專利名稱：用于提供活性氣體流的設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于提供活性氣體流的設備。特別地，本發(fā)明涉及一種所使用的設備，其產生非熱等離子體以便治療人或動物體的口部區(qū)域。
背景技術：
用于產生非熱氣體等離子體的系統(tǒng)是已知的，并且在許多領域中具有實用性，諸如工業(yè)、牙科、內科、美容和獸醫(yī)領域以便治療人或動物體。所產生的非熱氣體等離子體可以用來在不引起顯著的熱組織損傷的情況下促進血液凝結、清潔、表面的殺菌和污染物去除、消毒、組織再接合和不弓I起組織疾病的治療。關于這一點，非熱等離子體的應用局限于受控環(huán)境，諸如在工業(yè)或診所中，因為存在與用高電位產生等離子體相關聯的風險，該高電位如果被傳遞到病人可能造成傷害或死亡。因此，等離子體在消費產品中的使用受到限制，其中，不能保證所產生的等離子體的受控使用。通常，在產生等離子體時，能量被施加于氣體或氣體混合物以便使氣體的分子或原子電離，產生離子核素或等離子體。能量通過電感或電容耦合而被施加于氣體。提供電極以便向等離子體單元中的氣體供應能量，并且以便保護病人免受電極的高電位的影響，已經用電介質材料對該電極進行絕緣。然而，已經發(fā)現此類裝置具有缺陷，因為電介質的使用降低了電極的有效電位，并且因此要求更高電位的電源以驅動電極。更高電位的電源更加昂貴，或者被更快地耗盡，在電源是一個或多個電池的消費設備中尤其如此。此外，由交流電來驅動具有電介質絕緣的電極，交流電可以通過電極裝置，潛在地對用戶造成傷害。在本申請的上下文中，術語冷或非熱等離子體意味著等離子體具有小于約40°C的溫度，其是在不造成傷害或不適的情況下對于病人而言可容忍的溫度。此類等離子體在電離狀態(tài)下僅具有小比例的氣體分子。在典型的非熱等離子體的發(fā)生器中，等離子體發(fā)生單元遠離施加器，施加器在使用中位于將要被治療的部位(“治療部位”)附近。此類裝置存在幾個缺點。特別地，由于隨著氣體從遠處的等離子體單元流到治療部位而造成許多活性核素衰變，并且由于等離子體單元的性能可能隨時間推移而劣化，在獲得治療部位處的足夠濃度的活性核素方面出現困難。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明，提供了一種用于提供部分電離的氣態(tài)等離子體流以便對治療部位進行治療的設備，該設備包括微型等離子體單元和多個電極，所述微型等離子體單元限定體積，在所述體積中，從氣源流過單元進口的氣體能夠被激勵以形成非熱氣態(tài)等離子體并通過單元出口排出，所述多個電極用于接收電功率以便激勵所述單元中的氣體以形成所述非熱氣態(tài)等離子體，其中，所述設備包括施加器頭，所述施加器頭被構造成位于治療部位附近，所述施加器頭能夠從所述設備拆卸，并且所述等離子體單元位于所述施加器頭中。
該設備優(yōu)選地是手持式的。本發(fā)明還提供了一種用于提供部分電離的等離子體流以便對治療部位進行治療的手持式設備，該設備包括施加器頭和微型等離子體單元，微型等離子體單元限定體積，在所述體積中，從氣源流過單元進口的氣體能夠被激勵以形成非熱氣態(tài)等離子體并通過單元出口排出以便由所產生的等離子體對治療部位進行治療，其中，所述等離子體單元位于施加器頭中?？梢岳缤ㄟ^輝光放電以及起弧或流動而產生等離子體。在后者中，電流通過等離子體單元從一個電極流到另一個并且在弧或流附近產生等離子體。在遠離弧的單元的體積中并不產生等離子體，即使該體積可能位于電極之間。起弧通常由于電極表面的瑕疵性質而發(fā)生，使得僅在電極的非常小的部分中促進電流流動。一旦電流開始流動，則存在級聯效應，其增加該小部分處的等離子體產生但使得電極其他區(qū)域處不能有該流動。在輝光放電中，未發(fā)生起弧，并且在電極之間大體上均勻地產生等離子體，對于流過等離子體單元的氣體而言，導致增加的等離子體產量?？紤]到手持式消費設備中的氣源的尺寸受到限制，必須高效地使用氣體以延長重新填充之間的設備壽命。通常，減少功率消耗以再次地延長電池更換或再充電之間的有用壽命也是重要的。因此所期望的是將在單元中產生等離子體所需的電壓保持在最小值。在本發(fā)明的第一優(yōu)選方面，電極構造保持輝光放電，并且通常避免電極之間的起弧。這樣，可以增加所產生的等離子體的均勻性，這節(jié)省了功率和氣體。電極可以包括電導體或阻擋層至阻擋層電容耦合電極?？梢詫崿F這一點的一個方式是通過將所述電極中的至少一個布置成使得其包括電極部分的陣列，每一個電極部分在使用中激勵等離子體形成區(qū)中的氣體，其中，電極部分遍布在所述等離子體形成區(qū)上以便增加流過等離子體單元的氣體的所產生等離子體的均勻性。由于存在許多電極部分，此布置減少了起弧的發(fā)生，因此減少了電極的任何一個部分處的起弧。在優(yōu)選的陣列中，所述電極部分包括各自的電導體，其在使用中向流過單元的氣體傳遞電荷，并且每個電極部分包括連接在電導體與電能源之間的電阻器，使得當任何一個第一電極部分在等離子體形成區(qū)中產生等離子體時，通過所述第一電極部分的電阻器的電流降低了電位，使得另一電極部分處的電位比所述第一電極部分處高。因此，電能從已經產生了等離子體的電極部分轉移到尚未產生等離子體的那些電極。此布置具有兩個益處。首先，當電極部分已將等離子體激發(fā)時，其要求較少的能量以便維持等離子體。其次，其降低了任何一個電極處的電流的濃度，這可以導致起弧并降低氣體使用效率?？梢詫⒔^緣電板定位于單元中以便將電能傳導至每個電極部分。為了傳播電極部分的第一暴露端部處的電流的通過，優(yōu)選地，該端部包括各自的彎曲導電元件，諸如金屬球，從那里，電能被放出以便形成所述等離子體。從安全方面出發(fā)，優(yōu)選的是在使用中定位成最靠近治療部位的電極處于與用戶相同的電位，特別是當治療部位是口腔時。因此，電極包括第一電極和第二電極，第一電極接收電位以便向流過單元的氣體傳遞電荷，第二電極在使用中被保持在大體上等于用戶電位的電位，并且該第二電極相對于氣流位于第一電極的下游。在用于高效地使用流過等離子體單元的氣體的替代布置中，在使用中通過電極與CN 102934527 A
書
明
說
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單元之間的起弧來產生等離子體形成區(qū)，并且電極的位置被構造成使得流過單元的氣體的實質部分通過所述等離子體形成區(qū)以便增加所產生的等離子體的均勻性。雖然在此布置中發(fā)生起弧，但起弧的位置受到控制，使得其處于氣體的流動路徑中，并且基本上所有氣體都流過發(fā)生起弧的被激勵區(qū)域。因此，可以實現所產生的等離子體的均勻性。
在輝光放電或起弧布置中，優(yōu)選地將至少一個電極定位于單元的出口處以便吸取等離子體通過出口并促使其流動到治療部位。在起弧布置中，可以將電極布置成使得起弧基本上遍及整個出口區(qū)域發(fā)生，從而通過單元的任何氣體在其通過出口離開單元時必須與電極之間的放電相互作用。通常，輝光放電是優(yōu)選的。通常，需要預定流量的等離子體以用于治療部位的有益治療。微型等離子體單元的有利之處在于其能夠提供此有益流量而且還在可能的程度上節(jié)省氣體和功率。在微型等離子體單元中，電極之間的間距得以減小，優(yōu)選地減小至不超過10 mm。在某些布置中，電極間距可以顯著地小于10 mm，并且可以小到O. I mm。減小的間距降低了功率使用，因為通過電極之間的等離子體形成區(qū)的所有氣體被暴露于相當大量的能量。在這方面，可以在接近于電極表面的等離子體產生區(qū)域的體積中更容易地產生等離子體，因此減小的間距增加了所供應的每單位能量的等離子體產生的效率。等離子體單元可以具有I和5 ml之間或更小的自由氣體空間。在另一可能布置中，提供了微型等離子體單元的微型陣列和多個所述電極，每個微型等離子體單元在使用中從氣源接收氣體，多個所述電極用于激勵等離子體單元中的氣體以產生等離子體。此布置減少了任何一個電極處的電流錯亂的傾向，并且因此改善了所產生的等離子體的均勻性。施加器頭優(yōu)選地被構造成位于人或動物的口腔中以便治療人或動物的牙齒或牙齦。為了實現位于口中并且特別為了讓用戶在口中操縱以便治療牙齒，對施加器的尺寸并因此對等離子體單元的尺寸存在可工作的上限。在一個布置中，施加器頭在尺寸上可以類似于典型牙刷頭的尺寸。如果期望的話，施加器頭可以是牙刷頭，其設置有刷毛以及用于從等離子體單元流過來的活性氣體的一個或多個出口部分。通常提供外殼以便容納氣源和電功率源，該外殼具有連接部分以便連接到施加器頭的互補連接部分，使得當被連接時，氣體可以被供應到單元并且電功率可以被供應到電極。施加器頭和等離子體單元在推薦的使用時段之后可以是可丟棄的。在這方面，本發(fā)明還涵蓋一種包括等離子體單元和電極裝置的施加器頭，其可以與設備分開地提供。如果期望的話，根據本發(fā)明的設備可以不是手持式的，而是可以形成為連接到鉸接臂的附件，其是用于保持牙科醫(yī)生的鉆具的種類。本發(fā)明還提供了用于如所述的設備的微型等離子體單元和電極布置。


為了更清楚地理解本發(fā)明，現在將對僅以示例的方式給出的附圖進行參考，在附圖中
圖I和2是根據本發(fā)明的設備的實施例的示意圖；并且圖3至5是供在圖I和2所示的設備中使用的替代的等離子體單元的示意圖。
具體實施例方式參考圖I和2，示出了用于從氣流產生非熱氣態(tài)等離子體的設備10。參考圖2，從該設備發(fā)射包含離子及其他化學活性核素的氣體股流(plume) 12。該設備被構造成是手持式的且被操作，因此應具有使得該設備的典型用戶能夠操作設備以便對治療部位進行治療的質量、尺寸和形狀。設備10包括外殼14，外殼14構造成被手保持，并且該設備的部件被容納在外殼14中。該外殼還在設備的使用期間提供與外殼內產生的高電位的電絕緣。微型等離子體單元16限定等離子體形成區(qū)或體積18，在等離子體形成區(qū)或體積18中，從氣源22通過單元進口 20的氣體能夠被激勵以形成非熱氣態(tài)等離子體并且通過單元出口 24排出以便由所得到的氣態(tài)股流來進行治療部位的治療。微型等離子體單元16可以具有I和5 ml之間或者甚至小于I ml的自由氣體。氣源通常是適當等離子體氣體的密封艙室，通常包括相對純的氦，如果需要的，所述氦用高達例如1000 ppm的諸如氧氣的活性氣體進行摻雜。該設備可以設置有用于刺穿密封并從其釋放氣體的裝置，例如空心穿孔針(未示出)。該艙室可以具有高達100 ml并且通常約20 ml的(水)容量。等離子體單元16位于施加器頭52中。提供了多個電極26、28，用于從電功率源30接收電功率以便激勵單元16中的氣體以形成氣態(tài)等離子體。雖然被示出處于單元106內的位置，但可以將電極26、28中的一個或多個定位于其外部。電極包括相對于通過單元的氣流的至少一個下游電極28和至少一個上游電極26。在圖I中，僅示出了單個下游電極和單個上游電極。下游電極是環(huán)形的，并且位于出口24處，使得當形成了等離子體時，其被朝著出口傳送。因此將會看到的是，下游電極將定位成在使用中比上游電極更靠近病人或用戶的治療部位。圖I的一個布置中的上游電極是至少部分地或如圖所示完全位于單元內的導電板。該板被確定尺寸并定位以便在單元的體積18或至少在該體積的較大部分中產生大體上均勻或均質的等離子體。上游電極的導電部分與單元中的氣體接觸，并且未被電介質絕緣，或者至少基本上是未絕緣的。電功率源30可以包括相對低電壓(例如12 V)的電池或可再充電電池，其與本領域已知種類的適當電路相關聯，以產生階躍AC或階躍脈沖DC電壓，并且在一個布置中，電功率源30在2 mA下額定為I kV。電壓峰值每個可以持續(xù)例如I毫秒，并且可以每隔例如5至10毫秒發(fā)生。當源30與電極26相連時，在電極26中產生相對于電極28的電位。電位引起等離子體單元中的氣體的電離，其可通過單元出口 24以等離子股流12的形式排出以便治療用戶的治療部位。電極28被保持在低電位或零電位，使得如果用戶偶然地觸摸到電極，將幾乎沒有電流通過，避免任何傷害。因此，即使電極26在使用中被保持在高電位，例如至少I kV (RMS)，用戶也受到電極28的保護并且還受到絕緣外殼14的保護。此外，等離子體單元中的某些氣體分子通?？稍跉怏w接收給定量的能量以將分子或原子分離成帶正電和帶負電的成分時被電離。氣體通?？梢曰诤狻Ｓ捎陔姌O26未通過電介質與等離子體單元中的氣體絕緣，所以激發(fā)等離子體所需的電位小于在絕緣電極的情況下所需的電位。因此，可以使用較低電壓，其節(jié)省功率，允許較長的電池壽命?？刂破?2被可操作地連接到電功率源30和氣源22兩者以便控制電極的激活并用于氣體到等離子體單元中的受控傳遞。在圖I所示的布置的使用中已經發(fā)現當電極被激勵時，即使板電極26的尺寸被設置為占用單元的橫向尺寸的相對大的部分，該等離子體也可能不會遍及整個體積18被一致地激發(fā)。替代地，在電極26的相對小的部分處可能發(fā)生級聯效應，在那里，大多數電位被放電到氣體中，形成路徑，沿著該路徑，電流從電極26放電至電極28。當電極26這樣向電極28放電時，總氣流的電離程度可顯著變低，并且所得到的關于股流12的活動的活性核素(中性的和電離的)的濃度和因此的系統(tǒng)效率也可能因此降低。與圖I的布置相比，圖3所示的布置提供了一種用于在等離子體單元的體積18中或至少在單元的較大體積中產生大體上均勻量的等離子體的改進設備。這允許與未電離氣體的更大接觸，并且因此允許等離子體的更高效副反應，這對于所出現的股流12的期望組成而言可能是重要的。參考圖3，電極26包括導電電極部分36的陣列，其相對于等離子體單元分布成使得在單元的體積18中大體上均勻地產生等離子體，或者至少在體積的較大部分中產生等離子體。電極部分36包括各自的電阻器38和電板40，每個電阻器38被連接到導電焊盤或部分，導電焊盤或部分突出到單元的體積中，電板40用于從源30接收電功率。電板40和電阻器的至少一部分通過電介質42與單元的體積18絕緣，使得只有電極部分的第一端部被暴露于單元中的氣體。在圖3設備的使用中，當電極26被激勵并且等離子體單元中存在氣體時，所述多個電極部分中的任何一個最初可能易于發(fā)生如上所述的級聯效應，因為在電阻器上沒有電流流動的情況下，被暴露于體積18的第一端部具有與源30的電位大體相同的電位。也就是說，該電位并未在電阻器上降低。當電極部分中的任何一個在其第一端部附近激發(fā)等離子體時，電流流動并且因此電阻器上存在電位降。電阻器的電阻被選擇為使得當等離子體在一個電極部分處被激發(fā)時，該電極部分處的電位下降到低于其他電阻器的電位，從而增加其他電極部分處的等離子體的激發(fā)。因此，在相對短的時間段內，在全部的或至少大部分的電極部分處產生等離子體，使得在體積18的相對較大部分中產生等離子體。將等離子體激發(fā)所需的能量的量大于維持氣態(tài)等離子體所需的能量。例如，實現單元16中的氣體的初始電離所需的電極26處的電位可以是至少I kV (RMS)，但是維持已所激發(fā)的氣態(tài)等離子體所需的電極26處的電位小于該值。圖3中的電極部分的第一端部初始地被保持在第一電位，該第一電位被選擇為將氣態(tài)等離子體激發(fā)。當氣態(tài)等離子體在電極部分處被激發(fā)時，電位由于電流流動而在電阻器上降低。因此，電阻器的電阻被選擇為使得電位在氣態(tài)等離子體激發(fā)時下降至第二電位，該第二電位低于第一電位并且高于或者大約在維持等離子體所需的電位。因此，維持單元中的等離子體所需的電功率得以減少。舉例來說，當電功率源被額定為在2 mA時I kV (RMS)且氣體是氦氣或用例如水摻雜的氦氣時，電阻器的電阻被選擇為10 Ι Ω。在圖4中示出了進一步修改，其中，電極部分36的第一端部37大體上是滾圓的。在本示例中，在電極部分的各自第一端部處提供大體上球形的導電球。然后用電介質42將滾圓的第一端部連同電阻器和電板一起與單元中的氣體絕緣，僅僅使?jié)L圓端部的一部分暴露于單元中的氣體。電極部分的滾圓端部使電位散布，否則電位集中于電極的尖端處或其一定角度處。所提供的滾圓端部因此減少了電位的積聚并允許等離子體的更加可預測且均勻的激發(fā)以及減少了電極部分的加熱。在圖5中示出了實施例的進一步修改。在本修改中，電極26與電極28之間的間距S被進一步微型化，同時仍允許氣體到單元中的充分流動以及氣體在電極之間的充分流CN 102934527 A
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動以便于產生等離子體。在一個布置中，間距可以小到I _或者甚至小到O. I _。在這方面，對于電極26處的給定電位，電極之間的間距的減小增加了等離子體的產生效率。另外，減小了由等離子體單元限定的體積18，從而提供許多優(yōu)點。所提供的微型化 等離子體單元允許該單元在使用中接近于或鄰近于治療，從而減小所產生的等離子體從單元到治療部位所必須行進的距離。如果活性核素的半衰期是短的，則此優(yōu)點可能是有用的。在這方面，單元的體積18優(yōu)選地小于200 mm3。再次參考圖I和2，施加器頭52被構造成位于治療部位54附近。在本示例中，治療部位54是用戶的口腔58中的牙齒56。因此，如圖7所示，施加器頭52被構造成位于人或動物的口腔中以便治療人或動物的牙齒或牙齦。外殼14具有連接部分62，其用于連接到施加器頭52的互補的可拆卸連接部分64，使得當被連接時，氣體能夠被供應到單元16并且電功率被供應到電極26、28。施加器頭的布置包括當被連接時在外殼60與施加器頭52之間延伸的頸部66。施加器頭的尺寸設置成被接收在口腔中，并且可以是例如典型牙刷頭的尺寸和形狀。因此，可以在使用中使單元16定位成盡可能靠近治療部位。因此，如果氣源供應氦氣或摻雜氦氣，例如提供具有I毫秒范圍內的短半衰期的有益活性核素，則從等離子體單元16發(fā)射或噴射的股流中的活性核素的濃度在與治療部位的有益接觸之前并不過多地下降。也就是說，股流仍將包含可接受濃度的離子及其他活性核素，盡管活性核素可能具有相當短的半衰期。圖I和2所示的布置允許在持續(xù)使用之后用新施加器頭來替換該施加器頭，而不要求替換整個設備。等離子體單元布置的適當功能可能在持續(xù)使用之后下降，因此定期地將其替換被認為是適當的。這樣，以與也要求定期替換的電牙刷的施加器頭類似的方式，施加器頭變成丟棄部分。微型化等離子體單元的另一優(yōu)點是促進了在設備10的每次使用之前用來自氣源的氣體沖洗單元的體積以在激勵電極以形成等離子體之前清理單元的污染物。在這方面，在等離子體激發(fā)時存在于單元中的污染物可能形成不期望的核素，其可能干擾期望核素的作用或產生不想要的效果。不期望核素的示例是臭氧，其不僅具有特殊的臭味，而且僅在非常低的量時是用戶能夠安全容忍的。微型化等離子體單元的另一優(yōu)點是可以每單位時間激勵相對小量的氣體以形成等離子體。因此，在圖2所示的示例中，不需要用所得到的股流來沖洗口腔，該股流中的大部分可能未產生治療或有益效果。如果向治療部位提供小量的股流，則較大比例的等離子體可以實現期望的效果，同時節(jié)省氣體并延長替換或重新填充之間的氣源壽命。
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權利要求
1.一種用于提供部分電離的氣態(tài)等離子體流以便對治療部位進行治療的設備，所述設備包括微型等離子體單元和多個電極，所述微型等離子體單元限定體積，在所述體積中，從氣源流過單元進口的氣體能夠被激勵以形成非熱氣態(tài)等離子體并通過單元出口排出，所述多個電極用于接收電功率以便激勵所述單元中的氣體以形成所述非熱氣態(tài)等離子體，其中，所述設備包括施加器頭，所述施加器頭被構造成位于治療部位附近，所述施加器頭能夠從所述設備拆卸，并且所述等離子體單元位于所述施加器頭中。
2.根據權利要求I所述的設備，其中，所述設備是手持式的。
3.根據權利要求I所述的設備，其中，所述設備被形成為連接到鉸接臂的附件，其是用于保持牙科醫(yī)生的鉆具的種類。
4.根據權利要求I所述的設備，其中，所述施加器頭被構造并確定尺寸以便插入人或動物的口腔中以便治療人或動物的牙齒或牙齦。
5.根據權利要求4所述的設備，其中，所述施加器頭采取刷的形式。
6.根據權利要求I所述的設備，其中，所述等離子體單元具有不超過10ml的自由氣體空間，其中電極被間隔開不超過10 mm。
7.根據權利要求2所述的設備，包括用于容納氣源和電功率源的外殼，所述外殼具有用于連接到所述施加器頭的互補部分的連接部分，使得當被連接時氣體能夠被供應到所述單元并且電功率能夠被供應到所述電極。
8.根據權利要求7所述的設備，其中，所述電功率源包括電池和至少一個電路，所述至少一個電路用于將所述電池的輸出轉換成適合于所述非熱氣態(tài)等離子體的產生的脈沖DC或AC信號。
9.一種用于提供部分電離的等離子體流以便對治療部位進行治療的手持式設備，所述設備包括施加器頭和微型化等離子體單元，所述微型化等離子體單元限定體積，在所述體積中，從氣源流過單元進口的氣體能夠被激勵以形成非熱氣態(tài)等離子體并通過單元出口排出以便由所產生的等離子體對治療部位進行治療，其中，所述等離子體單元位于所述施加器頭中。
10.根據權利要求9所述的手持式設備，其中，所述施加器頭能夠從所述設備拆卸。
11.根據權利要求10所述的手持式設備，其中，所述微型化等離子體單元具有I和5ml之間的自由氣體空間。
12.根據權利要求10所述的手持式設備，其中，所述微型化等離子體單元具有小于Iml的自由氣體空間。
全文摘要
一種通常為手持式的設備(10)提供部分電離的氣態(tài)等離子體流以便對治療部位進行治療。該設備包括容納微型等離子體單元(16)的施加器頭(52)和多個電極(26、28)，在微型等離子體單元(16)中，從氣源(22)流動通過單元的氣體能夠被激勵以形成非熱氣態(tài)等離子體，多個電極(26、28)用于從電能的源接收電能以便激勵單元中的等離子體形成區(qū)(18)中的氣體以形成所述等離子體。施加器頭(52)能夠從該設備拆卸并且可以具有使得其能夠被插入人或動物口腔中的尺寸和構造。
文檔編號A61B18/00GK102934527SQ201180029523
公開日2013年2月13日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權日2010年4月16日
發(fā)明者T.B.霍爾貝切, R.T.賴希, P.多布森, C.J.德維里, A.R.T.塔塔雷克 申請人:蘭德股份公司