KR20210094579A

KR20210094579A - 선택적으로 주소 지정 가능한 하위 요소를 하지는 종양 치료장 제공을 위한 어레이

Info

Publication number: KR20210094579A
Application number: KR1020217018534A
Authority: KR
Inventors: 요람 와써맨; 마이클 크리니트스키; 세르게이 키릴로프; 마이클 슈토틀랜드; 빅토르 카이코브
Original assignee: 노보큐어 게엠베하
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2021-07-29
Anticipated expiration: 2039-11-18
Also published as: WO2020104921A1; EP3922301A1; US20200155835A1; EP3922300C0; CN113015553A; JP2022505028A; US20220409893A1; JP2024055977A; EP3883642C0; EP3922300A1; CN119733171A; MX2024009505A; EP3883642B1; EP3922300B1; EP4019080B1; KR102747887B1; HUE065574T2; US12029898B2; ES2976808T3; JP7451511B2

Abstract

과열되지 않은 다른 전극 요소를 끄지 않고 과열된 하나 이상의 전극 요소를 꺼서 더 높은 필드 강도로 피험자의 몸체에 종양 치료 필드(TTFields)가 전달될 수 있다. 이것은 복수의 온도 센서를 사용하여 달성될 수 있으며, 각각의 온도 센서는 각각의 전극 요소에서 온도를 감지하도록 배치되고; 전기적으로 제어되는 복수의 스위치를 포함하며, 이들 각각은 개별 전극 소자로의 전류를 온 또는 오프로 스위칭하도록 배선된다. 컨트롤러는 온도 센서로부터 신호를 입력받아 각 전극 요소의 온도를 결정하고, 전기적으로 제어되는 각 스위치의 제어 입력 상태를 제어하여 과열된 전극 요소에서의 전류를 선택적으로 차단하거나 모든 전극 요소에서 듀티 사이클을 조절한다.

Description

선택적으로 주소 지정 가능한 하위 요소를 하지는 종양 치료장 제공을 위한 어레이

본 기술은 선택적으로 주소 지정 가능한 하위 요소를 하지는 종양 치료장 제공을 위한 어레이와 관련된다.

종양 치료 필드(TTFields) 치료는 종양 치료를 위한 입증된 접근 방식이다. 도 1은 종양 치료 필드(TTFields)를 제공하기 위한 종래의 옵튠(Optune)® 시스템의 개략도이다. 종양 치료 필드(TTFields)는 (일 예로, 교모세포종(glioblastoma)을 가진 사람에 대해 도 2a 내지 2d에 묘사된 대로) 종양에 매우 근접한 환자의 피부에 배치되는 4 개의 트랜스듀서 어레이(transducer array, 21-24)를 통해 환자에게 전달된다. 트랜스듀서 어레이(21-24)는 두 쌍으로 배열되고 각 트랜스듀서 어레이는 다중 와이어 케이블을 통해 교류 신호 발생기(20)에 연결된다. 교류 신호 발생기는 (a) 제1 기간 동안 종양을 관통하는 첫 번째 방향으로 전기장을 유도하는 한 쌍의 어레이(21, 22)를 통해 교류 전류를 보내고; 이어서 (b) 제2 기간 동안 종양을 관통하는 두 번째 방향으로 전기장을 유도하는 다른 한 쌍의 어레이(23, 24)를 통해 교류 전류를 전송하며; 이어서 치료 기간 동안 단계 (a) 및 (b)를 반복한다.

각 트랜스듀서 어레이(21-24)는 유연한 와이어(flex wire)를 통해 상호 연결되는 용량 결합된 전극 요소 E(예를 들어, 각각 직경이 약 2cm인 9 개의 전극 요소 세트)의 세트로 구성된다. 각 전극 요소는 전기 전도성 의료 겔 층과 접착 테이프 사이에 끼워진 세라믹 디스크를 포함한다. 환자에게 어레이를 배치할 때 의료용 젤이 환자의 피부 윤곽에 붙어 장치가 신체와 전기적으로 잘 접촉하도록 한다. 접착 테이프는 환자가 일상 활동을 할 때 전체 어레이를 환자의 제자리에 고정한다.

트랜스듀서 어레이를 통해 전달되는 교류의 진폭은 (트랜스듀서 어레이 아래의 피부에서 측정된) 피부 온도가 41 ℃의 안전 임계값을 초과하지 않도록 제어된다. 환자의 피부에 대한 온도 측정값은 트랜스듀서 어레이의 일부 디스크 아래에 배치된 서미스터 T를 사용한다. 기존 옵튠 시스템에서 각 어레이에는 8 개의 서미스터가 포함되어 있으며 어레이의 각 디스크 아래에 하나의 서미스터가 있다. (대부분의 어레이에는 8 개 이상의 디스크가 포함되어 있으며, 이 경우 온도 측정은 어레이 내의 디스크 하위 세트 아래에서만 수행된다).

교류 신호 발생기(20)는 모든 32 개의 서미스터 (어레이 당 4 개의 어레이 × 8 개의 서미스터)로부터 온도 측정치를 획득한다. 교류 신호 발생기의 컨트롤러는 온도 측정을 사용하여 환자 피부의 온도를 41 ℃ 미만으로 유지하기 위해 각 어레이 쌍을 통해 전달되는 전류를 제어한다. 전류 자체는 교류 신호 발생기 (20)에서 각 어레이로 이어지는 추가 와이어(즉, 어레이(21-24) 각각에 대해 하나의 와이어 (28))를 통해 각 어레이로 전달된다.

종래 기술 시스템에서, 전방 트랜스듀서 어레이(front transducer array)상의 단일 전극 요소 아래의 하이드로 겔이 건조되면 단일 전극 요소와 사람의 몸 사이의 저항은 다른 전극 요소와 사람의 몸 사이의 저항보다 더 높아진다. 그리고 이러한 저항의 증가는 단일 전극 요소의 온도를 다른 전극 요소보다 더 많이 상승시킨다.

이러한 상황에서, 종래 기술에서는 교류 신호 발생기는 전방 어레이 상의 단일 전극 요소의 온도를 41℃ 미만으로 유지하기 위해 트랜스듀서 어레이의 전면/후면 쌍에 인가되는 전류를 제한해야 한다. 이러한 전류 감소는 종양에서 전기장의 강도를 그에 따라 감소시킨다.

본 기술은 상술한 종래 기술의 난점을 해소하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면은 피험체의 몸체에 교번 전기장을 인가하는 장치와 관련된다. 제1 장치는 복수의 용량적으로 결합된 전극 요소들로, 상기 전극 요소들 각각은 유전체 층을 가지고, 상기 전극 요소들의 상기 유전체 층이 상기 피험체의 몸체에 접촉하여 배치되도록 상기 복수의 전극 요소들을 유지하도록 구성된 지지체를 포함한다. 제1 장치는 또한 복수의 온도 센서들을 포함한다. 각각의 상기 온도 센서는 각각의 전극 요소들에서의 온도를 검출하도록 위치하고, 각각 검출된 온도에 상응하는 신호를 생성한다. 제1 장치는 전기적 전도체 및 복수의 전기적으로 제어되는 스위치들을 포함한다. 상기 스위치들 각각은 각각 제어 입력의 상태에 따라 (a) 전류가 상기 전기적 전도체와 각각의 상기 전극 요소 사이를 흐르도록 하거나, (b) 상기 전기적 전도체 및 상기 각각의 전극 요소 사이에서 전류가 흐르는 것을 막도록 구성된다. 제1 장치는 또한 상기 스위치들 각각의 제어 입력의 상태를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 포함한다.

제1 장치의 몇몇 실시예에서, 상기 콘트롤러는, 각각의 상기 온도 센서로부터 각각의 검출한 온도에 상응하는 신호를 수신하고, 수신한 신호에 기초하여 주어진 전극 요소가 구동되어야 하는 듀티 사이클을 결정하고, 주어진 전극 요소에서 결정된 듀티 사이클에 상응하도록 주기적으로 스위치의 제어 입력의 상태를 전환하여 상기 전기적 전도체 및 상기 주어진 전극 요소 사이에서 주기적으로 전류가 흐르는 것을 차단하도록 더 구성된다.

제1 장치의 몇몇 실시예에서, 상기 콘트롤러는 각각의 상기 온도 센서들로부터 상기 검출된 온도에 상응하는 신호들을 수신하고, 상기 수신한 신호들에 기초하여 상기 전극 요소 각각에서의 온도가 상위 임계값(upper threshold)을 넘는지 결정하고, 주어진 전극 요소에서의 온도가 상기 상위 임계값을 넘는 것으로 결정되면, 전류가 상기 전기적 전도체 및 상기 주어진 전극 요소 사이에 전류가 흐르는 것을 차단하도록 상기 각각의 스위치의 상기 제어 입력의 상기 상태를 제어하도록 더 구성된다. 선택적으로, 이러한 실시예들에서, 상기 콘트롤러는, 전류가 상기 전기적 전도체 및 상기 주어진 전극 요소 사이에 전류가 흐르는 것을 차단하도록 상기 각각의 스위치의 상기 제어 입력의 상기 상태를 제어한 후, 상기 각각의 온도 센서로부터 상기 수신한 신호에 기초하여 상기 각각의 전극 요소에서의 온도가 하위 임계값 아래로 감소하였는지 결정하고, 전류가 상기 전기적 전도체 및 각각의 전극 요소 사이에서 흐르도록 상기 주어진 스위치에 제공되는 상기 제어 입력의 상기 상태를 제어하도록 더 구성된다.

제1 장치의 몇몇 실시예에서, 상기 콘트롤러는, 각각의 상기 온도 센서들로부터 신호를 수신하고, 제2 콘트롤러로 각각의 상기 온도 센서들에서의 상기 온도를 묘사하는 데이터를 전송하고, 상기 제2 콘트롤러로부터 어떠한 스위치들이 오프되어야 하는지에 상응하는 데이터를 수신하고, 상기 제2 콘트롤러로부터 수신한 데이터에 기초하여 상기 복수의 스위치들의 상기 제어 입력들의 상태를 제어하도록 더 구성된다.

제1 장치의 몇몇 실시예에서, 상기 복수의 용량적으로 결합된 전극 요소들은 적어도 아홉 개의 용량적으로 결합된 전극 요소들을 포함한다. 제1 장치의 몇몇 실시예에서, 상기 용량적으로 결합된 전극 요소들 각각은 평면(flat face)을 가진 전도성 플레이트(conductive plate)을 포함하고, 상기 유전체 층은 상기 전도성 플레이트의 상기 평면에 배치된다. 제1 장치의 몇몇 실시예에서, 상기 지지체는 폼(foam)의 층(layer)을 포함한다. 제1 장치의 몇몇 실시예에서, 상기 전기적 전도체는 유연 회로에 위치하는 트레이스(trace)를 포함한다.

제1 장치의 몇몇 실시예에서, 상기 지지체는 상기 전극 요소들의 상기 유전체 층이 상기 피험체 몸체를 향하여 상기 피험체 몸체의 외부 표면에 대하여 상기 복수의 전극 요소들을 유지하도록 구성된다. 제1 장치의 몇몇 실시예에서, 상기 복수의 전기적으로 제어되는 스위치들 및 상기 콘트롤러는 멀티 전도체 커넥터를 통하여 상기 지지체에 부착된 모듈 상에 배치된다.

본 발명의 다른 측면은 피험체의 몸체에 교번 전기장을 인가하는 제2 장치와 관련된다. 제2 장치는 복수의 적어도 두 전극 요소들의 용량적으로 결합된 세트들로, 상기 전극 요소들의 각각은 유전체 층을 가지고; 상기 전극 요소들의 상기 유전체 층이 상기 피험체의 몸체에 접촉하여 위치할 수 있도록 상기 전극 요소들의 복수의 세트들을 유지하도록 구성된다. 제2 장치는 복수의 온도 센서들을 포함한다. 온도 센서들 각각은 전극 요소들의 세트 각각에서 온도를 검출하도록 배치되고, 상기 검출된 온도에 상응하는 각각의 신호를 생성한다. 제2 장치는 전기 전도체; 및 복수의 전기적으로 제어되는 스위치들을 포함한다. 상기 스위치들 각각은 각각 제어 입력의 상태에 따라 (a) 전류가 상기 전기적 전도체와 각각의 상기 전극 요소 사이를 흐르도록 하거나, (b) 상기 전기적 전도체 및 상기 각각의 전극 요소 사이에서 전류가 흐르는 것을 막도록 구성된다. 제2 장치는 상기 스위치들 각각의 상기 제어 입력의 상기 상태를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 포함한다.

제2 장치의 몇몇 실시예에서, 어떠한 주어진 전극 요소들의 세트 내의 모든 상기 전극 요소들은 같은 중심을 가지도록 배치된다.

제2 장치의 몇몇 실시예에서, 상기 콘트롤러는 상기 온도 센서들 각각으로부터 상기 검출된 온도에 상응하는 상기 각각의 신호를 수신하고, 상기 수신한 신호들에 기초하여 주어진 전극 요소가 구동되어야 하는 듀티 사이클을 결정하고, 주어진 전극 요소에서 결정된 듀티 사이클에 상응하도록 주기적으로 스위치의 제어 입력의 상태를 전환(toggle)하여 상기 전기적 전도체 및 주어진 상기 전극 요소 사이에서 주기적으로 전류가 흐르는 것을 차단하도록 더 구성된다.

제2 장치의 몇몇 실시예에서, 상기 콘트롤러는 상기 온도 센서들 각각으로부터 상기 검출된 온도에 상응하는 상기 각각의 신호를 수신하고, 상기 수신한 신호들에 기초하여 전극 요소들의 각 세트에서의 온도가 사위 임계값을 넘는지 결정하고, 주어진 전극 요소에서의 온도가 상기 상위 임계값을 넘는 것으로 결정되면, 전류가 상기 전기적 전도체 및 전극 요소들의 주어진 세트에서 적어도 하나의 전극 요소들 사이를 흐르지 않도록 상기 적어도 하나의 각각의 스위치의 상기 제어 입력의 상태를 제어하도록 더 구성된다.

제2 장치의 몇몇 실시예에서, 상기 콘트롤러는 상기 온도 센서들 각각으로부터 신호를 수신하고, 제2 콘트롤러로 상기 온도 센서들 각각에서의 상기 온도에 상응하는 데이터를 전송하고, 상기 제2 콘트롤러로부터 어떠한 상기 스위치들이 오프되어야 하는지 나타내는 데이터를 수신하고, 상기 제2 콘트롤러로부터 수신한 상기 데이터에 기초하여 상기 복수의 스위치들의 상기 제어 입력들의 상태를 제어하도록 더 구성된다.

제2 장치의 몇몇 실시예에서, 상기 지지체는 상기 전극 요소들의 절연체층이 상기 피험체의 몸체를 향하도록, 상기 피험체의 몸체의 외부 표면에 대하여 상기 복수의 전극 요소들의 세트들의 유지하도록 구성된다. 제2 장치의 몇몇 실시예에서, 복수의 상기 전기적으로 제어되는 스위치들 및 제어기는 멀티 전도체 커넥터를 통하여 상기 지지체에 부착된 모듈 상에 배치된다.

본 발명의 또 다른 측면은 피험체의 몸체에 교번 전기장을 인가하는 제3 장치와 관련된다. 제3 장치는 복수의 제1 전극 요소들;과 상기 피험체의 몸체에 대하여 상기 복수의 제1 전극 요소들을 유지하도록 구성된 유연 지지체를 포함한다. 제3 장치는 복수의 온도 센서들을 포함한다. 상기 온도 센서들 각각은 각각의 제1 전극 요소에서 온도를 검출하도록 배치되고, 상기 검출된 온도에 상응하는 각각의 신호를 생성한다. 제3 장치는 또한 전기적 전도체와 복수의 전기적으로 제어되는 제1 스위치들을 포함한다. 상기 제1 스위치들 각각은 상기 전기적 전도체에서 시작하고 상기 각각의 제1 전극 요소에서 끝나는 회로의 각각의 제1 전극 요소와 직렬로 배선된다. 제3 장치는 또한 상기 제1 스위치들 각각의 상기 제어 입력의 상태를 결정하는 출력 데이터를 생성하도록 구성되는 콘트롤러를 포함한다.

제3 장치의 몇몇 실시예에서, 상기 제1 전극 요소들 각각은 유전체 층을 포함하는 용량적으로 결합된 전극 요소를 포함하며, 상기 유연 지지체는 상기 제1 전극 요소들의 상기 유전체 층이 상기 피험체의 몸체를 향하도록 상기 복수의 제1 전극 요소들을 상기 피험체의 몸체에 대하여 유지하도록 구성된다.

제3 장치의 몇몇 실시예에서, 제3 장치는 복수의 제2 전극 요소를 더 포함하고, 각각의 제2 전극 요소는 각각의 제1 전극 요소에 인접하게 위치하고; 전기적으로 제어되는 복수의 제2 스위치를 포함한다. 각각의 제2 스위치는 전기 전도체에서 시작하여 각각의 두 번째 전극 요소에서 끝나는 회로의 각 제2 전극 요소와 직렬로 연결되며, 제2 스위치 각각은 각 제어 입력의 상태에 따라 다른 제2 스위치와 독립적으로 켜지거나 꺼지도록 구성된다. 지지체는 피험자의 신체에 대해 복수의 제 2 전극 요소를 유지하도록 구성된다. 제어기는 또한 제2 스위치 각각에 대한 제어 입력의 상태를 결정하는 출력을 생성하도록 구성된다.

선택적으로, 이들 실시예에서, 각각의 제1 전극 요소는 유전체 층을 갖는 용량 결합 전극 요소를 포함하고; 각각의 제2 전극 요소는 유전체 층을 갖는 용량 결합 전극 요소를 포함하고; 지지체는 (a) 제1 전극 요소의 유전체 층이 피험자의 신체를 향하도록 하여 피험자의 신체에 대해 복수의 제1 전극 요소를 지지하고, (b) 제2 전극 요소의 유전체 층이 피험자의 신체를 향하도록하여 피험자의 신체에 대해 복수의 제2 전극 요소를 유지하도록 구성된다.

본 기술에 의하면 각각의 모든 전극 요소가 임계 온도 이내에서 가능한 최대 평균 전류를 전달할 수 있어 종양에 제공되는 전계 강도를 증가시키고 이에 상응하는 치료 개선을 제공한다.

도 1은 종양치료필드를 전달하기 위한 종래 기술의 옵튠 시스템의 개요도이다.
도 2(a) 내지 도 2(d)는 뇌종양을 치료하기 위해 사람의 머리에 트랜스듀서 어레이를 배치하는 것을 묘사한 도면이다.
도 3은 전기적으로 제어되는 스위치 세트의 상태에 기초하여 각각의 개별 전극 요소에 대한 전류를 켜거나 끌 수 있는 제1 실시예를 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 트랜스듀서 어셈블리 중 하나에 사용될 수 있는 기계적 레이아웃의 개략도이다.
도 5는 트랜스듀서 요소를 n 개의 세트로 그룹화하고 단일 온도 센서를 사용하여 이들 n 개의 세트 각각에 대한 온도를 측정하는 대안적인 구성을 도시한다.
도 6은 도 3 내지 도 5로 예시된 실시예에서 스위치를 구현하는데 적합한 회로의 개략도이다.

다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명되며, 여기서 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 나타낸다.

도 1과 관련하여 위에서 설명한 선행 기술 접근 방식은 종양치료 필드(TTFields)를 종양에 전달하는 데 매우 효과적이지만, 4 개의 트랜스듀서 어레이(21-24) 및 4 개의 트랜스듀서 어레이의 각 요소와 사람의 몸 사이에 양호한 전기적 접촉이 유지되지 않으면 치료 효과가 감소한다. 예를 들어, 트랜스듀서 어레이의 하나 이상의 요소 아래에 있는 하이드로 겔이 시간이 지남에 따라 건조되거나 모발 성장으로 인해 발생할 수 있다.

예를 들어, 각각의 트랜스듀서 어레이(21-24)에 9 개의 전극 요소(E)를 갖는 종래 기술 시스템에서, 전방 트랜스듀서 어레이(front transducer array, 21)상의 단일 전극 요소(E) 아래의 하이드로 겔이 건조되었고; 충분한 하이드로 겔이 (a) 그 트랜스듀서 어레이(21)의 모든 다른 전극 요소(E) 아래, (b) 다른 트랜스듀서 어레이(22-24)의 모든 전극 요소(E) 아래에 존재한다고 가정한다. 이 상황에서 단일 전극 요소 E와 사람의 몸 사이의 저항은 다른 전극 요소와 사람의 몸 사이의 저항보다 더 높아진다. 그리고 이러한 저항의 증가는 단일 전극 요소 E의 온도를 다른 전극 요소보다 더 많이 상승시킬 것이다.

이러한 상황에서, 종래 기술의 교류 신호 발생기(20)는 전방 어레이(21)상의 단일 전극 요소 (E)의 온도를 41 ℃ 미만으로 유지하기 위해 비록 전방 및 후방 트랜스듀서 어레이(21, 22)상의 나머지 모든 전극 요소(E)의 온도가 41℃보다 훨씬 낮을 수 있지만, 트랜스듀서 어레이(21, 22)의 전면/후면 쌍에 인가되는 전류를 제한해야 한다. 그리고 이러한 전류 감소는 종양에서 전기장의 강도를 그에 따라 감소시킨다.

본 명세서에 설명된 실시예는 환자의 신체에 커플(couple)되는 전류의 감소를 최소화하거나 제거하는 데 사용될 수 있으며, 이에 따라 종양에서 전기장의 강도 감소를 최소화하거나 제거할 수 있다. 이것은 41℃에 접근하지 않은 나머지 전극 요소를 통과하는 전류에 영향을 주지 않고 41℃에 접근하기 시작하는 각 개별 전극 요소의 전류를 교대로 켜고 끔으로서 획득될 수 있다.

예를 들어 500mA의 전류가 10개의 전극 요소를 포함하는 트랜스듀서 어레이를 통과하고 이러한 전극 요소 중 하나만 41℃에 접근하기 시작하는 상황을 가정한다. 또한, 단일 전극 요소의 온도를 41℃ 미만으로 유지하려면 단일 전극 요소를 통한 10%의 전류 감소가 필요하다고 가정한다. 종래 기술은 500mA에서 450mA로 전체 트랜스듀서 어레이를 통한 전류를 차단함으로써 전류 10% 감소를 달성한다. 그러나, 본 실시예는 나머지 모든 전극 요소에 대해 모든 시간에서 전류를 유지함과 동시에 단일 전극 요소를 통한 전류를 90 % 듀티 사이클(duty cycle)로 켜고 끔으로서 단일 전극 요소를 통과하는 평균 전류를 10 % 까지 줄일 수 있다. 스위칭 속도는 전극 요소의 열 관성을 고려할 때 단일 전극 요소의 순간 온도가 41 ℃를 초과하지 않도록 충분히 빨라야한다. 예를 들어 90% 듀티 사이클은 전류를 90ms 동안 켜고 전류를 10ms 동안 끄면 달성할 수 있다. 일부 바람직한 실시예에서, 전류를 켜고 끄는 기간은 1 초 미만이다.

이 접근 방식을 사용하면 나머지 9 개의 전극 요소를 통과하는 전류는 변경되지 않고(즉, 전극 요소당 50mA) 단일 전극 요소를 통과하는 전류만 평균 45mA로 감소한다. 트랜스듀서 어레이를 통과하는 평균 순 총 전류는 495mA (즉, 9x50 + 45)가되며, 이는 전극 요소에서 41℃를 초과하지 않고 훨씬 더 많은 전류가 사람의 신체에 결합될 수 있음을 의미한다.

시스템은 단일 전극 요소를 통한 전류 감소를 보상하기 위해 나머지 9 개의 전극 요소를 통한 전류를 증가시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 나머지 9 개의 전극 요소를 통과하는 전류는 (예: 전압을 1% 증가시키도록 교류 생성기에 요청을 전송하여) 전극 요소당 50.5mA로 증가할 수 있다. 이 솔루션이 구현된 경우 전체 트랜스듀서 어레이를 통한 평균 순 총 전류는 (전극 9 개 × 50.5mA + 1 개 전극 × 50.5mA × 0.9 듀티 사이클) = 499.95mA가 되며 이는 원래 500mA 전류에 가깝다.

어떤 후속 시간(또는 동시에)에, 제2 전극 요소의 온도가 41℃에 접근하기 시작하면, 유사한 기술(즉, 듀티 사이클을 100%에서 100% 미만으로 감소시킴)을 사용하여 제2 전극 요소의 온도가 41℃를 초과하는 것을 방지할 수 있다.

일부 실시예에서, 이 기술은 각각의 전극 요소를 통해 흐르는 전류를 최대화하는 동시에 각 요소의 온도를 41℃ 미만으로 유지하기 위해 각 전극 요소에서 듀티 사이클을 개별적으로 맞춤화하는 데 사용될 수 있다. 선택적으로, 주어진 전극 요소의 온도가 41℃에 접근하기 시작하는 경우에만 듀티 사이클을 줄이기 위한 개선 조치를 취하는 대신에 시스템은 배열의 모든 전극 요소에 걸쳐 온도를 균등화하도록 주어진 트랜스듀서 어레이의 각 전극 요소에서 개별적으로 듀티 사이클을 사전에 설정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 각 전극 요소에서 약 40.5℃의 온도를 유지하기 위해 각 전극 요소에서 듀티 사이클을 개별적으로 설정하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 시스템은 이 결과를 얻기 위해 필요에 따라 전압을 높이거나 낮추기 위해 교류 전압 발생기에 요청을 보내도록 구성될 수 있다.

이 접근 방식은 각각의 모든 전극 요소가 (41℃를 초과하지 않고) 가능한 최대 평균 전류를 전달할 수 있도록 보장하여 종양의 전계 강도를 증가시키고 이에 상응하는 치료 개선을 제공한다.

도 3은 41℃에 접근하기 시작하는 각각의 개별 전극 요소에 대해 주기적으로 전류를 켜고 끄는 제1 실시예를 도시한다. 교류 신호 발생기(30)는 각각 2 개의 단자를 갖는 2 개의 출력(OUT1 및 OUT2)을 가진다. 교류 신호 발생기(30)는 교번하는 순서(교번 순서로 1초 동안 OUT1 활성화 후, 1초 동안 OUT2 활성화)로 두 단자 사이에 교류 신호(예를 들어, 200kHz 사인파)를 생성한다. 도체 쌍(51)은 OUT1의 두 단자에 연결되고, 각각의 도체(51)는 좌측 및 우측 트랜스듀서 어셈블리(31, 32) 중 하나에 각각 연결된다. 제2 도체(51) 쌍은 OUT2의 2 개의 단자에 연결되고, 각각의 도체(51)는 앞면 및 뒷면 트랜스듀서 어셈블리들(미도시) 중 하나에 각각 연결된다. 앞면 및 뒷면 트랜스듀서 어셈블리들의 구성 및 작동은 도 3으로 예시된 왼쪽 및 오른쪽 트랜스듀서 어셈블리(31, 32)의 구성과 유사하다.

각각의 트랜스듀서 어셈블리(31, 32)는 복수의 전극 요소들(52)을 포함한다. 몇몇 바람직한 실시예에서, 이들 전극 요소(52) 각각은 옵튠® 시스템에서 사용되는 종래 기술의 전극 요소와 유사한 용량 결합 전극 요소이다. 그러나, 도 3으로 예시된 실시예에서, 모든 전극 요소들(52)을 병렬로 배선하는 대신, 전기 제어 스위치(S, 56)가 각 전극 요소 (E, 52)과 직렬로 배선되고 이러한 모든 S+E 조합 (56)들은 병렬로 연결된다. 각각의 스위치(56)는 각각의 콘트롤러(85)의 디지털 출력으로부터 도달하는 각각의 제어 입력의 상태에 기초하여 다른 스위치와 독립적으로 스위치 온 또는 오프 되도록 구성된다. 주어진 스위치(56) 중 하나가 (각 제어 입력의 제1 상태에 응답하여) 온(ON) 될 때, 전류는 전도체(51)와 각 전극 요소(52) 사이에서 흐를 수 있다. 반대로, 스위치(56) 중 주어진 스위치(56)가 (각 제어 입력의 제2 상태에 응답하여) 오프(OFF) 될 때, 전류는 전기 전도체(51)와 각 전극 요소(52) 사이에서 흐를 수 없다.

몇몇 바람직한 실시예에서, 각각의 용량 결합 전극 요소(52)는 디스크 형 (예를 들어, 직경 2cm)이며, 일측에 유전체 층을 갖는다. 트랜스듀서 어셈블리(31, 32)는 전극 요소의 유전체 층이 피검체를 향한 상태에서 피검체의 신체에 대해 전극 요소(52)를 유지한다. 바람직하게는, 트랜스듀서 어셈블리(31, 32)가 피험자의 신체에 대해 배치될 때 전극 요소의 유전체 층과 피험자의 신체 사이에 하이드로 겔 층이 배치되어 피험자의 신체에 대해 전극 요소(52)를 유지할 수 있다.

몇몇 바람직한 실시예에서, 용량적으로 결합된 전극 요소(52) 각각은 평평한 면을 가진 전도성 플레이트를 포함하고, 유전체 층은 전도성 플레이트의 평평한 면 상에 배치된다. 몇몇 바람직한 실시예에서, 모든 용량 결합 전극 요소는 지지 구조에 의해 고정된다. 선택적으로, 이러한 지지 구조는 폼 층(foam layer)을 포함할 수 있다. 몇몇 바람직한 실시예에서, 전극 요소(52) 각각에 대한 전기적 연결은 유연한 회로 상의 트레이스를 포함한다.

각각의 트랜스듀서 어셈블리(31, 32)는 또한 각각의 온도 센서(54)가 각각의 전극 요소(52)의 온도를 감지할 수 있도록 각각의 전극 요소(52)에 위치하는 온도 센서(54, 예를 들어, 서미스터)를 포함한다. 각각의 온도 센서(54)는 각각의 전극 요소(52)에서의(예를 들어, 전극 요소의 아래) 온도를 나타내는 신호를 생성한다. 온도 센서(54)로부터의 신호는 각각의 콘트롤러(85)의 아날로그 초단부(analog front end)에 제공된다.

서미스터가 온도 센서(54)로서 사용되는 실시예에서, 온도 판독값은 알려진 전류를 각 서미스터를 통하도록 라우팅하고 각 서미스터에 걸쳐 나타나는 전압을 측정함으로써 얻어질 수 있다. 일부 실시예에서, 서미스터 기반 온도 측정은 양방향 아날로그 멀티플렉서를 사용하여 각 서미스터를 차례로 선택하고 멀티플렉서 뒤에 위치한 기지 전류(예 : 150μA)를 생성하는 전류 소스를 사용하여 주어진 순간에 기지 전류가 아날로그 멀티플렉서에 의해 선택된 서미스터로 라우팅되도록 하여 구현될 수 있다. 기지 전류로 인해 선택한 서미스터에 전압이 나타나고 선택한 서미스터의 온도는 이 전압을 측정하여 결정할 수 있다. 콘트롤러(85)는 차례로 각각의 서미스터를 선택하는 프로그램을 실행하고 차례로 각각의 서미스터에 걸쳐 나타나는 전압(선택된 서미스터에서의 온도를 나타냄)을 측정한다. 각각의 서미스터로부터 온도 판독값을 얻기 위해 사용될 수 있는 적절한 하드웨어 및 절차의 예는 US 2018/0050200에 설명되어 있으며, 이는 그 전체가 여기에 참조로 포함된다.

일부 바람직한 실시예에서, 콘트롤러(85)는 단일 칩 마이크로 컨트롤러 또는 내장된 아날로그 초단부 및 멀티플렉서를 갖는 프로그래밍 가능 시스템 온 칩 (PSoC)을 사용하여 구현될 수 있다. 이 목적에 적합한 부품 번호는 CY8C4124LQI-443 이다. 대안적인 실시예에서, 관련 기술의 숙련자에게 명백한 바와 같이, 다른 마이크로 컨트롤러가 내장 또는 개별 아날로그 초단부(analog front end) 및 멀티플렉서와 함께 사용될 수 있다.

도시되지 않은 대안적인 실시예에서, 서미스터와의 인터페이싱을 위한 대안적인 접근법(예를 들어, 종래의 전압 분배기 접근법)이 상술한 정전류 접근법 대신에 사용될 수 있다. 다른 대안적인 실시예에서, 상술한 서미스터 대신에 상이한 유형의 온도 센서가 사용될 수 있다. 예를 들면 열전대(thermocouples), RTD, Analog Devices AD590 및 Texas Instruments LM135와 같은 집적 회로 온도 센서가 있을 수 있다. 물론, 이러한 대체 온도 센서가 사용되는 경우 회로에 대한 적절한 수정(관련 기술 분야의 숙련자에게 명백할 것임)이 필요할 것이다.

몇몇 실시예에서, 콘트롤러(85)는 각 트랜스듀서 어셈블리(31)에 내장된 지능(intelligence)을 사용하여 모든 전극 요소의 온도를 안전 임계값 미만(예를 들어, 41℃ 미만)으로 유지하도록 프로그래밍 된다. 이것은 예를 들어, 각각의 스위치(56)가 연속적으로 온(즉, 100 % 듀티 사이클로)되도록 콘트롤러(85)의 디지털 출력을 설정함으로써 시작하도록 콘트롤러(85)를 프로그래밍하여 달성될 수 있다. 이어서, 콘트롤러(85) 아날로그 초단부를 통해 도착하는 신호에 기초하여, 콘트롤러(85)는 각 전극 요소의 온도가 안전 임계값 미만인 상한 임계 값(예를 들어, 40 ℃)을 초과하는지 결정한다. 콘트롤러(85)가 이 조건을 검출하면, 콘트롤러(85)는 대응하는 디지털 출력을 전환함으로써 대응하는 스위치(56)에 대한 듀티 사이클을 감소시킨다. 이것은 동일한 듀티 사이클에서 대응하는 전극 요소(52)에 대한 전류를 차단하며, 그에 따라 온도가 그 상한 임계값을 초과하는 특정 전극 요소(52)에서 평균 전류를 감소시킨다. 전류 감소 수준은 듀티 사이클에 의해 결정된다. 예를 들어 50 % 듀티 사이클을 사용하면 전류가 절반으로 감소한다. 75 % 듀티 사이클을 사용하면 전류가 25 % 감소한다.

이 과정은 트랜스듀서 어셈블리(31)상의 전극 요소(52) 중 특정 전극 요소에 대한 전류만을 차단하고, 그 트랜스듀서 어셈블리(31)상의 나머지 전극 요소(52)에 대한 전류를 차단하지 않는다. 이것은 단지 소수의 전극 요소 만이 뜨거워 질 때 전극 요소를 통해 라우팅되는 전류를 차단할 필요성을 제거하거나 감소시키기 때문에 종래 기술에 비해 매우 중요한 장점을 제공한다.

이 점을 설명하는 데 수적인 예제가 유용할 것이다. 도 3의 실시 예에서, 좌측 및 우측 트랜스듀서 어셈블리(31, 32)가 각각 피험자의 머리의 좌측 및 우측에 위치한다고 가정하고; 트랜스듀서 어셈블리(31, 32)의 모든 스위치(56)는 100 % 듀티 사이클로 ON 상태에 있고; 교류 신호 발생기(30)는 초기에 500mA의 전류를 전도체(51)로 출력한다. 교류 전압은 좌측 트랜스듀서 어셈블리(31)의 전극 요소(52)와 오른쪽 트랜스듀서 어셈블리(32)의 전극 요소(52) 사이에 나타나고, 500mA 교류 전류는 피험자의 머리를 통해 전극 요소(52)를 통해 용량적으로 결합된다. 각각의 트랜스듀서 어셈블리(31, 32)의 콘트롤러(85)는 콘트롤러(85)의 아날로그 초단부를 통해 각각의 온도 센서(54)로부터 신호를 입력받아 트랜스듀서 어셈블리의 전극 요소(52) 각각의 온도를 모니터링 한다. 이제 트랜스듀서 어셈블리(31)의 전극 요소(52) 중 주어진 하나의 온도가 40℃로 상승했다고 가정한다. 이 상태는 상응하는 온도 센서(54)로부터 신호를 통해 트랜스듀서 어셈블리(31)의 콘트롤러(85)에 보고된다. 콘트롤러(85)가 주어진 전극 요소(52)의 온도가 40℃로 상승한 것을 검출하면, 콘트롤러(85)는 주어진 전극 요소(52)로 제공되는 전류를 주기적으로 차단하고 더 낮은 평균 전류를 유지하기 위해 목적하는 듀티 사이클로 목적하는 스위치(56)로 제공되는 제어 신호의 상태를 전환(toggle)한다.

이것은 전극 요소(52) 중 하나의 온도가 41℃에 접근하자마자 모든 전극 요소를 통해 흐르는 전류를 감소시켜야 하는 종래 기술의 장치와 뚜렷한 대조를 이룬다.

나머지 전극 요소(52) 중 하나에서만 듀티 사이클이 감소되는 경우, 원래의 500mA 전류를 유지하는 것이 가능할 수 있다(전체 전류를 사용하여 발생하는 이점을 누릴 수 있음). 그러나, 충분히 많은 수의 전극 요소(52)에서의 듀티 사이클이 감소되는 경우, 원래의 500mA 전류가 감소할 수 있다. 이를 달성하기 위해, 콘트롤러(85)는 콘트롤러(85)의 UART를 통해 교류 신호 발생기(30)에 요청을 전송할 수 있다. 교류 신호 발생기(30)가 이 요청을 수신하면 교류 신호 발생기(30)는 상응하는 출력 OUT1에서 출력 전류를 감소시킨다.

선택적으로, 콘트롤러(85)에 의해 선택된 듀티 사이클은 전류가 주어진 전극 요소(52)에 인가된 후 주어진 전극 요소(52)가 가열되는 속도에 기초하여 제어될 수 있다(온도 센서(54) 및 콘트롤러(85)의 아날로그 초단부을 통해 측정됨). 보다 구체적으로, 콘트롤러(85)가 주어진 전극 요소(52)가 예상보다 2 배 빠르게 가열되고 있음을 검출하면, 콘트롤러(85)는 그 전극 요소에 대해 50%의 듀티 사이클을 선택할 수 있다. 유사하게, 주어진 전극 요소(52)가 예상보다 10% 빠르게 가열되고 있음을 콘트롤러(85)가 검출하면, 콘트롤러(85)는 그 전극 요소에 대해 90%의 듀티 사이클을 선택할 수 있다.

다른 실시예에서, 듀티 사이클을 감소시킴으로써 결정적으로 평균 전류를 감소시키는 대신, 콘트롤러(85)는 주어진 전극 요소(52)에 대한 전류를 끄고 온도 센서(54)를 사용하여 측정된 온도가 제2 온도 임계 값(예를 들어, 38℃ 미만) 아래로 떨어질 때까지 대기하여 실시간 온도 측정에 기초하여 주어진 전극 요소(52)에서 평균 전류를 감소시킬 수 있다. 온도가 제2 온도 임계 값 아래로 떨어지면, 콘트롤러(85)는 주어진 전극 요소(52)에 제공하는 전류를 복원할 수 있다. 이것은 예를 들어 이전에 꺼진 스위치(56)에 대한 제어 입력의 상태를 제어하여 스위치(56)가 전기 전도체와 각 전극 요소(52) 사이에 전류가 흐르도록 하는 ON 상태로 되돌아가도록 하여 달성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 주어진 전극 요소(52)에 대한 전류는 주어진 전극 요소(52)의 온도를 안전 임계 값 아래로 유지하기 위해 실시간 온도 측정에 기초하여 반복적으로 스위치 온, 스위치 오프 될 수 있다.

도 3의 실시예에서, 각각의 트랜스듀서 어셈블리(31, 32)는 각각의 케이블을 통해 교류 신호 발생기(30)에 연결된다. 특히 트랜스듀서 어셈블리와 교류 신호 발생기(30) 사이를 연결하는 각 케이블에는 4 개의 전도체만 필요하다(즉, 직렬 데이터 통신을 구현하기 위한 Vcc, 데이터 및 그라운드와 교류 전류 TTFields 신호용 추가 컨덕터 51).

도 3에서, 각각의 트랜스듀서 어셈블리(31, 32)는 아홉 개의 전극 요소(52), 아홉 개의 스위치(56) 및 아홉 개 온도 센서(54)를 포함한다. 그러나 대안으로, 각각의 트랜스듀서 어셈블리(31, 32)는 상이한 수(예를 들어, 8 내지 25)의 전극 요소(52)와 대응하는 수의 스위치 및 온도 센서를 포함할 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 좌측/우측 트랜스듀서 어셈블리(31, 32) 또는 (도 3에 도시되지 않은) 전방/후면 트랜스듀서 어셈블리(33, 34) 중 임의의 주어진 하나에 사용될 수 있는 하나의 기계적 레이아웃의 개략도이다. 이는 도 3에 도시된 교류 신호 발생기(30)의 제2 출력 OUT2에 연결된다. 이 실시예에서, 각각의 트랜스듀서 어셈블리(31-34)는 지지체(59)에 장착된 복수의 용량 결합 전극 요소(52)를 포함한다. 전극 요소(52)는 (바람직하게는 피험자의 신체를 향하는 전극 요소(52)의 표면에 배치된 하이드로 겔 층이) 피험자의 신체에 대하여 배치되도록 구성되고, 지지체(59)는 전극 요소(52)의 유전체 층이 피험자의 신체를 향하도록 피험자의 신체에 대해 복수의 전극 요소(52)를 유지한다. 지지체(59)는 바람직하게는 플렉서블하며, 천 또는 고밀도 의료용 폼과 같은 재료로 만들어질 수 있다. 사람의 신체에 지지체 (59)를 부착하기 위해 접착층이 사용될 수 있다. 온도 센서(54)는 각각의 전극 요소(52)에서 온도를 감지할 수 있도록 배치된다. 예를 들어, 각각의 온도 센서(54)는 전극 요소(52) 중 대응하는 하나에 인접하여 및/또는 그 아래에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 전극 요소 (52)는 그 중앙에 작은 구멍을 갖고, 온도 센서(54)는 그 작은 구멍에 위치한다. 도 4에는 단지 2 개의 전극 요소(52)와 대응하는 스위치(56) 및 온도 센서(54)가 도시되어 있지만, 바람직하게는 더 많은 수(예를 들어, 9 내지 25 개)의 이들 구성 요소 각각이 사용될 수 있다는 점에 유의한다. 이것은 전극 요소, 스위치 및 온도 센서에 대해 각각 도 3의 E1, ..., En, S1,..., Sn 및 T1, ..., Tn 으로 표시된다.

모듈(60)은 (직접 또는 중간 구성 요소를 통해) 지지체(59)에 장착된다. 모듈(60)은 컨트롤러(85) 및 스위치(56)를 포함한다. 선택적으로, 모듈(60)은 전기적 커넥터(42)를 사용하여 지지체(59)에 연결될 수 있고, 이 경우 커넥터(42)의 절반은 모듈(60)에 제공되고 커넥터(42)의 상응하는 절반은 지지체(59)에 위치한다. 커넥터(42)의 양쪽 절반이 결합될 때, 서미스터(54)로부터의 신호는 지지체(59)의 배선(예를 들어, 유연(flex) 회로 배선)과 커넥터(42)를 통해 모듈(60)의 컨트롤러 (85)로 이동한다. 또한, 각각의 스위치(56)의 출력 측으로부터의 교류 전류 신호는 커넥터(42)와 지지체(59)상의 배선(예를 들어, 유연(flex) 회로 배선)을 통해 각각의 전극 요소(52)로 이동한다.

선택적으로, 커넥터(42)를 포함하는 것은 전극 요소(52)의 어레이가 바람직하게는 멸균 사용되기 때문에 커넥터를 포함하지 않는 것에 비해 장점을 제공한다. 살균은 일반적으로 방사선 또는 가스를 사용하여 수행된다. 방사선이 전자 기기에 간섭할 수 있기 때문에, 전자 기기가 전극 요소(52)의 어레이로부터 분리될 수 없는 어셈블리는 가스로만 살균될 수 있다. 다른 한편으로, (도 4에서와 같이) 전자 부품(56, 85)이 커넥터(42)를 통해 전극 요소(52)의 어레이로부터 분리될 수 있다면, 전자 장치는 멸균 후에 플러그 인 될 수 있다. 이것은 민감한 전자 부품(56, 85)에 대한 손상의 위험없이 가스 또는 방사선을 사용하여 수행되는 전극 요소(52) 어레이의 살균을 가능하게 한다.

상술한 바와 같이, 트랜스듀서 어셈블리(31-34)와 교류 신호 발생기(30) 사이를 연결하는 각 케이블에는 4 개의 컨덕터(직렬 데이터 통신을 구현하기 위한 데이터 및 Vcc, 접지와 하나의 추가 컨덕터 및 교류 전류 TTFields 신호(51))만 필요하다. 몇몇 바람직한 실시예에서, 트랜스듀서 어셈블리(31-34)와 교류 신호 발생기(도 3에 도시됨) 사이의 연결은 예를 들어 전기적 커넥터(38)를 사용하여 연결된다.

위에서 설명된 바와 같이, 하나 이상의 전극 요소(52)로 제공되는 평균 전류를 감소시키기 위해 주어진 트랜스듀서 어셈블리(31, 32)에서 듀티 사이클을 조정하거나 하나 이상의 스위치(56)를 끄는 결정은 트랜스듀서 어셈블리(31, 32) 내의 컨트롤러(85)에 의해 각 트랜스듀서 어셈블리(31)에서 국부적으로 이루어진다. 그러나 대안적으로, 듀티 사이클을 조정하거나 스위치(56) 중 하나 이상을 끄는 결정은 교류 신호 발생기(30)(또는 다른 원격 장치, 예를 들어 교류 신호 발생기(30)와 각 트랜스듀서 어셈블리(31, 32) 사이에 배치된 중앙 허브)에 의해 이루어질 수 있다. 이들 실시예에서, 각각의 트랜스듀서 어셈블리(31, 32)의 컨트롤러(85)는 각각의 트랜스듀서 어셈블리의 온도 센서(54) 각각으로부터 온도 판독 값을 획득하고 그 온도 판독 값을 컨트롤러(85)의 UART를 통해 교류 신호 발생기(30)로 전송한다. 교류 신호 발생기(30)는 수신한 온도 판독 값에 기초하여 스위치 중 듀티 사이클 조정이 필요한 스위치 또는 꺼야하는 스위치를 결정하고 상응하는 명령을 해당 트랜스듀서 어셈블리(31, 32)의 해당 컨트롤러(85)에 전송한다. 컨트롤러(85)가 교류 신호 발생기(30)로부터 이 명령을 수신하면, 컨트롤러(85)는 교류 신호 발생기 30에 의해 제공된 명령을 수행하기 위하여 자신의 디지털 출력을 적절한 시간에 해당 스위치(56)를 끄는 상태로 설정함으로써 응답한다. 이러한 실시예들에서, 교류 신호 발생기(30)는 또한 각 전극 요소(52)의 온도를 안전 임계 값 아래로 유지하기 위해 전류 감소가 필요한 경우 출력 전류를 감소시키도록 프로그래밍 될 수 있다.

이러한 실시예들에서, 콘트롤러(85)는 교류 신호 발생기(30)에 위치한 마스터 콘트롤러에 대한 슬레이브로서 동작하도록 프로그래밍 될 수 있다. 이들에서, 콘트롤러(85)는 UART를 통해 도착하는 마스터 콘트롤러로부터 들어오는 명령을 모니터링하는 정지 상태에서 시작한다. 마스터 컨트롤러에서 도착할 수 있는 명령의 예로는 "온도 데이터 수집" 명령, "온도 데이터 전송" 명령 및 "스위치 설정" 명령이 있다. 콘트롤러(85)가 "온도 데이터 수집" 명령이 도착했음을 검출하면, 콘트롤러(85)는 각각의 온도 센서(54)로부터 온도 판독 값을 얻고 그 결과를 버퍼에 저장한다. 콘트롤러(85)가 "온도 데이터 전송" 명령이 도착했음을 검출하면, 콘트롤러(85)는 버퍼에서 이전에 수집된 온도 판독값을 UART(86)를 통해 교류 신호 발생기(30)로 전송하는 절차를 실행한다. 그리고 콘트롤러(85)가 "스위치 설정" 명령이 도착했음을 검출하면, 콘트롤러(85)는 교류 신호 발생기(30)로부터 수신된 데이터에 기초하여 스위치(56)를 목적하는 상태(즉, 요청된 듀티 사이클로 온, 오프사이에서의 전환 또는 온, 오프 사이의 전환)로 설정하기 위해 디지털 출력에 적절한 전압을 출력하는 절차를 실행한다.

상술한 실시예와 같이, 단일 콘트롤러(85)가 각각의 트랜스듀서 어셈블리(31, 32)에서 사용되어 해당 어셈블리 내의 스위치(56)를 제어하고 또한 해당 어셈블리 내의 각각의 온도 센서(54)로부터 온도 측정치를 획득한다. 대안적 실시예로, 스위치(56)를 제어하고 온도 측정을 얻기 위해 단일 컨트롤러(85)를 사용하는 대신, 이러한 두 작업은 두 개의 컨트롤러로 분할될 수 있으며, 그 중 하나는 스위치(56)를 제어하는 데만 사용되고 다른 하나는 각각의 온도 센서(54)로부터 온도 측정치를 얻기 위해 사용된다(예 : 위에서 설명한 접근 방식 사용). 이들 두 컨트롤러는 서로 직접 통신할 수 있으며, 교류 신호 발생기(30)와 통신할 수 있다.

도시되지 않은 다른 대안적 실시예에서, 온도 측정은 전극 요소(52) 근처에 위치하는 로컬 컨트롤러에 의존하지 않는다. 대신에, 와이어는 각각의 온도 센서(54)로부터 교류 신호 발생기(30) (또는 교류 신호 발생기(30)와 각 트랜스듀서 어셈블리(31, 32) 사이에 배치된 중앙 허브)로 다시 연결되고, 교류 신호 발생기(30)는 이들 와이어를 통해 전달된 신호를 사용하여 각각의 온도 센서(54)의 온도를 결정한다. 그러나 이러한 트랜스듀서 어레이로 연결되는 케이블에는 더 많은 수의 도체가 필요하므로 케이블의 유연성이 감소하고 케이블들에 의하여 번거로움이 증가할 수 있다.

상술한 도 3 및 도 4의 실시예들에서, 온도 센서(54)의 수는 전극 요소(52)의 수에 상응하고, 각 온도 센서(54)는 전극 요소(52) 중 하나에서 온도를 감지하는데 전적(dedicated)으로 사용된다. 도 5는 전극 요소를 n 세트로 그룹화하고 단일 온도 센서를 사용하여 이러한 n 세트 각각의 온도를 측정하는 대체 구성을 도시한다. 일부 바람직한 실시예에서, n은 9 내지 25이다.

이것이 작동하려면 주어진 세트 내의 전극 요소가 서로 인접해야 한다. 도 5에 예시된 실시예에서, 각 세트는 도 4와 관련하여 위에서 설명한 전극 요소와 유사한 내부 디스크 형 전극 요소(52)와 내부 디스크를 둘러싸는 추가 외부 링형 전극 요소(52')를 포함하며, 링 형상 전극 요소(52')는 내부 디스크 형 전극 요소와 같은 중심을 가진다. 온도 센서(54)는 내부 디스크 형 전극 요소(52)의 중앙에 위치한다. 각 전극 요소(52, 52 ')는 콘트롤러(85)가 전류를 온 또는 오프로 전환하는 자체 개별 스위치(56, 56')를 가진다. 도시되지 않은 대안적 실시예로, 동심 링형 전극 요소가 각 세트에 추가될 수 있다. 도시되지 않은 대안적 실시예에서 임의의 주어진 세트의 모든 전극 요소를 동심원 링으로 배열하는 대신, 각 세트의 전극 요소는 서로 나란히 배치될 수 있다 (예 : 파이 조각처럼 배열된 전극 요소를 사용하고 파이 중앙에 온도 센서를 배치). 이러한 대안적 실시예에서, 각 전극 요소는 콘트롤러(85)가 전류를 개별적으로 온 또는 오프로 전환할 수 있게 하는 자체 개별 스위치를 가진다.

도 5로 예시된 실시예는 임의의 주어진 세트에서 항상 모든 전극 요소(52, 52 ')에 제공되는 전류를 함께 온 또는 오프로 스위칭하도록 콘트롤러(85)를 프로그래밍함으로써 도 3 및 도 4와 관련하여 상술한 동일한 결과를 달성하도록 구동될 수 있다. 그러나 이러한 실시예는 또한 추가적인 유연성을 제공한다. 보다 구체적으로, 콘트롤러(85)가 온도 센서(54) 중 하나로부터의 신호에 기초하여 주어진 트랜스듀서 어셈블리에 고온 영역이 존재한다고 결정하면, 본 실시예의 콘트롤러는 고온 영역에 상응하는 전극 요소의 전부가 아닌 몇몇을 불활성화하여 고온 영역으로의 전류를 감소시키는 옵션을 가진다. 예를 들어, 제1 전극 세트(52, 52', E1/E1') 아래에 있는 제1 온도 센서(54, T1)의 신호가 해당 전극 세트 아래의 온도가 40℃ 이상으로 상승했음을 보여주는 것으로 가정한다. 도 5로 예시된 실시예의 콘트롤러(85)는 대응하는 스위치 중 일부만을 턴 오프시키는 명령을 제공하여 그 영역에서 전류를 감소시키는 옵션을 가진다. 이것은 예를 들어 내부 요소 E1에 공급하는 스위치 S1을 오프하고 외부 요소 E1'에 공급하는 스위치 S1'을 온하여 달성될 수 있다. 대안적으로, 외부 요소 E1'을 공급하는 스위치 S1'을 오프하고 내부 요소 E1을 공급하는 스위치 S1을 온 상태로 두어 동일한 결과를 달성할 수 있다.

선택적으로, 도 5로 예시된 실시예에서 임의의 주어진 전극 요소 세트 내의 각각의 개별 전극 요소에 대한 듀티 사이클은 개별적으로 조정되어 도 5와 관련하여 도 3과 도 4에서 전술 한 바와 같이 임의의 영역을 통해 결합되는 평균 전류에 대한 추가 제어를 수행할 수 있다.

도 5에는 두 세트의 전극 요소(52, 52 ') 및 상응하는 스위치(56, 56') 및 상응하는 온도 센서(54, 54 ')만이 도시되어 있지만, 바람직하게는 이들 구성 요소의 세트의 더 많은 수(예를 들어, 9 내지 25)들이 사용된다. 이것은 도 5에서 전극 요소, 스위치 및 온도 센서에 대하여는 각각 E1, ..., En, E1',..., En', S1, ..., Sn, S1', ..., Sn', T1, ..., Tn, T1', ..., Tn'으로 표시된다.

도 6은 상술한 도 3 내지 도 5 다이어그램의 스위치 56, 56'을 구현하는데 적합한 회로의 개략적인 도면이다. 회로는 양방향으로 전류를 전달할 수 있는 구성 인 직렬로 연결된 2 개의 전계 효과 트랜지스터(66, 67)를 포함한다. 이 회로에 적합한 FET의 한 가지 예는 BSC320N20NSE이다(도 6에 도시된 다이오드는 본질적으로 FET 66, 67 자체에 포함되어 있음). 2 개의 FET(66, 67)의 직렬 조합은 상술한 콘트롤러(85)의 디지털 출력 중 하나로부터 도달하는 제어 입력의 상태에 따라 전기 흐름을 전도하거나 차단한다. 직렬 조합이 전도될 때, 전류는 공유된 전도체(51)와 각각의 전극 요소(52, 52')사이에서 흐를 수 있다. 반면에, FET(66, 67)의 직렬 조합이 전도하지 않을 때, 전류는 공유된 전도체 51)와 각각의 전극 요소(52, 52') 사이에서 흐르지 않는다.

선택적으로, 전류 감지 회로(60)는 스위치(56, 56')와 직렬로 위치할 수 있다. 전류 감지 회로(60)는 관련 기술 분야의 숙련자에게 자명한 다양한 종래의 접근 방식 중 임의의 것을 사용하여 구현될 수 있다. 전류 감지 회로(60)가 포함되면, 전류에 상응하는 출력을 생성하고, 이 출력은 컨트롤러(85)에 다시 보고된다 (도 3 내지 도 5에 예시됨). 콘트롤러(85)는 이 정보를 사용하여 측정된 전류가 예상 범위내인지 결정하고 필요한 경우 적절한 조치를 취할 수 있다. 예를 들어, 과전류 상태가 감지되면 제어부(85)는 해당 스위치를 끌 수 있다. 물론, 전류 감지 회로(60)가 생략된 경우, 전류가 공유된 전도체(51)와 상부 FET(60)의 상단 다리 사이에서 흐를 수 있도록 와이어(또는 다른 전도체)로 대체되어야 한다.

예시된 실시예에서, 전류 감지 회로(60)는 공유 전도체(51)와 상부 FET (60)의 상부 레그(leg) 사이에 위치된다. 그러나 대안적 실시예에서, 전류 감지 회로는 하부 FET(67)의 하부 레그와 각각의 전극 요소(52, 52 ') 사이에 위치할 수 있다. 그리고 도시되지 않은 다른 대안적 실시예에서, 전류 감지 회로는 스위치 자체의 회로 내에 통합될 수 있다.

본 발명이 특정 발명을 참조하여 개시되었지만, 첨부된 청구 범위에 정의된 바와 같이 본 발명의 범위 및 범위를 벗어나지 않고 설명된 것에 대한 수많은 수정, 변경 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명은 설명된 것에 제한되지 않고, 다음 청구 범위의 언어 및 그 균등물에 의해 정의된 전체 범위를 갖는 것으로 의도된다.

28: 단일 와이어 20: 교류 신호 발생기
21, 22, 23, 24: 어레이들 30: 교류 신호 발생기
31, 32: 트랜스듀서 어셈블리 38: 커넥터
42: 커넥터 85: 콘트롤러
51: 공유된 전도체 52: 전극 요소
54: 온도 센서 56: 스위치
59: 지지체 60: 모듈
66, 67: FET

Claims

피험체의 몸체에 교번 전기장을 인가하는 장치로, 상기 장치는:
복수의 용량적으로 결합된 전극 요소들로, 상기 전극 요소들 각각은 유전체 층을 가지고;
상기 전극 요소들의 상기 유전체 층이 상기 피험체의 몸체에 접촉하여 배치되도록 상기 복수의 전극 요소들을 유지하도록 구성된 지지체;
복수의 온도 센서들로, 각각의 상기 온도 센서는 각각의 전극 요소들에서의 온도를 검출하도록 위치하고, 각각 상기 검출된 온도에 상응하는 신호를 생성하고;
전기적 전도체;
복수의 전기적으로 제어되는 스위치들로, 상기 스위치들 각각은 각각 제어 입력의 상태에 따라 (a) 전류가 상기 전기적 전도체와 각각의 상기 전극 요소 사이를 흐르도록 하거나, (b) 상기 전기적 전도체 및 상기 각각의 전극 요소 사이에서 전류가 흐르는 것을 막도록 구성되고;
상기 스위치들 각각의 제어 입력의 상태를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 포함하는 장치.
제1항에 있어서
상기 콘트롤러는,
각각의 상기 온도 센서로부터 각각의 상기 검출한 온도에 상응하는 신호를 수신하고,
상기 수신한 신호에 기초하여 주어진 전극 요소가 구동되어야 하는 듀티 사이클을 결정하고,
상기 주어진 전극 요소에서 상기 결정된 듀티 사이클에 상응하도록 주기적으로 스위치의 상기 제어 입력의 상기 상태를 전환하여 상기 전기적 전도체 및 상기 주어진 전극 요소 사이에서 주기적으로 전류가 흐르는 것을 차단하도록 더 구성된 장치.
제1항에 있어서,
상기 콘트롤러는
각각의 상기 온도 센서들로부터 상기 검출된 온도에 상응하는 상기 신호들을 수신하고,
상기 수신한 신호들에 기초하여 상기 전극 요소 각각에서의 온도가 상위 임계값(upper threshold)을 넘는지 결정하고,
주어진 전극 요소에서의 온도가 상기 상위 임계값을 넘는 것으로 결정되면, 상기 전기적 전도체 및 상기 주어진 전극 요소 사이에 전류가 흐르는 것을 차단하도록 상기 각각의 스위치의 상기 제어 입력의 상기 상태를 제어하도록 더 구성된 장치.
제3항에 있어서,
상기 콘트롤러는,
상기 전기적 전도체 및 상기 주어진 전극 요소 사이에 전류가 흐르는 것을 차단하도록 주어진 스위치의 상기 제어 입력의 상기 상태를 제어한 후,
상기 각각의 온도 센서로부터 상기 수신한 신호에 기초하여 상기 각각의 전극 요소에서의 온도가 하위 임계값 아래로 감소하였는지 결정하고,
전류가 상기 전기적 전도체 및 각각의 전극 요소 사이에서 흐르도록 상기 주어진 스위치에 제공되는 상기 제어 입력의 상기 상태를 제어하도록 더 구성된 장치.
제1항에 있어서,
상기 콘트롤러는,
각각의 상기 온도 센서들로부터 상기 신호를 수신하고,
제2 콘트롤러로 각각의 상기 온도 센서들에서의 상기 온도를 묘사하는 데이터를 전송하고,
상기 제2 콘트롤러로부터 어떠한 상기 스위치들이 오프되어야 하는지에 상응하는 데이터를 수신하고,
상기 제2 콘트롤러로부터 수신한 상기 데이터에 기초하여 상기 복수의 스위치들의 상기 제어 입력들의 상기 상태를 제어하도록 더 구성된 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 용량적으로 결합된 전극 요소들은 적어도 아홉 개의 용량적으로 결합된 전극 요소들을 포함하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 용량적으로 결합된 전극 요소들 각각은
평면(flat face)을 가진 전도성 플레이트(conductive plate)을 포함하고,
상기 유전체 층은 상기 전도성 플레이트의 상기 평면에 배치된 장치.
제1항에 있어서,
상기 지지체는 폼(foam)의 층(layer)을 포함하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 전기적 전도체는 유연 회로에 위치하는 트레이스(trace)를 포함하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 지지체는
상기 전극 요소들의 상기 유전체 층이 상기 피험체 몸체를 향하도록 상기 피험체 몸체의 외부 표면에 대하여 상기 복수의 전극 요소들을 유지하도록 구성되는 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 전기적으로 제어되는 스위치들 및 상기 콘트롤러는
멀티 전도체 커넥터를 통하여 상기 지지체에 부착된 모듈 상에 배치되는 장치.
피험체의 몸체에 교번 전기장을 인가하는 장치로, 상기 장치는:
복수개의 세트들로, 상기 세트는 적어도 두 전극 요소들이 용량적으로 결합된 세트이고, 상기 전극 요소들의 각각은 유전체 층을 가지며;
상기 전극 요소들의 상기 유전체 층이 상기 피험체의 몸체에 접촉하여 위치할 수 있도록 상기 전극 요소들의 복수의 세트들을 유지하도록 구성된 지지체;
복수의 온도 센서들로, 상기 온도 센서들 각각은 전극 요소들의 세트 각각에서 온도를 검출하도록 배치되고, 상기 검출된 온도에 상응하는 각각의 신호를 생성하고;
전기 전도체;
복수의 전기적으로 제어되는 스위치들로, 상기 스위치들 각각은 각각 제어 입력의 상태에 따라 (a) 전류가 상기 전기적 전도체와 각각의 상기 전극 요소 사이를 흐르도록 하거나, (b) 상기 전기적 전도체 및 상기 각각의 전극 요소 사이에서 전류가 흐르는 것을 막도록 구성되고;
상기 스위치들 각각의 상기 제어 입력의 상기 상태를 제어하도록 구성된 콘트롤러를 포함하는 장치.
제12항에 있어서,
주어진 전극 요소들의 세트 내의 모든 상기 전극 요소들은 같은 중심을 가지도록 배치된 장치.
제12항에 있어서,
상기 콘트롤러는
상기 온도 센서들 각각으로부터 상기 검출된 온도에 상응하는 상기 각각의 신호를 수신하고,
상기 수신한 신호들에 기초하여 주어진 전극 요소가 구동되어야 하는 듀티 사이클을 결정하고,
주어진 전극 요소에서 상기 결정된 듀티 사이클에 상응하도록 스위치의 상기 제어 입력의 상기 상태를 주기적으로 전환(toggle)하여 상기 전기적 전도체 및 상기 주어진 상기 전극 요소 사이에서 주기적으로 전류가 흐르는 것을 차단하도록 더 구성된 장치.
제12항에 있어서,
상기 콘트롤러는
상기 온도 센서들 각각으로부터 상기 검출된 온도에 상응하는 상기 각각의 신호를 수신하고,
상기 수신한 신호들에 기초하여 전극 요소들의 각 세트에서의 온도가 사위 임계값을 넘는지 결정하고,
주어진 전극 요소에서의 온도가 상기 상위 임계값을 넘는 것으로 결정되면, 전류가 상기 전기적 전도체 및 상기 주어진 전극 요소들의 세트에서 적어도 하나의 전극 요소들 사이를 흐르지 않도록 적어도 하나의 각각의 스위치의 상기 제어 입력의 상기 상태를 제어하도록 더 구성된 장치.
제15항에 있어서,
상기 콘트롤러는
상기 온도 센서들 각각으로부터 상기 신호를 수신하고,
제2 콘트롤러로 상기 온도 센서들 각각에서의 상기 온도에 상응하는 데이터를 전송하고,
상기 제2 콘트롤러로부터 어떠한 상기 스위치들이 오프되어야 하는지 나타내는 데이터를 수신하고,
상기 제2 콘트롤러로부터 수신한 상기 데이터에 기초하여 상기 복수의 스위치들의 상기 제어 입력들의 상기 상태를 제어하도록 더 구성된 장치.
제12항에 있어서,
상기 지지체는
상기 전극 요소들의 절연체층이 상기 피험체의 몸체를 향하도록 상기 피험체의 몸체의 외부 표면에 대하여 상기 복수의 전극 요소들의 세트들을 유지하도록 구성된 장치.
제12항에 있어서,
복수의 상기 전기적으로 제어되는 스위치들 및 제어기는 멀티 전도체 커넥터를 통하여 상기 지지체에 부착된 모듈 상에 배치된 장치.
피험체의 몸체에 교번 전기장을 인가하는 장치로, 상기 장치는:
복수의 제1 전극 요소들;
상기 피험체의 몸체에 대하여 상기 복수의 제1 전극 요소들을 유지하도록 구성된 유연 지지체;
복수의 온도 센서들로, 상기 온도 센서들 각각은 각각의 제1 전극 요소에서 온도를 검출하도록 배치되고, 상기 검출된 온도에 상응하는 각각의 신호를 생성하고;
전기적 전도체;
복수의 전기적으로 제어되는 제1 스위치들로,
상기 제1 스위치들 각각은 상기 전기적 전도체에서 시작되어 상기 각각의 제1 전극 요소에서 끝나는 회로에서 각각의 제1 전극 요소와 직렬로 배선되고, 상기 제1 스위치들의 각각은 각각의 제어 입력의 상태에 기초하여 다른 제1 스위치들과 독립적으로 온 또는 오프로 전환되도록 구성되며;
상기 콘트롤러는 상기 제1 스위치들 각각의 상기 제어 입력의 상태를 결정하는 출력 데이터를 생성하도록 구성되는 장치.
제19항에 있어서,
상기 제1 전극 요소들 각각은
유전체 층을 포함하는 용량적으로 결합된 전극 요소를 포함하며,
상기 유연 지지체는 상기 제1 전극 요소들의 상기 유전체 층이 상기 피험체의 몸체를 향하도록 상기 복수의 제1 전극 요소들을 상기 피험체의 몸체에 대하여 유지하도록 구성되는 장치.