切割器官組織的電子解剖刀的製作方法
2023-09-21 23:00:05
專利名稱：切割器官組織的電子解剖刀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種適於外科應用的切割器官組織的電子解剖刀(scalpel)。
更具體地，正如將在下文中進一步指出的，本發明涉及一種適於將電功率以及從而的能量傳輸給操縱器(manipulator)的電子解剖刀，該能量適於破壞形成待切割的器官組織的分子的鍵合(bond)而不明顯增加相鄰組織的溫度。
歐洲專利EP 1087691公開了一種以4MHz頻率工作的電子解剖刀，它特別適於避免對靠近待切割區域的細胞的壞死影響。
根據公開的所述專利，在操縱器處可用的波形沒有諧波，因為該波信號是從在諧振負載上閉合的射頻電路中得到的，該諧振負載實質上包含一個或多個MOSFET的渦流(eddy)電容和射頻變壓器的電感。對使用這種電子解剖刀進行切割而實施的測試仍然突出的是，由於細胞加熱而在該切口附近出現一些壞死細胞。
另外進行的研究強調，當被傳輸以破壞這些細胞分子鍵的能量基本上等於使所述分子鍵結合在一起的能量時，經受切割手術的細胞不易遭受壞死惡化。
事實上無論何時把能量傳輸給細胞組織，這都使組織分子振動，並且動能的增加被轉換成所述組織的溫度的升高。
當細胞溫度達到50℃左右或更高時，細胞壞死並死亡。
因此極為重要的是以這種方式進行手術，即電子解剖刀進行切割手術而不在周圍組織中產生熱。
如上所指出的，若且唯若被傳輸給組織分子的能量等於分子鍵合能量時才不發生溫度升高的現象。
實際上在這種情況下，傳輸的能量並不用來提高分子的動能，而只是破壞使分子互相結合的鍵。
另一方面，形成應該在其上實施外科切割的一種器官組織的分子不完全具有相同的性質，並且因此它們中的一些甚至更少的數量的特徵在於具有不同於主要組織分子的鍵合能量。
本發明的主要目的是提出一種調整用來發送波形到電子解剖刀的操縱器的設備的方法，並提供這樣一種電子解剖刀，該電子解剖刀把通常等於組織的不同分子的鍵合能量的能量傳輸給組織。因此目的是獲得使經受切割手術的組織的分子不易遭受這種損害接近切割點的細胞的功能的加熱。
另一個目的是儘可能多地限制與組織切割手術相聯繫的出血現象。
又一個目的是儘可能多地減少組織水腫、形成蟹足腫的可能和手術後病痛。
將在下文進一步強調的以上目的和其它目的是通過根據包括下述的類型的主權利要求的內容的本發明的電子解剖刀達到的-切割器官組織的操縱器；-由電源電壓(mains voltage)供電以將整流和直流電壓饋給射頻電路的整流電路；-包括至少一個電子開關的射頻電路，該電子開關由所述整流和直流電壓供電並由發射預定振幅和頻率的通常為矩形(square)的電流波的導頻電路(pilot circuit)控制；-至少一個與具有待切割的器官組織的人體相連的電極，其中所述解剖刀的特徵在於，所述電路是適於將因存在多個諧波而失真的正弦電壓傳輸給操縱器的寬通帶諧振電路。
本發明還涉及調整在以上所述類型的電子解剖刀的操縱器處可用的功率的方法，其特徵在於對所述操縱器施加具有這樣一種功率的波形，即由傳輸給操縱器的諧振頻率的波形和諧波引起的能量等於破壞形成待切割組織的分子的鍵合所需的能量和。
根據本發明，有利的是，在操縱器處存在的至少屬於二次和三次的(即使被衰減)多個諧波允許除了基波的能量外還提供不同數量和質量的能量以便給待切割的組織的各種分子，對每一種分子提供一種等於鍵合能量的不同能量。
顯然以這種方式，通過為每個分子提供它自己的鍵合能量破壞了使分子互相結合的鍵，而不引起由加熱造成的分子退化(degradation)並且因此避免組織分子受到大量的加熱。
實際上，細胞溫度保持在50℃以下，從而使它們功能保持不變。
從該分子和因而細胞的加熱的絕對限制產生的優點包括許多非常有趣和意想不到的益處。
根據本發明的電子解剖刀的實際使用，除了避免接近切口的細胞的壞死外，還獲得了非常迅速的恢復、沒有問題的組織重新縫合、患者的疼痛驚人地低於正常痛閾、降低出血以及所有手術後病痛的顯著減少。
此外，當在接近神經或神經末梢實施手術時沒有觀察到刺激。
利用這種只提供組織分子的鍵合能量到切割區域並從而到待切割組織的方法，觀察到有可能獲得非常快速的高質量活組織檢查，因為沒有損壞採集的樣本並且因此進行的分析是完全可靠的。
在由本發明的電子解剖刀執行的動作中所涉及的組織的溫度總是保持在50℃以下，該溫度被認為是極限溫度，在該溫度以下細胞不會壞死。
本發明另外的特性和特徵將在後面對本發明的特定實施例的描述中進一步強調，所述實施例作為說明性而不是限制性的例子給出，並顯示在附圖中，其中-
圖1是本發明的電子解剖刀的框圖；-圖2是圖1的電子解剖刀的射頻電路的詳細圖示；以及-圖3顯示電子解剖刀的操縱器可用的涉及各種頻率的功率的波形。
現在參考附圖的圖以及更具體地參考圖1，可以看到電子解剖刀的電路是由電源電壓供電的，並且配備有一個輸入濾波器10以作為防護存在於市電電源(mains)上或可從電子解剖刀進入市電電源的可能的射頻噪聲。
該電路還配備有用11表示的變壓器，該變壓器的輸入是例如230V的電壓101，並具有降低到大約140或160V的電壓輸出102。
該電壓進入整流電路20，該整流電路是具有雙半波的常規整流二極體電路，用於將交變電流轉換成脈動整流電流，然後將脈動整流電流濾波以使在輸出端處具有相當高的例如220V的直流電壓201，從而構成射頻電路30的饋給。
根據本發明的執行實施例，取代變壓器11和具有濾波器20a的整流電路，可使用穩定轉換的AC/DC轉換器，或與帶有在輸出端具有穩定轉換DC/DC轉換器的濾波器的整流電路相連接的變壓器。
在任何情況下，從這些整流電路輸出的電壓201應該是直流且穩定的，並具有一個優選例如在50V與200V之間包含的預先固定值，其中所選擇的電壓值取決於操作設備的使用。
可選地，為了該設備相同目的的使用，電壓對於不同的功能可以是不同的。
例如，對於解剖刀的雙極功能或在相同設備上存在的其單極功能，饋電電壓可以來自具有兩個不同電壓值的兩根饋電線(feeder)。
在圖2中進一步顯示了該射頻電路。
在該例中的電路使用兩個電子開關MOSFET。
然而，如果電子解剖刀需要更高的切割功率，則可以使用3個或更多個MOSFET元件。
每個MOSFET 305由通過電壓302供電的導頻電路306進行控制，該電壓302是由在圖中未示出的已知類型的直流電壓穩定電源提供的，其中有可能調整輸出電壓以獲得較好的效率，所述輸出電壓也可以是開關類型的。
導頻電路306也通過尤其包括微處理器314的電流控制器310進行調整。
更具體地，射頻電路30提供每個MOSFET 305充當一個開關，該開關斷開來自整流電路20的輸出電壓201並被施加到每個MOSFET的集電極的直流電流。
每個導頻電路306發出驅動每個MOSFET基極的單向脈動非交變矩形波304。
通過具有4MHz振蕩頻率的石英振蕩器311使導頻電路306的頻率保持恆定，該石英振蕩器311被連接到緩衝器313。
通過電路或特定電子設備(象例如頻率合成器)也可以得到4MHz的基本振蕩頻率以及還有更高的頻率。
MOSFET 305的控制通過具有等於石英的振蕩頻率或者適當的電路或設備的振蕩頻率的振蕩頻率的信號進行，所述振蕩頻率在本例的情況中是4MHz。
MOSFET 305在閉合時中斷支路(leg)301上的電流，而在打開時允許電流流到支路301。
在301處電流波形的寬度取決於連接到導頻電路306的信號302的調整。
由電位計303或例如由觸控螢幕類型的調整器實施的在302處信號的調整允許選擇輸出波的寬度以便根據將要進行的手術獲得電子解剖刀的操縱器41所預定的功率。
下表顯示了根據外科幹預(intervention)領域在切割手術中使用本發明解剖刀在一些應用領域中使用的最大功率。
表1
從表1可以看到，使用的最大功率可以從用於小的皮膚科幹預的50瓦一直到通常在泌尿科領域應用的最大200瓦的範圍。
為了獲得與該例中描述的不同的功率調整方法，對於通過改變控制功率MOSFET柵極的驅動器的饋電電壓302來進行的功率調整，可以使用一直為直流且穩定(通過AC/DC轉換器或通過DC/DC轉換器)但可變的例如從0V到200V的電壓201，同時使電壓302保持穩定。
另一種可能是使用可變的例如從0V到200V的直流和穩定的電壓201以及也是可變的電壓302來獲得在這種情況下的混合型功率調整。
因此，射頻電路的輸出信號是具有由功率調整器303調整的寬度的4MHz頻率的電流脈動波301，該功率調整器303改變電壓302。
由於射頻電路30的輸出被連接到射頻變壓器40的初級線圈，所以循環電流301是流經4MHz頻率的諧振電路形成的，其中諧振電路的電容和電感是由MOSFET 305的渦流電容和可忽略電抗的電容307給出的，但分別作為電壓201的直流元件鎖(lock)和變壓器40的初級電路的電感。
根據本發明，諧振電路屬於寬通帶類型，以便通過相對於信號301即使衰減的載波的至少二次和三次諧波。
優選的是希望信號301具有至少二次、三次和四次諧波。
為了得到寬通帶諧振電路，在圖2的實施例中使用高頻變壓器，該變壓器的次級電路的匝數等於或大於初級電路的匝數。這樣，得到了大於4MHz的諧波以降低和特定方式的用量(dosage)，並且作為該類解剖刀或控制其設備的結果，它根據不同的外科使用領域而改變。
如所知，對於諧振電路，諧振係數Q由以下公式給出Q＝ωCRRE＝2fCRRE＝其中f是諧振頻率，CR是諧振電路的電容，RE是在對次級電路施加負載時初級電路的等效電阻，所述負載包括例如將利用電子解剖刀進行手術的患者身體。
由於等效電阻可以由以下公式表示RE=RC(N1N2)2]]>其中RC是負載電阻，以及N1和N2分別是初級線圈和次級線圈的匝數，所以可以看到諧振係數Q可由以下公式表示 該公式指出當次級線圈的匝數相對於初級線圈的匝數增加時，諧振係數減少。
諧振係數也可以由以下公式表示Q=FRB]]>
其中FR是諧振頻率，以及B是通帶。
在本發明的情況下，當需要加寬4MHz的通帶到8MHz、12MHz和16MHz時，在諧振電路中以適當的匝數插入變壓器以使諧振係數小於1，優選在0.6和0.7之間。
利用諧振電路的寬通帶的這些特性，在401處的變壓器的次級電流信號採用圖3所示的形式。
查看圖3的波形，可以看到在4、8、12和16MHz處存在有趣的並被傳遞到具有上述作用的解剖刀操縱器的功率峰值。
可以看到一旦設置了功率調整器303，則信號401的電流通過來自設置在MOSFET 305後的電流傳感器308的電流控制進行控制。
來自電流傳感器308的電壓信號309通過由微處理器314控制的快速比較器來驅動電流控制310，以限制連同在MOSFET的導頻電路上的信號312一起或供給電壓201一起起作用的最大電流401。
電流控制器310可以是電路或特定電子設備，或者控制整個系統的相同的微處理器314。
也可以通過控制整個系統的微處理器314進行電流控制，而不用快速比較器。
在低阻抗的情況下，由於電流將升到非常高的值，所以在該電路中存在由電感402構成的限流器，該限流器限制到操縱器的電流並阻止電路超過最大容許電流值。
通過在操縱器41和板電極42這兩個電極之間的患者的電阻負載來閉合電路。
優選地將板42由輕絕緣層來覆蓋以避免板燒傷患者，這是電子解剖刀的特徵。
可以看到由操縱器41和板42組成的電極裝置可以採取具有雙極型動作的鉗(pincer)的不同形式。
對於用於調整本發明的電子解剖刀的調整方法，通過選擇與存在的諧波一起的合適諧振頻率(在本發明中為4MHz)的脈衝波，從而得到傳遞到由解剖刀切割的細胞的能量的用量。
此外，電子解剖刀的操縱器可用的輸出功率的用量允許提供適合於將實施本發明的性質的功率。
作為所述類型的用量的結果，獲得的益處主要是沒有組織壞死並具有減少的蟹足腫的冷切割、具有較少出血以及在手術後階段問題較少的無菌切割。
此外，還在手術後階段極大地減少了患者感覺的疼痛，並從而減少了手術後在醫院的停留時間。
還有可能進行活組織檢查而不會有任何相關的壞死。
必須注意到，手術時間也降到最小。
也可以對具有起搏器的患者使用本發明的解剖刀，因為對於所述解剖刀選擇的頻率不會干擾起搏器的工作。
結果，患者手術的費用得到了極大的降低。
權利要求
1.一種調整電子解剖刀的操縱器的可用的功率以使所述操縱器適於進行器官組織的切割的方法，所述電子解剖刀屬於包括下述的類型-至少一個電源電壓的整流電路，其將整流和直流電壓提供給-至少一個射頻電路，其適於發出作為輸出的具有基本上恆定頻率的電流信號，以用於通過射頻變壓器饋給所述操縱器，所述射頻電路包括-至少一個由配備有振蕩器的電路控制的電子開關，其特徵在於，對所述操縱器施加具有這樣一種功率的波形，即由傳輸給操縱器的諧振頻率的波形和諧波引起的能量基本上等於破壞構成待切割組織的分子的鍵合所需的能量和。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，對所述操縱器施加失真的正弦波形。
3.一種實施權利要求1所述的方法的電子解剖刀，包括-切割器官組織的操縱器(41)和至少一個閉合電路的電極；-由電源電壓供電的整流電路(20)，其將整流和直流電壓(201)提供給射頻電路(30)；-包括至少一個電子開關(305)的射頻電路(30)，該電子開關(305)由所述整流和直流電壓(201)供電並由發射預定振幅和頻率的通常為矩形電流波的導頻電路(306)控制，所述射頻電路具有由電流脈動波構成的輸出，所述電流脈動波在諧振電路中循環以饋給所述操縱器，其特徵在於，所述諧振電路是寬通帶電路，其適於將因存在至少二次和三次諧波而產生的失真的正弦電壓傳輸給操縱器，以及特徵在於，所述操縱器將波形提供給組織，該波形的頻率提供的能量基本上等於斷開屬於待切割組織的分子的鍵合所需的能量和。
4.根據權利要求3所述的電子解剖刀，其特徵在於，所述諧振電路至少包括所述電子開關(305)的寄生電容和射頻變壓器(40)的初級電路的電感。
5.根據權利要求3所述的電子解剖刀，其特徵在於，操縱器(41)的波形振幅藉助於改變導頻電路(306)的電壓(302)的調整器(303)是可變的。
6.根據權利要求3所述的電子解剖刀，其特徵在於，操縱器(41)的波形振幅通過對饋給所述射頻電路(30)的整流和直流電壓(201)的改變並使饋給所述至少一個電子開關(305)的導頻電路(306)的電壓(302)保持恆定而是可變的。
7.根據權利要求3所述的電子解剖刀，其特徵在於，操縱器(41)的波形振幅通過饋給所述射頻電路(30)的整流和直流電壓(201)的改變以及藉助於改變導頻電路(306)的電壓(302)的調整器(303)而是可變的。
8.根據權利要求3所述的電子解剖刀，其特徵在於，射頻電路(30)發出4MHz頻率的通常的矩形波。
9.根據權利要求8所述的電子解剖刀，其特徵在於，所述諧振電路(30)將矩形波轉換成失真的正弦波。
10.根據權利要求3所述的電子解剖刀，其特徵在於，所述至少一個電子開關(305)是MOSFET元件。
11.根據權利要求3所述的電子解剖刀，其特徵在於，操縱器處的電壓具有二次、三次和四次諧波。
12.根據權利要求3所述的電子解剖刀，其特徵在於，射頻變壓器(40)的次級線圈的匝數(N2)等於或大於初級線圈的匝數(N1)，以使諧振電路的諧振係數(Q)小於1。
13.根據權利要求12所述的電子解剖刀，其特徵在於，諧振電路的諧振係數在0.6與0.7之間。
14.根據權利要求3所述的電子解剖刀，其特徵在於，通過石英振蕩器(311)將所述至少一個電子開關(305)的所述導頻電路(306)的頻率保持恆定。
15.根據權利要求3所述的電子解剖刀，其特徵在於，通過頻率合成器將所述至少一個電子開關(305)的所述導頻電路(306)的頻率保持恆定。
全文摘要
本發明涉及一種調整電子解剖刀的操縱器可用的功率以使所述操縱器適於進行器官組織的切割手術的方法，這種類型的所述解剖刀包括提供整流和直流電壓給至少一個射頻電路的至少一個電源電壓的整流電路，該射頻電路適於以基本上恆定的頻率發出電流信號的輸出，所述電流信號通過射頻變壓器饋給所述操縱器，所述射頻電路包括至少一個由配備有振蕩器的電路控制的電子開關，其中所述方法包括對所述操縱器施加具有這樣一種功率的波形，即由傳輸給操縱器的諧振頻率的波形和諧波引起的能量基本上等於破壞待切割組織的分子的鍵合所需的能量和。本發明還涉及一種實施所述方法的電子解剖刀。
文檔編號A61B18/12GK1798530SQ200480015540
公開日2006年7月5日 申請日期2004年6月3日 優先權日2003年6月6日
發明者G·波扎託 申請人:特利亞電子工程股份有限公司