用于感应加热外来金属植入物的方法、设备和系统技术方案

公开了用于感应加热外来金属植入物的方法、设备、系统和实施方式。可以通过AMF脉冲加热外来金属植入物，以确保外来金属植入物的表面以均匀的方式加热。随着外来金属植入物的表面温度升高，可以通过声学传感器检测到声学特征，该声学特征可以指示组织可能被加热到接近沸点的不期望水平。一旦检测到这些声学特征，就可以关闭所述AMF脉冲一段时间，以允许植入物的表面温度在施加另外的AMF脉冲之前冷却。以这种方式，可以将外来金属植入物的表面温度均匀地加热到足以治疗外来金属植入物表面上的细菌生物膜累积而不损坏周围组织的温度。AMF脉冲治疗能够与抗生素/抗微生物治疗方案组合，以减少从金属植入物移除生物膜所需的时间和/或抗微生物剂量。

Method, equipment and system for induction heating of foreign metal implants

Methods, equipment, systems and embodiments for induction heating of foreign metal implants are disclosed. The external metal implants can be heated by AMF pulse to ensure that the surface of the external metal implants is heated in a uniform manner. With the increase of surface temperature of foreign metal implants, acoustic characteristics can be detected by acoustic sensors, which can indicate that tissues may be heated to an undesirable level near the boiling point. Once these acoustic characteristics are detected, the AMF pulse can be turned off for a period of time to allow the surface temperature of the implant to cool before applying another AMF pulse. In this way, the surface temperature of foreign metal implants can be heated uniformly enough to treat the accumulation of bacterial biofilms on the surface of foreign metal implants without damaging the surrounding tissues. AMF pulse therapy can be combined with an antibiotic/antimicrobial regimen to reduce the time and/or antimicrobial dose required to remove biofilms from metal implants.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于感应加热外来金属植入物的方法、设备和系统相关申请的交叉引用本申请要求2016年7月14日提交的美国临时专利申请第62/362,402号和2017年1月13日提交的美国临时专利申请第62/445,963号的优先权。两者的全部内容通过引用整体明确地并入本文，而没有免除。背景
本公开通常涉及用于感应加热外来金属植入物以便加热生物膜的方法、设备和系统。
技术介绍
假体关节置换已经成为用于老化和受损关节的有效且广泛的医学治疗方式。然而，由于关节上的细菌生物膜的积累，假体关节可能易受感染。据估计，1％至5％的假体关节置换患者遭受这些类型的感染。治疗这些感染的现有方法包括另外的手术和处方口服和/或静脉注射(IV)抗生素。然而，这些治疗可能不是完全有效的并且可能需要大量资源。
技术实现思路
本公开内容部分地提出了预防和治疗假体关节感染的方法和系统，所述方法和系统是非手术和非侵入性的、可重复的，以及可用于各种植入装置。在一些实施例中，提供了用于治疗外来金属植入物的表面的系统。出于本公开的目的，尽管要求保护的系统可以应用于治疗外来金属植入物，但是该系统不限制于这种方式，外来金属植入物其本身也不旨在成为要求保护的系统的一部分。在一些实施例中，系统包括一个或更多个外部发射器装置，所述一个或更多个外部发射器装置包括配置为将一个或更多个AMF脉冲施加到外来金属植入物的交变磁场(AMF)发射器。在一些实施例中，系统还包括一个或更多个外部声学传感器装置，其被配置为从位于外来金属植入物附近的组织接收一个或更多个声发射特征。在一些实施例中，系统还包括具有至少一个处理器的控制系统，该控制系统被配置为使得一个或更多个外部发射器装置能够以预定时间段、预定脉冲持续时间、预定脉冲重复频率和预定功率水平中的一个或更多个将一个或更多个AMF脉冲施加到外来金属植入物；从一个或更多个外部声学传感器装置接收一个或更多个信号；确定所述一个或更多个信号与指示外来金属植入物的温度足以破坏外来金属植入物的表面上的生物膜基质的一个或更多个声发射特征相对应；并且使得能够将一种或更多种抗生素或抗微生物治疗施加到外来金属植入物。在一些实施例中，控制系统还被配置为使得一个或更多个外部发射器装置能够在施加一个或更多个AMF脉冲之后关闭预定的延迟时间段。在一些实施例中，控制系统还被配置为使得一个或更多个外部发射器装置能够在预定的延迟时间段之后将一个或更多个AMF脉冲重新施加到外来金属植入物。在一些实施例中，控制系统还被配置为使得一个或更多个外部发射器装置能够在一个或更多个信号与指示外来金属植入物的温度不足以破坏外来金属植入物的表面上的生物膜基质的一个或更多个声发射特征相对应时，将一个或更多个AMF脉冲重新施加到外来金属植入物。在一些实施例中，生物膜基质是外来金属植入物的表面上的胞外聚合物(EPS)生物膜基质。在一些实施例中，控制系统还被配置为确定一个或更多个信号与指示外来金属植入物的温度足以减少外来金属植入物的表面上的细菌的数量的一个或更多个声发射特征相对应。在一些实施例中，一个或更多个外部发射器装置可以是螺线管线圈、鞍形线圈、盘形线圈和相控阵列中的一个或更多个。在一些实施例中，一个或更多个外部声学传感器装置还可以配置为检测由与植入物相邻的软组织在被加热到特定温度阈值时发射的一个或更多个声波。在一些实施例中，温度阈值可以接近100℃，而在其他实施例中，温度阈值可以接近60℃。在一些实施例中，可以在大约60℃的温度下开始检测到一个或更多个声波并且可以继续在60℃到100℃的温度下检测到。在一些实施例中，一个或更多个外部声学传感器装置还可以被配置为检测频率为500Hz到1000Hz的一个或更多个声波。在一些实施例中，可以检测其他频率的一个或更多个声波。在一些实施例中，控制系统还可以被配置为从一个或更多个外部声学传感器装置接收与温度相关联的一个或更多个信号，并且基于一个或更多个信号来调节一个或更多个AMF脉冲的持续时间、频率和幅度中的至少一个，以在特定时间段将外来金属植入物的表面保持在期望温度。在一些实施例中，系统还可以包括嵌入在外来金属植入物的表面中的一个或更多个内部温度传感器，所述一个或更多个内部温度传感器被配置为测量外来金属植入物的表面的温度并且输出一个或更多个输出信号。在一些实施例中，系统还可以包括一个或更多个外部光学接收器装置，所述一个或更多个外部光学接收器装置被配置为检测由嵌入在外来金属植入物的表面中的一个或更多个热致发光材料发射的光子，所述一个或更多个热致发光材料被配置为当在外来金属植入物的表面上感应到高于预定阈值的温度时发射光子。在一些实施例中，控制系统还可以被配置为当检测到光子时从一个或更多个外部光学接收器装置接收一个或更多个关闭信号，并且使得一个或更多个外部发射器装置能够在接收到一个或更多个关闭信号时关闭。在一些实施例中，控制系统还可以被配置为从一个或更多个内部温度传感器接收与温度相关联的一个或更多个信号，并且基于一个或更多个信号来调节一个或更多个AMF脉冲的持续时间，以在特定时间段将外来金属植入物的表面保持在期望温度。在一些实施例中，外来金属植入物治疗设备包括外壳和多个AMF发射器，所述多个AMF发射器被配置为将一个或更多个AMF脉冲同时在三个正交方向上施加到外来金属植入物。在一些实施例中，多个AMF发射器被配置为在笛卡尔x方向、y方向和z方向中的每个方向上成对地位于金属植入物的相对侧上。在一些实施例中，成对的AMF发射器中的每一个位于彼此平行的平面中。在一些实施例中，多个AMF发射器对中的至少一个被配置为围绕外来金属植入物的纵向轴线转动并且围绕纵向轴线在不同的位置处施加一个或更多个AMF脉冲。在一些实施例中，多个AMF发射器对中的至少一个被配置为围绕外来金属植入物的除纵向轴线以外的一个或更多个转动轴线转动，并且围绕一个或更多个转动轴线在不同的位置处施加一个或更多个AMF脉冲。在一些实施例中，多个AMF发射器被配置为将一个或更多个AMF脉冲同时在三个正交方向上施加到外来金属植入物。在一些实施例中，多个AMF发射器对处于固定位置中，其被配置为使得外来金属植入物的位置能够在多个AMF发射器对之间改变。在一些实施例中，多个AMF发射器对处于固定位置中，其被配置为使得外来金属植入物能够在多个AMF发射器对之间转动。在一些实施例中，该设备还包括一个或更多个铁磁性材料，所述一个或更多个铁磁性材料被配置为能够围绕外来金属植入物移动。在一些实施例中，一个或更多个铁磁性材料被配置为使一个或更多个AMF脉冲成形并且修改围绕外来金属植入物的AMF分布。在一些实施例中，治疗和预防外来金属植入物上的细菌生物膜的方法包括：通过具有至少一个处理器的控制系统，使得包括AMF发射器的一个或更多个外部发射器装置能够以预定时间段、预定脉冲持续时间、预定脉冲重复频率和预定功率水平中的一个或更多个将一个或更多个AMF脉冲施加到外来金属植入物；通过控制系统从一个或更多个外部声学传感器装置接收一个或更多个信号，该外部声学传感器装置被配置为从位于外来金属植入物附近的组织接收一个或更多个声发射特征；通过控制系统确定所述一个或更多个信号与指示外来金属植入物的温度足以破坏外来金属植入物的表面上的生物膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于治疗外来金属植入物的表面的系统，该系统包括：一个或更多个外部发射器装置，其包括配置为将一个或更多个AMF脉冲施加到外来金属植入物的交变磁场(AMF)发射器；一个或更多个外部声学传感器装置，其被配置为从位于外来金属植入物附近的组织接收一个或更多个声发射特征；和包括至少一个处理器的控制系统，其被配置成：使得所述一个或更多个外部发射器装置能够以预定时间段、预定脉冲持续时间、预定脉冲重复频率和预定功率水平中的一个或更多个将一个或更多个AMF脉冲施加到外来金属植入物；从所述一个或更多个外部声学传感器装置接收一个或更多个信号；确定所述一个或更多个信号与指示外来金属植入物的温度足以破坏外来金属植入物的表面上的生物膜基质的一个或更多个声发射特征相对应；和使得能够将一种或更多种抗生素或抗微生物治疗施加到外来金属植入物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.14 US 62/362,402;2017.01.13 US 62/445,9631.一种用于治疗外来金属植入物的表面的系统，该系统包括：一个或更多个外部发射器装置，其包括配置为将一个或更多个AMF脉冲施加到外来金属植入物的交变磁场(AMF)发射器；一个或更多个外部声学传感器装置，其被配置为从位于外来金属植入物附近的组织接收一个或更多个声发射特征；和包括至少一个处理器的控制系统，其被配置成：使得所述一个或更多个外部发射器装置能够以预定时间段、预定脉冲持续时间、预定脉冲重复频率和预定功率水平中的一个或更多个将一个或更多个AMF脉冲施加到外来金属植入物；从所述一个或更多个外部声学传感器装置接收一个或更多个信号；确定所述一个或更多个信号与指示外来金属植入物的温度足以破坏外来金属植入物的表面上的生物膜基质的一个或更多个声发射特征相对应；和使得能够将一种或更多种抗生素或抗微生物治疗施加到外来金属植入物。2.根据权利要求1所述的系统，所述控制系统还被配置为使得所述一个或更多个外部发射器装置能够在施加所述一个或更多个AMF脉冲之后关闭预定的延迟时间段。3.根据权利要求2所述的系统，所述控制系统还被配置为使得所述一个或更多个外部发射器装置能够在预定的延迟时间段之后将所述一个或更多个AMF脉冲重新施加到外来金属植入物。4.根据权利要求1所述的系统，所述控制系统还被配置为使得所述一个或更多个外部发射器装置能够在所述一个或更多个信号与指示外来金属植入物的温度不足以破坏外来金属植入物的表面上的生物膜基质的一个或更多个声发射特征相对应时，将所述一个或更多个AMF脉冲重新施加到外来金属植入物。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述生物膜基质是外来金属植入物的表面上的胞外聚合物(EPS)生物膜基质。6.根据权利要求1所述的系统，所述控制系统还被配置为确定所述一个或更多个信号与指示外来金属植入物的温度足以减少外来金属植入物的表面上的细菌的数量的一个或更多个声发射特征相对应。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或更多个外部发射器装置是螺线管线圈、鞍形线圈、盘形线圈和相控阵列中的一个或更多个。8.根据权利要求1所述的系统，所述一个或更多个外部声学传感器装置还被配置为检测由与外来金属植入物相邻的软组织在被加热到特定温度阈值时发射的一个或更多个声波。9.根据权利要求1所述的系统，所述一个或更多个外部声学传感器装置还被配置为检测频率为500Hz到1000Hz的一个或更多个声波。10.根据权利要求1所述的系统，所述控制系统还被配置为：从所述一个或更多个外部声学传感器装置接收与温度相关联的一个或更多个信号；和基于所述一个或更多个信号调节所述一个或更多个AMF脉冲的持续时间、频率和幅度中的至少一个，以在特定时间段将外来金属植入物的表面保持在期望温度。11.根据权利要求1所述的系统，还包括嵌入在外来金属植入物的表面中的一个或更多个内部温度传感器，所述一个或更多个内部温度传感器被配置为测量外来金属植入物的表面的温度并且输出一个或更多个输出信号。12.根据权利要求11所述的系统，所述控制系统还被配置为：从所述一个或更多个内部温度传感器接收与温度相关联的一个或更多个信号；和基于所述一个或更多个信号调节所述一个或更多个AMF脉冲的持续时间，以在特定时间段将外来金属植入物的表面保持在期望温度。13.根据权利要求1所述的系统，还包括一个或更多个外部光学接收器装置，所述一个或更多个外部光学接收器装置被配置为检测由嵌入在外来金属植入物的表面中的一个或更多个热致发光材料发射的光子，所述一个或更多个热致发光材料被配置为当在外来金属植入物的表面上感应到高于预定阈值的温度时发射光子。14.根据权利要求13所述的系统，所述控制系统还被配置为：当检测到光子时，从所述一个或更多个外部光学接收器装置接收一个或更多个信号；和在接收到所述一个或更多个信号时，使得所述一个或更多个外部发射器装置能够关闭。15.一种外来金属植入物治疗设备包括：外壳；和多个AMF发射器，其被配置为将所述一个或更多个AMF脉冲在三个正交方向上施加到外来金属植入物，其中，所述多个AMF发射器被配置为在笛卡尔x方向、y方向和z方向中的每个方向上成对地位于金属植入物的相对侧上。16.根据权利要求15所述的设备，其中，成对的AMF发射器中的每一个位于彼此平行的平面中。17.根据权利要求15所述的设备，其中，多个AMF发射器对中的至少一个被配置为围绕外...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉吉夫·乔普拉，大卫·格林伯格，约纳坦·夏齐斯诺夫，
申请(专利权)人：德克萨斯大学系统董事会，
类型：发明
国别省市：美国,US