专利名称：具有改良切开的电外科设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电外科设备,其特别地包括用于以电力(electrical power)供应外科工具的设备。
背景技术：
电外科设备或系统已经使用了相当长时间。例如，EP1053720A1公开了一种电外科系统，包含外科工具及设备，该设备提供外科工具HF功率。HF发生器，其递送(deliver)相应的HF电压，用于该目的。该发生器以快速序列被接通及断开来调节电极处转换的功率，其中可能通过设定占空比实现功率调节。这特别旨在用于防止电极过热。
为了确定电极温度，建议针对直流分量研究电极上的电压使得如果电极变得太热，可探测到热离子效应，即与温度有关的电子发射。所连接的处理器建立这个并且调节HF电压的占空比以带来功率中期望的减少。本发明在此用于避免对电极的损伤。另外例如由US2009/0209956A1已知，如何对电外科设备监测电极电流的波峰因数以推断电极是否处于切开(incision)或切割(cutting)模式。在切开模式中，电极被可传导离子的水例如NaCl溶液环绕。其承载相对高的电流。这导致在电极上产生蒸汽泡，其中随后产生等离子放电。这一旦发生，流动电流的波峰因数发生明显改变。波峰因数的改变被识别并被评估用于对该设备的进一步控制。已发现特别是从切开到切割/消融阶段的转换可能是危险的。包围电极的水非常快速地蒸发，使得在切开阶段需要并实际上向电极供应的功率必须快速降低。如果这没有发生，那么可能会有过多的功率供应在开始等离子放电中，导致不希望的效果。另一方面，在切开阶段必须以高功率工作进而带来蒸汽泡及等离子放电的可靠发生。
发明内容
出于此，本发明的目的在于提供一种概念，使用其电外科设备可以以一种安全且可控的方式从切开模式切换到切割模式。通过根据权利要求I的电外科设备及/或根据权利要求9的方法实现该目的。根据本发明，HF发生器用于提供HF功率，所述HF发生器与电外科工具的电极连接或可与其连接，并且在其功率递送中是可控制的。在最简单的情况下，为了此目的其可以被接通及断开。HF发生器包括至少一个共振电路及一个放大器模块，例如用作非线性放大器模块的电开关。这在校正阶段中被断开及接通来激励共振电路。中断开关的这种周期性接通及断开以中断HF功率的产生。选择接通及断开的工作周期可影响HF功率。根据本发明的设备包括传感器设备。其识别切开阶段的结束以及HF放电的开始。在这种情况下，其将HF发生器从切开模式切换至切割模式。在切开阶段HF发生器以高电流递送操作。在切割模式中，其在低电流操作。 在最简单的实施方式中，通过波峰因数、HF发生器产生的HF电压/所产生的HF电流的变化实现在切开及切割模式之间的切换。波峰因数为峰值电压或电流值与电压或电流的有效值的比率。在切开期间，波峰因数优选地介于I. O及2. 5之间，并且优选地介于I. 4及2. 5之间，而在切割/消融操作模式中，使用介于2. 5及5. O之间的波峰因数。在优选的实施方式中，随时将根据识别初期HP放电的波峰因数从较低的值切换至较高的值，所述较低的值旨在用于切开阶段，所述较高的值旨在用于切割模式。至少在该切换期间不执行波峰因数的滑动调节，从而避免了可能导致不期望的外科效果的瞬态响应。无论波峰因数在切开及切割操作模式中的大小，如果HF发生器在切割模式产生的波峰因数大于在切开操作模式下产生的波峰因数，这是有利的。例如通过突然改变二次调制曲线的占空比，HF发生器通过波峰因数的切换实现从切开操作模式至切割操作模式的操作模式的受控切换，通过所述二次调制曲线调节HF发生器递送的振动。换句话说，为了影响功率，HF发生器周期地接通并断开。在切开操作模 式下，在接通时间和循环时间之间具有高比率，而在切割操作模式下，在接通时间和循环时间之间具有较低的比率。至于在切开模式下并没有将高能量输入到生物组织内，可使用I的占空比，即I. 4的波峰因数(正弦)。HF发生器以连续模式在此操作。然而优选地在切开操作模式下也使用小于I的占空比，从而限制引入生物组织的功率(例如400Ws/s)。随后可能使用HF电压的短空白间隙用于降低功率。此外，根据在每个HF振动循环的开始时再次接通HF发生器，在电极上获得较高的电流脉冲，其支持等离子点火。如果将平行共振电路用作HF发生器，其线圈在HF振动周期开始时暂时地连接至全操作电压，这是特别如此的情况。供应HF发生器的单元，例如电源组，可供应可调或不可调操作电压。然而，HF发生器通常具有(优选地正)内电阻，其位于低负载电阻，即在切开模式下，可导致电极上有效电压的降低。为了允许识别从切开操作模式至切割操作模式的转换，可监控流至电极的电流或施加于电极上的电压。如果监控到电压，那么可基于电极上电压的增加来探测初始切开。而在切开模式中电极上的有效欧姆电阻位于几十欧姆的区域内，例如25欧姆，在切割模式中电阻显著地较高，例如大于200欧姆。还有可能，为了识别初始等离子放电，光谱地检查流至电极的电流或施加于电极上的电压。用于此目的的光谱分析仪可识别由谐波的突然出现而放电的开始，其在切开阶段中不存在。还有可能使用电极电压的直流分量作为初始放电的指示器。该直流分量不是基于热离子效应，而主要基于场效应并且因此已经观察到具有相对冷的电极。例如，至少具有合适的电极形状，在电极上的场强度感应电子发射可大于组织的电子发射，其形成用于等离子放电的反电极。
由附图及下面对实施方式的描述或由从属权利要求，本发明有利的实施方式的进一步细节变得显而易见图I以图示方式示出了电外科设备；
图2以剖面图示示出了具有电极及蒸汽泡的生物组织；图3示出了电极电流、操作电压及调制信号的时间曲线图；图4示出了在切开阶段期间HF电流在时间间隔上随时间的变化；以及图5和6均按图示通过示例的方式示出了传感器设备。
具体实施例方式图I不出了电外科设备10/电外科系统,其具有电外科工具11及用于供应该工具11的电动医疗设备12。所述工具11例如为可通过外科医生使用手柄13而用手操作的工具，优选地由电绝缘材料及电极14制成，其至少在一个地方具有暴露的金属导体。其可具有任何医用期望的形状，例如为球形、铲子形、刀片形、针形或类似的。
在当前实施方式中，至少在图I和2中电外科工具显示为单极工具。其通过供给线路15与设备12连接。在该单极实施方式中，用作返回线路的另一个线路16将例如患者的生物组织17与设备12连接，将外科效应带给该患者。然后，线路15及16被容纳在分开的电缆中。线路16可以产生与组织17的电耦合或电容耦合。在图I和2的图示中，工具11为具有只一个电极14的单极工具。然而，其也可以为双极工具，其两个电极由线路15、16供给。然后，线路15、16优选地容纳在共同的电缆中。设备12包含HF发生器18，在当前示例性实施方式中由(平行)共振电路19、用于激励的电子元件20及控制设备21形成。电子元件20显现放大器特征。该元件20可以为线性或非线性的设计。在优选的实施方式中，其为电开关22，例如为MOSFET、IGBT或类似的。电开关22具有控制电极23，其连接至控制设备21并且由后者提供控制信号。该开关22形成位于共振电路19及参考电位之间的电流通路24，根据控制设备21的控制信号接通和断开该电流通路。共振电路19进一步连接至操作电压Ub。共振电路19包括平行连接并且优提供高电路质量的共振电路的至少一个电容器C及线圈L。共振电路19的共振频率确定递送的HF电压的频率，例如为350KHZ。虽然电容器C的电容优选地位于50及200nF之间，线圈L的电感优选地位于4μΗ及ΙμΗ之间。线圈L与去耦线圈LI磁性耦合，该去耦线圈通过去耦电容器25及传感器设备26连接至线路
15、16，并且因此归根结底连接至电极14。传感器设备26用于探测电极14上等离子放电的发生。其例如可为图5所示的形式。其输入是分压器27，所述分压器通过耦合电容器25连接至去耦线圈LI。低通滤波器28形成平均电压值，其被放大器29捕获并且在其输出端30上可作为表征平均电压值的信号获得。该信号供应给控制设备21，其确定是否其高于或低于阈值并且相应地控制切开操作模式或切割/消融模式。也可提供比较器以代替放大器29。比较器或控制设备的阈值可被指定，使得有可能在切开阶段呈现的低直流分量与在切割模式期间在电极14处呈现的电压的高直流分量之间可靠区分。因此，信号在切开阶段期间具有第一值而在切割阶段期间具有不同于第一值的第二值。在这些值的基础上，控制设备21探测到电极14的操作状态。设备12另外还具有操作电压源，在这种情况下为受控电源34的形式，其向HF发生器18和所有其他元件供应操作电压Ub。操作电压Ub具有一值，例如，几百伏特，例如，400伏特。操作电压可以是可切换的或可调整的用于选择不同的外科效果。特别地有可能在控制设备21和电源34之间提供有效路径，使得由各部件或还有控制设备21的操作元件对电源34的功率调节和/或特征设定成为可能。控制设备21可包含一个或多个电子电路，特别是微控制器，其控制了 HF发生器18的操作。下面描述的设备12的功能特别地允许功能的识别，以及因此也允许对控制设备21中的任何微控制器进行编程。请注意用于描述功能的图2。其示出了电极14位于由流体31包围的组织17中。这种流体是，例如，生理盐水溶液，可能混合有组织液或其他流体。如果外科效果，例如切开或类似，受到电极14影响，则HF发生器18被激活。这可通过使用例如未在这显示的开关或其他设备，由外科医生驱动完成。在这个指令之上，HF发生 器18开始以切开操作模式操作。在这其中控制设备21引起开关22的快速关闭以及其后周期阶段的开启和关闭，以便激励共振电路19至其共振频率。HF功率通过去耦线圈LI从共振电路19提取。高频率电流i因此供应至电极14。电极14与组织17接触。高频率电流i，如图3中所示，具有几安培的振幅进行流动，例如6至8个安培。结果所得到的相对高功率输入引起电极附近存在的流体的突然蒸发和蒸汽泡32的发生。从电极14至组织17的转换电阻在该过程中突然大量增加。在所发生的蒸汽泡32中可形成HF气体放电，产生等离子33。电阻突然增加的结果，如从图3可以看到的，在时间tl点处，在此处蒸汽泡形成，流动电流i突然变得较低。在蒸汽泡32处并且因而在线路15，16处的HF交流电压由于从电极14与组织17的不同电子发射而迅速地发生直流分量。这由传感器设备26探测到。出现在输出端30上的合适信号到达控制设备21并且表征从切开模式I至切割模式II的转换。由传感器设备26产生的信号表征流体到气体或蒸汽阶段的转换及因此蒸汽泡32的发生。这个信号由控制设备21使用以将HF发生器18的操作从切开操作模式切换至切割操作模式，其因此应用于大于tl的时间中的点。这在图3中说明。电流i的值减少，并且自第一调制开始的高频率电流i的调制切换至第二调制，其中第一调制对于O至tl的时段以及因此对切开操作模式是有效的，所述第二调制对切开后的时间，即对切割操作模式，是有效的。第一调制示于图3的底部左侧。如可所见的，HF发生器18在切开操作模式中带有较小或不带有中断地进行操作。其波峰因数因此大约为I. 4或略高于该值，但是优选地至少小于2. 5。如果HF发生器18不是在连续的模式下工作，而是在如图3中的底部左侧所示的脉冲的操作模式中，占空比Tl/Tel几乎为I并且优选地至少大于O. 7至O. 8。Tl在此为调制信号的周期而Tel为切换周期。这导致整体上波峰因数比I. 4稍微大一点。在时间tl处，调制被从第一操作模式切换至第二操作模式，其中存在更大的波峰因数。占空比了2/1^2优选地显著地低于0.7。该结果是根据图3，第一个上面的图，右手方一半，对于大于tl的时间的间歇HF波序列。根据识别蒸汽泡32的发生，从切开操作模式的低波峰因数至切割操作模式的较高波峰因数的立即切换防止了过多的功率输入到正形成的蒸汽泡32中，并且因此防止了对组织17和/或电极14的热损伤。而且，调制和因此波峰因数的突然切换避免了慢控制过程和瞬变的影响，所述瞬变例如，在时间点tl后的HF电压的上升。图4示出了可用于本发明的另一方面。正如显而易见的，至少使用优选实施方式执行HF发生器18的短期消隐(blanking)。例如，占空比Tl/Tel具有O. 9的值。例如Tl为50ms。在HF发生器18的HF电压的两个波序列之间的暂停持续大约5ms，HF电压下降(settle)。为了重新启动，将用于激励的开关22关闭短暂的周期。作为将开关22关闭的结果，第一电流峰值35产生并且可能呈现大的值，例如高达10Α_β并且因而导致在切开操作模式下等离子33的可燃性的实质性改善。该效果可独立于周期Tl及工作周期Tel的持续时间而使用。以这样的方式，例如由共振电路19的周期性循环瞬变现象导致的切开操作模式期间，针对电流i获得具有周期性电流峰值的几乎连续的HF波序列。根据本发明的设备10的所有实施方式要求可靠识别蒸汽泡32及等离子33的发生。作为上述对电极14上HF电压的直流分量的探测的替换，可评估其他特征的电变量。例如，由于HF发生器的内电阻，电极14上的HF电压在切开操作模式期间具有比在切割模式期间较低的值。传感器设备26可以为阈值电路。其输出信号显示了 HF电压的值是否大于或低于合适的特定限制值。输出信号依次被发送给控制设备21。 图6示出了另一个可替换的传感器设备26a。该传感器设备26a具有连接至分压器27的频率分析模块36，该分压器捕获位于线路15、16之间的HF电压的频谱。频率分析模块36分析所施加的电压。这可例如通过快速傅立叶变换执行，在此通过微控制器执行。频率分析模块36随后例如针对特征频谱线或频谱分量的出现评估频谱，并且如果基于频谱识别到蒸汽泡的发生，则向输出30a发送信号。频谱中的特征变化是从电极14至组织17的转换电阻的特征变化的结果。只要电极14通过氯化钠溶液(NaCl)与组织17接触，那么转换电阻大约为线性的。一旦等离子33点燃，然而其基本是非线性的，其结果是产生了特征谐波。传感器设备26、26a用于切割模式的即刻启动以用于等离子识别。然而如果传感器设备26、26a识别到等离子33由于输出端33上的相应信号的变化而熄灭，那么控制设备21可相应地的反应并且将设备12及其HF发生器18返回至切开操作模式I。因此即使具有连续循环的熄灭事件，仍可能用周期性循环的切开操作模式工作，例如为了执行组织消融。这应用于所有类型的所述传感器设备及所有类型的调制。为了获得从切开操作模式中的等离子33点燃到在切割操作期间等离子33燃烧的可靠转换，向工具11供应电力的电动医疗设备12装备有由传感器设备26形成的点燃识别装置。一旦识别到点燃，该点燃识别装置将存在于设备12中的HF发生器18从切开操作模式I切换至切割操作模式II。通过HF调制的切换(优选地从切开操作模式中的小于2. 5的低波峰因数至切割操作模式中的高于2. 5的高波峰因数)，带来所述切换。附图标记列表10电外科设备/系统
11电外科工具
12电动医疗设备
13手柄
14电极
15供给线路
16返回线路
17组织
18HF发生器
19共振电路/平行共振电路
20电子元件
21fe制设备
22开关
23控制电极
24电涼遞各Ub操作电压
C共振电路19的电容器
L共振电路19的线圈
LI去稱线圈
25耦合电容器26,26a传感器设备
27分压器
28低通纖器
29放大器30,30a 输出
31流体
32蒸汽泡
33等离子
34电源、操作电压源
35电流峰值
36频率分析模块
Ⅰ 切开操作模式
Ⅱ 切割操作模式
权利要求
1.一种电外科设备(10)，其具有用于向工具(11)供应电力的设备(12)，其中设备(12) 具有可控HF发生器(18)以在切开阶段期间在切开操作模式(I )中产生HF功率，其中放置在潮湿组织环境中的电极(14)使周围的流体(31)蒸发，并且在切割阶段期间在切割操作模式(II )中，在此期间保持电极(14)上的HF放电，以及 传感器设备(26，26a)，其用于识别已经发生并且开始HF放电的蒸发，其中传感器设备(26，26a)在探测到开始HF放电时将HF发生器(18)从切开操作模式(I )切换至切割操作模式(II )。
2.根据权利要求I的电外科设备，其特征在于HF发生器(18)在切开操作模式(I)中产生介于I. O及2. 5之间的波峰因数。
3.根据权利要求2的电外科设备，其特征在于HF发生器(18)在切割操作模式(II)中产生大于切开操作模式(I)的波峰因数的波峰因数。
4.根据权利要求I的电外科设备，其特征在于HF发生器(18)提供作为正弦振动的HF功率，其中切开操作模式(I )中的波峰因数介于I. 4及2. 5之间。
5.根据权利要求I的电外科设备，其特征在于HF发生器(18)在切开操作模式(I)中以重复间歇模式操作。
6.根据权利要求5的电外科设备，其特征在于HF发生器(18)具有共振电路(19)及电开关(22)，其以切换运行连接至共振电路(19)而操作，从而重复地使共振电路(19)受到全操作电压。
7.根据权利要求I的电外科设备，其特征在于传感器设备(26，26a)具有幅度探测设备、直流分量探测设备或谐波探测设备。
8.根据权利要求I的电外科设备，其特征在于HF发生器(18)在切开操作模式(I)中在HF发生器(18)的操作期间，递送比HF发生器(18)在切割操作模式(II )中的操作期间较低的电压。
9.用于操作电外科设备(10)及用于向工具(11)提供电力的设备(12)的方法，其中该设备(12) 包括可控HF发生器(18)，其在切开操作模式中在切开阶段(I )期间产生HF功率，并且结果使围绕连接的外科工具(11)的电极(14)的流体(31)蒸发，所述电极放置于潮湿的组织环境中，并且其在切割操作模式中在切割阶段(II )期间保持电极(14)上的HF放电， 其中，传感器设备(26，26a)在识别已经发生并且开始HF放电的蒸发时，将HF发生器(18)从切开操作模式(I )切换至切割操作模式(II )。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于HF发生器(18)在切开操作模式(I)中以介于I. 4及2. 5之间的波峰因数操作，而在切割操作模式(II )中以大于切开操作模式(I )的波峰因数的波峰因数操作。
11.根据权利要求9的方法，其特征在于来自HF发生器(18)的HF功率被提供作为正弦振动，其中切开操作模式(I )的波峰因数介于I. 4及2. 5之间。
12.根据权利要求9的方法，其特征在于HF发生器(18)在切开操作模式(I)中以重复间歇模式操作。
13.根据权利要求9的方法，其特征在于HF发生器(18)具有共振电路(19)及电开关(22)，其以切换模式操作并且连接至共振电路(19)，其重复地连接共振电路(19)到全操作电压(Ub)。
14.根据权利要求9的方法，其特征在于施加在电极(14)上的HF电压的HF振幅、直流分量及/或谐波用于识别HF放电的开始。
15.根据权利要求9的方法，其特征在于HF发生器(18)在切开操作模式(I)中以较低的电压操作，而在切割操作模式(II )中以较高的HF电压操作。
全文摘要
公开了具有改良切开的电外科设备。为了实现从切开模式中等离子(33)的点燃至在切割模式期间等离子(33)的燃烧的安全转换，将向工具(11)供应电力的电医疗设备(12)装配有由传感器设备(26)形成的点燃识别装置。一旦识别到点燃，该点燃识别装置将提供在设备(12)中的HF发生器(18)从切开操作模式切换至切割操作模式。通过HF调制的切换(优选地从切开操作模式中的小于2.5的低波峰因数至切割操作模式中的高于2.5的高波峰因数)，带来所述切换。
文档编号A61B18/12GK102772247SQ20121018187
公开日2012年11月14日 申请日期2012年4月21日 优先权日2011年4月21日
发明者E·韦尔纳 申请人:厄比电子医学有限责任公司