KR101319453B1 - 플라즈마 가스 방전으로 생물조직을 치료하는 시스템 및방법 - Google Patents

플라즈마 가스 방전으로 생물조직을 치료하는 시스템 및방법 Download PDF

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Abstract

플라즈마 가스-방전(8)을 사용해서 생물조직(7)을 치료하는 장치 및 방법이 여기 개시된다. 플라즈마 가스-방전을 형성하기 위해 가스를 점화하기 위한 전극 (6), 여기서 상기 전극은 장치 내에 구성되어져서, 상기 전극이 생물조직의 표면을 만날 때, 상기 전극에서 생물조직의 표면으로 전류의 길이 형성되어, 이로 인해 상기 가스흐름을 점화시키고 플라즈마 가스-방전을 형성시킨다. 몇 가지 양태에서, 상기 치료되는 생물조직과 전자기적 상호작용 간극을 가로지르는 상기 플라즈마 가스-방전사이의 전자기적 상호작용을 이용해서 상기 플라즈마 가스-방전의 프로파일을 형상화한다. 상기 생물조직을 치료하는 방법으로 생물조직에 플라즈마 플럭스을 경피적으로 분배하는 방법이 추가로 제공된다.
플라즈마 가스 방전, 생물조직 치료 방법 및 장치

Description

플라즈마 가스 방전으로 생물조직을 치료하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR TREATING BIOLOGICAL TISSUE WITH A PLASMA GAS DISCHARGE}
발명의 분야 및 배경
본 발명은, 제 2 가상전극(virtual electrode)으로 기능하는 이웃하는 생물조직과의 조합으로 작동하는 RF-에너지 커플링 안테나로 작용하는 가스-노즐 전극을 포함하는, 대기압에서 RF 플라즈마 가스-방전을 통해 생물조직, 보다 구체적으로는 피부층을 치료하는 개선된 시스템 및 방법에 관한 것이다. 가스 방전, 또는 플라즈마의 조절은 가스 노즐-전극 배치, 가스(들)의 성질 및 가스흐름 파라미터를 포함하는 다양한 방식으로 이루어진다. 이러한 시스템 및 방법은 보다 광범위한 피부 치료, 이식(resurfacing) 및 소생 기술이 치료의 요구에 최적화되도록 적용될 수 있게 한다. 구체적으로 열 손상을 최소화하는 저온 피부층 절제를 위한 조건들, 피부층의 조절 및 국부 가열, 및 경피 이온 분배가 달성될 수 있다.
피부 이식 또는 피부 소생술 등의 피부치료법은 치료 요구에 따라 표피층 외부 또는 근처를 절제하고/하거나 조절하는 것을 포함한다. 피부 치료법은 주름제거, 모공축소, 피부 평활, 근육 리프팅(muscle lifting), 콜라겐 자극(collagen stimulation), 흑색점 예를 들어 문신, 흉터, 조직장애, 병반 및 과다 색소침착의 제거, 모발 제거 및 성장장애 등의 치료에 적용될 수 있다. 종래 제안된 피부치료 법은 주로 크림 또는 연고제 등을 사용한 성질상 약품요법, 기계요법(예를 들어, 연마제 사용) 또는 이들의 조합이 활용되었다. 이들 기법은 장기간에 걸친 피부 치료 문제를 감소시키고 문제의 재발을 방지하는 것에 있어서의 임상학적 효능이 밝혀지지 않았다. 게다가, 화학적 및 기계적 “박피술”은 문제의 피부 부위 및/또는 그 주위 조직을 손상시키는 효과를 가질 수 있다.
또한, 보다 신규한 방법으로는 레이저, RF 플라즈마 및 LED 빛 에너지를 이용하여 피부층과 상호작용시키는 피부 치료법이 제안되어 있다. 이들 방법들은 각각 그 적용에 있어서 장단점을 가지고 있다.
종래 이용가능한 대안들에는 본 발명의 전형적인 시스템에 의해서는 미연에 방지되는 단점들이 존재한다. 이러한 유형의 기법들과 관련된 문제점 중 일부는 제한된 시술조건, 과도한 피부가열 및/또는 화상, 불완전한 흠제거, 연장된 치유기간, 발진 및 기타 피부염증 및/또는 합병증 등을 예시할 수 있다.
종래 시스템의 일례는 아토케어 코포레이션(ArthoCare Corporation)에게 양도된 미국특허 제6,105,581호에 개시되어 있다. 상기 특허는 염 용액과 같은 전기 전도성 용액을 피부 및 전기외과적 탐침과 접촉시켜 사용하는 것을 교시한다. 탐침에 대한 RF 에너지 임펄스의 적용은 용액 중에 플라즈마를 발생시켜서 피부의 표면 위의 및 척추(spine) 내부의 세포를 절제시킨다. 용액은 플라즈마로부터 열을 제거하여 저온을 유지시켜서 레이저 이식과 관련된 과도한 피부 가열의 문제점을 완화시킨다. 이러한 기법은 당해 기술분야에서 때때로 등록상표 코블레이션 테크 놀로지(Coblation® technology)로 언급된다. 그러나, 상기 특허의 교시는 적용된 용액의 다양한 영역에서 생성되는 플라즈마 열반(hot spot)에 기인한 피부치료부위의 부적절한 조절, 및 피부 치료부위와 탐침이 접촉될 필요성에 따라 적용이 제한된다는 고유의 단점을 가지고 있다.
종래 시스템의 또 다른 일례가 마티올리 엔지니어링 엘티디(Mattioli Engineering Ltd)에게 양도된 미국특허 제6,518,538호에 개시되어 있다. 상기 특허는 RF 플라즈마 가스-방전을 사용하여 가열하여 피부층을 선택적으로 손상시키는 것을 교시한다. 치료되는 피부층은 상기 탐침으로 밀봉되고 탐침 내부에 진공이 생성된다. RF 에너지-커플링된 전극 및 헬륨 가스가 탐침으로 도입됨으로써 플라즈마가 생성된다. 그러나, 상기 특허의 교시는 진공 조건하의 작동의 제한, 탐침 위치에 적합한 피부 치료부위의 제한 및 외부의, 해로운 결과들 없이 적절한 진공압력을 얻는 것이 제한된다는 고유의 단점을 갖는다.
종래기술의 시스템의 또 다른 일례가 가이러스 메디컬 리미티드(Gyrus Medical Limited)의 미국특허 제6,629,974호 및 제6,723,091호에 개시되어 있다. 이 시스템은 질소 RF 플라즈마 가스-방전을 이용하여 그 에너지를 6 mm 스폿(spot)으로 치료부위에 분배한다. 레이저 기본 시스템에 비해 상기 시스템의 주요한 장점 중 하나는, RF 에너지를 열로 전환시키기 위해 중간 발색단에 의존하지 않는다는 점이다. 따라서 열손실이 조절되고 균일하다. 더구나, 치료 부위로의 플라즈마 불꽃의 다중 경로가 레이저 기본 시스템에서와 같이 부가적인 열 손상을 초래하 지 않는다. 그러나, 이 시스템은 고유의 단점으로서 피부치료를 위해 오로지 좁은 활성 플라즈마 영역만으로 조작해야 하는 제한을 갖는다. 이것은 부분적으로는 플라즈마가 장치 하우징 안쪽에서 점화된다는 사실에 기인한다. 이것은 플라즈마 프로파일의 형상화에 조력하는 전극과 피부표면 사이의 유용한 전자기적 상호작용을 방해한다.
따라서, 상술한 제한(들)없이 RF플라즈마 가스방전을 통해 생물조직을 가열하는 개선된 시스템 및 방법에 대한 요구가 널리 인식되어 왔으며, 상기 시스템 및 방법을 제공하는 것은 매우 유용하다.
발명의 요약
상기 종래기술의 요구들은 본 발명에 따른 수가지 양상의 전형적인 시스템에 의해 충족된다.
먼저, 생물조직을 치료하는 장치가 개시된다. 본 발명에 따라 개시되는 장치는, 가스흐름을 점화하여 플라즈마 가스-방전을 형성하는 전극을 포함하되, 전극은, 전극이 생물조직의 표면과 만날 때, 전극으로부터 생물조직의 표면으로의 전류의 경로가 형성되도록 장치의 내부에 배치됨으로써 가스흐름을 점화하여 플라즈마 가스-방전을 형성시킨다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극은 가스흐름을 수용하도록 채택된 노즐부(nozzle portion)를 포함하는 노즐-전극이다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 상기 노즐-전극은 가스흐름을 점화하여 플라 즈마 가스-방전이 적어도 부분적으로 노즐부의 바깥쪽에 형성되도록 채택된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 장치는 대기압에서 또는 그 이상의 압력에서 작동한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 장치에 의해 생성되는 플라즈마 가스-방전은 생물조직을 절제함으로써 생물조직을 치료하는데 효과적이다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 장치에 의해 생성되는 플라즈마 가스-방전은 생물조직을 절개함으로써 생물조직을 치료하는데 효과적이다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 장치에 의해 생성되는 플라즈마 가스-방전은 생물조직으로의 경피 이온 분배에 의해서 생물조직을 치료하는데 효과적이다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 장치에 의해 생성되는 플라즈마 가스-방전은 생물조직을 가열함으로써 생물조직을 치료하는데 효과적이다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 장치에 의해 생성되는 플라즈마 가스-방전은 생물조직의 생-광자극에 의해서 생물조직을 치료하는데 효과적이다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 장치에 의해 생성되는 플라즈마 가스-방전은 플라즈마 가스-방전을 생물조직과 화학적으로 반응시킴으써 생물조직을 치료하는데 효과적이다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 가스흐름은 확산성 가스흐름이다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 장치는 추가적으로 가스흐름을 생성하기 위한 가스 공급원을 포함하되, 상기 가스 공급원은 헬륨, 아르곤, 네온, 크세논, 크 립톤, 산소분자(O2), 질소분자(N2), 질소 산화물, 탄소 산화물, 수증기, 휘발성 유기가스 및 휘발성 무기가스로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스를 제공한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극은 알루미늄, 은, 금, 구리 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 구성된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 장치는 추가적으로 전극의 표면의 전기 전도성을 감소시킴으로써 생물조직의 표면으로의 전도성 전류의 전송을 지연시키기 위한 전극의 표면과 연합된 유전장벽을 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극은 플라즈마 가스-방전에서 횃불-형 프로파일을 형성하도록 치수화된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극은 유전성 원통형의 공동 부착물을 가지며, 플라즈마 가스-방전이 유전 원통형의 공동 부착물의 전체 공동을 실질적으로 점유하도록 치수화된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극은 매우 낮은 전류밀도 및 높은 방전 단면적으로 플라즈마 가스-방전을 형성하도록 치수화된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극은, 플라즈마 가스-방전에서 좁은 플레임-텅(flame tongue){플라스마트론(plasmatron)} 프로파일을 형성하도록 치수화된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극은, 생물조직의 표면이 생물조직의 동시 가열 및 플라즈마 가스-방전의 유지를 허용하는 비등전위면으로 되는 방식으로 생물조직과 상호작용하도록 치수화되고 배치된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극은, 생물조직의 표면이, 플라즈마 가스-방전이 전극의 내부용적을 실질적으로 채우게 하는 비등전위면으로 되는 방식으로 주발형 프로파일로 치수화되고 생물조직을 직접 접촉하도록 배치된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극은 유전성 원통형의 공동 부착물을 포함하고, 생물조직의 표면이 환형 프로파일을 가지는 플라즈마 가스-방전을 제공하는 비등전위면으로 되는 방식으로 생물조직을 직접 접촉하기 위한 구형 프로파일로 치수화된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극은 생물조직을 직접 접촉하는 전극의 내부로 연장하는 유전성 원통형의 도관 부착물을 포함함으로써 유전성 원통형의 도관 부착물 안쪽의 플라즈마 가스-방전을 점화시키며, 플라즈마 가스-방전을 가스흐름에 의해 생물조직으로 수송한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 장치는 추가적으로 레이저 빔, 초음파 변환기, UV 광원 및 섬광전구로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 부가적인 구성요소를 포함함으로써 생물조직을 부가적으로 치료한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극은 플라즈마 가스-방전을 위한 안테나로서 기능하며 플라즈마 가스-방전을 위한 가스흐름의 파라미터에 영향을 준다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 장치는 추가적으로 가스의 온도를 크게 강하시키기 적합한 (단열팽창) 가스분배용 노즐을 추가로 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 장치는 층류 가스흐름을 생성하기 적합한 가스분배용 노즐을 추가적으로 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 장치는 난류 가스흐름을 생성하기 적합한 가스분배용 노즐을 추가적으로 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 장치는 경피 이온 분배에 효과적인 가스분배용 노즐을 추가적으로 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 플라즈마 가스-방전은 플라즈마 가스-방전을 점화하고 유지하기 충분한 출력 RF 전력을 생산할 수 있는 RF 발전기(증폭기)에 의해 생성된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 장치는 전극의 전력특성을 조절하기 위한 전극 컨트롤(electorde control)을 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극 콘트롤은 전극에 RF 전력을 공급하기 위한 RF 전원을 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극 컨트롤은 유향 진행파의 위상을 이동시킬 수 있는 위상이동기를 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극 컨트롤은, 플라즈마 가스-방전, 전극 및 생물조직(DET-방전-전극-조직)을 포함하는 장치의 총 임피던스를 공칭값으로부터 보정치로 변화시킬 수 있는 임피던스 매칭 네트워크(IMN)을 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극 컨트롤은 원하는 양의 에너지를 주기적으로 축적 및 방출할 수 있는 RF 공진기를 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극 컨트롤은, (a) 플라즈마 가스-방전을 점화하고 유지하기에 충분한 출력 RF 전력을 생산할 수 있는 RF 발전기(증폭기), (b) RF 발전기가 원하는 진동수를 가지는 미리 결정된 작용시간 및 진폭의 펄스로 출력 RF 전력을 분배할 수 있게 하는 펄스폭 변조(PWM) 조절기, (c) 플라즈마 가스-방전의 점화단계 및 작동단계를 촉진시키기 위해 위상 도약을 통해 출력 전력의 유향 진행파의 위상을 이동시킬 수 있는 위상이동기, (d) 플라즈마 가스-방전, 전극 및 생물조직(DET-방전-전극-조직)을 포함하는 장치의 총 임피던스를 공칭값으로부터, 출력 진행파가 정상파로 변환됨이 없이 플라즈마 가스-방전을 유지하도록 RF 발전기 및 위상이동기의 특성 임피던스에 매칭되는, 점화단계 및 작동단계 둘 다를 위한 보정치로 변환시킬 수 있는 임피던스 매칭 네트워크(IMN), 및 (e) 작동단계를 위해 원하는 양의 에너지를 주기적으로 축적 및 방출할 수 있으며, 점화단계를 위해 원하는 양의 에너지를 추가적으로 집중시킬 수 있는 전극에 연결된 RF 공진기를 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 유전장벽은 상기 전극에 유전코팅으로 제공된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극은 주로 알루미늄으로 구성되고 유전장벽은 알루미나 코팅으로 공급된다.
본원에는 가스흐름으로부터 형성된 형상화된 플라즈마 프로파일를 사용한 생물조직의 치료장치가 개시된다. 본 발명에 개시된 장치는, (a) 플라즈마 가스-방전을 생성하도록 가스흐름을 점화하기 위한 전극, 및 (b) 상기 전극을 지지하기 위 한 하우징을 포함하되, 상기 전극은 상기 전극이 상기 하우징에 의해 실질적으로 전기적으로 차폐되지 않도록 상기 하우징에 대해 위치되고, 상기 전극은 생물조직의 표면과 전자기적으로 상호작용하여 적어도 부분적으로는 플라즈마 프로파일을 형상화하도록 배치된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 장치는 플라즈마-가스 방전이 실질적으로 하우징 밖에 위치하도록 구성된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극은 하우징에 대해 전극을 위치시키고 가스흐름의 가스를 전극으로 분배하는 두 가지 기능을 하는 전극 홀더를 통해서 하우징에 부착된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극의 적어도 일부분은 생물조직의 표면과 직접적인 접촉을 허용하도록 하우징에 노출된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극의 위치는 생물조직의 치료영역을 조절하는 수단으로서 상기 생물조직의 표면을 따라 움직이는 것이 가능하도록 상기 하우징에 대해 조절된다.
생물조직을 치료하는 장치가 처음으로 개시된다. 본 발명에 개시된 장치는, (a) 플라즈마 가스-방전을 점화하고 유지하기에 충분한 출력 RF 전력을 생산할 수 있는 RF 발전기(증폭기), (b) RF 발전기가 원하는 진동수를 가지는 미리 결정된 작용시간 및 진폭의 펄스로 출력 RF 전력을 분배할 수 있게 하는 펄스폭 변조(PWM) 조절기, (c) 플라즈마 가스-방전의 점화단계 및 작동단계를 촉진시키기 위해 위상 도약을 통해 출력 전력의 유향 진행파의 위상을 이동시킬 수 있는 위상이동기, (d) 플라즈마 가스-방전, 전극 및 생물조직(DET-방전-전극-조직)을 포함하는 장치의 총 임피던스를 공칭값으로부터, 출력 진행파가 정상파로 변환됨이 없이 플라즈마 가스-방전을 유지하도록 RF 발전기 및 위상이동기의 특성 임피던스에 매칭되는, 점화단계 및 작동단계 둘 다를 위한 보정치로 변환시킬 수 있는 임피던스 매칭 네트워크(IMN), 및 (e) 작동단계를 위해 원하는 양의 에너지를 주기적으로 축적 및 방출할 수 있으며, 점화단계를 위해 원하는 양의 에너지를 추가적으로 집중시킬 수 있는 전극에 연결된 RF 공진기를 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 커플링된 전력은 RF 발전기로부터 분배된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 플라즈마 가스-방전에 분배되는 출력 RF 전력은 연속 또는 펄스 방식으로 커플링된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 위상이동기는 트롬본 형태를 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 위상이동기는 적어도 부분적으로는 동축 케이블로 구성된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 위상이동기에 의해 제공되는 위상이동은 가변적이다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, IMN은 L-모양, T-모양 및 π-모양 구조로 이루어진 군으로 선택된 모양을 특징으로 하는 고정된 구조를 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, IMN은 광폭 임피던스 변환기를 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, IMN은 가변적이다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 장치는 (f) 상기 전극 및 상기 RF 공진기를 IMN과 연결시키는 급전케이블을 추가로 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 급전케이블은 n*λ/2 길이로 정의되는 공진길이를 가지되, 이때 λ는 상기 급전케이블 물질에서의 출력 RF 전력의 파장을 나타내며 n은 모든 수이다.
본 발명에는 가스흐름으로부터 형성되는 형상화된 플라즈마 프로파일를 사용한 생물조직의 치료장치가 처음으로 개시된다. 본 발명에 개시된 장치는, (a) 가스분배 및 가스흐름을 점화하여 플라즈마 가스-방전을 생성하기 위한 노즐-전극, 및 (b) 상기 노즐-전극을 지지하기 위한 하우징을 포함하되, 상기 노즐-전극이 상기 하우징에 의해 실질적으로 전기적으로 차폐되지 않도록 상기 하우징에 대해 위치되고, 상기 노즐-전극이 생물조직의 표면과 전자기적으로 상호작용하여 적어도 부분적으로 플라즈마 프로파일을 형상화하도록 배치된다.
본 발명에는 생물조직의 치료방법이 처음으로 개시된다. 본 발명에 개시된 방법은, (a) 가스흐름을 전극에 공급하는 단계, (b) 전극 및 생물조직이 서로 실질적으로 전기적으로 차폐되지 않도록 전극과 생물조직을 서로 근접시키고 가스흐름을 점화시켜 플라즈마 가스-방전을 형성하는 단계, 및 (c) 생물조직의 표면을 플라즈마-가스 방전에 적용시킴으로써 생물조직을 치료하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 생물조직은 생물조직을 절제함으로써 치료된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 생물조직은 상기 생물조직을 절개함으로써 치료된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 생물조직은 생물조직에 이온을 경피적으로 분배함으로써 치료된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 생물조직은 생물조직을 가열함으로써 치료된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 생물조직은 생물조직을 생-광자극함으써 치료된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 생물조직은 플라즈마 가스-방전을 생물조직과 화학적으로 반응시킴으로써 치료된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 생물조직은 플라즈마 가스-방전과 상호작용도록 전기적으로 접지시킨다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 생물조직은 플라즈마 가스-방전과 상호작용하도록 전기적으로 플로팅된다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 플라즈마 가스-방전은 대기압에서 또는 그이상의 압력에서 작동한다.
본 발명의 일부 양태에 따른 치료방법은 추가적으로, (d) RF 발전기(증폭기)에 의해서 플라즈마 가스-방전을 점화하고 유지시키기 충분한 출력 RF 전력을 생성하는 단계, (e) 펄스폭 변조(PWM) 조절기에 의해서 RF 발전기가 원하는 진동수를 가지는 미리 결정된 작용시간 및 진폭의 펄스로 출력 RF 전력을 분배하는 단계, (f) 위상이동기에 의해서 플라즈마 가스-방전의 점화단계 및 작동단계를 둘 다 촉진하도록 위상 도약을 통해 출력 전력의 유향 진행파의 위상을 이동시키는 단계, (g) 임피던스 매칭 네트워크(IMN)에 의해서, 플라즈마 가스-방전, 전극 및 생물조직(DET-방전-전극-조직)을 포함하는 장치의 총 임피던스를 공칭값으로부터, 출력 진행파가 정상파로 변환됨이 없이 플라즈마 가스-방전을 유지할 수 있도록 RF 발전기 및 위상이동기의 특성 임피던스에 매칭되는, 점화단계 및 작동단계 둘 다를 위한 보정치로 변환시키는 단계, 및 (h) 전극에 연결된 RF 공진기에 의해서 작동단계를 위해 원하는 양의 에너지를 주기적으로 축적 및 방출시키되, 상기 RF 공진기가 점화단계를 위해 원하는 양의 에너지를 추가적으로 집중시킬 수 있는 것인 단계를 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 단계는 전극홀더를 통해서 장치에 부착된 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 것을 포함하며, 상기 전극홀더는 가스를 전극에 분배하는 기능을 한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 단계는 생물조직의 표면과 직접 접촉하도록 위치된 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 것을 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 단계는 생물조직의 치료위치를 변경하는 수단으로서 생물조직의 표면 위에서 이동가능한 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 것을 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르는 치료방법은 추가적으로 (d) 전극과 생물조직의 표면 사이에 전도성 전류의 전송을 방해하는 유전장벽을 위치시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 단계는 대기에 노출된 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 것을 포함하되, 상기 전극은 횃불-형 프로파일을 가지는 플라즈마 가스-방전을 형성하기 위한 치수 및 프로파일을 가진다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 단계는 유전성 원통형의 공동 부착물을 가지는 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 것을 포함하되, 상기 전극은 유전성 원통형의 공동 부착물의 전체 공동을 채우는 플라즈마 가스-방전을 형성하기 위한 치수 및 프로파일을 갖는다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 단계는 매우 낮은 전류밀도 및 높은 방전 단면적을 가지는 플라즈마 가스-방전을 생성하기 위한 치수 및 프로파일을 갖는 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 것을 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 단계는 좁은 플레임-텅(플라스마트론) 프로파일을 가지는 플라즈마 가스-방전을 형성하기 위한 치수 및 프로파일을 갖는 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 것을 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 단계는, 생물조직의 표면이 생물조직의 동시 가열 및 플라스마 가스-방전을 허용하는 비등전위면으로 되는 방식으로, 생물조직의 표면과 상호작용하기 위한 치수 및 프로파일을 가지는 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 것을 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 단계는, 생물조직의 표면이 플라즈마 가스-방전이 노즐 전극의 내부 용적을 채우게 하는 비 등전위면으로 되는 방식으로 생물조직을 직접 접촉시키기 위한 주발형 프로파일을 가지는 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 것을 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 단계는, 생물조직의 표면이 환형 프로파일을 가지는 플라즈마 가스-방전을 제공하는 비등전위면으로 되는 방식으로 유전성 원통형의 공동 부착물을 가지며 생물조직에 부분적으로 직접 접촉하기 위한 구형 프로파일을 갖는 전극으로부터 가스흐름을 점화하는 것을 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 전극으로부터의 가스흐름을 점화하는 단계는 생물조직을 직접 접촉시키는 상기 전극 내부로 연장되는 유전성 원통형의 도관 부착물을 갖는 전극으로부터 가스흐름을 점화하여 유전성 원통형의 도관 부착물 안쪽에서 점화된 플라즈마 가스-방전을 생성하되, 상기 플라즈마 가스-방전이 가스흐름에 의해 생물조직에 분배되는 것을 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르는 치료방법은 추가적으로 (d) 레이저 빔, 초음파 변환기, UV 광원 및 섬광전구로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 추가적인 구성요소를 사용하여 생물조직을 부가적으로 치료하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 가스흐름을 제공하는 단계는 가스의 온도를 크게 강하시키는데 적합한 흐름특징을 가지는 가스흐름을 생성하는 것을 포함한다(단열팽창).
본 발명의 일부 양태에 따르면, 가스흐름을 제공하는 단계는 층류 가스흐름 특징을 생성하기 적합한 흐름특징을 가지는 가스흐름을 생성하는 것을 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 가스흐름을 제공하는 단계는 난류 가스흐름 특징을 생성하기 적합한 흐름특징을 가지는 가스흐름을 생성하는 것을 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 가스흐름을 제공하는 단계는 경피 이온 분배을 촉진시키기 적합한 흐름특징을 가지는 가스흐름을 생성하는 것을 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 하기 단계 (a) 내지 (c)가 순서대로 실행된다.
본 발명에 생물조직의 치료방법이 처음으로 개시된다. 본 발명에 개시된 방법은, (a) 가스흐름을 전극에 공급하는 단계, (b) 가스흐름을 동시에 점화하여 플라즈마 가스 방전을 형성하도록 전류의 경로를 전극으로부터 생물조직의 표면으로 형성시키는 단계, 및 (c) 생물조직의 표면을 플라즈마-가스 방전에 적용시킴으로써 생물조직을 치료하는 단계를 포함한다.
본 발명에는 플라즈마 가스-방전을 사용한 생물조직의 치료방법이 처음으로 개시된다. 본 발명에 개시된 방법은, (a) RF 발전기(증폭기)에 의해서 플라즈마 가스-방전을 점화하고 유지시키기 충분한 출력 RF 전력을 생성하는 단계, (b) 펄스폭 변조(PWM) 조절기에 의해서 RF 발전기가 원하는 진동수를 가지는 미리 결정된 작용시간 및 진폭의 펄스로 출력 RF 전력을 분배하는 단계, (c) 위상이동기에 의해서 플라즈마 가스-방전의 점화단계 및 작동단계를 둘 다 촉진하도록 위상 도약을 통해 출력 전력의 유향 진행파의 위상을 이동시키는 단계, (d) 임피던스 매칭 네트워크(IMN)에 의해서, 플라즈마 가스-방전, 전극 및 생물조직(DET-방전-전극-조직)을 포함하는 장치의 총 임피던스를 공칭값으로부터, 출력 진행파가 정상파로 변환 됨이 없이 플라즈마 가스-방전을 유지할 수 있도록 RF 발전기 및 위상이동기의 특성 임피던스에 매칭되는, 점화단계 및 작동단계 둘 다를 위한 보정치로 변환시키는 단계, 및 (e) 전극에 연결된 RF 공진기에 의해서 작동단계를 위해 원하는 양의 에너지를 주기적으로 축적 및 방출시키되, 상기 RF 공진기가 점화단계를 위해 원하는 양의 에너지를 추가적으로 집중시킬 수 있는 것인 단계를 포함한다.
본 발명에는 형상화된 플라즈마 프로파일을 사용한 생물조직의 치료방법이 처음으로 개시된다. 본 발명에 개시된 방법은, (a) 가스흐름을 제공하는 단계, (b) 가스흐름으로부터 가스를 점화하여 플라즈마 가스-방전을 생성하는 단계, (c) 생물조직의 표면을 플라즈마 가스-방전에 적용시키는 단계, 및 (d) 생물조직의 적용된 표면과 전자기적 상호작용 간극을 가로지르는 플라즈마 가스-방전 사이의 전자기적 상호작용을 이용하여 플라즈마 가스-방전의 프로파일을 형상화함으로써 생물조직을 치료하는 단계를 포함한다.
본 발명에 생물조직을 치료하기 위한 수단으로서 생물조직에 플라즈마 플럭스의 경피 이온 분배 방법이 처음으로 개시된다. 본 발명에 개시된 방법은, (a) 상기 생물조직의 표면을 플라즈마 가스 방전의 플라즈마 플럭스에 적용시키는 단계 및 (b) 플라즈마 플럭스를 표면 아래의 생물조직으로 경피적으로 분배하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 따르면, 플라즈마 플럭스를 경피적으로 분배하는 단계는 원자 이온, 분자 이온, 원자 라디칼, 분자 라디칼, 여기상태 이온, 여기상태 라디칼, 활동성 이온(energetic ions), 활동성 라디칼(energetic radicals), 쿨링된 이온(cooled ions), 쿨링된 라디칼(cooled radicals), 활동성 전자(energetic electrons) 및 피드가스로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 종의 플라즈마 플럭스를 경피적으로 분배하는 것을 추가적으로 포함하다.
이들 및 더 많은 양태들이 다음의 상세한 설명 및 실시예에서 보여질 것이다.
하기에서는 본원에 첨부된 도면을 참조로 하여 오로지 예시할 목적으로 본 발명이 기술되었다. 상기 도면의 특정한 참조로, 보여지는 세세한 사항은 실시예 및 오직 전형적인 시스템의 바람직한 양태를 도식적으로 논의할 목적으로 기술되었으며, 상기 세세한 사항은 본 발명의 원리 및 개념이 가장 유용하고 즉각적으로 이해될 수 있게 나타낸 것이다. 이런 점에서, 본 발명의 근본적인 이해를 위해 필요한 것 이상으로 본 발명의 구성을 상세하게 보이게 하려는 노력을 하지는 않으며, 상기 기술에 숙련된 자들에게는 도면 및 상세한 설명을 가지고 다양한 형식으로 본 발명을 실시를 위해 구현할 방법이 명확할 것이다.
도면에서:
도 1a는 상기 전형적인 시스템의 몇 가지 양태에 따라, 다양한 RF 플라즈마 가스-방전 장치 및 그들의 상호연결을 나타내는 단순화된 개략도이다.
도 1b는 상기 전형적인 시스템의 몇 가지 양태에 따라, 상기 노즐-전극과 상기 장치 하우징의 물리적 관계를 나타내는 단순화된 개략도이다.
도 1c는 가이러스의 선행기술 장치에 따라, 상기 전극과 장치 하우징의 물리적 관계를 나타내는 단순화된 개략도이다.
도 2는 상기 전형적인 시스템의 몇 가지 양태에 따라, 층류 가스흐름 특성 및 이와 연합된 횃불-형 배치를 생산하는 통상의 노즐-전극을 나타내는 단순화된 개략도이다.
도 3은 상기 전형적인 시스템의 몇 가지 양태에 따라, 공동의 전체 용적를 실질적으로 채우는 플라즈마를 생산하는 유전성 원통형의 공동 부착물을 가지는 통상적인 노즐-전극 및 이에 연합된 플라즈마 프로파일을 나타내는 단순화된 개략도이다.
도 4는 상기 전형적인 시스템의 몇 가지 양태에 따라, 난류 가스흐름 특징에 기인한 낮은 전류밀도 및 높은 방전 단면적을 가져오는 노즐-전극 배치 및 이와 연합된 플라즈마 프로파일을 나타내는 단순화된 개략도이다.
도 5는 상기 전형적인 시스템의 몇 가지 양태에 따라, 매우 높은 전류밀도 및 매우 낮은 방전 단면적을 가져오는 노즐-전극 배치 및 이와 연합된 좁은 플레임-텅 선단(tip)을 가지는 플라스마트론 플라즈마 프로파일을 나타내는 단순화된 개략도이다.
도 6은 상기 전형적인 시스템의 몇 가지 양태에 따라, 상기 생물조직이 비등전위면이기 때문에 RF가열 및 플라즈마 작동이 동시에 가능하고 전체 내부 용적를 실질적으로 채우는 플라즈마를 발생시키는 주발 노즐-전극 배치 및 이와 연합된 플라즈마 프로파일을 나타내는 단순화된 개략도이다.
도 7은 상기 전형적인 시스템의 몇 가지 양태에 따라, 상기 생물조직이 비등전위면이기 때문에 RF가열 및 플라즈마 작동이 동시에 가능하고 전체 내부 용적를 실질적으로 채우는 플라즈마를 발생시키는 유전성 원통형의 공동 부착물을 가지는 구면 노즐-전극 배치 및 이와 연합된 환형 플라즈마 프로파일을 나타내는 단순화된 개략도이다.
도 8은 상기 전형적인 시스템의 몇 가지 양태에 따라, 도관에서 점화된 플라즈마 가스-방전을 생산하고 가스흐름을 통해 상기 조직에 운반되는 상기 노즐-전극의 내부로 연장되는 유전성 원통형 도관 부속물을 가지는 통상의 노즐-전극 배치 및 이와 연합된 프라즈마 프로파일을 나타내는 단순화된 개략도이다.
도 9는 상기 전형적인 시스템의 몇 가지 양태에 따라, 상기 전극 컨트롤의 다양한 구성요소 및 그들의 연결을 나타내는 단순화된 개략도이다.
발명의 상세한 설명
상기 전형적인 시스템의 양태는 모양을 갖춘 플라즈마 프로파일을 사용한 생물조직을 치료하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
상기 전형적인 시스템의 몇 가지 양태들에 따라 모양을 갖춘 플라즈마 프로파일을 사용한 생물조직을 치료하기 위한 장치의 원리 및 작동은 상기 도면과 수반하는 설명을 참조해서 더 잘 이해될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 양태를 자세히 설명하기 전에, 본 발명이 본 출원의 다음의 상세한 설명에서 설명되거나 도면에서 도해된 구성요소들의 자세한 구성 및 배열에 한정되지는 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 양태 또는 다양하게 다른 방식으로 실행되거나 실시될 수 있다. 또한, 여기서 사용된 어구 및 전문용어는 설명의 목적으로 사용된 것이고 제한으로 보아서는 안된다는 점도 이해되어야 한다.
도 1a는 전형적인 시스템의 전형적인 양태에 따라 모양을 갖춘 플라즈마 프로파일을 사용해서 생물조직을 처리하기 위한 장치의 다이어그램을 제공한다. 본 장치는 생물조직(7)의 표면과 접촉가능한 전극, 노즐-전극(6)에 출력 RF 전력(10)을 생산할 수 있는 RF 발전기(증폭기)를 포함한다. 노즐-전극(6)은 대기압 또는 그 이상에서 가스흐름(9)에 원하는 에너지를 전달할 수 있다. 노즐-전극(6)은 생물조직의 표면에 전류의 길의 형성을 용이하게 하고 노즐-전극(6)에 의해 생물조직을 만날 때 가스흐름(9)를 플라즈마 방전속으로 점화시키기 위해 장치안에 구성된다.
여기서 사용된 것처럼, 전극 또는 노즐 전극이 특별한 기능을 하게 “장치 안에”에 구성된다고 말할 때, 이는 (a) 상기 전극의 고유의 물리적 또는 기하학적 성질, (b) 다른 장치 구성물(예를 들어, 장치 하우징)과의 상대적인 기하학적 배치 및 (c) 상기 전극의 다른 장치 구성물과의 상대적인 기능적 관계(예를 들어, 장치의 하나 이상의 전기 구성물) 중 하나 이상과 관계있다. "장치 안에"라는 말이 상기 전극이 장치 하우징과 같은 하나 이상의 장치 구성물 안에 물리적으로 있을 필요가 있음을 말하는 것이 아니다. 사실, 몇가지 양태에 있어서, 장치 안에 구성된 상기 전극은 장치 하우징에 대해서 상기 하우징의 밖에 있도록 배치된다.
여기서 기술된 전형적인 시스템은 RF 발전기(10)으로부터 나오는 출력 RF 전력(10)이 장방형파를 사용하는 원하는 주파수를 가지는 미리 결정된 작용시간 및 진폭을 가지게 하는 펄스폭 변조(PWM) 조절기(2)를 추가로 포함한다. 예를 들어, 40.68 ㎒의 작동 RF 주파수에서, PWM-주파수는 50 ㎐ 내지 20 ㎑ 이고 2 내지 100%의 동작책무(duty cycle)를 가진다. 이러한 조절은 원하는 수준의 평균 RF 전력를 플라즈마 가스-방전(8)에 제공해서 공중 플라즈마 가스-방전(8)을 얻는 경우에 중요하다. 상기 펄스폭 변조 조절기는 플라즈마 가스-방전(8)을 점화하는 데 필수적인 높은 진폭의 RF 전력(순간 전력 펄스)을 추가적으로 제공할 수 있다. 더욱이, 입력 전력이 증가할 때, 플라즈마 가스-방전(8)의 전압이 일정(또는 약간씩 증가)하다는 것이 알려져 있으므로, RF 전력을 증가시키면 정상적인 방전모드에서는 플라즈마 가스-방전 용적 또는 비정상적인 방전모드에서는 전류밀도를 증가시킴에 의해 플라즈마 가스-방전 전류가 증가할 것이다. 플라즈마 가스-방전은 플라즈마 및 선택적으로 가스-방전을 의미한다.
PWM 조절기(2)는 기본 RF 전력보다 매우 낮은 주파수를 갖는 변조된 RF 전력을 제공한다(예를 들어 40.68 ㎒ 가 기본 사인파 발진이고 10 ㎑ 의 장방형 변조 ). PWM 조절기(2)는 가스-방전 용적 안에서 작동하는 높은 RF 전압에 원하는 크기의 평균 RF 전력을 공급하기 때문에 우리 시스템에서 중요한 구성요소이다. 높은 RF 전압(또는 RF 전력의 진폭)은 플라즈마 가스-방전(8) 및 단순하게 고정된 IMN의 이용을 유지하는 데 필수적이다. 이 경우에 IMN은 RF 전력의 시간 의존성을 보이지 않고 동일한 RF 전력 진폭을 가지고 작동한다. RF 전력의 평균적인 레벨은 작 동중에 낮아 질 수 있다.
상기 전형적인 시스템은 RF 발전기(1)에 연결된 위상 이동기(예를 들어, 트롬본-형 위상이동기(4)를 추가로 포함한다. 위상 이동기(4)는 출력 RF 전력(10)의 유향성 진행파의 위상을 이동시켜서 플라즈마 가스-방전(8)에 에너지를 집중시킬 수 있으며, 이는 플라즈마 가스-방전(8)의 점화단계 및 작동단계를 용이하게 한다.
상기 전형적인 시스템은 플라즈마 가스-방전(8), 노즐-전극(6) 및 생물조직(7)(DNT-방전-노즐-조직)을 포함하는 총 임피던스를 공칭값(예, 250-350 Ohms)에서 보정치(예, 50 Ohms)로 전환시킬 수 있는, 위상이동기(4) 및 노즐-전극(6)에 연결된 임피던스-매칭 네트워크(IMN)을 추가로 포함한다. 출력 진행파가 정상파로 전환됨이 없이 플라즈마 가스-방전을 유지할 수 있도록 보정치는 RF 발전기(1) 및 위상이동기(4)의 특성임피던스에 맞추어진다.
고정모드에서 IMN(3)를 사용하는데 높은 수준의 RF 전압(또는 RF 전력의 진폭)이 필수적이다. 이 경우에, IMN(3)는 RF 전력의 시간의존을 보이지 않으므로, 같은 RF 전력 진폭으로 반응한다. 따라서, 플라즈마 가스-방전 용적안에서 작동하는 RF 전력의 평균진폭이 상기 RF 전력 진폭보다 낮아질수 있다는 것을 고려해야 한다. IMN(3)는 다양한 형태(예를 들어, L, T, π-형 또는 더 복잡한 유닛)의 고정된 또는 가변의 IMN이 될 수 있다.
상기 전형적인 시스템은 작동단계를 위해 원하는 양의 에너지를 주기적으로 축적 및 방출할 수 있는, IMN(3) 및 노즐-전극(6)에 연결된 RF 공진기(5)를 추가로 포함한다. RF 공진기(5)는 점화단계를 위해 원하는 양의 에너지를 추가적으로 집 중시킬 수 있다. 다른 가스 조합들이 플라즈마 가스-방전(8)에 사용될 수 있게 하는 것이 필수적이다. 가스 조합을 변화시키면 상기 가스의 이온화 퍼텐셜이 변화된다. RF 공진기(5)는 높은 Q-인자(예를 들어, 100보다 큰)를 가진다. RF 공진기(5)는 바람직하게는 병렬로 연결된 인덕터 및 커패시터를 포함하는 병렬-형이다. RF 발전기(1), PMW 조절기(2), IMN(3), 위상이동기(4), RF 공진기(5) 및 노즐-전극(6)은 피딩 전송케이블(22)로 연결된다. 피딩 전송케이블(22)의 특징들은 아래에 기술되어 있다.
상기 전형적인 시스템은 출력 RF 전력(10)을 RF 발전기(1)(PMW 조절기(2)로 부터 적절한 에너지 조절이 된다)로부터 가스흐름(9)으로 분배하여, 출력 RF 전력(10)이 위상이동기(4), IMN(3) 및 공진기(5)에 의해 조작된 후에 생물조직(7)을 치료하기 위해 사용되는 플라즈마 가스-방전(8)을 점화 및 안정화시킨다.
전형적으로, 상기 장치의 작동은 출력 RF 전력으로부터 2-4%의 에너지 손실 및 추가적인 2-4%의 반사가 생긴다. 이는 상기 장치가 출력 RF 전력으로부터 플라즈마 가스-방전(8)로 90-95%의 에너지를 신뢰할 수 있게 분배될 수 있음을 의미한다. 출력 RF 전력(10)으로부터 에너지 집중 및 이런 정도의 효율은 이전의 이용가능한 대안을 가지고는 이룰 수 없었다. IMN(3)는 생물조직의 표면으로부터 출력 RF 전력(10)의 반사를 감소시켜서 플라즈마 가스-방전(8)로의 에너지 분배효율을 증가시키다.
도 1b에, 플라즈마 가스-방전(8)이 얻어지는 영역에서의 상기 장치의 단면을 개략적으로 나타내었다. 도 1b는 상기 전형적인 시스템의 선행기술에 대한 내재된 장점을 강조한다. 중요한 요소는 노즐-전극(6), 하우징(20) 및 플라즈마 가스-방전(8)의 상대적인 위치이다. 노즐-전극(6)은 전극홀더(11)을 사용해서 하우징(20)에 도입된다. 하우징(20)은 그 자체로 및 저절로 전극은 아니다. 도 1B의 전형적인 양태에서 나타낸 것처럼, 전극홀더(11)은 이것이 상기 전형적인 시스템의 제한이 아니고 몇 가지 양태에서는 가스입구가 독립적으로 제공될지라도, 가스소스(보여지지는 않음)로부터 가스흐름을 받는 가스입구로서의 역할도 하는 이중목적의 구성성분이다. 더욱이, 도 1b에 나타낸 것처럼, “가스입구”가 상기 장치의 하우징의 외부에서 가스를 받지만, 이것은 상기 전형적인 시스템의 제한이 아니다.
도 1b에서 나타낸 배치에서, 노즐-전극(6)은 실질적으로 하우징(20)에 의해 전기적으로 차폐되지 않으며, 따라서 노즐-전극(6)이 생물조직(7)의 표면과 전자기적으로 상호작용을 할 수 있게 한다. 명확히 하기 위해, 상기 노즐-전극(6)의 입구는 전극홀더(11)로부터 가스를 받고, 노즐-전극(6)의 외부에서 플라즈마 가스-방전(8)이 형성된다(예를 들어, 출구에서)는 점을 주목해야 한다.
나아가, 상기 장치에 그라운드 전극이 없어서 플라즈마 가스 방전 8은 다양한 형태의 피부치료가 가능하게 형상화될 수 있다. 여기서 사용한 것처럼, 플라즈마 가스 방전의 "형상화"는 프로파일의 모양을 유지하는 것 외에 프로파일의 모양을 변화 또는 개조시키는 것을 포함한다.
뚜렷한 대조로, 도 1c는 전극(6)이 하우징(20)안에 완전히 위치됨을 분명히 표시한 가이러스(Gyrus)의 선행기술의 교시를 개략적으로 나타낸다. 이러한 배치는 전극(6)과 상기 장치를 전기적으로 차폐하는 하우징(20)의 외부에 있는 표면과의 전자기적 상호작용을 막는다. 그래서, 이는 상기 플라즈마 가스-방전 프로파일의 가능한 모양을 횃불-형 선단의 한가지 형태로 제한한다. 이는 또한 전류밀도 및 방전 면적과 같은 파라미터에 대한 조절을 제한한다.
대조적으로, 상기 전형적인 시스템의 양태는 장치 하우징에 가역적으로 배치할 수 있는 전극(예를 들어, 노즐-전극)을 사용해서, 다용도로 "변경가능한" 방식으로 형상화할 수 있는 플라즈마 프로파일을 제공한다. 따라서, 목표로 원하는 플라즈마 가스 프로파일에 적합한 전극(예를 들어, 노즐-전극)을 선택하고 장치 하우징에 상기 선택된 전극을 적용시켜서 원하는 플라즈마 가스 프로파일을 편리하게 선택할수 있게 해준다.
다양한 구성의 노즐-전극을 설명하기 전에, 노즐-전극의 모양과 치수가 플라즈마 가스-방전의 특성에 영향을 미치는 방식을 설명할 것이다.
플라즈마 가스-방전은 다음의 두 가지 모드로 생산된다: 확산성 타입(diffusive type) 및 잘록한 타입(constricted type). 양 타입의 플라즈마 가스-방전이 생물조직의 치료에 적합하다. 확산성-타입 플라즈마 가스-방전은 높은 전력밀도를 제공하지 않는다. 이 모드는 높은 전압 및 낮은 전류를 특징으로 한다. 전하를 띈 입자의 농도가 낮다(예를 들어 10-2에서 10-3, 중성에 대한 이온의 비, 즉 0.1 내지 1%). 상기 방전은 매우 균일(또는 균질)하다. 이 모드는 생물조직의 가열 및 생-광자극에 적용될 수 있다.
잘록한 타입 플라즈마 가스-방전은 균질하지 않으며 높은 농도의 이온 및 전자를 가지는 열 존(hot zone)을 가지지 않는다. 상기 플라즈마 가스-방전의 중성 온도는 또한 높지만, 방전 용적는 낮다. 잘록한 타입 모드는 생물조직의 제거, 증발 및 절제에 이용될 수 있다.
노즐-전극의 모양과 크기가 중요하다. 생물조직에 직접 접촉할 때, 상기 노즐-전극은 순수한 플라즈마 가스-방전 환경을 제공하며, 여기서 상기 가스가 상기 노즐-전극의 전체 용적를 채워서, 치료 부위안에 있는 주위공기와의 상호작용을 감소시킨다. 상기 플라즈마 프로파일은 상기 노즐-전극의 모양에 의존한다. 확산성 타입 플라즈마 가스-방전에 대해, 상기 과정은 비정상적인 RF 글로-방전(gloe discharge)을 특징으로 한다. 이는 RF 전력이 증가할수록 상기 플라즈마 가스-방전의 전류밀도도 증가함을 의미한다. 이런 플라즈마 가스-방전 과정(예를들어, 비정상)은 정상적인 플라즈마 가스-방전 과정보다 더 강력하다.
상기 노즐-전극이 생물조직과 접촉하지 않을 때, 상기 가스흐름은 주위공기와 활발히 혼합된다. 순수한 가스의 농도는 상기 생물조직과 상기 노즐-전극과의 거리가 증가할수록 감소한다. 상기 혼합은 난류 전류 때문에 가스흐름의 주변에서 가장 활발하다. 따라서, 플라즈마 프로파일은 플라스마트론, 또는 텅-타입(tongue-type)과 유사할 것이다. 이 정상적인 플라즈마 가스-방전 과정에서, 상기 플라즈마 가스-방전 용적는 RF 전력이 증가할수록 증가할 것이다. 이 경우에 상기 플라즈마 가스-방전 밀도는 높지 않다.
도 2는 전극홀더(11)에 부착된 통상의 노즐-전극(6)을 개략적으로 나타낸다. 생물조직(7)의 표면과 3 내지 5 출구 직경(outlet diameter)의 거리에서 상호작용하는 플라즈마 가스-방전(8)을 만들기 위해, 가스흐름(9)는 전류가 통하는 상기 노즐-전극으로 들어간다. 이런 배치에서, 횃불-형 선단을 가지는 플라즈마 프로파일이 생긴다. 이 경우에, 가스흐름(9)는 층류특징을 가진다. 상기 플라즈마 가스-방전은 노즐-전극(6) 및 생물조직(7)의 표면 사이에서 점화된다.
도 3은 플라즈마 가스-방전(8)이 주위 공기에 열려있지 않은 점(도 2에서 처럼)에서 도 2와 다르다. 이런 배치에서 유전성 원통형의 공동 부착물(12)는 플라즈마 가스-방전(8)을 주변공기와 격리시킨다. 그런데, 도 2에서, 플라즈마 가스-방전(8)은 공기와 상호작용하여 횃불-형 선단을 형성하게 허락되었고, 도 3도 4에서 플라즈마 가스-방전(8)은 실질적으로 전체 공동 용적를 차지한다.
다른 배치는 도 4에서 개략적으로 표현되었다. 노즐-전극(6)은 출구 직경(14)보다 더 큰(예를 들어, 10 내지 20x) 입구 직경(inlet diameter)를 가지게 치수가 정해진다. 더욱이, 상기 노즐-전극(6)은 노즐-전극(6) 및 생물조직(7)의 표면 사이의 간격보다 더 큰(예를 들어 3 내지 6x) 외부직경을 가진다. 이에 의해 가스흐름(9)는 난류특성을 가진다. 이런 배치에서 가스흐름(9)와 노즐-전극(6)의 조합 때문에 플라즈마 가스-방전(8)은 노즐-전극(6)과 생물조직(7)의 표면 사이의 전체 용적를 차지한다. 이런 배치는 매우 낮은 전류밀도(예를 들어, 피이크 전류밀도는 100 내지 700 ㎃/㎠ 및 평균치는 10 내지 200 ㎃/㎠) 및 높은 방전 단면적(예를 들어, 2 내지 4 ㎤)을 가지는 것이 특징이다.
(도 4에서와) 반대의 경우를 도 5에서 개략적으로 나타내었다. 노즐-전극(6)은 매우 작고, 압력 감소가 크고 가스흐름(9)이 크다. 상기 노즐-전극(6)과 생물조직(7)의 표면이 상호작용하는 면적이 매우 작다. 따라서, 플라즈마 가스-방전(8)은 좁은 플레임-텅(플라스마트론) 선단으로 형성된다. 이 경우에 전류밀도는 매우 높다(예를 들어, 이전의 배치보다 10 내지 20 배 이상). 이런 배치는 생물조직을 제거 및 절제하는 데 매우 적합하다.
이런 배치에서 가스흐름(9)가 노즐-전극(6)을 빠져나갈 때 단열팽창을 통해서 플라즈마 가스-방전의 초음속 분사를 얻는 것이 가능하다. 그래서, 이런 배치에서 경피적 이온 분배을 통해 생물조직(7)의 표면을 처리할 수 있다.
명확히 하기 위해, 생물조직의 표면이란 진피 및 피하층과 같은 조직의 아래층을 포함하는 표면 밖 및 표면 근처 영역을 의미한다.
도 6 및 7은 RF-가열 및 플라즈마 가스-방전 처리를 결합하는 과정을 개략적으로 나타낸다. 양 경우의 배치에서, 생물조직(7)의 표면은 비등전위면이다. 따라서, 단일 전극, 노즐-전극(6)은 생물조직(7)의 표면을 가열하고 동시에 플라즈마 가스-방전(8)을 유지할 수 있다.
도 6은 노즐-전극(6)이 주발형태로 고안된 배치의 첫 번째 실시를 개략적으로 나타낸다. 가스흐름(9)가 주발의 안쪽으로 공급되는 동안, 이 주발의 바깥 가장자리는 생물조직(7)의 표면과 직접 접촉한다.
도 7은 노즐-전극(6)이 구면을 가지고 부분적으로 생물조직(7)의 표면에 직접 접촉하는 배치의 두 번째 실시를 개략적으로 나타낸다. 플라즈마 가스-방전(8)은 구형 노즐-전극(6)에 있는 작은 주변의(peripheral) 구멍들(16)을 통해 생성된다. 상기 유전성 원통형의 공동 부착물(12)는 지속할 수 있는 방지-형 플라즈마 가스-방전(8)을 제공한다.
도 8에 개략적으로 설명한 배치에서 노즐-전극(6)의 안쪽으로 확장된 유전성 원통형 도관 부속물안에서 플라즈마 가스-방전이 점화된다. 유전성 원통형 도관 부속물은 바람직하게는 수정 또는 유리로 만들어진다. 유전성 원통형 도관 부속물의 끝은 생물조직(7)의 표면과 접촉한다. 플라즈마 가스-방전(8)은 가스흐름(9)에 의해 생물조직(7)의 표면에 전달된다. 상기 노즐-전극(6)은 플라즈마 가스-방전(8)을 점화한다.
전형적인 시스템은 두 단계를 포함하는 방법을 추가적으로 구현한다: 플라즈마 가스-방전 점화단계 및 작동단계.
점화단계는 수 ㎳ 부터 수 ㎲ 가 걸리는 시간-한정 전이단계이다(더 높은 작동 가스 정압(static pressure)은 점화단계의 지속시간을 단축시킨다). 점화를 위해, 방전영역에서 어떤 임계전압(적분 파라미터) 또는 방전영역의 국지적인 영역에서 어떤 RF 장세기(미분 파라미터)에 이르는 것이 필요하다. 방전붕괴가 이 영역에서 시작되어 RF 퍼텐셜(또는 장세기)이 방전을 유지하기 충분한 영역을 통해서 퍼진다.
가스 압력 낮추기(파센 커브의 더 낮은 포인트까지), 노즐-전극(6)의 모양, 노즐-전극(6)의 치수, 노즐-전극(6) 및 생물조직(7)의 표면 사이의 거리, 가스의 종류 또는 가스의 구성 및 전기장 분포의 균일성 등이 다수의 요인이 점화단계를 촉진시킨다.
원하는 용적 내에서 플라즈마(이온화된 가스)를 생산하기 위해서, 임계장 세 기보다 큰 전자기장 세기를 제공할 필요가 있다. 따라서, 플라즈마 가스-방전의 점화단계는 가스매질의 절연파괴이다. 임계장 세기는 여러 인자에 의존한다(예를 들어, 가스 압력, 가스의 구성, 오염물질의 존재, 장자기장/파동변수, 전극의 모양 및 전극의 물질). 전극이 필요하지 않은 방전 형태가 있다는 점을 이해하고 주목해야 한다(예를 들어, 광학방전 등).
플라즈마와 플라즈마 가스-방전(8)의 차이점은 플라즈마는 의사-중성(quasi-neutrality) 조건을 만족할 필요가 있다는 것이다. 이는 양전하의 갯수와 음전하의 갯수가 동일해야 함을 의미한다. 플라즈마 가스-방전(8)은 사실 플라즈마를 가진 영역과 플라즈마를 가지지 않은 영역을 포함한다.
점화단계 동안(플라즈마 가스-방전 안정화 전에), 문제가 존재한다. 상기 과정중에 이 단계에서, 플라즈마 가스-방전(8)이 없는 상기 시스템의 임피던스는 플라즈마 가스-방전(8)을 가진 시스템의 임피던스와 매우 다르다. 따라서, 점화단계를 위한 IMN(3)의 최적임피던스는 점화 후(작동단계 동안)에는 적당하지 않다. 점화단계 동안 IMN(3)의 주요 역할은 RF 발전기(1)에서 반사 RF 전력을 최소화하고, 가스 절연파괴 영역에 필요한 RF장 세기를 제공하는 것이다. 플라즈마 가스-방전 점화전에 반사전력은 매우 높다(예를 들어, 입사전력의 80 내지 90%). 상기 시스템의 액티브 손실 및 액티브 임피던스는 RF 발전기(1) 및 IMN(3) 사이의 케이블 길이에 의존한다.
따라서, 점화단계는 또한 (위상이동기(4)에 의해 제공되는) 전자기파의 위상이동 및 노즐-전극(6) 과 생물조직(7)의 표면 사이를 진행하는 전자기파의 진폭에 의존한다. 위상이동기(4)의 조절을 통해, 생물조직(7)의 표면의 목표영역에 최대 및 최소 전자기파를 만들 수 있다. 플라즈마 가스-방전(8)이 점화될 때, 진행파가 성립되고 필요한 RF 전압의 진폭이 점화단계 동안 보다 실질적으로 낮기 때문에 상기 위상이동은 더 중요해진다.
상기 점화단계 및 작동단계를 조절하기 위한 여러 방법이 있다. IMN(3)의 다른 배치가 점화 및 작동단계를 위해 사용될 수 있다. 이것은 고정 IMN모드 및 가변 IMN모드 사이의 스위칭(가변 커패시터 또는 인덕터를 사용해서)을 포함할 수 있다. 따라서, 양 기능을 제공하는 동일한 IMN을 사용하기 위해서는, 특별히 배치된 IMN이 IMN(3)에 필수적이다. 유사하게, 양기능을 제공하기 위해서 IMN(3)와 RF 발전기(1) 사이에 피딩 전송케이블(feeding transmission cable)을 적절하게 선택해야 한다. 나아가, 위상이동기(4)에 대해서도 같은 논의가 된다. 상기 점화단계에 최적화된 상태 1에서 상기 작동단계에 최적화된 상태 2로의 필요한 위상점프를 제공할 수 있는 동일한 위상이동기를 사용하기 위해서는, 특별히 배치된 위상이동기가 위상이동기(4)에 필수적이다.
생물조직(7)의 표면을 치료하기 위해서, 상기 전극들을 배치하는 몇 가지 가능성이 있다. 상술한 가이러스(Gyrus)의 선행기술의 경우에, 상기 방전(고주파 형태)은 두 전극 사이의 영역에서 생성된 후 치료영역으로 운반된다. 상기 가스흐름은 방전영역에서 생성된 전하들의 주요 운반체이다. 이런 시스템은 플라스마트론의 디자인에도 유사하다. 상기 시스템은 작동을 위해서 생물조직을 필요로 하지 않는, 자급자족하는 둘 이상의 전극을 포함한다. 원칙적으로 상기 방전의 목표는 중요하지 않다. 목표는 플라스틱, 생물조직, 금속표면 또는 기타 다른 표면이 될 수 있다.
상기 전형적인 시스템에서는 경우가 반대이다. 생물조직(7)의 표면은 두 번째(또는 가상의) 전극(예를 들어, 그라운드 전극)의 역할을 하고 노즐-전극(6)의 외부 표면은 "열(hot)" 전극으로서의 역할을 한다. 생물조직(7)의 표면이 대략 노즐-전극(6)에 위치할 때, 생물조직(7)의 표면 및 노즐-전극(6)은 특정 총임피던스를 특징으로 하는 전기역학적 구조를 형성한다. 따라서, 생물조직(7)의 표면은 전하들에 대해 그라운드 전극의 역할을 하며, RF 전류의 길을 차단하고, 방전붕괴단계, 분배 및 정상상태 동안 상기 시스템의 총 임피던스에 영향을 준다. 도 1에 보여진 상기 전체 장치는 상징적으로 전기회로로 기술될 수 있으며, 상기 생물조직(7)의 표면의 중요한 역할은 상기 회로를 단락(close)하는 것이다. “근접”이란 용어를 짧은 거리(예를 들어, <50 ㎝)안을 의미하는 단어로 사용한다. “만날 때”란 용어는 본 출원서에서 후술하는 “근접하게 보내진”을 의미하는 용어로 사용한다.
상기한 것처럼, DNT 시스템의 총 임피던스는 급전 전송케이블(22)(예를 들어, 50 Ohm)의 특성 임피던스에 맞게 선택된다. 따라서, 전자기 진행파 전파(예를 들어, 반사전력 없음)의 최적 조건은 오직 상기 조직의 존재하에서만 이루어질 수 있다.
RF 발전기(1), PWM 조절기(2), IMN(3), 위상이동기(4) 및 RF 공진기(5)의 상기 장치의 구성요소들은 노즐-전극(6)에 특유한 적당한 전력을 제공하며, 플라즈마 가스 방전 8에서 생물조직(7)의 표면에 이르는 전류 경로를 형성하는 것을 가능하게 하는 복합적인 장치로서 생각될 수 있다. 도 9는 상기 전형적인 시스템의 양태에 따라 전극 컨트롤(26)의 다양한 구성요소들 및 이들의 연결을 나타내는 단순화된 개략도이다. 이것은 본 출원서에서 나중에 “전극 컨트롤”로 언급되는 양태의 하나이다. 다른 배치, 추가적인 및/또는 더 적은 장치 구성요소들을 사용해 전극 컨트롤(26)의 다른 양태도 가능하다는 점이 인식된다.
상기 작동단계는 상기 점화단계 전위(전압)보다 눈에 띄게 낮은 전압을 특징으로 한다. 우리의 경우에, 점화단계에서 작동단계로 상기 방전의 진행에 있어 상기 생물조직의 주요한 역할은 다음과 같다. 상기 생물조직은 노즐-전극(6) 및 생물조직(7)의 표면 사이의 상호작용 간격에서 더 강한 장을 생성하는 RF장(또는 전자기파 전파)을 일그러뜨려서, 방전 점화를 용이하게 하거나 또는 대부분의 경우에서 방전점화를 개시시킨다.
상기 작동단계는 안정적이고 시간-비의존적 과정이며 점화단계에 필요한 전압보다 낮은 RF 전압을 필요로 한다. IMN(3)는 플라즈마 가스-방전(8)의 점화 및 작동단계동안에 동작한다. 플라즈마 가스-방전(8)의 임피던스를 RF 발전기에 매칭시키기 위해, IMN(3)가 상기 DNT의 총 임피던스를 RF 발전기(1)의 작동 출력임피던스(전형적으로 50 Ohms)로 전환시키는 것이 필수적이다. 작동단계 동안에, 정확하게 임피던스 매칭을 하면 실질적으로 반사 RF전력이 없게 되며, 이는 SWR(정상파 비율)이 1에 근접함을 의미한다(예를 들어, 실질적으로 정상파가 없음). 이는 저항성 부하(예를 들어, 플라즈마 가스-방전(8) 및 생물조직(7)의 표면)에 의해 완전하 게 흡수되는 순수한 진행파를 만든다.
생물조직(7)의 표면은 전극으로서 뿐만 아니라, 상기 RF전력 일부의 소멸기로서의 역할도 한다. 생물조직의 상기 임피던스는 대략 300 Ohm이며 작은 음의 리액턴스를 가진다. 이는 1.5 내지 2.5 pF를 가지는 커패시터와 병렬연결된 300 Ohms 저항으로 모의될 수 있다. 따라서, 플라즈마 가스-방전(8) 및 생물조직(7)의 표면은 RF 발전기(1)에 대해 저항성 부하로 작용한다.
전자기장 밀도의 최대값이 노즐-전극(6)에 가장 가까우므로, RF 전력의 소멸은 플라즈마 가스-방전(8)에서 85 내지 95%이고 생물조직(7)의 표면에서 5 내지 15%이다. 생물조직(7)의 표면이 노즐-전극(6)에서 수 cm 떨어져 있으므로, 상기 RF장과 상호작용하는 생물조직(7)의 표면의 진짜 치수는 크다(예를 들어, 20 내지 40 ㎠). 따라서, 이 경우에 생물조직(7)의 표면의 “가상” 저항은 생물조직(7)의 표면 및 노즐-전극(6)이 직접 접촉하는 경우의 저항보다 매우 낮다.
상기 시스템의 전기역학적 모델은 커패시터와 같은 리액턴스 소자가 병렬로 연결된 상태에서 직렬로 연결된 두개의 저항이다. 총 저항은 노즐-전극(6)의 형태 및 생물조직(7)의 표면과 노즐-전극(6) 사이의 거리에 의존한다. 예를 들어, 도 2에서 보여지는 노즐-전극(6)의 첫 번째 실행의 경우에 생물조직(7)의 표면과의 거리는 1 cm이고, 상기 배치의 총 저항(플라즈마 가스-방전(8) 및 생물조직(7)의 표면)은 400 Ohms이며, 여기서 플라즈마 가스-방전(8)의 저항은 350 Ohms이고 생물조직(7)의 표면의 저항은 50 Ohms이다. 따라서, 플라즈마 가스-방전(8)의 RMS RF-전력 진폭이 350 Watts라면, 생물조직(7)의 표면에서 50 Watts 및 플라즈마 가스-방 전(8)에서 300 Watts의 전력소모가 있게 된다.
RF 방출이 생물조직에서 소멸하기 때문에, 플라즈마 가스-방전(8)에서 소모되는 RF 전력은 대부분의 에너지를 나타내는 상기 플라즈마 가스-방전 입자들의 운동에너지 및 위치에너지로 전환된다.
상기 상호작용 간격은 동일하거나 상이할 수 있는 상기 장치의 최외각 가장자리 및 생물조직(7)의 표면 사이의 물리적 간격과 혼동해서는 안된다. 도 1c의 가이러스의 선행기술의 경우에, 상기 상호작용 간격은 하우징(20)을 벗어나지 않는다: 따라서 어떤 생물조직을 포함하지 않는다. 반면에, 상기 선행기술의 물리적 간격은 하우징(20) 및 그것의 목표 표면 사이의 간격을 명백하게 나타낸다.
일단 상기 점화가 작동단계에서 유지되면, 상기 방전은 원하는 치료에 필수적인 시간동안 유지될 수 있다.
상기 바람직한 양태는 확산성 플라즈마 가스-방전을 포함하지만, 다른 형태의 방전도 가능하다. 상기 바람직한 양태는 낮은 전자 온도 및 생물조직을 치료하기에 좋은 전자 농도를 가진다. 이런 형태의 방전은 생물조직의 원하는 부위 위에 펼쳐진다. 이런 형태의 방전의 파라미터들(예를 들어, 전력, 전류밀도, 구조 및 특히 위치)은 조절이 가능하다.
모든 배치에서 상기 플라즈마 가스-방전의 활동적인 종(플라즈마 플럭스)들은 원자 이온, 분자 이온, 원자 라디칼, 분자 라디칼, 여기상태 이온, 여기상태 라디칼, 활동성 이온, 활동성 라디칼, 쿨링된 이온, 쿨링된 라디칼, 활동성 전자 및 피드가스로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 종을 포함한다. 상기 노즐-전극(6)을 생물조직(7)의 표면에서 전기적으로 바이어스할 수 있는 능력은 생물조직(7)의 표면으로의 이온화된 가스흐름을 용이하게 된다.
상술한 것처럼, 두 형태의 플라즈마 가스-방전이 있다: 잘록한 타입 및 확산성 타입. 확산성-타입 플라즈마 가스-방전은 대부분 가열, 생-광자극 또는 이온 샤우어(예를 들어, 화학적- 및 생물학적-활성 입자들(이온들, 자유 라디칼 등)) 같은 치료실시에 대부분 사용된다. 잘록한 타입 플라즈마 가스-방전은 높은 에너지 밀도(예를 들어, 낮은 플라즈마 가스-방전 용적)를 가지기 때문에 생물조직을 절제, 제거 및/또는 증발시킬 수 있다. 생물조직에 대한 상기 시스템의 활성 구성요소는 RF장, 전자, 양이온, 음이온, 자유 라디칼, 빛 방출(광자), 중성자 및 가스 스트림(또는 흐름).
확산-형 플라즈마 가스-방전에서, 전체 RF 전력 입력의 5 내지 10%가 생물조직속에서 직접 소멸한다. 생물조직에서 소멸되는 RF 전력은 RF 전류를 유도하고 다이폴 분자들(대부분 물분자)을 회전적으로 여기시켜서 상기 조직의 온도를 증가시킨다.
자유전자의 농도는 대략 양이온의 농도와 동일하다. 음이온 농도는 가스 조성에 의존하고, 전형적으로 매우 낮다; 불활성 가스들에서는 무시할만 하다. 자유전자의 농도는 10-2 내지 10-3(예를 들어, 0.1 내지 1%)이다. 매우 낮은 전자질량 및 높은 평균 운동에너지(3 내지 8 eV)가 주어지면, 생물조직안의 입자들의 전자 여기가 가능하다. 대부분의 전자에너지는 플라즈마 가스-방전 자체에서 소모된다. 이것은 주로 중성입자 여기로 흘러간다(원자 및 분자 전기적 및 회전적 레벨들).
양이온들은 낮은 에너지를 가지며 농도가 낮다. 양이온 및 음이온의 온도는 중성입자의 온도와 같고 실온과 비슷하다. 따라서, 중성입자들뿐만 아니라 이온들의 운동에너지는 상기 플라즈마 가스-방전 에너지를 생물조직에 전달하는 주요한 통로가 아니다. 나아가, 상기 가스흐름은 상당한 에너지를 추가하지도 않는다.
상기 RF장은 전자기 에너지를 대부분 상기 전자통로에 준다. 확산성 플라즈마 가스-방전은 최대치가 3 내지 8 eV인 전자 에너지 분포를 가진다. 상기 플라즈마 가스-방전의 이온화는 전자에너지의 10 내지 15%를 차지하고, 나머지는 상기한 다양한 여기 채널들로 들어간다. 따라서, 확산성 플라즈마 가스-방전에서 가장 유효한 단계는 중성입자들의 여기이다. 여기상태 입자의 수명은 가스압력, 가스구성 및 가스형태와 같은 많은 요인들에 의존한다. 여기된 입자들은 수명이 1초에 이르는 준안정상태일 수 있다. 여기된 입자들은 내부충돌, 광자방사 및 상기 생물조직과의 상호작용을 통해서 퍼텐셜에너지를 잃을 수 있다. 가스흐름의 존재 때문에, 가장 중요한 과정은 여기된 입자들의 생물조직과의 상호작용이 될 것이다.
상기 생물조직은 또한 방출된 빛으로 방사될 수 있다. 생-광자극이 이루어질 수 있음은 문헌에서 알 수 있다(예를 들어, 6328 Å 파장의 He-Ne 레이저로 미토콘드리아 세포를 자극). He-Ne 레이저에서 사용되는 것과 유사한 가스혼합물을 사용해서 상기 플라즈마 가스-방전을 생산할 수 있다면, 여기된(준안정상태) 중성 네온 원자들의 에너지가 비탄성충돌을 통해서 생물조직에 효율적으로 주어질 수 있다. 이 과정의 효율은 He-Ne 레이저의 경우보다 훨씬 크다. 상기 레이저의 경우, 상기 여기된 네온 원자는 들뜸 해소후에 광자를 생물조직에 방사한다. 따라서, 효율이 매우 낮다(< 1%). 플라즈마 가스-방전의 경우에, 여기된 입자들은 생물조직과 직접 상호작용한다.
자유 라디칼 및 화학적으로-활성된 분자들은 생물조직과 화학반응을 할 수 있다. 플라즈마 가스-방전으로부터 여기된 CO2를 가지고 생물조직을 치료하는 것은 중요한 과정의 한 예이다.
노즐-전극(6)이 전도하는 동안(예를 들어, Au, Ag, Cu 또는 Al), 바람직한 양태의 방법으로 외부 알루미나 코팅을 가지는 알루미늄 노즐-전극을 사용한다. 이로인해 노즐-전극(6)으로부터 전자방출이 없이 확산성 방전이 된다.
더욱이, 다양한 치료를 위한 작동방법에 따라 노즐-전극(6) 및 가스흐름(9)의 파라미터가 결정될 뿐 아니라 가스의 선택도 결정된다. 예를 들어, 제거치료를 위한 상기 방법의 바람직한 양태의 하나는 대략 5%의 O2 및 95%의 헬륨을 사용하는 것이다. 이는 주로 산화제로서 산소의 역할 때문이다.
별도의 양태에 분명히 기술된 상기 발명의 어떤 특징은 하나의 양태에서 조합으로 제공될 수도 있다는 것을 인식해야 한다. 역으로, 하나의 양태에 간단히 기술된 상기 발명의 다양한 특징들은 별도로 제공될 수 있거나 적당한 아조합(subcombination)으로 제공될 수도 있다.
상기 발명이 특정한 양태와 함께 기술되었을 지라도, 상기 기술의 숙련자에게는 많은 대안, 수정 및 변조가 분명할 것이다. 따라서, 첨부된 청구항들의 정신 및 광범위 안에 모든 그런 대안, 수정 및 변조를 포함할 것을 의도한다. 각 개인 출판, 특허 또는 특허실시가 참조로 여기에 포함되었다고 명확하고 개별적으로 표시되었다는 것과 같은 수준으로, 본 명세서에 언급된 출판물, 특허 및 특허실시는 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다. 본 출원서의 참조들의 언급 또는 표시가 그런 참조들이 상기 전형적인 시스템의 선행기술로서 유효하다는 것을 승인하는 것으로 해석되어서는 안된다.

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  89. a) RF 전원에 작동적으로 연결된 전극,
    b) 상기 전극과 생물조직 사이에 위치되어 있는, 공동을 가진 유전성 원통형 부착물, 및
    c) 가스를 상기 공동으로 흐르게 하는 노즐을 포함하되,
    RF 전력은 상기 공동을 통해 흐르는 가스 안에서 플라즈마 가스-방전(plasma gas-discharge)을 점화 및 유지시킴으로써 생물조직의 치료를 수행하는,
    고주파(RF) 플라즈마로 생물조직을 치료하기 위한 장치.
  90. 제 89 항에 있어서,
    상기 가스의 가스압력이 대기압 또는 그 이상의 압력인 장치.
  91. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극이 단일 전극이며 생물조직이 그라운드 전위에서 두 번째 전극으로 작용하는 장치.
  92. 제 89 항에 있어서,
    추가적으로, d) 상기 RF 전원과 상기 전극 사이에 위치된 것으로, 상기 플라즈마 가스-방전의 점화 및 유지 둘 다에 부합하게 RF 전력의 위상을 조절하는 위상이동기를 포함하는 장치.
  93. 제 89 항에 있어서,
    추가적으로, d) 상기 RF 전원에 부착된 것으로, 상기 RF 전력을 원하는 진동수를 가지는 미리 결정된 작용시간 및 진폭의 펄스로 분배할 수 있게 하는, 펄스-폭 변조(PWM) 조절기를 포함하는 장치.
  94. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극이 상기 노즐을 포함하는 노즐-전극인 장치.
  95. 제 94 항에 있어서,
    유전성 공동 부착물이 상기 노즐-전극의 내부로 연장되어 있는 장치.
  96. 제 89 항에 있어서,
    상기 가스의 흐름이 확산성 가스흐름인 장치.
  97. 제 89 항에 있어서,
    추가적으로, (d) 가스의 흐름을 생성하기 위한 것으로, 헬륨, 아르곤, 네온, 크세논, 크립톤, 산소분자(O2), 질소분자(N2), 질소 산화물, 탄소 산화물, 수증기, 휘발성 유기가스 및 휘발성 무기가스로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스를 제공하는 가스 공급원을 포함하는 장치.
  98. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극이 알루미늄, 은, 금, 구리 및 그들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 구성되는 것인 장치.
  99. 제 89 항에 있어서,
    추가적으로, (d) 상기 전극의 표면의 전기 전도성을 감소시킴으로써 생물조직의 표면으로의 전도성 전류의 전송을 지연시키기 위한 상기 전극의 표면과 연합된 유전장벽을 포함하는 장치.
  100. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극이 상기 플라즈마 가스-방전으로부터 횃불-형 프로파일(torch-type profile)을 형성하도록 치수화되는 장치.
  101. 제 89 항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스-방전이 상기 유전성 원통형의 공동 부착물의 상기 공동을 실질적으로 완전히 점유하는 장치.
  102. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극이 100 내지 700 ㎃/㎠의 전류밀도 및 2 내지 4 ㎤의 방전 단면적으로 상기 플라즈마 가스-방전을 형성하도록 치수화되는 장치.
  103. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극이 상기 플라즈마 가스-방전에서 좁은 플레임-텅(flame tongue){플라스마트론(plasmatron)} 프로파일을 형성하도록 치수화되는 장치.
  104. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극이, 생물조직의 표면이 생물조직의 동시 가열 및 플라즈마 가스-방전의 유지를 허용하는 비등전위면으로 되는 방식으로 생물조직의 상기 표면과 상호작용하도록 치수화되고 배치되는 장치.
  105. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극이, 생물조직의 표면이 플라즈마 가스-방전이 전극의 내부용적을 실질적으로 채우게 하는 비등전위면으로 되는 방식으로 주발형 프로파일로 치수화되고 생물조직을 직접 접촉하도록 배치되는 장치.
  106. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극이, 생물조직의 표면이 환형 프로파일을 가지는 플라즈마 가스-방전을 제공하는 비등전위면으로 되는 방식으로 생물조직을 직접 접촉하기 위한 구형 프로파일로 치수화되는 장치.
  107. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극이, 상기 유전성 원통형의 부착물의 내부로 연장되어 있고 상기 전극이 생물조직을 직접 접촉하는 것인 장치.
  108. 제 89 항에 있어서,
    상기 노즐이 단열팽창에 의해 상기 가스의 온도를 실질적으로 강하시키는 것인 장치.
  109. 제 89 항에 있어서,
    추가적으로, f) 상기 RF 전원과 상기 전극 사이에 위치된 것으로, 상기 플라즈마 가스-방전, 상기 전극 및 생물조직을 포함하는 장치의 총 임피던스를 매칭(matching)시키는, 임피던스-매칭 네트워크(IMN)을 포함하는 장치.
  110. 제 89 항에 있어서,
    추가적으로, f) 상기 RF 전원과 상기 전극 사이에 위치된 것으로, 특정 양의 RF 에너지를 축적 및 방출하는 RF 공진기를 포함하는 장치.
  111. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극이 유전장벽으로서 알루미나 코팅을 가지는 알루미늄으로 구성되는 장치.
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