＨ_２Ｏ_２およびＮＯ_２－の濃度は、図１４Ａおよび１４Ｂにプロットされた。ＣＡＰがオンされた状態で、両方の種は、Ｓｐｒａｙモードで処置されるときと比べて、アルゴンＣｏａｇモードで処置されるときに高い。ガスのみの処置も、対照として実施された。図１０Ａおよび１０Ｂに示すように、３分の処置によって、７０ＶのアルゴンＣｏａｇモードは９０μＭのＨ_２Ｏ_２および１８μＭのＮＯ_２－を発生した；一方、７０ＶのＳｐｒａｙモードは、２５μＭのＨ_２Ｏ_２および検出不能な量のＮＯ_２－を発生した。ガス混合気は単独で、有意の量のＲＯＳおよびＲＮＳを発生しない。

ＣＡＰプラズマ人工呼吸器妥当性確認
寒冷大気圧プラズマは、空中浮遊ウイルスの不活化（Ｘｉａ， ｔ．等「Ｉｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ ａｉｒｂｏｒｎｅ ｖｉｒｕｓｅｓ ｕｓｉｎｇ ａ ｐａｃｋｅｄ ｂｅｄ ｎｏｎ－ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｓｍａ ｒｅａｃｔｏｒ」Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｄ：Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，２０１９． ５２（２５））、ＣＡＰ処置中に正常肝臓機能を保ちながらの肝炎Ｂウイルスの失活（Ｓｈｉ， Ｘ．_－Ｍ．等「Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｌｏｗ －Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｌａｓｍａ ｏｎ Ｄｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｅｐａｔｉｔｉｓ Ｂ Ｖｉｒｕｓ」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｌａｓｍａ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１２．４０（１０）：ｐ．２７１１－２７１６）、ＨＩＶ複製の阻止（Ｖｏｌｏｔｓｋｏｖａ，Ｏ．等「Ｃｏｌｄ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｐｌａｓｍａ Ｉｎｈｉｂｉｔｓ ＨＩＶ－１ Ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｍａｃｒｏｐｈａｇｅｓ ｂｙ Ｔａｒｇｅｔｉｎｇ Ｂｏｔｈ ｔｈｅ Ｖｉｒｕｓ ａｎｄ ｔｈｅ Ｃｅｌｌｓ」ＰＬｏＳ Ｏｎｅ，２０１６．１１（１０）：ｐ．ｅ０１６５３２２）、ワクチン調製のために抗原決定基を破壊することのないニューカッスル病ウイルスおよび鳥インフルエンザウイルスの不活化（Ｗａｎｇ，Ｇ．等「Ｎｏｎ－ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｓｍａ ｆｏｒ ｉｎａｃｔｉｖａｔｅｄ－ｖａｃｃｉｎｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ」Ｖａｃｃｉｎｅ，２０１６．３４（８）：ｐ．１１２６－３２）等を誘発することが報告された。この研究において、ＣＡＰは、人工呼吸器システムと組み合わされて、患者の呼吸器系全体を通したＣＡＰの送達ならびにウイルスの処置を達成する。

Ｗｕ等（Ｗｕ，Ｙ．等「ＭＳ２ ｖｉｒｕｓ ｉｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｂｙ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｌｄ ｐｌａｓｍａ ｕｓｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇａｓ ｃａｒｒｉｅｒｓ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｌｅｖｅｌｓ」Ａｐｐｌ Ｅｎｖｉｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，２０１５．８１（３）：ｐ．９９６－１００２）は、キャリア・ガスとしての周囲空気が、ガス・キャリアＡｒ－Ｏ_２（２％、ｖｏｌ／ｖｏｌ）およびＨｅ－Ｏ_２（２％、ｖｏｌ／ｖｏｌ）を伴って、２０および２４Ｗの電力レベルにおいて最も高いレベルの不活化を生成したことを示した。さらに、空気は、全ての人工呼吸器についての必要とされる入力ガスである。したがって、キャリア・ガスとしての空気は、ＣＡＰ装備人工呼吸器についての最良のオプションである。空気の重要な因子としての相対湿度（ＲＨ）は、放電電圧（Ｖ）および処置時間（ｔ）を含むＣＡＰ処置パラメータに加えて、最適構成について研究されることになる。

ＣＡＰによって発生した活性種
ＣＡＰによって発生した活性種は、発光分光分析（ＯＥＳ：ｏｐｔｉｃａｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を使用してプラズマ・ビーム内で、また、種に基づくキットによって水性溶液内で確認することができる。

プラズマ・ビーム内の活性種
発光分光分析器（Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ ＨＲ２０００）が使用されて、２００～９００ｎｍの範囲内のプラズマ・ビーム内の種を検出する。プラズマ発光は、コリメーティング・レンズを使用して、プラズマ・ビーム軸に垂直な方向にかつ軸方向に１ｍｍ増分で収集される。プラズマ発光は、光ファイバを介して分光計に伝達される。

溶液内の活性種
Ｋｏｎｄｅｔｉ等は、ＣＡＰ処置済み生理食塩水および水内で発生した種に関する徹底的な調査を、それらの半減期に基づいて行った。Ｋｏｎｄｅｔｉ，Ｖ．等「Ｌｏｎｇ－ｌｉｖｅｄ ａｎｄ ｓｈｏｒｔ－ｌｉｖｅｄ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｓｐｅｃｉｅｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ａ ｃｏｌｄ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｌａｓｍａ ｊｅｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ ａｎｄ Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ」Ｆｒｅｅ Ｒａｄｉｃ Ｂｉｏｌ Ｍｅｄ，２０１８．１２４：ｐ．２７５－２８７。Ｋｏｎｄｅｔｉ等は、プラズマが生理食塩水と直接接触状態でなかったときに、長半減期種が主要な役割を果たし；一方、プラズマが液体に接触したときに、短半減期種がより重要であった、と結論付けた。ＮＯ_２－およびＨ_２Ｏ_２のようなＣＡＰ処置済み溶液内の長半減期種の濃度は、ＣＡＰオンまたはオフの状態で、Ｇｒｉｅｓｓ Ｒｅａｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ（Ｐｒｏｍｅｇａ、Ｇ２９３０）および蛍光法過酸化水素アッセイ・キット（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ、ＭＡＫ１６５－１ＫＴ）を使用して、空気流処置済みリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）内で測定することができる。結果は、吸光度の場合５４０ｎｍでまた蛍光の場合５４０／５９０ｎｍでＢｉｏＴｅｋマイクロプレート・リーダーによってそれぞれ読み取られることになる。

オゾンは、人間の健康に有害な影響を及ぼす可能性があるため、ＣＡＰベース人工呼吸器についての懸念となる可能性がある。オゾン濃度は、人工呼吸器の排気時に測定され、空気質基準に合うようにフィルタによって低減されるべきである。

細胞に対するＣＡＰの影響
肺がん細胞株Ａ５４９は、ＣＡＰ処置の有効性について使用されることになる。空気流のみの処置は、対照群として使用されることになる。細胞の生存率は、３－（４，５－ジメチルチアゾール－２－ｙｌ）－２，５－ジフェニル・テトラゾリウム・ブロミド（ＭＴＴ）アッセイによって評価されることになる。

結論として、調整済み構成によって、ＣＡＰベース人工呼吸器は、肺炎、ＣＯＶＩＤ－１９、または肺がんのような呼吸器疾患を有する患者に利益をもたらす可能性がある。

ＣＡＰプラズマ・ウイルス不活化妥当性確認
ＣＯＶＩＤ－１９および重症急性呼吸器症候群（ＳＡＲＳ：ｓｅｖｅｒｅ ａｃｕｔｅ ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｓｙｎｄｒｏｍｅ）等の呼吸器疾患を引き起こすウイルスは、感染ウイルスを含むエアロゾル化された液滴によって伝達される。寒冷大気圧プラズマ（ＣＡＰ）は、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、１重項酸素（^１Ｏ_２）、オゾン（Ｏ_３）、一酸化窒素（^・ＮＯ）、およびヒドロキシ・ラジカル（^・ＯＨ）等の多数の活性酸素種（ＲＯＳ）および活性窒素種（ＲＮＳ）、ならびに、電子、イオン、および光子を発生し、^・ＯＨ、^１Ｏ_２、^・ＮＯ、Ｏ_２ ^・ _－、^・ＮＯ_２、およびＯＮＯＯ_－は短半減期種であり、一方、Ｈ_２Ｏ_２、ＮＯ_２－、およびＮＯ_３－は長半減期種である。ＣＡＰがウイルスおよび他の病原菌を不活化することができることを、種々の研究が示した。ＣＡＰによるウイルスの考えられる不活化メカニズムは、多数のフリー・ラジカルを生成することによって高い酸化還元電位（ＯＲＰ：ｏｘｉｄａｔｉｏｎ－ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）および電気伝導率に導くことによる。活性酸素および窒素種は、炭水化物と反応し、脂肪酸側鎖の脂質過酸化反応および架橋結合を始動させることができ、化学結合および分子構造の変質をもたらす。両者は、タンパク質過酸化反応を引き起こし、ウイルス・エンベロープの破壊を誘起することによって、酸化ストレスを誘起し、１重項酸素は、システインと急速に反応して、ジスルフィドを有するシスチンの主生成物（Ｒ－ｃｙｓ－Ｓ－Ｓ－ｃｙｓ－Ｒ）を発生することができ、両者は、チロシン、トリプトファン、およびヒスチジンと選択的に反応して、ヒドロオペルオキシドを生成し、タンパク質凝集をもたらし、最終的に、ウイルス形態に対する変化をもたらす。さらに、両者は、グアニンを酸化することによって、酵素をコードするウイルス核酸を損傷し、遺伝子発現の低減およびウイルス複製の排除に寄与する、グアニンとリシンとの間の架橋結合を誘起することができ、それにより、ウイルス不活化につながる。本発明の寒冷プラズマ・システムは、加湿済みセットアップにおいてイオン化寒冷プラズマを発生して、気管内チューブを介してウイルス感染患者に給送される活性種を生成する。システムの出力は、患者の気管支細胞内に存在するウイルスを不活化することになる活性酸素種（ＲＯＳ）および活性窒素種（ＲＮＳ）を含む。

人上皮肺がん細胞株Ａ５４９（ＡＴＣＣ， ＣＣＬ－１８５）は、本発明の有効性を研究するために使用された。Ａ５４９細胞は、１２ウェル・プレート内で１０^５／ウェルの密度で培養され、最大１７分間処置された。周波数はほぼ１００ｋＨｚであった。電圧は７０Ｖであるように設定された。ヘリウム、寒冷大気圧プラズマ（ＣＡＰ）用のキャリア・ガスの流量は３ＬＰＭに設定された。酸素（Ｏ_２）および空気の総流量は、２ＬＰＭであるように設定された。気管内チューブからの最終出力ガスのＯ_２パーセンテージは、Ｏ_２－空気－Ｈｅ混合気内で、約１６、２４、および３２％であった。

Ｏ_２および空気混合気のフィード・ガスまたはＨｅは、ＤＩ水を通した発泡によって加湿された。加湿済みガスの相対湿度（ＲＨ）は、湿度センサによって常に測定された。

ブルー・テトラゾリウム臭化チアゾリル（ＭＴＴ）は、Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ，ＵＳＡ）から購入され、生存率アッセイは、製造業者のプロトコルに従って、ＣＡＰ処置後４８時間、実施された。結果は、吸光度について５７０ｎｍにおいてＢｉｏＴｅｋマイクロプレート・リーダーによって読み取られた。

本発明によって処置されたＡ５４９細胞の生存率は、図１０Ｃ～１０Ｅに示すようにプロットされた。図１０Ｃは、最大４分間、空気混合気湿度調整を有する本発明のセットアップによって処置されたＡ５４９細胞の生存率を示す。Ａ５４９細胞の生存率は、処置時間を増加することに伴って徐々に減少した。４分の処置によって、生存率は６０％に減少した（処置なしと比較して）。酸素割合がガス混合気内で増加することは、図１０Ｃから、処置の弱化効果を示した。

フィード・ガス内に２４％Ｏ_２を有する同じセットアップは、その後、最大１７分間、細胞を処置するために使用された（図１０Ｄ）。細胞生存率は、処置なしに比較して、処置の１０分後に４０％より低い値に減少し、細胞は、処置の１７分後に完全に排除された。

１７分間のヘリウム湿度調整によってヘリウムのみが加湿されているセットアップによって処置されると、全てのがん細胞は、ＣＡＰ処置によっても排除された（図１０Ｅに示すデータ）。

加湿済み空気／Ｏ_２混合気および加湿済みヘリウムによる処置の効果
Ａ５４９細胞は、２ＬＰＭの流量（Ｏ_２割合２４％）の１００％加湿済み空気／Ｏ_２混合気（１：１ ｖ／ｖ）によって処置された。ヘリウム流量は３ＬＰＭであり、湿度は、０％、５０％、および１００％に設定された。

処置なしのＡ５４９細胞は、培養皿にしっかり付着し、核は無傷であった。この実験における対照は、１０分間、空気／Ｏ_２およびＨｅ混合気処置された。細胞は、処置なしと比較して、形態変化を全く示さなかった。

Ｈｅ湿度が０％に設定される（乾燥ヘリウム）と、細胞は、寒冷プラズマ・システム処置の５分以内に収縮し始めたが、かなりの量の細胞は生存能力があった。処置時間を１０分まで増加した後、細胞死が同定された。

Ｈｅ湿度が５０％まで増加されると、５分の処置時間で、細胞は、収縮および膜のブレブ形成を示した。細胞収縮は、１０分処置時間でより深刻であり、死細胞は、浮遊パターンで可視化された。

Ｈｅ湿度が、５または１０分の処置で１００％まで増加されると、ほとんど全ての細胞は、断片化され、生存能力がなかった。

ＭＴＴ生存率アッセイは細胞に対して実施された。結果は、図１０Ｆに示される。０％のＨｅ湿度（乾燥Ｈｅ）および５分処置時間は、生存率を６０％まで減少させ、１０分で、生存率は、処置なしと比較して、４０％まで減少した。Ｈｅ湿度が５０％または１００％に設定されると、５または１０分の処置で、生存能力がある細胞は存在しなかった。

より包括的な研究が、Ａ５４９細胞の排除のために必要とされる最小処置時間を決定するために実施された。Ａ５４９細胞は、２ＬＰＭの流量（Ｏ_２割合２４％）の加湿済みまたは乾燥空気／Ｏ_２混合気（１：１ ｖ／ｖ）によって、１～５分間、処置された。ヘリウム流量は３ＬＰＭであり、湿度は、０％、５０％、および１００％に設定された。画像は、ＣＡＰ処置後２４時間で採取された。

本発明の好ましい実施形態によるシステムによって、１～５分間、加湿済みまたは乾燥空気／Ｏ_２混合気および種々の湿度のＨｅによって処置されたＡ５４９細胞の位相コントラスト画像が採取された。Ｈｅ湿度が０％に設定される（乾燥ヘリウム）と、細胞数は、５分の処置で減少し始めたが、細胞形態は著しく変化しなかった；Ｈｅ湿度が５０％に設定されると、細胞数は、４分の処置で、減少し始めた；Ｈｅ湿度が１００％に設定されると、細胞数は、２分の処置で、減少し始め、細胞膜および核は、４分の処置で、著しく収縮し始めた。空気／Ｏ_２の湿度は、有意の形態変化を誘起しなかった。

ＭＴＴ生存率アッセイは細胞に対して実施された（図１０Ｇおよび１０Ｈ）。０％のＨｅ湿度（乾燥Ｈｅ）は、５分の処置においてさえも、処置なしと比較して、細胞死をそれほど誘起しなかった。Ｈｅ湿度が５０％に設定されると、細胞生存率は、処置時間の増加に伴って徐々に減少した。約５０％の細胞は、５分の処置で生存能力があった。Ｈｅ湿度が１００％に設定されると、３分のＣＡＰ処置は、生存率を５０％未満に減少させることができ、４分のＣＡＰ処置は、細胞を完全に排除した。空気／Ｏ_２の湿度は、生存率データの有意の差をもたらさなかった。これらの結果に基づいて、肺がん細胞を根絶するために、ヘリウムの加湿が、寒冷プラズマ・システムについての決定的因子であると結論付けることができる。

空気流から酸素流を分離すること
本発明の第１の好ましい実施形態による、呼吸器感染症を処置するための寒冷大気圧プラズマ・システムは、図１１を参照して説明される。ヘリウム・ガス供給源１１０は、２つのライン１１１２、１１１４に分割され、２つのラインのそれぞれはマス・フロー・コントローラ（ＭＦＣ）１１２０によって制御される。ライン１１１２内のヘリウム・ガス流（５０～１０００ｍＬ／分）は、Ｈ_２Ｏ充填済みコンテナ（加湿器１１３０ａ）を通過し、その後、混合チャンバ１１４０ａに給送される。ライン１１１４内のヘリウム・ガス流は、混合チャンバ１１４０ａに直接給送される。こうして、ライン１１１２、１１１４上のマス・フロー・コントローラ１１２０によって、チャンバ１１４０ａを出るガス内の相対的Ｈ_２Ｏ飽和を調整することができる。２つのライン１１１２、１１１４内でのガス流の調整は、チャンバ１１４０ａを出るガス流の全体の流量および湿度の微調整を可能にする。湿度は、２０％～１００％の範囲内とすることができ、少なくとも７０％の好ましい湿度を有する。この実施形態における総ヘリウム流は、全ての場合に、０．５Ｌ／分～５Ｌ／分まで変動する可能性がある。チャンバ１１４０ａ内のヘリウム・ガスの湿度は、例えば、較正済み高精度湿度および温度計（図示せず）によって測定することができる。チャンバ１１４０ａからの加湿済みヘリウム・ガスは、本明細書で「寒冷大気圧プラズマ（ＣＡＰ）発生器」と呼ばれる電気外科発生器３００に給送される。種々の電気外科発生器が、当技術分野で知られており、本発明と共に使用することができる。寒冷大気圧プラズマ（ＣＡＰ）発生器３００に給送されるガスは、本明細書で「キャリア・ガス」と呼ばれる。

同時に、非加湿空気供給物１１５０（フィード・ガス）は、マス・フロー・コントローラ（ＭＦＣ）１１２０によって制御される。空気ガス流は、第２のＨ_２Ｏ充填済みコンテナ（加湿器１１３０ｂ）を通過し、その後、混合チャンバ１１４０ｂに給送される。同時にまた、非加湿で加圧済みの第３のガスの供給源１１６０、この場合、酸素は、第３のＨ_２Ｏ充填済みコンテナ（加湿器１１３０ｃ）に接続される。加湿済みの第３のガス（酸素）は、チャンバ１１４０ｂに給送され、そこで、加湿済みの第３のガスが加湿済み空気と混合する。こうして、空気および酸素ライン上のマス・フロー・コントローラ（ＭＦＣ）１１２０によって、チャンバ１１４０ｂを出る相対的酸素パーセンテージを調整することができる。空気および酸素のそれぞれの湿度は、２０％～１００％の範囲内とすることができ、少なくとも７０％の好ましい湿度を有する。チャンバ１１４０ｂ内の混合気の湿度は、例えば、較正済み高精度湿度および温度計（図示せず）によって測定することができ、酸素含有量は、例えば、酸素センサによって測定することができる。チャンバ１１４０ｂからの加湿済み空気および酸素は、人工呼吸器、ＣＰＡＰ機械、ＢＩＰＡＰ機械、または他の知られている呼吸送達システム等の呼吸送達システム１１７０に提供される。呼吸送達システム１１７０は、排気、酸素、およびＣＯ_２を混合し、調整し、その患者吸気の圧力、流量、比、および周波数を測定することになる。呼吸送達システム１７０の出力は、例えば、チュービング１１７４およびコネクタ１１７６を介してＣＡＰジョイント・ミキサーに接続される。

ＣＡＰ発生器３００および呼吸送達システム１１７０の出力は、本明細書で「ＣＡＰジョイント・ミキサー」と呼ばれる誘電体バリア放電（ＤＢＤ）アセンブリ２００に接続される。グラウンド・ケーブル１１９８は、ＣＡＰジョイント・ミキサー２００の外側電極をＣＡＰ発生器３００内のグラウンドに接続する。グラウンド・ケーブル１１９８は、図１１のチュービング１１９４と別個であると示されるが、グラウンド・ケーブル１１９８が、例えば、チュービング１１９４とハーネス内で結合される他の配置構成が可能である。Ｈ_２Ｏが存在するために、Ｈｅ^＋＋ｅ^－化学反応に至るヘリウムおよびＨ_２Ｏのイオン化が同時に起こることになる。寒冷プラズマ発生活性種（Ｈ_２Ｏ_２、ＮＯ_２－、ＮＯ_３－、ＯＮＯＯ_－、および０２_－）が生成される。

ＣＡＰジョイント・ミキサー２００の出力は、送達部材１１９０に接続され、送達部材１１９０は、例えば、気管内チューブ、酸素ＣＰＡＰ（持続気道陽圧）、ＢＩＰＡＰ（２相性気道陽圧）、人工呼吸器顔マスク、または鼻Ｏ_２カニューレ１１９０とすることができ、システムにより発生する活性種１１９２、例えば、Ｈ_２Ｏ_２、ＮＯ_２－、ＮＯ_３－、ＯＮＯＯ_－、および０２_－を患者呼吸器系に送達する。

オゾン測定
本発明の好ましい実施形態によるシステムにより発生したオゾン（Ｏ_３）は、オゾン検出器（Ｆｏｒｅｎｓｉｃｓ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ、ＣＡ）によって気管内チューブの端部で測定された。測定は、上記で試験された全ての設定を用いて実施された、すなわち、ＣＡＰは、２ＬＰＭの流量（Ｏ_２割合２４％）の加湿済みまたは乾燥空気／Ｏ_２混合気（１：１ ｖ／ｖ）と共に７０Ｖに設定され、ヘリウム流量は３ＬＰＭであり、湿度は、０％、５０％、および１００％に設定された。オゾン・レベルは図１４Ａに示された。同じヘリウム湿度において、乾燥空気／Ｏ_２は、加湿済み空気／Ｏ_２と比較してより高いＯ_３レベルをもたらした（ｙｉｅｌｄ）。ヘリウムのより高い湿度は、より高い濃度のＯ_３を発生し、それは、図１０Ｇおよび１０Ｈで先に示したように、細胞に対するより強い低減効果をもたらした。この対応は、本発明の好ましい実施形態によるシステムにより発生したカクテルにおいてＯ_３が決定的な種であることを示す。図１４Ｂは、オゾン生成レートがより低い電圧で著しく減少したことを示す。したがって、安全のために、７０Ｖの代わりに、３５または４０Ｖが、細胞生存率を試験するために使用された（図１３Ａおよび１３Ｂ）。Ｏ_３生成レートは、別々の空気およびＯ_２注入（図１４Ｂ）と比較して、空気およびＯ_２が混合気としてシステムに給送されたとき（図１４Ｂ）に高かった。

しかしながら、寒冷プラズマ・システムであって、上記で示した設定を有する、すなわち、ＣＡＰが、２ＬＰＭの流量（Ｏ_２割合２４％）の加湿済みまたは乾燥空気／Ｏ_２混合気（１：１ ｖ／ｖ）と共に７０Ｖに設定され、ヘリウム流量が３ＬＰＭであり、湿度が、０％、５０％、および１００％に設定された、寒冷プラズマ・システムは、ＯＳＨＡ基準による安全限界を超える大量のオゾン（セクション２に示したデータ）を生成した。オゾン発生を低下させるために、より低い電圧（３５～４０Ｖ）が、細胞を処置するために利用された。空気／Ｏ_２混合気内の酸素の存在がオゾン生成を刺激するため、空気およびＯ_２は、ジョイントＣＡＰミキサーに入って別々に融合されて、Ｏ_３形成を低下させる。低いＯ_３レベル（すなわち、より低い電圧および空気およびＯ_２の分離）を有する設定で処置されたＡ５４９細胞の生存率データは、図１４Ａおよび１４Ｂに示される。

空気およびＯ_２が混合気としてシステムに付加される（図１３Ａ）と、がん生存率を減少させることに関するＣＡＰの能力は、空気およびＯ_２がシステムに対して別々に融合された場合（図１３Ｂ）と比較して高い。空気／Ｏ_２混合気による４０Ｖにおける８分のＣＡＰ処置または空気およびＯ_２分離による４０Ｖにおける１５分のＣＡＰ処置は、がん細胞生存率を５パーセント未満まで低下させることができた。

被処置媒体における活性種検出
本発明の好ましい実施形態によるシステムは、連続してまたは所定間隔で８または１５分間、アルゴン凝固モードによって１２ウェル・プレート内の１ｍＬリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）を処置するために使用された。所定間隔の処置の場合、ＣＡＰは、各間隔の間に５分休止がある状態で、３＋３＋２分または４＋４＋４＋３分方式で投与された。電圧は３５または４０Ｖに設定された。ヘリウム、Ｏ_２、空気は全て加湿された。ヘリウムの流量は３ＬＰＭに設定された。酸素流量および空気流量は共に、１ＬＰＭに設定された。

被処置溶液内のカクテル・プラズマ発生活性酸素種（ＲＯＳ）および活性窒素種（ＲＮＳ）の中で、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、亜硝酸（ＮＯ_２－）、および硝酸（ＮＯ_３－）は、最も一般的に研究される長半減期種である。それらの濃度は、ＣＡＰオンまたはオフの状態で、比色法過酸化水素アッセイ・キット（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ、ＭＡＫ３１１－１ＫＴ）、Ｇｒｉｅｓｓ Ｒｅａｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ（Ｐｒｏｍｅｇａ、Ｇ２９３０）、および比色法亜硝酸／硝酸アッセイ・キット（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ ２３４７９）を使用して、被処置ＰＢＳ内で測定された。結果は、吸光度について５９５ｎｍ、５５０ｎｍ、および５４０／５７０ｎｍにおいてＢｉｏＴｅｋマイクロプレート・リーダーによってそれぞれ読み取られた。

本発明の好ましい実施形態によるシステムによるＨ_２Ｏ_２、ＮＯ_２－、およびＮＯ_３－の濃度がプロットされた。先の生存率データは、４０Ｖにおいて、空気およびＯ_２混合気セットアップによる８分間の連続処置または空気およびＯ_２分離セットアップによる１５分間の連続処置は共に、Ａ５４９の生存率を５％未満に低下させることができることを証明した。図１５Ａ～１５Ｃに示すように、４０Ｖでの空気およびＯ_２混合気セットアップの８分は、３＋３＋２分間隔処置が４７０μＭのＨ_２Ｏ_２、１２．５μＭのＮＯ_２－、および２．２μＭのＮＯ_３－を発生したことと比較して、７２５μＭのＨ_２Ｏ_２、１１．９μＭのＮＯ_２－、および３．３μＭのＮＯ_３－を発生し、一方、４０Ｖでの空気およびＯ_２分離セットアップの連続１５分は、４＋４＋４＋３分間隔処置が９５２μＭのＨ_２Ｏ_２、４５μＭのＮＯ_２－、および１２μＭのＮＯ_３－を発生したことと比較して、８０６μＭのＨ_２Ｏ_２、３３μＭのＮＯ_２－、および４．３μＭのＮＯ_３－を発生した。硝酸（ＮＯ_３－）は、設定のほとんどにおいて、低過ぎて検出できなかった。ガス混合気は、単独で、有意の量のＲＯＳまたはＲＮＳを発生しない。

８分連続処置の場合、Ｈ_２Ｏ_２は、５ＬＰＭのガス流を用いたＣＡＰ処置による１ｍＬの媒体内で発生した。検出された種は以下の通りであった：
・７２４×１０^－６ｍｏｌ／ｌ×３４ｇ／ｍｏｌ＝２４．６×１０^－３ｍｇ／ｍＬ＝Ｈ_２Ｏ_２の２４．６ｇ／ｍ^３は、４０Ｌのガス混合気によって発生した、
・Ｈ_２Ｏ_２レベルは、２４．６×１０^－３／４０＝０．６１５×１０^－３ｍｇ／Ｌ＝０．６１５ｍｇ／ｍ^３である、
・３＋３＋２分間隔処置の場合、Ｈ_２Ｏ_２レベルは０．４ｍｇ／ｍ^３である、
・１５分連続処置の場合、Ｈ_２Ｏ_２レベルは０．３６５ｍｇ／ｍ^３である、
・４＋４＋４＋３分間隔処置の場合、Ｈ_２Ｏ_２レベルは０．４３ ｍｇ／ｍ^３である。

全ての場合に、０．６１５、０．４、０．３８、および０．４２ｍｇ／ｍ^３は、１．４ｍｇ／ｍ^３である、Ｈ_２Ｏ_２についてのＮＩＯＳＨおよびＯＳＨＡ許容可能曝露限界より低い（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｃｄｃ．ｇｏｖ／ｎｉｏｓｈ／ｎｐｇ／ｎｐｇｄ０３３５．ｈｔｍｌ）。

本発明の好ましい実施形態の上記説明は、例証および説明のために提示された。網羅的であることまたは開示される正確な形態に本発明を限定することは意図されず、変更および変形が、上記教示を考慮して可能である、または、本発明の実施から得られることができる。企図される特定の使用に適するように当業者が種々の実施形態で本発明を利用することを可能にするため、本発明の原理およびその実用的な応用を説明するために実施形態が選択され説明された。本発明の範囲が、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって規定されることが意図される。上記文書のそれぞれの全体が参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (20)

1. 呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステムであって、
   キャリア・ガスの供給源（１１０）と、
   キャリア・ガスの前記供給源（１１０）に接続された加湿器（１３０）と、
   フィード・ガスの供給源（１５０）と、
   フィード・ガスの前記供給源（１５０）に接続された加湿器（１３０）と、
   前記キャリア・ガスをプラズマになるようプラズマ化するように構成されるプラズマ発生器（３００）と、
   誘電体から形成された内部チャンバ、前記内部チャンバの内部にあり、前記プラズマ発生器（３００）の電気出力に接続されたアクティブ電極（２３０）、およびグラウンドに接続された外側電極（２２０）を有するミキサー（１４０）であって、キャリア・ガスの前記供給源（１１０）に接続された第１の流体入力ポート（２０２）およびフィード・ガスの前記供給源（１５０）に接続された第２の流体入力（２０４）を有する、ミキサー（１４０）と、
   前記ミキサー（１４０）内で発生した活性種を患者に送達するために前記ミキサー（１４０）の出力（２０６）に接続された流体送達部材（１９０）と
   を備える、呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステム。
2. 前記キャリア・ガスは、ヘリウム、アルゴン、窒素、および酸素のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステム。
3. 前記送達部材（１９０）は気管内チューブを備える、請求項１に記載の呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステム。
4. 前記送達部材（１９０）は、鼻カニューレおよびマスクの一方を備える、請求項１に記載の呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステム。
5. フィード・ガスの前記供給源（１５０）は、人工呼吸器および持続気道陽圧デバイスの一方を備える、請求項１に記載のプラズマ処置を実施するためのシステム。
6. 前記フィード・ガスは空気と酸素の混合気を含む、請求項５に記載の呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステム。
7. 前記プラズマ発生器（３００）は、１０ｋＨｚ～２００ｋＨｚの範囲内の周波数および３ｋＶ～６ｋＶの範囲内の出力ピーク電圧で動作するように構成される、請求項１に記載の呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステム。
8. 前記プラズマ発生器（３００）は、４０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、および２００ｋＨｚのうちの１つの周波数の２５ｋＨｚ以内の周波数を有する電気エネルギーを発生する、請求項１に記載のプラズマ処置を実施するためのシステム。
9. 前記プラズマ発生器（３００）は、高周波電気外科発生器および低周波変換器を備える、請求項１に記載の呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステム。
10. 前記プラズマ発生器（３００）は、
    電力モジュール（３５０）と、
    前記電力モジュール（３５０）を制御するためのＣＰＵ（３１０）と、
    前記ＣＰＵ（３１０）に接続されたメモリ（３１１）と、
    前記ＣＰＵ（３１０）に接続された電源（３０２）と
    を備える、請求項１に記載の呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステム。
11. 前記プラズマ発生器（３００）は、
    タッチスクリーン・ディスプレイ（４２０）と、
    前記タッチスクリーン・ディスプレイ（４２０）に接続されたコントローラと、
    前記タッチスクリーン・ディスプレイ（４２０）上にデータを表示し、前記タッチスクリーン・ディスプレイ（４２０）を通してユーザからの入力を受信するように構成されるグラフィカル・ユーザ・インターフェースと
    をさらに備える、請求項１０に記載の呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステム。
12. 前記プラズマ発生器（３００）は、
    ガス・モジュール（１０００）を
    さらに備える、請求項１０に記載の呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステム。
13. キャリア・ガスの前記供給源（１１０）は前記ガス・モジュール（１０００）に接続され、前記ガス・モジュール（１０００）は、前記ミキサー（１４０）への前記キャリア・ガスの流れを制御する、請求項１２に記載の呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステム。
14. 前記第１の加湿器（１３０）は、前記ガス・モジュール（１０００）と前記ミキサー（１４０）との間に接続される、請求項１３に記載の呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステム。
15. 前記第１の加湿器（１３０）は、前記ガス・モジュール（１０００）とキャリア・ガスの前記供給源（１１０）との間に接続される、請求項１３に記載の呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステム。
16. 前記第１の加湿器（１３０）は、キャリア・ガスの前記供給源（１１０）から流れるキャリア・ガスを少なくとも湿度７０％まで加湿するように構成され、前記第２の加湿器（１３０）は、フィード・ガスの前記供給源（１５０）から流れるフィード・ガスを少なくとも湿度５０％まで加湿するように構成される、請求項１に記載の呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステム。
17. 前記第１の加湿器（１３０）は、キャリア・ガスの前記供給源（１１０）から流れるキャリア・ガスを湿度１００％まで加湿するように構成され、前記第２の加湿器（１３０）は、フィード・ガスの前記供給源（１５０）から流れるフィード・ガスを少なくとも湿度５０％まで加湿するように構成される、請求項１に記載の呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステム。
18. 呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステムであって、
    キャリア・ガスをプラズマになるようプラズマ化するために電気エネルギーを発生するように構成される電気エネルギー発生器（３００）と、
    誘電体バリア放電ミキサー（１４０）とを備え、前記誘電体バリア放電ミキサー（１４０）は、
    誘電体から形成された内部チャンバであって、加湿済みキャリア・ガスの供給源（１１０）に流体接続するように構成される第１の入力（２０２）、加湿済みフィード・ガスの供給源（１５０）に接続するように構成される第２の入力（２０４）、および送達部材（１９０）に接続するように構成される出力（２０６）を有する、内部チャンバ、
    前記内部チャンバの内部にあり、前記電気エネルギー発生器の電気出力に接続されたアクティブ電極（２３０）、ならびに、
    グラウンドに接続された外側電極（２２０）
    を備え、
    加湿済みフィード・ガスおよび加湿済みキャリア・ガスが共に、前記内部チャンバに流入している間に、前記電気エネルギー発生器（３００）から前記内部電極（２３０）に電気エネルギーが供給されるとき、プラズマが前記内部チャンバ内で発生する、呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステム。
19. 前記誘電体バリア放電アセンブリ（１４０）内の前記チャンバの前記第１の入力（２０２）に流体接続された第１の加湿器（１３０）と、
    前記誘電体バリア放電アセンブリ（１４０）内の前記チャンバの前記第２の入力（２０４）に流体接続された第２の加湿器（１３０）と
    をさらに備える、請求項１８に記載の呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステム。
20. 前記第１の加湿器の入力に接続されたヘリウムの供給源（１１０）と、
    前記第２の加湿器の入力に接続された空気の供給源（１５０）と
    をさらに備える、請求項１９に記載の呼吸器感染症のプラズマ処置を実施するためのシステム。

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