具有改良切開的電外科設備的製作方法
2023-05-31 04:09:31
專利名稱：具有改良切開的電外科設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電外科設備,其特別地包括用於以電力(electrical power)供應外科工具的設備。
背景技術：
電外科設備或系統已經使用了相當長時間。例如，EP1053720A1公開了一種電外科系統，包含外科工具及設備，該設備提供外科工具HF功率。HF發生器，其遞送(deliver)相應的HF電壓，用於該目的。該發生器以快速序列被接通及斷開來調節電極處轉換的功率，其中可能通過設定佔空比實現功率調節。這特別旨在用於防止電極過熱。
為了確定電極溫度，建議針對直流分量研究電極上的電壓使得如果電極變得太熱，可探測到熱離子效應，即與溫度有關的電子發射。所連接的處理器建立這個並且調節HF電壓的佔空比以帶來功率中期望的減少。本發明在此用於避免對電極的損傷。另外例如由US2009/0209956A1已知，如何對電外科設備監測電極電流的波峰因數以推斷電極是否處於切開(incision)或切割(cutting)模式。在切開模式中，電極被可傳導離子的水例如NaCl溶液環繞。其承載相對高的電流。這導致在電極上產生蒸汽泡，其中隨後產生等離子放電。這一旦發生，流動電流的波峰因數發生明顯改變。波峰因數的改變被識別並被評估用於對該設備的進一步控制。已發現特別是從切開到切割/消融階段的轉換可能是危險的。包圍電極的水非常快速地蒸發，使得在切開階段需要並實際上向電極供應的功率必須快速降低。如果這沒有發生，那麼可能會有過多的功率供應在開始等離子放電中，導致不希望的效果。另一方面，在切開階段必須以高功率工作進而帶來蒸汽泡及等離子放電的可靠發生。
發明內容
出於此，本發明的目的在於提供一種概念，使用其電外科設備可以以一種安全且可控的方式從切開模式切換到切割模式。通過根據權利要求I的電外科設備及/或根據權利要求9的方法實現該目的。根據本發明，HF發生器用於提供HF功率，所述HF發生器與電外科工具的電極連接或可與其連接，並且在其功率遞送中是可控制的。在最簡單的情況下，為了此目的其可以被接通及斷開。HF發生器包括至少一個共振電路及一個放大器模塊，例如用作非線性放大器模塊的電開關。這在校正階段中被斷開及接通來激勵共振電路。中斷開關的這種周期性接通及斷開以中斷HF功率的產生。選擇接通及斷開的工作周期可影響HF功率。根據本發明的設備包括傳感器設備。其識別切開階段的結束以及HF放電的開始。在這種情況下，其將HF發生器從切開模式切換至切割模式。在切開階段HF發生器以高電流遞送操作。在切割模式中，其在低電流操作。 在最簡單的實施方式中，通過波峰因數、HF發生器產生的HF電壓/所產生的HF電流的變化實現在切開及切割模式之間的切換。波峰因數為峰值電壓或電流值與電壓或電流的有效值的比率。在切開期間，波峰因數優選地介於I. O及2. 5之間，並且優選地介於I. 4及2. 5之間，而在切割/消融操作模式中，使用介於2. 5及5. O之間的波峰因數。在優選的實施方式中，隨時將根據識別初期HP放電的波峰因數從較低的值切換至較高的值，所述較低的值旨在用於切開階段，所述較高的值旨在用於切割模式。至少在該切換期間不執行波峰因數的滑動調節，從而避免了可能導致不期望的外科效果的瞬態響應。無論波峰因數在切開及切割操作模式中的大小，如果HF發生器在切割模式產生的波峰因數大於在切開操作模式下產生的波峰因數，這是有利的。例如通過突然改變二次調製曲線的佔空比，HF發生器通過波峰因數的切換實現從切開操作模式至切割操作模式的操作模式的受控切換，通過所述二次調製曲線調節HF發生器遞送的振動。換句話說，為了影響功率，HF發生器周期地接通並斷開。在切開操作模 式下，在接通時間和循環時間之間具有高比率，而在切割操作模式下，在接通時間和循環時間之間具有較低的比率。至於在切開模式下並沒有將高能量輸入到生物組織內，可使用I的佔空比，即I. 4的波峰因數(正弦)。HF發生器以連續模式在此操作。然而優選地在切開操作模式下也使用小於I的佔空比，從而限制引入生物組織的功率(例如400Ws/s)。隨後可能使用HF電壓的短空白間隙用於降低功率。此外，根據在每個HF振動循環的開始時再次接通HF發生器，在電極上獲得較高的電流脈衝，其支持等離子點火。如果將平行共振電路用作HF發生器，其線圈在HF振動周期開始時暫時地連接至全操作電壓，這是特別如此的情況。供應HF發生器的單元，例如電源組，可供應可調或不可調操作電壓。然而，HF發生器通常具有(優選地正)內電阻，其位於低負載電阻，即在切開模式下，可導致電極上有效電壓的降低。為了允許識別從切開操作模式至切割操作模式的轉換，可監控流至電極的電流或施加於電極上的電壓。如果監控到電壓，那麼可基於電極上電壓的增加來探測初始切開。而在切開模式中電極上的有效歐姆電阻位於幾十歐姆的區域內，例如25歐姆，在切割模式中電阻顯著地較高，例如大於200歐姆。還有可能，為了識別初始等離子放電，光譜地檢查流至電極的電流或施加於電極上的電壓。用於此目的的光譜分析儀可識別由諧波的突然出現而放電的開始，其在切開階段中不存在。還有可能使用電極電壓的直流分量作為初始放電的指示器。該直流分量不是基於熱離子效應，而主要基於場效應並且因此已經觀察到具有相對冷的電極。例如，至少具有合適的電極形狀，在電極上的場強度感應電子發射可大於組織的電子發射，其形成用於等離子放電的反電極。
由附圖及下面對實施方式的描述或由從屬權利要求，本發明有利的實施方式的進一步細節變得顯而易見圖I以圖示方式示出了電外科設備；
圖2以剖面圖示示出了具有電極及蒸汽泡的生物組織；圖3示出了電極電流、操作電壓及調製信號的時間曲線圖；圖4示出了在切開階段期間HF電流在時間間隔上隨時間的變化；以及圖5和6均按圖示通過示例的方式示出了傳感器設備。
具體實施例方式圖I不出了電外科設備10/電外科系統,其具有電外科工具11及用於供應該工具11的電動醫療設備12。所述工具11例如為可通過外科醫生使用手柄13而用手操作的工具，優選地由電絕緣材料及電極14製成，其至少在一個地方具有暴露的金屬導體。其可具有任何醫用期望的形狀，例如為球形、鏟子形、刀片形、針形或類似的。
在當前實施方式中，至少在圖I和2中電外科工具顯示為單極工具。其通過供給線路15與設備12連接。在該單極實施方式中，用作返回線路的另一個線路16將例如患者的生物組織17與設備12連接，將外科效應帶給該患者。然後，線路15及16被容納在分開的電纜中。線路16可以產生與組織17的電耦合或電容耦合。在圖I和2的圖示中，工具11為具有隻一個電極14的單極工具。然而，其也可以為雙極工具，其兩個電極由線路15、16供給。然後，線路15、16優選地容納在共同的電纜中。設備12包含HF發生器18，在當前示例性實施方式中由(平行)共振電路19、用於激勵的電子元件20及控制設備21形成。電子元件20顯現放大器特徵。該元件20可以為線性或非線性的設計。在優選的實施方式中，其為電開關22，例如為MOSFET、IGBT或類似的。電開關22具有控制電極23，其連接至控制設備21並且由後者提供控制信號。該開關22形成位於共振電路19及參考電位之間的電流通路24，根據控制設備21的控制信號接通和斷開該電流通路。共振電路19進一步連接至操作電壓Ub。共振電路19包括平行連接並且優提供高電路質量的共振電路的至少一個電容器C及線圈L。共振電路19的共振頻率確定遞送的HF電壓的頻率，例如為350KHZ。雖然電容器C的電容優選地位於50及200nF之間，線圈L的電感優選地位於4μΗ及ΙμΗ之間。線圈L與去耦線圈LI磁性耦合，該去耦線圈通過去耦電容器25及傳感器設備26連接至線路
15、16，並且因此歸根結底連接至電極14。傳感器設備26用於探測電極14上等離子放電的發生。其例如可為圖5所示的形式。其輸入是分壓器27，所述分壓器通過耦合電容器25連接至去耦線圈LI。低通濾波器28形成平均電壓值，其被放大器29捕獲並且在其輸出端30上可作為表徵平均電壓值的信號獲得。該信號供應給控制設備21，其確定是否其高於或低於閾值並且相應地控制切開操作模式或切割/消融模式。也可提供比較器以代替放大器29。比較器或控制設備的閾值可被指定，使得有可能在切開階段呈現的低直流分量與在切割模式期間在電極14處呈現的電壓的高直流分量之間可靠區分。因此，信號在切開階段期間具有第一值而在切割階段期間具有不同於第一值的第二值。在這些值的基礎上，控制設備21探測到電極14的操作狀態。設備12另外還具有操作電壓源，在這種情況下為受控電源34的形式，其向HF發生器18和所有其他元件供應操作電壓Ub。操作電壓Ub具有一值，例如，幾百伏特，例如，400伏特。操作電壓可以是可切換的或可調整的用於選擇不同的外科效果。特別地有可能在控制設備21和電源34之間提供有效路徑，使得由各部件或還有控制設備21的操作元件對電源34的功率調節和/或特徵設定成為可能。控制設備21可包含一個或多個電子電路，特別是微控制器，其控制了 HF發生器18的操作。下面描述的設備12的功能特別地允許功能的識別，以及因此也允許對控制設備21中的任何微控制器進行編程。請注意用於描述功能的圖2。其示出了電極14位於由流體31包圍的組織17中。這種流體是，例如，生理鹽水溶液，可能混合有組織液或其他流體。如果外科效果，例如切開或類似，受到電極14影響，則HF發生器18被激活。這可通過使用例如未在這顯示的開關或其他設備，由外科醫生驅動完成。在這個指令之上，HF發生 器18開始以切開操作模式操作。在這其中控制設備21引起開關22的快速關閉以及其後周期階段的開啟和關閉，以便激勵共振電路19至其共振頻率。HF功率通過去耦線圈LI從共振電路19提取。高頻率電流i因此供應至電極14。電極14與組織17接觸。高頻率電流i，如圖3中所示，具有幾安培的振幅進行流動，例如6至8個安培。結果所得到的相對高功率輸入引起電極附近存在的流體的突然蒸發和蒸汽泡32的發生。從電極14至組織17的轉換電阻在該過程中突然大量增加。在所發生的蒸汽泡32中可形成HF氣體放電，產生等離子33。電阻突然增加的結果，如從圖3可以看到的，在時間tl點處，在此處蒸汽泡形成，流動電流i突然變得較低。在蒸汽泡32處並且因而在線路15，16處的HF交流電壓由於從電極14與組織17的不同電子發射而迅速地發生直流分量。這由傳感器設備26探測到。出現在輸出端30上的合適信號到達控制設備21並且表徵從切開模式I至切割模式II的轉換。由傳感器設備26產生的信號表徵流體到氣體或蒸汽階段的轉換及因此蒸汽泡32的發生。這個信號由控制設備21使用以將HF發生器18的操作從切開操作模式切換至切割操作模式，其因此應用於大於tl的時間中的點。這在圖3中說明。電流i的值減少，並且自第一調製開始的高頻率電流i的調製切換至第二調製，其中第一調製對於O至tl的時段以及因此對切開操作模式是有效的，所述第二調製對切開後的時間，即對切割操作模式，是有效的。第一調製示於圖3的底部左側。如可所見的，HF發生器18在切開操作模式中帶有較小或不帶有中斷地進行操作。其波峰因數因此大約為I. 4或略高於該值，但是優選地至少小於2. 5。如果HF發生器18不是在連續的模式下工作，而是在如圖3中的底部左側所示的脈衝的操作模式中，佔空比Tl/Tel幾乎為I並且優選地至少大於O. 7至O. 8。Tl在此為調製信號的周期而Tel為切換周期。這導致整體上波峰因數比I. 4稍微大一點。在時間tl處，調製被從第一操作模式切換至第二操作模式，其中存在更大的波峰因數。佔空比了2/1^2優選地顯著地低於0.7。該結果是根據圖3，第一個上面的圖，右手方一半，對於大於tl的時間的間歇HF波序列。根據識別蒸汽泡32的發生，從切開操作模式的低波峰因數至切割操作模式的較高波峰因數的立即切換防止了過多的功率輸入到正形成的蒸汽泡32中，並且因此防止了對組織17和/或電極14的熱損傷。而且，調製和因此波峰因數的突然切換避免了慢控制過程和瞬變的影響，所述瞬變例如，在時間點tl後的HF電壓的上升。圖4示出了可用於本發明的另一方面。正如顯而易見的，至少使用優選實施方式執行HF發生器18的短期消隱(blanking)。例如，佔空比Tl/Tel具有O. 9的值。例如Tl為50ms。在HF發生器18的HF電壓的兩個波序列之間的暫停持續大約5ms，HF電壓下降(settle)。為了重新啟動，將用於激勵的開關22關閉短暫的周期。作為將開關22關閉的結果，第一電流峰值35產生並且可能呈現大的值，例如高達10Α_β並且因而導致在切開操作模式下等離子33的可燃性的實質性改善。該效果可獨立於周期Tl及工作周期Tel的持續時間而使用。以這樣的方式，例如由共振電路19的周期性循環瞬變現象導致的切開操作模式期間，針對電流i獲得具有周期性電流峰值的幾乎連續的HF波序列。根據本發明的設備10的所有實施方式要求可靠識別蒸汽泡32及等離子33的發生。作為上述對電極14上HF電壓的直流分量的探測的替換，可評估其他特徵的電變量。例如，由於HF發生器的內電阻，電極14上的HF電壓在切開操作模式期間具有比在切割模式期間較低的值。傳感器設備26可以為閾值電路。其輸出信號顯示了 HF電壓的值是否大於或低於合適的特定限制值。輸出信號依次被發送給控制設備21。 圖6示出了另一個可替換的傳感器設備26a。該傳感器設備26a具有連接至分壓器27的頻率分析模塊36，該分壓器捕獲位於線路15、16之間的HF電壓的頻譜。頻率分析模塊36分析所施加的電壓。這可例如通過快速傅立葉變換執行，在此通過微控制器執行。頻率分析模塊36隨後例如針對特徵頻譜線或頻譜分量的出現評估頻譜，並且如果基於頻譜識別到蒸汽泡的發生，則向輸出30a發送信號。頻譜中的特徵變化是從電極14至組織17的轉換電阻的特徵變化的結果。只要電極14通過氯化鈉溶液(NaCl)與組織17接觸，那麼轉換電阻大約為線性的。一旦等離子33點燃，然而其基本是非線性的，其結果是產生了特徵諧波。傳感器設備26、26a用於切割模式的即刻啟動以用於等離子識別。然而如果傳感器設備26、26a識別到等離子33由於輸出端33上的相應信號的變化而熄滅，那麼控制設備21可相應地的反應並且將設備12及其HF發生器18返回至切開操作模式I。因此即使具有連續循環的熄滅事件，仍可能用周期性循環的切開操作模式工作，例如為了執行組織消融。這應用於所有類型的所述傳感器設備及所有類型的調製。為了獲得從切開操作模式中的等離子33點燃到在切割操作期間等離子33燃燒的可靠轉換，向工具11供應電力的電動醫療設備12裝備有由傳感器設備26形成的點燃識別裝置。一旦識別到點燃，該點燃識別裝置將存在於設備12中的HF發生器18從切開操作模式I切換至切割操作模式II。通過HF調製的切換(優選地從切開操作模式中的小於2. 5的低波峰因數至切割操作模式中的高於2. 5的高波峰因數)，帶來所述切換。附圖標記列表10電外科設備/系統
11電外科工具
12電動醫療設備
13手柄
14電極
15供給線路
16返回線路
17組織
18HF發生器
19共振電路/平行共振電路
20電子元件
21fe制設備
22開關
23控制電極
24電涼遞各Ub操作電壓
C共振電路19的電容器
L共振電路19的線圈
LI去稱線圈
25耦合電容器26,26a傳感器設備
27分壓器
28低通纖器
29放大器30,30a 輸出
31流體
32蒸汽泡
33等離子
34電源、操作電壓源
35電流峰值
36頻率分析模塊
Ⅰ 切開操作模式
Ⅱ 切割操作模式
權利要求
1.一種電外科設備(10)，其具有用於向工具(11)供應電力的設備(12)，其中設備(12) 具有可控HF發生器(18)以在切開階段期間在切開操作模式(I )中產生HF功率，其中放置在潮溼組織環境中的電極(14)使周圍的流體(31)蒸發，並且在切割階段期間在切割操作模式(II )中，在此期間保持電極(14)上的HF放電，以及 傳感器設備(26，26a)，其用於識別已經發生並且開始HF放電的蒸發，其中傳感器設備(26，26a)在探測到開始HF放電時將HF發生器(18)從切開操作模式(I )切換至切割操作模式(II )。
2.根據權利要求I的電外科設備，其特徵在於HF發生器(18)在切開操作模式(I)中產生介於I. O及2. 5之間的波峰因數。
3.根據權利要求2的電外科設備，其特徵在於HF發生器(18)在切割操作模式(II)中產生大於切開操作模式(I)的波峰因數的波峰因數。
4.根據權利要求I的電外科設備，其特徵在於HF發生器(18)提供作為正弦振動的HF功率，其中切開操作模式(I )中的波峰因數介於I. 4及2. 5之間。
5.根據權利要求I的電外科設備，其特徵在於HF發生器(18)在切開操作模式(I)中以重複間歇模式操作。
6.根據權利要求5的電外科設備，其特徵在於HF發生器(18)具有共振電路(19)及電開關(22)，其以切換運行連接至共振電路(19)而操作，從而重複地使共振電路(19)受到全操作電壓。
7.根據權利要求I的電外科設備，其特徵在於傳感器設備(26，26a)具有幅度探測設備、直流分量探測設備或諧波探測設備。
8.根據權利要求I的電外科設備，其特徵在於HF發生器(18)在切開操作模式(I)中在HF發生器(18)的操作期間，遞送比HF發生器(18)在切割操作模式(II )中的操作期間較低的電壓。
9.用於操作電外科設備(10)及用於向工具(11)提供電力的設備(12)的方法，其中該設備(12) 包括可控HF發生器(18)，其在切開操作模式中在切開階段(I )期間產生HF功率，並且結果使圍繞連接的外科工具(11)的電極(14)的流體(31)蒸發，所述電極放置於潮溼的組織環境中，並且其在切割操作模式中在切割階段(II )期間保持電極(14)上的HF放電， 其中，傳感器設備(26，26a)在識別已經發生並且開始HF放電的蒸發時，將HF發生器(18)從切開操作模式(I )切換至切割操作模式(II )。
10.根據權利要求9的方法，其特徵在於HF發生器(18)在切開操作模式(I)中以介於I. 4及2. 5之間的波峰因數操作，而在切割操作模式(II )中以大於切開操作模式(I )的波峰因數的波峰因數操作。
11.根據權利要求9的方法，其特徵在於來自HF發生器(18)的HF功率被提供作為正弦振動，其中切開操作模式(I )的波峰因數介於I. 4及2. 5之間。
12.根據權利要求9的方法，其特徵在於HF發生器(18)在切開操作模式(I)中以重複間歇模式操作。
13.根據權利要求9的方法，其特徵在於HF發生器(18)具有共振電路(19)及電開關(22)，其以切換模式操作並且連接至共振電路(19)，其重複地連接共振電路(19)到全操作電壓(Ub)。
14.根據權利要求9的方法，其特徵在於施加在電極(14)上的HF電壓的HF振幅、直流分量及/或諧波用於識別HF放電的開始。
15.根據權利要求9的方法，其特徵在於HF發生器(18)在切開操作模式(I)中以較低的電壓操作，而在切割操作模式(II )中以較高的HF電壓操作。
全文摘要
公開了具有改良切開的電外科設備。為了實現從切開模式中等離子(33)的點燃至在切割模式期間等離子(33)的燃燒的安全轉換，將向工具(11)供應電力的電醫療設備(12)裝配有由傳感器設備(26)形成的點燃識別裝置。一旦識別到點燃，該點燃識別裝置將提供在設備(12)中的HF發生器(18)從切開操作模式切換至切割操作模式。通過HF調製的切換(優選地從切開操作模式中的小於2.5的低波峰因數至切割操作模式中的高於2.5的高波峰因數)，帶來所述切換。
文檔編號A61B18/12GK102772247SQ20121018187
公開日2012年11月14日 申請日期2012年4月21日 優先權日2011年4月21日
發明者E·韋爾納 申請人:厄比電子醫學有限責任公司