(57)【要約】外来性金属インプラントの誘導加熱のための方法、装置、システム、および実施態様が開示される。外来性金属インプラントの表面が確実に均一に発熱するように、AMFパルスを介して、外来性金属インプラントを加熱することができる。外来性金属インプラントの表面温度が上昇する際に、組織が沸点に近い望ましくないレベルまで発熱している可能性があることを示し得る音響シグネチャが、音響センサによって検出され得る。これらの音響シグネチャが検出されると、AMFパルスは、次のAMFパルスを印加する前にインプラントの表面温度を冷却させるために、ある期間にわたって停止され得る。このようにして、外来性金属インプラントの表面温度は、周囲組織を損傷することなく外来性金属インプラントの表面に蓄積した細菌性バイオフィルムを処理するのに十分な温度まで均一に加熱することができる。AMFパルス処理は、金属インプラントからバイオフィルムを除去するのに必要な時間および/または抗菌剤投与量を低減させるために、抗細菌/抗菌処理レジメンと組み合わせることができる。2019524246.tif 000003
2019524246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外来性金属インプラントに1つまたは複数の交番磁界（AMF）パルスを印加するように構成されているAMF発信機を含む、1つまたは複数の外部発信デバイスと；
外来性金属インプラントの近傍に位置する組織から1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャを受け取るように構成されている、1つまたは複数の外部音響センサデバイスと；
1つまたは複数の外部発信デバイスが、所定の期間、所定のパルス幅、所定のパルス繰り返し周波数のうちの1つまたは複数について所定の電力レベルで外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを印加することを可能にし、
1つまたは複数の外部音響センサデバイスから1つまたは複数の信号を受信し、
外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに、1つまたは複数の信号が対応していると判定し、かつ
外来性金属インプラントへの1つまたは複数の抗生物質処理または抗菌処理の適用を可能にする
ように構成されている少なくとも1つのプロセッサを含む、制御システムと
を含む、外来性金属インプラントの表面を処理するためのシステム。
【請求項２】
1つまたは複数のAMFパルスを印加した後に1つまたは複数の外部発信デバイスの所定の遅延期間にわたる停止を可能にするように、前記制御システムがさらに構成されている、請求項1記載のシステム。
【請求項３】
1つまたは複数の外部発信デバイスが所定の遅延期間の後に外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを再印加することを可能にするように、前記制御システムがさらに構成されている、請求項2記載のシステム。
【請求項４】
前記1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに不十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応している場合、1つまたは複数の外部発信デバイスが外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを再印加することを可能にするように、前記制御システムがさらに構成されている、請求項1記載のシステム。
【請求項５】
バイオフィルムマトリックスが、外来性金属インプラントの表面の細胞外高分子物質（EPS）バイオフィルムマトリックスである、請求項1記載のシステム。
【請求項６】
1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面の細菌数を低減させるのに十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応していると判定するように、前記制御システムがさらに構成されている、請求項1記載のシステム。
【請求項７】
1つまたは複数の外部発信デバイスが、ソレノイドコイル、サドルコイル、パンケーキコイル、およびフェーズドアレイのうちの1つまたは複数である、請求項1記載のシステム。
【請求項８】
特定の温度閾値まで加熱されると外来性金属インプラントに隣接した軟部組織から発せられる1つまたは複数の音波を検出するように、1つまたは複数の外部音響センサデバイスがさらに構成されている、請求項1記載のシステム。
【請求項９】
500Hz〜1000Hzの周波数を有する1つまたは複数の音波を検出するように、1つまたは複数の外部音響センサデバイスがさらに構成されている、請求項1記載のシステム。
【請求項１０】
1つまたは複数の外部音響センサデバイスから温度と関連付けられた1つまたは複数の信号を受信し、かつ
外来性金属インプラントの表面を特定の期間にわたって所望の温度に維持するために、1つまたは複数の信号に基づいて1つまたは複数のAMFパルスの幅、周波数、および振幅のうちの少なくとも1つを調整する
ように、前記制御システムがさらに構成されている、請求項1記載のシステム。
【請求項１１】
外来性金属インプラントの表面に埋め込まれた1つまたは複数の内部温度センサであって、外来性金属インプラントの表面の温度を測定しかつ1つまたは複数の出力信号を出力するように構成されている、1つまたは複数の内部温度センサ
をさらに含む、請求項1記載のシステム。
【請求項１２】
1つまたは複数の内部温度センサから温度と関連付けられた1つまたは複数の信号を受信し、かつ
外来性金属インプラントの表面を特定の期間にわたって所望の温度に維持するために、1つまたは複数の信号に基づいて1つまたは複数のAMFパルスの幅を調整する
ように、前記制御システムがさらに構成されている、請求項11記載のシステム。
【請求項１３】
外来性金属インプラントの表面に埋め込まれた1つまたは複数の熱ルミネッセンス材料から放出された光子を検出するように構成されている1つまたは複数の外部光受信デバイスをさらに含み、
1つまたは複数の熱ルミネッセンス材料が、外来性金属インプラントの表面で所定の閾値より高い温度を感知すると光子を放出するように構成されている、
請求項1記載のシステム。
【請求項１４】
光子が検出される際の1つまたは複数の外部光受信デバイスからの1つまたは複数の信号を受信し、かつ
1つまたは複数の信号を受信すると1つまたは複数の外部発信デバイスの停止を可能にする
ように、前記制御システムがさらに構成されている、請求項13記載のシステム。
【請求項１５】
ハウジングと、
外来性金属インプラントに対して3つの直交する方向に1つまたは複数のAMFパルスを印加するように構成されている複数のAMF発信機であって、デカルト座標のx方向、y方向、およびz方向の各々において該金属インプラントの両側に位置する対として構成されている、複数のAMF発信機と
を含む、外来性金属インプラント処理装置。
【請求項１６】
対になっているAMF発信機の各々が相互に平行な面に位置する、請求項15記載の装置。
【請求項１７】
外来性金属インプラントの長手方向軸を中心として回転し、かつ長手方向軸の周囲の異なる位置で1つまたは複数のAMFパルスを印加する
ように、複数のAMF発信機対のうちの少なくとも1つが構成されている、請求項15記載の装置。
【請求項１８】
外来性金属インプラントの長手方向軸以外の1つまたは複数の回転軸を中心として回転し、かつ該1つまたは複数の回転軸の周囲の異なる位置で1つまたは複数のAMFパルスを印加する
ように、複数のAMF発信機対のうちの少なくとも1つが構成されている、請求項15記載の装置。
【請求項１９】
外来性金属インプラントに対して3つの直交する方向に同時に1つまたは複数のAMFパルスを印加するように、複数のAMF発信機が構成されている、請求項15記載の装置。
【請求項２０】
複数のAMF発信機対が、外来性金属インプラントの位置が複数のAMF発信機対の間で変化することが可能であるように構成された固定位置にある、請求項15記載の装置。
【請求項２１】
複数のAMF発信機対が、外来性金属インプラントが複数のAMF発信機対の間で回転することが可能であるように構成された固定位置にある、請求項15記載の装置。
【請求項２２】
外来性金属インプラントの周囲で移動可能であるように構成されている1つまたは複数の強磁性材料をさらに含む、請求項15記載の装置。
【請求項２３】
1つまたは複数のAMFパルスを形成しかつ外来性金属インプラントの周囲のAMF分布を変更するように、1つまたは複数の強磁性材料が構成されている、請求項22記載の装置。
【請求項２４】
少なくとも1つのプロセッサを含む制御システムによって、AMF発信機を含む1つまたは複数の外部発信デバイスが、所定の期間、パルス幅、パルス繰り返し周波数のうちの1つまたは複数について所定の電力レベルで外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを印加することを可能にする工程、
該制御システムによって、外来性金属インプラントの近傍に位置する組織から1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャを受け取るように構成されている1つまたは複数の外部音響センサデバイスから1つまたは複数の信号を受信する工程、
該制御システムによって、1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応していると判定する工程、および
外来性金属インプラントへの1つまたは複数の抗生物質処理または抗菌処理の適用を可能にする工程
を含む、外来性金属インプラント上の細菌性バイオフィルムを処理および防止する方法。
【請求項２５】
前記制御システムによって、1つまたは複数のAMFパルスを印加した後に1つまたは複数の外部発信デバイスの所定の遅延期間にわたる停止を可能にする工程
をさらに含む、請求項24記載の方法。
【請求項２６】
前記制御システムによって、1つまたは複数の外部発信デバイスが、所定の遅延期間の後に外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを再印加することを可能にする工程
をさらに含む、請求項25記載の方法。
【請求項２７】
1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに不十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応している場合、1つまたは複数の外部発信デバイスが外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを再印加することを可能にする工程
をさらに含む、請求項24記載の方法。
【請求項２８】
バイオフィルムマトリックスが、外来性金属インプラントの表面の細胞外高分子物質（EPS）バイオフィルムマトリックスである、請求項24記載の方法。
【請求項２９】
1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面の細菌数を低減させるのに十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応していると判定する工程
をさらに含む、請求項24記載の方法。
【請求項３０】
前記制御システムによって、1つまたは複数の外部音響センサデバイスから温度と関連付けられた1つまたは複数の信号を受信する工程、ならびに
前記制御システムによって、外来性金属インプラントの表面を特定の期間にわたって所望の温度に維持するために、1つまたは複数の信号に基づく1つまたは複数のAMFパルスの幅、周波数、および振幅のうちの少なくとも1つの調整を可能にする工程
をさらに含む、請求項24記載の方法。
【請求項３１】
前記制御システムによって、外来性金属インプラントの表面に埋め込まれた1つまたは複数の内部温度センサが、外来性金属インプラントの表面の温度を測定しかつ1つまたは複数の出力信号を出力することを可能にする工程
をさらに含む、請求項24記載の方法。
【請求項３２】
前記制御システムによって、1つまたは複数の内部温度センサから温度と関連付けられた1つまたは複数の信号を受信する工程、および
前記制御システムによって、外来性金属インプラントの表面を特定の期間にわたって所望の温度に維持するために、1つまたは複数の信号に基づく1つまたは複数のAMFパルスの幅の調整を可能にする工程
をさらに含む、請求項31記載の方法。
【請求項３３】
前記制御システムによって、1つまたは複数の外部光受信デバイスが、外来性金属インプラントの表面に埋め込まれた1つまたは複数の熱ルミネッセンス材料から放出された光子を検出することを可能にする工程をさらに含み、
1つまたは複数の熱ルミネッセンス材料が、外来性金属インプラントの表面で所定の閾値より高い温度を感知すると光子を放出するように構成されている、
請求項24記載の方法。
【請求項３４】
前記制御システムによって、1つまたは複数の外部光受信デバイスが光子を検出することを可能にする工程、
前記制御システムによって、光子が検出される際の1つまたは複数の外部光受信デバイスからの1つまたは複数の信号を受信する工程、および
前記制御システムによって、1つまたは複数の信号を受信すると1つまたは複数の外部発信デバイスの停止を可能にする工程
をさらに含む、請求項33記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、2016年7月14日に出願された米国特許仮出願第62/362402号、および2017年1月13日に出願された米国特許仮出願第62/445963号の優先権を主張するものである。両出願の全内容は、範囲を限定せずにその全体が参照により本明細書に明確に組み入れられる。
【０００２】
1. 発明の分野
本開示は一般に、バイオフィルムを処理するための、外来性金属インプラントの誘導加熱のための方法、装置、およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
2. 関連技術の説明
人工関節置換術は、加齢および損傷した関節に対する効果的かつ一般的な治療法となっている。しかしながら、人工関節は、関節上に細菌性バイオフィルムが蓄積するために感染しやすい可能性がある。人工関節置換術を受けた患者の1％〜5％がこれらのタイプの感染症に罹患していると推定されている。これらの感染症を治療する従来の方法には、追加の手術および処方された経口および/または静脈内（IV）抗生物質のレジメンが含まれる。しかしながら、これらの治療法には完全に有効ではない可能性があり、多くの費用を必要とする可能性もある。
【発明の概要】
【０００４】
概要
本開示は、一部では、非外科的、非侵襲的であり、反復可能であり、広範囲の植込み型デバイスと共に使用可能である、人工関節感染症を予防および治療する方法およびシステムを提示する。いくつかの態様では、外来性金属インプラントの表面を処理するためのシステムが提供される。本開示の目的上、特許請求されるシステムには外来性金属インプラントを処理するという有用な用途があるが、本システムはこれに限定されず、外来性金属インプラント自体が特許請求されるシステムの一部であることも意図されていない。いくつかの態様では、本システムは、外来性金属インプラントに1つまたは複数の交番磁界（AMF）パルスを印加するように構成されたAMF発信機を含む1つまたは複数の外部発信デバイスを含む。いくつかの態様では、本システムは、外来性金属インプラントの近傍に位置する組織から1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャを受け取るように構成された1つまたは複数の外部音響センサデバイスをさらに含む。いくつかの態様では、本システムは、少なくとも1つのプロセッサを有する制御システムをさらに含み、該制御システムは、1つまたは複数の外部発信デバイスが所定の期間、所定のパルス幅、所定のパルス繰り返し周波数のうちの1つまたは複数について所定の電力レベルで外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを印加することを可能にし、1つまたは複数の外部音響センサデバイスから1つまたは複数の信号を受信し、1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応していると判定し、かつ外来性金属インプラントへの1つまたは複数の抗生物質処理または抗菌処理の適用を可能にするように、構成される。
【０００５】
いくつかの態様では、制御システムは、1つまたは複数のAMFパルスを印加した後に1つまたは複数の外部発信デバイスの所定の遅延期間にわたる停止を可能にするように、さらに構成される。いくつかの態様では、制御システムは、1つまたは複数の外部発信デバイスが、所定の遅延期間の後に外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを再印加することを可能にするように、さらに構成される。いくつかの態様では、制御システムは、1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに不十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応している場合、1つまたは複数の外部発信デバイスが外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを再印加することを可能にするように、さらに構成される。いくつかの態様では、バイオフィルムマトリックスは、外来性金属インプラントの表面の細胞外高分子物質（EPS）バイオフィルムマトリックスである。いくつかの態様では、制御システムは、1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面の細菌数を低減させるのに十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応していると判定するように、さらに構成される。
【０００６】
いくつかの態様では、1つまたは複数の外部発信デバイスは、ソレノイドコイル、サドルコイル、パンケーキコイル、およびフェーズドアレイのうちの1つまたは複数であってよい。いくつかの態様では、1つまたは複数の外部音響センサデバイスは、特定の温度閾値まで加熱されるとインプラントに隣接した軟部組織から発せられた1つまたは複数の音波を検出するようにさらに構成されうる。いくつかの態様では、温度閾値は100℃に接近し、別の態様では、温度閾値は60℃に接近しうる。いくつかの態様では、1つまたは複数の音波は、約60℃の温度で検出され始め、60℃〜100℃までの温度で検出を続行されうる。いくつかの態様では、1つまたは複数の外部音響センサデバイスは、500Hz〜1000Hzの周波数を有する1つまたは複数の音波を検出するようにさらに構成されうる。いくつかの態様では、他の周波数の1つまたは複数の音波が検出されうる。いくつかの態様では、制御システムは、1つまたは複数の外部音響センサデバイスから温度と関連付けられた1つまたは複数の信号を受信し、外来性金属インプラントの表面を特定の期間にわたって所望の温度に維持するために1つまたは複数の信号に基づいて1つまたは複数のAMFパルスの幅、周波数、および振幅のうちの少なくとも1つを調整するようにさらに構成されうる。
【０００７】
いくつかの態様では、本システムは、外来性金属インプラントの表面に埋め込まれた1つまたは複数の内部温度センサであって、外来性金属インプラントの表面の温度を測定し、1つまたは複数の出力信号を出力するように構成された1つまたは複数の内部温度センサをさらに含みうる。いくつかの態様では、本システムは、外来性金属インプラントの表面に埋め込まれた1つまたは複数の熱ルミネッセンス材料から放出された光子を検出するように構成された1つまたは複数の外部光受信デバイスをさらに含んでよく、1つまたは複数の熱ルミネッセンス材料は、外来性金属インプラントの表面で所定の閾値より高い温度を感知すると光子を放出するように構成されている。いくつかの態様では、制御システムは、光子が検出されると1つまたは複数の外部光受信デバイスから1つまたは複数の停止信号を受信し、1つまたは複数の停止信号を受信すると1つまたは複数の外部発信デバイスの停止を可能にするようにさらに構成されうる。いくつかの態様では、制御システムは、1つまたは複数の内部温度センサから温度と関連付けられた1つまたは複数の信号を受信し、外来性金属インプラントの表面を特定の期間にわたって所望の温度に維持するために1つまたは複数の信号に基づいて1つまたは複数のAMFパルスの幅を調整するようにさらに構成されうる。
【０００８】
いくつかの態様では、外来性金属インプラント処理装置は、ハウジングと、外来性金属インプラントに対して3つの直交する方向に1つまたは複数のAMFパルスを印加するように構成された複数のAMF発信機とを含む。いくつかの態様では、複数のAMF発信機は、デカルト座標のx方向、y方向、およびz方向の各々において金属インプラントの両側に位置する対として構成される。いくつかの態様では、対の各AMF発信機は、相互に平行な面に位置する。いくつかの態様では、複数のAMF発信機対のうちの少なくとも1つが、外来性金属インプラントの長手方向軸を中心として回転し、1つまたは複数のAMFパルスを長手方向軸の周囲の異なる位置で印加するように構成される。いくつかの態様では、複数のAMF発信機対のうちの少なくとも1つが、外来性金属インプラントの長手方向軸以外の1つまたは複数の回転軸を中心として回転し、1つまたは複数のAMFパルスを1つまたは複数の回転軸の周囲の異なる位置で印加するように構成される。いくつかの態様では、複数のAMF発信機は、外来性金属インプラントに対して3つの直交する方向に同時に1つまたは複数のAMFパルスを印加するように構成される。いくつかの態様では、複数のAMF発信機対は、外来性金属インプラントの位置が複数のAMF発信機対の間で変化することが可能であるように構成された固定位置にある。いくつかの態様では、複数のAMF発信機対は、外来性金属インプラントが複数のAMF発信機対の間で回転することが可能であるように構成された固定位置にある。いくつかの態様では、本装置は、外来性金属インプラントの周囲で移動可能であるように構成された1つまたは複数の強磁性材料をさらに含む。いくつかの態様では、1つまたは複数の強磁性材料は、1つまたは複数のAMFパルスを形成し、外来性金属インプラントの周囲のAMF分布を変更するように構成される。
【０００９】
いくつかの態様では、外来性金属インプラント上の細菌性バイオフィルムを処理および防止する方法は、少なくとも1つのプロセッサを有する制御システムにより、AMF発信機を含む1つまたは複数の外部発信デバイスが所定の期間、パルス幅、パルス繰り返し周波数のうちの1つまたは複数について所定の電力レベルで外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを印加することを可能にする工程と、制御システムにより、外来性金属インプラントの近傍に位置する組織から1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャを受け取るように構成された1つまたは複数の外部音響センサデバイスから1つまたは複数の信号を受信する工程と、制御システムにより、1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応していると判定する工程と、外来性金属インプラントへの1つまたは複数の抗生物質処理または抗菌処理の適用を可能にする工程とを含む。
【００１０】
いくつかの態様では、本方法は、制御システムにより、1つまたは複数のAMFパルスを印加した後に1つまたは複数の外部発信デバイスの所定の遅延期間にわたる停止を可能にする工程をさらに含む。いくつかの態様では、本方法は、制御システムにより、1つまたは複数の外部発信デバイスが所定の遅延期間の後に外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを再印加することを可能にする工程をさらに含む。いくつかの態様では、本方法は、1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに不十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応している場合、1つまたは複数の外部発信デバイスが外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを再印加することを可能にする工程をさらに含む。いくつかの態様では、バイオフィルムマトリックスは、外来性金属インプラントの表面の細胞外高分子物質（EPS）バイオフィルムマトリックスである。いくつかの態様では、本方法は、1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面の細菌数を低減させるのに十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応していると判定する工程をさらに含む。
【００１１】
いくつかの態様では、本方法は、制御システムにより、1つまたは複数のAMFパルスを印加した後に1つまたは複数の外部発信デバイスの所定の遅延期間にわたる停止を可能にする工程をさらに含む。いくつかの態様では、本方法は、制御システムにより、1つまたは複数の外部発信デバイスが所定の遅延期間の後に外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを再印加することを可能にする工程をさらに含む。いくつかの態様では、本方法は、1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに不十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応している場合、1つまたは複数の外部発信デバイスが外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを再印加することを可能にする工程をさらに含む。いくつかの態様では、本方法は、1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面の細菌数を低減させるのに十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応していると判定する工程をさらに含む。いくつかの態様では、本方法は、制御システムにより、1つまたは複数の外部音響センサデバイスから温度と関連付けられた1つまたは複数の信号を受信する工程と、制御システムにより、外来性金属インプラントの表面を特定の期間にわたって所望の温度に維持するために1つまたは複数の信号に基づく1つまたは複数のAMFパルスの幅、周波数、および振幅のうちの少なくとも1つの調整を可能にする工程とをさらに含む。
【００１２】
いくつかの態様では、本方法は、制御システムにより、外来性金属インプラントの表面に埋め込まれた1つまたは複数の内部温度センサが、外来性金属インプラントの表面の温度を測定し、1つまたは複数の出力信号を出力することを可能にする工程をさらに含む。いくつかの態様では、本方法は、制御システムにより、1つまたは複数の外部光受信デバイスが、外来性金属インプラントの表面に埋め込まれた1つまたは複数の熱ルミネッセンス材料から放出された光子を検出することを可能にする工程をさらに含み、1つまたは複数の熱ルミネッセンス材料は、外来性金属インプラントの表面で所定の閾値より高い温度を感知すると光子を放出するように構成されている。いくつかの態様では、本方法は、制御システムにより、1つまたは複数の外部光受信デバイスが光子を検出することを可能にする工程と、制御システムにより、光子が検出される際の1つまたは複数の外部光受信デバイスからの1つまたは複数の信号を受信する工程と、制御システムにより、1つまたは複数の信号を受信すると1つまたは複数の外部発信デバイスの停止を可能にする工程とをさらに含む。いくつかの態様では、本方法は、制御システムにより、1つまたは複数の内部温度センサから温度と関連付けられた1つまたは複数の信号を受信する工程と、制御システムにより、外来性金属インプラントの表面を特定の期間にわたって所望の温度に維持するために1つまたは複数の信号に基づく1つまたは複数のAMFパルスの幅の調整を可能にする工程とをさらに含む。
【００１３】
いくつかの態様では、システムは、所定の期間、所定のパルス幅、所定のパルス繰り返し周波数のうちの1つまたは複数について所定の電力レベルで1つまたは複数のAMFパルスを印加するように構成される。いくつかの態様では、1つまたは複数のAMFパルスは、1つまたは複数のAMF発信機によって印加される。いくつかの態様では、1つまたは複数のAMFパルスは、組織から1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャを生じさせるのに十分である。いくつかの態様では、本システムは、1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応する1つまたは複数の信号を検出するように構成される。いくつかの態様では、1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャは、1つまたは複数の音響センサデバイスによって検出される。いくつかの態様では、本システムは、1つまたは複数の抗生物質処理または抗菌処理が適切であると判定しうる。いくつかの態様では、本システムは、1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャが検出された場合、1つまたは複数の抗生物質処理または抗菌処理が適切であると判定しうる。
【００１４】
「a」および「an」という用語は、本開示で特に明示的に必要とされない限り、1つまたは複数として定義される。「実質的に」という用語は、当業者であれば理解するように、指定されるものの大部分であるが必ずしも全体ではない（かつ指定されるものを含む。例えば、実質的に90度とは90度を含み、実質的に平行とは平行を含む）として定義される。任意の開示の態様において、「実質的に」、「おおよそ」、および「約」という用語は、指定されるものの［パーセンテージ内］で置き換えられてもよく、このパーセンテージには0.1パーセント、1パーセント、5パーセント、および10パーセントが含まれる。
【００１５】
「含む（comprise）」（および「comprises」や「comprising」などのcompriseの任意の形態）、「有する（have）」（および「has」や「having」などのhaveの任意の形態）、「含む（include）」（および「includes」や「including」などのincludeの任意の形態）、ならびに「含む（contain）」（および「contains」や「containing」などのcontainの任意の形態）は、非制限的連結動詞である。ゆえに、1つまたは複数の要素または特徴を「含む（comprises）」、「有する」、「含む（includes）」、または「含む（contains）」システムまたはシステムの構成要素は、それらの1つまたは複数の要素または特徴を有するが、それらの要素または特徴だけを有することに限定されない。同様に、1つまたは複数の工程を「含む（comprises）」、「有する」、「含む（includes）」、または「含む（contains）」方法も、それらの1つまたは複数の工程を有するが、それらの1つまたは複数の工程だけを有することに限定されない。加えて、「第1」、「第2」などの用語は、構造または特徴を区別するためにのみ使用されており、異なる構造または特徴を特定の順序に限定するものではない。
【００１６】
開示の方法、システム、システム構成要素、または方法工程のいずれかの任意の態様は、記載される要素、工程、および/または特徴のいずれかを、含む（comprise）/含む（include）/含む（contain）/有するのではなく、それらからなるかまたは本質的にそれらからなる場合もある。よって、請求項のいずれかにおいて、「からなる」または「本質的にからなる」という用語を、所与の請求項の範囲をそれ以外の非制限的連結動詞を使用した場合にそうなるはずの範囲から変更するために、上記の非制限的連結動詞のいずれかの代わりに使用することができる。
【００１７】
1つの態様の1つまたは複数の特徴は、たとえ記載も図示もされていなくても、本開示または態様の性質によって明確に禁止されない限り他の態様にも適用されうる。
【００１８】
以上では、以下の詳細な説明がよりよく理解されうるように、本発明の態様のいくつかの特徴および技術的利点について大まかに概説した。以下でさらなる特徴および利点について説明する。開示の概念および特定の態様は、同じかまたは類似した目的を実行するための改変および/または他の構造の利用の基礎として容易に利用されうることが、当業者には理解されるはずである。そのような均等な構成は添付の特許請求の範囲に記載されている本発明の趣旨および範囲から逸脱しないことも当業者には理解されるはずである。以下の説明を添付の図面と併せて考察すればさらなる特徴がよりよく理解されるであろう。しかしながら、各図は例示および説明を目的として提供されているにすぎず、本発明を限定するためのものではないことを明確に理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
以下の図面は例示であり限定ではない。簡単明瞭にするために、所与の方法またはシステムのあらゆる特徴が必ずしも当該の方法またはシステムに関連したあらゆる図において表示されているとは限らない。同一の符番は必ずしも同一の特徴を示してはいない。そうではなく、同じ符番は、同一でない符番と同様に、類似した特徴または類似した機能を有する特徴を示すのに使用される場合がある。
【００２０】
【図１】図1は、本開示の一態様による外来性金属インプラントに誘導加熱を加えるための例示的な制御フィードバックシステムを示す図である。
【図２】図2は、本開示の一態様による例示的なAMF発信機を示す図である。
【図３】図3は、本開示の一態様による例示的なAMF発信機の電気回路図である。
【図４】図4は、本開示の一態様による、外来性金属インプラントに誘導加熱を加える例示的な方法を示す図である。
【図５】図5は、本開示の一態様による外来性金属インプラントからのアコースティックエミッションを測定する例示的な方法を示す図である。
【図６】図6は、本開示の一態様による連続加熱とパルス加熱との温度差を示す赤外線図である。
【図７】図7は、本開示の一態様による連続加熱とパルス加熱との温度差を示すグラフである。
【図８】図8は、本開示の一態様に従って加熱されうる例示的な人工関節を示す図である。
【図９】図9は、図8に示す人工関節の異なる領域の温度測定値を示すグラフである。
【図１０】図10は、本開示の一態様による非沸騰組織温度および沸騰組織温度のアコースティックエミッションを示すグラフである。
【図１１−１】図11は、本開示の一態様による連続加熱およびパルス加熱から生じるアコースティックエミッションを示すグラフである。
【図１１−２】図11は、本開示の一態様による連続加熱およびパルス加熱から生じるアコースティックエミッションを示すグラフである。
【図１２】図12は、本開示の一態様による温度制御加熱方法と沸騰制御加熱方法との温度差を示すグラフである。
【図１３Ａ−１】図13Aは、本開示の一態様による例示的なバイオフィルムに対するAMF連続加熱の持続時間の影響を示すグラフである。
【図１３Ａ−２】図13Aは、本開示の一態様による例示的なバイオフィルムに対するAMF連続加熱の持続時間の影響を示すグラフである。
【図１３Ｂ−１】図13Bは、本開示の一態様による、例示的なバイオフィルムのマトリックス成分に対するAMF連続加熱の影響、および例示的な抗菌剤に対するバイオフィルムの感受性に対するAMF曝露の影響を示すグラフである。
【図１３Ｂ−２】図13Bは、本開示の一態様による、例示的なバイオフィルムのマトリックス成分に対するAMF連続加熱の影響、および例示的な抗菌剤に対するバイオフィルムの感受性に対するAMF曝露の影響を示すグラフである。
【図１４Ａ】図14Aは、バイオフィルム内のマトリックス成分および細菌に対するAMF連続加熱の例示的な時間依存効果を示す、本開示の一態様による異なる制御およびAMF連続加熱条件下での例示的なバイオフィルムを示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図１４Ｂ】図14Bは、バイオフィルム内のマトリックス成分および細菌に対するAMF連続加熱の例示的な時間依存効果を示す、本開示の一態様による異なる制御およびAMF連続加熱条件下での例示的なバイオフィルムを示す共焦点顕微鏡写真である。
【図１５Ａ】図15A〜15Cは、本開示の一態様による複数コイル構成を有する例示的なAMF発信機を示す様々な図である。
【図１５Ｂ】図15A〜15Cは、本開示の一態様による複数コイル構成を有する例示的なAMF発信機を示す様々な図である。
【図１５Ｃ】図15A〜15Cは、本開示の一態様による複数コイル構成を有する例示的なAMF発信機を示す様々な図である。
【図１６】図16は、本開示の一態様による、例示的な交番磁界が異なるデカルト方向に沿って印加されるときの例示的な金属インプラントの発熱パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
例示的な態様の詳細な説明
以下で論じる態様では、体内の外来性金属インプラントの表面に位置するバイオフィルムを処理するためのシステム、装置、および方法について説明する。いくつかの態様では、外来性金属インプラントには、人工関節や、ピン、ねじ、ロッド、クランプなどの様々な補綴インプラントや、榴散弾などの異物が含まれうる。いくつかの態様では、方法は、十分な磁束が体内のインプラントを通ってインプラントの表面に1つまたは複数の表面渦電流を発生させるように、体外に位置する導体から発生する交番磁界（AMF）の使用を伴いうる。いくつかの態様では、インプラントは強磁性でありうる。これらの場合、磁気ヒステリシスによる追加的な熱も発生しうる。記載の態様では、インプラントは、金属インプラントにおいて典型的に発生しうるように、1つまたは複数の表面渦電流を可能にする導電率を有しうる。直流渦電流加熱によって生じる発熱は、インプラント全体にわたる均一な発熱を達成しうる。記載の態様の少なくともいくつかでは、AMF曝露の電力、周波数、およびタイミングは、既存の状況および技術の下で可能な限り迅速にインプラントの表面の均一な発熱を達成するように適切に制御されうる。周囲組織への損傷を回避する安全対策を提供しつつインプラントの均一な発熱を達成するために、標的インプラントの周囲に適切に配置された複数のAMF発信機から適切な遅延でパルスAMF曝露が適用されうる。このプロセスは、感染したインプラントの表面全体にわたって存在しうる細菌性バイオフィルムが所望の程度まで弱体化および/または根絶されるまで継続されうる。
【００２２】
以下で論じる態様ではまた、インプラントの発熱を測定するためのシステム、装置、および方法についても説明する。本発熱測定技術は、インプラントの周囲の組織の安全を確実にするのを助け、一部のまたは完全なバイオフィルム根絶などの所望の治療効果の完了を示しうる。組織沸騰は、温度が100℃に接近するかまたは100℃を超えたときにインプラントの表面で発生しうる。しかしながら、この閾値未満の温度（例えば、60℃〜80℃）で加熱された組織において小さな気泡が形成されることもある。これらの気泡の形成および崩壊は、体外に伝達され、外部と内部両方の音響センサを含む様々な種類の音響センサによってほぼ瞬時に測定することができる音響エネルギーを放出しうる。いくつかの態様では、AMFパルスの振幅、パルス幅、もしくはパルス繰り返し周波数を変更するため、または音響エネルギーが検出された場合に電源を切るために、AMF供給システムに1つまたは複数のリモート音響センサを組み込むことができる。これらのアコースティックエミッションは組織沸騰より低い温度で現れうるので、このプロセスは、表面インプラント温度が組織沸騰の温度閾値に達するのを防止しうるAMF加熱プロセスのフィードバック調節を含みうる。いくつかの態様では、熱ルミネッセンス原理を利用しうる1つまたは複数の材料が金属インプラントに埋め込まれうる。そうした1つまたは複数の材料は温度依存性の蛍光を示し、特定の温度閾値に達すると光子を放出しうる。光検出器または受光器を使用して放出された光子が受け取られ、特定の温度閾値を超えているかどうかが判定されうる。
【００２３】
細胞は時間および温度に依存して高温に対する感受性を示しうるので、本開示に記載の態様は少なくともいくつかのバイオフィルムを処理するのに適する。例えば、真核細胞には、熱ショックタンパク質の発現によって中程度の温度上昇に耐える能力があり、ある期間にわたって41〜42℃までの温度に耐えることができる。しかしながら、一旦温度が43℃より高くなると、細胞は加速度的に死滅しうる。54〜55℃を超える温度では、3〜4対数を超える細胞死が数秒以内に達成されうる。したがって、金属インプラントの表面に位置する細菌を直接殺すには、低い温度での長時間の曝露または高温での短時間の曝露で十分でありうる。細胞を直接殺すことに加えて、熱はバイオフィルムマトリックス自体の一部を弱体化するかまたは除去することもでき、これにより、通常はバイオフィルム中に巣食う微生物へのアクセスが制限されうる抗菌剤の効能および/または浸透が高まりうる。したがって、記載の態様を抗菌剤レジメン（例えば、抗生物質）と併用すると、バイオフィルムおよび/または細菌に対する熱の影響により、所与の用量の抗生物質の効果が増強されうるか、または感染したインプラントの滅菌を達成するために必要な用量が低減されうる。本発明の細菌性バイオフィルムの処理方法の態様は、抗生物質などの、感染症の局所的成分もしくは全身的成分を治療するために局所的または全身的に投与される化学薬剤、または温度感受性化合物と併用することができる。
【００２４】
次に図面を参照すると、図1には、本開示の一態様による外来性金属インプラントに誘導加熱を加えるための例示的な制御フィードバックシステム100が示されている。図示の態様では、所望の治療レジメンが、1つまたは複数の制御コンピュータ102によって選択、制御されうる。制御コンピュータ102は、1つまたは複数のファンクションジェネレータ104、1つまたは複数の増幅器106、および1つまたは複数の電力計108を介して1つまたは複数のAMF発信機110に、特に、電力、デューティサイクル、周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数などの特徴を制御する制御信号を送ることができる。制御システム100の図示の態様では、制御コンピュータ102は、音響情報などの情報を決定するために、1つまたは複数のリモート音響センサ114を介してインプラントまたはその直近の組織からのアコースティックエミッションを受け取り、処理することもできる。いくつかの態様では、制御コンピュータ102は、情報は温度情報を表していてもよく、他の種類の情報であってもよい。いくつかの態様では、1つまたは複数のリモート音響センサ114からの1つまたは複数の信号は、1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャが所定の閾値よりも大きいことを示しうる1つまたは複数の信号を含みうる。いくつかの態様では、1つまたは複数のリモート音響センサ114からの信号は、1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャが所定の閾値よりも小さいことを示しうる信号を含みうる。いくつかの態様では、所定の閾値はアコースティックエミッションシグネチャ振幅閾値であってよい。いくつかの態様では、制御コンピュータ102は、処理の進捗についての情報をユーザに提供するディスプレイ、ならびにユーザが制御コンピュータ102と対話し、所望のパラメータおよび/または調整を設定することを可能にしうる様々な入力要素を含みうる。制御コンピュータ102は、ユーザが制御コンピュータ102と対話し、データを記録および/または再現することを可能にしうる、特に、ハードドライブ、モニタ、プリンタ、キーボード、マウスなどのコンピュータシステムの標準構成要素を含みうる。
【００２５】
制御コンピュータ102は、1つまたは複数のコマンドまたは命令をファンクションジェネレータ104に送出し、ファンクションジェネレータ104は時変電気信号を生成しうる。ファンクションジェネレータ104は、時変電気信号の振幅、周波数、位相オフセット、パルス幅およびパルス繰り返し周波数を調整する能力を有しうる。ファンクションジェネレータ104は、特に、シリアルポート、USBポート、イーサネットポートなどの要素を介して制御コンピュータ102によって制御されうる。いくつかの態様では、ファンクションジェネレータ104は制御コンピュータ102に直接組み込まれうる。時変電気信号は、増幅器106によって所望の電力レベルに増幅されうる。いくつかの態様では、増幅器106は、効率的な電力伝達を達成し、整合回路およびタンク回路を特定の共振周波数に合わせて調整する整合タンク回路を含みうる。増幅器106によって出力された信号は電力計108を通過し、電力計108は信号の順方向電力および反射電力を測定しうる。この測定データは制御コンピュータ102に送り返されうる。制御コンピュータ102は、これらの測定値を使用して、時変電気信号によって提供される電力のレベルを調整し、かつ/または電力伝達の効率をモニタしうる。制御コンピュータ102が信号を調整する場合、制御コンピュータ102は信号を調整するためにファンクションジェネレータ104に更新されたコマンドを送出することができ、信号は次いで測定値を更新するために増幅器106および電力計108を介して送られうる。
【００２６】
電力計108から発せられた信号は、1つまたは複数のAMF発信機110に入力されうる。図示の態様では、AMF発信機110は、身体領域112に位置する外来性金属インプラント（図示せず）の表面の熱を発生させるために身体領域112において時変磁界を発生させうる。1つまたは複数のリモート音響センサ114が、加熱されている身体領域112の周りに配置されうる。いくつかの態様では、1つまたは複数のリモート音響センサ114は、身体領域112を覆う皮膚の表面に直接配置されうる。1つまたは複数のリモート音響センサ114は、加熱されている身体領域112の周囲に所望の間隔で配置されうる。いくつかの態様では、1つまたは複数のリモート音響センサ114は、身体領域112の上方にある距離で配置されうる。いくつかの態様では、センサは温度センサ、光センサ、および/または無線センサであってよい。いくつかの態様では、センサは取り外し可能なセンサであってよく、他の態様では、センサは当技術分野で公知の様々な方法で身体領域112に植え込まれていてよい。図示の態様では、音響センサ114は、身体領域112を構成する組織沸騰に関連した任意のアコースティックエミッションを捕捉しうる。アコースティックエミッションは、音響センサ114によって1つまたは複数の信号に変換され、プリアンプ116によって増幅されうる。プリアンプ116は、1つまたは複数の増幅された信号をアナログ・デジタル変換器（ADC）118に送り、ADC118は1つまたは複数の増幅された信号をデジタル化しうる。いくつかの態様では、様々な種類のデータ取得モジュールが使用されうる。1つまたは複数の信号は次いで、時変電気信号に対する調整が必要であるかどうかを判定するために、制御コンピュータ102に入力され、処理されうる。
【００２７】
いくつかの態様では、制御コンピュータ102は、制御フィードバックシステム100の他のシグネチャを測定することによって、AMF発信機110によって印加された時変電気信号に対する調整が必要であるかどうかを判定しうる。いくつかの態様では、制御コンピュータ102は、AMF発信機110に供給される電流を測定しうる。この測定された電流は、システム100に供給される総電力を表しうる。いくつかの態様では、制御コンピュータ102は、システム電子回路における損失を除去する冷却回路の温度上昇を測定しうる。この測定値は、システム100から失われた電力を表しうる。測定された電流と測定された温度との間の差は、インプラントに供給された電力量を表しうる。いくつかの態様では、この量についての情報を使用して、電力×時間/パルス×パルス数＝インプラントに供給される総エネルギー（E）である一定数のパルスを供給することもできる。いくつかの態様では、インプラントの比熱容量を知り、熱が均一に分布していると仮定して（この仮定は低電力曝露の場合に正確でありうる）、インプラントの温度上昇を、E/（密度×体積×比熱容量）として推定することができる。いくつかの態様では、制御コンピュータ102は、インプラントがAMF発信機110に挿入されるときに、インピーダンスの変化を測定しうる。このインピーダンスの変化は、インプラントがシステム電子回路に与える「負荷」を表すことができ、インプラントに供給される電力、よってインプラント内の温度上昇を推定するために使用することができる。
【００２８】
図2に、本開示の一態様による例示的な単一コイルAMF発信機200を示す。一般的な種類の発信機は、身体202の外部に位置する時変電気信号を運ぶ何らかの種類の導電体とすることができる。図示の態様では、AMF発信機200は、体内の標的金属インプラント204を横切る時変磁界を発生させることができる。図2に示す態様では、発信機はソレノイド206を含みうる。ソレノイド206は、その内軸に沿って均一な磁界を生じさせうるので、四肢および/または付属肢を交番磁界に曝露するのに適しうる。他の態様では、発信機はサドルコイルを含みうる。骨盤内のインプラントの処理に交番磁界を提供するために股関節の周囲にサドルコイルが配置されうる。他の態様では、交番磁界の時空間変動を達成するために、特に、複数コイル、可動コイル、およびパンケーキコイルなどの他の種類のAMF発信機が使用されうる。
【００２９】
図1および図2に示す態様は、異なる形状およびサイズの外来性金属インプラント、ならびに体内で表面と深部の両方に配置される外来性金属インプラントに適合されうる。しかしながら、所望の温度上昇を生じさせるのに十分な電流を発生させるためにインプラントは十分な磁界強度を与えられるべきである。これは、体外に位置する発信機の種類によって達成することができ、異なる解剖学的標的には異なる形状の発信機が最適である可能性が高い。例えば、ソレノイド206は、四肢および/または付属肢内の対象物を標的とするのに最適であり、サドルコイルは肩および股関節に最適であり、パンケーキコイルなどの代替の種類のAMF発信機は腹部および/または椎骨の標的に最適でありうる。
【００３０】
導電材料で構成された任意の外来性金属インプラントが、温度上昇を伴う交番磁界に反応しうる。温度上昇の大きさは、導電材料の導電率に関連しうる。開示の態様と適合する金属の例には、ステンレス鋼、チタン、白金などの生物医学デバイスにおいて一般に使用される金属が含まれる。しかしながら、加熱速度は、異なる金属間で導電率に応じてわずかに異なる可能性があり、システム100にはこれらの差を補償する必要が生じうる。あるいは、システム100が閉ループ制御を示す場合には、所望の温度に達するまで処理が電力を供給し続けてもよい。この特性によりシステム100は自給自足であることができ、特定の金属についての所定の較正にあまり依存しないで済む。
【００３１】
図3に、本開示の一態様による例示的なAMF発信回路（発信機200など）の電気回路図300を示す。図示の態様では、共振またはタンク回路302はインダクタ304とコンデンサ306とを含み、AMF発信機200を介して効率的に電力を駆動しうる。いくつかの態様では、インダクタ304は、図1に示すようなAMF発信機110または図2に示すようなAMF発信機200を含みうる。コンデンサ306は、インダクタ304およびコンデンサ306の数値に関連した周波数を有する直列または並列の共振回路を実現するようにインダクタ304と直列（または並列）に配置されうる。図示の態様では、インダクタ304は57μHのインダクタンスを有し、コンデンサ306は1.8nFの静電容量を有するが、他の適切な値も使用されうる。いくつかの態様では、これらの値は、AMF発信機110のサイズおよび/または幾何学的形状によって決定されうる。これらの値は周波数発生器104の周波数によっても決定されうる。いくつかの態様では、増幅器106とタンク回路302との間のインピーダンス整合を達成するために整合回路または変圧器ネットワーク308が使用されうる。図示の態様では、整合回路308は、3.32μHのインダクタンスを有するインダクタ310と、28.8nFの静電容量を有するコンデンサ312とを含みうるが、他の適切な値も使用されうる。タンク回路302に基準周波数を供給するために発振器314も使用されうる。図示の態様では、発振器314は550kHzの基準周波数を供給しうるが、他の適切な値も使用されうる。いくつかの態様では、発振器314は、図1に示すように周波数発生器104と増幅器106とを含みうる。
【００３２】
図4に、本開示の一態様による、外来性金属インプラントに誘導加熱を加える例示的な方法400を示す。本開示の一態様では、方法400はシステム100によって実施されうる。図1および図2に示すように、交番磁界が導体（例えば、外来性金属インプラント）を通って、導体の表面に電流を誘導することを可能にすることによって、誘導加熱が達成されうる。この電流は、金属の電気的特性に基づく抵抗損失を被りうる。これらの抵抗損失はその場合、熱に変換されうる。外来性金属インプラントの誘導加熱は完全に非接触式であってよく、体外から発生させることができる。誘導加熱はまた、AMF発信機から金属導体への良好なエネルギー伝達を達成することができ、これにより短期間に高温を達成することができる。金属導体で発生した電流は、表皮効果と呼ばれる現象により外面に制限されうる。表皮効果は、加熱が金属の表面で発生しているバイオフィルムまたは感染症に対して細胞傷害性効果を及ぼすことを可能にする。いくつかの態様では、これらの細胞傷害性効果はバイオフィルムまたは感染症の弱体化または根絶を含みうる。
【００３３】
図4に示す態様では、工程402で、所定の時間、パルス幅、パルス繰り返し周波数のうちの1つまたは複数について、所定の電力で外来性金属インプラントにAMFパルスを印加することによって、方法400は開始しうる。いくつかの態様では、時変磁界は、身体112の外部に位置しうる1つまたは複数のAMF発信機110を介して時変電流を発信することによって達成されうる。図1に示すように、これは、ファンクションジェネレータ104などの信号源と適切な増幅器106とによって十分な電力の時変信号を生成するように実施されうる。いくつかの態様では、この用途に適しうる電力の範囲は、AMF発信機に近接した小さいインプラントの場合の数ワットから、深在性の大きな物体の場合の10kWまで変動しうる。いくつかの態様では、発信のための周波数範囲も広範囲にわたって変動しうるが、典型的には末梢神経刺激のための閾値（約100kHz）より上、組織発熱が顕著になる閾値（＞10〜20MHz）より下でありうる。
【００３４】
上述したように、金属インプラントの誘導加熱の一特性は、表皮効果として知られている効果により1つまたは複数の誘導渦電流が外来性金属インプラントの外面に制限されることでありうる。一例として、500kHzの交番磁界に曝露された典型的な金属では、表皮効果により大部分の電流の流れが金属の表面から0.2〜0.5mm以内に存在する結果となりうる。したがって、細菌やバイオフィルムなどの外来性金属インプラントの表面に位置する分子を標的とするのに望ましい表層加熱が達成されうる。いくつかの態様では、AMF曝露の持続時間もまた変動させることができ、インプラント上の所望の温度上昇およびバイオフィルムに対する標的細胞傷害性効果を達成するのに必要な持続時間に関連させることができる。
【００３５】
金属インプラントの表面の誘導電流分布（よって誘導温度分布）の別の特性は、電流分布が比較的不均一であることでありうる。これにより1つまたは複数の渦電流がインプラントの表面に沿った好ましいパスをたどることになりうる。その結果、初期のAMFパルスはきわめて不均一な加熱を誘導することになりうる。いくつかの態様では、AMFパルスは、連続したものとすることもでき、または断続的に印加されてもよい。断続的なパルス曝露には、曝露間の休止中に金属インプラントの表面の熱伝導および温度の均一化を可能にするという利点がありうる。したがって、パルス曝露は、標的細胞、細菌、および/またはバイオフィルムを治療するための所望の発熱レベルをもたらしうる金属インプラントの表面全体にわたる均一な温度分布を達成しうる。複数のAMF発信機を使用する態様では、インプラントの表面全体にわたって熱を分散させるために1つまたは複数の誘導電界および誘導磁界に対してさらなる空間制御を達成するように、複数のAMF発信機を独立してまたはフェーズドアレイとして動作させることができる。あるいは、機械的運動を用いて同じ効果を達成することもできる。
【００３６】
上述したように、いくつかの態様では、1つまたは複数のAMFパルスの幅は、金属インプラントの表面の均一な発熱を可能にするのに適した所定の時間にわたるものであってよい。金属インプラントがAMF発信機からより多くのパルスを受け取るに従って、その表面温度は徐々に上昇しうる。加えて、AMFパルスの電力強度も、図1に示すフィードバック制御システム100によって調整されうる。インプラントの表面温度が組織沸騰温度に近づくにつれて、パルス幅は短くなり、かつ/または各パルスの電力強度は減少しうる。
【００３７】
誘導加熱を使用して金属インプラントの表面で温度上昇を発生させる際の重要な局面は、周囲の正常な組織に過度の損傷を引き起こしうる温度上昇を防止することでありうる。したがって、1つまたは複数の制御信号または停止信号に組み込まれうる加熱中の何らかの形の温度フィードバックがあることが望ましい。図示の態様では、方法400は、インプラントの近傍の組織からの1つまたは複数のアコースティックエミッションをモニタすることによって、工程404で一種の温度フィードバックを可能にしうる。インプラントの表面の温度が水の沸点に近づくにつれて、組織内でマイクロバブルが形成され始める。これらのマイクロバブルの形成および崩壊は、非常に特徴的な音響シグネチャを示すことができ、約60℃〜80℃の温度で現れ始める。この音響シグネチャは、発生部位から外方へ伝達され、図1に示すように1つまたは複数の適切に配置された音響センサ114を用いて、身体112の外部で検出することができる。その開始からこれらのエミッションを検出する時間は、マイクロ秒程度でありうる。図示の態様では、これらの音響シグネチャの検出を、インプラントの表面の温度が確実に組織沸騰の温度閾値未満に留まるようにするための安全停止機構として使用することができる。いくつかの態様では、音響シグネチャは、500〜1000Hzの周波数範囲に存在し、温度が金属インプラントの表面で沸騰に近づくと1つまたは複数の音響センサ114によって確実に検出されうる。いくつかの態様では、軟部組織が約60°〜80℃の温度まで加熱されると、音響シグネチャが検出されうる。利用し、モニタすることができる他の周波数範囲も存在しうる。1つまたは複数の音響センサ114は、音響シグネチャの振幅も検出しうる。この検出方法は、それが本質的に、明確に定義された温度を有する物理効果に結び付けられていることから、有用でありうる。例えば、組織温度が沸騰に近づくにつれて、音響シグネチャの振幅は増大しうる。さらに、体外に位置する制御システム100への事象の発生の伝達もまた、本質的に、結果として得られる音波の性質に起因して行われうる。いくつかの態様では、制御システム100は、1つまたは複数の音響受信機または音響センサを含んでもよい。したがって、追加の発信機または他の電子機器が体内に植え込まれる必要はない。したがって、方法400を実施するシステム100は、インプラントへの追加の侵襲的変更を必要とせずにあらゆる種類の既存の金属インプラントと適合しうる。
【００３８】
音響モニタリングに加えて、別の態様では、1つまたは複数の植込み型温度センサを使用して、金属インプラントの表面内またはその周囲の温度を直接検出してもよい。そのような温度センサは、温度を検出することができる任意の種類のセンサ（特に、サーミスタや熱電対など）であってよい。温度センサは、インプラントの近傍の温度を検出するために、経皮的にまたはカテーテルを通して、組織内に直接植え込むことができる。この態様では、温度センサは、音響センサ114の代わりに使用され、インプラントの表面の温度を直接検出しうる。この態様では、工程404は、アコースティックエミッションを測定するのではなく、インプラント表面の温度を測定しうる。温度センサは次いでその情報を、図1に示すように制御コンピュータ102によって処理されるように信号としてプリアンプ116およびADC118に転送しうる。制御コンピュータ102は次いで、上述したのと同様に印加されたAMFパルスの幅および電力を制御しうる。
【００３９】
いくつかの態様では、1つまたは複数の熱ルミネッセンス材料を、インプラント表面の表面温度測定が求められうる点に埋め込んでよい。熱ルミネッセンス材料は、特定の温度閾値に達すると光子を放出しうる。インプラントの表面温度が上昇するにつれて、より多くの光子が放出されうる。いくつかの態様では、1つまたは複数の熱ルミネッセンス材料は、特定の温度に達すると光子が確実に放出されるようにするために、製造時に事前照射されうる。これらの光子は、1つまたは複数の光センサを用いて体外で検出されうる。この態様では、光センサは、音響センサ114の代わりに使用され、インプラントの表面から放出された光子の数を検出しうる。光センサは次いでその情報を、図1に示すように制御コンピュータ102によって処理されるように1つまたは複数の信号としてプリアンプ116およびADC118に転送しうる。制御コンピュータ102は次いで、上述したのと同様に印加されたAMFパルスの幅および電力を制御しうる。
【００４０】
図示の態様では、方法400は、組織沸騰と関連付けられた閾値が検出されたかどうかに関してシステム100が判定する工程406に進みうる。この閾値は、組織沸騰と関連付けられた1つまたは複数のアコースティックエミッションの検出、または組織沸騰に近づく温度の検出でありうる。組織沸騰閾値が検出された場合、方法400は、システム100がAMFパルスを停止し、所定の時間待機する工程408に進む。この所定の時間中に、金属インプラント表面の温度は、組織沸騰と関連付けられた温度閾値より低い温度まで冷却しうる。これにより上述した安全停止機構が提供されうる。代替として、複数のAMF発信機が用いられる場合には、第1の発信機からのAMFパルスが原因で沸騰が検出されると、異なる発信機からAMFパルスを供給することができる。組織沸騰閾値が検出されない場合、または所定の待機時間に達した場合、方法400は、インプラント表面曝露時間に達したかどうかに関してシステム100が判定する工程408に進みうる。いくつかの態様では、インプラント表面曝露時間は、ユーザによって事前に決定された期間であってよい。この期間は、所望の処理に応じて、インプラント表面が特定の均一な表面温度に維持されるときにインプラント表面の細菌またはバイオフィルムを弱体化または根絶するのに十分な期間に対応しうる。いくつかの態様では、インプラント表面曝露時間は、制御コンピュータ102によって決定された期間であってよい。この期間は、センサ114から受信されたデータに基づくものであってよく、インプラント表面の細菌またはバイオフィルムを弱体化または根絶するのに十分な長さにわたりインプラント表面を特定の均一な温度に維持するのに十分な期間でありうる。図示の態様では、インプラント表面曝露時間に達していない場合、方法400は工程402に進みうる。インプラント表面曝露時間（すなわち、細菌またはバイオフィルムを弱体化または根絶するのに十分な曝露時間）に達した場合、方法400は工程412で終了し、インプラントの所望のAMFパルス処理が完了したと判定しうる。いくつかの態様では、工程412に直接進む代わりに、方法400は、インプラント表面曝露時間がバイオフィルムマトリックスを破壊するのに十分であったという判定を可能にしうる。いくつかの態様では、この判定は、インプラント表面の温度がバイオフィルムマトリックスを弱体化または根絶するのに十分な温度に達したことを示すアコースティックエミッションを受け取ることによって行われうる。この曝露時間および/またはこのインプラント表面温度に達したと判定されると、抗細菌または抗菌処理がインプラント表面に施されうる。バイオフィルムマトリックスの弱体化により、抗菌処理の有効性が高まりうる。これにより、より低い投与量および/またはより短い治療時間が可能になりうる。
【００４１】
図5に、本開示の一態様による外来性金属インプラントからの1つまたは複数のアコースティックエミッションを測定する例示的な方法500を示す。図示の態様では、方法500は、方法400の工程404のより詳細な態様でありうる。工程502で、1つまたは複数の音響センサ114は、金属インプラントおよび周囲組織からの1つまたは複数のアコースティックエミッションを測定しうる。方法500の工程504で、プリアンプ116およびADC118は、アコースティックエミッションから1つまたは複数のバックグラウンド信号をフィルタ処理しうる。方法500の工程506で、制御コンピュータ102は、1つまたは複数のフィルタ処理された音響信号を受信し、特定の周波数範囲間の温度曲線下面積（AUC）を計算しうる。図示の態様では、AUCは、500Hz〜1000Hzの周波数範囲の間で計算されうる。このAUCは、検出された1つまたは複数のフィルタ処理された音響信号に対応しうる。方法500の工程508で、制御コンピュータ102は、AUCが組織沸騰と関連付けられた温度閾値より大きいかそれとも小さいかを判定しうる。AUCが温度閾値以上である場合、組織沸騰と関連付けられた閾値に達しており510、方法400は、上述した工程408を開始しうる。AUCが温度閾値未満である場合、組織沸騰と関連付けられた閾値に達しておらず512、方法400は上述した工程410を開始しうる。
【００４２】
図6に、本開示の一態様による直接連続加熱602とパルス加熱604との1つまたは複数の温度差を示す例示的な赤外線図600を示す。赤外線図600を作成するために、廃棄された人工金属膝インプラントを入手し、ソレノイドAMF発信機の内側に配置した。図示の表面が見えるように補綴インプラントの近傍に赤外線カメラを配置した。次いでインプラントをAMFに曝露して、連続加熱602およびパルス加熱604を発生させた。これらの交番磁界への曝露中の温度をサーマルカメラで記録した。
【００４３】
図示の態様では、図6に示す加熱は、上述した方法400の工程402で行われてよく、表皮効果を示しうる。図600にはまた、インプラントの表面の特定の赤外線強度に対応する温度を示す赤外線温度目盛り606も示されている。図示の態様では、連続加熱602は、金属インプラントの表面に沿って急速だが不均一な温度上昇を達成しうる。図600から分かるように、危険であり、周囲組織への損傷をもたらしうる150℃を超える温度を短期間で観察することができる。写真608では、0秒の時点で発熱は観察されない。2秒間にわたる連続加熱602を受けた後、写真610は、インプラントの縁部の温度が既に、組織沸騰をもたらしうる100℃に近いかまたはそれを超える温度に達していることを示している。しかしながら、写真610はまた、インプラント表面の大部分が50℃未満の温度を有しうることも示している。この温度は、インプラント表面の細菌またはバイオフィルムに望ましい効果をもたらすのに十分ではない可能性がある。したがって、写真610では、2秒間の短いタイムスパンにおいてインプラントの一部分が危険な温度に達しており、インプラントの大部分が所望のバイオフィルム処理温度に達していない。7秒間にわたる連続加熱602を受けた後、写真512は、インプラント縁部の温度は150℃を超える温度に達しているがインプラントの中央部は依然として所望の処理温度に達していないことを示している。したがって、連続加熱602は方法400を実施する好ましい方法ではない可能性がある。対照的に、パルス加熱604は、インプラントの表面全体にわたってよりゆっくりとしたより均一な温度上昇をもたらしうる。写真614では、写真608と同様に、0秒の時点で発熱は観察されない。しかしながら、写真616では、インプラント表面は、19秒間のパルス加熱604の後でさえも組織沸騰の恐れがない均一な温度を有する。写真618では、インプラントは、80秒の期間にわたってパルス加熱604を受けた後、150℃を超える温度に達している。しかしながら、写真618は、温度がインプラントの表面にわたって均一であることを示している。温度が組織沸騰温度に近づくと上述した安全機構はAMFパルスの電源を切ることになるが、パルス加熱604は、インプラント表面の細菌またはバイオフィルムに所望の効果を及ぼすのに十分な温度までインプラント表面を均一に加熱する効果的な方法を提供しうることが分かる。したがって、パルス加熱604は、上述した方法400を実施する好ましい方法を提供しうる。
【００４４】
図7に、図6に示す画像によって示される連続加熱とパルス加熱との温度差を表すグラフ700を示す。グラフ700は、連続交番磁界とパルス交番磁界の両方に金属インプラントを曝露している間に赤外線温度測定法で測定された表面温度の分布を示している。線図600と同様に、グラフ700は、連続AMF曝露702がいかに急速ではあるが不均一な発熱を達成し、インプラントに高い表面温度を速やかに発生させうるかを示している。例えば、図示の態様では、連続加熱温度704は、20秒未満の期間に約80℃まで上昇しているが、インプラントの表面全体にわたって100℃を超えるばらつきを有する。しかしながら、パルスAMF曝露706の場合には、より緩やかな発熱が、インプラントの表面全体にわたるより大きな温度均一性を伴って達成されうる。例えば、図示の態様では、パルス加熱温度708は、約250秒の期間まで約80℃に達しない。また、図7に示すように、インプラント表面のパルス加熱温度708の均一性は、連続加熱温度704の均一性よりもはるかに改善されており、表面全体のばらつきは約20℃である。
【００４５】
図8に、本開示の一態様に従って加熱されうる例示的な人工膝関節800を示す。これらの測定では、廃棄された膝インプラントを骨に取り付け、次いでゲルマトリックス中で浮遊させて、実物大の膝インプラントでの治療温度達成の実現可能性を試験するための模型の脚を作製した。図示の態様では、1つまたは複数の温度測定値を、一次関節領域802、二次関節領域804、プラスチックスペーサ806、近組織領域808、および遠組織領域810において得た。図示の態様では、近組織領域808は人工膝関節800から約2mmであり、遠組織領域810は人工膝関節800から約22mmである。図示の態様では、200KHzの周波数で1つまたは複数のパルス交番磁界に曝露した後で人工膝関節800内およびその周囲の異なる領域802、804、806、808、および810において植込み型光ファイバセンサを使用して温度上昇を測定した。図示の態様では、パルスの幅は300ミリ秒であり、15秒ごとに印加した。図示の態様では、領域802と領域804は金属を含み、領域806はプラスチックを含み、領域808と領域810は人体組織を含む。したがって、金属、プラスチック、および組織は各々異なる導電率および熱伝導率を有するので、各材料は交番磁界に曝露されると異なる発熱パターンを示しうる。
【００４６】
図9に、図8に示す人工膝関節800の異なる領域で得られた1つまたは複数の温度測定値を表すグラフ900を示す。図示の態様では、約750秒の加熱曝露後、一次関節領域温度902、二次関節領域温度904、およびプラスチックスペーサ温度906は互いに数度以内であり、ベースライン温度を約40℃上回って上昇している。しかし、図示の態様では、近組織領域温度908はベースライン温度の約20℃上まで上昇したにすぎず、遠組織領域温度910はベースライン温度の10℃未満までしか上昇していない。したがって、グラフ900は、人工膝関節800が、人工膝関節800の温度と周囲組織領域808および810の温度との間で温度緩衝部を実現しつつ、パルス加熱によってバイオフィルム処理に適した温度まで効果的に加熱されうることを示している。これらの結果は、金属インプラントの表面で所望の処理温度を比較的短期間に達成することが実現可能であり、熱伝導性は、プラスチックスペーサ表面に、金属インプラント構成要素との直接接触に起因しうる所望の処理温度も生じさせ、隣接する組織における測定可能な温度降下が生じ、組織はインプラントから数mm以内でさえも安全な温度であることを示しうる。
【００４７】
図10に、本開示の一態様による、AMF曝露中の非沸騰組織温度および沸騰組織温度の1つまたは複数のアコースティックエミッションを表すグラフ1000を示す。図示の態様では、グラフ1000は、ソレノイド、光ファイバ温度システム、および音響ハイドロホンを含む試験システムからの結果を示している。光ファイバ温度センサを、水を含有するプラスチックチューブの内側に配置された金属リングの表面に接着した。プラスチックチューブをソレノイドの内側に配置し、様々な強度および持続時間の交番磁界に曝露した。音響ハイドロホンは、ハイドロホンへの音の伝達を可能にするために流体接触させてプラスチックチューブから離して配置した。図示の態様では、グラフ1002は、加熱が組織沸騰を発生させるのに十分ではないAMF曝露中にハイドロホンを使用して測定した音響信号の周波数スペクトルを示している。グラフ1004は、組織温度が組織沸点に近づいたAMF曝露中の音響信号の周波数スペクトルを示している。図示の態様では、グラフ1004において約500Hz（0.5kHz）以上の周波数に対して音響エネルギーの明らかな増加が示されている。一例として、500〜1000HzにおいてAUCを計算することができる。いくつかの態様では、これにより組織沸騰の存在を表す閾値を割り当てることが可能になりうる。
【００４８】
図11に、本開示の一態様による連続加熱およびパルス加熱から生じるアコースティックエミッションと温度との関係を表すグラフ1100およびグラフ1102を示す。図示の態様では、グラフ1100は、金属物体が連続したAMFへの曝露によって直接加熱されたときに測定されたインプラント表面温度1104および1つまたは複数の音響シグネチャ1106を示している。図示の態様では、インプラント表面温度1104が80℃を超えると、音響シグネチャ1106は、100（この例では任意の単位）のAUCとして示される既定の閾値1108を超える。図示の態様では、グラフ1102は、金属物体がAMFパルスへの曝露によって直接加熱されたときに測定されたインプラント表面温度1110および1つまたは複数の音響シグネチャ1112を示している。いくつかの態様では、制御コンピュータ102は、インプラント表面温度を所望の温度、例えば約80℃前後の温度に維持しうる電力レベルおよびパルス幅を提供するようにプログラムされうる。この手法により、所望の処理期間にわたって比較的安定したインプラント表面温度1110が維持される結果となりうる。
【００４９】
図12に、本開示の一態様による温度制御加熱方法と沸騰制御加熱方法との温度差を表すグラフ1200および1202を示す。図示の態様では、グラフ1200は、AMF曝露を制御し、インプラント表面温度1204を所望の目標温度付近に維持するために使用できる1つまたは複数の温度センサが金属インプラントに埋め込まれた態様からの結果を示している。図示の例では、目標温度は約75℃であった。図示の態様では、グラフ1202は、インプラント表面での組織沸騰に関連した1つまたは複数のアコースティックエミッションの検出に基づいてAMF曝露を制御するために使用することができる1つまたは複数のアコースティック・エミッション・センサを有する態様からの結果を示している。1つまたは複数のアコースティックエミッションを検出すると、AMF曝露が再開される前に一定の遅延期間（例えば20秒）が実施されうる。この方法は、金属インプラントの表面全体にわたって比較的均一な平均温度1206を達成することができるが、グラフ1200に示されるよりもわずかに大きい時間的変動を伴う。図示の態様では、グラフ1200とグラフ1202両方に示されるAMF曝露に100Wの電力を使用し、金属インプラントは直径5mm、長さ10mmの金属ピンであった。
【００５０】
図13Aに、本開示の一態様による例示的なバイオフィルムに対するAMF連続加熱の持続時間の影響を表すグラフ1300を示す。図示の態様では、2つの異なる株の細菌性バイオフィルムを各々別の金属ワッシャ上で成長させた。対照バイオフィルムも同様の大きさのプラスチックワッシャ上で成長させた。次いで各ワッシャを様々な持続時間にわたって20Wの連続AMFに曝露し、各バイオフィルムと関連付けられる細菌数を数えた。グラフ1302およびグラフ1304には、ワッシャ上で成長させた2つの株のバイオフィルムについて曝露持続時間の関数としてのAMFの殺菌効果が示されている。グラフ1302は、ワッシャに適用されたAMF曝露持続時間の関数としてプロットされた金属ワッシャと対照プラスチックワッシャとに残留する細菌の緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa（PA01））の数を示している。同様に、グラフ1304は、金属ワッシャに適用されたAMF曝露持続時間の関数としてプロットされた細菌の黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus（JE2））の数を示している。例えば、グラフ1302では、金属ワッシャとプラスチックワッシャ上のPA01細菌数を、様々な時間間隔のAMF曝露で測定した。グラフ1302に示すように、曝露持続時間が1分を過ぎて増加するにつれて、金属ワッシャ上の細菌数の減少率の着実な増加が示された。またグラフ1302に示すように、2分のAMF曝露後には総細菌数の著しい減少も観察された。またグラフ1302に示すように、5〜7分の間の曝露時間では、金属ワッシャ上の細菌数の約5対数の減少が示された。金属ワッシャ上のJE2細菌について同様の効果がグラフ1304に示されている。計数アッセイの検出限界（LOD）は、各グラフに黒い破線1306、1308として示されている。しかしながら、グラフ1302に示すように、対照プラスチックワッシャ上の細菌数は本質的に初期値で一定のままであり、曝露持続時間全体を通して大きな増減はなかった。この結果は、金属ワッシャ上で達成された殺菌効果が連続AMFによる金属ワッシャの直接加熱によるものであることを確認するのに役立つ。
【００５１】
図13Bに、バイオフィルムのマトリックス成分に対するAMF曝露の効果、および結果として得られる例示的な抗生物質/抗菌剤に対する感受性を表すグラフ1300を示す。上述したように、本開示の態様によるAMF処理プロセスは、抗生物質/抗菌剤の有効性を高め、かつ/または抗生物質/抗菌剤が金属インプラントの表面のバイオフィルムを根絶させるのに必要な時間量を短縮するために、抗生物質/抗菌剤レジメンと併用することができる。グラフ1310に示す態様では、クリスタルバイオレット染色法を使用して、異なるAMF曝露時間についてバイオフィルムマトリックス成分の量を定量化した。この技術では、クリスタルバイオレット染色はバイオフィルムマトリックスに結合することができ、570nmの光学濃度として定量化することができる。この技術では、バイオフィルム中のマトリックス成分の量は、光学濃度が増加するにつれて増加する。グラフ1310に示すように、AMF曝露持続時間が増加するにつれて、PA01バイオフィルムマトリックスの用量依存的減少が達成された。さらに、バイオフィルムマトリックスの減少は、図13Aに示す細菌数の減少が実現されるずっと前に開始した。グラフ1310に示すように、細菌数は30秒間のAMF曝露後に約50％減少した。グラフ1310に示すように、細菌数は、1分のAMF曝露後にさらに約50％減少した。細菌数の減少は、AMF曝露持続時間が増加すると共に、約2.5分のAMF曝露後にLODに達するまで続いた。
【００５２】
同様の効果がグラフ1312に示す態様に示されている。グラフ1302と比較して、グラフ1312は、AMF曝露と抗生物質/抗菌剤とを併用すると、細菌数をより速く減少させることができることを示している。グラフ1302に示すように、細菌レベルは、5〜7分の間のAMF曝露時間でLOD1306に近づき、抗生物質/抗菌剤との併用処理なしで10〜15分の間のAMF曝露時間までに最終的にLOD1306に達した。グラフ1312に示す態様では、漸増濃度の抗生物質シプロフラキシン（ciproflaxin）を、それぞれ、AMF曝露なしのPA01バイオフィルムと3分のAMF曝露を受けたPA01バイオフィルムとを有する金属ワッシャに適用した。PA01バイオフィルムを抗生物質シプロフラキシンに対して感受性にする初期の3分のAMF曝露の能力は、シプロフラキシンの濃度の関数として示されている。グラフ1312に示すように、シプロフラキシンの濃度がLOD1314で0.5μg/mlに達する際に事前の3分のAMFパルスを受けたワッシャでは、細菌数の5logの減少が観察された。事前のAMF曝露を受けなかったワッシャでは、同じシプロフラキシン濃度でのバイオフィルムと関連付けられた細菌数への影響ははるかに少なかった。図示のように、この態様で使用したシプロフロキサシン（ciprofloxacin）の濃度は、この特定のバイオフィルムを初期のAMF曝露に予め曝露することなくこの特定のバイオフィルムを減少させるための治療的なものではない。このようにして、バイオフィルムに対する投薬の治療効果をより低い投与量で高めることができる。
【００５３】
図14Aに、本開示の一態様による異なる制御およびAMF連続加熱条件下での例示的なバイオフィルムの走査型電子顕微鏡で撮影された写真1400を示す。具体的には、写真1400は、細胞外高分子物質（EPS）とバイオフィルムの細菌の両方に対するAMF曝露の影響を示している。1402の列の写真は、PA01バイオフィルムで被覆された様々な金属ワッシャに対応しており、1404の列の写真は、JE2バイオフィルムで被覆された様々な金属ワッシャに対応している。1402の列と1404の列の写真は、それぞれ、図13Aに示すグラフ1302とグラフ1304に対応している。各列は、異なる持続時間の連続AMFへの曝露後の金属ワッシャの画像を含む。比較のために、バイオフィルムで被覆されていない裸/陰性のワッシャを写真1406、1408に示し、バイオフィルムで被覆されているがAMFに曝露されていない陽性の対照ワッシャを写真1410、1412に示す。写真1412から分かるように、バイオフィルムはEPS1414と細菌1416の両方を含む。写真1418、1420は、1分のAMF曝露後のバイオフィルムで被覆されたワッシャを示している。写真1418、1420に示されるように、いくつかの細菌がまだワッシャ表面に見えていても、EPSは大幅に減少している。写真1422、1424は、3分のAMF曝露後のバイオフィルムで被覆されたワッシャを示している。写真1418、1420に示されるように、EPSはほとんど見えず、細菌数は写真1418、1420に示される数から大幅に減少している。3分を超える曝露では、ワッシャ上に生きた細菌を見つけることは困難であり、EPS材料の散在する凝集体のみがワッシャ表面に見えた。写真1426、1428は、5分のAMF曝露後のバイオフィルムで被覆されたワッシャを示している。写真1426、1428に示されるように、EPSと細菌数はどちらも、写真1406、1408に示される裸のワッシャに匹敵するレベルを達成するようにさらに減少している。
【００５４】
図14Bに、本開示の一態様による異なる制御およびAMF連続加熱条件下での例示的なバイオフィルムの共焦点顕微鏡で撮影された写真1400を示す。図示の態様では、写真1400は、金属ワッシャをGFP‐PA01中で18時間培養することによって形成されたPA01バイオフィルムで被覆された金属ワッシャの図14Aの1402の列に示された写真に対応している。図14Bに示すように、AMF曝露の持続時間が増加するにつれて、ワッシャは、EPSバイオフィルムマトリックス1414の量および細菌1416の数の減少を示した。写真1410では、AMFに曝露される前に大量のEPSと多数の細菌の両方が見えている。写真1418では、示されている細菌の数は写真1410に示されているものと同様のままであるが、EPSの量は1分のAMF曝露後に大幅に減少している。写真1422では、EPSはほとんど見えず、細菌の数は、3分のAMF曝露後に写真1418に示されたものから大幅に減少している。写真1426では、5分のAMF曝露後のワッシャ表面にEFSおよび細菌を検出するのは困難であった。
【００５５】
図13A〜図14Bに示す態様では連続したAMFにのみ曝露したが、同様の結果が、前述したように連続したAMFパルスに曝露することによって達成されうる。本明細書で開示した結果に基づき、いくつかの態様を、所定の期間、パルス幅、パルス繰り返し周波数のうちの1つまたは複数について所定の電力レベルで外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを印加し、インプラントを取り囲む組織から発せられる1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応する1つまたは複数の外部音響センサデバイスからの1つまたは複数の信号を受信するように構成することができる。制御システムが、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに十分であることを示すアコースティックエミッションシグネチャを検出すると、制御システムは、バイオフィルムマトリックスおよび含有される細菌または他の微生物の数の低減および/または根絶において最適な効果を達成するために、外来性金属インプラントに1つまたは複数の抗生物質処理または抗菌処理を適用することができるという指示を有効にし、かつ/または提示することができる。いくつかの態様では、1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに不十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応している場合、システムは、外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを再印加するように構成されうる。いくつかの態様では、システムは、1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面の細菌数を低減させ、かつ/または根絶させるのに十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応していると判定するように構成されうる。
【００５６】
図15A〜15Cに、本開示の一態様による例示的な複数コイルAMF発信機1500の様々な図を示す。前述した図2に示す態様では、AMF発信機は、ソレノイドコイル206でありうる単一コイルを有しうる。しかしながら、ソレノイドコイル206はその内軸に沿って均一な磁界を印加することしかできない。図示の態様では、金属インプラントの発熱パターンは、印加磁界の方向とインプラントの形状とに依存する。金属インプラントの様々な部分は、磁界内でのインプラントの位置に応じて加熱されうる。したがって、磁界を回転させ、複数の方向に、かつ/または異なる時点で、インプラントに磁界を印加できることが望ましい可能性がある。図15A〜15Cに示す態様では、AMF発信機1500は、複数の方向に、かつ/または異なる時点で、外来性金属インプラントに磁界を印加できる複数コイル構成を含むことができる。
【００５７】
デカルト座標系を参照すると、図15A〜15Cに示す態様では、AMF発信機1500は、x方向の磁界を印加する少なくとも1つのxコイル1502と、y方向の磁界を印加する少なくとも1つのyコイル1504と、z方向の磁界を印加する少なくとも1つのzコイル1506とを含む。図示の態様では、xコイル1502、yコイル1504、およびzコイル1506は各々、下肢1510などの身体部分に含まれる金属インプラント1508の周囲で対向する対を形成する。図示の態様では、対向する対を形成する各コイルは互いに平行な平面内に配置されているが、他の適切な平面を使用することもできる。対向するxコイル1502、yコイル1504、およびzコイル1506の各対は、それぞれの間にそれぞれのデカルト方向の磁界を発生させうる。このようにして、3つの直交方向でインプラント1508に均一な磁界を印加することができる。前述したように待機期間を組み合わせてAMFパルスを印加することによって、AMF発信機1500は、3つの直交方向からの磁界の印加によって過熱を回避しながら、インプラント1508上でソレノイドコイル206によって印加される単一方向よりもより効率的な発熱分布を達成することができる。いくつかの態様では、AMFパルスを、3つすべての直交方向に同時に印加することができる。いくつかの態様では、AMFパルスを第1の直交方向に印加することができる。AMFパルスが第1の直交方向に印加されない待機期間中に、AMFパルスを、第1の直交方向とは異なる1つまたは複数の他の直交方向に印加することができる。
【００５８】
いくつかの態様では、長手方向軸1512の周囲の異なる位置でかつ/または異なる時間で3つの直交方向から磁界を印加するために、AMF発信機1500をインプラント1508の長手方向軸1512を中心に回転させることができる。図示の態様では、AMF発信機1500が長手方向軸1512を中心に回転する際に、zコイル1506の位置を一定に保ちながら、xコイル1502および/またはyコイル1504の位置をインプラント1508に対して変化させることができる。いくつかの態様では、AMF発信機1500は、さらに別の方向からAMFパルスを提供するために他の回転軸および/または追加の回転軸を中心に回転可能であってよい。いくつかの態様では、AMF発信機1500は、1つまたは複数の固定方向にAMFパルスを印加するために固定位置に保持することができ、インプラント1508の位置および/または患者の位置は、コイル1504、1506、1508の間で変化させるか、または回転させることができる。いくつかの態様では、1つまたは複数の強磁性材料が提供されうる。AMF発信機1500が1つまたは複数の方向にAMFパルスを印加する際に、1つまたは複数の強磁性材料は、インプラント1508の周囲で磁界を形成し、磁界分布を変更するためにインプラント1508および/または患者の周囲で移動されうる。これらの構成のうちの1つまたは複数を使用して印加されるAMFパルスの方向および/またはタイミングが変更されうる。
【００５９】
図示の態様では、xコイル1502、yコイル1504、およびzコイル1506の各々が、単一のハウジング内に設けられうる。しかしながら、他の複数の適切な構成が使用されてもよい。別の態様では、AMF発信機1500は、磁気共鳴画像法（MRI）用途に使用されるものと同様のバードケージコイルとして実施されうる。バードケージコイルの態様は、インプラント1508に円形または放射状の磁界を提供しうる。AMF発信機1500のいくつかの他の適切な態様は、放射状とデカルト直交両方の磁界を提供しうる。
【００６０】
図16に、本開示の一態様による、磁界が異なるデカルト方向から印加されるときの例示的な金属インプラントの発熱パターン800を示す。図示の態様では、例示的な300kHzのAMFパルスを空気環境によって囲まれた金属インプラントに印加した。構成1602では、金属インプラントをx方向の交番磁界に曝露した。構成1604では、金属インプラントをy方向の交番磁界に曝露した。構成1606では、金属インプラントをz方向の交番磁界に曝露した。図示の態様では、発熱目盛り1608は摂氏度で温度レベルの目盛りを表し、温度が上昇するにつれて濃淡が濃くなることを示している。図示の態様では、各金属インプラントを1秒のAMFパルスで加熱した。構成1602、1604、1606に示されるように、金属インプラントの異なる部分を、印加磁界の方向に基づいて高温まで加熱した。よって、構成1602、1604、1606は、印加磁界方向を変えることによってインプラント上の空間発熱パターンが変化しうることを示している。図15A〜15Cに示す態様などで、これらの異なる磁界方向を組み合わせることによって、かつ各AMFパルスの間に適切な遅延を組み込むことによって、インプラントのより均一な全体的な発熱を、単一主方向に印加された磁界のみを使用した場合と比較してより短時間で達成することができる。
【００６１】
上述した機能は、ウェブアプリケーションやモバイル機器アプリケーションなどの複数の種類のソフトウェアアプリケーションによって行われうることが理解されよう。ファームウェアおよび/またはソフトウェアで実施される場合、上述した機能は、非一時的なコンピュータ可読媒体上に1つまたは複数の命令またはコードとして格納されうる。例としては、データ構造で符号化された非一時的なコンピュータ可読媒体やコンピュータプログラムで符号化された非一時的コンピュータ可読媒体が挙げられる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、物理的コンピュータ記憶媒体を含む。物理記憶媒体は、コンピュータによってアクセスすることができる任意の利用可能な媒体であってよい。限定ではなく例として、そのような非一時的なコンピュータ可読媒体には、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMもしくは他の光ディスク記憶、磁気ディスク記憶もしくは他の磁気記憶、または所望のプログラムコードを命令もしくはデータ構造の形で格納するために使用でき、コンピュータによってアクセスできる任意の他の物理媒体が含まれうる。ディスク（disk）およびディスク（disc）には、コンパクトディスク（CD）、レーザディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク（DVD）、フロッピーディスク、およびブルーレイディスクが含まれる。一般に、ディスク（disk）はデータを磁気的に再生し、ディスク（disc）はデータを光学的に再生する。上記の組み合わせもまた、非一時的なコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれる。さらに、上述した機能は、カスタムVLSI回路やゲートアレイを含むハードウェア回路や、すべてが非一時的である、論理チップ、トランジスタ、その他のディスクリート部品などの既製の半導体といった、ソフトウェアではない専用のデバイスを介して達成されてもよい。さらに別の例には、すべてが非一時的である、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、プログラマブル・アレイ・ロジック、プログラマブル・ロジック・デバイスなどのプログラマブルハードウェアデバイスが含まれる。さらに別の例には、特定用途向け集積回路（ASIC）や超大規模集積（VLSI）回路が含まれる。実際、当業者であれば、前述の態様に従って論理演算を実行することができる任意の数の適切な構造を利用できよう。
【００６２】
以上の明細書および例は、例示的態様の構造および使用の完全な説明を提供している。以上では特定の態様についてある一定の程度の特定性で、または1つもしくは複数の個々の態様を参照して説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく開示の態様に対して多数の変更を加えることができるはずである。よって、開示の方法、装置、およびシステムの様々な例示的な態様は、開示された特定の形態に限定することを意図するものではない。そうではなく、それらは特許請求の範囲内に含まれるすべての改変形態および代替形態を含み、図示されたもの以外の態様が図示の態様の特徴の一部または全部を含んでいてもよい。例えば、構成要素は単一構造として結合されてもよく、かつ/または接続で置き換えられてもよい。さらに、適切な場合には、同等かまたは異なる特性を有し、同じかまたは異なる問題に対処する別の例を形成するために、上述した例のいずれかの局面が、記載のその他の例のいずれかの局面と組み合わされてもよい。同様に、上述した利点および優位点は1つの態様に関連する場合もあり、複数の態様に関連する場合もあることが理解されよう。
【００６３】
請求項は、ミーンズ・プラス・ファンクションまたはステップ・プラス・ファンクションの限定が、それぞれ、「〜する手段」または「〜するための工程」という（1つまたは複数の）句を使用して所与の請求項に明記されていない限り、そのような限定を含むことを意図されておらず、そのような限定を含むと解釈されるべきではない。
【図１】
2019524246.tif 000004
【図２】
2019524246.tif 000005
【図３】
2019524246.tif 000006
【図４】
2019524246.tif 000007
【図５】
2019524246.tif 000008
【図６】
2019524246.tif 000009
【図７】
2019524246.tif 000010
【図８】
2019524246.tif 000011
【図９】
2019524246.tif 000012
【図１０】
2019524246.tif 000013
【図１１−１】
2019524246.tif 000014
【図１１−２】
2019524246.tif 000015
【図１２】
2019524246.tif 000016
【図１３Ａ−１】
2019524246.tif 000017
【図１３Ａ−２】
2019524246.tif 000018
【図１３Ｂ−１】
2019524246.tif 000019
【図１３Ｂ−２】
2019524246.tif 000020
【図１４Ａ】
2019524246.tif 000021
【図１４Ｂ】
2019524246.tif 000022
【図１５Ａ】
2019524246.tif 000023
【図１５Ｂ】
2019524246.tif 000024
【図１５Ｃ】
2019524246.tif 000025
【図１６】
2019524246.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月11日(2019.4.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外来性金属インプラントに1つまたは複数の交番磁界（AMF）パルスを印加するように構成されているAMF発信機を含む、1つまたは複数の外部発信デバイスと；
1つまたは複数のセンサと；
1つまたは複数の外部発信デバイスが、所定の期間、所定のパルス幅、所定のパルス繰り返し周波数のうちの1つまたは複数について所定の電力レベルで外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを印加することを可能にし、
1つまたは複数のセンサから1つまたは複数の信号を受信する
ように構成されている、少なくとも1つのプロセッサを含む制御システムと
を含む、外来性金属インプラントの表面を処理するためのシステム。
【請求項２】
制御システムが、
前記1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに十分であることを示す
と判定するようにさらに構成されている、請求項1記載のシステム。
【請求項３】
制御システムが、
前記1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの加熱が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに十分であるが、外来性金属インプラントの周囲の組織への過度の損傷を回避することを示す
と判定するようにさらに構成されている、請求項1記載のシステム。
【請求項４】
前記1つまたは複数のセンサが、1つまたは複数の音響センサである、請求項2または3記載のシステム。
【請求項５】
前記1つまたは複数のセンサが、1つまたは複数の温度センサである、請求項2または3記載のシステム。
【請求項６】
前記1つまたは複数のセンサが、1つまたは複数の光センサである、請求項2または3記載のシステム。
【請求項７】
1つまたは複数のAMFパルスを印加した後に1つまたは複数の外部発信デバイスの所定の遅延期間にわたる停止を可能にするように、前記制御システムがさらに構成されている、請求項2〜6のいずれか一項記載のシステム。
【請求項８】
1つまたは複数の外部発信デバイスが所定の遅延期間の後に外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを再印加することを可能にするように、前記制御システムがさらに構成されている、請求項7記載のシステム。
【請求項９】
前記1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに不十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応している場合、1つまたは複数の外部発信デバイスが外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを再印加することを可能にするように、前記制御システムがさらに構成されている、請求項4記載のシステム。
【請求項１０】
バイオフィルムマトリックスが、外来性金属インプラントの表面の細胞外高分子物質（EPS）バイオフィルムマトリックスである、請求項2〜6のいずれか一項記載のシステム。
【請求項１１】
前記1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面の細菌数を低減させるのに十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応していると判定するように、前記制御システムがさらに構成されている、請求項4記載のシステム。
【請求項１２】
1つまたは複数の外部発信デバイスが、ソレノイドコイル、サドルコイル、パンケーキコイル、およびフェーズドアレイのうちの1つまたは複数である、請求項2〜6のいずれか一項記載のシステム。
【請求項１３】
特定の温度閾値まで加熱されると外来性金属インプラントに隣接した軟部組織から発せられる1つまたは複数の音波を検出するように、1つまたは複数の音響センサが構成されている、請求項4記載のシステム。
【請求項１４】
500Hz〜1000Hzの周波数を有する1つまたは複数の音波を検出するように、1つまたは複数の音響センサが構成されている、請求項4記載のシステム。
【請求項１５】
1つまたは複数の音響センサから温度と関連付けられた1つまたは複数の信号を受信し、かつ
外来性金属インプラントの表面を特定の期間にわたって所望の温度に維持するために、該温度と関連付けられた1つまたは複数の信号に基づいて1つまたは複数のAMFパルスの幅、周波数、および振幅のうちの少なくとも1つを調整する
ように、前記制御システムがさらに構成されている、請求項4記載のシステム。
【請求項１６】
1つまたは複数の温度センサが、外来性金属インプラントの表面に埋め込まれた1つまたは複数の内部温度センサを含む、請求項5記載のシステム。
【請求項１７】
1つまたは複数の内部温度センサから温度と関連付けられた1つまたは複数の信号を受信し、かつ
外来性金属インプラントの表面を特定の期間にわたって所望の温度に維持するために、該温度と関連付けられた1つまたは複数の信号に基づいて1つまたは複数のAMFパルスの幅を調整する
ように、前記制御システムがさらに構成されている、請求項16記載のシステム。
【請求項１８】
1つまたは複数の光センサが、外来性金属インプラントの表面に埋め込まれた1つまたは複数の熱ルミネッセンス材料から放出された光子を検出するように構成されている1つまたは複数の外部光受信デバイスを含み、
1つまたは複数の熱ルミネッセンス材料が、外来性金属インプラントの表面で所定の閾値より高い温度を感知すると光子を放出するように構成されている、
請求項6記載のシステム。
【請求項１９】
光子が検出される際の1つまたは複数の外部光受信デバイスからの1つまたは複数の信号を受信し、かつ
該1つまたは複数の外部光受信デバイスからの1つまたは複数の信号を受信すると1つまたは複数の外部発信デバイスの停止を可能にする
ように、前記制御システムがさらに構成されている、請求項18記載のシステム。
【請求項２０】
ハウジングと、
外来性金属インプラントに対して3つの直交する方向に1つまたは複数のAMFパルスを印加するように構成されている複数のAMF発信機であって、デカルト座標のx方向、y方向、およびz方向の各々において該金属インプラントの両側に位置する対として構成されている、複数のAMF発信機と
を含む、外来性金属インプラント処理装置。
【請求項２１】
対になっているAMF発信機の各々が相互に平行な面に位置する、請求項20記載の装置。
【請求項２２】
外来性金属インプラントの長手方向軸を中心として回転し、かつ長手方向軸の周囲の異なる位置で1つまたは複数のAMFパルスを印加する
ように、複数のAMF発信機対のうちの少なくとも1つが構成されている、請求項20記載の装置。
【請求項２３】
外来性金属インプラントの長手方向軸以外の1つまたは複数の回転軸を中心として回転し、かつ該1つまたは複数の回転軸の周囲の異なる位置で1つまたは複数のAMFパルスを印加する
ように、複数のAMF発信機対のうちの少なくとも1つが構成されている、請求項20記載の装置。
【請求項２４】
外来性金属インプラントに対して3つの直交する方向に同時に1つまたは複数のAMFパルスを印加するように、複数のAMF発信機が構成されている、請求項20記載の装置。
【請求項２５】
複数のAMF発信機対が、外来性金属インプラントの位置が複数のAMF発信機対の間で変化することが可能であるように構成された固定位置にある、請求項20記載の装置。
【請求項２６】
複数のAMF発信機対が、外来性金属インプラントが複数のAMF発信機対の間で回転することが可能であるように構成された固定位置にある、請求項20記載の装置。
【請求項２７】
外来性金属インプラントの周囲で移動可能であるように構成されている1つまたは複数の強磁性材料をさらに含む、請求項20記載の装置。
【請求項２８】
1つまたは複数のAMFパルスを形成しかつ外来性金属インプラントの周囲のAMF分布を変更するように、1つまたは複数の強磁性材料が構成されている、請求項27記載の装置。
【請求項２９】
少なくとも1つのプロセッサを含む制御システムによって、AMF発信機を含む1つまたは複数の外部発信デバイスが、所定の期間、所定のパルス幅、所定のパルス繰り返し周波数のうちの1つまたは複数について所定の電力レベルで外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを印加することを可能にする工程、
該制御システムによって、1つまたは複数のセンサから1つまたは複数の信号を受信する工程、および
該制御システムによって、該1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの加熱が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに十分であるが、外来性金属インプラントの周囲の組織への過度の損傷を回避することを示すと判定する工程
を含む、外来性金属インプラントを処理する方法。
【請求項３０】
前記1つまたは複数のセンサが、1つまたは複数の音響センサである、請求項29記載の方法。
【請求項３１】
前記1つまたは複数のセンサが、1つまたは複数の温度センサである、請求項29記載の方法。
【請求項３２】
前記1つまたは複数のセンサが、1つまたは複数の光センサである、請求項29記載の方法。
【請求項３３】
前記制御システムによって、1つまたは複数のAMFパルスを印加した後に1つまたは複数の外部発信デバイスの所定の遅延期間にわたる停止を可能にする工程
をさらに含む、請求項29〜32のいずれか一項記載の方法。
【請求項３４】
前記制御システムによって、1つまたは複数の外部発信デバイスが、所定の遅延期間の後に外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを再印加することを可能にする工程
をさらに含む、請求項33記載の方法。
【請求項３５】
前記1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに不十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応している場合、1つまたは複数の外部発信デバイスが外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを再印加することを可能にする工程
をさらに含む、請求項30記載の方法。
【請求項３６】
バイオフィルムマトリックスが、外来性金属インプラントの表面の細胞外高分子物質（EPS）バイオフィルムマトリックスである、請求項29〜32のいずれか一項記載の方法。
【請求項３７】
前記1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面の細菌数を低減させるのに十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応していると判定する工程
をさらに含む、請求項30記載の方法。
【請求項３８】
前記制御システムによって、1つまたは複数の音響センサから温度と関連付けられた1つまたは複数の信号を受信する工程、ならびに
前記制御システムによって、外来性金属インプラントの表面を特定の期間にわたって所望の温度に維持するために、該1つまたは複数の信号に基づく1つまたは複数のAMFパルスの幅、周波数、および振幅のうちの少なくとも1つの調整を可能にする工程
をさらに含む、請求項30記載の方法。
【請求項３９】
1つまたは複数の温度センサが、外来性金属インプラントの表面に埋め込まれた1つまたは複数の内部温度センサを含む、請求項31記載の方法。
【請求項４０】
前記制御システムによって、1つまたは複数の内部温度センサから温度と関連付けられた1つまたは複数の信号を受信する工程、および
前記制御システムによって、外来性金属インプラントの表面を特定の期間にわたって所望の温度に維持するために、該温度と関連付けられた1つまたは複数の信号に基づく1つまたは複数のAMFパルスの幅の調整を可能にする工程
をさらに含む、請求項39記載の方法。
【請求項４１】
1つまたは複数の光センサが、外来性金属インプラントの表面に埋め込まれた1つまたは複数の熱ルミネッセンス材料から放出された光子を検出する1つまたは複数の外部光受信デバイスを含み、
1つまたは複数の熱ルミネッセンス材料が、外来性金属インプラントの表面で所定の閾値より高い温度を感知すると光子を放出するように構成されている、
請求項32記載の方法。
【請求項４２】
前記制御システムによって、1つまたは複数の外部光受信デバイスが光子を検出することを可能にする工程、
前記制御システムによって、光子が検出される際の1つまたは複数の外部光受信デバイスからの1つまたは複数の信号を受信する工程、および
前記制御システムによって、該1つまたは複数の外部光受信デバイスからの1つまたは複数の信号を受信すると1つまたは複数の外部発信デバイスの停止を可能にする工程
をさらに含む、請求項41記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
[本発明1001]
外来性金属インプラントに1つまたは複数の交番磁界（AMF）パルスを印加するように構成されているAMF発信機を含む、1つまたは複数の外部発信デバイスと；
外来性金属インプラントの近傍に位置する組織から1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャを受け取るように構成されている、1つまたは複数の外部音響センサデバイスと；
1つまたは複数の外部発信デバイスが、所定の期間、所定のパルス幅、所定のパルス繰り返し周波数のうちの1つまたは複数について所定の電力レベルで外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを印加することを可能にし、
1つまたは複数の外部音響センサデバイスから1つまたは複数の信号を受信し、
外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに、1つまたは複数の信号が対応していると判定し、かつ
外来性金属インプラントへの1つまたは複数の抗生物質処理または抗菌処理の適用を可能にする
ように構成されている少なくとも1つのプロセッサを含む、制御システムと
を含む、外来性金属インプラントの表面を処理するためのシステム。
[本発明1002]
1つまたは複数のAMFパルスを印加した後に1つまたは複数の外部発信デバイスの所定の遅延期間にわたる停止を可能にするように、前記制御システムがさらに構成されている、本発明1001のシステム。
[本発明1003]
1つまたは複数の外部発信デバイスが所定の遅延期間の後に外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを再印加することを可能にするように、前記制御システムがさらに構成されている、本発明1002のシステム。
[本発明1004]
前記1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに不十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応している場合、1つまたは複数の外部発信デバイスが外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを再印加することを可能にするように、前記制御システムがさらに構成されている、本発明1001のシステム。
[本発明1005]
バイオフィルムマトリックスが、外来性金属インプラントの表面の細胞外高分子物質（EPS）バイオフィルムマトリックスである、本発明1001のシステム。
[本発明1006]
1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面の細菌数を低減させるのに十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応していると判定するように、前記制御システムがさらに構成されている、本発明1001のシステム。
[本発明1007]
1つまたは複数の外部発信デバイスが、ソレノイドコイル、サドルコイル、パンケーキコイル、およびフェーズドアレイのうちの1つまたは複数である、本発明1001のシステム。
[本発明1008]
特定の温度閾値まで加熱されると外来性金属インプラントに隣接した軟部組織から発せられる1つまたは複数の音波を検出するように、1つまたは複数の外部音響センサデバイスがさらに構成されている、本発明1001のシステム。
[本発明1009]
500Hz〜1000Hzの周波数を有する1つまたは複数の音波を検出するように、1つまたは複数の外部音響センサデバイスがさらに構成されている、本発明1001のシステム。
[本発明1010]
1つまたは複数の外部音響センサデバイスから温度と関連付けられた1つまたは複数の信号を受信し、かつ
外来性金属インプラントの表面を特定の期間にわたって所望の温度に維持するために、1つまたは複数の信号に基づいて1つまたは複数のAMFパルスの幅、周波数、および振幅のうちの少なくとも1つを調整する
ように、前記制御システムがさらに構成されている、本発明1001のシステム。
[本発明1011]
外来性金属インプラントの表面に埋め込まれた1つまたは複数の内部温度センサであって、外来性金属インプラントの表面の温度を測定しかつ1つまたは複数の出力信号を出力するように構成されている、1つまたは複数の内部温度センサ
をさらに含む、本発明1001のシステム。
[本発明1012]
1つまたは複数の内部温度センサから温度と関連付けられた1つまたは複数の信号を受信し、かつ
外来性金属インプラントの表面を特定の期間にわたって所望の温度に維持するために、1つまたは複数の信号に基づいて1つまたは複数のAMFパルスの幅を調整する
ように、前記制御システムがさらに構成されている、本発明1011のシステム。
[本発明1013]
外来性金属インプラントの表面に埋め込まれた1つまたは複数の熱ルミネッセンス材料から放出された光子を検出するように構成されている1つまたは複数の外部光受信デバイスをさらに含み、
1つまたは複数の熱ルミネッセンス材料が、外来性金属インプラントの表面で所定の閾値より高い温度を感知すると光子を放出するように構成されている、
本発明1001のシステム。
[本発明1014]
光子が検出される際の1つまたは複数の外部光受信デバイスからの1つまたは複数の信号を受信し、かつ
1つまたは複数の信号を受信すると1つまたは複数の外部発信デバイスの停止を可能にする
ように、前記制御システムがさらに構成されている、本発明1013のシステム。
[本発明1015]
ハウジングと、
外来性金属インプラントに対して3つの直交する方向に1つまたは複数のAMFパルスを印加するように構成されている複数のAMF発信機であって、デカルト座標のx方向、y方向、およびz方向の各々において該金属インプラントの両側に位置する対として構成されている、複数のAMF発信機と
を含む、外来性金属インプラント処理装置。
[本発明1016]
対になっているAMF発信機の各々が相互に平行な面に位置する、本発明1015の装置。
[本発明1017]
外来性金属インプラントの長手方向軸を中心として回転し、かつ長手方向軸の周囲の異なる位置で1つまたは複数のAMFパルスを印加する
ように、複数のAMF発信機対のうちの少なくとも1つが構成されている、本発明1015の装置。
[本発明1018]
外来性金属インプラントの長手方向軸以外の1つまたは複数の回転軸を中心として回転し、かつ該1つまたは複数の回転軸の周囲の異なる位置で1つまたは複数のAMFパルスを印加する
ように、複数のAMF発信機対のうちの少なくとも1つが構成されている、本発明1015の装置。
[本発明1019]
外来性金属インプラントに対して3つの直交する方向に同時に1つまたは複数のAMFパルスを印加するように、複数のAMF発信機が構成されている、本発明1015の装置。
[本発明1020]
複数のAMF発信機対が、外来性金属インプラントの位置が複数のAMF発信機対の間で変化することが可能であるように構成された固定位置にある、本発明1015の装置。
[本発明1021]
複数のAMF発信機対が、外来性金属インプラントが複数のAMF発信機対の間で回転することが可能であるように構成された固定位置にある、本発明1015の装置。
[本発明1022]
外来性金属インプラントの周囲で移動可能であるように構成されている1つまたは複数の強磁性材料をさらに含む、本発明1015の装置。
[本発明1023]
1つまたは複数のAMFパルスを形成しかつ外来性金属インプラントの周囲のAMF分布を変更するように、1つまたは複数の強磁性材料が構成されている、本発明1022の装置。
[本発明1024]
少なくとも1つのプロセッサを含む制御システムによって、AMF発信機を含む1つまたは複数の外部発信デバイスが、所定の期間、パルス幅、パルス繰り返し周波数のうちの1つまたは複数について所定の電力レベルで外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを印加することを可能にする工程、
該制御システムによって、外来性金属インプラントの近傍に位置する組織から1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャを受け取るように構成されている1つまたは複数の外部音響センサデバイスから1つまたは複数の信号を受信する工程、
該制御システムによって、1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応していると判定する工程、および
外来性金属インプラントへの1つまたは複数の抗生物質処理または抗菌処理の適用を可能にする工程
を含む、外来性金属インプラント上の細菌性バイオフィルムを処理および防止する方法。
[本発明1025]
前記制御システムによって、1つまたは複数のAMFパルスを印加した後に1つまたは複数の外部発信デバイスの所定の遅延期間にわたる停止を可能にする工程
をさらに含む、本発明1024の方法。
[本発明1026]
前記制御システムによって、1つまたは複数の外部発信デバイスが、所定の遅延期間の後に外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを再印加することを可能にする工程
をさらに含む、本発明1025の方法。
[本発明1027]
1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面のバイオフィルムマトリックスを破壊するのに不十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応している場合、1つまたは複数の外部発信デバイスが外来性金属インプラントに1つまたは複数のAMFパルスを再印加することを可能にする工程
をさらに含む、本発明1024の方法。
[本発明1028]
バイオフィルムマトリックスが、外来性金属インプラントの表面の細胞外高分子物質（EPS）バイオフィルムマトリックスである、本発明1024の方法。
[本発明1029]
1つまたは複数の信号が、外来性金属インプラントの温度が外来性金属インプラントの表面の細菌数を低減させるのに十分であることを示す1つまたは複数のアコースティックエミッションシグネチャに対応していると判定する工程
をさらに含む、本発明1024の方法。
[本発明1030]
前記制御システムによって、1つまたは複数の外部音響センサデバイスから温度と関連付けられた1つまたは複数の信号を受信する工程、ならびに
前記制御システムによって、外来性金属インプラントの表面を特定の期間にわたって所望の温度に維持するために、1つまたは複数の信号に基づく1つまたは複数のAMFパルスの幅、周波数、および振幅のうちの少なくとも1つの調整を可能にする工程
をさらに含む、本発明1024の方法。
[本発明1031]
前記制御システムによって、外来性金属インプラントの表面に埋め込まれた1つまたは複数の内部温度センサが、外来性金属インプラントの表面の温度を測定しかつ1つまたは複数の出力信号を出力することを可能にする工程
をさらに含む、本発明1024の方法。
[本発明1032]
前記制御システムによって、1つまたは複数の内部温度センサから温度と関連付けられた1つまたは複数の信号を受信する工程、および
前記制御システムによって、外来性金属インプラントの表面を特定の期間にわたって所望の温度に維持するために、1つまたは複数の信号に基づく1つまたは複数のAMFパルスの幅の調整を可能にする工程
をさらに含む、本発明1031の方法。
[本発明1033]
前記制御システムによって、1つまたは複数の外部光受信デバイスが、外来性金属インプラントの表面に埋め込まれた1つまたは複数の熱ルミネッセンス材料から放出された光子を検出することを可能にする工程をさらに含み、
1つまたは複数の熱ルミネッセンス材料が、外来性金属インプラントの表面で所定の閾値より高い温度を感知すると光子を放出するように構成されている、
本発明1024の方法。
[本発明1034]
前記制御システムによって、1つまたは複数の外部光受信デバイスが光子を検出することを可能にする工程、
前記制御システムによって、光子が検出される際の1つまたは複数の外部光受信デバイスからの1つまたは複数の信号を受信する工程、および
前記制御システムによって、1つまたは複数の信号を受信すると1つまたは複数の外部発信デバイスの停止を可能にする工程
をさらに含む、本発明1033の方法。
以上では、以下の詳細な説明がよりよく理解されうるように、本発明の態様のいくつかの特徴および技術的利点について大まかに概説した。以下でさらなる特徴および利点について説明する。開示の概念および特定の態様は、同じかまたは類似した目的を実行するための改変および/または他の構造の利用の基礎として容易に利用されうることが、当業者には理解されるはずである。そのような均等な構成は添付の特許請求の範囲に記載されている本発明の趣旨および範囲から逸脱しないことも当業者には理解されるはずである。以下の説明を添付の図面と併せて考察すればさらなる特徴がよりよく理解されるであろう。しかしながら、各図は例示および説明を目的として提供されているにすぎず、本発明を限定するためのものではないことを明確に理解されたい。
【国際調査報告】
2019524246.tif 000027