專利名稱：利用等離子氣體放電體處理生物組織的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
示例性系統(tǒng)涉及一種用于在大氣壓力下通過(guò)RF等離子氣體放電體 (RF plasma gas-discharge)處理生物組織尤其是皮膚層的改進(jìn)的系統(tǒng) 和方法，其中，氣體噴嘴電極用作RF能量耦合天線，該RF能量耦合天 線與作為第二虛擬電極的相鄰的生物組織協(xié)同工作。對(duì)氣體放電或等離 子的控制被以多種方式受影響，包括氣體噴嘴電極結(jié)構(gòu)、氣體性質(zhì)和 氣體流動(dòng)參數(shù)。該系統(tǒng)和方法使得較寬范圍的皮膚處理、表面修復(fù)、和 新生技術(shù)得以應(yīng)用，且可得到優(yōu)化以滿足處理要求。特別是，可實(shí)現(xiàn)使 熱損傷最小的皮膚層低溫消融的條件、皮膚層的受控和局部加熱、以及 透皮離子輸送。
背景技術(shù)：
皮膚處理例如皮膚表面修復(fù)或新生包括根據(jù)處理要求去除和/或修復(fù) 外部和近表面的皮膚層。皮膚處理可以應(yīng)用于這些需求，例如除皺、毛 孔緊縮、皮膚光滑、肌肉上提、膠原刺激、斑痕(如，紋身、傷疤、損 傷、斑點(diǎn)和色素沉著)去除、以及毛發(fā)去除和生長(zhǎng)抑制。先前提出的皮 膚處理方法主要是局部處理，這些處理方法實(shí)際上是諸如乳膏或軟膏的 化學(xué)方法、機(jī)械方法(即磨料)或它們的組合。這些技術(shù)在長(zhǎng)期減輕皮
膚處理問(wèn)題以及防止問(wèn)題復(fù)發(fā)方面未被證明有臨床功效。另外，化學(xué)和 機(jī)械"去皮"對(duì)問(wèn)題皮膚區(qū)和/或周圍組織有損傷作用。
另外，有人提出了一些利用激光、RF等離子和LED光能與皮膚層相
互作用實(shí)現(xiàn)皮膚處理的新方法。每種方法在應(yīng)用方面都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。 先前可用的其它可選方法存在缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)可以被示例性系統(tǒng)所克
服。與這些類型的技術(shù)相關(guān)聯(lián)的一些問(wèn)題包括受限的工作條件、過(guò)度 的皮膚加熱和/或燒灼、斑點(diǎn)去除不完全、愈合期長(zhǎng)、皮疹以及其它皮膚 刺激和/或并發(fā)癥。
授權(quán)給ArthoCare公司的美國(guó)專利No. 6105581公開了現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng) 的一個(gè)例子。該專利教導(dǎo)使用與皮膚和電手術(shù)探針接觸的導(dǎo)電溶液例如 鹽溶液。將RF能量脈沖作用于探針，在溶液中產(chǎn)生等離子，使皮膚表面 上以及表層內(nèi)的細(xì)胞消融。溶液帶走等離子熱量，使其保持低溫，從而 減輕與激光表面修復(fù)有關(guān)的過(guò)度的皮膚加熱問(wèn)題。該技術(shù)在本領(lǐng)域內(nèi)有 時(shí)也稱為Coblatio-技術(shù)。然而，該專利的教導(dǎo)存在固有缺點(diǎn)，即由于 等離子"熱點(diǎn)"在作用溶液的不同區(qū)域產(chǎn)生而造成對(duì)皮膚處理區(qū)的控制 不足、以及由于需要探針接觸皮膚處理區(qū)而造成應(yīng)用受限。
授權(quán)給Mattioli工程有限公司的美國(guó)專利No. 6518538公開了現(xiàn)有技 術(shù)系統(tǒng)的另一個(gè)例子。該專利教導(dǎo)使用RF等離子氣體放電體加熱和選擇 性破壞皮膚層。要被處理的皮膚層密封在探針上，并在探針內(nèi)產(chǎn)生真空。 RF能量耦合電極和氦氣被導(dǎo)入探針中，由此產(chǎn)生等離子。但是，該專利 的教導(dǎo)具有固有缺點(diǎn)在真空條件下工作受限，以及在沒有額外的負(fù)面 作用的情況下適合于探針定位并得到適合的真空壓力的皮膚處理區(qū)受到 限制。
授權(quán)給Gyrus醫(yī)療有限公司的美國(guó)專利No. 6629974和6723091公開 了現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的又一個(gè)例子。該系統(tǒng)使用氮?dú)獾腞F等離子氣體放電體 以6mm斑點(diǎn)將其能量輸送到處理區(qū)。它相對(duì)基于激光的系統(tǒng)的一個(gè)主要 優(yōu)點(diǎn)是，其不依靠中間發(fā)色團(tuán)將RF能量轉(zhuǎn)換成熱量。因此，熱量消散得 到控制且均勻。此外，等離子火焰多次經(jīng)過(guò)處理區(qū)并不像基于激光的系 統(tǒng)一樣會(huì)另外產(chǎn)生熱損傷。然而，該系統(tǒng)具有固有缺點(diǎn)僅使用小的有 效等離子區(qū)處理皮膚的操作受限。這部分上是因?yàn)榈入x子是在裝置的外 殼內(nèi)部激發(fā)的事實(shí)。這樣，就排除了電極與皮膚表面之間有助于成形等 離子分布的任何有用的電磁相互作用。
因此，廣泛認(rèn)識(shí)到需要一種利用RF等離子氣體放電體加熱生物組織 的改進(jìn)系統(tǒng)和方法，避免上述限制，并且這將具有很好的優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
上述要求通過(guò)示例性系統(tǒng)的幾個(gè)方面滿足。
下面將首次公開一種用于處理生物組織的裝置?，F(xiàn)公開的裝置包括用 于激發(fā)氣流以形成等離子氣體放電體的電極，其中，電極被構(gòu)造在裝置 內(nèi)，使得在電極遇到生物組織的表面時(shí)形成從電極到生物組織的表面的 電流通路，從而激發(fā)氣流并形成等離子氣體放電體。
根據(jù)一些實(shí)施例，電極是噴嘴電極，該噴嘴電極包括適于接收氣流的 噴嘴部分。
根據(jù)一些實(shí)施例，所述噴嘴電極適于激發(fā)氣流而使等離子氣體放電體
被至少部分地形成在噴嘴部分的外部。
根據(jù)一些實(shí)施例，裝置在大氣壓力下或高于大氣壓力下工作。
根據(jù)一些實(shí)施例，由裝置產(chǎn)生的等離子氣體放電體通過(guò)消融生物組織 而有效地處理生物組織。
根據(jù)一些實(shí)施例，由裝置產(chǎn)生的等離子氣體放電體通過(guò)切割生物組織 而有效地處理生物組織。
根據(jù)一些實(shí)施例，由裝置產(chǎn)生的等離子氣體放電體通過(guò)向生物組織的 透皮離子輸送而有效地處理生物組織。
根據(jù)一些實(shí)施例，由裝置產(chǎn)生的等離子氣體放電體通過(guò)加熱生物組織 而有效地處理生物組織。
根據(jù)一些實(shí)施例，由裝置產(chǎn)生的等離子氣體放電體通過(guò)生物光刺激生 物組織而有效地處理生物組織。
根據(jù)一些實(shí)施例，由裝置產(chǎn)生的等離子氣體放電體通過(guò)使等離子氣體 放電體與生物組織發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而有效地處理生物組織。
根據(jù)一些實(shí)施例，氣流是擴(kuò)散氣流。
根據(jù)一些實(shí)施例，裝置還包括用于產(chǎn)生氣流的氣源，所述氣源提供從 包括氦氣、氬氣、氖氣、氙氣、氪氣、分子氧(02)、分子氮(N2)、氮的 氧化物、碳的氧化物、水蒸汽、揮發(fā)性有機(jī)氣體、以及揮發(fā)性無(wú)機(jī)氣體 的組中選擇的至少一種氣體。
根據(jù)一些實(shí)施例，電極由從包括鋁、銀、金、銅及它們的合金的組中 選擇的至少一種金屬制成。
根據(jù)一些實(shí)施例，裝置還包括與電極的表面相關(guān)的介電屏障，該介電
屏障用于降低電極表面的導(dǎo)電性，從而阻止傳導(dǎo)電流傳輸?shù)缴锝M織的 表面。
根據(jù)一些實(shí)施例，電極的尺寸使得等離子氣體放電體形成火炬型分布。
根據(jù)一些實(shí)施例，電極具有介電圓柱形空腔附件、且尺寸使得形成等 離子氣體放電體，使得等離子氣體放電體基本上占據(jù)介電圓柱形空腔附 件的整個(gè)空腔。
根據(jù)一些實(shí)施例，電極的尺寸使得形成具有非常低的電流密度、和大 的放電體橫截面的等離子氣體放電體。
根據(jù)一些實(shí)施例，電極的尺寸使得等離子氣體放電體形成窄的火焰舌 (等離子管)分布。
根據(jù)一些實(shí)施例，電極的尺寸、和位置使得以生物組織的表面是非等 電位表面的方式與生物組織的表面相互作用，從而，可同時(shí)加熱生物組 織和維持等離子氣體放電體。
根據(jù)一些實(shí)施例，電極的尺寸使得其具有碗狀外形、且它的位置使得 以生物組織的表面是非等電位表面的方式直接接觸生物組織，從而使等 離子氣體放電體基本上填滿所述電極的內(nèi)部空間。
根據(jù)一些實(shí)施例，電極具有介電圓柱形空腔附件、且尺寸使得其具有 球狀外形，用于以生物組織的表面是非等電位表面的方式直接接觸生物 組織，從而使等離子氣體放電體具有環(huán)型分布。
根據(jù)一些實(shí)施例，電極具有伸入其內(nèi)部直接接觸生物組織的介電圓柱 形導(dǎo)管附件，從而，在介電圓柱形導(dǎo)管附件內(nèi)部激發(fā)等離子氣體放電體，
所述等離子氣體放電體通過(guò)氣流輸送到生物組織。
根據(jù)一些實(shí)施例，裝置還包括從包括激光束、超聲波換能器、UV光 源、和閃光燈的組中選擇的至少一個(gè)附加元件，從而附加性地處理生物 組織。
根據(jù)一些實(shí)施例，電極用作用于等離子氣體放電體的天線，并影響用 于等離子氣體放電體的氣流的參數(shù)。
根據(jù)一些實(shí)施例，裝置還包括用于氣體輸送的噴嘴，所述噴嘴適合于 使氣體的溫度急劇下降(絕熱膨脹)。
根據(jù)一些實(shí)施例，裝置還包括用于氣體輸送的噴嘴，所述噴嘴適合于 產(chǎn)生層流氣流。
根據(jù)一些實(shí)施例，裝置還包括用于氣體輸送的噴嘴，所述噴嘴適合于 產(chǎn)生湍流氣流。
根據(jù)一些實(shí)施例，裝置還包括用于氣體輸送的噴嘴，所述噴嘴適合于 產(chǎn)生有效用于透皮離子輸送的氣流。
根據(jù)一些實(shí)施例，等離子氣體放電體通過(guò)RF功率發(fā)生器(放大器)
產(chǎn)生，所述RF功率發(fā)生器能夠產(chǎn)生足以激發(fā)并維持等離子氣體放電體的 輸出RF功率。
根據(jù)一些實(shí)施例，裝置還包括用于調(diào)節(jié)電極的功率特性的電極控制裝置。
根據(jù)一些實(shí)施例，電極控制裝置包括用于為電極提供RF功率的RF 功率源。
根據(jù)一些實(shí)施例，電極控制裝置包括能夠?qū)Χㄏ蛐胁ㄒ葡嗟囊葡嗥鳌?根據(jù)一些實(shí)施例，電極控制裝置包括阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(IMN)，頂N能夠
將包括等離子氣體放電體、所述電極、和生物組織(DET-放電體-電極 -組織)的裝置總阻抗從名義值變換到校正值。
根據(jù)一些實(shí)施例，電極控制裝置包括能夠循環(huán)積聚和釋放所需量的能 量的RF諧振器。
根據(jù)一些實(shí)施例，電極控制裝置包括(a)能夠產(chǎn)生足以激發(fā)并維持 等離子氣體放電體的輸出RF功率的RF功率發(fā)生器(放大器)；(b)脈沖 寬度調(diào)制(PWM)控制器，P麗控制器能夠使所述RF功率發(fā)生器以預(yù)定的 持續(xù)時(shí)間、幅度、和所需頻率的脈沖輸送輸出RF功率；(c)能夠?qū)Χㄏ?行波移相的移相器，該移相器能夠通過(guò)相位躍變對(duì)輸出功率的定向行波 移相，從而有利于等離子氣體放電體的激發(fā)階段、和工作階段；(d)阻 抗匹配網(wǎng)絡(luò)(頂N)， I麗能夠?qū)⒓ぐl(fā)階段和工作階段的包括等離子氣體放 電體、電極、和生物組織(DET-放電體-電極-組織)的裝置總阻抗從 名義值變換到校正值，所述校正值與RF功率發(fā)生器和移相器的特性阻抗 相匹配，從而輸出行波可維持等離子氣體放電體而沒有轉(zhuǎn)換成駐波；以 及(e)連接到電極的RF諧振器，RF諧振器能夠循環(huán)地積聚和釋放工作階 段所需量的能量，且RF諧振器還能夠集中激發(fā)階段所需量的能量。 根據(jù)一些實(shí)施例，介電屏障被作為電極上的介電涂層提供。 根據(jù)一些實(shí)施例，電極主要由鋁制成，且介電屏障被作為氧化鋁涂層 提供。
下面將首次公開一種利用由氣流形成的成形等離子分布處理生物組 織的裝置。現(xiàn)公開的裝置包括(a)用于激發(fā)氣流產(chǎn)生等離子氣體放電
體的電極；以及(b)用于為所述電極提供支撐的外殼，其中，所述電極 相對(duì)于所述外殼設(shè)置成使所述電極基本上未被所述外殼電屏蔽，且所述 電極定位成與生物組織的表面產(chǎn)生電磁相互作用，從而至少部分地成形 等離子分布。
根據(jù)一些實(shí)施例，裝置構(gòu)造成使等離子氣體放電體基本上處于外殼的 外部。
根據(jù)一些實(shí)施例，電極經(jīng)由電極保持器加裝在外殼上，電極保持器用 于使電極相對(duì)于外殼定位、以及將氣流的氣體輸送到電極。
根據(jù)一些實(shí)施例，電極的至少一部分露出外殼，從而使得可直接接觸 生物組織的表面。
根據(jù)一些實(shí)施例，電極相對(duì)于外殼的布置是可以調(diào)節(jié)的，從而可作為 控制生物組織的處理區(qū)域的裝置沿生物組織的表面移動(dòng)。
下面首次公開一種用于處理生物組織的裝置。現(xiàn)公開的裝置包括(a) 能夠產(chǎn)生足以激發(fā)并維持等離子氣體放電體的輸出RF功率的RF功率發(fā)
生器(放大器)；(b)脈沖寬度調(diào)制(P麗)控制器，P麗控制器能夠使
RF功率發(fā)生器以預(yù)定的持續(xù)時(shí)間、幅度、和所需頻率的脈沖輸送輸出RF 功率；(c)能夠?qū)Χㄏ蛐胁ㄒ葡嗟囊葡嗥?，移相器能夠通過(guò)相位躍變對(duì) 輸出功率的定向行波移相，從而有利于等離子氣體放電體的激發(fā)階段和 工作階段；(d)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(IMN)， I麗能夠?qū)⒓ぐl(fā)階段和工作階段的 包括等離子氣體放電體、電極、和生物組織(DET -放電體-電極-組織) 的裝置總阻抗從名義值變換到校正值，所述校正值與RF功率發(fā)生器和移 相器的特性阻抗相匹配，從而輸出行波可維持等離子氣體放電體而沒有
轉(zhuǎn)換成駐波；以及(e)連接到電極的RF諧振器，RF諧振器能夠循環(huán)地積 聚和釋放工作階段所需量的能量，且RF諧振器還能夠集中激發(fā)階段所需 量的能量。
根據(jù)一些實(shí)施例，被耦合功率從RF功率發(fā)生器輸送。 根據(jù)一些實(shí)施例，輸送到等離子氣體放電體的輸出RF功率被以連續(xù) 或脈沖模式被耦合。
根據(jù)一些實(shí)施例，移相器包括可調(diào)U形同軸線(trombone)類型。
根據(jù)一些實(shí)施例，移相器至少部分地由同軸電纜構(gòu)成。 根據(jù)一些實(shí)施例，由移相器所提供的相移是可變的。 根據(jù)一些實(shí)施例，BW包括固定結(jié)構(gòu)，所述固定結(jié)構(gòu)的特征是具有從
包括L形、T形和7T形結(jié)構(gòu)的組中選擇的形狀。
根據(jù)一些實(shí)施例，頂N包括寬帶阻抗變換器。 根據(jù)一些實(shí)施例，頂N是可變的。
根據(jù)一些實(shí)施例，裝置還包括(f)饋電電纜，所述饋電電纜將電極 和RF諧振器與頂N連接起來(lái)。
根據(jù)一些實(shí)施例，饋電電纜具有由n*X/2長(zhǎng)度限定的諧振長(zhǎng)度，其中， 入是在饋電電纜材料中的輸出RF功率的波長(zhǎng)，n是整數(shù)。
下面首次公開一種利用由氣流形成的成形等離子分布處理生物組織 的裝置?，F(xiàn)公開的裝置包括(a)用于氣體輸送并用于激發(fā)氣流產(chǎn)生等 離子氣體放電體的噴嘴電極；以及(b)用于為所述噴嘴電極提供支撐的 外殼，其中，所述噴嘴電極相對(duì)于所述外殼設(shè)置成使所述噴嘴電極基本 上未被所述外殼電屏蔽，且所述噴嘴電極定位成與生物組織的表面產(chǎn)生
電磁相互作用，從而至少部分地成形等離子分布。
下面首次公開一種用于處理生物組織的方法?，F(xiàn)公開的方法包括(a)
向電極供應(yīng)氣流；(b)在使生物組織的表面與電極彼此靠近而使電極和
生物組織基本上未被彼此電屏蔽時(shí)，激發(fā)氣流以形成等離子氣體放電體;
以及(C)使生物組織的表面經(jīng)受等離子氣體放電體，從而處理生物組織。 根據(jù)一些實(shí)施例，生物組織是通過(guò)消融生物組織而被處理的。 根據(jù)一些實(shí)施例，生物組織是通過(guò)切割生物組織而被處理的。 根據(jù)一些實(shí)施例，生物組織是通過(guò)透皮輸送離子到生物組織而被處理的。
根據(jù)一些實(shí)施例，生物組織是通過(guò)加熱生物組織而被處理的。 根據(jù)一些實(shí)施例，生物組織是通過(guò)生物光刺激生物組織而被處理的。 根據(jù)一些實(shí)施例，生物組織是通過(guò)使等離子氣體放電體與生物組織而
化學(xué)反應(yīng)而被處理的。
根據(jù)一些實(shí)施例，生物組織是電接地的，從而與等離子氣體放電體相
互作用。
根據(jù)一些實(shí)施例，生物組織是電浮動(dòng)的，從而與等離子氣體放電體相 互作用。
根據(jù)一些實(shí)施例，等離子氣體放電體在大氣壓力或高于大氣壓力下工作。
根據(jù)一些實(shí)施例，所述方法還包括(d)通過(guò)RF功率發(fā)生器(放大 器)產(chǎn)生足以激發(fā)并維持等離子氣體放電體的輸出RF功率；(e)通過(guò)脈 沖寬度調(diào)制(P麗)控制器使RF功率發(fā)生器以預(yù)定的持續(xù)時(shí)間、幅度、
和所需頻率的脈沖輸送輸出RF功率；(f)通過(guò)移相器借助相位躍變對(duì)輸 出功率的定向行波移相，從而有利于等離子氣體放電體的激發(fā)階段和工
作階段；(g)通過(guò)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(BIN)將激發(fā)階段和工作階段的包括等 離子氣體放電體、電極、和生物組織(DET-放電體-電極-組織)的裝 置總阻抗從名義值變換到校正值，所述校正值與RF功率發(fā)生器和移相器 的特性阻抗相匹配，從而輸出行波可維持等離子氣體放電體而沒有轉(zhuǎn)換 成駐波；以及(h)通過(guò)連接到電極的RF諧振器循環(huán)地積聚和釋放工作階 段所需量的能量，且諧振器還能夠集中激發(fā)階段所需量的能量。
根據(jù)一些實(shí)施例，激發(fā)來(lái)自電極的氣流的步驟包括激發(fā)來(lái)自借助于電 極保持器加裝在裝置上的電極的氣流，所述電極保持器還用于將氣體輸 送到電極。
根據(jù)一些實(shí)施例，激發(fā)來(lái)自電極的氣流的步驟包括激發(fā)來(lái)自被直接接 觸生物組織的表面設(shè)置的電極的氣流。
根據(jù)一些實(shí)施例，激發(fā)來(lái)自電極的氣流的步驟包括激發(fā)來(lái)自作為改變 生物組織的處理位置的裝置而可在生物組織的表面上移動(dòng)的電極的氣 流。
根據(jù)一些實(shí)施例，所述方法還包括(d)將介電屏障定位在電極與生 物組織的表面之間，所述介電屏障阻止傳導(dǎo)電流的傳輸。
根據(jù)一些實(shí)施例，激發(fā)來(lái)自電極的氣流的步驟包括激發(fā)來(lái)自暴露在大 氣中、且尺寸和外形使得產(chǎn)生具有火炬型分布的等離子氣體放電體的電 極的氣流。
根據(jù)一些實(shí)施例，激發(fā)來(lái)自電極的氣流的步驟包括激發(fā)來(lái)自具有介電 圓柱形空腔附件、且尺寸和外形使得產(chǎn)生占據(jù)介電圓柱形空腔附件的整 個(gè)空腔的等離子氣體放電體的電極的氣流。
根據(jù)一些實(shí)施例，激發(fā)來(lái)自電極的氣流的歩驟包括激發(fā)來(lái)自尺寸和外 形使得產(chǎn)生電流密度非常低且放電體橫截面大的等離子氣體放電體的電 極的氣流。
根據(jù)一些實(shí)施例，激發(fā)來(lái)自電極的氣流的步驟包括激發(fā)來(lái)自尺寸和外 形使得產(chǎn)生具有窄的火焰舌(等離子管)分布的等離子氣體放電體的電 極的氣流。
根據(jù)一些實(shí)施例，激發(fā)來(lái)自電極的氣流的步驟包括激發(fā)來(lái)自尺寸和外 形使得以生物組織的表面是非等電位表面的方式與生物組織的表面相互 作用的電極的氣流，從而可同時(shí)加熱生物組織并維持等離子氣體放電體。
根據(jù)一些實(shí)施例，激發(fā)來(lái)自電極的氣流的步驟包括激發(fā)來(lái)自具有碗狀 外形，使得以生物組織的表面是非等電位表面的方式與生物組織直接接 觸的電極的氣流，從而可使等離子氣體放電體填充噴嘴電極的內(nèi)部空間。
根據(jù)一些實(shí)施例，激發(fā)來(lái)自電極的氣流的步驟包括激發(fā)來(lái)自具有介電 圓柱形空腔附件、并具有以生物組織的表面是非等電位表面的方式與生 物組織部分地直接接觸的球狀外形的電極的氣流，從而可使等離子氣體 放電體具有環(huán)型分布。
根據(jù)一些實(shí)施例，激發(fā)來(lái)自電極的氣流的步驟包括激發(fā)來(lái)自具有介電 圓柱形導(dǎo)管附件的電極的氣流，所述介電圓柱形導(dǎo)管附件伸入電極內(nèi)部 直接接觸生物組織，所述電極在介電圓柱形導(dǎo)管附件內(nèi)部激發(fā)產(chǎn)生等離 子氣體放電體，且所述等離子氣體放電體通過(guò)氣流輸送到生物組織。
根據(jù)一些實(shí)施例，所述方法還包括(d)使用從包括激光束、超聲波 換能器、UV光源、閃光燈的組中選擇的至少一個(gè)附加元件附加性地處理 生物組織。
根據(jù)一些實(shí)施例，提供氣流的步驟包括提供流動(dòng)特性適合于使氣體的 溫度急劇下降(絕熱膨脹)的氣流。
根據(jù)一些實(shí)施例，提供氣流的步驟包括提供流動(dòng)特性適合于產(chǎn)生層流 氣流特性的氣流。
根據(jù)一些實(shí)施例，提供氣流的步驟包括提供流動(dòng)特性適合于產(chǎn)生湍流 氣流特性的氣流。
根據(jù)一些實(shí)施例，提供氣流的步驟包括提供流動(dòng)特性有利于透皮離子 輸送的氣流。
根據(jù)一些實(shí)施例，步驟(a)到(C)是按所列出的順序執(zhí)行的。 下面首次公開一種用于處理生物組織的方法?，F(xiàn)公開的方法包括(a) 向電極供應(yīng)氣流；(b)使得從電極到生物組織的表面形成電流通路，以 便同時(shí)激發(fā)所述氣流以形成等離子氣體放電體；以及(c)使生物組織的 表面經(jīng)受等離子氣體放電體，從而處理生物組織。
下面首次公開一種利用等離子氣體放電體處理生物組織的方法?，F(xiàn)公 開的方法包括(a)通過(guò)RF功率發(fā)生器(放大器)產(chǎn)生足以激發(fā)并維持 等離子氣體放電體的輸出RF功率；(b)通過(guò)脈沖寬度調(diào)制(P麗)控制 器使RF功率發(fā)生器以預(yù)定的持續(xù)時(shí)間、幅度、和所需頻率的脈沖輸送輸 出RF功率；(c)通過(guò)移相器借助相位躍變對(duì)輸出功率的定向行波移相， 從而有利于等離子氣體放電體的激發(fā)階段、和工作階段；(d)通過(guò)阻抗
匹配網(wǎng)絡(luò)(BIN)將激發(fā)階段和工作階段的包括等離子氣體放電體、電極、
和生物組織(DET -放電體-電極-組織)的裝置總阻抗從名義值變換到 校正值，所述校正值與RF功率發(fā)生器和移相器的特性阻抗相匹配，從而 輸出行波可維持等離子氣體放電體而沒有轉(zhuǎn)換成駐波；以及(e)通過(guò)連 接到電極的RF諧振器循環(huán)地積聚和釋放工作階段所需量的能量，且RF 諧振器還能夠集中激發(fā)階段所需量的能量。
下面首次公開一種利用成形等離子分布處理生物組織的方法?，F(xiàn)公開 的方法包括(a)提供氣流；(b)激發(fā)氣流的氣體產(chǎn)生等離子氣體放電 體；(c)使生物組織的表面經(jīng)受等離子氣體放電體；以及(d)利用生物 組織的經(jīng)受表面與穿過(guò)電磁相互作用間隙的等離子氣體放電體之間的電 磁相互作用，并成形等離子氣體放電體的分布，從而處理生物組織。
下面首次公開一種作為處理生物組織的措施而用于將等離子流的透 皮離子輸送到生物組織的方法。現(xiàn)公開的方法包括(a)使生物組織的 表面經(jīng)受等離子氣體放電體的等離子流；以及(b)將等離子流透皮輸送 到位于所述表面之下的生物組織。
根據(jù)一些實(shí)施例，透皮輸送等離子流的步驟還包括透皮輸送從包括原 子離子、分子離子、原子基團(tuán)、分子基團(tuán)、激發(fā)態(tài)離子、激發(fā)態(tài)基團(tuán)、 高能離子、高能基團(tuán)、冷卻離子、冷卻基團(tuán)、高能電子、以及供給氣體 的任何成分的組中選擇的至少一種等離子流。
通過(guò)下面的詳細(xì)描述和示例，這些和其它實(shí)施例將會(huì)顯而易見。


這里僅僅作為示例并參考附圖描述了本發(fā)明。在下面具體詳細(xì)地參考 附圖時(shí)，強(qiáng)調(diào)的是，圖示的具體結(jié)構(gòu)僅僅是作為示例，并且僅僅是為了 說(shuō)明性地討論示例性系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例，而且給出它們的原因是為了提 供被認(rèn)為是最有用的且易于理解對(duì)本發(fā)明的原理和概念性的方面的描 述。在這點(diǎn)上，不試圖更加詳細(xì)地示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，而是為了從 根本上理解本發(fā)明。結(jié)合附圖所作的描述使得本領(lǐng)域一般技術(shù)人員可顯 而易見地得到本發(fā)明的幾種方式是如何在實(shí)際中實(shí)施的。
附圖包括
圖1A是根據(jù)示例性系統(tǒng)的一些實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖，示出了 RF等離 子氣體放電裝置的各個(gè)元件及它們的互連關(guān)系；
圖1B是根據(jù)示例性系統(tǒng)的一些實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖，示出了噴嘴電
極與裝置外殼的結(jié)構(gòu)關(guān)系；
圖1C是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)Gyrus的裝置的簡(jiǎn)化示意圖，示出了電極與裝 置外殼的結(jié)構(gòu)關(guān)系；
圖2是根據(jù)示例性系統(tǒng)的一些實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖，示出了產(chǎn)生層流 氣流特性的常規(guī)噴嘴電極結(jié)構(gòu)、及其相應(yīng)的火炬型等離子分布；
圖3是根據(jù)示例性系統(tǒng)的一些實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖，示出了具有產(chǎn)生 基本上填充了空腔整個(gè)空間的等離子的介電圓柱形空腔附件的常規(guī)噴嘴 電極、及其相應(yīng)的等離子分布；
圖4是根據(jù)示例性系統(tǒng)的一些實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖，示出了由于湍流
氣流特性產(chǎn)生低的電流密度和大的放電體橫截面的噴嘴電極結(jié)構(gòu)、及其 相應(yīng)的等離子分布；
圖5是根據(jù)示例性系統(tǒng)的一些實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖，示出了產(chǎn)生非常 高的電流密度和非常小的放電體橫截面的噴嘴電極結(jié)構(gòu)、及其相應(yīng)的具 有窄的火焰舌尖端的等離子分布；
圖6是根據(jù)示例性系統(tǒng)的一些實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖，示出了碗狀噴嘴
電極結(jié)構(gòu)、及其相應(yīng)的等離子分布，該碗狀噴嘴電極結(jié)構(gòu)由于生物組織
是非等電位表面而能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)RF加熱和等離子操作、并產(chǎn)生基本上填 充總的內(nèi)部空間的等離子；
圖7是根據(jù)示例性系統(tǒng)的一些實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖，示出了具有介電 圓柱形空腔附件的球狀噴嘴電極結(jié)構(gòu)、及其相應(yīng)的環(huán)型等離子分布，該 球狀噴嘴電極結(jié)構(gòu)由于生物組織是非等電位表面而能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)RF加熱 和等離子操作、并產(chǎn)生基本上填充了總的內(nèi)部空間的等離子；
圖8是根據(jù)示例性系統(tǒng)的一些實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖，示出了常規(guī)噴嘴 電極結(jié)構(gòu)、及其相應(yīng)的等離子分布，該常規(guī)噴嘴電極結(jié)構(gòu)具有伸入噴嘴 電極內(nèi)部的介電圓柱形導(dǎo)管附件、且產(chǎn)生在導(dǎo)管中激發(fā)并通過(guò)氣流輸送 到組織的等離子氣體放電體；以及
圖9是根據(jù)示例性系統(tǒng)的一些實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖，示出了電極控制 裝置的各個(gè)元件及它們的互連關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
示例性系統(tǒng)的實(shí)施例提供了一種利用成形等離子分布處理生物組織 的裝置和方法。
參考附圖及附帶的描述，可以更好地理解根據(jù)示例性系統(tǒng)的一些實(shí)施
例的利用成形等離子分布處理生物組織的裝置的原理和操作。
在詳細(xì)解釋本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明在其應(yīng) 用時(shí)并不限于下面描述中所給出的或者附圖中所示出的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和元件 配置。本發(fā)明能夠采用其它實(shí)施例，或者以不同的方式實(shí)現(xiàn)或?qū)嵤?。?外，應(yīng)當(dāng)理解，在此采用的短語(yǔ)和術(shù)語(yǔ)是為了描述目的，而不應(yīng)認(rèn)為是 限制性的。
圖1A提供了根據(jù)示例性系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的利用成形等離子分布 處理生物組織的裝置的圖示。所述裝置包括RF功率發(fā)生器(放大器)1，
其能夠產(chǎn)生被引向電極即可接觸生物組織表面7的噴嘴電極6的輸出RF 功率10。噴嘴電極6能夠?qū)⑺枇康哪芰總鬟f給處于大氣壓力或高于大 氣壓力下的氣流9。噴嘴電極6構(gòu)造在裝置內(nèi)，以便于形成至生物組織表 面的電流通路、和在噴嘴電極6遇到生物組織時(shí)激發(fā)氣流9產(chǎn)生等離子 放電體。
如在此所使用的，當(dāng)電極或噴嘴電極被描述為構(gòu)造在"裝置內(nèi)"以提 供特殊功能時(shí)，這涉及到以下至少一個(gè)方面(a)電極的固有物理或幾何 特性；(b)電極相對(duì)于其它裝置部件(例如裝置外殼)的幾何結(jié)構(gòu)；以及 (c)電極與其它裝置部件(例如，裝置的一個(gè)或多個(gè)電氣元件)的功能關(guān) 系。需要指出的是，術(shù)語(yǔ)"裝置內(nèi)"并不意味著電極需要在物理結(jié)構(gòu)關(guān) 系上位于一個(gè)或多個(gè)裝置部件例如裝置外殼內(nèi)。實(shí)際上，在一些實(shí)施例 中，構(gòu)造在裝置內(nèi)的電極安置在裝置外殼的外部。
在此所述的示例性系統(tǒng)還包括脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器2，其利 用矩形脈沖將來(lái)自RF功率發(fā)生器1的輸出RF功率10調(diào)節(jié)成具有預(yù)定持 續(xù)時(shí)間、幅度、和所需頻率。例如，在40.68MHz的RF工作頻率下，P麗 頻率是50Hz至20kHz，占空比為2至100%。在通過(guò)提供進(jìn)入等離子氣體 放電體8的所需水平的平均RF功率而獲得大氣等離子氣體放電體8的情 況下，該控制是重要的。這還能使得對(duì)于激發(fā)等離子氣體放電體8至關(guān) 重要的高幅度RF功率(瞬時(shí)功率脈沖)成為可能。此外，由于已知等離 子氣體放電體8的電壓隨著功率輸入的增大而保持不變(或略微增大)， 因此，增大RF功率會(huì)由于在正常放電模式下增大等離子氣體放電體體積 或在異常放電模式下增大電流密度而增大等離子氣體放電體電流。關(guān)于 等離子氣體放電體，本發(fā)明是指等離子、以及可選擇的氣體放電體。
P麗控制器2提供頻率明顯低于基本RF功率(例如，40.68MHz是基 本正弦振蕩和10kHz矩形調(diào)制)的調(diào)制RF功率。P麗控制器2在本發(fā)明 系統(tǒng)中是一個(gè)重要元件，這是因?yàn)樗峁┝司哂兴杷降钠骄鵕F功率 的高水平RF電壓作用于氣體放電體體積。高的RF電壓(或RF功率幅度) 對(duì)于維持等離子氣體放電體8以及應(yīng)用簡(jiǎn)單固定的頂N都是必需的。在 這種情況下，MN在時(shí)間上不依賴于RF功率、并以相同的RF功率幅度作 用。RF功率的平均大小在工作時(shí)可以是低的。
示例性系統(tǒng)還包括連接到RF功率發(fā)生器1的移相器(例如，可調(diào)U 形同軸線類型移相器4)。移相器4能夠?qū)敵鯮F功率10的定向行波移 相，從而源自其的能量被主要集中于等離子氣體放電體8中，這有利于 等離子氣體放電體8的激發(fā)階段和工作階段。
示例性系統(tǒng)還包括連接到移相器4和噴嘴電極6的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò) (頂N) 3，其能夠?qū)ǖ入x子氣體放電體8、噴嘴電極6和生物組織7
(DNT，放電體-噴嘴-組織)的裝置總阻抗從名義值(例如，250 - 350 歐姆)轉(zhuǎn)變成校正值(例如，50歐姆)。該校正值與RF功率發(fā)生器1和 移相器4的特性阻抗相匹配，從而，輸出行波可維持等離子氣體放電體8 而沒有轉(zhuǎn)換成駐波。
高的RF電壓(或RF功率幅度)對(duì)于在固定模式下使用頂N 3是必需 的。在這種情況下，IMN 3與RF功率在時(shí)間上沒有關(guān)系，因此，以相同 的RF功率幅度響應(yīng)。這樣，應(yīng)該注意，作用在等離子氣體放電體體積中 的RF功率的平均幅度可小于RF功率幅度。I麗3可以是各種類型的固定 或可變IMN (例如，L、 T、 7i型或者更復(fù)雜的單元)。
示例性系統(tǒng)還包括連接到頂N 3和噴嘴電極6的RF諧振器5，其能 夠循環(huán)地積聚和釋放工作階段所需量的能量。RF諧振器5還能夠集中激 發(fā)階段所需量的能量。這對(duì)于使不同氣體成分均能夠應(yīng)用于等離子氣體 放電體8來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。氣體成分的變化將改變氣體的電離電位。 RF諧振器5具有高的Q因數(shù)(即，大于100)。 RF諧振器5優(yōu)選是包括并 聯(lián)的電感器和電容器的并聯(lián)類型的。RF功率發(fā)生器1、 P麗控制器2、頂N 3、移相器4、 RF諧振器5和噴嘴電極6之間的互連是用饋電傳輸電纜22 提供的。下面將描述饋電傳輸電纜22的特性。
示例性系統(tǒng)還包括噴嘴電極6，其能夠?qū)⑤敵鯮F功率10從RF功率 發(fā)生器1輸送(受P麗控制器2的適當(dāng)能量控制)到氣流9中，以在輸 出RF功率10被移相器4、 I麗3和諧振器5處理之后激發(fā)和穩(wěn)定用于處 理生物組織7的等離子氣體放電體8。
通常地，裝置的操作使輸出RF功率10產(chǎn)生2-4%的能量損失、以及
使輸出RF功率10另外產(chǎn)生2 - 4%的能量反射。這意味著，裝置能將輸出 RF功率10的90 - 95%的能量可靠輸送到等離子氣體放電體8中。利用先 前可得到的其它裝置既達(dá)不到輸出RF功率10的能量密度，也達(dá)不到這 種程度的效率。頂N 3減小輸出RF功率10從生物組織7的表面的反射， 從而增大能量輸送到等離子氣體放電體8的效率。
在圖1B中，示意性示出了裝置在等離子氣體放電體8的獲得區(qū)域的 橫截面。圖1B用于突出顯示示例性系統(tǒng)相比于現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)固有優(yōu)點(diǎn)。 重要的部件細(xì)節(jié)是噴嘴電極6、外殼20和、等離子氣體放電體8的相對(duì) 位置。噴嘴電極6使用電極保持器11被接合在外殼20上。應(yīng)該清楚的 是，外殼20本身自然不是電極。如圖1B的示例性實(shí)施例所示，電極保 持器ll是一個(gè)具有雙重用途的構(gòu)件，其還用作用于從氣源(未圖示)接 收氣流的氣體入口，當(dāng)然可以理解，這不是對(duì)示例性系統(tǒng)的限制，在一 些實(shí)施例中，氣體入口單獨(dú)提供。此外，應(yīng)當(dāng)指出，雖然圖1B所示的"氣 體入口"從裝置外殼的外部位置接收氣體，但這并不是對(duì)示例性系統(tǒng)的 限制。
在圖1B所示的結(jié)構(gòu)中，噴嘴電極6基本上未被外殼20電屏蔽，從而， 能夠使噴嘴電極6與生物組織7的表面產(chǎn)生電磁相互作用。為了清楚起 見，應(yīng)當(dāng)指出，噴嘴電極6的入口從電極保持器11接收氣體，且等離子 氣體放電體8形成在噴嘴電極6的外部(即在其出口處)。
此外，裝置沒有接地電極使得等離子氣體放電體8可被成形為適應(yīng)各 種類型的皮膚處理。如在此所使用的，等離子氣體放電體的"成形"包 括變化或改變分布形狀、并保持該分布形狀。
作為明顯對(duì)比，圖1C示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)Gyrus的原理，其中， 清楚地示出了被完全定位在外殼20內(nèi)的電極6。該結(jié)構(gòu)防止電極6與外 殼20的任何外部表面產(chǎn)生電磁相互作用，外殼20電屏蔽該裝置。這樣， 就將等離子氣體放電體分布可實(shí)現(xiàn)的形狀限制成僅僅一種形式，即火炬 型尖端。這也限制了對(duì)參數(shù)例如電流密度和放電體橫截面的控制。
相比，示例性系統(tǒng)的實(shí)施例通過(guò)使用可逆地展開到裝置外殼的電極 (例如，噴嘴電極)提供了可被以通用的"可配置的"方式成形的等離 子分布。因此，人們可通過(guò)選擇適合于目標(biāo)所需的等離子氣體分布的電 極(例如，噴嘴電極)、并將所選擇的電極接合在裝置外殼上方便地選擇 所需的等離子氣體分布。
在描述噴嘴電極的各種不同結(jié)構(gòu)之前，將給出有關(guān)噴嘴電極的形狀和 尺寸如何影響等離子氣體放電體的特性的總體描述。
等離子氣體放電體可以按兩種模式產(chǎn)生擴(kuò)散型和收縮型。這兩種類 型的等離子氣體放電體均適于處理生物組織。擴(kuò)散型等離子氣體放電體 未提供高的功率密度。這種模式的特征在于高電壓和低電流。帶電粒子 的濃度低(例如，從10—2到10—3，即，離子與中性粒子的比例，或O. 1-1%)。 放電體是高度均勻的(均質(zhì)的)。該模式可以應(yīng)用于生物組織的加熱和生 物光刺激。
收縮型等離子氣體放電體是非均質(zhì)的，且具有離子和電子濃度高的熱 區(qū)。等離子氣體放電體的中性溫度也高，而放電體體積低。該模式可以 應(yīng)用于生物組織消融、蒸發(fā)和切割。
噴嘴電極的形狀和尺寸是重要的。當(dāng)直接接觸生物組織時(shí)，噴嘴電極
提供純的等離子氣體放電環(huán)境，其中，氣體填充噴嘴電極的整個(gè)空間， 降低環(huán)境空氣進(jìn)入處理區(qū)的相互作用。等離子分布取決于噴嘴電極的形 狀。對(duì)于擴(kuò)散型等離子氣體放電，該過(guò)程可以表征為異常RF輝光放電。 這意味著，當(dāng)RF功率增大時(shí)，等離子氣體放電體的電流密度增大。該等 離子氣體放電過(guò)程(即，異常)比正常等離子氣體放電過(guò)程更為強(qiáng)烈。
當(dāng)噴嘴電極未接觸生物組織時(shí)，氣流主動(dòng)與環(huán)境空氣相混合。純凈氣 體的濃度隨著生物組織離噴嘴電極的距離的增大而減小。在氣流周邊由 于存在湍流使所述混合作用最為激烈。因此，等離子分布類似于等離子 管，或舌型。在該正常的等離子氣體放電過(guò)程中，等離子氣體放電體體
積隨RF功率的增大而增大。在這種情況下，等離子氣體放電體密度不高。 圖2示意性示出了加裝在電極保持器11上的常規(guī)噴嘴電極6。氣流9 進(jìn)入噴嘴電極，該噴嘴電極被賦予能量以產(chǎn)生在3 - 5倍的出口直徑的距 離處與生物組織7的表面相互作用的等離子氣體放電體8。在這種結(jié)構(gòu)中， 產(chǎn)生具有火炬型尖端的等離子分布。在這種情況下，氣流9具有層流特 性。等離子氣體放電體在噴嘴電極6的出口與生物組織7的表面之間被 激發(fā)。
圖3與圖2的不同之處在于，等離子氣體放電體8未向周圍大氣敞開 (而在圖2中如此)。在這種結(jié)構(gòu)中，介電圓柱形空腔附件12將等離子 氣體放電體8與周圍大氣隔離開來(lái)。而在圖2中，等離子氣體放電體8 可以與空氣相互作用形成火炬型尖端，圖3的結(jié)構(gòu)使等離子氣體放電體8 基本占據(jù)空腔的整個(gè)空間。
另一種結(jié)構(gòu)示意性地示于圖4中。噴嘴電極6的尺寸選擇成使入口直
徑遠(yuǎn)大于(即，10- 20X)出口直徑14。此外，其外徑遠(yuǎn)大于(即，3
-6X)噴嘴電極6與生物組織7的表面之間的間隙。這使得氣流9具有 湍流特性。在該結(jié)構(gòu)中氣流9與噴嘴電極6的結(jié)合使得等離子氣體放電 體8占據(jù)噴嘴電極6與生物組織7的表面之間的整個(gè)空間。該結(jié)構(gòu)的特 征是，電流密度非常低(例如，峰值電流密度為100 - 700mA/cm、平均 值是10 - 200mA/cm2)、且放電體橫截面積大(例如，2-4cm3)。該結(jié)構(gòu)最 適合于處理不需要高的電流密度的大表面。
相反的情況(與圖4相反)示意地示于圖5中。噴嘴電極6非常小， 壓降高，且氣流9大。噴嘴電極6與生物組織7的表面的相互作用面積 非常小。因此，等離子氣體放電體8被形成為窄的火焰舌(等離子管型) 尖端。在這種情況下，電流密度極高(即，比先前結(jié)構(gòu)高10-20倍)。 該結(jié)構(gòu)最適合于消融和切割生物組織。在這種結(jié)構(gòu)中，也可通過(guò)在氣流9 流出噴嘴電極6時(shí)的絕熱膨脹得到等離子氣體放電體8的超聲噴射。這 樣，該結(jié)構(gòu)使得能經(jīng)由透皮離子輸送處理生物組織7的表面。
為了清楚起見，關(guān)于生物組織的表面，本發(fā)明是指外表面、以及包括 底層組織的近表面區(qū)例如真皮以及皮下層。
圖6和7示意性地示出了將RF加熱和等離子氣體放電體處理組合的 過(guò)程。在這兩個(gè)結(jié)構(gòu)中，生物組織7的表面是非等電位表面。因此，單 個(gè)電極、噴嘴電極6能夠同時(shí)加熱生物組織7的表面、并保持等離子氣 體放電體8。
圖6示意性地示出了該結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施方式，其中，噴嘴電極6設(shè)計(jì) 成碗狀。該碗的外邊緣直接接觸生物組織7的表面，同時(shí)氣流9供應(yīng)到
碗的內(nèi)部區(qū)域。等離子氣體放電體8存在于該內(nèi)部區(qū)域。
圖7示意性地示出了所述結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施方式，其中，噴嘴電極6 具有球形表面、且部分地直接接觸生物組織7的表面。等離子氣體放電
體8是通過(guò)球狀噴嘴電極6中的多個(gè)小的周邊孔16產(chǎn)生的。介電圓柱形 空腔附件12提供了可維持的環(huán)型等離子氣體放電體8。
示意性地示于圖8中的結(jié)構(gòu)包括在延伸到噴嘴電極6內(nèi)部的介電圓柱 形導(dǎo)管附件12內(nèi)激發(fā)的等離子氣體放電體8。優(yōu)選地，介電圓柱形導(dǎo)管 附件12是由石英或玻璃制成的。介電圓柱形導(dǎo)管附件12的末端接觸生 物組織7的表面。等離子氣體放電體8通過(guò)氣流9輸送到生物組織7的 表面。噴嘴電極6激發(fā)等離子氣體放電體8。
示例性系統(tǒng)還體現(xiàn)為一種方法，其包括兩個(gè)階段等離子氣體放電體 激發(fā)階段和工作階段。
激發(fā)階段是有限時(shí)間的過(guò)渡階段，其可以從幾毫秒到幾微秒(較高的 工作氣體靜態(tài)壓力縮短激發(fā)階段的持續(xù)時(shí)間)。為了激發(fā)，需要在放電區(qū) 達(dá)到一定的門檻電壓(積分參數(shù))，或者在放電區(qū)的局部區(qū)域達(dá)到RF場(chǎng) 強(qiáng)(微分參數(shù))。放電擊穿開始于該區(qū)域，并擴(kuò)展到RF電位(場(chǎng)強(qiáng))足 以維持放電的區(qū)域。
有很多因素有利于激發(fā)階段，例如減小的氣體壓力(直到帕邢 (Paschen)曲線的低點(diǎn))、噴嘴電極6的形狀、噴嘴電極6的尺寸、噴 嘴電極6與生物組織7的表面之間的距離、氣體或氣體混合物的種類以 及電位分布的均勻性。
為了在所需體積中產(chǎn)生等離子(電離氣體)，需要提供高于門檻場(chǎng)強(qiáng)
的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。因此，等離子氣體放電體的激發(fā)過(guò)程是氣體介質(zhì)的擊穿 過(guò)程。門檻場(chǎng)強(qiáng)取決于多種因素(例如，氣體壓力、氣體成分、污染物 的存在、電磁場(chǎng)/波參數(shù)、電極形狀、和電極材料)。還應(yīng)該理解和注意 的是，存在某些不需要電極的放電類型(例如，光學(xué)放電，等等)。
等離子與等離子氣體放電體8之間的差異是，等離子需要滿足準(zhǔn)中性 的條件。這意味著，帶正電粒子的數(shù)量應(yīng)等于帶負(fù)電粒子的數(shù)量。等離 子氣體放電體8實(shí)際上具有包括等離子的區(qū)域、以及不包括等離子的區(qū) 域。
在激發(fā)階段(在等離子氣體放電穩(wěn)定之前)的過(guò)程中，存在某些問(wèn)題。
顯然，在該過(guò)程階段，沒有等離子氣體放電體8的系統(tǒng)阻抗與具有等離 子氣體放電體8的系統(tǒng)阻抗明顯不同。因此，用于激發(fā)階段的IMN 3的 最佳阻抗在激發(fā)之后(在工作階段的過(guò)程中)可能不是最佳的。在激發(fā) 階段過(guò)程中的頂N 3主要任務(wù)是，將反射到RF功率發(fā)生器1的反射RF 功率減小到最低、并在氣體擊穿區(qū)域提供必需的RF場(chǎng)強(qiáng)。在等離子氣體 放電體激發(fā)之前的反射功率很高(即，入射功率的80 - 90%)。系統(tǒng)的有 功損耗和阻抗取決于RF功率發(fā)生器1與I麗3之間的電纜長(zhǎng)度。
因此，激發(fā)階段還取決于電磁波的相移(移相器4所提供的)、以及 在噴嘴電極6與生物組織7的表面之間傳播的電磁波幅度。通過(guò)調(diào)節(jié)移 相器4，可以在生物組織7的表面目標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生最小和最大的電磁波。當(dāng) 等離子氣體放電體8被激發(fā)時(shí)，相移變得就不太重要，這是因?yàn)樾胁ㄒ?經(jīng)建立、且RF電壓的所需幅度顯著低于激發(fā)階段過(guò)程中的幅度。
有多種控制激發(fā)階段和工作階段的方式。I麗3的不同結(jié)構(gòu)可以用于
激發(fā)階段和工作階段。這可包括在固定IMN模式與可變頂N模式(使用 可變電容器或電感器)之間進(jìn)行切換。因此，為了使用同一 IMN提供兩
種功能，需要特別構(gòu)造的I麗用于頂N 3。類似地，為了提供兩種功能， 必須適當(dāng)?shù)剡x擇頂N 3和RF功率發(fā)生器1之間的饋電傳輸電纜22。此外， 對(duì)于移相器4也是如此。為了使用同一移相器實(shí)現(xiàn)從對(duì)激發(fā)階段最佳的 狀態(tài)1到對(duì)工作階段最佳的狀態(tài)2的所需相位躍變，需要專門構(gòu)造的移 相器用于移相器4。
為了使用等離子氣體放電體8處理生物組織7的表面，有幾種布置電 極的可能性。在上述現(xiàn)有技術(shù)Gyrus的情況下，在兩個(gè)電極之間的區(qū)域 產(chǎn)生放電體(高頻類型)，然后輸送到處理區(qū)。氣流是在放電區(qū)產(chǎn)生的帶 電粒子的主要輸送介質(zhì)。該系統(tǒng)類似于等離子管設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)包括自用 的兩個(gè)或更多個(gè)電極，這意味著其工作時(shí)不需要生物組織。原則上，放 電的目標(biāo)是不重要的。該目標(biāo)可以是塑料、生物組織、金屬表面或其它 一些表面。
在示例性系統(tǒng)中，這種情況是相反的。生物組織7的表面用作第二(或 虛擬)電極(例如，接地電極)，噴嘴電極6的外表面用作"熱"電極。 當(dāng)生物組織7的表面靠近噴嘴電極6時(shí)，生物組織7的表面、和噴嘴電 極6形成電動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征是特定的總阻抗。因此，生物組織7的表面 用作帶電粒子的接地電極而閉合RF電流的通路，并影響放電擊穿過(guò)程中 的系統(tǒng)總阻抗、分布和穩(wěn)態(tài)。因此，圖1所示的整個(gè)裝置可以通過(guò)符號(hào) 表示成電路，其中，生物組織7的表面的關(guān)鍵作用是閉合電路。本發(fā)明 中使用的詞語(yǔ)"靠近"是指在短距離內(nèi)(即，〈50cm)。本發(fā)明中使用"遇
到"是指"使得靠近"，這將在本發(fā)明的后面內(nèi)容中使用。
如上所述，DNT系統(tǒng)的總阻抗與饋電傳輸電纜22的特性阻抗(例如， 50歐姆)相匹配。因此，電磁行波傳播的最好條件(即，沒有反射功率) 僅在存在組織時(shí)達(dá)到。
裝置的各個(gè)元件，RF功率發(fā)生器1、 P麗控制器2、頂N3、移相器4、 和RF諧振器5，可以看作是為噴嘴電極6提供適當(dāng)?shù)墓β侍匦缘恼涎b 置，從而，使得從等離子氣體放電體8到生物組織7的表面的電流通路 形成。圖9是根據(jù)示例性系統(tǒng)的一些實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖，示出了電極 控制裝置26的各個(gè)元件。這是將在本申請(qǐng)后面稱為"電極控制裝置"的 一個(gè)實(shí)施例。可以理解的是，電極控制裝置26的其它實(shí)施例可以具有不 同結(jié)構(gòu)、附加的和/或較少的裝置元件。
工作階段的特征在于，電壓可以適當(dāng)?shù)陀诩ぐl(fā)階段電位(電壓)。在 本發(fā)明中，生物組織在從激發(fā)階段到工作階段的放電過(guò)程中的關(guān)鍵作用 如下。生物組織使RF場(chǎng)(或者電磁波傳播)發(fā)生變化，從而，在噴嘴電極 6與生物組織7的表面之間的相互作用間隙中形成較強(qiáng)的場(chǎng)，從而有助于 或者在大多數(shù)情況下產(chǎn)生放電激發(fā)。
工作階段是穩(wěn)定的與時(shí)間無(wú)關(guān)的過(guò)程，需要的RF電壓低于激發(fā)階段 所需的電壓。頂N 3在等離子氣體放電體8的激發(fā)階段和工作階段過(guò)程中 都工作。為了使等離子氣體放電體8的阻抗與RF功率發(fā)生器1相匹配， 需要頂N 3將DNT系統(tǒng)的總阻抗變換為RF功率發(fā)生器1的工作輸出阻抗 (通常是50歐姆)。在工作階段過(guò)程中，精確匹配阻抗實(shí)際上使得沒有 反射的RF功率，這意味著，SWR (駐波比)接近于l (即，實(shí)際上沒有駐 波)。這樣，就產(chǎn)生了被阻性負(fù)載(即，等離子氣體放電體8和生物組織 7的表面)完全吸收的純行波。
生物組織7的表面不僅用作電極，而且還用作一部分RF功率的耗散
器。生物組織的阻抗約為300歐姆，且具有弱的負(fù)電抗。這可以用300 歐姆電阻器以及與其并聯(lián)的1.5-2.5pF電容器模擬。因此，等離子氣體 放電體8和生物組織7的表面充當(dāng)用于RF功率發(fā)生器1的阻性負(fù)載。
RF功率在等離子氣體放電體8中消耗掉85 - 95%，在生物組織7的表 面消耗掉5-15%，這是因?yàn)樽畲蟮碾姶艌?chǎng)密度最接近于噴嘴電極6。由 于生物組織7的表面距離噴嘴電極6幾厘米，因此，生物組織7的表面 與RF場(chǎng)相互作用的實(shí)際尺寸大(即，20 - 40cm2)。因此，在這種情況下， 生物組織7的表面的"虛擬"電阻遠(yuǎn)低于生物組織7的表面與噴嘴電極6 直接接觸情況下的電阻。
用于該系統(tǒng)的電動(dòng)模型是，串聯(lián)的兩個(gè)電阻器與并聯(lián)的諸如電容器的 電抗元件?？傠娮枞Q于噴嘴電極6的類型、以及生物組織7的表面與 噴嘴電極6之間的距離。例如，在圖2所示的噴嘴電極6的第一實(shí)施方 式的情況下，距離生物組織7的表面是lcm，該結(jié)構(gòu)(等離子氣體放電體 8和生物組織7的表面)的總電阻為400歐姆，其中，等離子氣體放電體 8的電阻為350歐姆，生物組織7的表面的電阻是50歐姆。因此，如果 等離子氣體放電體8的RMS RF功率幅度為350瓦，則在生物組織7的表 面中消耗功率50瓦，等離子氣體放電體8中消耗300瓦。
在等離子氣體放電體8中消耗的RF功率轉(zhuǎn)換成表示能量大小的等離 子氣體放電粒子的動(dòng)、勢(shì)能，這是因?yàn)镽F發(fā)射消耗在生物組織中。
上述相互作用間隙不能與裝置最外邊緣與生物組織7的表面之間的
物理間隙相混淆，二者可能相同或者可能不同。在圖ic所示的現(xiàn)有技術(shù) Gyrus的情況下，相互作用間隙未延伸到外殼20以外；因此不包括任何 生物組織。而現(xiàn)有技術(shù)的物理間隙明顯是外殼20與它們的目標(biāo)表面之間 的間隙。
一旦激發(fā)在工作階段中得到維持，則放電可以維持所需處理所需的時(shí) 間長(zhǎng)度。
雖然優(yōu)選實(shí)施例包括擴(kuò)散的等離子氣體放電，但其它類型的放電也是 可以的。優(yōu)選實(shí)施例導(dǎo)致低的電子溫度和濃度，這有益于生物組織的處 理。該類型的放電擴(kuò)展到生物組織的所需區(qū)域。該類型的放電參數(shù)是可
控的，例如功率、電流密度和幾何形狀、以及特殊位置。
在所有結(jié)構(gòu)中等離子氣體放電體的有效物質(zhì)(等離子體流)包括從由 原子離子、分子離子、原子基團(tuán)、分子基團(tuán)、激發(fā)態(tài)離子、激發(fā)態(tài)基團(tuán)、 高能離子、高能基團(tuán)、冷卻離子、冷卻基團(tuán)、高能電子和任何氣體成分
組成的組中選擇的至少一種物質(zhì)。使噴嘴電極6相對(duì)于生物組織7的表 面電偏壓的能力有利于使離子氣流到達(dá)生物組織7的表面。
如前所述，存在兩種類型的等離子氣體放電體收縮型和擴(kuò)散型。擴(kuò)
散型等離子氣體放電體大多用于治療用途，例如加熱、生物光刺激或離 子浴(即，用化學(xué)和生物活性粒子(離子、自由基等等)處理)。收縮型 等離子氣體放電體由于具有高的能量密度(即，低的等離子氣體放電體 體積)而能切割、消融和/或蒸發(fā)生物組織。系統(tǒng)對(duì)生物組織的有效成
分是RF場(chǎng)、電子、正離子、負(fù)離子、自由基、光發(fā)射(光子)、中子和氣流。
在擴(kuò)散型等離子氣體放電體中，估計(jì)直接消耗在生物組織中的RF功 率為總RF功率輸入的5 - 10%。消耗在生物組織中的RF功率通過(guò)感應(yīng)RF 電流和旋轉(zhuǎn)地激發(fā)偶極子分子(大多數(shù)是水分子)而增大組織的溫度。
自由電子的濃度約等于正離子的濃度。負(fù)離子的濃度取決于氣體成 分，并且通常非常低；惰性氣體可以忽略不計(jì)。自由電子的濃度是10—2 -10—3 (即，0.1-1%)。假定電子質(zhì)量非常低、且平均動(dòng)能高(3-8eV)， 則生物組織中的粒子的電子激發(fā)是可能的。電子能量的大部分由等離子 氣體放電體本身消耗。這主要被引導(dǎo)到中性粒子激發(fā)(原子和分子的電 子和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí))。
正離子的濃度低、且能量也低。正和負(fù)離子的溫度等于中性粒子的溫 度、并接近室溫。因此，離子以及中性粒子的動(dòng)能不是將等離子氣體放 電體能量輸送到生物組織的主要途徑。此外，氣流也未顯著增加能量。
RF場(chǎng)將電磁能決大部分地施加給電子通道。擴(kuò)散型等離子氣體放電 體的電子能量分布函數(shù)最大值在3 - 8eV范圍。等離子氣體放電體的電離 占用10-15%的電子能量，其余部分進(jìn)入上述的各種激發(fā)通道。因此，擴(kuò) 散型等離子氣體放電中最有效的過(guò)程是中性粒子的激發(fā)。粒子在激發(fā)態(tài) 下的壽命取決很多因素，例如氣體壓力、氣體成分和氣體類型。激發(fā)粒 子可以是亞穩(wěn)態(tài)，其壽命為1秒。激發(fā)粒子通過(guò)內(nèi)部碰撞、光子輻射和 與生物組織相互作用而喪失勢(shì)能。由于存在氣流，最有意義的過(guò)程將是 激發(fā)粒子與生物組織的相互作用。
生物組織還受發(fā)射光的照射。由文獻(xiàn)公知的是，能夠?qū)崿F(xiàn)生物光刺激
(例如，用6328埃波長(zhǎng)的He-Ne激光照射剌激線粒體細(xì)胞)。如果使用 與He-Ne激光中所使用的氣體混合物類似的氣體混合物產(chǎn)生等離子氣體 放電體，則激發(fā)的(可以是亞穩(wěn)態(tài))中性Ne原子的能量可以通過(guò)非彈性 碰撞有效地傳遞到生物組織。該過(guò)程的效率明顯高于He-Ne激光的情況。 在使用激光的情況下，激發(fā)的Ne原子在去激發(fā)后以光子照射生物組織。 因此，效率非常低(〈1%)。在等離子氣體放電體的情況下，激發(fā)的粒子 與生物組織直接反應(yīng)。
自由基和化學(xué)活性分子也可與生物組織發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。用源自等離子 氣體放電體的激發(fā)的C02處理生物組織是一個(gè)重要過(guò)程的例子。
雖然噴嘴電極6是導(dǎo)電的(例如，Au、 Ag、 Cu、 Al)，但優(yōu)選實(shí)施例 的方法使用具有外部氧化鋁涂層的鋁噴嘴電極。這使得噴嘴電極6產(chǎn)生 沒有電子發(fā)射的擴(kuò)散放電。
此外，用于不同處理的操作方法不但決定了噴嘴電極6、和氣流9的
參數(shù)的選擇，也決定了氣體的選擇。例如，對(duì)于消融處理，方法的一個(gè) 優(yōu)選實(shí)施例利用約5%的02和95%的He。這主要是由于氧作為氧化劑所 起的作用。
可以理解的是，為了清楚起見而在各個(gè)實(shí)施例中描述的本發(fā)明的某些 特征也可以組合應(yīng)用在一個(gè)實(shí)施例中。不同的是，為了清楚起見而在單 個(gè)實(shí)施例中描述的本發(fā)明的各個(gè)特征也可以單獨(dú)或以任何適合的子組合 方式應(yīng)用。
雖然已經(jīng)結(jié)合具體的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但顯然，許多替代、修改 和變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見的。因此，本發(fā)明意
欲包括落在權(quán)利要求書的精神和寬的范圍內(nèi)的所有這些替代、修改和變 化。本說(shuō)明書中提到的所有公開、專利和專利申請(qǐng)通過(guò)引用整體結(jié)合在 本說(shuō)明中，這等同于具體地、單個(gè)地說(shuō)明每個(gè)單獨(dú)的公開、專利或?qū)＠?申請(qǐng)并將它們通過(guò)引用結(jié)合在此。另外，本申請(qǐng)中任何文獻(xiàn)的引用或標(biāo) 識(shí)都不應(yīng)解釋為可使這些文獻(xiàn)像現(xiàn)有技術(shù)一樣應(yīng)用到示例性系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種用于處理生物組織的裝置，包括(a)用于激發(fā)氣流以形成等離子氣體放電體的電極，其中，所述電極被構(gòu)造在裝置內(nèi)，使得在所述電極遇到生物組織的表面時(shí)形成從所述電極到生物組織的所述表面的電流通路，從而激發(fā)所述氣流并形成所述等離子氣體放電體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電極是噴嘴電極， 所述噴嘴電極包括適于接收所述氣流的噴嘴部分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述噴嘴電極適于激 發(fā)所述氣流，使得所述等離子氣體放電體被至少部分地形成在所述噴嘴 部分的外部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置在大氣壓力 或高于大氣壓力下工作。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，由所述裝置產(chǎn)生的所 述等離子氣體放電體通過(guò)消融生物組織而有效地處理生物組織。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，由所述裝置產(chǎn)生的所 述等離子氣體放電體通過(guò)切割生物組織而有效地處理生物組織。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，由所述裝置產(chǎn)生的所 述等離子氣體放電體通過(guò)向生物組織的透皮離子輸送而有效地處理生物 組織。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，由所述裝置產(chǎn)生的所 述等離子氣體放電體通過(guò)加熱生物組織而有效地處理生物組織。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，由所述裝置產(chǎn)生的所述等離子氣體放電體通過(guò)生物光刺激生物組織而有效地處理生物組織。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，由所述裝置產(chǎn)生的所 述等離子氣體放電體通過(guò)使所述等離子氣體放電體與生物組織發(fā)生化學(xué) 反應(yīng)而有效地處理生物組織。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述氣流是擴(kuò)散氣流。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括(b)用于產(chǎn)生所述氣流的氣源，所述氣源提供從包括氦氣、氬氣、氖氣、氙氣、氪氣、分子氧(02)、分子氮(N2)、氮的氧化物、碳的氧化物、水蒸汽、揮發(fā)性有機(jī)氣體、以及揮發(fā)性無(wú)機(jī)氣體的組中選擇的至少一種 氣體。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電極由從包括鋁、 銀、金、銅、及它們的合金的組中選擇的至少一種金屬制成。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括(b)與所述電極的表面相關(guān)的介電屏障，其用于降低所述電極的所述 表面的導(dǎo)電性，從而阻止傳導(dǎo)電流傳輸?shù)缴锝M織的所述表面。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電極的尺寸使得 所述等離子氣體放電體形成火炬型分布。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電極具有介電圓 柱形空腔附件、且尺寸使得形成所述等離子氣體放電體，使得所述等離 子氣體放電體基本上占據(jù)所述介電圓柱形空腔附件的整個(gè)空腔。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電極的尺寸使得 形成具有非常低的電流密度、和大的放電體橫截面的所述等離子氣體放 電體。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電極的尺寸使得所述等離子氣體放電體形成窄的火焰舌(等離子管)分布。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電極的尺寸和位 置使得以生物組織的所述表面是非等電位表面的方式與生物組織的所述 表面相互作用，從而，可同時(shí)加熱生物組織和維持所述等離子氣體放電 體。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電極的尺寸使得 其具有碗狀外形、且它的位置使得以生物組織的所述表面是非等電位表 面的方式直接接觸生物組織，從而使所述等離子氣體放電體基本上填滿 所述電極的內(nèi)部空間。
21. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述電極具有介電圓 柱形空腔附件、且尺寸使得其具有球狀外形，用于以生物組織的所述表 面是非等電位表面的方式直接接觸生物組織，從而使所述等離子氣體放 電體具有環(huán)型分布。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電極具有伸入其 內(nèi)部直接接觸生物組織的介電圓柱形導(dǎo)管附件，從而在所述介電圓柱形 導(dǎo)管附件內(nèi)部激發(fā)所述等離子氣體放電體，所述等離子氣體放電體通過(guò) 所述氣流輸送到生物組織。
23. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，還包括(b)從包括激光束、超聲波換能器、UV光源、和閃光燈的組中選擇 的至少一個(gè)附加元件，從而附加性地處理生物組織。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電極用作用于所 述等離子氣體放電體的天線，并影響用于所述等離子氣體放電體的所述 氣流的參數(shù)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括(b)用于氣體輸送的噴嘴，所述噴嘴適合于使所述氣體的溫度急劇下 降(絕熱膨脹)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，還包括 (b)用于氣體輸送的噴嘴，所述噴嘴適合于產(chǎn)生層流氣流。
27. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，還包括 (b)用于氣體輸送的噴嘴，所述噴嘴適合于產(chǎn)生湍流氣流。
28. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，還包括(b)用于氣體輸送的噴嘴，所述噴嘴適合于產(chǎn)生有效用于透皮離子輸送的氣流。
29. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述等離子氣體放電 體通過(guò)RF功率發(fā)生器(放大器)產(chǎn)生，所述RF功率發(fā)生器能夠產(chǎn)生足 以激發(fā)并維持所述等離子氣體放電體的輸出RF功率。
30. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括 (b)用于調(diào)節(jié)所述電極的功率特性的電極控制裝置。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于，所述電極控制裝置 包括用于為所述電極提供RF功率的RF功率源。
32. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于，所述電極控制裝置 包括能夠?qū)Χㄏ蛐胁ㄒ葡嗟囊葡嗥鳌?br> 33. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于，所述電極控制裝置 包括阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(IMN)，所述頂N能夠?qū)ㄋ龅入x子氣體放電體、 所述電極、和生物組織(DET-放電體-電極-組織)的裝置總阻抗從名 義值變換到校正值。
34. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于，所述電極控制裝置 包括能夠循環(huán)積聚和釋放所需量的能量的RF諧振器。
35. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于，所述電極控制裝置 包括(a)能夠產(chǎn)生足以激發(fā)并維持所述等離子氣體放電體的輸出RF功率的RF功率發(fā)生器(放大器)；(b) 脈沖寬度調(diào)制(P麗)控制器，所述P麗控制器能夠使所述RF功率發(fā)生器以預(yù)定的持續(xù)時(shí)間、幅度、和所需頻率的脈沖輸送所述輸出RF功率；(c) 能夠?qū)Χㄏ蛐胁ㄒ葡嗟囊葡嗥?，所述移相器能夠通過(guò)相位躍變對(duì)所述輸出功率的定向行波移相，從而有利于所述等離子氣體放電體的激發(fā)階段、和工作階段；(d) 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(I麗)，所述I麗能夠?qū)⑺黾ぐl(fā)階段和所述工作階段的包括所述等離子氣體放電體、所述電極、和生物組織(DET-放電 體-電極-組織)的裝置總阻抗從名義值變換到校正值，所述校正值與 所述RF功率發(fā)生器和所述移相器的特性阻抗相匹配，從而，所述輸出行 波可維持所述等離子氣體放電體而沒有轉(zhuǎn)換成駐波；以及(e) 連接到所述電極的RF諧振器，所述RF諧振器能夠循環(huán)地積聚和 釋放所述工作階段所需量的能量，所述RF諧振器還能夠集中所述激發(fā)階 段所需量的能量。
36. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述介電屏障被作 為所述電極上的介電涂層提供。
37. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述電極主要由鋁 制成，且所述介電屏障被作為氧化鋁涂層提供。
38. —種利用由氣流形成的成形等離子分布處理生物組織的裝置，包括(a) 用于激發(fā)氣流以產(chǎn)生等離子氣體放電體的電極；以及(b) 用于為所述電極提供支撐的外殼，其中，所述電極相對(duì)于所述外 殼設(shè)置成使所述電極基本上未被所述外殼電屏蔽，且所述電極定位成與 生物組織的表面電磁地相互作用，從而至少部分地成形等離子分布。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，所述裝置構(gòu)造成所 述等離子氣體放電體基本上處于所述外殼的外部。
40. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，所述電極經(jīng)由電極 保持器加裝在所述外殼上，所述電極保持器用于使所述電極相對(duì)于所述 外殼定位、以及將所述氣流的氣體輸送到所述電極。
41. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，所述電極的至少一 部分露出所述外殼，從而使得可直接接觸生物組織的所述表面。
42. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，所述電極相對(duì)于所 述外殼的布置是可以調(diào)節(jié)的，從而可作為控制生物組織的處理區(qū)域的裝 置沿生物組織的表面運(yùn)動(dòng)。
43. —種用于處理生物組織的裝置，包括 (a) 能夠產(chǎn)生足以激發(fā)并維持等離子氣體放電體的輸出RF功率的RF 功率發(fā)生器(放大器)；(b) 脈沖寬度調(diào)制(P麗)控制器，所述PWM控制器能夠使所述RF 功率發(fā)生器以預(yù)定的持續(xù)時(shí)間、幅度、和所需頻率的脈沖輸送所述輸出 RF功率；(c) 能夠?qū)Χㄏ蛐胁ㄒ葡嗟囊葡嗥?，所述移相器能夠通過(guò)相位躍變對(duì) 所述輸出功率的定向行波移相，從而有利于所述等離子氣體放電體的激 發(fā)階段和工作階段；(d) 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(頂N)，所述工麗能夠?qū)⑺黾ぐl(fā)階段和所述工作 階段的包括所述等離子氣體放電體、所述電極、和生物組織(DET-放電 體-電極-組織)的裝置總阻抗從名義值變換到校正值，所述校正值與 所述RF功率發(fā)生器和所述移相器的特性阻抗相匹配，從而所述輸出行波 可維持所述等離子氣體放電體而沒有轉(zhuǎn)換成駐波；以及(e) 連接到所述電極的RF諧振器，所述RF諧振器能夠循環(huán)地積聚和 釋放所述工作階段所需量的能量，所述RF諧振器還能夠集中所述激發(fā)階 段所需量的能量。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，被耦合功率從所述 RF功率發(fā)生器輸送。
45. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，輸送到所述等離子 氣體放電體的所述輸出RF功率被以連續(xù)或脈沖模式被耦合。
46. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，所述移相器包括可 調(diào)U形同軸線類型。
47. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，所述移相器至少部 分地由同軸電纜構(gòu)成。
48. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，由所述移相器所提 供的相移是可變的。
49. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，所述頂N包括固定 結(jié)構(gòu)，所述固定結(jié)構(gòu)的特征是具有從包括L形、T形和兀形結(jié)構(gòu)的組中選 擇的形狀。
50. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，所述頂N包括寬帶 阻抗變換器。
51. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，所述I麗是可變的。
52. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括 (f)饋電電纜，所述饋電電纜將所述電極和所述RF諧振器與所述頂N連接起來(lái)。
53. 根據(jù)權(quán)利要求52所述的裝置，其特征在于，所述饋電電纜具有 由n^/2長(zhǎng)度限定的諧振長(zhǎng)度，其中，X是在所述饋電電纜材料中的所述 輸出RF功率的波長(zhǎng)，n是整數(shù)。
54. —種利用由氣流形成的成形等離子分布處理生物組織的裝置，包括(a) 用于氣體輸送、并用于激發(fā)氣流以產(chǎn)生等離子氣體放電體的噴嘴 電極；以及(b) 用于為所述噴嘴電極提供支撐的外殼，其中，所述噴嘴電極相對(duì) 于所述外殼設(shè)置成使所述噴嘴電極基本上未被所述外殼電屏蔽，且所述 噴嘴電極定位成與生物組織的表面電磁地相互作用，從而至少部分地成 形等離子分布。
55. —種用于處理生物組織的方法，所述方法包括以下歩驟(a) 向電極供應(yīng)氣流；(b) 在使生物組織的表面與電極彼此靠近而使所述電極和所述生物 組織基本上未被彼此電屏蔽時(shí)，激發(fā)所述氣流以形成等離子氣體放電體； 以及(c) 使生物組織的所述表面經(jīng)受所述等離子氣體放電體，從而處理生 物組織。
56. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，生物組織是通過(guò)消融生物組織而被處理的。
57. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，生物組織是通過(guò)切 割生物組織而被處理的。
58. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，生物組織是通過(guò)透 皮輸送離子到生物組織而被處理的。
59. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，生物組織是通過(guò)加 熱生物組織而被處理的。
60. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，生物組織是通過(guò)生 物光刺激生物組織而被處理的。
61. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，生物組織是通過(guò)使 所述等離子氣體放電體與生物組織化學(xué)反應(yīng)而被處理的。
62. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，生物組織是電接地 的，從而與所述等離子氣體放電體相互作用。
63. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，生物組織是電浮動(dòng)的，從而與所述等離子氣體放電體相互作用。
64. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，所述等離子氣體放 電體是在大氣壓力或高于大氣壓力下工作。
65. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟(d) 通過(guò)RF功率發(fā)生器(放大器)產(chǎn)生足以激發(fā)并維持所述等離子 氣體放電體的輸出RF功率；(e) 通過(guò)脈沖寬度調(diào)制(P麗)控制器使所述RF功率發(fā)生器以預(yù)定的持續(xù)時(shí)間、幅度、和所需頻率的脈沖輸送所述輸出RF功率；(f) 通過(guò)移相器借助相位躍變對(duì)所述輸出功率的定向行波移相，從而有利于所述等離子氣體放電體的激發(fā)階段和工作階段；(g) 通過(guò)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(頂N)將所述激發(fā)階段和所述工作階段的包 括所述等離子氣體放電體、所述電極、和生物組織(DET-放電體-電極 -組織)的裝置總阻抗從名義值變換到校正值，所述校正值與所述RF功 率發(fā)生器和所述移相器的特性阻抗相匹配，從而所述輸出行波可維持所 述等離子氣體放電體而沒有轉(zhuǎn)換成駐波；以及(h) 通過(guò)連接到所述電極的RF諧振器，循環(huán)地積聚和釋放所述工作 階段所需量的能量，所述RF諧振器還能夠集中所述激發(fā)階段所需量的能
66. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，激發(fā)來(lái)自所述電極的所述氣流的所述步驟包括激發(fā)來(lái)自借助于電極保持器加裝在所述裝 置上的電極的所述氣流，所述電極保持器還用于將氣體輸送到所述電極。
67. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，激發(fā)來(lái)自所述電極的所述氣流的所述步驟包括激發(fā)來(lái)自被直接接觸生物組織的所述表面設(shè)置的電極的所述氣流。
68. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，激發(fā)來(lái)自所述電極的所述氣流的所述步驟包括激發(fā)來(lái)自作為改變生物組織的處理位置的裝置而可在生物組織的所述表面上移動(dòng)的電極的所述氣流。
69. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟(d)將介電屏障定位在所述電極與生物組織的所述表面之間，所述介電屏障阻止傳導(dǎo)電流的傳輸。
70. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，激發(fā)來(lái)自所述電極的所述氣流的所述步驟包括激發(fā)來(lái)自暴露在大氣中、且尺寸和外形使得產(chǎn)生具有火炬型分布的所述等離子氣體放電體的電極的所述氣流。
71. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，激發(fā)來(lái)自所述電極 的所述氣流的所述步驟包括激發(fā)來(lái)自具有介電圓柱形空腔附件、且尺 寸和外形使得產(chǎn)生占據(jù)所述介電圓柱形空腔附件的整個(gè)空腔的所述等離 子氣體放電體的電極的所述氣流。
72. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，激發(fā)來(lái)自所述電極的所述氣流的所述步驟包括激發(fā)來(lái)自尺寸和外形使得產(chǎn)生電流密度非 常低且放電體橫截面大的所述等離子氣體放電體的電極的所述氣流。
73. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，激發(fā)來(lái)自所述電極的所述氣流的所述步驟包括激發(fā)來(lái)自尺寸和外形使得產(chǎn)生具有窄的火焰舌(等離子管)分布的所述等離子氣體放電體的電極的所述氣流。
74. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，激發(fā)來(lái)自所述電極的所述氣流的所述步驟包括激發(fā)來(lái)自尺寸和外形使得以生物組織的所述表面是非等電位表面的方式與生物組織的所述表面相互作用的電極的 所述氣流，從而可同時(shí)加熱生物組織并維持所述等離子氣體放電體。
75. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，激發(fā)來(lái)自所述電極的所述氣流的所述步驟包括激發(fā)來(lái)自具有碗狀外形而使得以生物組織的所述表面是非等電位表面的方式與生物組織直接接觸的電極的所述氣 流，從而可使所述等離子氣體放電體填充所述噴嘴電極的內(nèi)部空間。
76. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，激發(fā)來(lái)自所述電極的所述氣流的所述步驟包括激發(fā)來(lái)自具有介電圓柱形空腔附件、并具 有以生物組織的所述表面是非等電位表面的方式與生物組織部分地直接 接觸的球狀外形的電極的所述氣流，從而可使所述等離子氣體放電體具 有環(huán)型分布。
77. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，激發(fā)來(lái)自所述電極的所述氣流的所述步驟包括激發(fā)來(lái)自具有介電圓柱形導(dǎo)管附件的電極的所述氣流，所述介電圓柱形導(dǎo)管附件伸入所述電極內(nèi)部直接接觸生物 組織，所述電極在所述介電圓柱形導(dǎo)管附件內(nèi)部激發(fā)產(chǎn)生等離子氣體放 電體，所述等離子氣體放電體通過(guò)所述氣流輸送到生物組織。
78. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下歩驟(d)使用從包括激光束、超聲波換能器、uv光源、閃光燈的組中選擇的至少一個(gè)附加元件附加性地處理生物組織。
79. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，提供氣流的所述步 驟包括提供流動(dòng)特性適合于使所述氣體的溫度急劇下降(絕熱膨脹)的氣流。
80. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，提供氣流的所述步驟包括提供流動(dòng)特性適合于產(chǎn)生層流氣流特性的氣流。
81. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，提供氣流的所述步驟包括提供流動(dòng)特性適合于產(chǎn)生湍流氣流特性的氣流。
82. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，提供氣流的所述步 驟包括提供流動(dòng)特性有利于透皮離子輸送的氣流。
83. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)到(c) 是按所列出的順序執(zhí)行的。
84. —種用于處理生物組織的方法，所述方法包括以下步驟(a) 向電極供應(yīng)氣流；(b) 使得從所述電極到生物組織的表面形成電流通路，以便同時(shí)激發(fā) 所述氣流以形成等離子氣體放電體；以及(c) 使生物組織的所述表面經(jīng)受所述等離子氣體放電體，從而處理生 物組織。
85. —種利用等離子氣體放電體處理生物組織的方法，所述方法包括 以下步驟(a)通過(guò)RF功率發(fā)生器(放大器)產(chǎn)生足以激發(fā)并維持所述等離子 氣體放電體的輸出RF功率；(b)通過(guò)脈沖寬度調(diào)制(P麗)控制器使所述RF功率發(fā)生器以預(yù)定的 持續(xù)時(shí)間、幅度、和所需頻率的脈沖輸送所述輸出RF功率；(C)通過(guò)移相器借助相位躍變對(duì)所述輸出功率的定向行波移相，從而 有利于所述等離子氣體放電體的激發(fā)階段、和工作階段；(d) 通過(guò)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(頂N)將所述激發(fā)階段和所述工作階段的包括所述等離子氣體放電體、所述電極、和生物組織(DET-放電體-電極 -組織)的裝置總阻抗從名義值變換到校正值，所述校正值與所述RF功 率發(fā)生器和所述移相器的特性阻抗相匹配，從而所述輸出行波可維持所 述等離子氣體放電體而沒有轉(zhuǎn)換成駐波；以及(e) 通過(guò)連接到所述電極的RF諧振器，循環(huán)地積聚和釋放所述工作 階段所需量的能量，所述RF諧振器還能夠集中所述激發(fā)階段所需量的能
86. —種利用成形等離子分布處理生物組織的方法，所述方法包括以 下步驟(a) 提供氣流；(b) 激發(fā)所述氣流的氣體以產(chǎn)生等離子氣體放電體；(C)使生物組織的表面經(jīng)受所述等離子氣體放電體；以及(d)利用生物組織的所述經(jīng)受表面與穿過(guò)電磁相互作用間隙的所述等離子氣體放電體之間的電磁相互作用，并成形所述等離子氣體放電體 的分布，從而處理生物組織。
87. —種作為處理生物組織的措施而用于將等離子流的透皮離子輸送 到生物組織的方法，所述方法包括以下步驟(a) 使生物組織的表面經(jīng)受等離子氣體放電體的等離子流；以及(b) 將等離子流透皮輸送到位于所述表面之下的生物組織。
88. 根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，其特征在于，透皮輸送等離子流的所述步驟還包括透皮輸送從包括原子離子、分子離子、原子基團(tuán)、分 子基團(tuán)、激發(fā)態(tài)離子、激發(fā)態(tài)基團(tuán)、高能離子、高能基團(tuán)、冷卻離子、 冷卻基團(tuán)、高能電子、以及供給氣體的任何成分的組中選擇的至少一種 等離子流。
全文摘要
在此公開了利用等離子氣體放電體(8)處理生物組織(7)的裝置和方法。電極(6)用于激發(fā)氣流以形成等離子氣體放電體，其中，電極被構(gòu)造在裝置內(nèi)部而使得在電極遇到生物組織的表面時(shí)形成從電極到生物組織的表面的電流通路，從而激發(fā)氣流并形成等離子氣體放電體。在一些實(shí)施例中，在被處理的生物組織與等離子氣體放電體之間穿過(guò)電磁相互作用間隙的電磁相互作用成形等離子氣體放電體的分布。還提供了一種作為處理生物組織的措施而將等離子流的透皮離子輸送到生物組織的方法。
文檔編號(hào)A61B18/18GK101160103SQ200680007898
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2006年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月18日
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