KR20230042309A - 상처의 치유 및/또는 미생물의 불활성화를 위해 펄스식 전기장을 사용하여 처리를 지원하기 위한 장치, 및 미생물의 불활성화를 위한 방법 - Google Patents
상처의 치유 및/또는 미생물의 불활성화를 위해 펄스식 전기장을 사용하여 처리를 지원하기 위한 장치, 및 미생물의 불활성화를 위한 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 상처를 치유 및/또는 미생물의 불활성화를 위해 펄스식 전기장을 사용하여 처리를 지원하기 위한 장치(10)에 관한 것이다. 상기 장치는 전기 에너지 저장 장치(16), 전기적 여기 펄스를 제공하기 위한 펄스 발생기(17), 출력측(28)에 고주파 전기 펄스(200)를 제공하기 위한 변압기(26) - 상기 변압기(26)의 입력측(27)의 제1 연결부는 상기 펄스 발생기(17)에 연결됨 -, 및 전기 절연 물질로 제조되는 폐쇄된 바디(102) 및 상기 바디(102)의 내부에 배치되는 전극(110)을 포함하는 처리 기구(100)를 포함한다. 가스 또는 가스 혼합물은 상기 바디(102)의 내부에 수신되고, 상기 처리 기구(100)는 전기적 여기 시에 가스를 방전시키도록 설계된다. 상기 처리 기구(100)의 제1 단부(103)는 상기 변압기(26)의 출력측(28)의 제1 연결부에 결합되도록 설계된다. 또한, 상기 처리 기구(100)의 제2 단부(104)는 표면 및/또는 생물학적 조직을 접촉시키기 위해 설계되고, 상기 변압기(26)의 출력측(28)의 제2 연결부는 상기 변압기(26)의 입력측(27)의 제2 연결부 및 하우징 쉴드(13)에 연결된다. 상기 하우징 쉴드(13)는 상기 장치의 하우징에 의해 외부 환경으로부터 전기적으로 절연되고, 따라서 비접지된 매스(ungrounded mass)로서 설계되며, 상기 변압기(26) 및 상기 펄스 발생기(17)는 상기 고주파 전기 펄스(200)가 10 kHz 내지 100 kHz의 범위의 주파수 및 100 Hz 내지 400 Hz의 범위의 펄스 반복률을 갖도록 설계된다. 본 발명은 추가적으로 미생물의 불활성화를 위한 방법에 관한 것이고, 이러한 장치(10)가 제공되며, 상기 장치(10)의 처리 기구(100)는 고주파 전기 펄스로 여기된다(도 1a).
Description
본 발명은 전기 에너지 저장 유닛(electrical energy storage unit), 고주파 전기 펄스(radiofrequency electrical pulse)를 제공하기 위한 변압기(transformer), 및 전기 절연 물질로 제조된 바디(body)와 상기 바디의 내부에 배치되는 전극을 포함하는 처리 기구(treatment instrument)를 포함하는, 상처의 치유를 보조 및/또는 미생물의 불활성화를 위한 장치로서, 가스 또는 가스 혼합물이 상기 바디의 내부에 수신되고 상기 처리 기구가 전기적 여기(excitation)에 반응하여 가스 방전(gas discharge)을 위해 구성되는, 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 미생물의 불활성화를 위한 방법으로서, 상기 장치가 제공되고, 상기 장치의 처리 기구가 고주파 전기 펄스로 여기되는, 방법에 관한 것이다.
의료 및 다른 기술분야에서, 물건, 예컨대, 의료 장치, 또는 생물학적 재료, 예컨대, 식품 또는 조직 샘플을 소독하거나 살균하는 것이 필요하다. 살균의 경우에, 살아있는 미생물의 수가 6차수(orders of magnitude)까지 감소되는 것이 요구된다. 소독의 경우에, 5차수까지의 감소가 전형적으로 요구된다.
인간 또는 동물의 치료에서, 감염을 피하고 상처의 치유를 촉진하기 위해서, 피부 표면 또는 개방된 상처와 같은 조직을 처리, 특히 소독하는 것이 또한 필요할 수 있다. 소독 및 살균을 위한 다양한 방법이 있다. 살균되는 대상체가 상승된 온도 및 습도에 견딜 수 있다면, 살균은 오토글레이브(autoclave) 내에서 수행될 수 있다. 오토클레이브에서, 대상체는 예를 들어, 131 ℃의 온도의 고온 스팀에 노출된다.
그러나, 소독되는 대상체 또는 재료의 구성에 따라서, 그것들을 오토클레이브하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 생물학적 재료는 열의 작용에 의해서 파괴되고, 의료 장비에 사용되는 다양한 재료들은 또한 오토클레이브에서 우세한 조건과 관련하여 불충분하게 안정적이다.
약간의 가열이 소독 동안에 유발되는 추가의 소독 방법이 종래 기술에서 또한 공지되어 있다.
US 4,695,472호는 액체 식품을 보존하기 위한 보존 방법 및 상응하는 장치로서, 식품이 0.1 Hz 내지 100 Hz의 반복률로 5 kV/cm 내지 25 kV/cm의 전기장 세기 및 1 μs 내지 100 μs의 펄스 지속 시간을 갖는 강한 전기장의 펄스에 노출되는, 보존 방법 및 상응하는 장치를 기재하고 있다. 이러한 경우에, 전기장은 두 전극 사이에 설정되고, 식품은 두 전극 사이의 처리 영역 내로 공급된다.
WO 2014/094931 A1은 저압 플라즈마로 생물학적 조직을 처리하는 장치를 개시하고 있다. 장치는 전기 에너지 공급(electrical energy supply), 고주파 전기장을 생성시키기 위한 변압기, 및 변압기에 전기적으로 연결될 수 있는 프로브(probe) 및 변압기를 제어하기 위한 제어 장치를 포함한다. 변압기 하우징은 바람직하게는 핸들로서 형성되고, 이는 장치의 인체 공학적 취급을 가능하게 하고, 에너지 서플라이는 변압기 하우징의 외부에 배열된다. 프로브는 500 Pa 내지 최대 3000 Pa의 압력으로 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물로 충전된다. 10 kHz 내지 50 kHz의 주파수 및 약 250 μs의 펄스 길이에서 1.8 kV 내지 35 kV의 전압으로 변압기를 사용하여 생성되는 전기 펄스에 의한 프로브의 여기(excitation)를 통해서, 저압 플라즈마가 프로브와 처리되는 생물학적 조직 사이에서 생성되고, 프로브는 이러한 목적으로 조직으로부터 1 mm 내지 50 mm의 거리에 위치된다. 이러한 경우에서의 생물학적 조직은 전압 공급원의 접지에 연결되는 접지 전극을 형성시킨다.
WO2014/094931 A1으로부터 공지된 장치는 인간 또는 동물의 조직, 특히, 피부 표면 또는 개방된 상처를 처리하기 위해서 사용될 수 있다. 그러나, 조직의 소독을 넘어서 확장되는 상처 치유의 촉진은 달성되지 않는다.
WO2011/015538호는 비열적 대기압 플라즈마를 생성시키기 위한 장치를 기재하고 있다. 그러한 장치는, 발생하는 플라즈마의 영역에서 접지 전극으로 기능하고, RF 발생기, 고주파에 적합한 폐쇄형 페라이트 코어를 갖는 RF 공진 코일, 가스 노즐로서 작용하는 절연 바디(insulating body) 및 절연 바디에 장착된 고전압 전극이, 공정 가스가 그들의 주변으로 또는 그들을 통해서 흐르도록 하는 방식으로, 배열되어 있는 금속 하우징을 포함한다. 약 1 MHz의 고주파가 여기를 위해서 사용된다.
US 2013/068226 A1은 흡입을 위한 저온 플라즈마를 제공하기 위한 장치를 기재하고 있다. 생체 적합성 가스가 이를 위해서 장치 내로 도입되고, 유전 배리어 방전(dielectric barrier discharge)에 노출된다. 장치는 환자가 착용할 마스크를 가지고 있고, 플라즈마 방전을 생성하기 위한 모듈이 입 구멍(mouth opening)에 삽입될 수 있다.
WO 2006/116252호는 살아있는 조직 상에 비열적 플라즈마를 사용하기 위한 장치를 기재하고 있다. 이러한 목적으로, 플라즈마는 조직을 가열하지 않으면서 조직 근처에서 생성되도록 의도된다. 이러한 경우에, 거리(플라즈마 갭)가, 저온 플라즈마를 생성시키기 위해서, 장치와 치료되는 환자 사이에서 유지되어야 한다.
저압 플라즈마로 조직을 치료하기 위한 공지된 장치 및 방법에 의한 단점은 처리 기구 또는 프로브와 조직 사이의 거리의 정밀한 유지가 어렵다는 것이다. 더욱이, 공지된 방법은 단지 표면적으로 작용하고, 조직의 깊이에서는 효과가 달성되지 않는다. 높은 전기장의 펄스를 기반으로 한 공지된 장치 및 방법으로는, 두 개의 전극이 필요하고, 그 사이에, 펄스식의 높은 전기장을 갖는 치료 구역이 형성된다는 것이 문제이다. 특히, 이는 대상체의 큰 영역의 치료를 상당히 더 어렵게 한다.
따라서 본 발명의 목적은 미생물의 불활성화가 조직의 깊이에서 달성되는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 상처의 치유가 보조될 수 있는 장치를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 상처 치유를 보조하기 위해, 상처 치료의 4개의 자연 단계들의 자극을 수행하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 치료를 수행하기 위한 접지 또는 제2 전극을 필요로 하지 않는 장치를 제공하는 것이다.
상처의 치유를 보조하기 위한 및/또는 미생물의 불활성화를 위한 장치로서, 전기 에너지 저장 유닛(electrical energy storage unit), 전기적 여기 펄스(electrical excitation pulse)를 제공하기 위한 펄스 발생기(pulse generator), 및 출력측에 고주파 전기 펄스를 제공하기 위한 변압기를 포함하는, 장치가 제안된다. 이러한 경우, 상기 변압기의 입력측의 제1 단자가 상기 펄스 발생기에 연결된다. 또한 상기 장치는 전기 절연 물질로 제조된 폐쇄된 바디 및 상기 바디의 내부에 배치되는 전극을 포함하는 처리 기구를 포함하고, 가스 또는 가스 혼합물이 상기 바디의 내부에 수신되며, 상기 처리 기구는 전기적 여기에 반응하여 가스 방전을 위해 구성되고, 상기 처리 기구의 제1 단부는 상기 변압기의 출력측의 제1 단자에 연결하기 위해 구성된다.
또한 상기 처리 기구의 제2 단부는 표면 및/또는 생물학적 조직의 접촉을 위해서 구성되고, 상기 변압기의 출력측의 제2 단자는 상기 변압기의 입력측의 제2 단자에 그리고 하우징 쉴드(housing shield)에 연결되며, 상기 하우징 쉴드는 상기 장치의 하우징에 의해 주변으로부터 전기적으로 절연되고, 따라서 부동 접지(floating ground)로서 구성되며, 상기 변압기 및 상기 펄스 발생기는 고주파 전기 펄스가 10 kHz 내지 100 kHz 범위의 주파수를 갖도록 하는 방식으로 구성되는 것으로 제공된다. 또한 상기 고주파 전기 펄스는 바람직하게 1 μs 내지 1000 μs의 범위의 펄스 폭을 갖는다. 상기 고주파 전기 펄스의 펄스 반복률(repetition rate)은 바람직하게 100 Hz 내지 400 Hz의 범위에 있다. 펄스-중단 비율(pulse-pause ratio)은 바람직하게 0.01% 내지 1%의 범위에 있다. 이러한 경우 상기 처리 기구는 발생된 고주파 전기 펄스 또는 이의 전기장을 처리될 대상 또는 처리될 유기 또는 생물학적 물질에 전도되도록 구성된다.
작동 동안에, 상기 전기 펄스는 상기 처리 기구의 내부에서 가스 방전을 여기시키고, 상기 폐쇄된 바디의 내부는 적합한 가스로 채워진다. 유전 변위 전류는 상기 처리 기구의 주변에서 생성되고, 상기 유전 변위 전류는 대상, 또는 유기 물질의 표면과의 상기 처리 기구의 접촉 시에 접촉 위치에서 집중된다. 이러한 경우, 상기 장치의 작동 동안, 상기 처리 기구, 또는 상기 처리 기구의 표면에 존재하는 유전 변위 전류는 상기 장치의 유일한 외부 전기적 연결부라는 것이 제공된다. 특히, 상기 폐쇄된 바디에 수신되는 가스는 주변부로부터 밀봉되어 상기 가스 방전이 상기 처리 기구의 내부로 제한된다.
특히, 상기 장치는 접지가 없으며, 상기 처리 기구를 통해서만 처리되는 대상과 접촉한다. 처리될 대상과 상기 장치 사이의 추가의 전기적 연결은 의도되지 않으며, 상기 장치의 전기 절연 하우징에 의해 방지된다.
상기 고주파 전기 펄스를 생성시키기 위해, 상기 장치는 저전압을 갖는 전기적 여기 펄스를 고전압으로 변환하는 변압기를 포함한다. 상기 고전압은 상기 변압기의 출력측에 제공되고, 상기 출력측은 상기 처리 기구에 전기적으로 결합된다. 저전압 전기적 여기 펄스가, 예를 들어 펄스 발생기 또는 제어 유닛에 의해, 상기 변압기의 입력측에 구동 신호로서 제공된다.
바람직하게, 상기 변압기는 자기 코어를 갖는 펄스-구동 공진 변압기(pulse-driven resonant transformer)로서 형성된다. 이러한 펄스-구동 공진 변압기에서, 일차 코일 및 이차 코일이 공통의 자기 코어에 배치된다. 이러한 경우 상기 자기 코어는 바람직하게 페라이트 코어(ferrite core)로서 형성된다. 상기 고주파 전기 펄스를 제공하기 위해, 상기 펄스-구동 공진 변압기는 상기 전압 펄스로 여기되고, 상기 전기적 여기 펄스의 반복률은 상기 고주파 전기 펄스의 펄스 반복률에 해당한다.
자기 코어를 갖는 펄스-구동 공진 변압기에서, 상기 변압기의 입력측을 나타내는 일차 코일, 및 상기 변압기의 출력측을 나타내는 이차 코일은 상기 자기 코어를 통해 서로 자기적으로 결합된다. 이러한 경우 상기 이차 코일은 상기 일차 코일보다 더 높은 회전수를 갖는다. 일차 코일은 예를 들어 2 내지 100회 범위의 회전수, 바람직하게는 4 내지 40외 범위의 회전수를 갖는다. 이차 코일은, 예를 들어, 1000 내지 100 000회 범위의 회전수를 갖는다.
자기 코어는 바람직하게는 실질적으로 로드(rod)의 모양으로 형성되고, 일차 코일 및 이차 코일 둘 모두는 자기 코어 둘레에 감긴다. 자기 코어의 길이는 바람직하게 1 cm 내지 6 cm이다. 이러한 경우, 자기 코어는 코일의 개별적인 회전을 수신하기 위해 챔버를 형성할 수 있다.
바람직하게, 이차 코일은 서로 이격되는 복수의 와인딩 세그먼트(winding segment)로 세분된다. 예를 들어, 이차 코일 및 일차 코일이 감기는 와인딩 코어로서 또한 사용되는 자기 코어는, 복수의 코일 격실(coil compartment)을 제공할 수 있고, 코일 격실 중 하나에서의 와인딩은 각각 이차 코일의 와인딩 세그먼트를 나타낸다. 예를 들어, 2 내지 20, 바람직하게 2 내지 15개의 와인딩 세그먼트가 제공될 수 있다. 특히 바람직하게, 3 내지 9개의 와인딩 세그먼트가 제공된다. 각각의 와인딩 세그먼트는, 예를 들어 100 내지 1000 회전의 이차 코일을 가질 수 있다.
일차 코일은 또한 복수의 세그먼트로 세분될 수 있다. 예를 들어, 일차 코일은 공통의 와인딩 코어로서 사용되는 자기 코어 상에 1 내지 5개의 와인딩 세그먼트의 형태로 배치될 수 있고, 일차 코일의 개별적인 세그먼트가, 예를 들어 와인딩 코어 상에서 복수의 코일 격실을 제공함으로써, 서로 공간적으로 분리된다.
특히, 바람직하게, 일차 코일은 자기 코어에서 이차 코일의 와인딩 세그먼트들 사이에 배치된다. 이러한 경우, 일차 코일은 예를 들어, 단일 세그먼트의 형태로 구성되고, 그러므로 이차 코일의 두개의 와인딩 세그먼트 사이에 전체적으로 배치될 수 있다. 대안으로, 일차 코일은 유사하게 복수의 와인딩 세그먼트를 가지며, 일차 코일의 와인딩 세그먼트는 이차 코일의 두개의 와인딩 세그먼트 사이에 각각 배치된다.
구리 와이어가 바람직하게 코일의 와인딩을 위한 와이어로서 사용되고, 이차 코일의 구리 와이어의 직경은 바람직하게 0.01 mm 내지 0.1 mm의 범위, 특히 바람직하게 0.03 mm 내지 0.07 mm의 범위에 있다. 바람직하게 이차 코일에 사용되는 구리 와이어보다 3 내지 10배 더 큰 직경을 바람직하게 갖는 더 두꺼운 구리 와이어가 바람직하게 일차 코일에 사용된다.
발생된 고주파 전기 펄스의 주파수는 실질적으로 펄스-구동 변압기의 이차 코일 및 처리 기구에 의해 형성되는 진동 시스템의 공진 주파수에 의해서 결정된다. 특히, 공진 주파수는 이차 코일의 인덕턴스(inductance), 코일의 커패시턴스(capacitance) 및 처리 기구의 커패시턴스에 의해 결정된다. 전기적 여기 펄스를 가지고 이러한 진동 시스템의 여기는 바람직하게 이러한 공진 주파수와 일치된다. 펄스-구동 변압기의 여기의 미세한 조정은 바람직하게 이차 코일과 관련하여 일차 코일의 위치를 전환함으로써 수행된다. 또한, 특히, 전기 커패시턴스는 개별적인 와인딩 세그먼트들 사이의 거리와 와인딩 세그먼트의 수의 선택에 의해 변경되어, 고유 주파수 또는 공진 주파수가 영향을 받게 될 수 있다. 특히, 이러한 경우, 이차 코일의 두개의 인접 세그먼트들 사이의 와인딩 세그먼트의 거리를 다양하게 하는 것이 바람직하다.
펄스-구동 변압기 및 처리 기구는 변압기의 출력측에 형성된 진동 시스템의 고유 주파수, 또는 공진 주파수가 10 kHz 내지 100 kHz의 범위, 바람직하게 20 kHz 내지 80 kHz의 범위, 및 특히 바람직하게 30 kHz 내지 70 kHz의 범위에 있도록 하는 방식으로 구성된다.
이러한 경우, 실질적으로 이차 코일의 인덕턴스와 처리 기구의 커패시턴스에 의해 제공되는 이러한 공진 주파수는 처리 기구가 대상에 접촉할 때에 전환한다는 사실을 고려하는 것이 바람직하다. 대상이 처리 기구에 접촉함으로써, 진동 시스템의 전기 커패시턴스가 변화되고, 이는 주파수에서의 변화를 상응하게 유도한다.
예를 들어, 처리 기구 및 변압기는 처리 기구가 대상과 접촉되지 않은 때에, 60 kHz 내지 70 kHz의 주파수를 갖는 고주파 전기 펄스가 예를 들어 9 μs의 지속 기간(duration) 동안 예를 들어 25 V의 DC 전압 펄스의 형태에서 전기적 여기 펄스에 의한 여기에 반응하여 출력측에서 생성되도록 하는 방식으로 구성된다. 발생된 고주파 전기 펄스는 전기적 여기 펄스에 의한 여기 직후에 이의 최대 진폭을 가지며, 이어서 감쇠 진동 때문에 감소된다. 고주파 전기 펄스의 펄스 폭은 실질적으로 전기적 여기 펄스의 지속 시간 보다 더 길다.
처리 기구가 사람에 의해서 접촉되면, 예를 들어 변압기의 출력측에서의 진동 시스템의 전기 커패시턴스가 변화된다. 예를 들어, 펄스-구동 변압기의 출력측에서의 진동 시스템의 공진 주파수는 약 40 kHz이다.
전기적 여기 펄스의 펄스 폭, 즉 전기적 여기 펄스의 지속 기간은 바람직하게 0.1 μs 내지 20 μs의 범위, 특히 바람직하게 0.5 μs 내지 15 μs의 범위, 더욱 특히 바람직하게, 1 μs 내지 10 μs의 범위에 있다. 예를 들어, 펄스 지속 기간은 9 μs이다.
초 당 얼마나 많은 전기적 여기 펄스가 생성되는 것을 결정하는 펄스 반복률은 100 Hz 내지 400 Hz의 범위에 있다. 바람직하게, 펄스 반복률은 200 Hz 내지 300 Hz의 범위에 있고, 펄스 반복률은 예를 들어, 280 Hz이다. 전기적 여기 펄스의 펄스 반복률은 고주파 전기 펄스의 펄스 반복률에 해당한다.
고주파 전기 펄스의 펄스 폭, 즉 고주파 전기 펄스의 지속 기간은 1 μs 내지 1000 μs의 범위, 바람직하게 50 μs 내지 500 μs의 범위, 특히 바람직하게 100 μs 내지 250 μs의 범위에 있다. 펄스 폭은 특히 변압기 및 처리 기구에 의해서 형성된 진동 시스템의 전기적 여기 펄스에 의해 여기된 진동의 감쇠에 의해 결정된다.
펄스-중단 비율은 고주파 전기 펄스의 선택된 펄스 폭, 펄스 지속 기간, 및 펄스 반복률에 의해 결정된다. 듀티 사이클(duty cycle) 또는 듀티 인자(duty factor)로도 불리는 이러한 펄스-중단 비율은 다음 전기 펄스의 방출까지 펄스 폭과 후속 중단 사이의 비율을 제공한다. 펄스-중단 비율은 0.01% 내지 1%의 범위, 바람직하게 0.05% 내지 0.5%의 범위, 특히 바람직하게 0.1% 내지 0.25%의 범위에 있다. 예를 들어 9 μs의 펄스 지속 기간 및 예를 들어 250 Hz의 반복률을 가지면서, 펄스-중단 비율은 0.225%이다.
바람직하게, 저전압 전기적 여기 펄스, 또는 구동 신호로 펄스 발생기를 통해 변압기를 구동하는 제어 유닛이 제공된다. 전기적 여기 펄스의 전압은, 예를 들어 10 V 내지 70 V의 범위에 있고, 변압기에 의해 고전압, 또는 고주파 전기 펄스로 변환된다. 특히 바람직하게, 전압은 15 V 내지 40 V의 범위에 있다. 이러한 경우 전기적 여기 펄스의 반복률은 고주파 전기 펄스의 펄스 반복률에 해당한다. 다른 한편으로, 전기적 여기 펄스의 펄스 지속 기간은 실질적으로 고주파 전기 펄스의 펄스 폭 미만이다. 특히, 전기적 여기 펄스의 지속 기간은 바람직하게 적어도 5의 인자, 특히 바람직하게, 적어도 10의 인자로 고주파 전기 펄스의 펄스 폭보다 짧다.
고주파 전기 펄스의 고전압은 바람직하게 5 kV 내지 40 kV의 범위에 있다. 특히 바람직하게, 고전압은 10 내지 25 kV의 범위에 있다. 이러한 경우 이들 사양은 고주파 전기 펄스의 최대 피크-대-피크(peak-to-peak) 전압을 나타낸다.
바람직하게, 장치는 변압기의 출력측에서의 전류를 1 μA 내지 300 μA의 범위의 최대값으로 제한하도록 구성된다. 특히 바람직하게, 출력측에서의전류는 10 μA 내지 120 μA의 범위의 최대값으로 제한된다. 예를 들어, 최대 전류는 100 μA로 제한된다. 예를 들어, 전류를 직접적으로 또는 간접적으로 측정하고, 한계값이 초과되면, 전류의 공급을 중단하는 수단들, 예를 들어 전기 저항, 퓨즈(fuse) 또는 모니터링 또는 안전 디바이스가 최대 전류를 제한하도록 사용될 수 있다.
변압기의 출력측에서 생성되고 변압기의 출력측에 결합된 치료 기구에 전달되는 고주파 전기 펄스의 위한 제안된 파라미터에 의해, 방출된 전력의 제한이 달성된다. 그러므로, 이들 파라미터, 즉 특히 고주파 전기 펄스의 전압 및 주파수의 준수(compliance)를 모니터링하기에 충분하다.
장치의 방출 전력을 제한하는 것은 장치로 처리되는 대상 또는 생물학적 물질의 과도한 가열이 회피되는 것을 보장한다. 특히, 인간 또는 동물에의 적용의 경우, 피부가 10분 내에 최대 3 ℃까지 가열되는 방식으로 가열이 제한될 필요가 있다. 인간에 적용의 경우, 또한, 41 ℃의 온도 초과로 가열되는 것이 발생하지 않아야 한다.
바람직하게, 장치는 변압기의 출력측에서 전기적 파라미터 모니터링하고, 전기적 파라미터들 중 하나에 대한 미리 결정된 제한값이 초과되거나 떨어지는 경우, 변압기로의 에너지 공급을 중단하도록 구성되는 안전 장치를 포함한다.
출력측에서 모니터링된 전기적 파라미터는 바람직하게 전류, 전압, 펄스 반복률, 펄스 폭, 펄스 주파수 및 이들 파라미터 중 적어도 두 개의 조합으로부터 선택된다. 예를 들어, 전압 및 주파수가 모니터링된다. 바람직하게, 모든 전술된 전기적 파라미터가 모니터링된다.
바람직하게, 제한값은 모니터링된 전기적 파라미터에 대해 정의되고, 변압기에의 에너지 공급은 상한 제한값을 초과하거나 하한 제한값이 아래로 떨어지는 경우 중단된다. 제한값은 예를 들어, 백분율 편차로서 특정될 수 있다. 이러한 경우 허용 가능한 편차는 바람직하게 최대 5%, 및 특히 바람직하게 최대 3%이다. 280 Hz의 설정점(setpoint) 반복률의 경우, 예를 들어 +/- 5%의 편차가 특정될 수 있어, 294 Hz 초과 또는 266 Hz 미만의 반복률의 경우에 셧다운(shutdown)이 발생된다.
안전 디바이스는 바람직하게 각각의 전기적 파라미터를 기록하기 위해 상응하는 센서를 포함한다. 특히, 이러한 경우 전압의 시간-분해 측정(time-resolved measurement)이 발생할 수 있고, 추가의 전기적 파라미터, 예컨대 (피크) 전압, 주파수, 펄스 폭 또는 펄스 길이, 펄스-중단 비율 및 펄스 반복률이 디지털 프로세싱에 의해 그로부터 결정된다. 또한 전류 센서가 전류를 측정하기 위해 제공될 수 있다.
일차 코일에서 또는 이차 코일에서 전압을 측정하기 위한 수단은 마찬가지로 높은 임피던스(impedance)를 갖는 전압 공급원을 가능한 한 적게 부하시키기 위해, 높은 임피던스를 갖도록 바람직하게 구성된다. 이러한 수단은 특히 전압을 측정하기 위해 아날로그/디지털 변환기(analog/digital converter)를 포함할 수 있다. 측정 결과의 평가, 및 특히 미리 결정된 제한값과의 비교는 이어서, 예를 들어 적합한 프로세서, 예를 들어 마이크로컨트롤러에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램에 의해 수행될 수 있다.
변압기의 이차측에서의 측정은 예를 들어, 다이오드, 임피던스 변환기 및 전압 분할기(voltage divider)에 의해 변압기의 출력측에 연결되는 커패시터에서 전압을 측정함으로써 수행될 수 있다. 임피던스 변환기는 예를 들어, 연산 증폭기(operational amplifier)로서 구성될 수 있고, 전압 분할기는 레지스터(resistor)에 의해 또는 커패시터에 의해 생산될 수 있다.
바람직하게, 고주파 전기 펄스의 전압 및/또는 주파수의 측정은 공진 변압기의 일차측에서 유도된 전압의 측정에 의해 공진 변압기의 여기 펄스 동안에 수행된다. 이러한 방식으로, 변압기의 고-전압 측에서의 직접적인 측정은 필수적이지 않다. 이러한 경우, 예를 들어 여기 중단 동안 일차 코일에 인가된 전압이 직접적으로 측정될 수 있다.
전압을 확인하기 위한 특히 간단한 측정은 예를 들어, 다이오드를 통해 커패시터를 충전하기 위해 공진 변압기에서의 진동에 의해 일차 측에서 유도된 전압을 사용함으로써 수행될 수 있다. 바람직하게, 이러한 경우 일차 코일에의 연결부는 임피던스 변환기에 의해 및 임의로 전압 분할기에 의해 수행된다. 예를 들어 MOSFET로서 구성되는 제어 가능한 스위치에 의해서, 임피던스 변환기의 출력은 하우징 쉴드에 그리고 그에 따라서 전기적 여기 펄스 동안 일차 코일의 제2 단자에 단락되어, 여기 펄스가 커패시터를 충전할 수 없다. 변압기의 여기가 끝난 후에야, 제어 가능한 스위치가 꺼져서, 변압기에 존재하는 진동의 양의 반파(half-wave)가 각각 커패시터를 충전한다. 커패시터에서 측정 가능한 전압은 변압기의 출력측, 즉 변압기의 이차 코일에서의 전압을 나타낸다. 임피던스 변환기는 예를 들어, 연산 증폭기로서 구성될 수 있고, 전압 분할기는 레지스터에 의해 또는 커패시터에 의해 생산될 수 있다.
추가로 또는 대안으로, 장치는 바람직하게 전력 공급 시스템에 대한 장치의 전기적 연결부를 검출하고, 이러한 연결부가 존재하면, 변압기로의 에너지 공급을 중단하도록 구성되는 안전 장치를 포함한다. 이에 의해서 달성되는 효과는 작동 동안 장치와 전력 공급 시스템 사이의 연결이 없으며 그러므로 장치의 작동 동안 전력 공급 전압으로 인한 사용사에 대한 위험이 배제된다는 것이다.
바람직하게, 장치는 핸들의 형태의 하우징을 가지며, 전기 에너지 저장 유닛, 변압기 및 처리 기구의 일부가 하우징에 수용된다. 처리 기구의 또 다른 부분은 하우징으로부터 돌출한다. 특히 바람직하게, 하우징은 하우징으로부터 돌출되는 처리 기구의 부분을 제외한 장치의 모든 구성요소들이 하우징에 수용되는 방식으로 구성된다.
하우징은 바람직하게 전기 절연 물질로 제조되는 외부 하우징 케이스를 갖는다. 하우징 케이스의 물질은 특히, 플라스틱이다.
하우징은 바람직하게 하우징 쉴드(housing shield)로서 형성되고, 하우징 케이스의 내부 측에 배치되며, 전기 전도성인 전기 쉴드(electrical shield)를 포함한다. 바람직하게 쉴드는 전기 전도성 호일의 형태로 및/또는 전기 전도성 플레이트의 형태로, 또는 하우징 케이스의 내부 측의 전기 전도성 코팅의 형태로 구성된다. 예를 들어, 전기 전도성 호일, 예를 들어 알루미늄 호일이 쉴드로서 사용된다.
전기적 쉴드는 바람직하게 장치를 완전히 둘러싸고, 쉴드에서의 개구들은 오로지 하우징으로부터 돌출되는 처리 기구를 위해 그리고 임의적으로 단자들 및/또는 제어 요소들을 위해 제공된다.
하우징 쉴드는 하우징에 의해 완전히 절연되어, 전도성 외부 연결부가 하우징 쉴드로부터 발생하지 않는다. 특히, 전도성 연결이 하우징 쉴드와 대상의 치료를 위한 장치를 유도하는 사람 사이에 발생하지 않고, 전도성 연결이 하우징 쉴드와 처리되는 대상 사이에 발생하지 않는다.
바람직하게, 장치는 충전 단자를 포함하고, 이에 의해 장치의 전기 에너지 저장 유닛이 충전될 수 있다. 바람직하게, 전기 에너지 저장 유닛은 재충전 가능한 전지로서, 예를 들어 리튬 이온 전지로서 또는 니켈 금속 하이드라이드 전지(nickel metal hydride battery)로서 구성된다. 또한 전기 에너지 저장 유닛을 커패시터, 예를 들어 슈퍼커패시터로서 구성하는 것을 생각할 수 있다.
장치는 바람직하게 적어도 하나의 제어 요소를 포함하고, 이에 의해 장치가 켜지고/거나 꺼질 수 있다. 또한, 장치의 전력이 선택될 수 있는 제어 요소가 제공될 수 있다. 제어 요소는 예를 들어, 온/오프 스위치로서 또는 버튼으로서 구성된다.
제어 요소 또는 요소들은 바람직하게 장치의 제어 유닛에 연결된다.
장치의 제어 유닛은 바람직하게 변압기의 입력측에 전달되는 구동 신호, 또는 전기적 여기 펄스를 제공하기 위한 펄스 발생기를 포함한다. 이러한 목적을 위해, 제어 유닛은 전기 에너지 저장 유닛으로의 연결부를 보유한다. 이에 대한 대안으로서, 제어 유닛 및 펄스 발생기가 또한 별도의 구성요소로서 구성될 수 있다.
펄스 발생기는 예를 들어, 반도체 스위치, 예를 들어 MOSFET를 사용함으로써 제어된 방식으로 켜지고 꺼지는 전압 공급원으로서 구성된다. 이러한 경우, 예를 들어 반도체 스위치는 여기 펄스의 지속 기간 동안 켜지고 후속 여기 펄스에서 꺼진다.
펄스 발생기는 대안으로 예를 들어, 임의의 바람직한 신호 파형을 생성할 수 있는 임의 함수 생성기(arbitrary function generator)로서 구성될 수 있다. 또한 제어 유닛은 펄스 발생기에 의해 생성된 전기적 여기 펄스를 증폭시키기 위해 증폭기를 포함할 수 있다.
제어 유닛과 안전 디바이스를 공통의 유닛으로서 구성시키는 것이 가능할 수 있다. 이에 대한 대안으로서, 제어 유닛과 안전 디바이스는 별도의 유닛으로서 구성된다.
장치의 처리 기구는 발생된 고주파 전기 펄스 또는 이의 전기장을 처리될 대상에 또는 처리될 유기 또는 생물학적 물질에 전도하기 위해 사용된다. 처리 기구는 전기 절연 물질로 제조된 폐쇄된 바디 및 바디의 내부에 배치되는 전극을 포함한다. 가스 또는 가스 혼합물이 전극의 바디의 내부에 수신되고, 처리 기구는 전기 펄스에 의한 전기적 여기에 반응하여 가스 방전을 위해 구성된다. 장치의 작동 동안, 수신된 가스는 가스 방전에 의해 여기된다. 그러므로, 전기장, 또는 최종 유전 변위 전류가 전극으로부터 출발하여 여기된 가스를 통해 처리 기구의 바디에 유도될 수 있다. 유전 변위 전류, 또는 전기장은 그럼 다음 처리 기구가 접촉하는 대상으로 전달될 수 있다.
처리 기구는 변압기의 출력측에 결합시키기 위해 구성되는 제1 단부, 및 대상 및/또는 생물학적 조직의 표면의 접촉을 위해 구성되는 제2 단부를 갖는다.
처리 기구의 바디는 바람직하게 실질적으로 기다란 모양을 가지며, 제2 단부가 제1 단부보다 더 긴 치수를 갖도록 제공된다.
처리 기구의 바디의 전기 절연 물질은 바람직하게 유리이다. 유리는 바람직하게 환자의 상처난 피부와의 접촉에 적합한 방식으로 선택된다. 이는 유리가 임의의 독성 성분을 방출시키지 않아야 하며 임의의 자극 또는 알레르기를 일으키지 않아야 함을 의미한다. 적합한 유리는 예를 들어, 보로실리케이트 유리, 석영 유리 또는 소다-석회 유리(soda-lime glass)이다.
처리 기구는 바람직하게 전류 피드-스루(current feed-through) 및, 변압기의 출력측에 결합시키기 위해 구성되는 제1 단부에서의 단부 캡(end cap)을 포함한다. 단부 캡은 바람직하게 플라스틱으로 제조된다. 플라스틱은 바람직하게 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene: PTFE), 폴리에틸렌(PE), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA) 및 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 코폴리머로부터 선택되고, 폴리프로필렌이 특히 바람직하다.
단부 캡의 플라스틱은 바람직하게 섬유로 보강되고, 섬유는 바람직하게 유리 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유로부터 선택되며, 유리 섬유가 특히 바람직하다. 섬유의 섬유 부피 분율은 바람직하게 20% 내지 50%의 범위 및 특히 바람직하게 30% 내지 40%의 범위에 있다. 또한, 장섬유가 단섬유보다 바람직하다. 1 mm 내지 50 mm의 범위의 길이를 갖는 섬유가 장섬유로서 간주될 것이다. 더 짧은 섬유는 단섬유를 포함하고, 더 긴 섬유를 무한 섬유(endless fiber)를 포함한다.
처리 기구의 제1 단부에 제공되는 전류 피드-스루는 외부 측에 전기 접촉부를 갖고 처리 기구의 바디의 내부에서 전극으로의 전기적 연결부를 확립한다.
전극은 바람직하게 처리 기구의 바디의 내부의 제1 단부 옆에 배치되고, 바람직하게 핀(pin)의 형상으로 구성된다.
전극의 핀 형상은 바람직하게 10 mm 내지 13 mm의 범위의 길이를 가지며, 11 mm 내지 12 mm의 범위의 길이가 특히 바람직하다. 전극의 직경은 바람직하게 0.1 내지 3 mm의 범위, 특히 바람직하게 0.5 mm 내지 2 mm의 범위에 있다. 예를 들어, 전극의 직경은 1 mm이다.
전극의 물질은 금속이다. 이러한 경우 금속은 바람직하게 구리, 스테인리스 스틸, 니켈, 티타늄, 백금 및 상응하는 합금으로부터 선택된다. 또한 전극은 코팅될 수 있다.
바람직하게, 처리 기구의 제1 단부 옆에 제1 직경을 갖는 연결 영역(connecting region)이 있고 바람직하게 처리 기구의 제2 단부 옆에 제2 직경을 갖는 전구 영역(bulb region)이 있고, 제2 직경은 제1 직경보다 더 크며 전구 영역은 전구의 전체 길이의 적어도 1/3을 차지한다.
바람직하게, 전구 영역의 부피는 처리 기구의 전체 부피의 적어도 2/3를 차지한다.
바람직하게, 처리 기구의 바디는 정확히 두 개의 영역, 즉 전구 영역과 연결 영역을 포함하고, 이들은 갑자기 서로 합쳐질 필요는 없지만, 연속적인 전이부(continuous transition)를 통해 연결될 수 있다. 전구 영역은 바람직하게 40 mm 내지 80 mm의 길이를 가지며, 50 mm 내지 60 mm의 길이가 바람직하다. 예를 들어, 전구 영역은 58 mm의 길이를 갖는다. 전구 영역의 직경은 바람직하게 15 mm 내지 25 mm, 바람직하게 18 mm 내지 22 mm의 범위에 있고, 예를 들어 20 mm이다.
바디의 제2 단부는 바람직하게 실질적으로 평면이도록 구성되어, 원형 표면이 전구 영역을 폐쇄한다. 이러한 표면은 연속적인 전이부를 통해 또는 예리한 에지(sharp edge)를 통해 원통형 전구 영역으로 합쳐질 수 있다.
처리되는 대상 또는 처리되는 유기 물질과의 접촉을 위해, 전구 영역의 실질적으로 평탄한 표면 및 만곡된 벽 둘 모두가 사용될 수 있다.
처리 기구의 바디의 연결 영역은 바람직하게 30 mm 내지 60 mm의 길이를 가지며, 40 mm 내지 50 mm의 길이가 바람직하다. 예를 들어, 전구 영역은 45 mm의 길이를 갖는다. 연결 영역의 직경은 바람직하게 5 mm 내지 15 mm, 바람직하게 8 mm 내지 12 mm의 범위에 있고, 예를 들어, 10 mm이다.
단부 캡은 제1 단부에서 처리 기구의 바디를 둘러싸며, 전기 접촉 표면은 제1 단부에서 자류롭게 남아있다. 단부 캡은 바람직하게 제1 단부로부터 시작하는 연결 영역의 적어도 일부에 걸쳐 연장되는 슬리브 영역을 포함한다. 슬리브 영역의 길이는 바람직하게 10 mm 내지 50 mm의 범위, 특히 바람직하게 15 내지 30 mm의 범위에 있다. 예를 들어, 슬리브 영역은 20 mm 길이이다. 단부 캡의 직경은 바람직하게 7 mm 내지 18 mm, 바람직하게는 10 mm 내지 15 mm의 범위에 있다. 예를 들어, 단부 캡의 직경은 12 mm이다.
단부 캡은 바람직하게 슬리브 영역에 배치되는 접착제에 의해 처리 기구의 바디에 연결된다. 접착제는 바람직하게 열적으로 안정한 에폭시 수지 접착제이다.
처리 기구의 바디는 폐쇄되어, 가스-밀폐이다. 처리 기구의 바디는 정상적으로 약 1 bar의 대기압에 비해 감소된 압력을 갖는 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물로 채워진다. 처리 기구의 가스 충전물의 압력은 바람직하게 0.001 mbar 내지 1 mbar의 범위, 특히 바람직하게 0.01 내지 0.7 mbar의 범위에 있다.
처리 기구는 예를 들어 불활성 가스, 예컨대, 네온 또는 아르곤 또는 복수의 불활성 가스의 혼합물로 채워질 수 있다. 가스 혼합물은 또한 추가의 가스, 예를 들어, 질소, 예를 들어, 네온, 아르곤 및 질소의 혼합물을 함유할 수 있다. 네온이 바람직하게 가스 충전을 위해 사용된다. 네온으로, 예를 들어, 아르곤으로 채워진 것과 비교하여 전기장 및 자기장의 강도가 더 세다.
처리 기구의 바디는 바람직하게 하나의 벽으로 구성되어, 단지 단일 유리 층이 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물로 채워지는 처리 기구의 내부를 주변으로부터 분리한다.
장치의 처리 기구는 바람직하게 필요한 경우 그것을 변경하거나 세척할 수 있도록 하기 위해, 교체 가능하도록 구성된다. 처리 기구를 분리시킴으로써, 이는 특히 또한 쉽게 살균될 수 있다.
바람직하게, 장치는 처리 기구의 존재를 검출하고, 처리 기구의 부재시에, 변압기로의 에너지 공급을 중단하는 안전 디바이스를 포함한다. 이러한 목적을 위해, 안전 디바이스는 예를 들어, 마이크로스위치로서 또는 광전자 배리어(photoelectric barrier)로서 구성되는 검출기를 포함할 수 있다. 마이크로스위치로서 형성되는 검출기는 예를 들어, 이가 처리 기구의 존재에서 활성화되는 방식으로 배치된다. 광전자 배터리로서 형성되는 검출기는 광 빔이 존재하는 경우 처리 기구에 의해 중단되는 방식으로 배치된다. 처리 기구의 단부 캡은 이러한 맥락에서 특히, 광전자 배리어의 광 빔을 중단하기 위해 불투명하게 구성될 수 있다.
바람직하게, 처리 기구는 처리 기구가 장치에 끼워질 때 장치의 리더에 의해서 판독될 수 있는 데이터 메모리를 갖는다. 데이터 메모리는 예를 들어, 일차원 바코드의 형태로 또는 매트릭스 코드, 예컨대, QR 코드의 형태로 광학적으로 형성될 수 있다. 이에 대한 대안으로서, 데이터 메모리는 예를 들어, 무선 통신 방법(wireless communication method), 예컨대, RFID에 의해 판독될 수 있는 메모리 칩으로서 형성될 수 있다.
처리 기구의 데이터 메모리는 예를 들어, 유형 및/또는 필요한 작동 파라미터의 표시뿐만 아니라, 준수해야 할 제한값의 표시를 포함할 수 있다. 그런 다음, 제한값에 대한 준수는 특히, 상응하게 구성된 안전 디바이스에 의해 확인될 수 있다. 준수될 제한값은 특히, 고주파 전기 펄스의 전압, 주파수 및/또는 전류 강도에 대한 상한 및/또는 하한을 포함할 수 있다.
증기로 오토글레이빙(autoclaving)하여 처리 기구의 간단하고 신뢰 가능한 세척을 허용하기 위해, 처리 기구는 바람직하게 110 ℃ 내지 140 ℃의 범위의 온도의 스팀에 견디도록 구성된다. 사용되는 물질, 즉 바디의 유리와 단부 캡의 플라스틱, 및 임의적으로 사용되는 연결 수단, 예를 들어 접착제가 상응하게 선택된다. 금속으로 제조되는 통상의 단부 캡과 비교하여, 플라스틱 물질로 제조되는 제안된 단부 캡은 유리한 열적 특성 및 가수분해에 대한 양호한 내성을 갖는다.
처리 기구의 간단한 전기적 결합을 보장하기 위해, 처리 기구는 바람직하게 플러그-인 커넥터에 의해 수신되고, 처리 기구는 플러그-인 커넥터의 접촉에 의해 변압기의 출력측으로 전기적으로 연결된다. 플러그-인 커넥터의 접촉은 예를 들어, 처리 기구가 끼워질 때 처리 기구의 전기 접촉 표면에 대항하여 사전 응력을 받는 스프링 접촉으로서 구성된다.
바람직하게, 처리 기구는 처리 기구의 연결 영역을 적어도 부분적으로 둘러싸는 슬리브 영역을 가지며, 플러그-인 커넥터는 슬리브 영역에서 처리 기구를 고정하도록 구성되는 클램핑 디바이스(clamping device)를 갖는다.
본 발명의 추가의 양태는 미생물의 불활성화를 위한 방법으로서, 설명된 장치들 중 하나가 제공되고 장치의 처리 기구는 고주파 전기 펄스에 의해 여기되는 방법에 관한 것이다. 또한 처리 기구는 미생물이 불활성화되도록 의도되는 대상의 표면에 적용되어, 처리 기구의 바디가 표면에 접촉하고, 처리 기구가 대상의 표면 위로 안내되는 것이 제공된다. 이러한 경우, 장치의 하우징 쉴드가 대상으로부터 전기적으로 절연되어, 대상과 변압기의 제2 단자 사이에 전기 전도성 연결부가 확립되지 않게 한다.
특히, 장치 및 미생물이 불활성화되는 것으로 의도되는 대상은 공통의 접지에 연결되지 않으며, 대상은 방법 동안 단일 전극과만 접촉되며, 이러한 경우 장치의 처리 기구의 바디이다.
상기 설명된 장치는 바람직하게 본 발명에서 설명된 방법과 함께 사용을 위해서 구성되어, 방법과 관련하여 설명된 특징들이 또한 장치에 상응하게 적용되고, 그 반대로, 장치의 문맥에서 설명된 특징들이 방법에 적용된다.
바람직하게, 대상은 의료 기구 및 유기 또는 생물학적 물질로부터 선택된다. 유기 물질은 예를 들어, 피부 또는 조직 샘플이다. 상응하게, 방법은 특히 비치료 처리를 위해 사용될 수 있다.
방법은 또한 예를 들어, 상처의 영역에서 미생물을 불활성화시키고/거나 상처의 치유를 보조하기 위해, 환자에 대한 사용에 적합하다. 세균 감염 때문에, 상처가 불량하게 치유되는 문제가 자주 발생한다. 이는 하나 이상의 항생제에 내성이 있는 세균이 관련되는 경우, 상처의 치료가 특히 어렵고 시간-소모적이다. 제안된 방법을 사용하면, 내성 균도 사멸되고 상처 치유가 촉진된다. 상처의 치료에 사용되는 경우, 제안된 장치가 제공되고 장치의 처리 기구는 고주파 전기 펄스에 의해서 여기된다. 그럼 다음 처리 기구는 바람직하게 피부 또는 상처와 직접적으로 접촉되어, 처리 기구가 환자에 접촉하고, 상처의 전체 표면 위로 1회 이상 안내되며, 상처의 표면의 각각의 영역이 바람직하게 1분 내지 10분의 범위, 특히 바람직하게 2 내지 6분의 범위로 처리 기구와 직접 접촉된다. 고주파 전기 펄스의 전기적 파라미터는 예를 들어, 이러한 목적을 위해 하기와 같이 선택된다: 20 kV 전압 (피크-대-피크), 55 kHz 주파수, 280 Hz 반복률 및 128 μs 펄스 폭.
이에 대한 대안으로, 처리될 상처를 덮거나 처리 동안에 이미 적용된 드레싱(dressing)을 남겨두며, 그러므로 이를 제거하지 않는 것이 가능하다. 상처의 처리를 위해, 장치의 처리 기구는 이러한 경우 상처 커버링(wound covering) 또는 드레싱 상에 직접적으로 위치되어, 상처 커버링 또는 드레싱과 접촉하고, 상처의 전체 표면 위로 1회 이상 안내되다. 상처 커버링은 예를 들어, 통상의 상처 컴프레스(wound compress)일 수 있다. 고주파 전기 펄스의 전기적 파라미터는 예를 들어, 이러한 목적을 위해, 하기와 같이 선택된다: 29 kV 전압 (피크-대-피크), 55 kHz 주파수, 280 Hz 반복률 및 156 μs 펄스 폭.
상처의 처리 동안, 장치는 처리될 환자 또는 다른 사람에 의해 안내될 수 있다. 채취된 조직 샘플, 또는 다른 유기 또는 생물학적 물질의 처리 동안, 상응하는 절차가 수행된다.
방법은 또한 특히, 의료 기구의 살균 또는 소독에 적합하다. 본 목적을 위해, 제안된 장치가 제공되고, 장치의 처리 기구는 고주파 전기 펄스에 의해 여기된다. 그럼 다음, 처리 기구는 소독될 의료 기구의 표면과 직접 접촉되어, 처리 기구가 의료 기구에 직접적으로 접촉하고, 기구의 전체 표면 위로 1회 이상 안내되며, 표면의 각각의 영역이 바람직하게 1분 내지 10분의 범위, 특히 바람직하게 2 내지 6분의 범위로 처리 기구와 직접 접촉되게 한다. 임의의 다른 바람직한 대상 또는 물품의 소독을 위해, 상응하는 절차가 수행된다. 고주파 전기 펄스의 전기적 파라미터는 예를 들어, 이러한 목적을 위해 하기와 같이 선택된다: 34 kV 전압 (피크-대-피크), 55 kHz 주파수, 280 Hz 반복률 및 170 μs 펄스 폭.
처리 기구로 인한 효과가 전기장의 작용을 기반으로 하는 것으로 추정된다. 전기장으로 인한 유전 변위 전류는 처리 기구와 접촉되는 표면에 작용할 뿐만 아니라, 하부 물질에도 작용하여, 대상이 또한 처리되고, 미생물이 내부에서 불활성화된다.
세균, 예를 들어 박테리아에 대한 처리 기구의 효과가 펄스식 전기장에 의해서 영구적으로 손상되는 박테리아의 세포막을 기반으로 하는 것으로 추정된다. 대상의 표면에 또는 내부에 존재하는 박테리아는 장치에 의한 처리 동안에 손상되고 결과적으로 사멸된다. 이러한 경우, 대상은 실질적으로 가열되지 않고 UV 방사선의 유의한 투사량에 노출되지 않아, 방법이 매우 비침습적으로 작동한다.
또한 설명된 장치에 의한 상처의 치료 동안, 상처 치유는 순전히 소독 효과를 넘어서는 범위로 촉진된다. 처리 기구로부터 나오는 유전 변위 전류는 상처 치유 프로세스를 촉진시키는 것으로 추정된다.
처리 기구로부터 나오는 전기장은 근처에 있는 물질에 의해 영향을 받는다. 이러한 경우, 전기장은 특히 전기 전도성 물질의 존재에 의해 집중된다. 작은 휴대용 대상에 대해 특히 우수한 효과의 경우, 처리를 수행하는 사람에 의해 이들을 손으로 잡고 있으면서, 처리 기구가 대상의 표면 위로 안내되는 것이 바람직하다. 작업자의 신체는 높은 전기 전도성이고, 그러므로 전기장이 손에 잡고 있는 대상에 유리하게 집중되는 것을 보장한다.
처리 기구의 전기적 여기 동안 처리 기구의 표면에서 생성되는 전기장은 500 V/m 내지 6000 V/m의 범위, 특히 바람직하게 500 V/m 내지 1800 V/m의 범위의 전기장 강도를 갖는다.
처리 기구의 표면에서의 자속 밀도는 예를 들어, 10 μT 내지 73 μT의 범위, 바람직하게 10 μT 내지 43 μT의 범위에 있다.
시험관내 시험
시험 세균에 대한 장치 또는 방법의 효과가 연구되었다. 시험 세균으로서, a) NCTC 12493 스타필로코쿠스 아우레우스(NCTC 12493 Staphylococcus aureus) 및 b) ATCC 27853 슈도모나스 에루지노사(ATCC 27853 Pseudomonas aeruginosa)가 연구되었다. 이러한 목적을 위해, 항생제에 대한 박테리아의 민감성을 시험하기 위한 억제 시험의 구역과 유사한 절차가 수행되었다. 각각의 시험 세균이 이러한 목적을 위해, 한천 배지(agar medium)에 적용되고, 한천 배지가 후속으로 본 발명에 따른 방법으로 처리되거나 처리되지 않는다. 처리의 성공은 처리되지 않은 한천 배지와 비교하여 세균의 성장의 억제에 의해 명확하게 가시적이다.
시험 세균 a) NCTC 12493, 스타필로코쿠스 아우레우스는 구형 그램-양성 박테리아이다. 스타필로코쿠스는 활발하게 움직이지 않고, 포자를 형성시키지 않는다. 비록, 스타필로코쿠스 아우레우스는 또한 병원성일 수 있으며, 피부 및 연조직 감염 외에도, 폐렴(pneumonia), 수막염(meningitis), 심장 내막염(endocarditis), 및 심지어 독성 쇼크 증후군(toxic shock syndrome) 및 패혈증(sepsis)을 유발시킬 수 있지만, 스타필로코쿠스 아우레우스는 매우 널리 퍼져 있으며, 많은 서식지에서 발생하고, 일반적으로 인간의 피부와 점막의 정상적인 집락 균총(normal colonization flora)에 속하는 무해한 부식성 생물(saprobiont) 및 공생균으로서 살아가고 있다.
시험 세균 b) ATCC 27853 슈도모나스 에루기노사(라틴어 aerugo, verdigris로부터)는 슈도모나스 속의 그램-음성, 옥시다제-양성 로드-모양 박테리아이다. 이는 Walter Migula에 의해서 1900년에 발견되었다. 명명법은 화농성 전염병(purulent infectious diseases)의 경우에 고름의 청록색 착색에 기인한다.
시험 세균은 여러 항생제에 대한 내성을 또한 발생시키는 중요한 병원 세균이다.
시험 세균은 각각, 상처 삼출물이 있는 상처를 시뮬레이션하기 위해, 70 mm의 직경을 갖는 제조된 한천 플레이트에 적용되었다. 이어서, 한천 플레이트는 표 1에 특정된 파라미터를 갖는 설명된 장치를 사용함으로써 처리되었다. 처리 지속 기간은 표 2에 나타낸 바와 같이 다양하였고, 비교 시험 5 및 6의 경우에는 처리가 수행되지 않는다. 특정된 처리 지속 기간 동안, 장치의 처리 기구는 한천 플레이트 상에 위치되며 한천 플레이트의 표면 상에서 움직인다. 처리 시간 동안, 처리 기구는 전체 시간 동안 한천 플레이트의 표면과 접촉되었다. 이어서, 한천 플레이트는 적어도 48시간 동안 인큐베이터에서 처리되었다. 48시간 후, 첫번째 평가가 수행되었다. 결과에 따라, 추가의 처리가 추가로 48시간 동안 인큐베이터에서 수행되었다.
콜로니를 검출하기 위해, 한천 플레이트의 표면에 무균의 환형 루프로 줄무늬를 넣었고, 후속하여 와이어의 루프(loop)가 평가된다.
시험 시, 장치는 하기 파라미터로 작동되었다:
(표 1)
시험 결과는 표 2에 나열된다.
(표 2)
"결과" 컬럼에 표시된 % 사양은 박테리아 집락화 및 따라서 억제 구역을 갖지 않는 한천 플레이트의 영역의 백분율을 나타낸다. 시험 3 및 4에서, 박테리아 성장의 거의 완전한 억제가 달성되었다. 한천 플레이트의 전체 영역의 10% 이하의 잔류 집락화 영역은 처리 기구가 사용된 페트리 접시의 벽 때문에 플레이트의 에지를 완전히 쓸어 넘기지 않았다는 사실에 기인된다. 따라서 시험 3 및 4에서, 처리 기구로 처리된 한천 플레이트의 표면에 대한 박테리아 성장의 완전한 억제가 가정된다.
시험 1 및 2에서, 박테리아 성장의 완전한 억제가 달성되지 않았다. 이는 단지 2분의 짧은 처리 지속 기간이 한천 플레이트의 전체 표면에 걸쳐 완전한 스위핑(sweeping)에 충분하지 않았고, 따라서 한천 플레이트의 큰 영역이 처리 기구로 스위핑됨으로써 처리되지 않았다는 사실에 기인한다.
인체에 대한 사용의 적합성을 시험하기 위해, 피부의 가열이 연구되었다. 이러한 목적을 위해, 처리 기구는 손의 영역에 있는 시험 대상의 피부 상에 위치되었고, 표 1에서의 파라미터에 따라 전기 펄스로 여기되었다. 피부의 가열이 적외선 온도계로 모니터링되었다. 처리의 시작 전의 출발 온도는 32 ℃였다. 6분의 일정한 피부 접촉 후에, 온도가 33 ℃로 1 ℃씩 상승시켰다. 의료 제품에 요구되는 지침, 즉 5 ℃ 미만 및 41 ℃ 초과의 증가가 준수되며 심지어 거의 도달되지 않았다.
호환성에 대해, 연구가 또한 처리 기구에서 가스 방전 동안 UV 방사선이 허용되지 않는 정도까지 발생되는지에 대해서 수행되었다. 표 1에 특정된 파라미터에 의한 시험에서, 0.035 mW/cm2의 UV 전력이 처리 기구의 전구 영역 바로 옆에서 측정되었다. 0.1 mW/cm2의 지침이 준수되었다.
시험 대상에 대한 시험에서, 인간 세포에 대한 처리 기구의 유해한 효과는 검출되지 않았다.
화상 상처에 대한 장치의 사용
두피 부위, 턱(목-흉부), 가슴 및 손에 화상 상처가 있는 환자에 대해, 화상 상처는 초기에는 통상적으로 치료되었다. 영향을 받은 피부 부위, 머리-목-흉부 및 가슴 뿐만 아니라 양손은 IIb 내지 III 정도 화상을 가졌다.
영향을 받은 모든 피부 부위에 접선 방향 괴사조직절제술이 있었다. 손과 아래 팔에 대한 상처가 후속적으로 괴사 조직 제거(debridement) 및 대퇴부로부터의 부분층 피부 이식(split thickness skin grafting)에 의해서 치료되었다. 가슴의 경우, 괴사 조직 제거 및 인테그라 이식(Integra grafting)이 양측에서 수행되었다. 얼굴 및 머리는 모이스트 드레싱(moist dressing)으로 치료되었다.
머리와 목에 대한 화상 상처를 제외하고는, 치유 과정이 우수하거나 정상이었다. 그 직후의 정지 재활 동안에, 보존적 처리는 덱스판테놀을 함유하는 연고 드레싱에 의해 지속되었다.
통상적인 치료 3개월 후의 환자의 상태는 하기와 같았다:
머리에서 성공적이지 못한 상처 봉합 및 염증이 생긴 목 상처 후에, 상처 치료가 설명된 장치를 사용함으로써 보조되도록 시작하였다. 이러한 시점에서, 두피 영역에서의 상처는 봉합되지 않았다. 턱 부위의 상처는 화농(suppuration)과 함께 염증을 가졌다. 손의 상처는 봉합되었지만, 상처가 갈라지고 흉터 조직이 매끄럽지 않았다.
두피의 부위와 턱 부위의 상처는 각각 오전과 오후에 3회씩 2분 동안 본 발명에 따른 장치로 처리되었다. 상처를 처리 전에 거즈 컴프레스(gauze compress)로 덮었다. 장치의 처리 기구가 후속하여 거즈 컴프레스와 직접 접촉되었고, 상처 부위 위로 안내되어 상처의 전체 영역이 처리되었다. 이러한 경우, 처리 기구는 상처 또는 컴프레스 상에 위치시킨 후 약 30초 동안 움직이지 않았다.
약 30초 후에, 처리 기구는 약 15초 동안 상처 위로 안내되었다. 처리 기구는 후속하여 새로운 초점으로 다시 상처에 위치되고, 약 15초 동안 다시 상처 위로 안내되었다. 2-분 치료가 3회 반복되었다.
첫 번째 및 두 번째 치료 동안, 치료는 장치의 레벨 4로 수행되었고, 고주파 전기 펄스를 위해 사용되는 전기적 파라미터는 하기와 같다: 20 kV 전압 (피크-대-피크), 45 kHz 주파수, 280 Hz 반복률.
세 번째 치료 동안, 치료는 장치의 레벨 2로 수행되었고, 고주파 전기 펄스를 위해 사용되는 전기적 파라미터는 하기와 같다: 9.5 kV 전압 (피크-대-피크), 45 kHz 주파수, 280 Hz 반복률.
두피 부위에서의 화상 상처는 처리 8일 후에 이미 거의 완전히 봉합되었다.
다음 14일 동안, 각각 아침에 한번의 처리 및 하나의 컴프레스 없이 레벨 2로 저녁에 한번의 처리가 계속되었다.
목 부위의 상처는 21일 후에 완전히 치유되었다.
두피에서의 상처는 레벨 2로의 추가 30일 동안 처리되었고, 매일 한번의 처리가 수행되었다. 특별한 경우, 예를 들어 샤워 후에 상처를 세척하기 위해, 레벨 4가 사용되었다. 다음 30일(약 3개월)의 처리 후에, 두피 부위의 상처가 완전히 폐쇄되었을 뿐만 아니라, 모발 성장이 놀랍게도 발생되어, 두피의 기능이 완전히 회복되었다. 처리 기구로부터 나오는 교류 전기장 및/또는 자기장이 특히 모발 성장을 재자극하는 진피에서의 생물학적 효과를 촉발시키고 화상 상처에서 모발이 성장할 수 있는 방식으로 위에 있는 표피를 되살렸다고 추정된다.
턱 부위에서의 상처는 8일의 처리 후에 염증이 없었고, 23일의 처리 후에 약간 가시적이었지만, 이는 달리 완전히 치유되었다.
손 부위의 상처는 처리 시작에서 이미 봉합되어 있어, 본 발명에 따른 장치로 처리에 상처 커버링(wound covering)이 필요하지 않게 하였다. 장치의 처리 기구는 치료를 위해 상처와 직접 접촉되었고, 각각의 손가락은 2분 동안 매일 한번씩 처리되었다. 처리는 의료용 피부 크림을 적용함으로써 보조되었다.
3개월의 처리 후에, 이식편은 완전히 기능하고 흉터는 매끄러웠다. 내부 흉터를 발생하지 않았다.
각각의 단계들은 항상 무균 포장으로부터의 무균 처리 기구로 수행되었다. 치료 후에, 처리 기구는 세척되었고, 세척 후에 포장으로 진공-포장되었고, 141 ℃에서 오토클레이브에서 살균되었다. 따라서 처리 기구는 항상 무균적으로 보관되었고, 무균적으로 사용 가능하였다.
본 발명의 실시형태들이 도면 및 이하 설명의 도움으로 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1a는 상처의 치유를 보조하고/거나 미생물의 불활성화를 위한 장치의 개략적 표현을 위에서 본 단면도로서 나타낸다.
도 1b는 변압기의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 2는 장치의 단순화된 개략적인 회로도를 나타낸다.
도 3은 장치의 처리 기구의 개략적 표현을 나타낸다.
도 4는 처리 기구의 상세도를 나타낸다.
도 5는 고주파 전기 펄스의 정성적 표현을 나타낸다.
도 6은 변압기의 여기를 위한 전기적 여기 펄스의 정성적 표현을 나타낸다.
도 1a는 상처의 치유를 보조하고/거나 미생물의 불활성화를 위한 장치의 개략적 표현을 위에서 본 단면도로서 나타낸다.
도 1b는 변압기의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 2는 장치의 단순화된 개략적인 회로도를 나타낸다.
도 3은 장치의 처리 기구의 개략적 표현을 나타낸다.
도 4는 처리 기구의 상세도를 나타낸다.
도 5는 고주파 전기 펄스의 정성적 표현을 나타낸다.
도 6은 변압기의 여기를 위한 전기적 여기 펄스의 정성적 표현을 나타낸다.
본 발명의 실시형태들에 대한 이하 설명에서, 동일하거나 유사한 요소는 동일한 참조 번호에 의해서 표시되고, 이들 요소에 대한 반복된 설명은 특정 경우에 생략된다. 도면은 본 발명의 요지를 단지 개략적으로 나타낸다.
도 1a는 상처의 치유를 보조 및/또는 미생물의 불활성화를 위한 장치(10)를 나타낸다. 장치(10)은 처리 기구(100)의 일부를 제외한 장치(10)의 모든 구성요소를 수용하는 하우징(12)을 포함한다. 처리 기구(100)가 하우징(12)으로부터 돌출되는 위치에서, 기구 가이드(14)가 제공된다. 기구 가이드(14)를 갖는 하우징(12)은 전기 절연 물질, 예를 들어 플라스틱으로 제조된다. 도 1a에서 나타낸 실시예에서, 장치(10)의 하우징(12)에는 장치(10)가 처리 동안 인체 공학적으로 손에서 유지될 수 있는 핸들 부분(12a)이 제공된다.
장치(10)는 전기 에너지 저장 유닛(16)을 포함하고, 이는 컨트롤러(18)에 전기 에너지를 공급한다. 전기 에너지 저장 유닛(16)은 바람직하게 리튬 이온 전지로서 구성된다. 전기 에너지 저장 유닛(16)을 충전하기 위해, 하우징(12)에서의 개구를 통해 접근 가능한 충전 단자(22)가 제공된다.
컨트롤러(18)는 변압기(26)의 입력측(27)에 연결된다. 장치(10)의 작동 동안, 펄스 발생기(17)를 사용함으로써, 컨트롤러(18)는 변압기(26)의 입력측(27)에 전달되는 전기적 여기 펄스를 생성한다. 이어서 변압기(26)는 고주파 전기 펄스의 형태로 고전압을 생성하고, 이는 변압기(26)의 출력측(28)에서 방출된다. 고전압은 변압기(26)에 전기적으로 결합되는 처리 기구(100)를 여기시키기 위해 사용된다. 나타낸 실시예에서 하우징(12)의 내부 측에서 전기 전도성 호일의 형태로 구성되는 하우징 쉴드(13)가 하우징(12)에 수용된 구성요소의 전기적 차폐를 위해 배치된다. 대안으로, 하우징 쉴드(13)는 또한 예를 들어, 하우징(12)의 내부 측의 전기 전도성 코팅으로서 구성될 수 있다.
변압기(26)의 개략적 표현은 일차 코일(270)이 이차 코일(280)의 두 부분 사이에 삽입되어 있음을 나타낸다. 변압기(26)의 입력측, 즉 일차 코일(270)의 제1 단자(27a)는 이러한 경우 컨트롤러(18)에 직접적으로 연결되고 따라서 펄스 발생기(17)에 연결된다. 일차 코일(270)의 제2 단자(27b)는 안전 장치(20)를 통해 컨트롤러(18)에 연결되고 컨트롤러(18)를 통해 하우징 쉴드(13)에 연결된다. 변압기(26)의 출력측, 즉 이차 코일(280)의 제1 단자(28a)는 처리 기구(100)에 연결된다. 이차 코일(280)의 제2 단자(28b)는 컨트롤러(18)에 연결되고, 후자를 통해 하우징 쉴드(13)에 연결된다. 제2 단자(27b 및 28b)는 이러한 경우 컨트롤러(18)을 통해 간접적으로 하우징 쉴드(13)에 연결되고, 따라서 동일한 전위(electrical potential)를 갖는다. 하우징 쉴드(13)에 의해 형성된 전기 접지는 접지되지 않지만, 하우징(12)에 의해 전기적으로 절연된다.
처리 기구(100)는 전기 절연 물질로 제조되는 바디(102)를 포함한다. 바디(102)는 이러한 경우 기다랗게 구성되며, 연결 영역(106) 및 전구 영역(108)을 갖는다. 바디(102)의 물질은 예를 들어, 유리이다. 연결 영역(106) 옆에 처리 기구(100)의 제1 단부(103)가 존재하고, 전구 영역(108) 옆에 처리 기구(100)의 제2 단부(104)가 존재한다. 전구 영역(108)은 장치(10)의 하우징(12)으로부터 전체적으로 돌출되는 반면, 연결 영역(106)은 하우징(12)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있다. 바디(102)의 내부는 주위 압력과 비교하여 감소된 압력을 갖는 불활성 가스(124)로 채워진다.
제1 단부(103) 옆에, 처리 기구(100)는 플라스틱으로 제조되는 단부 캡(112)을 갖는다. 단부 캡(112)은 제1 단부(103) 옆에 있는 연결 영역(106)의 일부를 둘러싸는 슬리브 영역(114)을 갖는다. 더욱이 전극(110)에 단부 캡(112) 및 바디(102)를 통해 전기적으로 연결되는 전기 접촉 표면(116)은 제1 단부(103)에서 배치된다.
처리 기구(100)는 장치(10)에 교체 가능하게 수신된다. 이러한 목적을 위해, 단부 캡(112)의 슬리브 영역(114)에서 처리 기구(100)를 수신하는 클램핑 장치(32)가 제공된다. 이러한 위치에서, 처리 기구(100)의 전기 접촉 표면(116)이 변압기(26)의 출력측(28)에 연결되는 전기 스프링 접점(30)과 접촉된다. 따라서 처리 기구(100)는 처리 기구(100)가 장치(10)의 클램핑 장치(32)에 수신될 때 변압기(26)에 전기적으로 결합된다.
장치(10)을 켜고/거나 끄기 위해 그리고 작동 파라미터를 변화시키는 것을 가능하게 하기 위해, 컨트롤러(18)에 연결되는 제어 요소(24)가 제공된다. 제어 요소(24)는 예를 들어, 버튼으로 구성된다. 장치(10)가 켜진 후에, 컨트롤러(18)는 저전압 전기적 여기 펄스를 생성시키기 시작하고, 이는 후자의 입력측(27)에 제어 신호로서 변압기(26)에 전달된다. 전기적 여기 펄스는 변압기에 의해 고-전압 고주파 전기 펄스로 변환되고 처리 기구(100)의 여기를 위한 여기 신호로서 사용된다. 이러한 경우, 처리 기구(100)의 바디(102)의 내부에 수신되는 불활성 가스(124)가 가스 방전으로 여기된다. 또한, 높은 교류 전기장이 생성된다.
장치(10)의 기능은 바람직하게 모니터링된다. 이러한 목적을 위해, 도 1a에 나타낸 실시형태에서의 장치(10)는 이러한 실시형태에서 추가의 구성요소로서 구성되는 안전 디바이스(20)를 포함한다. 이에 대한 대안으로서, 안전 디바이스(20)는 또한 컨트롤러(18)의 일부로서 구성될 수 있다. 안전 디바이스(20)는 아래로 떨어지거나 초과되지 않는 전기적 파라미터를 위한 미리 결정된 제한값과 관련하여, 변압기(26)의 출력측(28)에서의 고전압, 즉 고주파 전기 펄스를 모니터링하도록 구성되고 적용된다. 전기적 파라미터는 예를 들어, 전류, 전압, 펄스 반복률, 펄스 폭 및 펄스 주파수를 포함한다. 도 1a에 나타낸 실시형태에서, 측정은 변압기(26)의 출력측(27)에서 수행되고, 사용은 전기적 여기 펄스의 감소 후에, 고주파 전기 펄스가 측정될 수 있는 변압기(26)의 입력측(27)에서 신호를 생성시킨다는 사실로 이루어진다. 이들 전기적 파라미터의 측정을 위해, 나타낸 실시예에서 변압기(26)의 입력측(27)의 제2 단자(27b)는 안전 디바이스(20)를 통해 컨트롤러(18)에 연결된다. 제한값이 초과되거나 그 아래로 떨어지면, 변압기(26)로의 에너지 공급이 컨트롤러(16)에 의해 중단된다. 대안으로서 또는 추가로, 변압기(26)의 출력측에 대한 전기적 파라미터를 모니터링하는 것이 가능하다. 이러한 경우, 예를 들어, 출력측(28)의 제1 단자(28a)는 안전 디바이스(20)로의 추가의 연결부를 갖는다.
도 1b는 공진 변압기로서 구성된 변압기(26)의 개략적 단면도를 도시한다. 도면은 두 부분에 있고, 상부 절반은 평면도를 나타내며 하부 절반은 변압기(26)의 단면도를 나타낸다. 변압기(26)는 도 1b에 나타낸 실시예에서, 7개의 코일 격실(264)을 갖는 코어(262)를 갖는다.
나타낸 실시예에서, 변압기(26)의 이차 코일(280)은 6개의 코일 세그먼트(282)로 나눠지고, 코일 세그먼트(282) 중 하나는 코일 격실(264) 중 하나에 각각 배치된다. 개별 코일 세그먼트(282)는 코일 격실(264)에 의해 서로 일정 거리에 배치된다. 전기적으로, 개별 코일 세그먼트(282)는 직렬로 연결되고, 서로 옆에 배치되는 두개의 코일 세그먼트(282)는 연결부(284)에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 코일 세그먼트(282) 중 두개 사이의 각각의 거리 때문에, 전기 커패시턴스가 각각의 경우에 형성되고, 이는 변압기(26)의 출력측(28)(도 1a 참조)에서 진동 시스템의 고유 주파수 또는 공진 주파수에 영향을 준다. 상응하게, 이러한 공진 주파수는 거리를 변화시킴으로써 조정될 수 있다.
나타낸 실시예에서, 일차 코일(270)은 코일 격실(264) 중 하나에 동일하게 배치되는 단일 세그먼트로서 구성된다. 이러한 경우, 일차 코일(270)은 이차 코일(280)의 두개의 코일 세그먼트(282) 사이에 위치된다.
도 2는 장치(10)의 단순화된 개략적인 회로도를 나타낸다. 이러한 경우, 특히, 안전 디바이스(20)가 전기적 파라미터를 측정하기 위해 변압기(26)에 연결되는 방식이 표현된다. 변압기(26)는 펄스-구동 변압기로서 구성되고, 일차 코일(270) 및 이차 코일(280)을 갖는다. 입력측(27) 또는 일차 코일(270)의 제1 단자(27a)는 펄스 발생기(17)에 연결된다. 입력측(27) 또는 일차 코일(270)의 제2 단자(27b)는 하우징 쉴드(13)에 연결된다. 출력측(28), 또는 이차 코일(280)의 제1 단자(28a)는 처리 기구(100)에 연결되고, 출력측(28), 또는 이차 코일(280)의 제2 단자(28b)는 동일하게 하우징 쉴드(13)에 연결된다.
도 2의 단순화된 표현에서, 펄스 발생기(17)는 전기적 여기 펄스의 지속 기간 동안 변압기(26)에 스위치(17b)를 통해 연결되는 DC 전압 공급원(17a)을 포함한다.
도 2의 실시형태에서, 개략적으로 표현된 안전 디바이스(20)는 이들 고주파 전기 펄스에 의해 일차 코일에서 유도된 전압의 측정에 의해 고주파 전기 펄스의 전기적 파라미터들을 측정하도록 구성된다. 이러한 목적을 위해, 안전 디바이스(20)는 일차 코일(270)의 제1 및 제2 단자(27a, 27b)에 연결된다.
안전 디바이스(20)는 일차 코일(270)에서 유도된 전류에 의해 충전되는, 커패시터(206)에서 전압의 측정에 의해 고주파 전기 펄스의 전기적 파라미터를 확인한다. 이러한 목적을 위해 커패시터(207)은 다이오드(204) 및 제1 저항기(201)와 제2 저항기(202)에 의해 형성된 임피던스 변환기(203) 및 전압 분할기를 통해 일차 코일(270)의 제1 단자(27a)에 연결된다. 예를 들어, MOSFET으로서 구성되는 제어 가능한 스위치(205)에 의해, 임피던스 변환기(203)의 출력이 하우징 쉴드(13)에 그리고 그러므로 전기적 여기 펄스 동안 일차 코일(270)의 제2 단자(27b)에 단락될 수 있어, 전기적 여기 펄스가 커패시터(206)를 충전할 수 없다. 단지 변압기(26)의 여기가 종료된 후에, 제어 가능한 스위치(205)가 꺼져서 변압기(26)에 존재하는 진동의 양의 반파가 커패시터(206)를 각각 충전한다. 이어서, 커패시터(206)에 가해진 전압은 전압 측정 수단(207)에 의해 측정될 수 있다. 이어서, 컨트롤러(18)는 전압 측정의 결과의 함수로서 펄스 발생기(17)를 제어할 수 있고, 예를 들어 미리 결정된 제한값이 초과되거나 그 아래로 떨어지면, 펄스 발생기(17)를 끌 수 있다.
도 2의 표현에서, 펄스 발생기(17), 안전 디바이스(20) 및 컨트롤러(18)는 별도의 구성요소로서 표현된다. 그러나, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 이들 구성요소중 몇개 또는 모두를 공통 유닛으로서 구성시키는 것이 제공될 수 있다.
장치(10)의 처리 기구(100)는 도 3에 개략적으로 표현된다.
처리 기구(100)는 전기 절연 물질, 예를 들어 유리로 제조되는 바디(102)를 포함한다.
처리 기구(100)의 제1 단부(103) 옆에, 제1 직경(DS)를 갖는 연결 영역(106)이 존재하고, 처리 기구(100)의 제2 단부(104) 옆에, 제2 직경(DK)를 갖는 전구 영역(108)이 존재한다. 제2 직경(DK)은 이러한 경우 제1 직경(DS)보다 더 크다. 연결 영역(106)은 제1 길이(LS)를 가지며, 전구 영역(108)은 제2 길이(LK)를 갖는다. 연결 영역(106)의 제1 길이(LS)는 나타낸 실시형태에서 바디(102)의 전체 길이의 약 45%를 차지한다.
바람직하게, 전구 영역(108)의 부피는 처리 기구(100)의 바디(102)의 전체 부피의 적어도 2/3를 차지한다.
도 3의 표현으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전구 영역(108) 및 연결 영역(106)은 서로 갑작스럽게 합쳐지지 않는다. 바디(102)는 연결 영역(106)과 전구 영역(108) 사이에 연속적인 전이부를 갖는다.
나타낸 실시형태에서, 처리 기구(100)의 바디(102)의 제2 단부(104)는 실질적으로 평면이게 구성되어, 원형 표면이 전구 영역(108)을 폐쇄한다. 이러한 표면은 연속적인 전이부를 통해 원통형 전구 영역(108)으로 합쳐진다. 처리되는 대상 또는 처리되는 유기 물질과의 접촉을 위해, 전구 영역(108)의 실질적으로 평면형 표면 및 만곡된 벽 둘 모두가 사용될 수 있다.
단부 캡(112)은 제1 단부(103)에서 처리 기구(100)의 바디(102)를 둘러싸고, 전기 접촉 표면(116)(도 1 및 도 3 참조)이 제1 단부(103)에서 자유롭게 남아있다. 단부 캡(112)은 제1 단부로부터 출발하는 연결 영역(106)의 적어도 일부에 걸쳐 연장되는 슬리브 영역(114)을 포함한다. 슬리브 영역(114)은 길이(LH) 및 직경(DH)를 갖는다.
도 4는 단면도에서 제1 단부(103) 옆에 부분을 나타내는 처리 기구(100)의 상세도를 나타낸다. 단부 캡(112)은 제1 단부(103)에서 처리 기구(100)의 바디(102)를 둘러싸고, 전기 접촉 표면(116)은 단부 캡(112)을 통해 바디(112)의 내부에서 전극(110)과 접촉함을 알 수 있다. 바디(102)를 통한 전기 접촉 표면(116)과 전기 공급-스루(120) 사이에서, 도 3에 도시된 실시형태예에서, 전기 공급-스루(120)와 전기 접촉 표면(116) 사이의 전기적 연결부를 둘러싸는 전기 절연 물질로 제조되는 리벳(rivet; 118)이 존재한다.
또한 도 4에서 단부 캡(112)이 바디(102)의 배출 개구(126)를 덮고 있음을 알 수 있다. 배출 개구(126)를 통해, 바디(102)의 생산 동안, 공기가 초기에 배출되고, 불활성 가스(124), 예를 들어 네온이 후속하여 바디(102)의 내부로 도입되었다. 이어서, 배출 개구(126)가 폐쇄되었다.
또한 단부 캡(112)은 제1 단부(103)로부터 출발하는 연결 영역(106)의 적어도 일부 위로 연장되는 슬리브 영역(114)을 포함한다. 슬리브 영역(114)은 길이(LH) 및 직경(DH)를 갖는다. 바디(102)에서 단부 캡(112)을 고정하기 위해, 도 3에 나타낸 실시형태에서, 에폭시 접착제(122)가 사용되며, 이는 바디(102)와 단부 캡(112)의 슬리브 영역(114) 사이에 배치된다.
도 5는 변압기(26)의 출력측(27)에서의 고주파 전기 펄스(200)의 정성적 프로파일을 나타낸다. 고주파 전기 펄스(200)는 도 6에 나타내고 컨트롤러(18)의 펄스 발생기(17)에 의해 생성되는 여기 펄스(210)가 변압기(26)에 적용된 후 생성된다. 여기 펄스(210)는 공진 변압기(도 1a 참조)로서 구성되는 변압기(26)를 진동으로 여기시켜서, 처리 기구(100)의 전기적 여기를 위한 고주파 전기 펄스(200)로서 사용되는 고전압 고주파 신호가 생성된다.
도 5 및 도 6에서, 전압이 Y 축 상에 표시되고, 시간이 X 축 상에 표시된다. 도 6에 도시된 여기 펄스(210)는 예를 들어, 반도체 스위치 예를 들어, MOSFET에 의해서 다시 켜지고 꺼지는 DC 전압에 의해서 얻어진다. 도 5 및 도 6은 각각 단일 펄스를 나타낸다.
도 5에 나타낸 고주파 전기 펄스(200)는 나타낸 실시예에서 지수함수적 감소를 따르는 엔벨로프(202)를 갖는다. 고주파 전기 펄스(200)의 펄스 폭, 또는 펄스 지속 기간은 본 발명에서, 엔벨로프(202)의 감소가 A/e의 값으로 떨어질 때까지의 시간으로서 정의될 수 있고, 여기에서, A는 최대 진폭이고, e는 오일러 수(Euler's number)이다.
본 발명은 여기서 설명된 예시적인 실시형태들 및 여기서 강조된 양태들로 제한되지 않는다. 오히려, 본 기술 분야에서의 통상의 기술자의 능력 범위 내에 있는 많은 변형들이 청구범위에 의해 특정된 범위 내에서 가능하다.
10: 장치
12: 하우징
12a: 핸들 부분
13: 하우징 쉴드
14: 기구 가이드
16: 전기 에너지 저장 유닛
17: 펄스 발생기
17a: 전압 공급원
17b: 스위치
18: 컨트롤러
20: 안전 디바이스
201: 제1 리지스터
202: 제2 리지스터
203: 임피던스 변환기
204: 다이오드
205: 스위치
206: 커패시터
207: 전압 측정 수단
22: 충전 단자
24: 제어 요소
26: 변압기
262: 코어
264: 코일 격실
27: 입력측
27a: 제1 입력측 단자
27b: 제2 입력측 단자
270: 일차 코일
28: 출력측
28a: 제1 출력측 단자
28b: 제2 출력측 단자
280: 이차 코일
282: 코일 세그먼트
284: 연결부
30: 전기 스프링 접점
32: 클램핑 디바이스
100: 처리 기구
102: 바디
103: 제1 측
104: 제2 측
106: 연결 영역
108: 전구 영역
110: 전극
112: 단부 캡
114: 슬리브 영역
116: 전기 접촉 표면
118: 리벳
120: 전기 공급-스루
122: 에폭시 접착제
124: 불활성 가스
126: 배출 개구
200: 고주파 전기 펄스
202: 엔벨로프
210: 여기 펄스
D: 직경 (S=연결 영역, H=슬리브 영역, K=전구 영역)
L: 길이 (S=연결 영역, H=슬리브 영역, K=전구 영역)
12: 하우징
12a: 핸들 부분
13: 하우징 쉴드
14: 기구 가이드
16: 전기 에너지 저장 유닛
17: 펄스 발생기
17a: 전압 공급원
17b: 스위치
18: 컨트롤러
20: 안전 디바이스
201: 제1 리지스터
202: 제2 리지스터
203: 임피던스 변환기
204: 다이오드
205: 스위치
206: 커패시터
207: 전압 측정 수단
22: 충전 단자
24: 제어 요소
26: 변압기
262: 코어
264: 코일 격실
27: 입력측
27a: 제1 입력측 단자
27b: 제2 입력측 단자
270: 일차 코일
28: 출력측
28a: 제1 출력측 단자
28b: 제2 출력측 단자
280: 이차 코일
282: 코일 세그먼트
284: 연결부
30: 전기 스프링 접점
32: 클램핑 디바이스
100: 처리 기구
102: 바디
103: 제1 측
104: 제2 측
106: 연결 영역
108: 전구 영역
110: 전극
112: 단부 캡
114: 슬리브 영역
116: 전기 접촉 표면
118: 리벳
120: 전기 공급-스루
122: 에폭시 접착제
124: 불활성 가스
126: 배출 개구
200: 고주파 전기 펄스
202: 엔벨로프
210: 여기 펄스
D: 직경 (S=연결 영역, H=슬리브 영역, K=전구 영역)
L: 길이 (S=연결 영역, H=슬리브 영역, K=전구 영역)
Claims (15)
- 상처의 치유 및/또는 미생물의 불활성화를 위한 펄스식 전기장으로 처리를 보조하기 위한 장치(10)로서,
- 전기 에너지 저장 유닛(16),
- 전기적 여기 펄스를 제공하기 위한 펄스 발생기(17),
- 출력측(28)에 고주파 전기 펄스(200)를 제공하기 위한 변압기(26) - 상기 변압기(26)의 입력측(27)의 제1 단자가 상기 펄스 발생기(17)에 연결됨 -, 및
- 전기 절연 물질로 제조되는 폐쇄된 바디(102) 및 상기 바디(102)의 내부에 배치되는 전극(110)을 포함하는 처리 기구(100) - 가스 또는 가스 혼합물이 상기 바디(102)의 내부에 수신되고, 상기 처리 기구(100)는 전기적 여기에 반응하여 가스 방전을 위해 구성되며, 상기 처리 기구(100)의 제1 단부(103)는 상기 변압기(26)의 출력측(28)의 제1 단자에 결합하기 위해 구성됨 -을 포함하고,
상기 처리 기구(100)의 제2 단부(104)는 표면 및/또는 생물학적 조직의 접촉을 위해 구성되며,
상기 변압기(26)의 출력측(28)의 제2 단자는 상기 변압기(26)의 입력측(27)의 제2 단자에 그리고 하우징 쉴드(13)에 연결되고, 상기 하우징 쉴드(13)는 상기 장치의 하우징에 의해 주변으로부터 전기적으로 절연되며, 따라서 부동 접지로서 구성되고, 상기 변압기(26) 및 상기 펄스 발생기(17)는 상기 고주파 전기 펄스(200)가
- 10 kHz 내지 100 kHz의 범위의 주파수 및
- 100 Hz 내지 400 Hz의 범위의 펄스 반복률을 갖는 방식으로 구성되며,
상기 처리 기구는 생성된 고주파 전기 펄스, 또는 이의 전기장을, 처리될 대상 또는 처리될 유기 또는 생물학적 물질로 전도하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치. - 제1항에 있어서,
상기 장치(10)는 안전 디바이스(20)를 추가로 포함하고, 이는 상기 변압기(26)의 출력측(28)에서 상기 고주파 전기 펄스(200)의 전압 및/또는 주파수를 측정하며, 상기 고주파 전기 펄스(200)의 전압 및/또는 주파수가 미리 결정된 제한값을 초과 및/또는 그 미만으로 떨어지면 상기 변압기(26)로의 에너지 공급을 중단하도록 구성, 및/또는 전력 공급 시스템으로의 상기 장치(10)의 전기적 연결부를 검출하고, 이러한 연결부가 존재하면, 상기 변압기(26)로의 에너지 공급을 중단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 변압기(26)는 펄스-구동 변압기로서 형성되고 고주파 전기 펄스(200)를 제공하기 위해 여기 펄스(210)로 여기되며, 여기 펄스(210)의 반복률은 상기 고주파 전기 펄스의 펄스 반복률에 해당하는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제3항에 있어서,
상기 펄스-구동 변압기의 여기는 이차 코일과 관련하여 일차 코일의 위치를 전환함으로써 조정되는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고주파 전기 펄스의 전압 및/또는 주파수는 상기 펄스-구동 변압기의 일차 측에서 유도된 전압의 측정에 의해 상기 펄스-구동 변압기의 여기 펄스 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리 기구(100)는 제1 단부(103)에서 전극(110)을 위한 전류 피드-스루를 가지며, 상기 전류 피드-스루는 플라스틱으로 제조되는 단부 캡(112)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제6항에 있어서,
상기 단부 캡(112)의 플라스틱은 섬유로 보강되는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리 기구(100)의 바디(102)는 0.001 mbar 내지 7 mbar의 범위의 압력을 갖는 불활성 가스(124) 또는 불활성 가스 혼합물로 채워지는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리 기구(100)의 제1 단부(103) 옆에 제1 직경(DS)를 갖는 연결 영역(106)이 존재하고, 상기 처리 기구(100)의 제2 단부(103) 옆에 제2 직경(DK)를 갖는 전구 영역(108)이 존재하며, 상기 제2 직경(DK)은 제1 직경(DS)보다 더 크고, 전구 영역(108)은 상기 바디(102)의 전체 길이의 적어도 1/3을 차지하는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제5항 또는 제6항 및 제9항에 있어서,
상기 단부 캡(112)은 상기 처리 기구(100)의 연결 영역(106)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 슬리브 영역(114)을 가지며, 상기 처리 기구(100)는 클램핑 디바이스(32)에 의해 슬리브 영역(114)을 고정시키는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리 기구(100)는 110 ℃ 내지 140 ℃의 범위의 온도의 스팀에 의한 오토클레이빙을 위해 구성되는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 장치(10)가 제공되고, 장치(10)의 처리 기구(100)는 고주파 전기 펄스로 여기되는, 미생물의 불활성화를 위한 방법으로서, 상기 처리 기구(100)는 미생물이 불활성화되도록 의도되는 대상의 표면에 적용되어, 상기 처리 기구(100)의 바디(102)가 표면에 접촉하고, 상기 처리 기구(100)는 대상의 표면 위로 안내되며, 하우징 쉴드(13)는 대상으로부터 전기적으로 절연되어 전기 전도성 연결부가 대상과 변압기(26)의 제2 단자(27b, 28b) 사이에 확립되지 않는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제12항에 있어서,
대상은 의료 기구 및 유기 물질로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제13항에 있어서,
상기 유기 물질은 피부 또는 조직 샘플인 것을 특징으로 하는, 방법. - 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
대상의 내부에서의 미생물은 또한 불활성화되는 것을 특징으로 하는, 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP20187657.0 | 2020-07-24 | ||
| EP20187657 | 2020-07-24 | ||
| PCT/EP2021/070244 WO2022018074A1 (de) | 2020-07-24 | 2021-07-20 | Vorrichtung zur unterstützung einer behandlung mit gepulsten elektrischen feldern zur wundheilung und/oder zur inaktivierung von mikroorganismen und verfahren zur inaktivierung von mikroorganismen |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020237005568A KR20230042309A (ko) | 2020-07-24 | 2021-07-20 | 상처의 치유 및/또는 미생물의 불활성화를 위해 펄스식 전기장을 사용하여 처리를 지원하기 위한 장치, 및 미생물의 불활성화를 위한 방법 |
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| US4695472A (en) | 1985-05-31 | 1987-09-22 | Maxwell Laboratories, Inc. | Methods and apparatus for extending the shelf life of fluid food products |
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