[發(fā)明專利]從金屬矯形裝置去除微生物的恒電流方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202180022479.7
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN115297895A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設計）人: 杰克遜·G·霍布爾;布賴恩·R·彼得森
• 申請（專利權）人: 加伍德醫(yī)療設備有限公司
• 主分類號: A61L2/03
• 分類號: A61L2/03;A61F2/02;A61F2/48;A61L2/24;A61N1/04;A61N1/20
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 萬慧華

本申請?zhí)峁┝艘环N用于從金屬矯形器具消除微生物的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法包括反電極和工作電極以及用于監(jiān)測安全參數(shù)的參考電極。電流被施加到該反電極與該工作電極之間，以形成流過該系統(tǒng)的電化學電流并產生電化學反應。在該工作電極處產生的化學物質提供破壞和殺死微生物(包括通常存在于受感染的矯形植入物上的細菌生物膜)的機制。連接到電極的電路保持所施加的電流恒定，并允許該工作電極與該反電極之間的電壓發(fā)生改變。該參考電極監(jiān)測該工作電極處的電壓，以便向處理器提供反饋作為反饋機制的一部分。該處理器被編程有軟件邏輯，從而通過限制或改變該所施加的電流來防止電壓漂移到與金屬免疫或腐蝕區(qū)域相關的范圍。

相關申請的交叉引用

本申請根據(jù)35U.S.C.§§119和120的相關部分要求2020年1月17日提交的美國專利申請第62/962,564號的優(yōu)先權。優(yōu)先權申請的內容以引用的方式整體并入。

技術領域

本申請涉及一種從金屬矯形裝置/器具的表面消除微生物的系統(tǒng)及相關的恒電流方法。

背景技術

矯形裝置諸如金屬植入物用于患有多種不同傷害或醫(yī)療問題的患者。具體地，金屬植入物可用于需要置換關節(jié)的任何個體。例如，金屬植入物可用于置換患者的髖部或膝蓋。金屬植入物的一個潛在問題是它們容易讓細菌在表面上生長。這可能增加患者受感染的風險，如果無法處理感染，則這可能導致去除植入物或危及生命的情況。為了降低感染的風險，電極可提供電刺激以破壞細菌的生長。

在科學文獻中已經(jīng)示出，將陰極電流施加到金屬樣品在該表面產生化學反應，這些化學反應可破壞和殺死存在于金屬上的細菌生物膜。要發(fā)生電化學過程，在電解質溶液內必須存在陽極和陰極。陽極為發(fā)生氧化反應的金屬表面，并且陰極為發(fā)生還原反應的另一個金屬表面。還原反應本質上是當感興趣的材料獲得電子并由此降低分子的氧化態(tài)時。陽極和陰極各自位于其中的電解質通過促進被離子載體諸如鈉離子或鉀離子傳遞的電子流來提供電連接。電子經(jīng)由外部電源諸如恒流器通過電通路從陽極驅動到陰極。恒流器是用于通過改變反電極與工作電極之間的電壓而將恒定電流從反電極驅動到工作電極的器械。就陰極電流刺激而言，陽極表示反電極，陰極表示工作電極。

所描述的雙電極系統(tǒng)已在工業(yè)中使用數(shù)十年以從電解質介質產生不同的化學副產物。在許多雙電極直流應用中，存在關于控制或了解工作電極的表面以何種熱力學狀態(tài)存在的常見問題。根據(jù)系統(tǒng)的電壓和pH，金屬可能處于腐蝕性、鈍化或免疫狀態(tài)。不了解表面存在于哪個狀態(tài)可能導致不期望的金屬取代基被釋放，如果在帶有金屬植入物的患者體內施用了恒電流操作，則這可能對患者的健康造成不利影響。這在電壓控制的和電流控制的雙電極系統(tǒng)中均有可能發(fā)生。

發(fā)明內容

本發(fā)明涉及解決上述問題以便實現(xiàn)可以安全地從置換膝蓋、肩部或髖部等矯形器具的表面去除微生物的恒電流技術。通過將具有穩(wěn)定電壓的第三電極實現(xiàn)為反饋機制的一部分，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法能夠感測工作電極在恒電流系統(tǒng)下處于何種電壓，并且基于感測到的電壓電平，可以施用電壓限制器，以便防止漂移到熱力學不利的電位中。因此，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)由三(3)個電極構成，包括用于施加治療的反電極和工作電極以及用于監(jiān)測安全參數(shù)的參考電極。根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的優(yōu)選版本，工作電極是外科嵌入式植入物。在反電極與工作電極之間施加電流，以便形成流過該系統(tǒng)的電化學電流。所施加的電流是直流電，以在工作電極和反電極的表面上產生電化學反應。在工作電極處產生的化學物質提供破壞和殺死該表面上的微生物(包括通常存在于受感染的矯形植入物上的細菌生物膜)的機制。連接到電極的電路保持所施加的電流恒定，并允許工作電極與反電極之間的電壓發(fā)生改變。參考電極被配置為監(jiān)測工作電極處的電壓，以便向處理器提供反饋，從而形成反饋機制。處理器被編程有軟件邏輯，以便通過限制或改變電流來防止所施加的電壓漂移到與金屬免疫或腐蝕區(qū)域相關的范圍，并且因此將測量的電壓保持在預定范圍之內。

通過實現(xiàn)具有穩(wěn)定電壓的第三電極，本發(fā)明的系統(tǒng)能夠感測工作電極在恒電流系統(tǒng)下處于何種電壓，并且處理器可以施用電壓限制器，以便防止漂移到熱力學不利的電位中。