KR20240041872A

KR20240041872A - Ttfield를 인가하기 위한 그라파이트의 시트를 포함하는 전극 어셈블리

Info

Publication number: KR20240041872A
Application number: KR1020237044278A
Authority: KR
Inventors: 요람 와서만; 스타스 오부초프스키; 나탈리아 쿠플레르니크; 데이비드 샤피로
Original assignee: 노보큐어 게엠베하
Priority date: 2021-08-06
Filing date: 2022-08-04
Publication date: 2024-04-01
Also published as: EP4344415A1; TW202319092A; TW202327692A; MX2023015427A; MX2023015428A; JP2024528795A; CA3226308A1; WO2023012707A1; IL309482A; WO2023012708A1; AU2022323907A1; CA3226310A1; JP2024527712A; US20230043071A1; KR20240042366A; US20230037806A1; EP4344414A1; IL309481A

Abstract

교류 전기장(예: TT필드)은 그라파이트 시트, 그라파이트 시트의 전면에 배치된 적어도 하나의 전도성 물질 층 및 그라파이트 시트 뒤에 배치된 전극 요소를 포함하는 하나 이상의 전극 어셈블리를 사용하여 피험자의 신체에 적용될 수 있다. 전극 요소는 그라파이트 시트의 후면과 전기적으로 접촉하도록 배치된 전면을 가진다. 그라파이트 시트는 열과 전류를 모두 시트의 앞면과 평행한 방향으로 분산시켜 전극 어셈블리의 핫스팟을 제거하거나 최소화한다. 따라서 온도 안전 임계값(예: 41℃)을 초과하지 않고도 전류를 증가시킬 수 있다.

Description

TTFIELD를 인가하기 위한 그라파이트의 시트를 포함하는 전극 어셈블리

본 출원은 미국 가출원 63/230,438(2021년 8월 6일 출원), 63/275,841(2021년 11월 4일 출원) 및 63/275,843(2021년 11월 4일 출원)의 이익을 주장하며, 이들 각각은 본 출원에 전체적으로 참조로 통합되어 있다.

종양 치료 필드(TTFields) 치료는 50kHz에서 1MHz 사이의 주파수(예: 100-500kHz)에서 교류 전기장을 사용하여 종양을 치료하는 입증된 접근 방식이다. 교류 전기장은 피험자 신체의 반대편에 배치된 전극 어셈블리(예: 용량성 결합 전극 어레이, 트랜스듀서 어레이라고도 함)에 의해 유도된다. 반대편 전극 어셈블리 사이에 교류 전압이 가해지면 교류 전류가 전극 어셈블리를 통해 피험자의 신체로 결합된다. 전류가 높을수록 치료 효과와 밀접한 상관관계가 있다.

도 1a는 X1-X9로 표시된 9개의 종래 기술 전극 요소를 포함하는 종래 기술 전극 어셈블리(40)의 개략도이다. 도 1b는 도 1a의 점선을 따라 도시된 전극 어셈블리(40)의 전극 요소(X7-X9)의 단면 도식도이다.

도 1b에 표시된 바와 같이, 전극 요소 X7(예시)은 금속 층(대각선 해칭으로 표시됨)과 세라믹(유전체) 층을 포함한다. 각 세라믹 층과 피험자의 피부 사이에 전기 전도성 하이드로겔의 각 층이 제공되어 전극 요소와 신체와의 전기적 접촉이 양호하게 이루어지도록 한다. 교류 전압 발생기(미도시)의 교류 전압이 반대편 전극 어셈블리의 전극 요소의 금속층에 적용되어 피험자 신체에 TTField를 생성한다.

사용 중에 하이드로겔과 전극 요소 아래의 피부가 가열되며, 안전을 고려할 때 피부 온도를 안전 임계값(예: 41℃) 이하로 유지해야 한다. 대부분의 열이 전극 요소 X1-X9 바로 아래에 나타나기 때문에(도 1c 참조), 종래의 전극 어셈블리는 전극 요소 바로 아래에 핫스팟이 있고 전극 요소 사이에 냉각 영역이 위치한다. 그리고 이러한 핫스팟은 종래 기술의 전극 어셈블리를 통해 전달될 수 있는 전류의 양을 제한한다.

본 발명의 일 측면은 피험자의 신체에 교류 전기장을 적용하기 위한 제1 장치에 관한 것이다. 제1 장치는 전면과 후면을 갖는 흑연 시트; 시트의 전면에 배치된 적어도 하나의 전도성 물질 층, 적어도 하나의 전도성 물질 층은 생체 적합성 전면을 갖는 층; 및 시트 뒤에 배치된 제1 전극 소자를 포함한다. 제1 전극 요소는 시트의 후면과 전기적으로 접촉하도록 배치된 제1 전면을 가진다.

제1 장치의 일부 실시예에서, 제1 전극 요소는 (i) 전면과 후면을 갖는 제1 유전체 재료 층 및 (ii) 제1 유전체 재료 층의 후면에 배치된 제1 금속 층을 포함한다. 이러한 실시예에서, 제1 유전체 재료 층의 전면은 제1 전극 요소의 제1 전면이다. 이러한 실시예들은 또한 제1 전극 요소의 제1 전면과 시트의 후면 사이에 배치된 제1 전도성 재료의 제1 후면 층을 더 포함한다. 전도성 물질의 제1 후면 층은 제1 전극 요소의 제1 전면과 시트의 후면 사이의 전기적 접촉을 용이하게 한다.

제1 장치의 일부 실시예는 시트 뒤에 배치된 제2 전극 요소를 더 포함한다. 제2 전극 요소는 시트의 후면과 전기적으로 접촉하도록 배치된 제2 전면을 가진다. 이러한 실시예에서, 제2 전극 요소는 (i) 전면과 후면을 갖는 제2 유전체 재료 층 및 (ii) 제2 유전체 재료 층의 후면에 배치된 제2 금속 층을 포함한다. 제2 유전체 재료 층의 전면은 제2 전극 요소의 제2 전면이다. 전도성 재료의 제1 후면 층은 제2 전극 요소의 제2 전면과 시트의 후면 사이에 배치된다. 그리고 전도성 재료의 제1 후면 층은 제2 전극 요소의 제2 전면과 시트의 후면 사이의 전기적 접촉을 용이하게 한다.

제1 장치의 일부 실시예는 시트 뒤에 배치된 제2 전극 요소를 더 포함한다. 제2 전극 요소는 시트의 후면과 전기적으로 접촉하도록 배치된 제2 전면을 가진다. 제2 전극 요소는 (i) 전면과 후면을 갖는 제2 유전체 재료 층 및 (ii) 제2 유전체 재료 층의 후면에 배치된 제2 금속 층을 포함한다. 제2 유전체 재료의 제2 층의 전면은 제2 전극 요소의 제2 전면이다. 이러한 실시예에서, 장치는 제2 전극 요소의 제2 전면과 시트의 후면 사이에 배치된 제2 전도성 재료의 제2 후면 층을 더 포함한다. 전도성 물질의 제2 후면 층은 제2 전극 요소의 제2 전면과 시트의 후면 사이의 전기적 접촉을 용이하게 한다.

제1 장치의 일부 실시예에서, 전도성 물질의 제1 후방 층은 전도성 하이드로겔을 포함한다. 제1 장치의 일부 실시예에서, 제1 전도성 물질의 제1 후방 층은 전도성 접착제를 포함한다. 제1 장치의 일부 실시예에서, 제1 전도성 물질의 제1 층은 접착 중합체 및 탄소 분말, 입자, 섬유, 플레이크 또는 나노튜브를 포함하는 전도성 접착제를 포함한다. 제1 장치의 일부 실시예에서, 제1 전도성 물질 층은 두께가 10 내지 2,000μm인 전도성 접착제를 포함한다.

제1 장치의 일부 실시예에서, 제1 전극 요소는 전면을 갖는 금속 피스를 포함하며, 금속 피스의 전면은 제1 전극 요소의 제1 전면이다.

제1 장치의 일부 실시예에서, 제1 전극 요소는 전면을 갖는 금속 조각을 포함하며, 금속 조각의 전면은 제1 전극 요소의 제1 전면이다. 이러한 실시예들은 또한 제1 전극 요소의 제1 전면과 시트의 후면 사이에 배치된 전도성 물질의 제1 후면 층을 더 포함한다. 전도성 물질의 제1 후면 층은 제1 전극 요소의 제1 전면과 시트의 후면 사이의 전기적 접촉을 용이하게 한다.

제1 장치의 일부 실시예에서, 제1 전극 요소는 전면을 갖는 금속 조각을 포함하며, 금속 조각의 전면은 제1 전극 요소의 제1 전면이다. 이러한 실시예에서, 제1 전극 요소의 제1 전면은 시트의 후면과 직접 접촉하도록 배치된다.

제1 장치의 일부 실시예에서, 흑연 시트는 열분해 흑연 시트이다. 제1 장치의 일부 실시예에서, 흑연 시트는 압축된 고순도 박리 광물 흑연 또는 흑연화된 폴리머 필름으로 만들어진 흑연 호일 시트이다.

제1 장치의 일부 실시예에서, 전도성 물질의 적어도 하나의 층은 하이드로겔을 포함한다. 제1 장치의 일부 실시예에서, 전도성 물질의 적어도 하나의 층은 50 내지 2000 μm 두께의 하이드로겔 층을 포함한다. 제1 장치의 일부 실시예에서, 전도성 물질의 적어도 하나의 층은 전도성 접착제를 포함한다. 제1 장치의 일부 실시예에서, 생체 적합성 전도성 물질의 전면 층은 전도성 접착제를 포함하고, 전도성 접착제는 접착 중합체 및 탄소 분말, 입자, 섬유, 플레이크 또는 나노튜브를 포함한다. 제1 장치의 일부 실시예에서, 생체 적합성 전도성 물질의 전면 층은 두께가 10 내지 2,000μm인 전도성 접착제를 포함한다.

제1 장치의 일부 실시예는 시트, 제1 전극 요소 및 적어도 하나의 전도성 물질 층을 지지하도록 구성된 유연한 자체 접착식 지지체를 더 포함하여, 적어도 하나의 전도성 물질 층의 전면이 피험자의 피부에 대해 배치될 수 있도록 한다. 제1 장치의 일부 실시예는 제1 전극 요소에 전기적으로 연결되는 리드를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면은 피험자 신체의 목표 영역에 교류 전기장을 적용하는 제1 방법에 관한 것이다. 제1 방법은 제1 전극 어셈블리를 피험자의 신체 위 또는 신체 내의 제1 위치에 배치하는 단계를 포함한다. 제1 전극 어셈블리는 제1 전면 및 제1 후면을 갖는 흑연의 제1 시트를 포함하며, 제1 전극 어셈블리는 제1 시트의 제1 전면이 표적 영역을 향하도록 배치된다. 제1 방법은 또한 제2 전극 어셈블리를 피사체 상의 또는 피사체 내의 제2 위치에 배치하는 것을 포함한다. 제2 전극 어셈블리는 제2 전면 및 제2 후면을 갖는 제2 흑연 시트를 포함하며, 제2 전극 어셈블리는 제2 시트의 제2 전면이 표적 영역을 향하도록 배치된다. 제 1 방법은 또한 제 1 전극 어셈블리와 제 2 전극 어셈블리 사이에 교류 전압을 인가하는 것을 포함한다. 인가 전압은 제1 전극 어셈블리와 제2 전극 어셈블리를 배치한 후에 수행된다.

제1 방법의 일부 예들에서, 인가하는 단계는 (i) 제1 후면과 전기적으로 접촉하도록 배치된 제1 전극 요소 및 (ii) 제2 후면과 전기적으로 접촉하도록 배치된 제2 전극 요소 사이에 교류 전압을 인가함으로써 구현된다. 선택적으로, 이러한 예는 제1 전극 요소의 제1 온도를 측정하는 단계; 제2 전극 요소의 제2 온도를 측정하는 단계; 및 제1 온도 및 제2 온도에 기초하여 인가하는 것을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

제1 방법의 일부 예에서, 제1 전극 어셈블리는 제1 전면 면에 배치된 제1 전도성 접착제 층을 더 포함하고, 제2 전극 어셈블리는 제2 전면 면에 배치된 제2 전도성 접착제 층을 더 포함한다.

제1 방법의 일부 예에서, 제1 및 제2 흑연 시트 각각은 열분해 흑연 시트이다. 제1 방법의 일부 예에서, 제1 및 제2 흑연 시트 각각은 압축된 고순도 박리 광물 흑연 또는 흑연화된 폴리머 필름으로 만든 흑연 호일 시트이다.

도 1a는 종래 기술의 전극 어셈블리를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1b는 도 1a의 점선을 따라 촬영한 종래 기술 전극 어셈블리의 전극 요소의 단면도이다.
도 1c는 종래 기술 전극 소자의 열 발생 특성을 보여주는 단면도이다.
도 1d는 도 1b 전극 소자를 가설적으로 수정했을 때의 열 발생 특성을 보여주는 단면도이다.
도 2는 피험자의 신체에 TTField를 적용하는 데 사용되는 전극 요소를 포함한 전극 어셈블리의 평면도이다.
도 3a는 도 2의 점선을 따라 촬영한 전극 요소 E1, E2를 포함하는 제1 실시예의 단면도이다.
도 3b는 도 3a 실시예의 열 발생 특성을 보여주는 단면도이다.
도 4a는 종래 기술의 전극 어셈블리의 열화상 이미지이다.
도 4b는 도 3a 실시예에 해당하는 전극 어셈블리의 열화상 이미지이다.
도 4c는 종래 기술 전극 어셈블리의 열 특성을 도 3a 실시예와 비교한 그래프이다.
도 4d는 금속(알루미늄) 시트를 사용하여 구축한 시뮬레이션 전극 어레이의 열화상 카메라 이미지를 도시한다.
도 4e는 열분해 그라파이트 시트를 사용하여 구축한 시뮬레이션 전극 어레이의 열화상 카메라 이미지를 도시한다.
도 4f는 그라파이트 시트가 있는 전극 배열과 없는 전극 배열을 사용하여 쥐의 몸통에 TTField를 적용한 실험 결과를 보여줍니다.
도 5는 도 2의 점선을 따라 촬영한 전극 요소 E1, E2를 포함하는 제2 실시예의 단면도이다.
도 6은 단일 전극 요소(E1)를 포함하는 제3 실시예의 단면도이다.
도 7은 단일 전극 요소(E1)를 포함하는 제4 실시예의 단면도이다.
도 8은 단일 전극 요소(E1)를 포함하는 제5 실시예의 단면도이다.
도 9는 피험자의 신체에 TTField를 적용하는 데 사용되는 두 개의 전극 어셈블리를 통합한 시스템의 블록 다이어그램이다.
다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 아래에 상세히 설명되며, 여기서 같은 참조 번호는 같은 요소를 나타낸다.

본 출원은 예를 들어 피험자의 신체에 TTField를 전달하고 피험자의 신체에 위치한 하나 이상의 암 또는 종양을 치료하는 데 사용할 수 있는 예시적인 전극 어셈블리에 대해 설명한다.

피험자의 신체에 TTField를 적용하면 피험자의 신체 온도가 유도된 전기장에 비례하여 상승할 수 있다. 규정에서는 트랜스듀서 어레이를 통해 구동할 수 있는 전류의 양을 피험자의 신체 위치에서 측정된 온도를 온도 임계값 이하로 유지하는 양으로 제한하고 있다. 당업자가 실시하는 바와 같이, 트랜스듀서 어레이에 의해 구동되는 작동 전류를 감소시키고 그 결과 발생하는 TTField의 강도를 감소시킴으로써 피험자의 신체에 있는 트랜스듀서 어레이 위치의 온도가 온도 임계값 이하가 되도록 제어된다. 이는 결국 종양 치료에 사용할 수 있는 TTFields 강도에 대한 최우선적인 제한이 된다. 따라서 피험자 피부의 온도 임계값을 초과하지 않으면서도 더 높은 TTField 강도에 안전하게 접근할 수 있는 기술이 필요하다.

여러 전극 요소로 구성된 트랜스듀서 어레이에서는 전극 요소 바로 아래에 위치한 트랜스듀서 어레이 부분이 전극 요소 사이에 위치한 트랜스듀서 어레이 부분보다 더 뜨거워진다. 또한, 여러 전극 요소로 구성된 트랜스듀서 어레이에서는 어레이의 중앙에 위치한 전극 요소에 비해 어레이의 가장자리를 따라 위치한 전극 요소를 통해 더 높은 전류가 흐른다. 또한 어레이 가장자리의 모서리 또는 이와 유사한 급격하게 구부러진 곳에 위치한 전극 요소는 가장자리를 따라 어레이의 중앙 근처에 있는 다른 전극 요소보다 더 높은 전류를 가진다. 어레이의 가장자리, 특히 모서리에 위치한 전극 요소를 통해 더 높은 전류를 구동하는 트랜스듀서 어레이의 경향을 여기서는 "가장자리 효과"라고 한다.

전극 요소의 분포 또는 가장자리 효과로 인해 트랜스듀서 어레이를 통한 전류가 고르지 않게 분포되면 트랜스듀서 어레이의 모서리 또는 가장자리와 같은 고온 영역(또는 "핫 스팟")이 발생할 수 있다. 이러한 핫 스팟은 임계 온도에 가장 먼저 도달하는 위치이므로 전류를 줄여야 하는 요구 사항을 제어한다. 따라서 핫스팟이 발생하면 트랜스듀서 어레이에서 구동할 수 있는 최대 작동 전류와 그 결과로 발생하는 TTField의 강도가 제한된다.

발명자들은 전류의 고르지 않은 분포를 줄이거나 최소화하여 더 높은 작동 전류를 적용할 수 있는 트랜스듀서 어레이가 필요하다는 것을 인식하였다. 증가된 전류로 작동하는 트랜스듀서 어레이는 피험자의 신체에 더 강한 TTField를 유도하여 궁극적으로 더 나은 환자 치료 결과를 가져올 수 있다. 개시된 전극 어셈블리를 사용하면 전류와 열이 어레이 전체에 고르게 분산되어 핫스팟을 최소화하거나 제거할 수 있다.

본원에 설명된 실시예는 아래에 설명된 바와 같이 그라파이트(graphite) 시트를 전극 어셈블리에 통합한다. 이는 (위에서 설명한 종래 기술 구성과 비교하여) 주어진 교류 전압이 전극 어셈블리에 인가될 때 핫스팟의 온도를 낮추고 냉각 영역의 온도를 높인다. 따라서 피험자 피부의 어느 지점에서든 안전 온도 임계값을 초과하지 않고도 전류를 증가시켜(치료 효과를 증가시켜) 치료 효과를 높일 수 있다.

일부 바람직한 실시예에서, 그라파이트 시트는 열분해 그라파이트 시트이다. 특히, 그라파이트는 비금속이기 때문에 피험자의 체내로 이온이 전달되는 것을 방지하는 데 유리하다.

본 발명은 다음의 상세한 설명, 실시예, 도면 및 청구범위와 그 전후의 설명을 참조함으로써 보다 용이하게 이해할 수 있다. 그러나, 본 발명은 달리 명시되지 않는 한 개시된 특정 장치, 장치, 시스템 및/또는 방법에 한정되지 않으며, 따라서 당연히 달라질 수 있다는 것을 이해해야 한다.

제목은 편의를 위해서만 제공되며, 본 발명을 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 개시의 임의의 제목 또는 임의의 부분에 예시된 실시예는 본 개시의 동일 또는 다른 제목 또는 다른 부분에 예시된 실시예와 결합될 수 있다.

본 명세서에 기재된 요소들의 조합 및 그 가능한 모든 변형은 본 명세서에 달리 명시되지 않거나 문맥상 명백히 모순되지 않는 한 본 발명에 포함되는 것으로 간주된다.

명세서 및 첨부된 청구항에서 사용된 바와 같이, 문맥에서 달리 명시되지 않는 한 단수 형태인 "a", "an" 및 "the"는 복수의 참조항을 포함한다.

도 2는 피험자의 신체에 TTField를 적용하는 데 사용되는 전극 요소를 포함하는 실시예의 전극 어셈블리(50)를 개략적으로 나타낸 도면인다. 도 2에는 E1 및 E2로 표시된 두 개의 전극 요소만 도시되어 있지만, 추가적인 전극 요소가 전극 어셈블리(50)에 포함될 수 있다. 다른 실시예에서, 전극 어셈블리(50)는 단일 전극 요소만을 포함한다. 특히, 도 2는 전극 어셈블리(50)를 일반적으로 도시하고 있으며, 이러한 전극 어셈블리(E1 및 E2)는 (예컨대, 도 3a-8과 관련하여 아래에서 설명하는 바와 같이) 상이한 구성을 가질 수 있다.

도 3a는 도 2의 파선을 따라 도시된 전극 요소(E1, E2)를 포함하는 전극 어셈블리(50a)의 제1 실시예의 단면도이다.

도 3a 실시예에서, 전극 어셈블리(50A)는 전면(도 3a에서 피험자의 피부를 향함) 및 후면을 갖는 열분해성(pyrolytic) 그라파이트 시트(70)를 포함한다. 적합한 형태의 그라파이트의 예로는, 열분해 그라파이트(일본 오사카의 카도마에 소재한 파나소닉 인더스트리에서 제공되는 열분해 그라파이트 시트(PGS)를 포함하되 이에 국한되지 않음)과 같은 합성 그라파이트, 압축된 고순도 박리된(exfoliated) 광물 그라파이트로 만들어진 그라파이트 포일(MinGraph® 2010A 플렉시블 그라파이트, 미국 애리조나주 투산의 Mineral Seal Corp, 미국 애리조나주 투손 소재)나 그라파이트화 폴리머 필름(예: 그라파이트화 폴리이미드 필름(일본 토치기현 모카시 소재 카네카사에서 공급하는 것을 포함하되 이에 국한되지 않음).

전극 어셈블리(50a)는 시트(70)의 전면에 배치된 적어도 하나의 전도성 물질(60) 층을 더 포함하며, 적어도 하나의 전도성 물질(60) 층은 생체 적합성 전면을 가진다. 도 3에 도시된 실시예에서는, 전도성 물질(60)이 단 하나의 층만 존재하며, 그 단 하나의 층은 생체 적합성이 있다는 점에 유의하여야 한다. 그러나 다른 실시예(도시되지 않음)에서는 하나 이상의 층이 있을 수 있으며, 이 경우 전면 층만 생체 적합성이 있어야 한다. 재료(60)의 적어도 하나의 층은 장치와 신체 사이의 양호한 전기적 접촉을 보장하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 재료 층(60)은 열분해 그라파이트 시트(70)의 전체 전면을 덮어야 한다. 적어도 하나의 재료 층(60)은 열분해 그라파이트 시트(70)와 동일한 크기이거나 더 클 수 있다. 일부 실시예들에서(그리고 도 3a에 도시된 바와 같이), 전도성 물질(60)의 적어도 하나의 층은 하이드로겔의 단일 층을 포함한다. 이러한 실시예들에서, 하이드로겔은 50 내지 2000μm, 예를 들어 100 내지 1000μm, 또는 심지어 300 내지 500μm 사이의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 전도성 물질(60)의 적어도 하나의 층은 비-하이드로겔 생체 적합성 전도성 접착제의 단일 층이다. 일부 실시예에서, 전도성 물질(60)의 적어도 하나의 층은 비-하이드로겔 생체 적합성 전도성 접착제의 단일 층으로서, 미국 매사추세츠주 스펜서의 플렉스콘의 개발 제품인 FLX068983 - FLEXcon® OMNI-WAVETM TT 200 BLACK H-502 150 POLY H-9 44PP-8, 또는 플렉스콘의 다른 옴니-웨이브 제품이거나, 어드히시브 리서치 주식회사(미국 펜실베이니아주 글렌 록)에서 제조 및 판매하는 ARcare® 8006 전기 전도성 접착제 조성물이다.비하이드로겔 전도성 접착제는 접착 특성과 탄소 입자, 분말, 섬유, 플레이크 또는 나노튜브를 가진 무수 폴리머(waterless polymer)를 포함할 수 있다. 접착 폴리머는 예를 들어 아크릴 폴리머 또는 실리콘 폴리머 또는 이들의 조합일 수 있으며, 아크릴 또는 실리콘 기반 탄소 충전 접착 테이프로 제공될 수 있다. 접착제는 추가로 하나 이상의 전도성 폴리머(예를 들어, 폴리아닐린(PANI) 또는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜(PEDOT) 또는 당업자에게 공지된 다른 것)를 포함할 수 있다. 전도성 물질(60)의 적어도 하나의 층 내의 전도성 필러는 비금속이어야 한다. 이러한 실시예들에서, 생체 적합성 전도성 접착제는 10 내지 2,000μm, 예를 들어 20 내지 1,000μm, 또는 30 내지 400μm 사이의 두께를 가질 수 있다.

[0055] 전극 어셈블리(50a)는 시트(70) 뒤에 배치된 제1 전극 요소(E1)를 더 포함한다. 제1 전극 요소(E1)는 시트(70)의 후면과 전기적으로 접촉하도록 배치된 제1 전극 면을 갖는다. 도 3a 실시예에서, 제1 전극 요소(E1)는 전면과 후면을 갖는 유전체(예컨대, 세라믹) 재료(310)의 제1 층과, 유전체 재료(310)의 제1 층의 후면에 배치된 금속(320)의 제1 층을 포함한다. 유전체 재료(310)의 제1 층의 전면은 제1 전극 요소(E1)의 제1 전면이다. 도면들(예컨대, 도 3a)은 유전체 재료(310)를 "세라믹"으로 묘사하고 있지만, 세라믹 재료 대신에 다양한 다른 적합한 유전체 재료가 사용될 수 있음에 유의하여야 한다. 예를 들어, 유전율이 적어도 10인 폴리머 층 또는 유전율이 적어도 10인 다른 물질이 포함된다.

일부 실시예에서, 유전체 재료(310)의 층은 10 내지 50,000 범위의 유전 상수를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 유전체 재료(310)의 층은 폴리(비닐리덴 플루오르화물-트리플루오로에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌) 및/또는 폴리(비닐리덴 플루오르화물-트리플루오로에틸렌-1-클로로플루오로에틸렌) 등의 고유전성 고분자 재료를 포함한다. 이러한 두 가지 중합체는 본 명세서에서 각각 "폴리(VDF-TrFE-CTFE)" 및 "폴리(VDF-TrFE-CFE)"로 약칭한다. 이러한 실시예들은 이들 물질의 유전율이 40 정도이기 때문에 특히 유리하다. 일부 실시예에서, 폴리머 층은 폴리(비닐리덴 플루오르화물-트리플루오로에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌-클로로플루오로에틸렌) 또는 "폴리(VDF-TrFE-CTFE-CFE)" 일 수 있다.

일부 실시예에서, 유전체 재료(310)의 층은 임의의 적절한 몰 비율로 VDF, TrFE, CFE 및/또는 CTFE와 같은 단량체의 중합 유닛을 포함하는 삼원 중합체를 포함한다. 적합한 삼원 중합체는, 예를 들어, 30~80 몰% VDF, 5~60 몰% TrFE를 갖는 것을 포함하며, CFE 및/또는 CTFE는 삼원 중합체의 몰%의 균형을 구성한다.

일부 실시예에서, 시트(70)는 중심을 가지며, 제1 전극 요소(E1)의 제1 전면의 중심은 시트(70)의 중심으로부터 3㎝ 미만 떨어진 곳에 위치한다. 일부 실시예에서, 시트(70)는 중심 및 시트(70)의 후면과 평행한 치수(예를 들어, 길이 또는 폭)를 가지며, 제1 전극 요소(E1)의 제1 전면 면의 중심은 시트(70)의 중심으로부터 30% 미만 또는 치수의 10% 미만으로 떨어져 위치한다.

전극 어셈블리(50a)는 제1 전극 요소(E1)의 제1 전면(즉, 유전체 재료(310)의 제1 층의 전면)과 시트(70)의 후면 사이에 배치된 전도성 재료(80)의 제1 후면 층을 더 포함한다. 전도성 물질(80)의 제1 후면 층은 제1 전극 요소(E1)의 제1 전면과 시트(70)의 후면 사이의 전기적 접촉을 용이(facilitate)하게 한다. 일부 실시예에서, 전도성 물질(80)의 후방 층은 하이드로겔 층이다. 그러나 다른 실시예들에서는, 다른 전도성 물질(예컨대, 전도성 그리스, 전도성 접착제, 전도성 테이프, 전도성 복합체 등)이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 전도성 물질(80)은 전술한 바와 같은 비-하이드로겔 전도성 접착제일 수 있다.

[0060] 전극 어셈블리(50a)는 선택적으로 하나 이상의 추가 전극 요소를 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 전극 어셈블리(50a)는 시트(70) 뒤에 배치된 제2 전극 요소(E2)를 포함한다. 제2 전극 요소(E2)는 시트(70)의 후면과 전기적으로 접촉하도록 배치된 제2 전면을 갖는다. 도 3a의 두 전극 요소(E1, E2)는 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 제2 전극 요소(E2)는 전면과 후면을 갖는 제2 유전체(예컨대, 세라믹) 재료 층(310)과, 제2 유전체 재료 층(310)의 후면에 배치된 제2 금속 층(320)을 포함한다. 유전체 재료(310)의 제2 층의 전면은 제2 전극 요소(E2)의 제2 전면이다. 일부 실시예에서, 모든 전극 요소들의 총 면적은 시트(70)의 면적보다 작거나, 시트(70)의 면적의 절반보다 작거나, 시트(70)의 면적의 1/4보다 작거나, 시트(70)의 면적의 1/10보다 작을 수 있다.

전도성 물질의 제1 후면 층(80)은 제2 전극 요소(E2)의 제2 전면(즉, 유전체 물질(310)의 제2 층의 전면)과 시트(70)의 후면 사이에 위치한다. 전도성 물질(80)의 제1 후면 층은 제2 전극 요소(E2)의 제2 전면과 시트(70)의 후면 사이의 전기적 접촉을 용이하게 한다. E1에 대해 설명된 바와 같이, 그리고 도 3a에 도시된 바와 같이, 전도성 물질(80)은 하이드로겔 층일 수 있지만, 다른 실시예들에서는 다른 전도성 물질(예를 들어, 전도성 그리스, 전술한 비-하이드로겔 전도성 접착제를 포함하는 전도성 접착제, 전도성 테이프, 전도성 복합체 등)이 사용될 수 있다.

모든 전극 요소들(예컨대, 예시된 실시예에서 E1 및 E2)의 금속 층들(320)은 (예컨대, 와이어, 플렉스 회로 상의 트레이스 등을 사용하여) 리드(90)에 함께 배선될 수 있다. 리드(90)는 전극 어셈블리(50a)가 치료를 위해 피험자의 신체에 부착될 때 전극 요소에 교류 전압 생성기(도시되지 않음)로부터 교류 전압을 공급하여 TTField를 생성한다.

선택적으로, 전극 어셈블리(50a)는 시트(70), 제1 전극 요소(E1)(및 전극 어셈블리 내에 존재하는 임의의 다른 전극 요소) 및 적어도 하나의 전도성 물질 층(60)을 지지하도록 구성된 유연성 자기 접착성 지지체(flexible self-adhesive backing, 55)을 포함하여, 적어도 하나의 전도성 물질 층(60)이 피험자의 피부에 대해 위치할 수 있도록 한다.

전술한 바와 같이, 도 2는 전극 요소들(E1, E2)을 포함하는 전극 어셈블리(50)의 평면 도식도이다. 도 2(축척되지 않음)는 또한 시트(70)의 면적이 전극 요소들(E1, E2)의 결합된 면적보다 (예를 들어, 적어도 2배 더 크거나, 적어도 4배 더 크거나, 또는 적어도 10배 더 큰) 더 크다는 것을 도시한다. 전극 요소(E1, E2)에 교류 전압이 인가되면 열이 시트(70) 전체로 확산되어 핫스팟이 최소화되거나 제거된다.

이러한 핫스팟의 감소(종래 기술에 비해)는 도 1c와 도 3b를 비교하면 분명해진다. 보다 구체적으로, 도 1c는 전극 요소와 거의 동일한 면적을 차지하는 전도성 하이드로겔 층에 배치된 종래 기술의 전극 요소에 대한 전류 분포 및 발열을 보여준다. 도 1c에서 볼 수 있듯이 모든 전류는 전극 소자 바로 아래의 하이드로겔 층을 통과하며, 이로 인해 전극 소자 바로 아래에 핫스팟이 발생한다.

처음에는 하이드로젤의 면적을 늘려 전극 소자 사이의 모든 영역을 덮으면(즉, 전극 소자보다 훨씬 더 넓은 면적을 x-y 평면에 덮으면) 이 문제를 해결할 수 있다고 생각할 수 있다. 그러나 이것은 사실이 아니다. 보다 구체적으로, 도 1d는 이 가상의 전극 어셈블리에 대한 전류 분포와 발열량을 보여준다. 도 1d에서 볼 수 있듯이 모든 전류는 여전히 전극 소자 바로 아래의 하이드로겔 층을 통과하며, 이로 인해 전극 소자 바로 아래에 핫스팟이 발생한다.

[0067] 이와 대조적으로, 도 3b는 도 3a 실시예에 대한 전류 분포를 보여준다. 도 3b에 표시된 바와 같이, 전류는 여전히 후면 전도성 재료 층(예: 도 3b의 80)에서 전극 소자 아래 영역에만 분포된다. 그러나 열분해 그라파이트 시트(70)는 수평 방향의 열전도율이 높기 때문에 전체 영역에 걸쳐 열을 분산시킨다. 열을 분산시킬 뿐만 아니라, 시트(70)의 수평 방향의 낮은 전기 저항은 전류를 시트(70) 전체에 걸쳐 바깥쪽으로 확산시키고, 이렇게 확산된 전류 분포는 전도성 물질(60) 층을 거쳐 피험자의 피부로 계속 이어진다. 이 실시예에서 전류와 열은 모두 전도성 물질 층(60)의 더 넓은 영역에 분산되기 때문에 핫스팟이 제거되거나 최소한 최소화된다. 즉, 주어진 인가 교류 전압에 대해 도 3a/B 실시예의 전극 어셈블리 아래의 가장 뜨거운 지점은 도 1 선행 기술 실시예의 전극 어셈블리 아래의 가장 뜨거운 지점보다 낮은 온도를 가진다. 따라서, 도 3a 실시예의 전극 어셈블리 아래의 임의의 지점에서 안전 온도 임계값을 초과하지 않고 (종래 기술의 전류와 비교하여) 전류를 증가시킬 수 있다. 그리고 이러한 전류의 증가는 TTFields 치료의 효능을 유리하게 증가시킨다. 하이드로젤을 전도성 접착제 복합체로 대체할 때도 비슷한 결과를 얻을 수 있다.

도 3a 실시예의 우수한 성능은 도 4a, 도 4b 및 도 4c에서 확인할 수 있다. 도 4a는 두 개의 전극 요소와 전극 요소의 전면에 배치된 하이드로겔 층을 포함하는 종래 기술 전극 어셈블리의 열화상 이미지이다. 전극 요소의 전면과 하이드로겔 층의 후면 사이에는 그라파이트 시트가 없다. 사용 시 하이드로겔 층의 앞면은 피험자의 피부 위에 위치한다. 도 4a는 전극 요소에 해당하는 영역에서 생성된 핫스팟을 보여준다.

도 4b는 도 3a 실시예에 대응하는 전극 어셈블리의 열화상 이미지로, 열분해 그라파이트(70)이 전극 요소(E1, E2)의 전면과 전도성 층(60)의 후면 사이에 배치되고 전도성 층(60)이 하이드로겔로 만들어진 전극 어셈블리의 열화상 이미지이다. 도 4b는 종래 기술의 전극 어셈블리에서 생성되는 것과 같은 핫스팟이 최소화되고 최대 온도가 감소되었음을 보여준다. 도 4c는 동일한 인가 전류(500mA)에 대해 도 3a 실시예(열분해 그라파이트 포함)와 선행 기술(그라파이트 없음)의 열 성능을 비교한 그래프인다. 특히, 선행 기술 전극 어셈블리의 가장 뜨거운 부분은 41℃였지만, 도 3a 실시예에 동일한 500mA 전류를 인가했을 때 전극 어셈블리의 가장 뜨거운 부분은 32℃에 불과하였다. 압축된 고순도 각질 제거 광물 그라파이트로 만든 그라파이트 호일을 사용하여 유사한 실험을 수행한 결과도 비슷한 결과를 보였다.

관련 실험에서 최적화된 기존 어레이(그라파이트 시트 없음)는 2A 인가 전류로 실행할 경우 최대 40°C의 평균 온도까지만 실행할 수 있었으며, 따라서 한계가 있었다. (도 3a 실시예와 같은 방식의) 열분해 그라파이트 시트가 추가된 동일한 유형의 어레이는 더 높은 전력 수준(3A 인가 전류 사용)에서 작동할 수 있었고, 온도 임계값 한계보다 2~3℃ 낮은 38℃의 평균 온도에서 작동할 수 있었다. 이러한 결과는 본원에 설명된 본 발명의 장치 및 방법이 더 높은 인가 전류에서 작동함으로써 더 유익한 치료 결과를 달성할 수 있음을 시사한다.

신체의 목표 위치를 치료하기 위한 전극의 실험 시뮬레이션에서 그라파이트 시트를 사용하여 얻은 열 분포와 금속 시트를 사용하여 얻은 열 분포를 비교하였다. 실험의 절반에서는 두 개의 금속 시트(알루미늄) 사이에 팬텀 젤을 끼우고 두 금속 시트 사이에 전압을 가했다(시트의 중앙에 직접). 실험의 나머지 절반에서는 팬텀 젤을 두 장의 열분해 그라파이트 사이에 끼워 넣고 두 열분해 그라파이트 시트 사이에 전압을 가했다(시트의 중앙에 직접). 한 쌍의 금속 시트(알루미늄) 사이에 전압을 가하면 시트 가장자리의 전류 밀도가 높아져 서로 다른 영역이 불균등하게 가열된다. 반대로 두 그라파이트 시트 사이에 전압을 가하면 시트 중앙과 가장자리에서 전류 밀도가 훨씬 균일해져 시트의 온도 프로파일이 더 균일해진다.

도 4d와 4e는 각각 금속(알루미늄) 시트를 사용하여 구축한 시뮬레이션 전극 어레이와 열분해 그라파이트 시트를 사용하여 구축한 시뮬레이션 전극 어레이의 열화상 카메라 이미지를 보여준다. 알루미늄 시트는 열 분포도가 고르지 않아 바깥쪽 가장자리가 먼저 임계 온도에 도달하여 전류를 줄이는 데 필요한 요구 사항으로 제어된다. 반면 열분해 그라파이트 시트는 시트 전체에 걸쳐 매우 균일한 열 분포를 생성한다.

도 4f는 그라파이트 시트가 있는 전극 어레이와 없는 전극 어레이를 사용하여 쥐의 몸통에 TTField를 적용했을 때의 실험 결과를 보여준다(작은 동물 어레이 사용). 두 개의 아래쪽 트레이스는 도 1a/1b에 표시된 선행 기술 전극 어레이를 사용했을 때 두 마리의 쥐에 대해 측정된 전류를 보여주고, 두 개의 위쪽 트레이스는 도 3a에 표시된 전극 소자를 사용했을 때(그라파이트 시트 사용) 두 마리의 쥐에 대해 측정된 전류를 보여준다. 열 설정점은 모든 실행에서 동일하였다. 특히 그라파이트 시트를 포함했을 때 그라파이트로 인한 열 및 전류 분포 개선으로 동일한 열 설정값에 대해 저항은 20% 더 낮고 전류는 50% 더 높았다. 전류가 높을수록 결과가 개선되기 때문에 이 실험은 전극 어레이에 그라파이트 층을 통합하면 더 나은 결과를 얻을 수 있음을 보여준다.

도 5는 도 2의 점선을 따라 절단한 전극 요소(E1, E2)를 포함하는 전극 어셈블리(50b)의 제2 실시예의 단면도이다. 도 5 실시예는 다음을 제외하고 모든 측면(도면 라벨링 포함)에서 도 3a 실시예와 유사하다. 도 3a 실시예는 시트(70)와 제1 및 제2 전극 요소(E1 및 E2)의 전면 사이에 배치된 전도성 물질(예컨대, 하이드로겔)의 대형 후면 층(80)을 포함한다. 이와 대조적으로, 도 5 실시예는 각각의 개별 전극 요소에 대해 별도의 전도성 물질(380)의 영역을 포함한다. 따라서, 도 5 실시예는 제1 전극 요소(E1)의 제1 전면과 시트(70)의 후면 사이에 위치하는 전도성 물질(380)의 제1 후면 층을 포함하며, 또한 제2 전극 요소(E2)의 제2 전면과 시트(70)의 후면 사이에 위치하는 전도성 물질(380)의 제2 후면 층을 포함한다. 전도성 물질(380)의 제1 및 제2 후면 층은 각각의 전극 전면과 시트(70)의 후면 사이의 전기적 접촉을 용이하게 한다. 일부 실시예에서, 전도성 물질(380)의 후방 층은 하이드로겔 층이다. 그러나 다른 실시예들에서는, 다른 전도성 물질(예를 들어, 전도성 그리스, 전술한 비-하이드로겔 전도성 접착제를 포함하는 전도성 접착제, 전도성 테이프, 전도성 복합체 등)이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 모든 전극 요소들의 총 면적은 시트(70)의 면적보다 작거나, 시트(70)의 면적의 절반보다 작거나, 시트(70)의 면적의 1/4보다 작거나, 시트(70)의 면적의 1/10보다 작을 수 있다.

도 3a 실시예에서와 마찬가지로, 도 5 실시예의 전류는 여전히 전극 요소들 아래의 영역에서만 전도성 물질(380)의 후방 층에 집중된다. 열분해 그라파이트 시트(70)는 도 3a 실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 열과 전류를 분산시켜 핫스팟을 제거하거나 적어도 최소화한다. 즉, 주어진 인가된 교류 전압에 대해, 도 5 실시예의 전극 조립체 아래의 가장 뜨거운 지점은 도 1 선행기술 실시예의 전극 조립체 아래의 가장 뜨거운 지점보다 낮은 온도에 있을 것이다. 따라서, 도 5 실시예의 전극 어셈블리 아래의 임의의 지점에서 안전 온도 임계값을 초과하지 않고 (종래 기술의 전류와 비교하여) 전류를 증가시킬 수 있다. 그리고 이러한 전류의 증가는 TTFields 치료의 효능을 유리하게 증가시킨다.

도 6은 단일 전극 요소(E1)를 포함하는 전극 어셈블리(50c)의 제3 실시예의 단면도이다. 도 6의 실시예는 도 3a의 실시예와 유사하나, 도 6의 실시예는 유전체 재료 층을 포함하지 않는다. 도 6 실시예에서, 전극 어셈블리(50c)는 전면(도 6에서 피험자의 피부를 향함) 및 후면을 갖는 열분해 그라파이트 시트(70)를 포함한다. 이 시트(70)는 도 3a와 관련하여 위에서 설명한 시트(70)와 유사하다.

[0077] 전극 어셈블리(50c)는 시트(70)의 전면에 배치된 적어도 하나의 전도성 물질(60) 층을 더 포함하며, 적어도 하나의 전도성 물질(60) 층은 생체 적합성 전면을 갖는다. 도 6에 도시된 실시예에서는, 전도성 물질(60)이 단 하나의 층만 존재하며, 그 단 하나의 층은 생체 적합성이 있다는 점에 유의한다. 그러나 다른 실시예(도시되지 않음)에서는 하나 이상의 층이 있을 수 있으며, 이 경우 전면 층만 생체 적합성이 있어야 한다. 전도성 물질(60)의 적어도 하나의 층은 장치와 신체 사이의 양호한 전기적 접촉을 보장하도록 구성된다. 바람직한 실시예에서, 전도성 물질(60)의 적어도 하나의 층은 열분해 그라파이트 시트(70)의 전체 전면을 덮어야 한다. 전도성 물질(60)의 적어도 하나의 층은 열분해 그라파이트 시트(70)와 동일한 크기이거나 더 클 수 있다(즉, 동일한 면적 이상을 덮을 수 있다). 일부 실시예에서, 전도성 물질(60)의 적어도 하나의 층은 하이드로겔의 단일 층을 포함한다. 이러한 실시예에서, 하이드로겔은 50 내지 2000μm, 예를 들어 100 내지 1000μm, 또는 심지어 300 내지 500μm 사이의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 전도성 물질(60)의 적어도 하나의 층은 전술한 바와 같이 비-하이드로겔 생체적합성 전도성 접착제의 단일 층이다. 일부 실시예에서, 전도성 물질(60)의 적어도 하나의 층은 위에서 설명한 FLEXcon의 OMNI-WAVE 제품 또는 Adhesives Research 주시회사의 ARcare® 제품과 같은 비-하이드로겔 생체 적합성 전도성 접착제의 단일 층이다. 비하이드로겔 전도성 접착제는 접착 특성을 갖는 무수성 폴리머(waterless polymer, 예: 아크릴 폴리머 또는 실리콘 폴리머, 또는 이들의 조합)와 전도성 필러로 구성될 수 있다. 전도성 물질(60)의 적어도 하나의 층 내의 전도성 필러는 비금속이어야 한다. 이러한 실시예들에서, 생체 적합성 전도성 접착제는 10 내지 2,000μm, 예를 들어 20 내지 1,000μm, 또는 30 내지 400μm 사이의 두께를 가질 수 있다.

전극 어셈블리(50c)는 시트(70) 뒤에 배치된 제1 전극 요소(E1)를 더 포함한다. 제1 전극 요소(E1)는 시트(70)의 후면과 전기적으로 접촉하도록 배치된 전면을 갖는 금속 피스(piece, 500)을 포함한다. 도 6 실시예에서, 금속 피스(500)의 전면은 제1 전극 요소(E1)의 제1 전면이다. 따라서, 도 6 실시예는 유전체 재료 층이 없다는 점에서 도 3a 또는 도 5 실시예와 다르다. 이 도 6 실시예에서 제1 전극 요소(E1)와 시트(70) 사이의 위치 관계는 도 3a와 관련하여 위에서 설명한 바와 같을 수 있다.

전극 어셈블리(50c)는 제1 전극 요소(E1)의 제1 전면(즉, 금속 피스(500)의 전면)과 시트(70)의 후면 사이에 배치된 전도성 물질(80)의 제1 후면 층을 더 포함한다. 전도성 물질(80)의 제1 후면 층은 제1 전극 요소(E1)의 제1 전면과 시트(70)의 후면 사이의 전기적 접촉을 용이하게 한다. 일부 실시예에서, 전도성 물질(80)의 후방 층은 하이드로겔 층이다. 그러나 다른 실시예들에서는, 다른 전도성 물질(예를 들어, 전도성 그리스, 전술한 비-하이드로겔 전도성 접착제를 포함하는 전도성 접착제, 전도성 테이프, 전도성 복합체 등)이 사용될 수 있다.

전극 요소(E1)의 금속 피스(500)는 리드(90)에 배선(예컨대, 와이어, 플렉스 회로의 트레이스 등을 사용하여)되어, 전극 어셈블리(50c)가 치료를 위해 피험자의 신체에 부착될 때 TT필드를 생성하기 위해 교류 전압 생성기(도시되지 않음)로부터 교류 전압을 전극 요소에 공급한다.

전극 어셈블리(50c)는 선택적으로 전극 요소(E1)와 동일한 구조를 가지며 동일한 기능을 갖도록 배치된 하나 이상의 추가 전극 요소(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 모든 전극 요소의 금속 피스(500)들은 리드(90)에 함께 배선될 수 있다(예를 들어, 와이어, 플렉스 회로 상의 트레이스 등을 사용하여).

단일 전극 요소(E1)만을 포함하는 일부 실시예에서, 시트(70)의 면적은 전극 요소(E1)의 면적보다 더 크다(예를 들어, 적어도 2배 더 크거나, 적어도 4배 더 크거나, 또는 적어도 10배 더 큼). 복수의 전극 요소(도시되지 않음)를 포함하는 일부 실시예에서, 시트(70)의 면적은 모든 전극 요소의 집합적인 면적보다 더 크다(예를 들어, 적어도 2배, 4배, 또는 10배 더 큼). 전극 요소에 교류 전압이 인가되면 열이 전체 시트(70)에 걸쳐 분산되어 핫스팟이 최소화되거나 제거된다.

도 3a 실시예와 유사하게, 도 6 실시예의 열분해 그라파이트 시트(70)는 도 3a 실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 열 및 전류를 분산시켜 핫 스팟을 제거하거나 적어도 최소화한다. 즉, 주어진 인가 교류 전압에 대해 도 6 실시예의 전극 어셈블리 아래의 가장 뜨거운 지점은 도 1 선행 기술 실시예의 전극 어셈블리 아래의 가장 뜨거운 지점보다 온도가 낮을 수 있다. 따라서, 도 6 실시예의 전극 어셈블리 아래의 임의의 지점에서 안전 온도 임계값을 초과하지 않고 (종래 기술의 전류와 비교하여) 전류를 증가시킬 수 있다. 그리고 이러한 전류의 증가는 TTFields 치료의 효능을 유리하게 증가시킬 것이다.

도 7은 단일 전극 요소(E1)를 포함하는 전극 어셈블리(50d)의 제4 실시예의 단면을 나타낸 것이다. 도 7 실시예는 제1 전극 요소(E1)의 제1 전면(즉, 금속 피스(600)의 전면)이 (전도성 물질의 중간층을 통해 전기적으로 연결되는 대신에) 시트(70)의 후면과 직접 접촉하도록 배치된다는 점을 제외하면, 도 6 실시예와 유사하다.

도 6 실시예와 유사하게, 도 7 실시예의 열분해 그라파이트 시트(70)는 도 3a 실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 열 및 전류를 분산시켜 핫스팟을 제거하거나 적어도 최소화한다. 즉, 주어진 인가 AC 전압에 대해 도 7 실시예의 전극 어셈블리 아래의 가장 뜨거운 지점은 도 1 선행 기술 실시예의 전극 어셈블리 아래의 가장 뜨거운 지점보다 온도가 낮다. 따라서, 도 7 실시예의 전극 어셈블리 아래의 임의의 지점에서 안전 온도 임계값을 초과하지 않고 (종래 기술의 전류와 비교하여) 전류를 증가시킬 수 있다. 그리고 이러한 전류의 증가는 TTFields 치료의 효능을 유리하게 증가시킬 것이다.

도 8은 단일 전극 요소(E1)를 포함하는 전극 어셈블리(50e)의 다섯 번째 실시예의 단면도인다. 도 8 실시예는 도 7 실시예와 유사하지만, 금속 조각(600)과 직렬로 연결된 커패시터(700)가 금속 피스(600)의 뒤에 추가된다. 도 6 실시예에서도 금속 피스(600)와 직렬로 연결되고 금속 피스(600) 뒤에 직렬로 연결된 커패시터(700)를 유사하게 추가하는 것을 구상할 수 있다.

도 9는 한 쌍의 도 3a 전극 어셈블리(50a)를 사용하여 피험자 신체의 목표 영역에 교류 전기장을 적용하는 방법을 보여준다. 피험자는 사람 또는 쥐와 생쥐를 포함하되 이에 국한되지 않는 다른 포유류일 수 있다. (도 5-8과 관련하여 위에서 설명한 전극 어셈블리 중 어느 것이라도 여기에 도시된 도 3a 전극 어셈블리(50a) 대신 사용될 수 있음에 유의한다).

이 방법은 피험자의 신체 상 또는 신체 내의 제1 위치에 제1 전극 어셈블리(50a)를 배치하는 것을 포함한다. (도 9에 도시된 예에서, 제1 전극 어셈블리(50a)는 표적 영역 예를 들어 종양)을 향하는 피험자의 머리 오른쪽에 있는 피험자의 피부 상에 위치한다. 제1 전극 어셈블리(50a)는 본원에 앞서 설명한 바와 같이 구성될 수 있다. 도 9 실시예에서, 제1 전극 어셈블리(50a)는 제1 전면 및 제1 후면을 갖는 열분해 그라파이트(70)의 제1 시트(70)를 포함한다. 사용 중에, 제1 전극 어셈블리(50a)는 제1 시트(70)의 제1 전면이 목표 영역을 향하도록 배치된다.

[0089] 이 방법은 또한 제2 전극 어셈블리(50a)를 피험자의 신체 내 또는 신체 상의 제2 위치에 배치하는 것을 포함한다. (도 9에 도시된 예에서, 제2 전극 어셈블리(50a)는 표적 영역을 향하는 피험자의 머리 왼쪽에 있는 피험자의 피부 상에 위치한다. 제2 전극 어셈블리(50a)는 본원에 앞서 설명한 바와 같이 구성될 수 있다. 도 9 실시예에서, 제2 전극 어셈블리(50a)는 제2 전면 및 제2 후면을 갖는 열분해 그라파이트(70)의 제2 시트(70)를 포함한다. 사용 중에, 제2 전극 어셈블리(50a)는 제2 시트(70)의 제2 전면이 타겟 영역을 향하도록 배치된다.

이 방법은 제1 전극 어셈블리(50a)와 제2 전극 어셈블리(50a) 사이에 교류 전압을 인가하는 것을 더 포함한다. 인가하는 것은 제1 전극 어셈블리(50a) 및 제2 전극 어셈블리(50a)를 배치한 후에 수행된다. 인가는 (i) 제1 시트(70)의 제1 후면과 전기적으로 접촉하도록 배치된 제1 전극 요소와 (ii) 제2 시트(70)의 제2 후면과 전기적으로 접촉하도록 배치된 제2 전극 요소 사이에 교류 전압을 인가함으로써 구현될 수 있다.

일부 실시예에서, 제1 전극 어셈블리(50a)는 제1 시트(70)의 제1 전면에 배치된 생체 적합성 전도성 물질(60)의 제1 층을 더 포함한다. 이에 대응하여, 제2 전극 어셈블리는 제2 시트(70)의 제2 전면 면에 배치된 생체 적합성 전도성 물질(60)의 제2 층을 더 포함한다. 전술한 바와 같이, 생체 적합성 전도성 물질(60)은 하이드로겔일 수도 있고, 전도성 그리스, 전술한 비-하이드로겔 전도성 접착제를 포함하는 전도성 접착제, 전도성 테이프, 전도성 복합체 등일 수도 있다.

일부 실시예에서, 제1 전극 어셈블리(50a)는 제1 전극 어셈블리(50a)의 제1 전극 요소의 제1 전면과 제1 시트(70)의 제1 후면 사이에 위치하는 전도성 물질(80)의 제1 후면 층(전술한 바와 같이)을 더 포함한다. 이에 대응하여, 제2 전극 어셈블리는 제2 전극 어셈블리의 제2 전극 요소의 제2 전면과 제2 시트(70)의 제2 후면 사이에 위치하는 전도성 물질(80)의 제2 후면 레이어(전술한 바와 같이)를 더 포함한다.

제1 전극 어셈블리와 제2 전극 어셈블리 사이의 교류 전압은 교류 전압 발생기(820)에 의해 인가될 수 있다. 일부 실시예에서, 교류 전압의 주파수는 50kHz 내지 1MHz 사이 또는 100kHz 내지 500kHz 사이이다. 예시된 예에서, 교류 전압 발생기는 컨트롤러(822)에 의해 제어된다. 컨트롤러(822)는 안전 임계값(예컨대, 41℃) 이하의 온도를 유지하기 위해 온도 측정을 사용하여 제1 및 제2 전극 어셈블리(50a)를 통해 전달되는 전류의 진폭을 제어할 수 있다. 이는 예를 들어, 제1 전극 요소의 제1 온도를 측정하고, 제2 전극 요소의 제2 온도를 측정하고, 제1 온도 및 제2 온도에 기초하여 교류 전압의 적용을 제어함으로써 달성될 수 있으며, 아래에 설명된 바와 같이 이루어질 수 있다.

도 9는 이러한 목적에 적합한 하드웨어의 일 실시예를 도시한다. 보다 구체적으로, 온도 센서(800)(예컨대, 서미스터)는 각 전극 어셈블리(50a) 내의 각각의 전극 요소(310/320)와 열 접촉하여 배치된다. 온도 센서(800)는 각각의 제1 및 제2 온도(예컨대, 제1 전극 어셈블리 및 제2 전극 어셈블리 내의 제1 및 제2 전극 요소에서 각각)를 측정하고, 컨트롤러(822)는 이러한 온도에 기초하여 교류 전압 발생기(820)의 출력을 제어한다.

유사한 실시예 및 방법은 제1 전극 어셈블리(50a) 및 제2 전극 어셈블리(50a) 중 어느 하나 또는 둘 다 대신에 전극 어셈블리(50a-e) 또는 이들의 조합을 이용하는 것으로 예상된다.

도 2 내지 9와 관련하여 위에서 논의된 실시예들에서, 시트(70)는 열분해 그라파이트로 제조된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 시트(70)는 다른 유형의 그라파이트로 만들어질 수 있는데, 여기에는 압축된 고순도 박리된 광물 그라파이트로 제조된 그라파이트 호일(MinGraph® 2010A 플렉시블 그라파이트, 미국 애리조나주 투산에 위치한 Mineral Seal Corp, 미국 애리조나주 투손 소재)의 등방성 그라파이트, 등방성 그라파이트(영국 올드버리 소재 Tokai Carbon Europe에서 제공하는 등방성 그라파이트 등급 G330 또는 미국 뉴햄프셔주 햄튼 소재 Thermo Fisher Scientific의 계열사인 Fisher Scientific에서 제공하는 주사 전자 현미경용 양면 탄소 테이프를 포함하되 이에 국한되지 않음) 등이 있다.

본 발명은 특정 실시예를 참조하여 개시되었지만, 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같이 본 발명의 영역 및 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시예에 대한 수많은 수정, 변경 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명은 설명된 실시예에 한정되는 것이 아니라, 다음 청구범위의 문언에 의해 정의되는 전체 범위 및 이에 대응하는 균등한 범위를 갖는 것으로 의도된다.

Claims

교류 전기장을 대상체의 신체에 인가하기 위한 장치로, 상기 장치는:
전면(front face) 및 후면을 가지는 그라파이트 시트(graphite sheet);
상기 시트의 상기 전면에 배치된 적어도 하나의 전도성 물질 층으로, 상기 적어도 하나의 전도성 물질 층은 생체 적합성 전면을 가지고;
상기 시트의 뒤에 배치된 제1 전극 요소로, 상기 제1 전극 요소는 상기 시트의 상기 후면과 전기적 접촉하도록 배치된 제1 전면을 가지는 장치.
제1항에 있어서,
상기 장치는,
상기 제1 전극 요소는 (1) 전면과 후면을 가지는 유전 물질의 제1 층 및 (ii) 상기 유전 물질의 상기 제1 층의 상기 후면에 배치된 금속의 제1 층을 포함하고,
상기 유전 물질의 제1 층의 상기 전면은 상기 제1 전극 요소의 상기 제1 전면이고,
상기 장치는 상기 시트의 상기 후면 및 상기 제1 전극 요소의 상기 제1 전면 사이에 배치된 전도성 물질의 제1 후면층을 더 포함하고,
상기 전도성 물질의 제1 후면층은 상기 제1 전극 요소의 상기 제1 전면과 상기 시트의 상기 후면 사이의 상기 제1 전면 상기 전기적 접촉을 용이하게 하는 장치.
제2항에 있어서,
상기 장치는,
상기 시트의 뒤에 위치하는 제2 전극 요소를 더 포함하고,
상기 제2 전극 요소는 상기 시트의 상기 후면과 전기적 접촉하도록 배치된 제2 전면을 가지고,
상기 제2 전극 요소는 (i) 전면과 후면을 가지는 유전 물질의 제2 층과, (ii) 상기 유전 물질의 제2 층의 상기 후면에 배치된 금속의 제2 층을 포함하고,
상기 유전 물질의 세2 층의 상기 전면은 상기 제2 전극 요소의 상기 제2 전면이고,
상기 전도성 물질의 제1 후면층은 상기 제2 전극 요소의 상기 제2 전면과 상기 시트의 후면 사이에 위치하고,
상기 전도성 물질의 상기 제1 후면층은 상기 제2 전극 요소의 상기 제2 전면과 상기 시트의 상기 후면 사이의 상기 전기적 접촉을 용이하게 하는 장치.
제2항에 있어서,
상기 장치는,
상기 시트 뒤에 위치하는 제2 전극 요소를 더 포함하고,
상기 제2 전극 요소는 상기 시트의 상기 후면과 전기적 접촉하도록 배치된 제2 전면을 가지고,
상기 제2 전극 요소는 (i) 전면과 후면을 가지는 유전 물질의 제2 층과 (ii) 상기 유전 물질의 제2 층의 상기 후면에 배치된 금속의 제2 층을 포함하고,
상기 유전 물질의 제2 층의 상기 전면은 상기 제2 전극 요소의 상기 제2 전면이고,
상기 장치는, 상기 제2 전극 요소의 상기 제2 전면과 상기 시트의 상기 후면 사이에 위치하는 전도성 물질의 제2 후면층을 더 포함하고,
상기 전도성 물질의 제2 후면층은 상기 제2 전극 요소의 상기 제2 전면과 상기 시트의 상기 후면 사이의 전기적 접촉을 용이하게 하는 장치.
제2항에 있어서,
상기 전도성 물질의 제1 후면층은 전도성 하이드로젤을 포함하는 장치.
제2항에 있어서,
상기 전도성 물질의 제1 후면층은 전도성 접착제를 포함하는 장치.
제6항에 있어서,
상기 전도성 접착제는 접착성 폴리머 및 탄소 파우더, 입자, 파이버 또는 나노 튜브를 포함하는 장치.
제6항에 있어서,
상기 전도성 접착제는 10 내지 2000 um의 두께를 가지는 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 전극 요소는 전면을 가지는 금속의 피스(piece)를 포함하고,
상기 금속의 피스의 상기 전면은 상기 제1 전극 요소의 상기 제1 전면인 장치.
제9항에 있어서,
상기 장치는,
상기 제1 전극 요소의 제1 전면과 상기 시트의 상기 후면 사이에 위치하는 전도성 물질의 제1 후면층을 더 포함하고,
상기 전도성 물질의 제1 전면층은 상기 제1 전극 요소의 제1 전면과 상기 시트의 후면 사이의 전기적 접촉을 용이하게 하는 장치.
제9항에 있어서,
상기 제1 전극 요소의 상기 제1 전면은 상기 시트의 상기 후면과 집적적으로 접촉하도록 위치하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 그라파이트의 시트는,
열분해성 그라파이트(pyrolytic graphite)의 시트인 장치.
제1항에 있어서,
상기 그라파이트의 시트는,
압축된 고순도 박리 광물 그라파이트 또는 그라파이트화 폴리머 필름으로부터 만들어진 그라파이트 포일의 시트인 장치.
제1항에 있어서,
상기 전도성 물질의 적어도 하나의 층은 하이드로겔을 포함하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 전도성 물질의 적어도 한 층은 50 내지 2000um 두께의 하이드로젤의 층을 포함하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 적어도 한 층의 전도성 물질은 전도성 접착제를 포함하는 장치.
제16항에 있어서,
상기 전도성 접착제는,
접착성 폴리머 및 탄소 파우더, 입자, 파이버, 플레이크 또는 나노튜브를 포함하는 장치.
제16항에 있어서,
상기 전도성 접착제는 10 내지 2000um의 두께를 가지는 장치.
제1항에 있어서,
상기 장치는,
상기 제1 전극 요소 및 상기 전도성 물질의 적어도 한 층 및 상기 시트를 지지하도록 구성된 유연성 자기-접착성 지지체(flexible self-adhesive backing)를 더 포함하며, 상기 전도성 물질의 적어도 한 층의 상기 전면이 대상체의 피부에 대하여 위치할 수 있는 장치.
제1항에 있어서,
상기 장치는, 상기 제1 전극 요소에 전기적으로 연결된 선(lead)을 더 포함하는 장치.
대상체의 신체에 있는 표적 영역에 교류 전기장을 인가하는 방법으로, 상기 방법은:
상기 대상체의 신체의 제1 위치에 제1 전극 어셈블리를 배치하는 단계로, 상기 제1 전극 어셈블리는 제1 전면 및 제1 후면을 가지는 그라파이트의 제1 시트를 포함하고, 상기 제1 전극 어셈블리는 상기 제1 시트의 상기 제1 전면이 상기 표적 영역을 마주하도록 위치하고;
상기 대상체의 신체의 제2 위치에 제2 전극 어셈블리를 배치하는 단계로, 상기 제2 전극 어셈블리는 제2 전면 및 제2 후면을 가지는 그라파이트의 제2 시트를 포함하고, 상기 제2 전극 어셈블리는 상기 제2 시트의 상기 제2 전면이 상기 표적 영역을 마주하도록 위치하고;
상기 제1 전극 어셈블리와 상기 제2 전극 어셈블리 사이에 교류 전압을 인가하는 단계를 포함하고,
상기 인가하는 단계는, 상기 제1 전극 어셈블리와 상기 제2 전극 어셈블 리가 배치하는 단계 이후에 수행되는 방법.
제21항에 있어서,
상기 인가하는 단계는, 상기 교류 전압을 (i) 상기 제1 후면과 전기적으로 접촉하도록 배치된 제1 전극 요소와 (ii) 상기 제2 후면과 전기적으로 접촉하도록 배치된 제2 전극 요소 사이에 상기 교류 전압을 인가함으로써 구현되는 방법.
제22항에 있어서,
상기 방법은,
상기 제1 전극 요소의 제1 온도를 측정하는 단계;
상기 제2 전극 요소의 제2 온도를 측정하는 단계; 및
상기 제1 온도 및 상기 제2 온도에 기초하여 상기 인가하는 단계를 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
제21항에 있어서,
상기 제1 전극 어셈블리는 상기 제1 전면에 배치된 전도성 접착제의 제1 층을 더 포함하고,
상기 제2 전극 어셈블리는 상기 제2 전면에 배치된 전도성 접착제의 제2 층을 더 포함하는 방법.
제21항에 있어서,
상기 그라파이트의 제1 및 제2 시트들 각각은 열분해성 그라파이트의 시트인 방법.
제21항에 있어서,
상기 그라파이트의 제1 및 제2 시트들 각각은
압축된 고순도 박리 광물 그라파이트 또는 그라파이트화 폴리머 필름으로부터 만들어진 그라파이트 포일의 시트인 방법.