施加一氧化氮至治療部位的裝置的制作方法

本申請是2014年6月30日提交的、標題為「Apparatus for Applying Nitric Oxide to a Treatment Site」的申請中美國臨時專利申請62/019,037，該臨時申請的全文以引用的方式并入本文中。

技術領域

本發明大體上是關于醫學治療的領域，且更特定言之是關于一種用于在醫學癥狀及疾病的治療時有效地給予氧化氮的裝置。

背景技術：

一氧化氮(NO)氣體是通常發現于人體內部及外部的呈氣體狀態的短壽命分子。NO是已知具有諸多調節、保護及治療性質的傳訊分子。通過刺激而使內生NO的產生增加或將外源產生的NO引入至人體中而增強人體NO的自然產生可改良人體對損傷、疼痛及入侵生物體的回應。然而，難以將NO輸送至活組織，且在NO氣體狀態下，NO不穿透真皮層。為臨床有用，NO必須以足夠量存在于作用部位中。

為治療目的輸送NO的現有技術包含給予化學化合物以將NO以化學方法釋放至人體中。其他方法采用NO路徑促效劑及NO拮抗劑。其他方法采用高壓NO氣體及噴霧。另一方法涉及用氣體NO引入至其中的密封真空容器包圍人體。亦已嘗試迫使加壓一氧化氮通過組織及皮膚。因各種原因，此等方法已產出有限結果。例如，氣體NO在組織介質中具高度反應性，具有低擴散常數且具有極短壽命。

未達成臨床成功的另一方法涉及給予分子供體，已證實此是有問題的，此是因為無法調節對有效載荷的釋放的控制，亦無法可靠地調節供體的穿透/飽和。

存在目標特定臨床結果涉及NO的數種解決方案。例如，西地那非檸檬酸(Sildenafil citrate，以VIAGRA商標名售賣)干擾勃起功能障礙征候群中NO的漸減調節(down regulation)。例如，依那西普(Etanercept，以ENBRIL商標名售賣)使用抗-TNFα抗體來進行NO在關節炎癥性疾病中將進行的事項。歸因于難以在作用部位處直接刺激NO的產生，大部分解決方案涉及影響NO路徑。由于缺乏此等NO路徑藥理學的部位特性，故負面副作用可為嚴重的。

技術實現要素：

鑒于前述，提供一種用于以促進治療效益的方式在作用部位處給予NO的裝置及方法將為有利的。

根據本發明，公開一種用于產生NO且將其輸送至治療部位的器件。該器件可包含主單元、施配器、連接器軟管及移動支架(mobile stand)。該主單元可經由該連接器軟管提供電力及氣體至該施配器。該施配器可包含用于產生呈等離子體狀態的一氧化氮(NO)的等離子體產生器。該主單元可包含用戶接口，以使用戶能夠控制該器件的至少操作方面。該用戶接口可為觸摸屏幕。

該施配器可包含：槍握柄(pistol grip handle)；觸發器，用于致動該等離子體產生器；軟管連接件，用于耦合至該連接器軟管；及通風罩(cowl)部分，用于使該等離子體產生器的尖端以預先確定距離與治療部位隔開。該通風罩部分可包含沿該通風罩部分的長度的多個通風孔，以促進該器件的冷卻。

安全傳感器可經布置而鄰近于該施配器的前端，以提供安全監測信號。該安全傳感器可包括無源紅外皮膚溫度傳感器。該安全傳感器可包括接近傳感器，以使使用者能夠監測該施配器與治療區域之間的距離。該接近傳感器可經組態以在該施配器經放置而距該治療區域比預先確定距離更接近的情況中撤銷啟動該器件。該器件可包含彩色照明器，該彩色照明器被布置在鄰近于該施配器的前端，以將可改變的色彩投射于該治療區域上，以指示適當使用、警報及錯誤中的至少一者。該器件可包含被布置于該施配器中或上的運動傳感器，該運動傳感器包括用于測量該施配器的運動的多軸加速度計。該運動傳感器可用以在該施配器未移動達足夠時間量的情況中取消啟動該器件，以防止過度治療病人上的目標部位。

附圖說明

圖1繪示根據本公開的用于產生NO的例示性器件；

圖2是圖1的器件的側視圖；

圖3是圖1的器件的后視圖；

圖4是圖1的器件的一部分的詳細視圖；

圖5是圖1的器件的另一部分的詳細視圖；

圖6是圖1的器件的施配器部分的等角視圖；

圖7是圖6的施配器的側視圖；

圖8是圖6的施配器的端視圖；及

圖9是圖6的施配器的通用產生部分的電路設計。

具體實施方式

現將參考附圖在下文中更全面地描述所公開的器件，附圖中顯示出各項實施例。然而，所公開的器件可以許多不同形式體現，且不應解釋為限于本文中闡述的實施例。實情是，提供實施例使得本發明將是透徹的且完整的，且將本發明的范疇全面地傳達給本領域技術人員。在整個圖式中，相似符號指代相似組件。

根據本發明，公開一種用于產生呈等離子體狀態的離散物質流的器件，其中該流已將NO作為其內容物的部分。在各項實施例中，可將流給予至生物體以獲得治療結果。在一些實施例中，據信于表層處(亦即，引導至皮膚或開放性傷口處)的NO施加刺激人體自身的NO產生，使得在適應癥處及周圍可獲得治療效果。或者，所公開的器件可利用呈等離子體狀態的NO的能量及速度足夠高使得其可穿透且圍繞細胞膜的事實。在一些情況中，NO可通過生物膜及角質層以在關聯組織中產生治療結果。

可經由數種方法產生含有NO的呈等離子體狀態的物質。大氣含有氮及氧，且因此呈正確幾何形狀的足夠能量可自氣體混合物產生一氧化氮。可添加能量以將氣體N₂及O₂轉變為等離子體狀態。在非限制性例示性實施例中，N₂-O₂混合物中預先形成的氣體可被產生且通過傳送足夠能量的等離子體能量弧以產生呈等離子體狀態的NO。

參考圖1至圖3，展示器件1，其用于產生呈等離子體狀態的NO且用于施加此NO至治療部位。一般而言，器件1可包含主單元2、施配器及連接器軟管裝配4及移動支架6。主單元2可包含觸摸面板顯示器8、功能按鈕面板10及電源控制按鈕12。施配器外殼14定位于主單元2的前側上以使能夠容易處置施配器及連接器軟管裝配4的施配器16。軟管管理支撐件18可提供于移動支架6的側部分上，以在器件1未在使用中時容納施配器及連接器軟管裝配4的連接器軟管20。移動支架6在第一端22處可連接至主單元2。在第二端24處，行動支架6可包含多個輪26以使器件1能夠輪轉至治療設施內的期望地點。輪26可具有鎖定特征部，且可布置于擴展平衡輪距部分28以在其在地板或另一表面上滾動時最大化器件1的穩定性。

如圖2中可見，主單元2可包含適當通風口30以使電力供應組件維持在期望操作溫度。柄32可提供于主單元2的側表面上以容許器件1經由輪26沿表面移動。

如圖3中所示，主單元2可包含隔離的遠程通信電路及組件34。在一些實施例中，遠程通信電路及組件34經由多種適當硬布線通信協議(包含以太網絡、USB主機及客戶端等)的任一者來實現器件1與遠程運算系統(未示出)之間的通信。主單元2亦可包含一個或多個無線遠程通信模塊36，以經由多種適當無線通信協議(包含WiFi、cellular、Bluetooth等)的任一者來實現器件1與遠程運算系統之間的無線通信。

主單元2進一步可容置快速改變過濾器外殼38、內部電源供應器40、電力輸入模塊42、電力輸出模塊44及冷卻劑匣接近板46。如將明白，快速改變過濾器外殼38及冷卻劑匣接近板46可以使得便于接近容納于主單元中的可更換過濾器介質及冷卻劑匣。

行動支架6可包含電力輸入模塊48及經隔離的90至240VAC 50/60Hz輸入端50。

圖4示出主單元2，其可容置器件1的主電力系統，且可用以藉由將空氣吸入、冷卻及電力供應至其而供電給施配器及連接器軟管裝配4。主單元2可包含觸摸顯示器8，其在一些實施例中，觸摸顯示器8可為彩色平板觸摸顯示器。觸摸顯示器8可包含電源按鈕12及功能按鈕面板10。為啟動器件1，可于觸摸顯示器8上鍵入操作員鍵碼以防止未經授權使用。如先前提及，施配器外殼14可提供于主單元2的前側上，以使能夠由使用者容易抓取且再套入(re-holster)施配器16。一個或多個柄32可被布置在主單元2的任一側上，以容許輪26上的器件1容易移動。

圖5示出其中連接器軟管20的第一端52被耦合至主單元2以及連接器軟管的第二端54耦合至施配器16的施配器及連接器軟管裝配4。連接器軟管20可包括將施配器16連接至主單元2的撓性管。在一些實施例中，連接器軟管20將冷卻液體、電力、傳感器數據及大氣空氣流的組合供應給施配器16，以產生利用施配器16施加的治療作用。軟管管理支撐件18被定位于行動支架6的側表面上。在所繪示的實施例中，此軟管管理支撐件18是凸起條，其大小被設計且經定位以使能夠將連接器軟管的回路56捕獲于行動支架6與條之間。

圖6至圖8更詳細示出施配器16。施配器16產生NO氣體作為由器件1提供的NO治療的部分。如可見，施配器16包括槍型配置，包含槍握柄部分56、觸發器部分58、觸發器護圈60、保護通風罩部分62及用于耦合至連接器軟管20的第二端54的連接部分64。

如圖7中可見，施配器特征為保護通風罩部分62內的凹入尖端66，此在治療給予期間提供自動距離控制。此確保NO產生器部分68(圖9)的尖端66相對于施加部位始終保持在期望預先確定的偏移距離“OD”處。在所繪示的實施例中，此預先確定的偏移距離“OD”是從等離子體產生器部分68的尖端66至施配器16的前端70而測量。

保護通風罩部分62確保以期望溫度將NO提供至治療部位，因此消除對使用者或病人的傷害的可能性。保護通風罩部分62可包含沿其的長度的多個通風孔72，以在使用期間及之后促進施配器16的冷卻。

如圖8中所示，安全傳感器及投射器陣列74可被提供在鄰近于施配器16的前端70，以提供多個安全監測及警示。例如，安全傳感器及投射器陣列74可包含皮膚溫度傳感器。皮膚溫度傳感器可包含無源紅外傳感器，其在治療期間不斷地監測皮膚表面溫度以確保其保持在期望的預先確定的范圍內。

安全傳感器及投射器陣列74亦可包含接近傳感器，以使使用者能夠確定施配器16與治療區域之間的最佳距離以進行最安全及最有效治療。接近傳感器在放置過近情況中可撤銷啟動器件。

安全傳感器及投射器陣列74亦可包含彩色照明器，其將可改變的色彩投射于治療區域上以指示適當使用、警報及錯誤。

安全傳感器及投射器陣列74進一步可包含運動傳感器，諸如三軸加速度計。運動傳感器可不斷地測量施配器的運動。若施配器停止運動達長于預先確定時間量，則主單元在未充分移動情況中將撤銷啟動，以免過度治療病人上的特定目標部位。

各等離子體產生器部分68可針對NO水平而被工廠測試，且校準數據可包含于等離子體產生器部分上。在一些實施例中，等離子體產生器部分68可由使用者移除以進行修復及/或更換。

圖9示出施配器16的例示性NO產生器部分68。如可見，空氣在產生器部分68的第一端處引入，且引導于對電極對之間，即與彼此隔離的陰極76及陽極78。固定DC弧放電被產生且維持在電極76、78之間。在弧放電的效應下，自電極76、78之間的區域中的空氣形成含NO的氣體流，且透過冷卻通道(由冷卻劑回路80冷卻)抽出改含NO的氣體流，使能夠將NO固定在流82中。可將流及NO內容物的溫度引至期望值以提供對治療部位的治療效益。關于所繪示的例示性NO產生器部分68的進一步細節可發現于例如Pekshev的美國專利第7,498,000號中，該案的全文以引用的方式并入本文中。

由對呈等離子體狀態的空氣的熱力學平衡的組成分析確認的經典熱力學示出，在低于2000℃的溫度下，氣體中NO的濃度不超過1％。增加等離子體溫度增加NO濃度，在3500℃至4000℃的溫度下達到其最大值(～5％)。略小于4000℃是所繪示的器件1的等離子體弧中放電的溫度。導致形成NO的等離子體化學反應可由以下化學式表達：

N₂+O₂→2NO–180.9千焦/摩爾(kJ/mol.)

由于重組(2NO+O₂＝2NO₂)的快速反應，在高溫下NO分子的壽命相當于其合成的時間。為防止重組且針對醫學應用保持NO的治療濃度，期望實現反應混合物的快速冷卻，亦即，驟冷。在制動周圍冷空氣(亦即，來自冷卻劑回路80)的逸出流的情況下發生NO的驟冷。所繪示的器件1使能夠在大氣壓力下使用周圍空氣產生直流等離子體弧。器件1產生具有含有醫學上顯著量的NO的等離子體種類組合物的熱空氣流8，在一項例示性實施例中，該量是約百萬分之2,500(parts per million，ppm)NO。在其他實施例中，器件1可產生具有含有高達約3,500ppm NO的等離子體種類組合物的熱空氣流8，然而其不受限，且在進一步實施例中可提供更大濃度的NO。

圖9中所示的器件1并非窮舉的，且亦可使用等離子體產生NO的替代源搭配所公開的施配器16。

實際上，呈等離子體狀態的NO可直接施加至活組織或鄰近于活組織以產生期望效果。NO可有效地作用以維持心血管及呼吸系統中的穩態。NO作為傳訊分子可引起血管舒張，此提升血管柔軟性、舒緩血壓、清潔血液、逆轉動脈硬化且有效地防止心血管疾病且幫助其恢復。NO的另一重要功能在于減緩血管壁上的動脈硬化斑沉積。NO亦扮演免疫系統中的主動防御角色。NO是強抗氧化劑，且可抑制細菌感染、病毒及寄生攻擊。NO甚至可阻止一些類型的癌細胞生長。在具有中度至重度糖尿病的病人中，NO可防止許多常見的且嚴重的并發癥。NO亦可顯著降低與關節炎中的關節腫脹相關聯的疼痛。NO可有效地減低癌癥、糖尿病、心肌梗塞及中風的風險。

在神經及內分泌系統中，NO可誘發各種人體器官發揮正常功能。NO可自由地滲透細胞膜以進行生物傳訊，調整細胞活性且導致每一器官正確地完成其功能，包含肺、肝、腎、胃、頭、腦及生殖器。NO可增加至生殖器官的血液流動以維持正常性功能。腦經由其周圍神經將信號傳輸至會陰區域以提供給其以足夠NO，以引起血管擴張，增加血液流動以增強勃起功能。在一些狀況下，勃起無力是藉由神經末梢產生不足NO的結果。

NO亦可減緩老化過程且改良記憶力。由免疫系統產生的NO分子不僅能夠破壞入侵微生物體，而且有助于活化且滋養腦細胞，而顯著減緩老化且改良記憶力。

如本文中使用，以單數敘述及以字詞“一”或“一個”進行的組件或步驟應理解為不排除多個組件或步驟，除非明確敘述此排除。此外，對本發明的“一項實施例”的引用并非意欲解釋為排除亦并入有所敘述特征的額外實施例的存在。

雖然已參考某些實施例公開本發明，但在不脫離如由(若干)權利要求中界定的本發明的范圍及范疇的情況下，可對所描述的實施例進行數種修改、變更及改變。因此，期望本發明不限于所描述的實施例，而是其具有由以下權利要求及其等效物的預言界定的全范疇。