KR102369461B1

KR102369461B1 - 저전압 임피던스 체크 펄스 발생기

Info

Publication number: KR102369461B1
Application number: KR1020197013039A
Authority: KR
Inventors: 브라이언 지. 아토스; 다비드 제이. 다니츠; 마크 피. 크라이스; 다린 알. 워커
Original assignee: 펄스 바이오사이언스, 인크.
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2022-03-03
Also published as: CA3043020C; JP2022109938A; WO2018089506A1; EP3538214A1; IL266442B; CN109922862B; CA3043020A1; JP2019533521A; IL266442A; AU2017359322B2; US20170319851A1; KR20190068569A; AU2017359322A1; CN109922862A; EP3538214B1; IL266442B2

Abstract

펄스 발생기 회로를 시험하기 위한 방법들 및 시스템들이 개시된다. 상기 방법들은 인가되는 펄스들로부터 부하의 하나 이상의 임피던스를 계산하는 단계 및 하나 이상의 임피던스를 예상되는 임피던스와 비교하는 단계를 포함한다. 비교의 결과들은 펄스 발생기 시스템기 제대로 작동하고 있는지 여부, 치료 처치가 개시 또는 계속될 수 있는지 여부, 또는 펄스들의 파라미터들이 변경되어야 하는지 여부를 결정하기 위해 사용된다. 펄스들은 치료 또는 시험 펄스들일 수 있고, 그것들은 전압, 지속 기간, 주파수, 또는 그 외 임의의 전기적 파라미터의 다양한 파라미터를 가질 수 있다. 본 발명의 상기 방법들은 제어기를 포함하는 처치 시스템에 의해 수행될 수 있다.

Description

저전압 임피던스 체크 펄스 발생기

본 출원은 일반적으로 비교적 저전압 트랜지스터에 의해 부하를 통해 방전되는 에너지 축적 소자의 사용을 포함하여, 전기 펄스들을 발생시키고 방전을 제어하기 위한 회로들 및 시스템들을 포함하는 에너지 펄스 기술들에 관한 것이다. 구체적으로, 펄스 기술들은 전기 요법을 위한 가변 지속 시간 나노초 펄스 전기장(nsPEF, nanosecond pulsed electric fields)을 발생시키기 위해 사용된다.

종양의 외과 절제는 감염을 야기시키고 흉터를 남길 수 있다. 뿐만 아니라, 더 많은 종양이 있는 경우, 모든 암성 종양이 외과의에 의해 식별되고 개별적으로 절제되어야 한다. 이는 환자들에게 불편한 것은 물론이고, 시간 및 비용이 많이 들 수 있다. 본 출원에서 사용될 때 환자는 치료적 처치 또는 실험적 처치를 받는 대상을 포함한다.

환자 체내에 있는 암성 종양들은 감지 및 치료는 고사하고, 제거하기도 어려울 수 있다. 많은 환자의 삶은 그들의 몸에서 암을 발견함으로써 엉망이 되며, 이들은 때때로 감지되기 전 비교적 큰 종양들을 형성했다.

때때로 nsPEF로 약칭되는 "나노초 펄스 전기장(nanosecond pulsed electric field)"은 예를 들어, 0.1 나노초(ns)와 1000 나노초 사이의 마이크로초 미만 펄스 폭을 갖는, 또는 또는 그 외 해당 기술분야에 알려진 바와 같은 전기장을 포함한다. 그것은 때때로 마이크로초 미만 펄스 전기장으로 지칭된다. NsPEF들은 보통 고 피크 전압들, 이를테면 센티미터 당 10 킬로볼트(kV/cm), 20 kV/cm, 내지 500 kV/cm를 갖는다. nsPEF 기술을 이용한 생물학적 세포들의 처치는 보통 범위가 초 당 0.1 (Hz)에서 10,000 Hz에 이르는 주파수의 다수의 주기적인 펄스를 사용한다.

NsPEF들은 암성 종양의 세포 자멸을 유발하는 것으로 알려져있다. nsPEF들을 이용한 상기한 종양들의 선택적 치료는 그것의 비-가열적 성질에 기인하여 주변 조직의 정상 세포들에 실질적으로 영향을 미치지 않고 종양 세포들 내 자멸을 유도할 수 있다.

생물학적 세포들에 인가되는 nsPEF의 일례가 미국 특허 번호 6,326,177(Schoenbach 외)에 제시 및 설명되며, 이는 모든 용도로 그 전체가 참조로 본 출원에 원용된다.

종양들의 처치를 위한 nsPEF의 사용은 비교적 새로운 분야이다. nsPEF 펄스들은 충전된 펄스 발생기로부터 발생되고, 인간을 대상으로 하는 암의 안전하고 효과적인 연구 및 치료를 위해 펄스 발생기 충전 상태를 더 양호하게 제어하는 디바이스가 요구된다.

개괄적으로, 비교적 고전압 또는 비교적 저전압 nsPEF 펄스들을 발생시키기 위해 사용되는 하나 이상의 에너지 저장 디바이스를 통합하는 나노초 펄스 전기장(nsPEF) 발생기가 개시된다. nsPEF 발생기는 저전압 펄스들이 인가될 수 있도록 에너지 저장 디바이스들을 고전압에서 저전압으로 방전시키기 위해 선택적으로 사용될 수 있는 방전 회로를 포함할 수 있다. 대안적으로, nsPEF 발생기는 저전압 펄스들을 발생시키기 위해 사용되는 저전압 전원 공급 기구를 가질 수 있다.

몇몇 실시예에서, 고전압 nsPEF 펄스들은 조직의 치료적 처치를 위해 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 저전압 nsPEF 펄스들은 nsPEF 발생기 시스템의 셋업을 시험하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템이 셋업되면, 하나 이상의 저전압 펄스가 부하에 인가될 수 있다. 펄스들에 의해 발생되거나 펄스들을 유발하는 전류는 부하 임피던스를 결정하기 위해 모니터링될 수 있다. 결정된 부하 임피던스는 예를 들어, 부하의 재료 또는 조직 유형의 식별에 기초하여, 부하의 예상되는 임피던스와 비교된다. 예상되는 범위를 벗어나는 결정된 임피던스는 예를 들어, 셋업 문제, 부하 문제, 전극 문제 또는 다른 시스템 문제를 나타낼 수 있다.

발명적인 일 측면은 펄스 발생기 회로를 시험하는 방법이다. 상기 방법은 상기 펄스 발생기 회로를 제1 충전 전압으로 충전하는 단계, 상기 펄스 발생기 회로로, 제1 전압 펄스를 전극을 통해 부하에 전달하는 단계 및 상기 제1 전압 펄스를 이용하여 상기 부하의 임피던스를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 임피던스를 예상되는 임피던스와 비교하는 단계 및 상기 비교의 결과에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 부하 상에 제2 전압 펄스를 전달할지 여부를 결정하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 제1 전압 펄스 및 상기 제2 전압 펄스 중 적어도 하나가 상기 부하의 치료에 도움이 된다.

상기 방법의 몇몇 측면에서, 상기 부하의 상기 임피던스를 결정하는 단계는 상기 제1 전압 펄스의 상기 전달 동안 상기 부하에 전달되는 전류를 측정하는 단계, 전달되는 상기 제1 전압 펄스의 전압을 결정하는 단계, 및 상기 제1 전압 펄스의 전압 레벨 및 측정된 상기 전류에 기초하여 상기 임피던스를 계산하는 단계를 포함한다.

상기 방법의 몇몇 실시예에서, 상기 제1 전압 펄스의 상기 전압 레벨은 상기 제2 펄스의 전압 레벨 미만이다.

몇몇 측면에서, 상기 방법은 또한 상기 부하의 식별에 기초하여 상기 예상되는 임피던스를 결정하는 단계를 포함한다.

상기 방법의 몇몇 측면에서, 상기 예상되는 임피던스는 임피던스 범위를 포함한다.

상기 방법의 몇몇 측면에서, 상기 제2 전압 펄스를 전달할지 여부를 결정하는 단계는 계산된 상기 임피던스가 다음 중 하나인 것의 결과로서 상기 제2 전압 펄스를 상기 부하에 전달하기로 결정하는 단계를 포함한다: 1) 상기 예상되는 임피던스와 임계 차이 미만, 2) 상기 예상되는 임피던스가 포함하는 예상되는 임피던스 범위 이내, 3) 최대 임계치 미만, 그리고 4) 최소 임계치 초과.

상기 방법의 몇몇 측면에서, 상기 제1 펄스의 상기 전압 레벨은 상기 제2 펄스의 전압 레벨을 초과한다.

상기 방법의 몇몇 측면에서, 상기 제2 전압 펄스를 전달할지 여부를 결정하는 단계는 계산된 상기 임피던스가 다음 중 하나인 것의 결과로서 상기 제2 전압 펄스를 상기 부하에 전달하기로 결정하는 단계를 포함한다: 1) 상기 예상되는 임피던스와 임계 차이 초과, 2) 상기 예상되는 임피던스가 포함하는 예상되는 임피던스 범위 밖, 3) 최대 임계치 초과, 그리고 4) 최소 임계치 미만.

상기 방법의 몇몇 측면에서, 상기 방법은 상기 제2 전압 펄스를 전달하는 단계를 포함하며, 이는 상기 펄스 발생기 회로를 제2 충전 전압으로 충전 또는 방전시키는 단계를 포함한다.

상기 방법의 몇몇 측면에서, 상기 제2 전압 펄스를 전달하는 단계는 전기적으로 상기 부하를 제1 전압 펄스원에서 분리하고 상기 부하를 제2 전압 펄스원에 연결하기 위해 스위치의 상태를 변경하는 단계를 포함한다.

상기 방법의 몇몇 측면에서, 상기 제1 전압 펄스 및 상기 제2 전압 펄스는 상기 부하의 치료에 도움이 된다.

몇몇 측면에서, 상기 방법은 또한 상기 비교에 기초하여 그래픽 표시를 디스플레이하는 단계를 포함한다.

몇몇 측면에서, 상기 방법은 또한 상기 제2 전압 펄스를 상기 부하에 전달하는 단계, 상기 부하의 제2 임피던스를 결정하는 단계, 상기 제2 임피던스를 상기 예상되는 임피던스와 비교하는 단계, 및 상기 제2 임피던스의 상기 예상되는 임피던스와의 상기 비교에 응답하여 치료 전압 펄스들의 전달을 중단하기로 결정하는 단계를 포함한다.

다른 발명적인 측면은 치료 nsPEF 펄스 발생기 시스템이다. 상기 시스템은 적어도 하나의 전극 및 상기 전극에 전기적으로 연결되고 상기 전극에 전압 펄스들을 전달하도록 구성되는 펄스 발생기 회로를 포함한다. 상기 시스템은 또한 상기 펄스 발생기 회로에 연결되고, 상기 적어도 하나의 전극에 전달되는 상기 펄스들의 전압 레벨을 결정하도록 구성되는 제어기를 포함하며, 상기 제어기는 상기 펄스 발생기 회로가 제1 충전 전압으로 충전되게 하도록, 그리고 상기 펄스 발생기 회로가 제1 전압 펄스를 상기 적어도 하나의 전극을 통해 부하에 전달하게 하도록 구성된다. 상기 제어기는 또한 상기 부하의 임피던스를 나타내는 신호를 수신하도록, 상기 임피던스를 예상되는 임피던스와 비교하도록, 그리고 상기 비교에 응답하여, 제2 전압 펄스를 상기 부하에 전달할지 여부를 결정하도록 구성되며, 상기 제1 전압 펄스 및 상기 제2 전압 펄스 중 적어도 하나는 상기 부하의 치료에 도움이 되는, 시스템.

상기 시스템의 몇몇 측면에서, 상기 제1 펄스의 상기 전압 레벨은 상기 제2 펄스의 전압 레벨 미만이다.

상기 시스템의 몇몇 측면에서, 상기 제어기는 또한 상기 부하의 식별에 기초하여 상기 예상되는 임피던스를 결정하도록 구성된다.

상기 시스템의 몇몇 측면에서, 상기 예상되는 임피던스는 임피던스 범위를 포함한다.

상기 시스템의 몇몇 측면에서, 상기 제어기는 계산된 상기 임피던스가 다음 중 하나인 것의 결과로서 상기 제2 펄스가 상기 부하에 전달되게 하도록 구성된다: 1) 상기 예상되는 임피던스와 임계 차이 미만, 2) 상기 예상되는 임피던스가 포함하는 예상되는 임피던스 범위 이내, 3) 최대 임계치 미만, 그리고 4) 최소 임계치 초과.

상기 시스템의 몇몇 측면에서, 상기 제1 펄스의 상기 전압 레벨은 상기 제2 펄스의 전압 레벨을 초과한다.

상기 시스템의 몇몇 측면에서, 상기 제어기는 계산된 상기 임피던스가 다음 중 하나인 것의 결과로서 상기 제2 펄스가 상기 부하에 전달되게 하도록 구성된다: 1) 상기 예상되는 임피던스와 임계 차이 초과, 2) 상기 예상되는 임피던스가 포함하는 예상되는 임피던스 범위 밖, 3) 최대 임계치 초과, 그리고 4) 최소 임계치 미만.

상기 시스템의 몇몇 측면에서, 상기 제2 전압 펄스가 전달되게 하는 것은 상기 펄스 발생기 회로를 제2 충전 전압으로 충전 또는 방전시키는 것을 포함한다.

상기 시스템의 몇몇 측면에서, 상기 제2 전압 펄스가 전달되게 하는 것은 전기적으로 상기 부하를 제1 전압 펄스원에서 분리하고 상기 부하를 제2 전압 펄스원에 연결하기 위해 스위치의 상태를 변경하게 하는 것을 포함한다.

상기 시스템의 몇몇 측면에서, 상기 제1 전압 펄스 및 상기 제2 전압 펄스는 상기 부하의 치료에 도움이 된다.

상기 시스템의 몇몇 측면에서, 상기 시스템은 상기 비교에 기초하여 그래픽 표시를 디스플레이하도록 구성된다.

상기 시스템의 몇몇 측면에서, 상기 제어기는 또한 상기 제2 전압 펄스의 전달을 야기하도록, 상기 부하의 제2 임피던스를 결정하도록, 상기 제2 임피던스를 상기 예상되는 임피던스와 비교하도록, 그리고 상기 제2 임피던스의 상기 예상되는 임피던스와의 상기 비교에 응답하여 치료 전압 펄스들의 전달을 중단하기로 결정하도록 구성된다.

다른 발명적인 측면은 치료 펄스 발생기 회로와 같은 펄스 발생기 회로를 사용하는 방법이다. 상기 방법은 상기 펄스 발생기 회로로, 제1 전압 펄스를 전극을 통해 부하에 전달하는 단계, 및 전달된 상기 제1 전압 펄스에 부분적으로 기초하여 상기 부하의 제1 임피던스를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 펄스 발생기 회로로, 제2 전압 펄스를 전극을 통해 부하에 전달하는 단계, 및 전달된 상기 제2 전압 펄스에 부분적으로 기초하여 상기 부하의 제2 임피던스를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 제1 임피던스를 상기 제2 임피던스와 비교하는 단계, 및 적어도 부분적으로 상기 비교의 결과로서: 1) 전압 펄스들의 상기 부하로의 전달을 중단하는 단계, 2) 유사한 처치 펄스 파라미터들의 전압 펄스들의 전달을 지속할 것을 확정하는 단계, 또는 3) 다음 전압 펄스를 상기 부하에 전달하는 단계를 포함하며, 상기 다음 전압 펄스는 상기 제1 전압 펄스 및 상기 제2 전압 펄스의 대응하는 전기적 파라미터와 상이한 전기적 파라미터를 갖는다.

상기 방법의 몇몇 측면에서, 상기 제1 전압 펄스 및 상기 제2 전압 펄스는 치료 펄스들이다.

상기 방법의 몇몇 측면에서, 상기 제1 전압 펄스 및 상기 제2 전압 펄스는 시험 펄스들이다.

상기 방법의 몇몇 측면에서, 전압 펄스들의 상기 부하로의 전달이 상기 제1 임피던스와 상기 제2 임피던스 간 차이가 임계치를 초과 또는 임계치 미만이거나 임계 범위 밖인 것의 결과로서 중단된다.

상기 방법의 몇몇 측면에서, 상기 상이한 전기적 파라미터를 갖는 상기 전압 펄스는 임피던스 프로파일로부터의 편차를 나타내는 상기 비교가 임계치를 초과하는 것의 결과로서 전달된다.

상기 방법의 몇몇 측면에서, 상기 전기적 파라미터는 전압, 주파수, 지속 기간 및 전압 형상 중 하나이다. 상술한 상기 방법들을 수행하도록 구성되는 시스템들 및 디바이스들이 또한 제공된다. 본 발명의 상기 디바이스들 및 방법들의 다른 특징들 및 이점들은 첨부 도면들을 고려하여 읽을 때 하나 이상의 구현예에 대한 이하의 구체적인 내용으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 일 실시예에 따른 나노초 펄스 발생기 장치를 예시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 전압 및 전류 양자에 대한 펄스 프로파일을 예시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 7-니들 전극의 사시도를 예시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 2-폴 전극의 사시도를 예시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 펄스 발생기의 전기 배선도이다.
도 6a는 충전 모드 동안 도 5에 도시된 펄스 발생기를 예시하는 개략도이다.
도 6b는 방전 모드 동안 도 5에 도시된 펄스 발생기를 예시하는 개략도이다.
도 7은 펄스 발생기 회로들의 어셈블리의 전기 배선도이다.
도 8은 도 7에 도시된 펄스 발생기 회로들 중 하나의 전기 배선도이다.
도 9는 도 8에 도시된 펄스 발생기 스테이지들 중 하나의 전기 배선도이다.
도 10은 도 9에 도시된 스위치 드라이버들 중 하나의 전기 배선도이다.
도 11은 대안적인 스위치 소자의 전기 배선도이다.
도 12는 변압기의 동작 및 MOSFET 게이트로의 제어 전압을 예시하는 파형도이다.
도 13은 도 1에 도시된 펄스 발생기의 대안적인 전기 배선도이다.
도 14는 도 1에 도시된 펄스 발생기의 대안적인 전기 배선도이다.
도 15는 방전 회로를 갖는 도 7에 도시된 펄스 발생기 회로들 중 하나의 일 실시예의 전기 배선도이다.
도 16은 방전 회로 스테이지를 갖는 도 15에 도시된 펄스 발생기 스테이지들 중 하나의 일 실시예의 전기 배선도이다.
도 17은 도 16의 펄스 발생기 스테이지에 사용되는 방전 회로 스테이지의 일 실시예의 전기 배선도이다.
도 18은 방전 회로를 갖는 펄스 발생기 회로의 일 실시예의 전기 배선도이다.
도 19는 피크 전압원의 일 실시예의 도해이다.
도 20은 대안적인 펄스 발생기 회로의 전기 배선도이다.
도 21은 nsPEF 처치 시스템의 블록도이다.
도 22는 특정 처치 부하들에 대해 예상되는 임피던스들의 표이다.
도 23은 펄스 발생기 시스템 셋업 상황을 시험하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 24는 펄스 발생기 시스템 셋업 상황을 시험하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 25는 펄스 발생기 시스템 셋업 상황을 시험하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 26은 펄스 발생기 시스템을 사용하는 방법을 예시하는 흐름도이다.

nsPEF 처치들이 암성 종양 세포들이 세모 자멸, 예정 세포사를 겪게 하기 위해 사용될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 시험들은 처치 후 종양들이 점점 줄어 존재하지 않게 될 수 있다는 것을 밝혔다. 어떤 약도 필요하지 않을 수 있다. 또한 대상체의 면역 체계는 nsPEF 처치된 종양 내에 있지 않은 종양들의 세포들을 포함하여, 모든 유사한 종양 세포를 공격하도록 자극될 수 있다는 것이 밝혀졌다.

"종양"은 임의의 신생물 또는 대상체 상 또는 내, 또는 그 외 해당 기술분야에 알려진 바와 같은 조직의 비정상적인 원치 않는 성장을 포함한다. 종양은 비정상적인 성장을 보이는 하나 이상의 세포의 집합을 포함할 수 있다. 종양들의 많은 유형이 있다. 악성 종양은 암성이고, 악성이 되기 전의 종양은 전암성이며, 양성 종양은 비암성이다. 종양들의 예들은 양성 전립선 비대증(BPH), 자궁 근종, 췌암, 간암, 신장암, 결장암, 전-기저 세포암, 및 바레트 식도와 연관된 조직을 포함한다.

"질환"은 암, 전암, 및 양성, 또는 해당 기술분야에 알려져 있는 바와 같은 다른 질환들을 포함하여, 조직의 비정상적인 제어되지 않는 성장과 연관되는 대상체 내 또는 상의 임의의 비정상적인 병태를 포함한다.

종양 또는 세포의 "세포 자멸"은 규칙을 따르는 예정 세포사, 또는 해당 기술분야에 알려져 있는 바와 같은 것을 포함한다.

종양 또는 세포의 "면역성 세포 자멸"은 면역 체계 반응이 뒤따르는 예정 세포사, 또는 해당 기술분야에 알려져 있는 바와 같은 것을 포함한다. 면역 체계 반응은 자멸 세포들이 그것의 표면들 상에 칼레티쿨린 또는 다른 항원을 나타낼 때 개입되는 것으로 생각되며, 이는 타겟 세포들을 완전히 에워싸거나, 휩싸거나, 또는 그 외 그것들의 식균 작용을 행하도록 수지상 세포들을 자극하여 타겟 종양 또는 세포에 대한 특정 T 세포 반응의 결과적인 활성화를 초래한다.

nsPEF에 대한 10 나노초와 900 나노초 사이의 펄스 길이들은 특히 면역 반응을 자극하는 데 효율적인 것으로 연구되었다. 약 100 나노초의 펄스 길이들은 특히 그것들이 저 펄스 수로 효과를 내기에 충분한 에너지를 전달하기에 충분히 기나 목적하는 방식으로 효과를 내기에 충분히 짧다는 점에서 흥미롭다.

"약" 특정 수의 나노초의 시간은 ±1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 7.5%, 10%, 15%, 20%, 25% 또는 다른 퍼센테이지들의 허용 오차, 또는 ±0.1, ±0.2, ±0.3, ±0.4, ±0.5, ±0.7, ±1.0, ±2.0, ±3.0, ±4.0 ±5.0, ±7.0, ±10, ±15, ±20, ±25, ±30, ±40, ±50, ±75 ns와 같은 고정된 허용 오차들, 또는 시간 기간의 유효성에 순응하는 해당 기술분야에서 용인되는 바와 같은 다른 허용 오차들 내 시간들을 포함한다.

면역 체계 생물 지표들은 환자에게서 면역 반응이 유발되었음을 확정하기 위해 nsPEF 처치 이전 그리고/또는 이후 측정될 수 있다. 나아가, nsPEF 처치는 암을 공격하기 위해 CD8+T 세포들(세포 독성 T 세포들)을 더 양호하게 훈련하기 위해 CD47-저지 항체 처치와 병행될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 나노초 펄스 발생기 시스템을 예시한다. nsPEF 시스템(100)은 전극(102), 풋 스위치(103), 및 인터페이스(104)를 포함한다. 풋 스위치(103)는 커넥터(106)를 통해 하우징(105) 및 그 안의 전자 부품들에 연결된다. 전극(102)은 고압 커넥터(112)를 통해 하우징(105) 및 그 안의 전자 부품들에 연결된다. nsPEF 시스템(100)은 또한 핸들(110) 및 보관 서랍(108)을 포함한다. 도 1의 세목 A 부분에 도시된 바와 같이, nsPEF 시스템(100)은 또한 그것의 핸들 부분(114)에 전극(102)을 홀딩하도록 구성되는 홀스터(116)를 포함한다.

조작자는 예를 들어, 펄스들의 수, 진폭, 펄스 지속 시간, 및 주파수 정보를 인터페이스(104)의 숫자 키패드 또는 터치 스크린으로 입력한다. 몇몇 실시예에서, 펄스 폭은 달라질 수 있다. 마이크로컨트롤러는 신호들을 nsPEF 시스템(100) 내 펄스 제어 소자들로 전송한다. 몇몇 실시예에서, 광섬유 케이블들은 제어 신호를 전파하면서 또한 nsPEF 발생 시스템(100)을 갖는 금속 캐비넷의 내용물을 외부와 전기적으로 절연되게 한다. 나아가 시스템을 절연시키기 위해, 시스템(100)은 벽 콘센트로부터가 아니라 배터리 구동될 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따른 전압 및 전류 양자에 대한 펄스 프로파일을 예시한다. nsPEF 시스템(100)으로부터의 출력은 도면 위 전압 및 제1 및 제2 펄스들에 대해 아래 전류를 갖는다. 제1 펄스는 약 15 kV의 진폭, 약 50 A의 전류, 및 약 15 ns의 지속 시간을 갖는다. 제2 펄스는 약 15 kV의 진폭, 약 50 A의 전류, 및 약 30 ns의 지속 시간을 갖는다. 상기한 펄스가 판들 사이 4 mm를 갖는 흡인 전극들 상에 전달되었을 경우, 펄스 발생기는 약 50 A 및 37.5 kV/cm의 펄스를 전달했을 것이다. 전압을 고려해 볼 때, 전류는 전극 유형 및 조직 저항에 크게 의존한다.

도 2가 구체적인 예를 예시하지만, 다른 펄스 프로파일들이 또한 발생될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 펄스들에 대한 상승 및/또는 하강 시간들은 20 ns, 약 20 ns, 약 25 ns, 약 30 ns, 약 40 ns, 약 50 ns, 약 60 ns, 약 75 ns 미만, 또는 75 ns 초과일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 펄스 전압은 5 kV, 약 5 kV, 약 10 kV, 약 15 kV, 약 20 kV, 약 25 kV, 약 30 kV 미만, 또는 30 kV 초과일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전류는 10 A, 약 10 A, 약 25 A, 약 40 A, 약 50 A, 약 60 A, 약 75 A, 약 100 A, 약 125 A, 약 150 A, 약 175 A, 약 200 A 미만, 또는 200 A 초과일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 펄스 지속 시간은 10 ns, 약 10 ns, 약 15 ns, 약 20 ns, 약 25 ns, 약 30 ns, 약 40 ns, 약 50 ns, 약 60 ns, 약 75 ns, 약 100 ns, 약 125 ns, 약 150 ns, 약 175 ns, 약 200 ns, 약 300 ns, 약 400 ns, 약 500 ns, 약 750 ns, 약 1 ㎲, 약 2 ㎲, 약 3 ㎲, 약 4 ㎲, 약 5 ㎲ 미만, 또는 5 ㎲ 초과일 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 7-니들 흡인 전극의 사시도를 예시한다. 전극(300)에서는, 시스(sheath)(301)가 7개의 날카로운 전극(302)을 둘러싸고 말단부에 넓은 개구가 있다. 개방 단부가 종양 가까이 놓일 때, 종양 전체 또는 이의 일부를 챔버로 끌어들이도록 진공 홀들(304)을 통해 결과적인 챔버에서 공기가 빼내어진다. 종양은 전극들의 하나 이상이 바람직하게는 종양을 관통하도록 끌어들여진다. 전극들의 날카로운 단부들은 종양을 뚫도록 구성된다. 중앙 전극은 하나의 극성에 있을 수 있고, 외측 6개의 전극이 반대 극성에 있을 수 있다. 그 다음 나노펄스 전기장들이 nsPEF 시스템(100)을 사용하여 종양에 정밀하게 인가될 수 있다(도 1 참조).

전극들은 전극들의 각 양 및 음의 쌍 중 하나가 종양의 일측 상에 그리고 쌍의 다른 전극이 종양의 대향하는 측 상에 놓일 수 있다. 종양의 대향하는 측들은 이를테면 니들 전극이 종양의 일부를 뚫는 경우, 종양 외측 또는 내 영역들을 포함할 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 2-폴 흡인 전극을 예시한다. 전극 디바이스(400)에서는, 시스(401)가 챔버의 대향 측면들 상의 두 개의 넓은 전극(402)을 둘러싼다. 공기가 진공 홀들(404)을 통해 빼내어지고 종양이 챔버 내에 끌어당겨질 때, 대향하는 전극들은 nsPEF 펄스들을 종양에 인가한다.

주로 사용되는 전극의 성질은 종양의 형상에 따른다. 그것의 물리적 크기 및 강성은 또한 특정 전극 유형의 선택시 고려될 수 있다.

미국 특허 번호 8,688,227 B2(Nuccitelli 외)는 다른 흡인 전극-기반 의료 기구들 및 치료상의 전기 요법을 위한 시스템들을 개시하고, 그것은 이에 의해 참조로 원용된다.

대상체에 다수의 종양이 있는 경우, 외과의는 종양의 전극들과의 적합성에 기초하여 처치할 하나의 종양을 선택할 수 있다. 예를 들어, 위 벽에 인접한 종양은 척추 또는 뇌에 인접한 종양보다 더 용이하게 접근가능할 수 있다. nsPEF 펄스가 바람직하게는 전기장이 영향을 받는 비-종양 세포들의 덩어리를 최소화하면서 가능한 많은 종양 덩어리를 통해 수송하도록 인가되기 때문에, 종양의 두 개의 대향되는 '폴'로의 장애가 없는 경로가 또한 선택 기준일 수 있다.

대상체의 피부 상의 또는 바로 밑의 종양들에 대해서는, 니들 전극들이 경피적으로 사용될 수 있다. 대상체 내 더 깊은 위치들에 대해서는, 집어넣을 수 있는 전극이 위경, 기관지경, 결장경, 또는 다른 내시경 또는 복강경에 꼭 들어맞을 수 있다. 예를 들어, 환자의 결장 내 종양에 접근되어 결장경 내 전극을 사용하여 처치될 수 있다. 신체 내 종양들에 대해, 전극들은 개복 수술, 복강경 수술에, 또는 다른 최소 침습 수술 접근법들을 통해 사용될 수 있다.

환자의 식도 안을 받치는 조직의 부분들이 손상된 바레트 식도는 팽창 기구 상에 놓이는 전극을 사용하여 처치될 수 있다.

나노초 펄스 발전기들의 실시예들은 1 나노초 내지 1 마이크로초의 범위 내 전기 펄스들을 생성한다. 펄스들은 일반적으로 예를 들어, 용량성 또는 유도성 에너지 저장소의 충전 시간보다 훨씬 더 짧은 기간에 에너지 저장소에 저장된 에너지의 부하로의 빠른 방출에 의해 생성된다.

종래 용량형 펄스 발생기들은 펄스 형성 네트워크들을 포함하며, 이들은 고정 펄스 지속 시간 및 임피던스를 제공한다. 부하의 저항에 대한 사전 지식을 이용하면, 부하에 매칭되는 임피던스를 갖는 펄스 형성 네트워크가 사용될 수 있다. 그러나, 더 광범위한 적용을 위해, 특히 부하 저항이 알려지지 않았을 때에는, 펄스 발생기가 임피던스 매칭의 유연성 및 펄스 지속 시간의 변형을 갖게 하는 것이 바람직하다. 그러한 유연성은 커패시터를 제어가능 스위치로 스위칭함으로써 구현될 수 있다. 이 경우, 커패시터는 "전압원"으로 여겨질 수 있고 다양한 부하 저항에 적응시킬 수 있다. 그 다음 스위칭된 펄스 진폭은 커패시터의 전압과 동일한 전압을 가질 수 있다. 따라서 펄스 폭은 스위치 "온" 시간에 의해 결정된다.

나노초 펄스 발생기들에서 스위치들의 선택은 수반되는 고전압, 고전류, 및 빠른 스위칭 시간에 기인하여 제한된다.

통상적으로 펄스 전력 기술에 사용되는 스파크 갭 스위치들은 고전압을 스위칭하고 고전류를 전도할 수 있다. 그러나 그것들은 단지 턴 온될 수 있고, 전도 도중에 전류를 멈추는 것은 불가능하다. 스파크 갭들 외에, 다른 유형들의 고전압, 고전력 스위치들, 이를테면: 자기 스 위치들, 진공 스위치들, 가스관들(예를 들어, 사이러트론들), 및 특정 고전압 반도체 스위치들이 이용가능하다.

자기 스위치들은 자기 코어의 포화도에 따라, 회로에서 고 임피던스에서 저 임피던스로 변한다. 그것들은 특정 전류 임계치를 초과하여 턴 온될 수 있으나 모든 전류가 부하에 의해 소모될 때까지 턴 오프되지 않을 것이다.

진공 스위치들은 고전압 및 고 소모율 동작에 좋은 옵션이나 자기 스위치들과 유사하여, 그것들은 또한 단지 턴 온만 될 수 있고, 미리 결정된 시간에 턴 오프될 수는 없다.

몇몇 유형의 고전압 반도체 스위치들이 또한 고려될 수 있다. 사이리스터들 및 절연 게이트 양극성 트랜지스터들(IGBT들)이 몇몇 실시예에서 사용될 수 있다. 그러나, 사이리스터들 및 IGBT들의 턴 온 시간들은 그것들의 유용성을 제한한다.

금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터들(MOSFET들)은 본 출원에서 논의된 적용예들에 필요한 전압 및 전류를 생성하기 위해 종래 펄스 발생기 아키텍처들에 사용되기에불충분한 최대 드레인 대 소스 전압 정격들(예를 들어, < 1kV) 및 불충분한 최대 드레인 대 소스 전류 정격들(예를 들어, < 50A)을 갖는다. 그것들이 사용된다면, 고진폭 출력 전압들을 생성하기 위해 많은 수의 스테이지가 요구될 것이다. 그러나, 많은 수의 스테이지를 갖는 종래 막스 발생기(Marx generator) 아키텍처들에서, 막스 발생기는 임계 감쇠 모드가 아닌 저감쇠 모드로 전환되어, 오버슈트 손실을 야기한다. 그 결과, 전체 전압 효율이 감소된다. 예를 들어, 막스 발생기의 전압 효율은 5 스테이지에서 80%일 수 있으나 20 스테이지에서 50%로 감소된다.

뿐만 아니라, 스테이지들의 수가 증가될 때, 막스 발생기의 임피던스가 또한 증가된다. 이는 부하에 전달가능한 총 에너지를 감소시킨다. 이는 특히 저 임피던스 부하들 및 장 펄스들을 구동하는 데 적합하지 않다.

또한, 충전 저항기들의 충전 손실이 스테이지들의 증가된 수에 따라 증가된다. 그 결과, 상기한 막스 발생기들은 고 반복률 동작에 적합하지 않다.

따라서, 고전압 펄스들을 생성하기 위해, 단순히 스테이지들의 수를 증가시키는 것은 저효율, 고 임피던스 등을 포함하여, 일련의 문제를 야기할 것이다. 스테이지들의 수와 실제 출력 전압 간 트레이드오프가 있기 때문에, 종래 막스 발생기들을 사용하는 것은 본 출원에서 논의된 적용예들에 충분한 고전압 펄스들을 생성할 수 없다.

본 개시 내용의 몇몇 실시예는 조정가능한, 고전압, 나노초 펄스 발생기를 포함한다. 스위치들은 전력 MOSFE들일 수 있으며, 이것들은 예를 들어, 1kV의 전압 및 30A 까지의 전류 규격일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 스위치들은 전력 MOSFE들일 수 있으며, 1kV의 전압 및 지속적인 90A 까지의 그리고 200A 피크를 초과하는 전류 규격의 전력 MOSFET들이다. 전압은 막스-스위치 스택 하이브리드 회로에 의해 상향 조정된다. 각 막스 발생기 스테이지에서, 개별적으로 구성된 MOSFET들의 스택이 사용된다. 그 결과, 각 스테이지에 대한 충전 전압이 단일 스위치에 대한 최대 정격보다 더 크다.

상기 구성의 기술적 이점은 전체 출력 전압이 단 몇 스테이지(예를 들어, <=5)를 갖고 증가될 수 있다는 것이다. 그 결과, 많은 수의 스테이지를 갖는 막스 발생기들이 갖는 위에서 논의된 문제들이 회피되고 고효율, 저 임피던스, 및 펄스 지속 시간의 큰 변동성이 달성될 수 있다.

그러한 아키텍처는 또한 각 스테이지에 대해 단 하나의 트리거 회로가 요구될 수 있음에 따라 훨씬 더 용이한 제어를 가능하게 한다. 하나의 추가적인 이점은 펄스 발생기가 저 임피던스를 가지며, 그에 따라 그것이 고전류 및 연장된 펄스 지속 시간을 갖고 다양한 부하를 구동할 수 있을 것이라는 점이다. 전류의 상향 조정은 다수의 막스-스위치 스택 회로를 병렬로 조합함으로써 구현된다. 펄스 지속 시간은 스위치 스택 스위치들의 개폐에 의해 제어된다.

도 5는 도 1의 nsPEF 시스템(100) 내부에 사용될 수 있는 펄스 발생기 회로(500)를 예시한다. 펄스 발생기 회로(500)는 세 개의 스위치 스택에 의해 스위칭되는 막스 발생기를 포함하는 패널을 예시한다. nsPEF 시스템은 단일 펄스 발생기 회로 패널을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, nsPEF 시스템은 다수의 패널을 병렬로 포함한다.

회로(500)는 세 개의 스테이지를 포함한다 - 510, 520, 및 530. 몇몇 실시예에서, 다른 수의 스테이지가 사용된다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10개의 스테이지가 사용된다. 스테이지(510)는 저항기들(512 및 514), 커패시터(515), 및 스위치 스택(516)을 포함한다. 비슷하게, 스테이지(520)는 저항기들(522 및 524), 커패시터(525), 및 스위치 스택(526)을 포함하고, 스테이지(530)는 저항기들(532 및 534), 커패시터(535), 및 스위치 스택(536)을 포함한다. 각각의 이러한 소자들은 스테이지(510)의 대응하는 소자들과 유사한 구조 및 기능을 갖는다.

스테이지(510)는 제1 및 제2 입력 전압 입력 단자들(511 및 513) 및 제1 및 제2 전압 출력 단자들(517 및 518)을 갖는다. 스테이지(520)는 제1 및 제2 입력 전압 입력 단자들(521 및 523) 및 제1 및 제2 전압 출력 단자들(527 및 528)을 갖는다. 스테이지(530)는 제1 및 제2 입력 전압 입력 단자들(531 및 533) 및 제1 및 제2 전압 출력 단자들(537 및 538)을 갖는다.

스테이지(510)의 제1 및 제2 전압 입력 단자들(511 및 513)은 제1 및 제2 전원 공급 기구 입력 단자들(V1 및 V2)에 각각 연결된다. 스테이지(510)의 제1 및 제2 전압 출력 단자들(517 및 518)은 스테이지(520)의 제1 및 제2 전압 입력 단자들(521 및 523)에 각각 연결된다. 스테이지(520)의 제1 및 제2 전압 출력 단자들(527 및 528)은 스테이지(530)의 제1 및 제2 전압 입력 단자들(531 및 533)에 각각 연결된다. 스테이지(530)의 제2 전압 출력 단자(538) 및 스테이지(510)의 제2 전압 출력 단자(513)는 제1 및 제2 전원 출력 단자들(VO1 및 VO2)에 각각 연결된다.

펄스 발생기 회로(500)는 충전 모드로, 그리고 방전 모드로 작동한다. 도 6a에 대하여 아래에서 보다 더 상세하게 설명될 충전 모드 동안, 커패시터들(515, 525, 및 535)은 제1 및 제2 전원 공급 기구 입력 단자들(V1 및 V2)로부터 수신되는 전류에 의해 충전 전압으로 충전된다. 도 6b에 대하여 아래에서 보다 더 상세하게 설명될 방전 모드 동안, 커패시터들(515, 525, 및 535)은 방전되어 제1 및 제2 전원 출력 단자들(VO1 및 VO2)에 걸쳐 연결되는 부하(미도시)에 전류를 제공한다.

도 6a는 충전 모드 동안 펄스 발생기 회로(500)를 예시한다. 제1 및 제2 입력 전압들은 각각 제1 및 제2 전원 공급 기구 입력 단자들(V1 및 V2)에 각각 인가되는 한편 각각의 스위치 스택들(516, 526, 및 536)은 비전도성이거나 개방되고, 제1 및 제2 전원 출력 단자들은 부하(미도시)에서 분리될 수 있다. 스위치 스택들(516, 526, 및 536)의 각각이 개방되기 때문에, 그것들을 통해 실질적으로 어떤 전류도 흐르지 않고, 그것들은 도 6a에서 개방 회로들로서 표현된다. 충전 모드 동안, 각각의 커패시터들(515, 525, 및 535)은 제1 및 제2 입력 전압들 간 차와 동일한 전압으로 또는 그것에 가까이 저항기들(512, 522, 532, 534, 524, 및 514)을 통해 흐르는 전류에 의해 충전 전압으로 충전된다.

스위치 스택들(516, 526, 및 536)의 각각의 스위치들은 초과되지 않아야 하는 항복 전압 정격을 갖는다. 그러나, 스위치들이 직렬로 연결되기 때문에, 커패시터들(515, 525, 및 535)은 개별적인 스위치들의 항복 전압보다 상당히 더 큰 전압으로 충전될 수 있다. 예를 들어, 스위치들의 항복 전압은 1 kV일 수 있고, 5개 이상의 스위치가 각 스위치 스택에 사용될 때, 커패시터들(515, 525, 및 535)은 5 kV의 전압으로 충전될 수 있다.

예를 들어, 제1 및 제2 입력 전압들은 각각 5kV 및 0V일 수 있다. 그러한 예에서, 각각의 커패시터들(515, 525, 및 535)은 5kV와 동일한 전압으로 또는 그것에 가까이 충전된다. 몇몇 실시예에서, 제1 및 제2 입력 전압들 간 차는 10kV 미만으로 제한된다.

도 6b는 방전 모드 동안 펄\스 발생기 회로(500)를 예시한다. 제1 전원 공급 기구 입력 단자(V1)는 제1 입력 전압에서 분리될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 전원 공급 기구 입력 단자(V1)는 제1 입력 전압에 연결된 채로 유지된다. 제2 전원 공급 기구 입력 단자(Vㄴ)는 제2 입력 전압에 연결된 채로 유지된다. 또한, 각각의 스위치 스택들(516, 526, 및 536)은 전도성이거나 닫힌다. 스위치 스택들(516, 526, 및 536)의 각각이 닫히기 때문에, 그것들을 통해 전류가 흐르고, 그것들은 도 6b에서 전도성 와이어들로서 표현된다. 그 결과, 전원 공급 기구 입력 단자(V2)로부터 전원 출력 단자(VO1)로의 저 임피던스 전기 경로는 스위치 스택(516), 커패시터(515), 스위치 스택(526), 커패시터(525), 스위치 스택(536), 및 커패시터(535)에 의해 형성된다. 그 결과, 전원 출력 단자들(VO1 및 VO2)에서의 전압 간 차는 제1 및 제2 입력 전압들 간 차의 스테이지들의 수 배(본 예에서, 3)와 동일하다.

제1 및 제2 입력 전압들이 각각 5kV 및 0V인 경우, 전원 출력 단자들(VO1 및 VO2)에 걸쳐 15kV의 전압 차가 발생된다.

도 7은 도 1의 nsPEF 시스템(100) 내부에 사용될 수 있는 대안적인 펄스 발생기 회로(700)를 예시한다. 이러한 펄스 발생기는 패널들을 병렬로 포함한다. 패널들의 수는 시스템이 상이한 양들의 전류 및 전력을 발생시킬 수 있게 하도록 조절될 수 있다.

펄스 발생기 회로(700)는 입력 포트(Vin)에 걸쳐 입력 펄스들을 수신하고, 수신된 입력 펄스들에 응답하여 출력 포트(Vout)에 걸쳐 출력 펄스들을 발생시킨다.

펄스 발생기 회로(700)는 다수의 패널 또는 펄스 발생기 회로(710, 720, 730, 및 740)를 포함한다. 펄스 발생기 회로(700)는 또한 드라이버(750)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 네 개의 펄스 발생기 회로가 사용된다. 대안적인 실시예들에서는, 보다 더 적거나 보다 더 많은 펄스 발생기 회로가 사용된다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 또는 다른 수의 펄스 발생기 회로가 사용된다.

각각의 펄스 발생기 회로들(710, 720, 730, 및 740)은 본 출원에서 논의된 다른 펄스 발생기 회로들과 유사한 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 각각의 펄스 발생기 회로들(710, 720, 730, 및 740)은 도 5, 도 6a, 및 도 6b를 참조하여 위에서 논의된 다른 펄스 발생기 회로(500)와 유사한 특성들을 가질 수 있다.

각각의 펄스 발생기 회로들(710, 720, 730, 및 740)은 양 및 음의 DC 입력 단자들, 양 및 음의 제어 입력 단자들, 및 양 및 음의 출력 단자들을 갖고, 양 및 음의 제어 입력 단자들에 걸쳐 인가되는 구동 신호 펄스들에 응답하여 양 및 음의 출력 단자들에 걸쳐 출력 전압 펄스들을 발생시키도록 구성된다. 출력 전압 펄스들은 또한 양 및 음의 DC 전원 입력 단자들에 걸쳐 수신되는 전원 전압들에 기초한다.

구동 신호 펄스들은 증폭기 회로(751), 커패시터(752), 및 변압기(753)를 포함하는, 드라이버(750)에 의해 전도체들(756 및 758)에 걸쳐 발생된다. 몇몇 실시예에서, 드라이버(750)는 또한 클램프 회로들(754)을 포함한다.

드라이버(750)는 입력 포트(Vin)에 입력 신호 펄스를 수신하고 입력 신호 펄스에 응답하여 전도체들(756 및 758)에 걸쳐 구동 신호 펄스를 발생시킨다. 증폭기 회로(751)는 입력 신호 펄스를 수신하고 커패시터(752)를 통해 변압기(753)를 구동하며, 이는 저 주파수 및 DC 신호들을 차단한다. 증폭기 회로(751)에 의해 구동되는 것에 응답하여, 변압기(753)는 전도체들(756 및 758)에 걸쳐 출력 전압 펄스를 발생시키며, 그에 따라 출력 전압 펄스의 지속 시간이 입력 포트(Vin)에서의 입력 신호 펄스의 지속 시간과 동일하거나 실질적으로 동일(예를 들어, 10% 또는 1% 내)하다.

몇몇 실시예에서, 클램프 회로들(754)은 적어도 감쇠된 전위 신호들에 포함되며, 이는 그 외 공진에 의해 야기될 수 있다. 클램프 회로들(754)은 임의의 전류 반전에 대해 단락 회로 경로를 제공하는 병렬 다이오드들을 포함하고, 또한 클램프 회로들(754)에 연결되는 구성요소들에 걸쳐 최대 전압에 클랩핑한다.

몇몇 실시예에서, 변압기(753)는 1:1 권수비를 갖는다. 대안적인 실시예들에서, 상이한 권수비가 사용된다.

각각의 펄스 발생기 회로들(710, 720, 730, 및 740)은 양 및 음의 제어 입력 단자들에 걸쳐 드라이버(750)로부터 전압 펄스들을 수신하고 드라이버(750) 수신된 전압 펄스들에 응답하여 양 및 음의 출력 단자들에 걸쳐 대응하는 전압 펄스들을 발생시킨다. 양 및 음의 출력 단자들에 걸쳐 발생되는 전압 펄스들은 드라이버(750)로부터 수신된 전압 펄스들의 지속 시간들과 동일하거나 실질적으로 동일한(예를 들어, 10% 또는 1% 내) 지속 시간들을 갖는다.

이러한 실시예에서, 펄스 발생기 회로들(710, 720, 730, 및 740)의 음의 출력 단자들은 펄스 발생기 회로(700)의 출력 포트(Vout)의 음의 Vout 단자에 직접 연결된다. 또한, 이러한 실시예에서, 펄스 발생기 회로들(710, 720, 730, 및 740)의 양의 출력 단자들은 다이오드들(715, 725, 735, 및 745)을 통해 펄스 발생기 회로(700)의 출력 포트(Vout)의 양의 Vout 단자에 각각 연결된다. 다이오드들(715, 725, 735, 및 745)은 펄스 발생기 회로들(710, 720, 730, 및 740)을 서로 분리시킨다. 그 결과, 그렇지 않으면 발생할 수 있었을 간섭 및 관련 펄스 왜곡이 실질적으로 제거된다. 예를 들어, 다이오드들(715, 725, 735, 및 745)은 스위칭이 완벽하게 동기화되지 않은 경우 펄스 발생기 회로들(710, 720, 730, 및 740)의 하나로부터 펄스 발생기 회로들(710, 720, 730, 및 740)의 다른 하나로의 전류를 막는다. 다이오드들(715, 725, 735, 및 745)은 또한 펄스 발생기 회로들(710, 720, 730, 및 740)이 충전되는 동안 전류가 그것들로부터 흐르는 것을 막는다.

이러한 실시예에서, 다이오드들(715, 725, 735, 및 745)은 각각 단일 다이오드를 포함한다. 대안적인 실시예들에서, 다이오드들(715, 725, 735, 및 745)은 각각 직렬로 연결된 다이오드들의 전압 정격들에 적어도 기초하여 직렬로 연결된 다수의 다이오드를 포함한다.

이러한 실시예에서, 다이오드들(715, 725, 735, 및 745)은 이러한 실시예에서 펄스 발생기 회로들(710, 720, 730, 및 740)이 음의 펄스들을 발생시키도록 구성됨에 따라, 출력 포트(Vout)의 양의 단자로부터 펄스 발생기 회로들(710, 720, 730, 및 740) 쪽으로 전류를 전도시키도록 연결된다. 대안적인 실시예들에서, 펄스 발생기 회로들이 양의 펄스들을 발생시키도록 구성되는 경우, 다이오드들은 유사하게 펄스 발생기 회로들로부터 출력 포트의 양의 단자로 전류를 전도시키도록 연결될 수 있다.

도 8은 도 7의 펄스 발생기 회로(1000)의 펄스 발생기 회로들(710, 720, 730, 및 740)에 사용될 수 있는 펄스 발생기 회로(800)를 예시한다.

펄스 발생기 회로(800)는 입력 포트(Vin)에 걸쳐 입력 펄스들을 수신하고, 수신된 입력 펄스들에 응답하여 출력 포트(Vout)에 걸쳐 출력 펄스들을 발생시킨다.

펄스 발생기 회로(800)는 다수의 펄스 발생기 스테이지(810, 820, 및 830)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 펄스 발생기 회로(700)는 또한 드라이버(850), 및 임의적인 공통 모드 초크들(815, 825, 및 835)을 포함한다.

각각의 펄스 발생기 스테이지들(810, 820, 및 830)은 본 출원에서 논의된 다른 펄스 발생기 스테이지들과 유사한 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 각각의 펄스 발생기 스테이지들(810, 820, 및 830)은 도 5, 도 6a, 및 도 6b를 참조하여 위에서 논의된 다른 펄스 발생기 회로(500)의 스테이지들(510, 520, 및 530)과 유사한 특성들을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서는, 보다 더 적거나 보다 더 많은 펄스 발생기 스테이지가 사용될 수 있다.

각각의 펄스 발생기 스테이지들(810, 820, 및 830)은 양 및 음의 트리거 입력 단자들, 전원 양 및 음의 DC 입력 단자들, 및 양 및 음의 Vo 출력 단자들을 갖고, 양 및 음의 트리거 입력 단자들에 걸쳐 인가되는 구동 신호 펄스들에 응답하여 양 및 음의 Vo 출력 단자들에 걸쳐 출력 전압 펄스들을 발생시키도록 구성된다. 출력 전압 펄스들은 또한 각각 양 및 음의 DC 입력 단자들에 수신되는 전원 전압들(V1 및 V2)에 기초한다.

이러한 실시예에서, 펄스 발생기 스테이지(830)의 음의 Vi 출력 단자는 펄스 발생기 회로(800)의 출력 포트(Vout)의 음의 단자와 연결된다. 또한, 이러한 실시예에서, 펄스 발생기 스테이지(810)의 음의 Vo 출력 단자는 펄스 발생기 회로(800)의 출력 포트(Vout)의 양의 단자와 연결된다.

또한, 도시된 바와 같이, 펄스 발생기 스테이지(830)의 양의 Vo 출력 단자는 펄스 발생기 스테이지(820)의 양의 Vi 입력 단자와 연결되고, 펄스 발생기 스테이지(830)의 음의 Vo 출력 단자는 펄스 발생기 스테이지(820)의 음의 Vi 입력 단자와 연결된다. 뿐만 아니라, 펄스 발생기 스테이지(820)의 양의 Vo 출력 단자는 펄스 발생기 스테이지(810)의 양의 Vi 입력 단자와 연결되고, 펄스 발생기 스테이지(820)의 음의 Vo 출력 단자는 펄스 발생기 스테이지(810)의 음의 Vi 입력 단자와 연결된다.

펄스 발생기 스테이지들(810, 820, 및 830)에 대한 구동 신호 펄스들은 증폭기 회로(851), 커패시터(852), 및 변압기(853)를 포함하는, 드라이버(850)에 의해 전도체들(856 및 858)에 걸쳐 발생된다. 몇몇 실시예에서, 드라이버(850)는 또한 클램프 회로들(854)을 포함한다.

드라이버(850)는 도 7에 도시되어 위에서 논의된 바와 같이, 전도체들(756 및 758)에 연결되는 입력 포트(Vin)에 입력 신호 펄스를 수신한다. 드라이버(850)는 입력 신호 펄스에 응답하여 전도체들(856 및 858)에 걸쳐 구동 신호 펄스를 발생시킨다. 증폭기 회로(851)는 입력 신호 펄스를 수신하고, 커패시터(852)를 통해 변압기(853)를 구동하며, 이는 저 주파수 및 DC 신호들을 감소 또는 차단한다. 증폭기 회로(851)에 의해 구동되는 것에 응답하여, 변압기(853)는 전도체들(756 및 758)에 걸쳐 출력 전압 펄스를 발생시키며, 그에 따라 출력 전압 펄스의 지속 시간이 입력 포트(Vin)에서의 입력 신호 펄스의 지속 시간과 동일하거나 실질적으로 동일(예를 들어, 10% 또는 1% 내)하게 된다.

몇몇 실시예에서, 클램프 회로들(854)은 적어도 감쇠된 전위 신호들에 포함되며, 이는 그 외 공진에 의해 야기될 수 있다. 클램프 회로들(854)은 임의의 전류 반전에 대해 단락 회로 경로를 제공하는 병렬 다이오드들을 포함하고, 또한 클램프 회로들(854)에 연결되는 구성요소들에 걸쳐 최대 전압에 클랩핑한다.

몇몇 실시예에서, 변압기(853)는 1:1 권수비를 갖는다. 대안적인 실시예들에서, 상이한 권수비가 사용된다.

각각의 펄스 발생기 스테이지들(810, 820, 및 830)은 대응하는 초크(815, 825, 또는 835)를 통해 드라이버(850)로부터 전압 펄스들을 수신하며, 이는 예를 들어, 고전압 펄스 발생기 스테이지들(810, 820, 및 830)로부터의 고 주파수 신호들이 결합하는 것을 차단한다. 전압 펄스들은 양 및 음의 트리거 입력 단자들에 수신되고 펄스 발생기 스테이지들(810, 820, 및 830)은 각각 드라이버(850)로부터 수신된 전압 펄스들에 응답하여 양 및 음의 Vo 출력 단자들에 걸쳐 대응하는 전압 펄스들을 발생시킨다. 양 및 음의 Vo 출력 단자들에 걸쳐 발생되는 전압 펄스들은 드라이버(850)로부터 수신된 전압 펄스들의 지속 시간들과 동일하거나 실질적으로 동일한(예를 들어, 10% 또는 1% 내) 지속 시간들을 갖는다.

도 9는 도 8에 도시된 펄스 발생기 회로(800)의 펄스 발생기 스테이지들(810, 820, 및 830) 중 하나로서 사용될 수 있는 펄스 발생기 스테이지(900)를 예시한다.

펄스 발생기 스테이지(900)는 입력 포트 트리거 입력에 걸쳐 트리거 펄스들을 수신하고, 수신된 트리거 펄스들에 응답하여 출력 포트(Vout)에 걸쳐 출력 펄스들을 발생시킨다. 출력 전압들은 또한 전원 입력 단자들(V1 및 V2)에 수신되는 전원 전압들에 기초하여 발생된다. 펄스 발생기 스테이지(900)는 다수의 스위치 드라이버(950)를 포함한다. 펄스 발생기 스테이지(900)는 또한 스위치 스택(910), 커패시터(920), 및 저항기들(930 및 940)을 포함한다.

스위치 드라이버들(950)은 아래에서 더 상세하게 논의될 바와 같이, 트리거 펄스들을 수신하도록, 그리고 수신된 트리거 펄스들에 응답하여 스위치 스택(910)의 스위치들에 대한 제어 신호들을 발생시키도록 구성된다. 각각의 제어 신호들은 구동되는 스위치에 특유한 전압을 기준으로 한다. 그에 따라, 제1 스위치가 제1 및 제2 전압들 사이에 제어 신호 펄스를 수신하고, 제2 스위치가 제3 및 제4 전압들 사이에 제어 신호 펄스를 수신하며, 이때 각각의 제1, 제2, 제3, 및 제4 전압들은 상이하다. 몇몇 실시예에서, 제1 및 제2 입력 전압들 간 차는 제3 및 제4 전압들 간 차와 실질적으로 동일하다.

스위치 스택(910), 커패시터(920), 및 저항기들(930 및 940)은 펄스 발생기 회로(800)의 양 및 음의 Vo 출력 단자들에 걸쳐 전압 펄스들을 발생시키기 위해, 도 8을 참조하여 위에서 논의한 바와 같이, 펄스 발생기 회로(800)의 다른 펄스 발생기 스테이지들에서의 대응하는 소자들과 협력하여 기능하다. 이러한 소자들은 예를 들어, 도 5, 도 6a, 및 도 6b에 도시된 펄스 발생기 회로(500)를 참조하여 위에서 논의된 대응하는 소자들로서 협력하여 기능할 수 있다. 예를 들어, 이러한 소자들은 전원 입력 단자들(V1 및 V2)에 인가되는 전원 전압들에 그리고 스위치 스택(910)의 스위치들에 인가되는 제어 신호들에 응답하여 펄스 발생기 회로(800)의 양 및 음의 Vo 출력 단자들에 걸쳐 전압 펄스들을 발생시키기 위해 협력할 수 있다.

제어 신호들이 다수의 구동 스테이지를 통해 도 7에 예시된 펄스 발생기 회로(700)의 입력 포트(Vin)에 걸쳐 수신되는 입력 펄스들에 응답하여 발생되기 때문에, 제어 신호들은 펄스 발생기 회로(700)의 스위치 스택들의 모든 스위치가 실질적으로 동시에 턴 온 그리고 턴 오프되게 한다. 예를 들어, 펄스 발생기 회로(700)의 입력 포트(Vin)에 수신되는 예를 들어, 100ns의 지속 시간을 갖는 15V 입력 펄스는 펄스 발생기 회로(700)가 약 100 ns의 지속 시간을 갖는 고전압(예를 들어, ~15 kV) 출력 펄스를 발생시키게 할 수 있다. 유사하게, 펄스 발생기 회로(700)의 입력 포트(Vin)에 수신되는 예를 들어, 5 ㎲의 지속 시간을 갖는 15V 입력 펄스는 펄스 발생기 회로(700)가 약 5 ㎲의 지속 시간을 갖는 고전압(예를 들어, ~15 kV) 출력 펄스를 발생시키게 할 수 있다. 그에 따라, 고전압 출력 펄스의 지속 시간은 입력 펄스의 선택된 지속 시간과 실질적으로 동일하다.

도 10은 도 9에 도시된 스위치 드라이버들 중 하나로서 사용될 수 있는 스위치 드라이버(1000)를 예시한다.

스위치 드라이버(1000)는 입력 포트(Vin)에 걸쳐 트리거 펄스들을 수신하고, 수신된 트리거 펄스들에 응답하여 출력 포트(Vout)에 걸쳐 제어 신호 펄스들을 발생시킨다. 스위치 드라이버(1000)는 증폭기 회로(1010), 커패시터(1020), 및 변압기(1030)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 스위치 드라이버(1000)는 또한 클램프 회로들(1070)을 포함한다.

증폭기 회로(1010)는 트리거 펄스들을 수신하고, 커패시터(1020)를 통해 변압기(1030)를 구동하며, 이는 저 주파수 및 DC 신호들을 감소 또는 차단한다. 증폭기 회로(1010)에 의해 구동되는 것에 응답하여, 변압기(1030)는 출력 포트(Vout)에 제어 신호 펄스들을 발생시키며, 그에 따라 제어 신호 펄스들의 지속 시간이 입력 포트(Vin)에서의 트리거 펄스들의 지속 시간과 동일하거나 실질적으로 동일(예를 들어, 10% 또는 1% 내)하게 된다.

몇몇 실시예에서, 증폭기 회로(1010)는 다수의 증폭기 집적 회로를 포함한다. 예를 들어, 전류 구동 성능을 증가시키기 위해, 다수의 증폭기 집적 회로가 증폭기 회로(1010)를 형성하기 위해 병렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 다른 수의 증폭기 집적 회로가 사용될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 클램프 회로들(1070)은 적어도 감쇠된 전위 신호들에 포함되며, 이는 그 외 공진에 의해 야기될 수 있다. 클램프 회로들(1070)은 임의의 전류 반전에 대해 단락 회로 경로를 제공하는 병렬 다이오드들을 포함하고, 또한 클램프 회로들(1070)에 연결되는 구성요소들에 걸쳐 최대 전압에 클랩핑한다.

몇몇 실시예에서, 드라이버들(750, 850, 및 1000)은 막스 발생기에 대한 전원 공급 기구와 구분되는 DC-DC 전원 모듈로부터 전력을 수신한다. 이는 접지 결합의 컷오프를 보장한다.

몇몇 실시예에서, 변압기(1030)는 1:1 권수비를 갖는다. 대안적인 실시예들에서, 상이한 권수비가 사용된다.

몇몇 실시예에서, 초고속 스위칭을 획득하기 위해, 변압기들(1030)은 일차 권선에서 5 미만의 권수를 갖고 이차 권선에서 5 미만의 권수를 갖는다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 변압기(1030)는 일차 및 이차 권선들의 각각에서 1, 2, 3, 또는 4 권선을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 변압기(1030)는 일차 및 이차 권선들에서 완전하지 않은 권선, 예를 들어, ½ 권선을 갖는다. 일차 및 이차 권선들의 각각에서 적은 수의 권선은 저 인덕턴스 루프를 가능하게 하고 MOSFET 스위치들의 입력 커패시턴스를 충전시키는 이차 권선의 전류 상승 시간을 증가시킨다.

종래 적용예들에서 MOSFET들을 트리거하기 위한 변압기들은 전류 전달 효율을 보장하기 위해 고결합, 고투자율, 및 저손실 코어를 필요로 한다. 펄스로부터 펄스까지, 코어에서의 잔류 자속은 변압기가 고주파수로 작동될 때 포화를 회피하기 위해 제거될 필요가 있다. 종래, 코어 에너지를 소산시키기 위해 삼차 권선을 수반하는 리셋 회로가 사용된다.

몇몇 실시예에서, 손실 변압기들, 이를테면 고주파수 신호들을 가두고 그것들의 에너지를 열로서 소산시키기 위해 전자기 간섭(EMI) 초크로서 통상적으로 사용되는 것이 스위치들을 트리거하기 위해 사용된다. 예를 들어, 변압기들은 100V㎲ 미만의 전압 시상수를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 변압기들은 50V㎲, 30V㎲, 20V㎲, 10V㎲, 또는 5V㎲ 미만의 전압 시상수를 갖는다. 손실 변압기의 사용은 전력 전자 장치들에서의 통례와 배치된다.

고주파수 자속이 코어의 손실(소용돌이 손실, 히스테리시스 손실, 및 저항 손실)로 인해 감쇠되더라도, 손실 변압기들은 여전히 자속의 충분한 구속을 가능하게 하고 충분한 결합을 제공한다. 또한, 자속은 또한 제거되는 일차 권선 상의 신호에 응답하여 빠르게 감소된다. 자속 감쇠 프로세스는 보통 대략 몇 마이크로초가 걸린다.

종래 상기한 변압기가 불리한 것으로 보이나, 나노초 내지 수 마이크로초 펄스들을 결합하는 데 있어서는, 상기한 변압기가 바람직하게 사용된다. 그 결과, 다음 이점들이 달성된다: 1) 고전압 막스 발생기들로부터 저전압 드라이버들로의 고전압, 고주파수 과도 결합이 억제된다; 2) 변압기 코어들의 손실로 인해, 이전 펄스들로부터의 잔류 자속이 공통 저손실 변압기 코어들보다 빠르게 소산되며, 그에 따라 권선 리셋이 요구되지 않고 존재하지 않게 된다.

스위치 드라이버(1000)의 이점은 그것이 출력 펄스 지속 시간을 제한한다는 것이다. 스위치 제어 신호들이 변압기(1030)에 의해 발생되기 때문에, 입력 포트(Vin)에 입력 트리거 신호들을 발생시키는 회로가 무한 길이의 펄스를 발생시킨다 하더라도, 변압기는 포화되어, 제어 신호들이 스위치들을 턴 오프하게 할 것이다.

도 11은 여기서 논의된 스위치 스택들에 사용될 수 있는 구성요소들을 포함하는 스위치 소자(1100)의 일례를 예시한다. 스위치 소자(1100)는 스위치(1110)를 포함하고, 입력 포트(Vin)에 인가되는 제어 전압에 응답하여 단자들(VA 및 VB) 사이에 전도성 또는 저저항 경로를 선택적으로 형성한다.

몇몇 실시예에서, 스위치(1110)는 트랜지스터, 이를테면 MOSFET이다. 몇몇 실시예에서, 스위치(1110)는 다른 유형의 스위치이다. 몇몇 실시예에서, 스위치(1110)는 5 ns, 약 5 ns, 약 10 ns, 약 25 ns, 약 15 ns, 약 75 ns, 약 100 ns 미만, 또는 100 ns 초과의 턴 온 시간을 갖는다.

몇몇 실시예에서, 스위치 소자(1100)는 또한 스너버 회로(snubber circuit)(1120)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 스위치 스택들의 스위치들의 턴 온 시간들은 동일하지 않다. 스위치(1110)가 용인할 수 있는 전압보다 큰 전압들을 방지하기 위해, 스너버 회로(1120)는 스위치(1110)를 우회하는 전류 션트 경로(current shunt path)를 제공한다. 다이오드들(1122)은 저주파수 전류 경로를 제공하고, 커패시터(1126) 및 저항기(1124)의 조합은 고주파수 전류 경로를 제공한다.

몇몇 실시예에서, 스위치 소자(1100)는 또한 임의적인 과전류 보호 회로(1140)를 포함한다. 과전류 보호 회로(1140)는 스위치(1142) 및 감지 저항기(1144)를 포함한다.

단자(VA)로부터 단자(VB)로 흐르는 전류는 감지 저항기(1144)를 통해 전도된다. 따라서, 전류가 단자(VA)로부터 단자(VB)로 흐를 때 전압이 감지 저항기(1144)에 걸쳐 발생된다. 발생된 전압은 스위치(1142)의 전도 상태를 제어한다. 단자(VA)로부터 단자(VB)로 흐르는 전류가 임계치를 초과하는 경우, 발생된 전압이 스위치(1142)를 도통하게 한다. 그 결과, 스위치(1142)가 스위치(1110)의 제어 전압을 감소시킨다. 감소된 제어 전압에 응답하여, 스위치(1110)는 덜 도통하게 또는 턴 오프하게 된다. 결과적으로, 단자(VA)로부터 단자(VB)로 전도될 수 있는 전류는 과전류 보호 회로(1140)에 의해 제한된다.

몇몇 실시예에서, 스위치(1142)가 손상을 야기할 수 있는 전류보다 큰 전류를 받는 것을 방지하기 위해 전류 제한 저항기가 스위치(1110)의 게이트와 스위치(1142)의 드레인 사이에 배치된다.

본 출원에서 논의된 실시예들에서는, MOSFET 스위치들이 사용된다. 대안적인 실시예들에서, 다른 스위치들이 사용된다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 사이리스터들, IGBT들 또는 다른 반도체 스위치들이 사용된다.

변압기 동작의 일례가 도 12에 예시된다. 입력 일차 인덕터에서의 전압은 실질적으로 구형파이나, MOSFET의 게이트-소스 전압인 이차 인덕터에서의 전압은 예를 들어, 수 마이크로초의 기간 내, 전압 크기가 0으로 감소됨에 따라 점점 줄어든다. 변압기 포화에 기인한 이차 인덕터에서의 전압의 감소 이후, 전압을 수신하는 스위치는 전압이 충분히 높아진 Vgs 미만인 동작의 포화 영역으로부터 동작의 직선 영역에 진입한다. 그 결과, 스위치의 저항이 증가하고 부하에 걸친 출력 전압은 또한 점점 줄어드는 프로파일을 보인다. 이차 인덕터에서의 전압이 MOSFET의 턴 온 임계치(Vth) 미만인 값으로 감소될 때, MOSFET은 셧 오프될 것이다. MOSFET이 오프되면, 트리거 신호의 지속 시간이 연장되더라도, 스위치는 더 이상 도통하지 않고 개방 회로로 여겨질 수 있다. 따라서 이차 인덕터에서의 전압의 파형은 각 패널로부터 고전압 출력 펄스들의 지속 시간을 예를 들어, 수 마이크로초 이하로 제한한다.

몇몇 실시예에서, 트리거 신호의 지속 시간은 이차 인덕터에서의 전압의 감소가 스위치들이 직선 영역 동작에 진입하게 하기에 불충분하기 때문에 스위치들이 포화 상태에 유지되도록 충분히 짧다. 그러한 실시예들에서, 부하 전압 펄스들은 도 12에 예시된 점점 줄어드는 것을 보이지 않는다. 예를 들어, 그러한 실시예들에서, 부하 전압 펄스들은 실질적으로 정방형일 수 있다.

몇몇 실시예에서, 본 출원에서 논의된 스위치 스택들은 위에서 논의된 바와 같은 스위치들, 뿐만 아니라 다른 구성요소들도 포함한다.

몇몇 실시예에서, 임계치 미만 지속 시간의 펄스들을 발생시킬 때, 펄스들의 형상은 실질적으로 정방형이다. 몇몇 실시예에서, 임계치를 초과하는 지속 시간의 펄스들을 발생시킬 때, 펄스들의 형상은 임계치와 실질적으로 동일한(예를 들어, 10% 또는 1% 내) 지속 시간 동안 실질적으로 정방형이다. 임계치 이후 시간 동안, 그러한 장 펄스들의 전압은 0 V로 강하한다. 몇몇 실시예에서, 0 V로의 강하는 실질적으로 직선형이다. 몇몇 실시예에서, 0 V로의 강하는 실질적으로 지수형이다.

도 13은 도 1의 nsPEF 시스템(100) 내부에 사용될 수 있는 대안적인 펄스 발생기 회로(1300)를 예시한다.

펄스 발생기 회로(1300)는 입력 포트(Vin)에 걸쳐 입력 펄스들을 그리고 입력 포트들(VDC1 및 VDC2)에 DC 전압들을 수신하고, 수신된 입력 펄스들 및 DC 전압들에 응답하여 출력 포트(Vout)에 걸쳐 출력 펄스들을 발생시킨다.

펄스 발생기 회로(1300)는 다수의 펄스 발생기 회로(1310 및 1320)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 두 개의 펄스 발생기 회로가 사용된다. 대안적인 실시예들에서는, 보다 더 많은 펄스 발생기 회로가 사용된다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 펄스 발생기 회로(1300)에 관하여, 아래에서 논의될 바와 같이, 그것들의 출력 포트들이 직렬로 연결된 3, 4, 5, 10 또는 다른 수의 펄스 발생기 회로가 사용된다.

각각의 펄스 발생기 회로들(1310 및 1320)은 본 출원에서 논의된 다른 펄스 발생기 회로들과 유사할 수 있다. 예를 들어, 펄스 발생기 회로들(1310 및 1320)은 도 7에 관하여 위에서 논의된 펄스 발생기 회로(700)와 유사할 수 있거나 실질적으로 동일할 수 있다.

각각의 펄스 발생기 회로들(1310 및 1320)은 그것들의 각각의 제어 IN 입력 포트들에 걸쳐 동일한 입력 신호 펄스를 수신한다. 이에 응답하여, 각각의 펄스 발생기 회로들(1310 및 1320)은 그것들의 각각의 Vout 출력 포트들에 걸쳐 고압 펄스들을 발생시킨다. 펄스 발생기 회로들(1310 1320)의 Vout 출력 포트들이 직렬로 연결되기 때문에, 펄스 발생기 회로(1300)의 출력 포트(Vout)에 걸쳐 펄스 발생기 회로들(1310 및 1320)에 의해 발생되는 전압 펄스는 펄스 발생기 회로들(1310 및 1320)에 의해 각각 발생되는 펄스들의 전압들의 합과 실질적으로 동일하다(예를 들어, 10% 또는 1% 내).

도 14는 도 1의 nsPEF 시스템(100) 내부에 사용될 수 있고, 도 13의 펄스 발생기 회로(1300)와 유사한 특성들을 갖는 대안적인 펄스 발생기 회로(1400)를 예시한다. 펄스 발생기 회로(1400)는 펄스 발생기들(1410 및 1420), 드라이버들(1415 및 1425), 및 전원 공급 기구들(1412 및 1422)을 포함한다.

펄스 발생기 회로(1400)는 다수의 펄스 발생기 회로(1410 및 1420)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 두 개의 펄스 발생기 회로가 사용된다. 대안적인 실시예들에서는, 보다 더 많은 펄스 발생기 회로가 사용된다. 각각의 펄스 발생기 회로들(1410 및 1420)은 본 출원에서 논의된 다른 펄스 발생기 회로들과 유사할 수 있다.

펄스 발생기 회로(1400)는 각각의 드라이버들(1415 및 1425)에서 입력 펄스들을 수신하며, 이것들은 도 8에 관하여 위에서 논의된 드라이버(850)와 유사할 수 있다. 펄스 발생기 회로(1400)는 수신된 입력 펄스들에 응답하여 출력 포트(Vout)에 걸쳐 출력 펄스들을 발생시킨다. 출력 전압 펄스들은 또한 전원 공급 기구들(1412 및 1422)로부터 수신되는 전원 전압들에 기초한다.

각각의 드라이버들(1415 및 1425)은 입력 펄스 신호를 수신한다. 수신된 입력 신호들에 응답하여, 드라이버들(1415 및 1425)은 각각 펄스 발생기 회로들(1410 및 1420)에 대한 구동 신호 펄스들을 발생시킨다. 구동 신호 펄스들에 응답하여, 각각의 펄스 발생기 회로들(1410 및 1420)은 그것들의 각각의 출력 포트들(Vo1 및 Vo2)에 걸쳐 고압 펄스들을 발생시킨다. 펄스 발생기 회로들(1410 및 1420)의 Vo1 및 Vo2 출력 포트들이 직렬로 연결되기 때문에, 펄스 발생기 회로(1400)의 출력 포트(Vout)에 걸쳐 펄스 발생기 회로들(1410 및 1420)에 의해 발생되는 전압 펄스는 펄스 발생기 회로들(1410 및 1420)에 의해 각각 발생되는 펄스들의 전압들의 합과 실질적으로 동일하다(예를 들어, 10% 또는 1% 내).

이러한 실시예에서, 펄스 발생기 회로(1410)는 그것의 출력 포트(Vo1)에 걸쳐 전원 공급 기구(1412)의 전압의 3배와 실질적으로 동일한(예를 들어, 10% 또는 1% 내), (-3 x [V1 - V2]) 고전압 펄스를 발생시킨다. 또한, 펄스 발생기 회로(1420)는 그것의 출력 포트(Vo2)에 걸쳐 전원 공급 기구(1422)의 전압의 3배(3 x [V'1 - V'2])와 실질적으로 동일한(예를 들어, 10% 또는 1% 내) 고전압 펄스를 발생시킨다. 그 결과, 펄스 발생기 회로(1400)는 그것의 출력 포트(Vout)에 걸쳐 (3 x [V’1 - V’2]) - (-3 x [V1 - V2])의 전압을 발생시킨다.

몇몇 실시예에서, 드라이버들(1415 및 1425) 대신 펄스 발생기 회로(1410 및 1420) 양자에 연결되는 단일 드라이버 회로가 사용된다. 그러한 실시예들에서, 단일 드라이버 회로는 입력 펄스 신호에 응답하여 펄스 발생기 회로들(1410 및 1420) 양자에 대한 구동 신호 펄스들을 발생시킨다.

다양한 목적을 위해, 펄스들을 발생시키기 위해 펄스 발생기에 의해 사용되는 커패시터들을 방전시키는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 도 9의 펄스 발생기 스테이지(900)의 커패시터(920)를 방전시키는 것이 바람직할 수 있다. 커패시터들을 방전시키는 것은 다양한 방전 회로의 다양한 실시예를 사용하여 행해질 수 있다. 몇몇 실시예가 여기서 논의된다.

도 15는 도 7의 펄스 발생기 회로(700)의 펄스 발생기 회로들(710, 720, 730, 및 740)에 사용될 수 있는 펄스 발생기 회로(1500)를 예시한다. 펄스 발생기 회로(1500)는 도 8에 예시된 펄스 발생기 회로(800)와 유사하다. 펄스 발생기 회로(1500)는 특정 방전 회로(1550)를 추가적으로 포함한다.

도시된 바와 같이, 방전 회로(1550)는 제1 및 제2 전원 공급 기구 입력 단자들(V1 및 V2)에 전기적으로 연결된다. 방전 회로(1550)는 또한 방전 입력 단자(D1)에 전기적으로 연결된다. 제1 및 제2 전원 공급 기구 입력 단자들(V1 및 V2) 및 방전 입력 단자(D1)에서의 전압들에 기초하여, 방전 회로(1550)는 펄스 발생기 스테이지들(810, 820, 및 830)의 각각을 선택적으로 방전시킨다.

몇몇 실시예에서, 방전 회로(1550)는 방전 입력 단자(D1)에 수신되는 방전 제어 신호에 응답하여 펄스 발생기 스테이지들(810, 820, 및 830)의 각각을 방전시키도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 방전 회로(1550)는 펄스 발생기 스테이지들(810, 820, 및 830)의 각각의 커패시터 상에 저장된 충전된 전압 및 제1 및 제2 전원 공급 기구 입력 단자들(V1 및 V2)에서의 전압들에 의해 결정되는 바와 같은 충전 전압의 비교에 응답하여 펄스 발생기 스테이지들(810, 820, 및 830)의 각각을 각각 방전시키도록 구성된다.

도 16은 도 15에 도시된 펄스 발생기 회로(1500)의 펄스 발생기 스테이지들(810, 820, 및 830) 중 하나로서 사용될 수 있는 펄스 발생기 스테이지(1600)를 예시한다. 펄스 발생기 스테이지(1600)는 방전 회로 스테이지(1650)를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 방전 회로(1650)는 방전 입력 단자(D1)에 수신되는 방전 명령 신호에 응답하여 커패시터(920)를 방전시키도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 방전 회로(1650)는 커패시터(920) 및 제1 및 제2 전원 공급 기구 입력 단자들(V1 및 V2)에서의 전압들에 의해 결정되는 바와 같은 충전 전압의 비교에 응답하여 커패시터(920)를 방전시키도록 구성된다.

도 17은 도 16의 펄스 발생기 스테이지(1600)에 사용되는 방전 회로 스테이지(1700)의 일 실시예의 전기 배선도이다. 펄스 발생기 스테이지(1700)는 전압 발생기들(1706 및 1708), 비교기(1710), 또는 회로(1720), 버퍼(1730), 펄스 발생기(1740), 버퍼(1751, 1761, 1771, 1781, 및 1791), 변압기(1752, 1762, 1772, 1782, 및 1792), 스위치들(1753, 1763, 1773, 1783, 및 1793), 및 저항기(1795)를 포함한다.

비교기(1710)는 선택적으로 방전 회로 스테이지(1700)의 다른 구성요소들이 스위치들(1753, 1763, 1773, 1783, 및 1793)이 도전되게 그리고 출력 포트(OUT)에서 방전 단자들을 효과적으로 단락시키게 하게 하는 신호를 발생시키도록 구성된다. 다수의 스위치를 사용하는 것은 방전 회로 스테이지(1700)의 출력에서의 전압들이 단일 스위치의 최대 드레인/소스 전압 정격보다 크게 할 수 있는 이점을 갖는다. 예를 들어, 예시된 실시예에서는, 다섯 개의 스위치가 사용된다. 각 스위치에 대한 최대 드레인/소스 전압 정격이 1000 V인 경우, 다섯 개의 스위치를 사용하는 것은 이상적으로는 방전 회로 스테이지(1700)의 출력에서 5000 V를 허용한다.

예를 들어, 이러한 실시예에서, 비교기(1710)는 전압 제어 입력 단자들(Vpg 및 Vdc)에서 입력 전압들을 수신한다. 전압 입력 단자(Vpg)에서의 전압은 방전 회로 스테이지(1700)에 의해 선택적으로 방전되도록 커패시터에 걸친 전압에 기초하여 전압 발생기(1706)에 의해 발생된다. 전압 입력 단자(Vdc)에서의 전압은 제1 및 제2 전원 공급 기구 입력 단자들(V1 및 V2)의 전압들에 기초하여 전압 발생기(1708)에 의해 발생된다.

몇몇 실시예에서, 전압 발생기들(1706 및 1708)은 비교기(1710)가 견딜 수 있는 전압보다 높은 전압들을 수신하는 레벨 시프트 회로들이다. 예를 들어, 전압 발생기(1706)는 약 5 kV의 그것의 입력들(Vc1 및 Vc2)에 걸친 전압 차를 수신하도록, 그리고 약 10 V와 동일한 단자(Vpg) 상의 출력 전압을 발생시키도록 구성될 수 있으며, 이때 단자(Vpg) 상의 출력 전압은 입력들(Vc1 및 Vc2)에 걸친 전압 차에 비례한다. 유사하게, 전압 발생기(1708)는 약 5 kV의 그것의 입력들(V1 및 V2)에 걸친 전압 차를 수신하도록, 그리고 약 10 V와 동일한 단자(Vdc) 상의 출력 전압을 발생시키도록 구성될 수 있으며, 이때 단자(Vdc) 상의 출력 전압은 입력들(V1 및 V2)에 걸친 전압 차에 비례한다.

몇몇 실시예에서, 단자(Vpg) 상의 전압을 입력들(Vc1 및 Vc2)에 걸친 전압과 관련시키는 비례 상수는 단자(Vdc) 상의 전압을 입력들(V1 및 V2)에 걸친 전압들과 관련시키는 비례 상수와 동일하다. 그러한 실시예들에서, 비교기(1710)는 작은 펄스 발생기 스테이지(1600)의 단자들(V1 및 V2)에 걸친 DC 입력 전압이 펄스 발생기 스테이지(1600)의 커패시터(920)에 걸친 전압 미만인 것에 응답하여 스위치들(1753, 1763, 1773, 1783, 및 1793)이 도전되게 그리고 출력 포트(OUT)에 걸쳐 방전 경로를 제공하게 하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 단자(Vpg) 상의 전압을 입력들(Vc1 및 Vc2)에 걸친 전압과 관련시키는 비례 상수는 단자(Vdc) 상의 전압을 입력들(V1 및 V2)에 걸친 전압들과 관련시키는 비례 상수와 동일하지 않다. 그러한 실시예들에서, 비교기(1710)는 펄스 발생기 스테이지(1600)의 커패시터(920)에 걸친 전압보다 작은 펄스 발생기 스테이지(1600)의 단자들(V1 및 V2)에 걸친 DC 입력 전압에 응답하여 스위치들(1753, 1763, 1773, 1783, 및 1793)이 도전되게 그리고 출력 포트(OUT)를 효과적으로 단락시키게 하도록 구성된다.

예를 들어, 몇몇 실시예에서, 입력 단자들(V1 및 V2)에 걸친 5 kV의 전압 차는 전압 발생기(1708)가 단자(Vdc)에서의 10 V의 전압을 발생시키게 하고, 입력 단자들(Vc1 및 Vc2)에 걸친 5.1 kV의 전압 차는 전압 발생기(1706)가 단자(Vpg)에서의 10 V의 전압을 발생시키게 한다. 그러한 실시예들에서, 비교기(1710)는 펄스 발생기 스테이지(1600)의 단자들(V1 및 V2)에 걸친 DC 입력 전압이 펄스 발생기 스테이지(1600)의 커패시터(920)에 걸친 전압 미만 100 V를 초과인 것에 응답하여 스위치들(1753, 1763, 1773, 1783, 및 1793)이 도전되게 그리고 출력 포트(OUT)를 효과적으로 단락시키게 하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 전압 발생기들(1706 및 1708)은 각각이 직렬로 연결된 제1 및 제2 저항성 소자들을 포함하는, 저항성 분압기들이다. 출력 전압은 제1 및 제2 저항성 소자들에 의해 공유되는 노드에 생성되고, 제1 및 제2 입력 전압들이 각각 제1 및 제2 저항성 소자들 중 하나와 연결된다.

OR 회로(1720)는 펄스 발생기 스테이지(1600)의 단자들(V1 및 V2)에 걸친 DC 입력 전압에 응답하여 스위치들(1753, 1763, 1773, 1783, 및 1793)이 도전되게 그리고 출력 포트(OUT)를 효과적으로 단락시키게 하는 신호를 선택적으로 생성하도록 구성된다. OR 회로(1720)는 비교기(1710)의 출력 및 방전 제어 입력 단자(D1)에 인가되는 전압 레벨에 기초하여 신호를 발생시키도록 구성된다.

이러한 실시예에서, OR 회로(1720)는 비교기(1710)의 출력 또는 방전 입력 단자(D1)에서의 전압 레벨 중 어느 하나가 임계치를 초과하는 것에 응답하여 스위치들(1753, 1763, 1773, 1783, 및 1793)이 도전되게 하도록 구성된다. 예를 들어, 비교기(1710)의 출력 또는 방전 입력 단자(D1)에서의 전압 레벨 중 어느 하나가 임계치를 초과하는 경우, 비교기(1710)의 출력 또는 방전 입력 단자(D1)에서의 전압 레벨 중 어느 하나가 임계치를 초과하는 경우, OR 회로(1720)의 출력은 스위치들(1753, 1763, 1773, 1783, 및 1793)이 도전되게 하게 한다.

이러한 실시예에서, OR 회로(1720)는 비교기(1710)의 출력 또는 방전 입력 단자(D1)에서의 전압 레벨 중 어느 하나가 임계치를 초과할 때 발광하도록 구성되는 발광 다이오드(LED)(1722)를 포함한다. 그에 따라, LED(1722)는 방전 회로 스테이지(1700)가 펄스 발생기 스테이지(1600)의 커패시터(920)를 방전시키고 있다는 시각적 표시를 제공한다.

방전 회로 스테이지(1700)는 버퍼(1730)를 임의로 포함한다. 버퍼(1730)는 OR 회로(1720)에 의해 발생되는 신호를 수신하고, 펄스 발생기(1740)를 위한 출력 신호를 발생시킨다.

몇몇 실시예에서는, 버퍼(1730)가 사용되지 않는다. 그러한 실시예들에서, OR 회로(1720)에 의해 생성되는 신호는 펄스 신호 발생기(1740)에 직접 제공될 수 있거나, 또는 OR 회로(1720)에 의해 생성되는 신호에 기초하여 펄스 신호 발생기(1740)에 신호를 제공하는 다른 회로에 의해 좌우될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 버퍼(1730)는 반전 버퍼이다. 몇몇 실시예에서, 버퍼(1730)는 비-반전 버퍼이다.

이러한 실시예에서, 펄스 신호 발생기(1740)는 버퍼(1730)로부터 신호를 수신하도록 구성된다. 수신된 신호에 응답하여, 펄스 신호 발생기(1740)는 수신된 신호에 기초하여 일련의 펄스 신호를 선택적으로 발생시킨다. 몇몇 실시예에서, 수신된 신호는 이네이블 수신에 의해 수신되며, 그에 따라 펄스 신호 발생기(1740)가 수신된 신호가 적절한 논리 상태를 갖는 것에 응답하여 일련의 펄스 신호를 발생시키고, 수신된 신호가 반대 논리 상태를 갖는 것에 응답하여 일련의 펄스 신호를 발생시키지 않게 된다.

몇몇 실시예에서, 펄스 신호 발생기(1740)는 타이머 회로, 이를테면 555 타이머를 포함한다. 그러한 실시예들에서, 타이머 회로는 스위치들(1753, 1763, 1773, 1783, 및 1793)이 도전되게 하기에 적절한 펄스 신호들을 발생시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 타이머 회로는 변압기들(1752, 1762, 1772, 1782, 및 1792)에 적절한 일련의 펄스 신호를 발생시키기 도록 조정될 수 있으며, 그에 따라 변압기들(1752, 1762, 1772, 1782, 및 1792)이 포화되지 않게 되고 변압기들(1752, 1762, 1772, 1782, 및 1792)이 스위치들(1753, 1763, 1773, 1783, 및 1793)이 펄스 신호 계열들의 각 기간의 대부분 동안 도전되게 하는 신호들을 발생시키게 된다. 예를 들어, 주파수, 듀티 사이클, 상승 시간, 및 하강 시간이 변압기들(1752, 1762, 1772, 1782, 및 1792)의 포화를 회피하도록 조정될 수 있고, 스위치들(1753, 1763, 1773, 1783, 및 1793)이 도전되는 각 기간의 부분을 증가 또는 최대화하도록 조정될 수 있다.

방전 회로 스테이지(1700)는 버퍼들(1751, 1761, 1771, 1781, 및 1791)을 임의로 포함한다. 버퍼들(1751, 1761, 1771, 1781, 및 1791)은 펄스 신호 발생기(1740)에 의해 발생된 일련의 펄스 신호를 수신하고, 각각 변압기들(1752, 1762, 1772, 1782, 및 1792)을 위한 신호들을 발생시킨다.

몇몇 실시예에서는, 버퍼들(1751, 1761, 1771, 1781, 및 1791)이 사용되지 않는다. 그러한 실시예들에서, 펄스 신호 발생기(1740)에 의해 발생되는 신호는 변압기들(1752, 1762, 1772, 1782, 및 1792)에 직접 제공될 수 있거나, 또는 펄스 신호 발생기(1740)에 의해 발생되는 신호에 기초하여 변압기들(1752, 1762, 1772, 1782, 및 1792)에 신호를 제공하는 다른 회로에 의해 좌우될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 버퍼들(1751, 1761, 1771, 1781, 및 1791)은 반전 버퍼들이다. 몇몇 실시예에서, 버퍼들(1751, 1761, 1771, 1781, 및 1791)은 비-반전 버퍼들이다.

이러한 실시예에서, 변압기들(1752, 1762, 1772, 1782, 및 1792)은 버퍼들(1751, 1761, 1771, 1781, 및 1791)로부터 펄스 신호 계열들을 수신하도록 구성된다. 수신된 신호에 응답하여, 변압기들(1752, 1762, 1772, 1782, 및 1792)은 수신된 펄스 신호 계열들에 기초하여 일련의 펄스를 선택적으로 발생시킨다. 변압기들(1752, 1762, 1772, 1782, 및 1792)에 의해 발생되는 일련의 펄스 신호는 각각 스위치들(1753, 1763, 1773, 1783, 및 1793)이 도전되게 그리고 출력 포트(OUT)를 효과적으로 단락시키게 한다.

예를 들어, 스위치들(1753, 1763, 1773, 1783, 및 1793)은 트랜지스터들일 수 있고, 수신된 펄스 신호 계열들에 응답하여, 각각의 변압기들(1752, 1762, 1772, 1782, 및 1792)은 트랜지스터들(1753, 1763, 1773, 1783, 및 1793) 중 상응하는 트랜지스터를 위한 게이트 전압 및 소스 전압을 발생시키도록 구성될 수 있다. 변압기들(1752, 1762, 1772, 1782, 및 1792)의 부동 출력으로 인해, 게이트 전압들은 상응하는 소스 전압들을 참조하여 발생된다. 몇몇 실시예에서, 양극성 트랜지스터이 사용될 수 있고 변압기들(1752, 1762, 1772, 1782, 및 1792)은 트랜지스터들(1753, 1763, 1773, 1783, 및 1793) 중 상응하는 트랜지스터를 위한 베이스 전압 및 이미터 전압을 발생시키도록 구성될 수 있다.

도 18은 도 7의 펄스 발생기 회로(700)를 위해 사용될 수 있는 대안적인 펄스 발생기 회로(1800)를 예시한다. 펄스 발생기 회로(1800)는 도 7에 예시된 펄스 발생기 회로(700)와 유사하다. 펄스 발생기 회로(1800)는 방전 회로(1850) 및 피크 전압원(1820)을 추가적으로 포함한다.

도시된 바와 같이, 방전 회로(1850)는 제1 및 제2 전원 공급 기구 입력 단자들(VP1 및 VP2)에 전기적으로 연결된다. 방전 회로(1850)는 또한 방전 입력 단자(D1)에 전기적으로 연결된다. 제1 및 제2 전원 공급 기구 입력 단자들(VP1 및 VP2), 방전 입력 단자(D1), 및 제1 및 제2 전원 공급 기구 단자들(V1 및 V2)에서의 전압들에 기초하여, 방전 회로(1850)는 제1 및 제2 전원 공급 기구 단자들을 선택적으로 방전시킨다.

몇몇 실시예에서, 방전 회로(1850)는 방전 입력 단자(D1)에 수신되는 방전 제어 신호에 응답하여 제1 및 제2 전원 공급 기구 단자들(V1 및 V2)을 방전시키도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 방전 회로(1850)는 제1 및 제2 전원 공급 기구 단자들(V1 및 V2)에서의 전압들 및 제1 및 제2 전원 공급 기구 입력 단자들(VP1 및 VP2)의 전압에 의해 결정되는 바와 같은 충전 전압의 비교에 응답하여 제1 및 제2 전원 공급 기구 단자들(V1 및 V2)을 방전시키도록 구성된다.

도 17의 방전 회로 스테이지(1700), 또는 본 출원에 논의되는 다른 방전 회로들 중 임의의 방전 회로가 방전 회로(1850)로서 사용될 수 있다.

피트 전압원(1820)은 임의의 저역 필터일 수 있다. 예를 들어, 피크 전압원(1820)은 단극 RC 필터를 형성하기 위해 저항기 및 커패시터를 포함할 수 있다. 다른 필터들이 추가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있다.

도 19는 도 18의 피크 전압원(1820)으로서 사용될 수 있는 피크 전압원(1900)의 일 실시예이다. 도시된 바와 같이, 피크 전압원(1900)은 다이오드들(1910), 저항기(1920), RC 저항기(1930), 및 RC 커패시터(1940)를 포함한다. 저항기(1920)는 커패시터(1940) 및 전원 공급 기구 단자들(V1 및 V2)을 수동으로 방전시키도록 동작한다.

도 20은 도 1의 nsPEF 시스템(100) 내부에 사용될 수 있는 대안적인 펄스 발생기 회로(1300)를 예시한다. 이러한 펄스 발생기는 도 7을 참조하여 상술한 바와 같은 펄스 발생기 회로(700)와 유사하다. 펄스 발생기 회로(2000)는 출력 포트(Vout)에 걸쳐 출력 신호들을 발생시킨다.

펄스 발생기(2000)는 도 7을 참조하여 상술한 바와 같은 각각 펄스 발생기 회로들(710, 720, 730, 및 740)과 유사하거나 동일할 수 있는 다수의 패널 또는 펄스 발생기 회로들(2010, 2020, 2030, 및 2040)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 네 개의 펄스 발생기 회로가 사용된다. 대안적인 실시예들에서는, 보다 더 적거나 보다 더 많은 펄스 발생기 회로가 사용된다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 또는 다른 수의 펄스 발생기 회로가 사용된다.

펄스 발생기 회로(2000)는 또한 도 7을 참조하여 상술한 다이오드들(715, 725, 735, 및 745)과 유사하거나 동일한 다이오드들(2015, 2025, 2035, 및 2045)을 포함한다. 펄스 발생기 회로(2000)는 또한 도 7을 참조하여 상술한 드라이버(750)와 유사하거나 동일할 수 있는 드라이버(2050)를 포함한다.

펄스 발생기 회로들(2010, 2020, 2030, and 2040), 다이오드들(2015, 2025, 2035, and 2045) 및 드라이버(2050)는 공동으로 펄스 발생기 회로(2060)를 형성하고 공동으로 도 7을 참조하여 상술한 펄스 발생기 회로들(710, 720, 730, 및 740), 다이오드들(715, 725, 735, 및 745) 및 드라이버(750)와 유사하거나 동일하게 작동한다. 몇몇 실시예에서, 펄스 발생기 회로(2060)는 본 출원의 다른 곳에서 설명된 것과 유사하거나 동일한 회로를 포함하며, 그에 따라 펄스 발생기 회로(2060)는 방전 회로로 방전할 수 있게 된다.

펄스 발생기(2000)는 또한 아날로그 대 디지털 변환기(2090)를 포함하거나, 또는 몇몇 실시예에서 그것에 연결된다. 뿐만 아니라, 펄스 발생기(2000)는 추가적으로 또는 대안적으로 전류 모니터들(2070 및 2080)을 포함하거나, 또는 몇몇 실시예에서 그것들에 연결된다. 그 외 본 출원에서 논의되는 펄스 발생기 회로들은 유사하게 아날로그 대 디지털 변환기(2090)와 같은 아날로그 대 디지털 변환기를 포함하거나 그것에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 그 외 본 출원에서 논의되는 펄스 발생기 회로들은 유사하게 전류 모니터들(20070 및 2080)과 같은 전류 모니터들을 포함하거나 그것에 연결될 수 있다.

이러한 실시예에서, 아날로그 대 디지털(A/D) 변환기(2090)는 펄스 발생기(2000)의 양(+) 및 음(-)의 전압 출력 단자들에 각각 연결되는 입력들을 갖는 제1 채널을 포함한다. 몇몇 실시예에서는, 제1 저 입력 임피던스 차분 버퍼(미도시)가 펄스 발생기(2000)의 양(+) 및 음(-)의 전압 출력 단자들에 연결되고, 아날로그 대 디지털 변환기(2090)의 입력들을 구동한다. 몇몇 실시예에서는, 프로브, 이를테면 Tektronix P6015A 수동 고전압 프로브(미도시)가 펄스 발생기(2000)의 양(+) 및 음(-)의 전압 출력 단자들에 연결되고, 아날로그 대 디지털 변환기(2090)의 입력들을 구동한다.

몇몇 실시예에서는, 단지 양(+)의 전압 출력 단자만 아날로그 대 디지털 변환기(2090)에 연결된다. 몇몇 실시예에서는, 양(+)의 전압 출력 단자가 전압 드라이버를 통해 아날로그 대 디지털 변환기(2090)에 연결된다. 그러한 실시예들에서는, 양(+)의 전압 출력 단자에서의 전압이 접지 기준이 되고, 접지는 또한 아날로그 대 디지털 변환기(2090)에 연결된다. 예를 들어, 펄스 발생기(2000)의 음(-)의 전압 출력 단자가 접지 전압에 있는 경우 양(+)의 전압 출력 단자가 접지 기준이 된다.

또한, 아날로그 대 디지털 변환기(2090)는 펄스 발생기(2000)의 양(+) 및 음(-)의 전압 출력 단자들 간 전압 차를 나타내는 제1 디지털 출력을 발생시키도록 구성된다. 도 21의 nsPEF 처치 시스템(2150)에 사용될 때, 제1 디지털 출력은 후술될 도 21의 nsPEF 처치 시스템(2150)의 제어기(2175)에 대한 피드백 신호로서 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 아날로그 대 디지털 변환기(2090)는 양(+) 및 음(-)의 전압 출력 단자들에 전압들 양자가 아니라, 그 중 어느 하나에 기초하여 제1 디지털 출력을 발생시킨다.

이러한 실시예에서, 아날로그 대 디지털 변환기(2090)는 전류 모니터들(2070 및 2080)에 각각 연결되는 입력들을 갖는 제2 채널을 포함하고, 전류 모니터들(2070 및 2080)이 각각 펄스 발생기(2000)의 양(+) 및 음(-)의 전압 출력 단자들에 각각 연결된다. 몇몇 실시예에서는, 제2 저 입력 임피던스 차분 버퍼(미도시)가 전류 모니터들(2070 및 2080)에 연결되고, 아날로그 대 디지털 변환기(2090)의 입력들을 구동한다.

또한, 아날로그 대 디지털 변환기(2090)는 펄스 발생기(2000)의 양(+) 및 음(-)의 전압 출력 단자들을 통해 흐르는 전류든 간 전류 차를 나타내는 제2 디지털 출력을 발생시키도록 구성된다. 도 21의 nsPEF 처치 시스템(2150)에 사용될 때, 제2 디지털 출력은 제어기(2175)에 대한 피드백 신호로서 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 아날로그 대 디지털 변환기(2090)는 전류 모니터들(2070 및 2080)로부터의 입력들 양자가 아니라, 그 중 어느 하나에 기초하여 제2 디지털 출력을 발생시킨다.

몇몇 실시예에서, 전류 모니터들(2070 및 2080)은 각각 감지 저항기 및 증폭기를 포함한다. 감지 저항기는 그것을 통해 흐르는 전류의 전압 응답을 발생시키도록 구성되고, 증폭기는 감지 저항기에 걸친 전압에 기초하여 아날로그 대 디지털 변환기에 대한 입력을 발생시킨다.

몇몇 실시예에서, 전류 모니터들(2070 및 2080)은 전류 모니터, 이를테면 피어슨 전류 모니터(Pearson Current Monitor)(2878)를 포함하며, 이는 감지된 전류에 응답하여 전압을 발생시킨다.

몇몇 실시예에서, 펄스 발생기(2000)는 제1 및 제2 디지털 출력들 양자가 아니라, 그 중 어느 하나를 발생시킨다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 단일 채널 아날로그 대 디지털 변환기는 아날로그 대 디지털 변환기(2090) 대신 또는 그것에 추가하여 사용된다.

몇몇 실시예에서는, 단지 단일 전류 모니터만이 사용된다. 단일 전류 모니터는 펄스 발생기(2000)의 양(+) 및 음(-)의 전압 출력 단자들 중 어느 하나의 전류를 모니터할 수 있다.

펄스 발생기(2000)는 또한 저전압원(2075) 및 스위치(2085)를 포함한다.

저전압원(2075)은 펄스 발생기 회로(2060)와 별개이고 독립적인 전압원일 수 있다. 저전압원(2075)은 스위치(2085)의 상태에 따라 출력 포트(Vout)에 걸쳐 선택적으로 출력될 수 있는 전압을 발생시키도록 구성될 수 있다. 저전압원(2075)에 의해 발생되는 전압의 전압 레벨은 펄스 발생기 회로(2060)에 의해 발생되는 전압의 전압 레벨 미만일 수 있다.

몇몇 실시예에서, 저전압원(2075)은 펄스 발생기 회로(2060)와 유사하거나 동일하고, 펄스 발생기 회로(2060)에 의해 전달되는 nsPEF 펄스의 전압 미만인 전압을 갖는 nsPEF 펄스를 전달하도록 구성된다. 대안적인 실시예들에서, 저전압원(2075)은 그 외 본 출원에 설명되는 펄스 발생기 회로들의 임의의 것과 유사하거나 동일하거나 상이한 펄스 발생기 회로와 같은 다른 전압원 회로일 수 있다. 몇몇 실시예에서는, 저전압원(2075)이 사용되지 않고, 선택적으로 펄스 발생기 회로(2060)가 본 출원에서 논의된 고전압 및 저전압 양자를 이루기 위해 상이한 전압들로 충전된다.

대안적인 실시예들에서, 저전압원(2075)은 다른 유형의 전압원이다. 예를 들어, 저전압원(2075)은 일정한 DC 전원 공급 기구일 수 있다. 그러한 실시 예들에서, 저전압원(2075)으로부터 출력 포트(Vout)에 전달되는 전압의 지속 기간은 저전압원(2075)이 출력 포트(Vout)의 양의 단자와 전기전으로 연결되게 하는 스위치(2085)의 상태의 지속 기간에 의해 결정된다.

도 21은 nsPEF 처치 시스템(2150)의 블록도이며, 이는 도 1에 예시된 nsPEF 시스템(100)의 특성들과 유사하거나 동일한 특성들을 갖는다. nsPEF 처치 시스템(2150)은 펄스 발생기(2155), 전원 공급 기구(2160), 전극(2165), 인터페이스(2170), 및 제어기(2175)를 포함한다.

펄스 발생기(2155)는 본 출원에서 논의된 펄스 발생기 회로들 중 임의의 펄스 발생기 회로와 유사하거나 동일할 수 있다. 예를 들어, 펄스 발생기(2155)는 전원 공급 기구(2160)로부터 수신되는 전원 전압들과 상응하는 전압 레벨을 갖고 제어기(2175)로부터 수신되는 제어 신호들과 상응하는 그 외 특성들을 갖는 펄스들을 발생시키도록 구성될 수 있다. 대안적인 실시예들에서는, 다른 펄스 발생기 회로들이 사용될 수 있다.

전극(2165)은 본 출원에서 논의된 전극들 중 임의의 전극과 유사하거나 동일할 수 있다. 예를 들어, 전극(2165)은 도 3 및 도 4에 관하여 위에서 논의된 전극들(300 및 400)과 유사하거나 동일할 수 있다. 전극(2165)은 전도체(2156)로부터 펄스 발생기(2155)에 의해 발생된 nsPEF 펄스들을 수신하도록 구성되고 nsPEF 펄스들을 치료상의 nsPEF 처치를 받는 환자에 전달하도록 구성된다. 대안적인 실시예들에서, 그 외 치료 전극들이 사용될 수 있다, 예를 들어, 몇몇 실시예가 2016년 9월 19일자로 출원된 "HIGH VOLTAGE CONNECTORS FOR PUSLE GENERATORS(펄스 발생기들에 대한 고전압 연결기들)"이라는 명칭의 미국 출원 제15/269,273호 및/또는 2016년 5월 16일자로 출원된 "PULSE APPLICATOR(펄스 적용기)"라는 명칭의 미국 출원 제62/33,270호(이들은 참조로 본 출원에 통합된다)에서 논의된 전극들 중 하나 이상을 사용한다.

전원 공급 기구(2160)는 전원 전압들을 펄스 발생기(2155)에 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 펄스 발생기(2155)가 도 20에 예시된 펄스 발생기 회로(2000)와 유사한 실시예들에서, 전원 공급 기구(2160)는 펄스 발생기 회로(700)의 전원 전압들(V1 및 V2)과 상응하는 전원 전압들을 제공하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전원 공급 기구(2160)는 제어기(2175)로부터의 제어 신호와 상응하는 전압 레벨을 갖는 전원 전압들을 발생시키고 제공한다.

인터페이스(2170)는 환자에 인가될 nsPEF 펄스들의 다양한 파라미터 및 특성을 식별하는 사용자로부터의 입력을 수신하도록 구성된다. 예를 들어, 인터페이스(2170)는 환자에 인가될 하나 이상의 nsPEF 펄스의 하나 이상의 특성에 대한 값들을 식별 또는 지정하는 입력을 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 특성들은 환자에 인가될 하나 이상의 nsPEF 펄스의 진폭, 극성, 폭, 상승 시간, 및 하강 시간 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 특성들은 환자에 인가될 일련의 nsPEF 펄스의 주파수 및 펄스 량 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 특성들은 추가적으로 또는 대안적으로 환자에 인가될 nsPEF 펄스들의 결과, 이를테면 환자의 처치 조직에 대한 최대 온도를 포함할 수 있다. 수신된 입력에 의해 다른 특성들이 추가적으로 또는 대안적으로 식별 또는 지정될 수 있다.

추가적으로, 인터페이스(2170)는 수신된 입력에 의해 식별 또는 지정된 특성들을 제어기(2175)에 전달하도록 구성된다.

제어기(2175)는 인터페이스(2170)로부터 수신되는 전달된 특성들에 적어도 부분적으로 기초하여 하나 이상의 제어 신호를 발생시키고 그것들을 펄스 발생기(2155) 및 전원 공급 기구(2160)에 제공하도록 구성된다. 추가적으로, 펄스 발생기(2155), 전원 공급 기구(2160), 및 전극(2165)은 공동으로 제어기(2175)로부터의 제어 신호들에 응답하여, 제어 신호들과 상응하는 특성들을 갖는 nsPEF 펄스들을 발생시키도록 구성된다.

이러한 실시예에서, 펄스 발생기(2155) 및 전극(2165) 중 하나 또는 양자는 환자에 인가되는 nsPEF 펄스들의 측정된 파라미터 특성들과 상응하거나 그러한 특성들을 나타내는 피드백 신호들(FB1 및 FB2)을 발생시키도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 피드백 신호들(FB1 및 FB2)에 의해 나타내어지는 nsPEF 펄스들의 파라미터 특성들은 nsPEF 펄스들의 진폭, 극성, 폭, 상승 시간, 및 하강 시간 중 하나 이상을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 파라미터 특성들은 일련의 nsPEF 펄스의 주파수를 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 파라미터 특성들은 추가적으로 또는 대안적으로 환자의 처치 조직의 온도, 또는 부하의 임피던스를 포함할 수 있다. 피드백 신호들(FB1 및 FB2)은 환자에 인가되는 nsPEF 펄스들, 환자, 환경, 및 nsPEF 처치 시스템(2150) 중 하나 이상의 다른 측정된 파라미터 특성들에 상응하거나 그것들을 나타낼 수 있다. 대안적인 실시예들에서는, 피드백 신호들(FB1 및 FB2) 중 단지 하나만이 발생된다. 몇몇 실시예들에서는, 피드백 신호들(FB1 및 FB2) 중 어느 것도 발생되지 않는다.

몇몇 실시예에서, 제어기(2175), 전원 공급 기구(2160), 펄스 발생기(2155), 및 전극(2165)은 공동하여 환자에 인가되는 nsPEF 펄스들의 하나 이상의 파라미터 특성이 인터페이스(2170)에 의해 수신되는 입력에서 식별되는 상응하는 특성들의 값들과 실질적으로 동일한(예를 들어, 10%, 5%, 3%, 2% 또는 1% 내) 측정된 값들을 갖게 하는 피드백 루프를 형성한다.

예를 들어, 인터페이스(2170)는 환자에 인가되는 nsPEF 펄스들의 진폭에 대해 15kV의 값을 지정하는 입력을 수신할 수 있다. 또한, 제어기(2175)는 환자에 인가되는 nsPEF 펄스들의 측정된 진폭이 15kV 미만(또는 초과)임을 나타내는 전극(2165)으로부터의 피드백 신호(FB2) 또는 펄스 발생기(2155)로부터의 피드백 신호(FB1)에 응답하여, 전원 공급 기구(2160)에 제공되는 제어 신호를 변경하도록 구성될 수 있다. 변경된 제어 신호에 응답하여, 전원 공급 기구(2160)는 환자에 발생 및 인가되는 nsPEF 펄스들의 진폭이 15kV로 증가(또는 감소)되도록 펄스 발생기(2155)에 제공되는 전원 신호들의 전압을 증가(또는 감소)시키도록 구성될 수 있다.

유사하게, 인터페이스(2170)는 환자에 인가되는 nsPEF 펄스들의 펄스 폭에 대해 150ns의 값을 지정하는 입력을 수신할 수 있다. 제어기(2175)는 환자에 인가되는 nsPEF 펄스들의 측정된 펄스 진폭이 150ns 초과(또는 미만)임을 나타내는 전극(2165)으로부터의 피드백 신호(FB2) 또는 펄스 발생기(2155)로부터의 피드백 신호(FB1)에 응답하여, 펄스 발생기(2155)에 제공되는 제어 신호를 변경하도록 구성될 수 있다. 변경된 제어 신호에 응답하여, 펄스 발생기(2155)는 감소(또는 증가된) 펄스 폭을 갖는 nsPEF 펄스들을 발생시키고 그것들을 환자에 인가하도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 피드백 신호들(FB1 또는 FB2)은 150ns로 또는 150ns를 향해 감소(또는 증가)되는 펄스 폭들을 갖는 nsPEF 펄스들을 펄스 발생기(2155)가 발생시키고 인가하게 하는 제어 신호들을 제어기(2175)가 발생시키게 한다.

몇몇 실시예에서, 피드백 루프는 비례-적분-미분(PID) 방법을 사용하여 제어된다. 예를 들어, 제어기(2175)는 에러 값을 인터페이스(2170)에서 인지되는 목적하는 값과 상응하는 측정된 파라미터 간 차로서 연속적으로 또는 실질적으로 연속적으로 계산하도록 구성될 수 있다. 또한, 제어기(2175)는 제어 신호들을 에러 신호의 제1 상수배, 에러 신호의 적분의 제2 상수배, 및 에러 신호의 미분의 제3 상수배 중 하나 이상의 합으로서 연속적으로 또는 실질적으로 연속적으로 계산하도록 구성될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 피드백 루프는 측정된 값에 기초하여 다음 값을 결정하기 위해 룩업 테이블을 사용하여 제어된다. 몇몇 실시예에서, 피드백 루프는 측정된 값이 임계치를 초과하는지 또는 그 미만인지에 대한 결정에 기초하여 정량 또는 증분량만큼 값을 감소 또는 증가시킴으로써 제어된다.

다양한 펄스 발생기 회로가 본 출원에서 논의되었고 상이한 지속 기간들 및 상이한 전압 레벨들의 전압 펄스들을 전달할 수 있다. 예를 들어, 도 20의 펄스 발생기 회로(2000)는 두 개의 별도의 소스를 다중화함으로써 상이한 전압 레벨들의 펄스들을 전달하도록 구성된다. 추가적으로, 도 18의 펄스 발생기 회로(1800)는 저장 커패시터들을 상이한 전압 레벨들로 충전 및/또는 방전시킴으로써 상이한 전압 레벨들의 펄스들을 전달하도록 구성된다.

상이한 전압 레벨들의 전압들을 전달할 수 있는 능력을 갖는 펄스 발생기 회로는 특히 바람직하다. 예를 들어, 그러한 펄스 발생기 회로는 치료 또는 실험용 제1 전압 레벨의 펄스들을 전달하고 그 외 용도들의 제2 전압 레벨의 펄스들을 전달하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 그러한 펄스 발생기 회로는 5 kV의 전압 레벨을 갖는 치료 또는 실험용 펄스들을 전달하기 위해 사용될 수 있고, 또한 시스템 진단 또는 시스템 시험을 위해 상당히 더 낮은 전압 레벨의 펄스들을 전달하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 진단 또는 시험용 펄스들은 1 kV, 0.5 kV, 250 V, 100V, 50V, 25V, 10V, 5V, 3V, 1V의 전압 레벨, 또는 다른 전압 레벨로 전달될 수 있다.

진단 또는 시험용 펄스들은 펄스 발생기 시스템이 제대로 작동하고 있음을, 그리고/또는 전극들이 제대로 배치됨을 확인하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 전극들이 처치될 조직의 대향하는 측들 상에 배치된 후, 처치될 조직이 펄스 발생기에 전기 부하를 준다. 조직의 전기적 속성들이 알려져 있기 때문에, 부하의 예상되는 저항이 알려져 있다. 시스템 진단 또는 시험 루틴의 부분으로서, 예를 들어, 시스템 안전성을 증가시키기 위해, 하나 이상의 저전압 펄스들이 각 펄스 동안 부하에 전달되는 전류를 측정하는 동안 부하에 전달될 수 있다. 부하에 전달되는 펄스의 전압 레벨 및 측정된 전류에 기초하여, 부하의 전기 저항이 계산될 수 있다. 계산된 부하의 전기 저항은 부하를 이루는 조직의 유형에 기초하여 결정되는 예상되는 값 또는 값들의 범위와 비교될 수 있다. 펄스 발생기 시스템은 계산된 전기 저항이 예상되는 값들의 범위 내에 들어가는지 여부에 기초하여 펄스 발생기 시스템이 진단 또는 시험 루틴을 통과했는지 또는 통과하지 못했는지 여부를 결정하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 통과하기 위해서는, 펄스 발생기 시스템이 예상되는 값들의 범위 내에 들어가는 다수의 연속적인 임피던스 측정치를 발생시키는 것이 필요하다. 예를 들어, 통과를 위해, 펄스 발생기 시스템은 예상되는 값들의 범위 내에 들어가는 2, 3, 4, 또는 5개 이상의 연속적인 임피던스 측정치를 발생시키는 것이 필요하다.

몇몇 실시예에서, 시스템 진단 또는 실험의 결과는 전자 디스플레이 인터페이스 상에 나타내어진다. 예를 들어, 통과했다는 그리고 통과하지 못했다는 결과들이 별개의 표시자들로 나타내어질 수 있다. 몇몇 실시예에서는, 측정된 임피던스의 표시가 디스플레이된다. 몇몇 실시예에서는, 시스템이 측정된 임피던스가 예상되는 범위를 초과하는 것의 결과로서 통과하지 못했는지 또는 측정된 임피던스가 예상되는 범위 미만인 것의 결과로서 통과하지 못했는지를 나타내는 표시가 디스플레이된다.

몇몇 실시예에서, 시스템은 시스템 진단의 결과에 자동으로 응답한다. 예를 들어, 통과하지 못했다는 결과는 시스템이 처치 펄스들을 전달하는 것을 중단하고/거나 보고를 발생시키게 할 수 있다. 유사하게, 통과했다는 결과는 시스템이 처치 펄스들을 전달하는 것을 시작 또는 계속하게 할 수 있다.

저전압 펄스의 지속 기간은 제한되지 않고 예를 들어, 20 ns, 50 ns, 100 ns, 200 ns, 500 ns, 1000 ns, 2000 ns, 5000 ns, 또는 다른 지속 기간일 수 있다. 다수의 펄스는 예를 들어, 실질적으로 일정한 주파수로 전달될 수 있다. 주파수는 제한되지 않고, 예를 들어, 0.1 Hz, 0.2 Hz, 0.5 Hz, 1 Hz, 2 Hz, 5 Hz, 10 Hz, 20 Hz, 50 Hz, 또는 다른 주파수일 수 있다.

몇몇 실시예에서, 저전압 펄스의 지속 기간은 일련의 처치 펄스에서의 인접한 처치 펄스들의 쌍 사이 시간에 의존적이다. 예를 들어, 인접한 처치 펄스들 사이 저전압 펄스의 지속 기간은 인접한 처치 펄스들 사이 시간의 미리 결정된 백분율일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 인접한 처치 펄스들 사이 저전압 펄스의 지속 기간은 인접한 처치 펄스들 사이 시간 마이너스 고정된 시간 차와 동일할 수 있다.

시스템 진단 또는 시험 루틴은 예를 들어, 펄스 발생기의 작동자로부터의 표시에 응답하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 의사가 버튼을 누를 수 있고, 버튼이 눌린 것에 응답하여, 펄스 발생기가 진단 또는 시험 루틴을 자동으로 수행할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 예를 들어, 시스템 진단 또는 시험 루틴은 처치를 시작하기 위한 사용자로부터의 표시에 응답하여 수행될 수 있다. 표시에 응답하여, 처치 펄스들을 전달하기 전에, 그리고 몇몇 실시예에서는, 펄스 발생기를 충전시키기 전에, 펄스 발생기 시스템이 진단 또는 시험 루틴을 수행할 수 있다. 시스템이 진단 또는 시험 루틴을 통과한 것에 응답하여, 펄스 발생기는 필요할 경우, 펄스 발생기를 충전하고, 처치를 시작할 수 있다. 그에 반해, 시스템이 진단 또는 시험 루틴을 통과하지 못한 것에 응답하여, 펄스 발생기는 사용자로부터의 표시에 불구하고, 처치를 시작하지 못할 수 있거나 펄스 발생기를 충전하지 못할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 표시들은 사용자가 디스플레이 상의 그래픽 사용자 인터페이스와 상호 작용하는 것에 응답하여 발생될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 시스템 진단 시험 또는 루틴은 펄스 발생기 시스템에 의해 수행되는 초기화 루틴의 부분으로서 수행될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 시스템 진단 시험 또는 루틴은 사용자로부터의 표시에 응답하여 인터럽트될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 다수의 임피던스 측정치(예를 들어, 두 개 이상)가 취해지고, 임피던스 값들의 차이가 계산될 수 있다. 계산된 임피던스 차이는 임계치와 비교될 수 있고, 시스템 진단 시험 또는 루틴은 그 차이가 임계치를 초과할 경우 통과하지 못하는 것으로 결정될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 처치 세션 동안 다수의 임피던스 측정치가 취해지고, 임피던스 값들의 차이가 계산되며 임계치와 비교될 수 있다. 세션은 차이가 임계치를 초과하거나 임계치 미만인 것의 결과로서 인터럽트될 수 있다. 대안적으로, 처치 세션의 인가된 펄스들의 전기적 파라미터가 변경될 수 있다. 예를 들어, 임피던스 값들 간 차이가 임계치를 초과하는 것 또는 임계치 미만인 것에 응답하여, 처치 펄스들의 전압, 주파수, 지속 기간, 및 다른 파라미터 중 임의의 것이 증가 또는 감소될 수 있다. 물론, 임피던스 차이(복수의 임피던스 측정치가 취해지는 실시예들의 경우)가 임계 또는 허용된 범위 내일 경우라면, 처치 세션은 계속해서 파라미터들을 변경할 필요가 없을 수 있다. 하나의 임피던스 측정치가 취해지는 실시예들의 경우도 동일하게 적용된다.

도 22는 특정 처치 부하들에 대해 예상되는 임피던스 범위들의 표이다. 펄스 발생기 시스템이 진단 또는 시험 루틴을 통과하는지 또는 통과하지 못하는지를 결정하기 위해, 하나 이상의 계산된 임피던스 값이 부하 조직 유형과 연관되어 예상되는 값들 또는 범위들과 비교될 수 있다. 도 22의 정보는 시스템이 계산된 임피던스 값들을 도 22의 예상되는 값들 또는 범위들과 비교하기 위해 정보에 액세스할 수 있도록 펄스 발생기 시스템에 업로드, 입력 또는 프로그래밍될 수 있다. 도 22에 제시된 처치 부하들 및 임피던스 범위들은 단지 대표적인 것이고, 그 외 처치 부하들 및 임피던스 범위들도 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 예상되는 임피던스 범위들은 사용되는 전극의 유형에 의존적이다. 예를 들어, 상기 시스템은 전극의 표시 또는 사용되는 전극의 유형에 기초하여 예상되는 임피던스 범위를 결정할 수 있다.

도 23은 펄스 발생기 시스템 셋업 상황을 시험하는 방법(2300)의 일례를 예시하는 흐름도이다. 방법(2300)은 예를 들어, 도 21의 시스템(2150)과 같은 처치 시스템에 의해 수행될 수 있다.

2310에서, 시스템의 제어기는 시스템의 펄스 발생기를 저전압 펄스들을 전달하도록 구성하며, 여기서 저전압 펄스들의 전압 레벨은 처치용 펄스들의 전압 레벨 미만이다. 예를 들어, 제어기는 저장 커패시터들을 저전압 펄스들의 전압 레벨과 상응하는 충전 전압으로 충전 또는 방전시킬 수 있다. 대안적으로, 제어기는 펄스 발생기의 출력을 스위치로 저전압원에 선택적으로 연결할 수 있다.

2320에서, 제어기는 펄스 발생기가 부하에 연결되는 전극에 전압 펄스를 인가하게 한다. 제어기는 또한 전압 펄스가 부하에 인가되는 동안 부하에 인가되는 전류량을 나타내는 신호를 수신한다.

2330에서, 제어기는 예를 들어 전압 펄스의 전압 레벨을 측정된 전류로 수학적으로 나눔으로써, 부하 임피던스를 계산한다. 제어기는 또한 계산된 부하 임피던스를 예를 들어, 이전에 제어기로 프로그래밍된 처치 부하 유형에 기초하여 결정되는 예상되는 임피던스 또는 예상되는 임피던스 범위와 비교한다. 비교의 결과에 기초하여, 제어기는 계산된 부하 임피던스가 예상되는 임피던스 범위 내에 들어가는지 여부를 결정한다.

계산된 부하 임피던스가 예상되는 임피던스 범위 내에 속하지 않거나 예상되는 임피던스의 임계치 내일 경우, 2340에서, 제어기는 예를 들어, 제한 시간 조건 또는 임피던스 측정치들의 양이 취해졌는지 여부에 기초하여 시험을 계속할지 여부를 결정한다. 몇몇 실시예에서, 2330에서 결정되는 바에 따라, 하나의 계산된 부하 임피던스가 예상되는 임피던스 범위 밖이거나 예상되는 임피던스의 임계치 내가 아닐 경우 상기 방법은 2350으로 진행된다.

제어기가 시험이 완료되었다고 결정할 경우, 2350에서, 시스템의 통과하지 못했다는 결과의 표시가 인터페이스 상에 디스플레이된다. 2340에서, 제어기가 계속해서 시험하기로 결정할 경우, 2320에서, 상술한 바와 같이, 다른 펄스가 전달된다.

2330에서, 계산된 부하 임피던스가 예상되는 임피던스 범위 내에 속하거나 예상되는 임피던스의 임계치 내인 것으로 결정될 경우, 2360에서, 제어기는 예를 들어, 제한 시간 조건 또는 임피던스 측정치들의 양이 취해졌는지 여부에 기초하여 시험을 계속할지 여부를 결정한다. 몇몇 실시예에서, 2330에서 결정되는 바에 따라, 하나의 계산된 부하 임피던스가 예상되는 임피던스 범위에 속하거나 예상되는 임피던스의 임계치 내일 경우 상기 방법은 2370으로 진행된다.

2370에서, 제어기는 시스템의 펄스 발생기를 처치 또는 치료 펄스들을 전달하도록 구성할 수 있으며, 여기서 처치(또는 치료) 펄스들의 전압 레벨은 2320에서 부하 임피던스를 결정하기 위해 사용된 진단 또는 시험 펄스들의 전압 레벨을 초과한다. 예를 들어, 2370에서, 제어기는 저장 커패시터들을 처치 펄스들의 전압 레벨과 상응하는 치료 충전 전압으로 충전 또는 방전시킬 수 있다.

2380에서, 제어기는 펄스 발생기가 전극들을 통해 부하에 처치 펄스들을 전달하게 한다.

도 24는 펄스 발생기 시스템 셋업 상황을 시험하는 다른 방법(2400)의 일례를 예시하는 흐름도이다. 방법(2400)은 예를 들어, 도 21의 시스템(2150)과 같은 처치 시스템에 의해 수행될 수 있다.

2410에서, 시스템의 제어기는 시스템의 펄스 발생기를 처치(또는 치료) 펄스들을 전달하도록 구성하며, 여기서 처치 펄스들의 전압 레벨은 후술될 2430에서 부하 임피던스를 결정하기 위해 사용되는 펄스들의 전압 레벨을 초과한다. 예를 들어, 제어기는 저장 커패시터들을 처치 펄스들의 전압 레벨과 상응하는 전압으로 충전 또는 방전시킬 수 있다.

2420에서, 제어기는 펄스 발생기가 시스템의 전극들을 통해 부하에 처치 펄스들을 전달하게 한다.

2430에서, 시스템의 제어기는 시스템의 펄스 발생기를 저전압 펄스들을 전달하도록 구성하며, 여기서 저전압 펄스들의 전압 레벨은 처치용 펄스들의 전압 레벨 미만이다. 예를 들어, 제어기는 저장 커패시터들을 저전압 펄스들의 전압 레벨과 상응하는 전압으로 충전 또는 방전시킬 수 있다. 대안적으로, 제어기는 펄스 발생기의 출력을 스위치로 저전압원에 선택적으로 연결할 수 있다.

2440에서, 제어기는 펄스 발생기가 부하에 연결되는 전극에 전압 펄스, 예를 들어, 진단 또는 시험 펄스를 인가하게 한다. 제어기는 또한 전압 펄스가 부하에 인가되는 동안 부하에 인가되는 전류량을 나타내는 신호를 수신한다.

2450에서, 제어기는 예를 들어 전압 펄스의 전압 레벨을 측정된 전류로 수학적으로 나눔으로써, 부하 임피던스를 계산한다. 제어기는 또한 계산된 부하 임피던스를 예를 들어, 이전에 제어기로 프로그래밍된 처치 부하 유형에 기초하여 결정되는 예상되는 임피던스 또는 임피던스 범위와 비교한다. 비교의 결과에 기초하여, 제어기는 계산된 부하 임피던스가 예상되는 임피던스 범위 내에 들어가는지 또는 예상되는 임피던스의 임계치 내인지를 결정한다.

계산된 부하 임피던스가 예상되는 임피던스 범위 내에 속하지 않거나 예상되는 임피던스의 임계치 내가 아닐 경우, 2480에서, 제어기는 예를 들어, 제한 시간 조건 또는 임피던스 측정치들의 양이 취해졌는지 여부에 기초하여 시험을 계속할지 여부를 결정한다. 몇몇 실시예에서, 2450에서 결정되는 바에 따라, 하나의 계산된 부하 임피던스가 예상되는 임피던스 범위 밖이거나 예상되는 임피던스의 임계치 내가 아닐 경우 상기 방법은 2490으로 진행된다.

2480에서, 제어기가 시험이 완료되었다고 결정할 경우, 2490에서, 시스템 검사의 통과하지 못했다는 결과의 표시가 인터페이스 상에 디스플레이될 수 있고 임의의 이슈들을 처리하기 위해 처치가 중단, 또는 적어도 인터럽트된다. 제어기가 계속해서 시험하기로 결정할 경우, 2440에서, 상술한 바와 같이, 다른 펄스가 전달된다.

2450에서, 계산된 부하 임피던스가 예상되는 임피던스 범위 내에 속하거나 예상되는 임피던스의 임계치 내일 것으로 결정될 경우, 2460에서, 제어기는 예를 들어, 제한 시간 조건 또는 임피던스 측정치들의 양이 취해졌는지 여부에 기초하여 시험을 계속할지 여부를 결정한다. 몇몇 실시예에서, 2450에서 결정되는 바에 따라, 하나의 계산된 부하 임피던스가 예상되는 임피던스 범위 내에 속하거나 예상되는 임피던스의 임계치 내일 경우 상기 방법은 선택적인 2470으로 진행되며, 여기서 시스템 검사의 통과했다는 결과의 표시가 인터페이스 상에 디스플레이될 수 있다. 선택적인 2470이 사용되지 않을 경우, 2410에서, 상술한 바와 같이, 시스템의 제어기는 시스템의 펄스 발생기를 처치 펄스들을 전달하도록 구성한다.

도 25는 펄스 발생기 시스템 셋업 상황을 시험하는 방법(2500)의 일례를 예시하는 흐름도이다. 방법(2500)은 예를 들어, 도 21의 시스템(2150)과 같은 처치 시스템에 의해 수행될 수 있다.

2510에서, 제어기는 펄스 발생기가 부하에 연결되는 전극에 처치 전압 펄스를 인가하게 한다. 제어기는 또한 처치 전압 펄스가 부하에 인가되는 동안 부하에 인가되는 전류량을 나타내는 신호를 수신한다. 또한, 제어기는 예를 들어 처치 전압 펄스의 전압 레벨을 측정된 전류로 수학적으로 나눔으로써, 부하 임피던스를 계산한다.

2520에서, 제어기는 또한 계산된 부하 임피던스를 이전에 제어기로 프로그래밍된 처치 부하 유형에 기초하여 결정되는 예상되는 임피던스 또는 임피던스 범위와 비교한다. 비교의 결과에 기초하여, 제어기는 계산된 부하 임피던스가 예상되는 임피던스 범위 내에 들어가는지 또는 예상되는 임피던스의 임계치 내인지를 결정한다.

계산된 부하 임피던스가 예상되는 임피던스 범위 내이거나 예상되는 임피던스의 임계치 내일 경우, 2510에서, 제어기는 펄스 발생기가 전극에 처치 전압 펄스를 인가하게 한다. 계산된 부하 임피던스가 예상되는 임피던스 범위 내에 속하지 않거나 예상되는 임피던스의 임계치 내가 아닐 경우, 2530에서, 몇몇 실시예에서 제어기는 시스템의 펄스 발생기를 저전압 펄스들(예를 들어, 테스트 펄스들)을 전달하도록 구성하며, 여기서 저전압 펄스들의 전압 레벨은 처치용 펄스들의 전압 레벨 미만이다. 예를 들어, 제어기는 저장 커패시터들을 저전압 펄스들의 전압 레벨과 상응하는 전압으로 충전 또는 방전시킬 수 있다. 대안적으로, 제어기는 펄스 발생기의 출력을 스위치로 저전압원에 선택적으로 연결할 수 있다.

2540에서, 제어기는 펄스 발생기가 전극에 전압 펄스를 인가하게 하며, 여기서 인가된 전압 펄스의 전압 레벨은 처치 펄스의 전압 레벨 미만이다. 제어기는 또한 저전압 펄스가 부하에 인가되는 동안 부하에 인가되는 전류량을 나타내는 신호를 수신한다.

2550에서, 제어기는 예를 들어 저전압 펄스의 전압 레벨을 측정된 전류로 수학적으로 나눔으로써, 부하 임피던스를 계산한다. 제어기는 또한 계산된 부하 임피던스를 이전에 제어기로 프로그래밍된 처치 부하 유형에 기초하여 결정되는 예상되는 임피던스 또는 임피던스 범위와 비교한다. 비교의 결과에 기초하여, 제어기는 계산된 부하 임피던스가 예상되는 임피던스 범위 내에 들어가는지 또는 예상되는 임피던스의 임계치 내인지를 결정한다.

계산된 부하 임피던스가 예상되는 임피던스 범위 내에 속하지 않거나 예상되는 임피던스의 임계치 내가 아닐 경우, 2560에서, 제어기는 예를 들어, 제한 시간 조건 또는 임피던스 측정치들의 양이 취해졌는지 여부에 기초하여 시험을 계속할지 여부를 결정한다. 몇몇 실시예에서, 2550에서 결정되는 바에 따라, 하나의 계산된 부하 임피던스가 예상되는 임피던스 범위 밖이거나 예상되는 임피던스의 임계치 내가 아닐 경우 상기 방법은 2570으로 진행된다.

제어기가 시험이 완료되었다고 결정할 경우, 2570에서, 시스템의 통과하지 못했다는 결과의 표시가 인터페이스 상에 디스플레이될 수 있다. 제어기가 계속해서 시험하기로 결정할 경우, 2540에서, 상술한 바와 같이, 다른 펄스가 전달된다.

2550에서, 계산된 부하 임피던스가 예상되는 임피던스 범위 내이거나 예상되는 임피던스의 임계치 내일 것으로 결정될 경우, 2580에서, 제어기는 예를 들어, 시간 또는 임피던스 측정치들의 양이 취해졌는지 여부에 기초하여 시험을 계속할지 여부를 결정한다. 몇몇 실시예에서, 2550에서 결정되는 바에 따라, 하나의 계산된 부하 임피던스가 예상되는 임피던스 범위 내에 속하거나 예상되는 임피던스의 임계치 내일 경우 상기 방법은 2590으로 진행된다.

제어기가 시험이 완료되었다고 결정할 경우, 2590에서, 시스템의 통과했다는 결과의 표시가 인터페이스 상에 선택적으로 디스플레이될 수 있다. 제어기가 계속해서 처치하기로 결정할 경우, 펄스 발생기는 처치 전압으로 충전되고 상기 프로세스가 다시 2510에서 처치 펄스를 인가함으로써 시작된다.

도 26은 방법(2600)의 일례를 예시하는 흐름도이다. 방법(2600)은 예를 들어, 도 21의 시스템(2150)과 같은 처치 시스템에 의해 수행될 수 있다.

2610에서, 제1 펄스가 환자에 인가된다. 제1 펄스는 임의의 유형의 펄스일 수 있다. 예를 들어, 제1 펄스는 고전압 또는 저전압일 수 있다. 그것은 치료 펄스일 수도 있고 시험 펄스일 수도 있다. 펄스의 전압, 지속 기간, 주파수, 전압 형상 및 그 외 임의의 전기적 파라미터는 제한되지 않는다. 제1 펄스는 본 출원에서 설명된 그 외 임의의 펄스와 유사하거나 동일할 수 있다.

2620에서, 환자에 전달되는 전압 및 전류에 기초하여 제1 임피던스가 측정된다. 측정 방법은 제한되지 않고, 예를 들어, 본 출원에서 논의된 임의의 임피던스 측정 방법들과 유사하거나 동일할 수 있다. 제1 임피던스는 메모리에 저장될 수 있다.

2630에서, 제2 펄스가 환자에 인가된다. 제2 펄스는 임의의 유형의 펄스일 수 있다. 예를 들어, 제2 펄스는 고전압 또는 저전압일 수 있다. 그것은 치료 펄스일 수도 있고 시험 펄스일 수도 있다. 제2 펄스의 전압, 지속 기간, 주파수, 전압 형상 및 그 외 임의의 파라미터는 제한되지 않는다. 제2 펄스는 본 출원에서 설명된 그 외 임의의 펄스와 유사하거나 동일할 수 있다.

2640에서, 환자에 전달되는 전압 및 전류에 기초하여 제2 임피던스가 측정된다. 측정 방법은 제한되지 않고, 예를 들어, 본 출원에서 논의된 임의의 임피던스 측정 방법들과 유사하거나 동일할 수 있다. 제2 임피던스는 메모리에 저장될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 제1 및 제2 펄스들 중 하나는 예를 들어, 시험 펄스인 제1 및 제2 펄스들 중 다른 하나에 비해 비교적 고전압을 갖는 치료 펄스이다.

제1 및 제2 펄스들 간 시간적인 그리고 순차적인 관계는 제한되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 제1 및 제2 펄스들은 인가되는 일련의 펄스에서 서로 인접한다. 몇몇 실시예에서, 제1 펄스는 인가되는 일련의 펄스에서 처음 펄스이고, 제2 펄스는 인가되는 일련의 펄스에서 후속하는 인접하거나 인접하지 않는 인가되는 펄스이다.

몇몇 실시예에서, 제1 임피던스는 부하의 처음 또는 기준 임피던스를 나타내고, 제2 임피던스는 하나 이상의 처치 펄스 이후 부하의 임피던스를 나타낸다.

2650에서, 제1과 제2 임피던스들 간 차이가 결정된다.

2660에서, 제1과 제2 임피던스들 간 차이에 기초하여 추가 처치에 관한 결정이 이루어진다. 예를 들어, 제1과 제2 임피던스들 간 차이가 임계치를 초과하거나 임계 범위 밖인 것에 응답하여, 처치가 중단될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1과 제2 임피던스들 간 차이가 임계치 미만이거나 임계 범위 내인 것에 응답하여, 처치가 중단될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 그 차이가 임계치를 초과하거나, 또는 임계 범위 밖이거나, 또는 임계치 미만이거나, 또는 임계 범위 내인 것은 처치가 갖는 문제를 나타낼 수 있다. 몇몇 실시예에서, 그 차이가 임계치를 초과하거나, 또는 임계 범위 밖인 것은 처치가 완료됨, 그리고 중단될 수 있거나 중단되어야 함을 나타낼 수 있다.

몇몇 실시예에서, 부하의 임피던스는 처치 세션 동안 변경될 것으로 예상된다. 예를 들어, 부하의 임피던스는 알려져 있는 임피던스 프로파일을 추적할 것으로 예상될 수 있다. 프로파일로부터의 편차가 임계치를 초과하는 것에 응답하여, 처치는 중단될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 프로파일로부터의 편차가 임계치를 초과하는 것에 응답하여, 처치 펄스들의 전기적 파라미터가 수정될 수 있다. 예를 들어, 프로파일로부터의 편차가 임계치를 초과하는 것 또는 임계치 미만인 것에 응답하여, 처치 펄스들의 전압, 주파수, 지속 기간, 전압 형상, 및 다른 파라미터 중 임의의 것이 증가, 감소, 또는 그 외 변경될 수 있다. 유사하게, 임피던스 프로파일이 임계 또는 허용 범위 내인 것 또는 프로파일로부터의 편차가 임계 또는 허용 범위 내인 것에 응답하여, 처치 펄스들의 하나 이상의 파라미터가 수정 없이 확정될 수 있다.

세포 자멸을 활성화시키기에 충분한 nsPEF를 종양에 인가하는 것은 적어도 경험적으로 찾아진 전기적 특성들을 포함한다. 예를 들어, 500개 내지 2000개의 펄스에 대해 초당 1개 내지 7개의 펄스(pps)에서 20 ns 상승 시간 내지 30 kV/cm(센티미터당 킬로볼트)를 갖는 100 ns 장 펄스가 종양 유형에 따라, 세포 자멸을 활성화시키기에 충분한 것으로 밝혀졌다. 적어도 20 kV/cm의 펄스 전기장들이 효율적인 것으로 밝혀졌다. 50개의 펄스보다 더 많은 수의 펄스가 또한 효율적인인 것으로 밝혀졌다. 결과로서 전극 유형 및 피부 저항에 따라 12 A와 60 A 사이 전류 값들이 생겼다.

본 출원에 설명된 펄스 발생기들의 실시예들은 용도가 다양하다. 하나의 비제한적인 예로서, 대상체의 혈류를 통해 전이한 암은 nsPEF의 면역 자극 속성들을 사용하여 처치될 수 있다. 처리를 위해, 순환 종양 세포들(CTC들)이 혈류와 분리되고 유리병, 시험관, 또는 체외 환경에 적합한 다른 것에 모아진다. 몇몇 경우, 단지 몇 안 되는(예를 들어, 5, 10) 종양 세포만 수집되고 모아질 수 있다. 이러한 덩어리를 통해, 세포들을 처치하기 위해 nsPEF 전기장이 인가된다. 이는 칼레티큘린 또는 하나 이상의 다른 손상 관련 분자 패턴들(DAMP들)이 종양 세포들의 표면 막들 상에 표현되게 할 수 있다. 그 다음 종양 세포들은 주입, 투입, 또는 그 외 방법에 의해 다시 대상체의 혈류로 도입될 수 있다.

대안적인 실시예에서, 단일 CTC들이 또한 혈류와 구분되고, 각 종양 세포가 개별적으로 처치될 수 있다. 비오틴 유사체들을 운반하고 중합체 층으로 코팅퇴고 CTC들을 포획하기 위한 항체들과 결합으로 된 철 나노입자들을 사용하여 전혈에서 CTC들을 포획하는 자동 시스템이 자동으로 종양 세포들을 포획할 수 있고, 자석 및 또는 원심분리기가 그것들을 분리할 수 있다. 항체들과 분리 후, CTC들은 작은 모세 혈관을 통해 nsPEF로 처리된 다음 환자의 혈류에 재도입될 수 있다.

본 출원에서의 예들은 인체 및 쥣과의 대상체들을 논의하지만, 다른 동물들의 처치가 고려된다. 농업 동물들, 이를테면 말들 및 소들, 또는 경주 동물들, 이를테면 말들이 처치될 수 있다. 애완 동물들, 이를테면 고양이들 및 개들은 본 출원에서 설명된 처치들을 이용하여 특별 용도를 찾을 수 있다. 수의사가 작은 동물에게서 많은 종양을 제거하는 것이 어려울 수 있고, 동물들은 그들의 밀려오는 통증을 의사소통할 수 없기 때문에 암들이 상대적으로 늦게 발견될 수 있다. 나아가, 종양 세포들 다시 주사하는 것에 내재하는 위험―처치된 종양세포들이더라도―이 애완 동물에서 전이된 암을 잠재적으로 막는 잠재적 이점들의 가치가 있을 수 있다.

본 발명의 임피던스 체크의 방법들은 펄스 발생기들, 예를 들어, 악성으로 특징지어지든, 양성으로 특징지어지든, 연 조직으로 특징지어지든, 또는 고형으로 특징지어지든, 모든 유형의 암, 그리고 전이-전 및 -후 암들을 포함하여 모든 단계 및 분류의 암들의 처치를 위한 펄스 발생기들을 이용하여 사용될 수 있다. 상이한 유형들의 암의 예들은 이에 제한되지는 않지만, 소화 및 위장 암들 이를테면 위암(예를 들어, 복부암), 결장암, 위장관 간질성 종양들, 위장 유암 종양들, 대장암, 직장암, 항문암, 담도암, 소장암, 및 식도암; 유방암; 폐암; 담낭암; 간암; 췌장암 ; 충수암 ; 전립선암, 난소암 ; 신장암(예를 들어, 신세포암); 중추 신경계의 암; 피부암(예를 들어, 흑색종); 림프종; 교종; 융무암종; 두부암 및 경부암; 골육종; 및 혈액암들을 포함한다.

nsPEF 처치들의 전기적 특성들은 종양의 크기 및/또는 유형에 기초하여 조절될 수 있다. 종양들의 유형들은 신체의 상이한 영역들의 종양들, 이를테면 위에서 설명된 암성 종양들을 포함할 수 있다.

본 출원에 설명된 다양한 실시예는 단지 예로서 제공되고, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다는 것이 이해된다. 예를 들어, 본 출원에 설명된 많은 물질 및 구조는 본 발명의 사상에서 벗어나지 않고 다른 물질들 및 구조들로 치환될 수 있다. 따라서 청구된 본 발명은 해당 기술분야에서의 통상의 기술자에게 명백할 바와 같이, 본 출원에 설명된 특정 실시예들 및 바람직한 실시예들로부터의 변경들을 포함할 수 있다. 본 발명이 작용하는 이유에 관한 다양한 이론은 제한적인 것으로 의도되지 않는다는 것이 이해된다.

상기한 설명은 예시적인 것이고 제한적인 것이 아니다. 본 발명의 많은 변형이 본 개시 내용의 검토시 해당 기술분야에서의 통상의 기술자들에게 명백해질 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기한 설명을 기준으로 하여 결정되는 것이 아니라, 그것들의 전체 범위 또는 등가물들과 함께 계류 중인 청구범위를 기준으로 하여 결정되어야 한다.

이전에 언급한 바와 같이, 본 명세서 또는 도면들 내 본 출원에 제공되는 모든 측정, 치수, 및 물질은 단지 예이다.

"한", "하나의", 또는 "그"의 열거는 명시적으로 그 반대로 표시되지 않는 한 "하나 이상"을 의미하도록 의도된다. "제1" 구성요소의 언급은 반드시 제2 구성요소가 제공될 것을 필요로 하지는 않는다. 또한 "제1" 또는 "제2" 구성요소의 언급은 명시적으로 언급되지 않는 한 언급된 구성요소를 특정 위치에 제한하지 않는다.

본 출원에 언급된 모든 공보는 인용된 공보들과 관련하여 방법들 및/또는 물질들을 개시 및 설명하기 위해 참조로 본 출원에 원용된다. 본 출원에서 논의된 공보들은 단지 본 출원의 출원일 이전 그것들의 개시 내용에 대해 제공된다. 여기서 본 발명이 이전 발명의 이유로 그러한 공보보다 선행하는 권리가 없다는 자백으로 간주될 것이 아니다. 나아가, 제공되는 공개일들은 실제 공개일들과 상이할 수 있으며, 이는 따로 확인될 필요가 있을 수 있다.

Claims

치료 nsPEF(nanosecond pulsed electric fields, 나노초 펄스 전기장) 펄스 발생기 시스템으로서,
전극;
상기 전극에 전기적으로 연결되고 상기 전극에 펄스들을 전달하도록 구성되는 펄스 발생기 회로; 및
상기 펄스 발생기 회로에 연결되고 상기 전극에 전달되는 상기 펄스들의 전압 레벨을 결정하도록 구성되는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는 또한:
상기 펄스 발생기 회로가 제1 충전 전압으로 충전되게 하도록,
상기 펄스 발생기 회로가 부하에 제1 전압 펄스를 전달하게 하도록,
상기 부하의 임피던스를 나타내는 신호를 수신하도록,
상기 부하를 이루는 조직의 유형에 기초하여 예상되는 임피던스를 결정하도록,
상기 임피던스를 상기 예상되는 임피던스와 비교하도록, 그리고
상기 비교에 적어도 부분적으로 응답하여, 제2 충전 전압에서 펄스 발생기 회로를 사용하여 부하에 제2 전압 펄스를 전달하기 위해, 방전 회로를 사용하여 상기 제1 충전 전압보다 낮은 제2 충전 전압으로 상기 펄스 발생기 회로를 방전하도록 구성되는, 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 전압 펄스 및 제2 전압 펄스는 테스트 펄스인, 시스템.
청구항 1에 있어서,
부하에 제1 전압 펄스 전달하는 것, 부하의 임피던스를 나타내는 신호를 수신하는 것, 상기 임피던스를 상기 예상되는 임피던스와 비교하는 것 중 적어도 하나는 진단 또는 시스템 테스트를 위해 수행되고,
진단 또는 시스템 테스트를 통과하는 것은 상기 예상되는 임피던스의 임계치 범위내에 상기 임피던스가 있다는 것을 결정하는 것을 포함하고,
상기 제어기는 진단 또는 시스템 테스트를 복수 회 수행하도록 추가로 구성되고,
제2 전압 펄스 전달 여부를 결정하는 것은 적어도 부분적으로 상기 복수 회 중 적어도 한 서브셋으로 진단 또는 시스템 테스트를 통과하는 것에 기초하는, 시스템.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예상되는 임피던스는 임피던스 범위를 포함하는, 시스템.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 임피던스가 다음:
A) 상기 예상되는 임피던스와의 임계 차이 미만,
B) 상기 예상되는 임피던스가 포함하는 예상되는 임피던스 범위 이내,
C) 최대 임계치 미만, 그리고
D) 최소 임계치 초과 중 하나인 것의 결과로서 상기 제2 전압 펄스가 상기 부하에 전달되게 하도록 구성되는, 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 제어기는 제3 전압 펄스를 전달하도록 추가로 구성되고, 제1 전압 펄스 및 제3 전압 펄스는 치료 펄스이고, 제2 전압 펄스는 테스트 펄스인, 시스템.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 임피던스가 다음:
A) 상기 예상되는 임피던스와의 임계 차이 초과,
B) 상기 예상되는 임피던스가 포함하는 예상되는 임피던스 범위 밖,
C) 최대 임계치 초과, 그리고
D) 최소 임계치 미만 중 하나인 것의 결과로서 상기 부하에 상기 제2 전압 펄스를 전달하도록 구성되는, 시스템.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 또한 제3 전압 펄스를 전달하고, 펄스 발생기 회로를 제3 충전 전압으로 충전 또는 방전하기 위해 신호를 전송하도록 구성되는, 시스템.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비교에 기초하여 그래픽 표시를 디스플레이하도록 구성되는, 시스템.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 또한:
상기 제2 전압 펄스의 전달을 야기하도록;
상기 부하의 제2 임피던스를 결정하도록;
상기 제2 임피던스를 상기 예상되는 임피던스와 비교하도록; 그리고
상기 제2 임피던스의 상기 예상되는 임피던스와의 상기 비교에 응답하여 치료 전압 펄스들의 전달을 중단하기로 결정하도록 구성되는, 시스템.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 저전압원을 더 포함하는, 시스템.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부하의 상기 임피던스는:
상기 제1 전압 펄스의 상기 전달 동안 상기 부하에 전달되는 전류를 측정함으로써;
전달되는 상기 제1 전압 펄스의 전압을 결정함으로써; 그리고
상기 제1 전압 펄스의 전압 레벨 및 측정된 상기 전류에 기초하여 상기 임피던스를 계산함으로써 결정되는, 시스템.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 전압 펄스를 전달하는 것은 전기적으로 상기 부하를 제1 전압 펄스원에서 분리하고 상기 부하를 제2 전압 펄스원에 연결하기 위해 스위치의 상태를 변경하는 것을 포함하는, 시스템.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 또한 임피던스 테스트가 완료되었는지 여부를 결정하도록; 그리고
1) 상기 임피던스 테스트가 완료되었는지 여부에 대한 결정 그리고 2) 상기 임피던스의 상기 예상되는 임피던스와의 상기 비교에 기초하여, 시험 전압 레벨의 펄스를 인가할지, 또는 치료 전압 레벨의 펄스를 인가할지, 또는 인가하는 펄스들을 중단시킬지를 결정하도록 구성되는, 시스템.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 전압 펄스는 저전압 테스트 펄스이고 제1 전압 펄스는 치료 처치 펄스인, 시스템.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전압 펄스 및 상기 제2 전압 펄스는 상기 부하의 치료에 도움이 되는, 시스템.
치료 nsPEF 펄스 발생기 시스템으로서,
전극;
상기 전극에 전기적으로 연결되고 상기 전극에 전압 펄스들을 전달하도록 구성되는 펄스 발생기 회로; 및
상기 펄스 발생기 회로에 연결되고 상기 전극들에 전달되는 상기 전압 펄스들의 전압 레벨을 결정하도록 구성되는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는 또한:
상기 펄스 발생기 회로가 상기 전극을 통해 부하에 제1 충전 전압에서 제1 전압 펄스를 전달하게 하도록;
전달되는 상기 제1 전압 펄스에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 부하의 제1 임피던스를 결정하도록;
상기 펄스 발생기 회로가 상기 전극을 통해 부하에 제1 충전 전압에서 제2 전압 펄스를 전달하게 하도록;
전달되는 상기 제2 전압 펄스에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 부하의 제2 임피던스를 결정하도록;
상기 제1 임피던스를 상기 제2 임피던스와 비교하도록; 그리고
상기 비교에 응답하여, a) 부하로의 전압 펄스 전달을 중단하거나, b) 부하로의 전압 펄스 전달을 확인하거나, c) 다음 전압 펄스의 파라미터를 변경하도록 구성되는, 시스템.
청구항 17에 있어서, 상기 제어기는 상기 제1 임피던스와 상기 제2 임피던스 간 차이가 임계치를 초과 또는 임계치 미만이거나 임계 범위 밖인 것의 결과로서 전압 펄스들의 상기 부하로의 전달을 중단하도록 구성되는, 시스템.
청구항 17 또는 18에 있어서, 상기 제1 전압 펄스 및 상기 제2 전압 펄스는 치료 펄스들이고, 다음 전압 펄스는 테스트 펄스인, 시스템.
청구항 17 또는 18에 있어서, 상기 제1 전압 펄스 및 상기 제2 전압 펄스는 테스트 펄스들인, 시스템.
청구항 17 또는 18에 있어서, 상기 다음 전압 펄스는 제1 임피던스와 제2 임피던스 사이의 편차를 나타내는 상기 비교가 임계치를 초과하는 것의 결과로서 전달되는, 시스템.
청구항 17 또는 18에 있어서, 상기 다음 전압 펄스는 제1 전압 펄스 및 제2 전압 펄스의 지속시간과 상이한 지속시간을 갖는, 시스템.
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