用于杀灭微生物污染物的设备和方法

本发明涉及一种用于杀灭微生物污染物的设备和方法。特别地，本发明应用于清除哺乳动物组织中存在的微生物污染物。

背景技术：

1、微生物污染物能够以单个的、自由漂浮的细胞(浮游生物)的形式存在，或者以被称为生物膜的密集群落的形式存在。生物膜对于抗微生物处理和宿主免疫具有化学和物理耐受性。介于65％至80％之间的感染可以归因于生物膜，包括糖尿病足感染(包括进展为骨髓炎的糖尿病足感染)、假体关节感染(prosthetic joint infections，pji)、骨髓炎、慢性伤口、慢性鼻窦炎、烧伤、手术伤口、创伤伤口、痤疮等。由于有限的资源，则生物膜内的微生物细胞的生长速度比浮游微生物的生长速度慢，从而对于以抑制生长为目标的抗生素而言，生物膜内的微生物细胞是不良目标。更重要的是，生物膜内的微生物被由蛋白质、核酸和多糖组成的细胞外基质(extracellular matrix，ecm)包围。这是对宿主免疫和抗生素的物理屏障。

2、目前，处理具有两步法：通过冲洗和清创外科手术来物理清除微生物污染物，并且用适当的抗生素处理残留的微生物。处理中度至重度感染的临床金标准是对坏死组织进行手术清创，并且从该部位物理清除微生物污染物。然而，对这些患者的目前的处理完全无效；最近的研究发现，患者通常需要两次或更多次手术来控制感染。

3、清创外科手术通常使用物理和机械手段(手术刀、刷子等)和化学手段(冲洗盐水、防腐溶液、高级灌洗溶液等)来清除伤口和失活组织中的微生物污染物。较新的创新设备使用压力来物理地破坏微生物污染物。伤口内的增加的压力最初可以清除更多的微生物污染物，但是有证据表明，由于手术后几个小时细菌会有更高的反弹，则伤口内的增加的压力可能会将微生物进一步分布到组织中。此外，与盐水相比，更强的防腐剂可以略微地减少细菌负担，但也会导致宿主组织发炎并影响伤口愈合。放置在伤口中的大剂量抗生素可能阻止伤口愈合，并且不能扩散到感染空间内的所有区域。

4、在美国，与处理糖尿病足溃疡(diabetic foot ulcers，dfu)相关的费用介于90亿美元至130亿美元之间。dfu的一小部分占了医疗费用的大部分。据估计，费用的74％至84％用于住院治疗，仅占了dfu患者的9％至20％。费用由住院时间、重症监护和外科手术决定。2010年，研究显示，处理浅表溃疡的平均费用低至3096美元，而导致截肢的溃疡的平均费用为107,900美元。

5、当微生物污染物以生物膜的形式存在时，微生物对抗菌剂的耐受性是对浮游细菌的耐受性的1000倍。目前的处理不能确保完全覆盖受感染的伤口或手术部位(表面和表面下)。此外，由于释放的微生物没有被完全根除，因此存在感染迁移到原始部位的风险。

6、目前，还没有能够有效地破坏和根除以生物膜形式存在的微生物污染物的经批准的医疗设备。因此，需要一种解决以上强调的缺点中的至少一些缺点的解决方案。

技术实现思路

1、在本发明的第一方面中，提供了一种用于杀灭微生物污染物的设备，该设备包括非侵入性远端部分，该非侵入性远端部分包括多个电极，多个电极被构造成在微生物污染物的附近的组织表面上提供脉冲电场pef信号，其中，pef穿透到组织表面的下方。

2、可选地，多个电极能相对于水平平面和/或相对于竖直平面轴向地移动。这可以使得设备头部能够更容易地移动跨过组织环境的表面上的不规则形貌。多个电极与接触组织表面保持接触，以用于信号传递。

3、可选地，设备还包括至少部分地围绕至少一个电极的周边的绝缘材料，以用于将pef引导到组织表面的下方。另外或替代地，电极包括对物质粘附提供阻力的涂层。

4、可选地，电极嵌入绝缘材料中，以用于将pef引导到组织表面的下方。另外或替代地，电极包括对物质粘附提供阻力的涂层。

5、可选地，设备还可以包括至少一个阻抗传感器，以辅助确定pef参数以传递所需的电场传递。如将在前面更详细地讨论的，不同类型的组织表现出不同的阻抗值，因此将需要不同的pef参数来确保恒定的电场传递到处理区域。

6、可选地，设备还可以包括控制器，该控制器被构造成响应于检测到阻抗值或阻抗变化的至少一个阻抗传感器而改变pef信号的一个或多个参数。

7、可选地，控制器被构造成基于由至少一个阻抗传感器检测到的阻抗值来确定组织的电特性，和/或控制器被构造成响应于确定组织的电特性而改变pef信号的一个或多个参数。

8、可选地，设备还包括用于在微生物污染物的附近提供抽吸的抽吸装置。这可以便于在处理之前、期间和/或之后从组织环境的附近清除碎屑。

9、可选地，远端部分还可以包括容积部，该容积部被构造成用于在与表面邻接时提供至少部分密封的环境。如上所述的抽吸装置的提供也可以增强在设备包括所述容积部的实施例中产生的密封。

10、可选地，容积部至少部分地由弹性材料形成。这使得可以改善组织环境与设备的远端部分之间的表面接触，从而进一步增强所产生的密封。一旦所施加的力从弹性材料上移除，则弹性材料将恢复到其以前的形状，从而使得容积部在使用后恢复到其静止形状。此外，在电极既不从设备头部突出也不与设备头部的端部齐平的实施例中，可能有用的是容积部是弹性的，使得在压力下电极可以移入以与组织表面接触。

11、可选地，多个电极相对于设备头部突出和/或平坦和/或包括光滑或不规则的表面。

12、可选地，设备还包括被构造成将流体分配到微生物污染物的附近的分配装置。流体可以是导电流体和/或防腐流体，例如盐水流体。导电流体的提供可以增强电流围绕处理区域的分布，而防腐流体将有助于清楚伤口床的进一步潜在感染。

13、可选地，设备头部的远端部分可以至少部分地由适应性/柔性材料形成，以符合不规则的形貌。这将有助于增强远端部分与组织环境的表面之间的表面面积接触。

14、可选地，设备的远端部分可以包含传感器以检测物理环境，该物理环境包括温度、压力、ph和电极位置的组合。

15、可选地，设备还可以包括近端部分，非侵入性远端部分安装在该近端部分上。

16、根据本发明的第二方面，提供了一种清除微生物污染物的方法，该方法包括向微生物污染物的附近提供脉冲电场(pef)信号。

17、根据本发明的第三方面，提供了一种将pef信号导向组织以通过刺激生长因子和促进血管生成来使伤口床再生并帮助伤口愈合过程的方法，该方法包括向伤口的附近提供脉冲电场(pef)信号。

18、可选地，方法还包括：

19、通过阻抗传感器检测阻抗值或阻抗变化；以及

20、响应于检测阻抗值或阻抗变化而改变pef信号的一个或多个参数。

21、可选地，pef信号在至少两个相邻电极之间提供电流。另外或替代地，方法还包括使一对电极的极性选择性地反转。系统中的极性改变使得能够更有效地破坏组织中的细胞成分，并且可以导致组织环境中的更加增强的细菌减少。与电极包括不同的终端电极和返回电极的系统相比，相同电极的极性切换构型提供了简化的布置。设备的控制器可以被构造成切换终端电极和返回电极的极性。

22、可选地，方法还包括以下步骤：

23、提供容积部以有助于至少部分密封的环境；以及

24、提供抽吸。

25、可选地，方法还包括：向微生物污染物的附近提供导电流体；或向微生物污染物的附近提供防腐流体。

26、可选地，在组织表面上提供pef信号，并且当多个电极被加压以保持与组织环境接触时使pef穿透到组织表面的下方。

27、可选地，方法还包括：提供pef信号，以在细胞膜中产生孔口并增强对细胞的治疗的传递。

28、可选地，方法还包括：提供pef信号，以通过增加的生长因子和/或血管生成来增强伤口再生。

29、根据本公开的另一方面，提供了一种用于杀灭微生物污染物的设备，该设备包括：

30、远端部分，该远端部分包括多个电极，多个电极被构造成在微生物污染物的附近的组织表面上提供脉冲电场pef信号，其中，pef穿透到组织表面的下方；

31、脉冲发生器，该脉冲发生器电连接到多个电极，以产生pef信号；

32、至少一个阻抗传感器，至少一个阻抗传感器被构造成辅助确定pef参数以传递所需的电场；以及

33、控制器，该控制器被构造成响应于检测到阻抗值或阻抗变化的至少一个阻抗传感器而改变pef信号的一个或多个参数，以控制脉冲发生器的操作，从而传递用于杀灭微生物污染物的所需的电场。

34、可选地，多个电极能相对于水平平面和/或相对于竖直平面轴向地移动。

35、可选地，绝缘材料至少部分地围绕至少一个电极的周边，以用于将pef引导到组织表面的下方。

36、可选地，绝缘材料围绕多个电极的周边，以用于将pef引导到组织表面的下方。

37、可选地，多个电极嵌入绝缘材料中，以用于将pef引导到组织表面的下方。

38、可选地，电极包括对物质粘附提供阻力的涂层。

39、可选地，控制器被构造成基于由至少一个阻抗传感器检测到的阻抗值来确定组织的电特性，和/或控制器被构造成响应于确定组织的电特性而改变pef信号的一个或多个参数，以传递用于杀灭微生物污染物的所需的电场。

40、可选地，设备包括用于在微生物污染物的附近提供抽吸的抽吸装置。

41、可选地，远端部分还包括：

42、a.容积部，该容积部被构造成用于在与表面邻接时提供至少部分密封的环境，或

43、b.容积部，该容积部被构造成用于在与表面邻接时提供至少部分密封的环境，其中，容积部至少部分地由弹性材料形成。

44、可选地，多个电极相对于设备头部突出和/或平坦和/或包括光滑或不规则的表面。

45、可选地，分配装置被设置并被构造成将流体分配到微生物污染物的附近。流体可以是导电流体和/或防腐流体，例如盐水流体。

46、可选地，设备头部的远端部分至少部分地由适应性/柔性材料形成，以在多个电极被加压使得多个电极中的每一个的组织接合表面邻接组织表面以保持电环境时符合不规则的形貌。

47、可选地，设备的远端部分还包括一个或多个传感器以检测物理环境，该物理环境包括温度、压力、ph和电极位置中的一个或组合。

48、可选地，设备还包括泵，以便以可变速率接纳导电介质；其中可选地，电机/电池连接到泵以控制流量，其中，当设备包括近端部分时，可选地，电机/电池与设备的近端部分分开。

49、根据任何前述内容所述的设备，其中，多个电极包括返回电极和终端电极，并且其中，控制器被构造成切换返回电极和终端电极的极性。

50、可选地，设备还包括安装有远端部分的轴，其中，轴借助于球窝型接头连接到远端部分。

51、根据本公开的另一方面，提供了一种用于杀灭微生物污染物的方法，该方法包括以下步骤：

52、通过多个电极在微生物污染物的附近的组织表面上提供脉冲电场pef信号，其中，pef穿透到组织表面的下方；

53、通过至少一个阻抗传感器确定pef参数以传递所需的电场；以及

54、通过控制器响应于由至少一个阻抗传感器检测阻抗值或阻抗变化而调节pef信号的一个或多个参数，以传递用于杀灭微生物污染物的所需的电场。

55、可选地，方法还包括以下步骤：基于由至少一个阻抗传感器检测到的阻抗值来确定组织的电特性。

56、可选地，方法还包括以下步骤：通过控制器响应于确定组织的电特性而改变pef信号的一个或多个参数，以传递用于杀灭微生物污染物的所需的电场。

57、可选地，方法还包括以下步骤：在使用期间使一对电极的极性反转。