双功能等离子体和非电离微波凝结电外科器械以及整合所述双功能等离子体和非电离微 ...的制作方法
【专利说明】双功能等离子体和非电离微波凝结电外科器械以及整合所述 双功能等离子体和非电离微波凝结电外科器械的电外科设备 发明领域
[0001] 本发明涉及电外科设备，在所述电外科设备中射频和/或微波频率能量用于通过 引起止血（即通过促进血液凝固来封闭破裂的血管)来治疗生物组织。具体而言，本发明涉 及外科设备，在所述外科设备中射频(RF)和/或微波能量用于与气体流连接以激发和维持 热等离子体。
[0002] 发明背景
[0003] 氩等离子体凝结(APC)或氩束凝结(ABC)是用于以以下方式控制表面出血的已知 的外科技术:不需要递送等离子体的外科探针与病灶之间的物理接触。APC可通过内窥镜来 进行，由此引导氩气射流穿过探针，所述探针穿过内窥镜。当发射氩气时氩气的电离创造引 起凝结的等离子体。
[0004] 为了激发等离子体，需要具有高电场(例如高电压条件或高阻抗条件）。因此，有必 要设置高阻抗状态以便实现为分解气体以生成等离子体所必需的高电压（高电场）。在W0 2009/060213所论述的一个实施方案中，使用回扫电路来设置高电压(高阻抗)条件，所述回 扫电路使用低频率(例如射频)振荡器电路和变换器，所述变换器的初级绕组通过适宜的驱 动器和切换装置(例如栅极驱动芯片和功率M0SFET或功率BJT)连接至所述低频率振荡器电 路。所述布置生成激发或以其他方式引发等离子体的高电压脉冲或高电压尖峰。一旦被激 发，等离子体可通过微波能量的供应来保持。
[0005] 发明概述
[0006]在其最概括的意义上说，本发明提供一种电外科装置，所述电外科装置能够生成 等离子体以执行表面凝结，并且发射非电离微波场(无等离子体时）以在更深层面上执行凝 结。前者功能性可如同常规APC技术一样有用，例如用于治疗表面出血。后者功能性可用来 治疗消化性溃疡或凝结大血管。
[0007] 为了实现以上表达的双功能性，本发明的电外科装置包括可在两个配置之间调节 的探针尖端。所述探针尖端连接来从发生器接收射频(RF)和/或微波频率能量，并且还限定 气体的流动路径。在第一配置下，所述探针尖端限定双极(例如同轴)结构以横跨气体的流 动路径从所接收RF和/或微波频率能量产生高电场，以激发和维持等离子体。在第二配置 下，所述探针尖端限定天线结构以将非电离微波能量发射到组织中。所述天线结构可为可 采取筒体、球、硬导线或螺旋线或回转式天线的形式的辐射单极天线，所述辐射单极天线能 够从所接收微波频率能量向外（即远离探针)发射电场。因此，在第一配置下所述装置可使 用RF能量和微波能量中的一个或两个，而在第二配置下，所述装置优选地使用微波能量。
[0008] 所述双极结构可包括内导体和外导体。所述外导体可相对于内导体缩回，以在第 一配置与第二配置之间调节探针尖端。例如，在内导体和外导体同轴布置的情况下，外导体 可从其围绕内导体的第一位置(对应于第一配置)缩回至其向后（即朝装置的近端)轴向位 移的第二位置(对应于第二配置），以暴露内导体。
[0009]在第一配置下，等离子体可使用RF能量或微波能量来激发。在激发所述等离子体 后，微波能量可用来维持所述等离子体。此布置可提供优于常规电外科系统中使用的RF等 离子体的优点，在所述常规电外科系统中电场可由于电缆的电容和由组织变化引起的负载 而崩塌。
[0010]等离子体的阻抗在微波能量的频率上优选地匹配至施用器(和能量递送系统）的 阻抗，以使通过微波源产生的微波能量能够高效地转移到等离子体中。在使用微波能量的 情况下，所述施用器和/或发生器可(静态或动态地)调谐，以确保等离子体匹配到通过组织 提供的负载中。在微波频率上，电缆形成分布式元件传输线，其中施用器与能量源之间的阻 抗匹配通过微波发生器的源阻抗、电缆(传输线）的特性阻抗、施用器结构本身的阻抗以及 组织的阻抗来测定。如果电缆的特性阻抗与源的输出阻抗相同，那么所有微波功率将递送 到施用器中，由电缆引起的衰减（电介质损耗和导体损耗)更少了。如果施用器和组织的阻 抗与电缆的特性阻抗相同，那么在源处可用的最大功率将转移到等离子体负载/组织负载 中。可对施用器结构进行调节以便保持施用器与等离子体负载/组织负载之间的最佳阻抗 匹配，如以下所解释。也可在发生器处或在第一电缆的远端与第二(器械）电缆的近端之间 的接口处进行调节。此调节可呈匹配网络的电容和/或电感的变化，即短线调谐的形式。
[0011 ]在本说明书中"微波频率"可广泛使用以指示400MHz至100GHz的频率范围，但优选 地指示 1GHz 至 60GHz 范围。所考虑的具体频率为：915MHz、2 · 45GHz、3 · 3GHz、5 · 8GHz、10GHz、 14.5GHz以及24GHz。相比之下，本说明书使用"射频"或"RF"以指示至少低三个数量级的频 率范围，例如最多至300MHz，优选地10kHz至1MHz。
[0012] 根据本发明的一个方面，提供了一种电外科器械，其包括:细长探针，其包括用于 输送射频(RF)和/或微波频率电磁(EM)能量的同轴电缆，以及探针尖端，其连接在同轴电缆 的远端处用于接收RF和/或微波能量；以及气体通道，其用于将气体穿过细长探针输送至探 针尖端，其中所述同轴电缆包括内导体、外导体以及将内导体与外导体分离的电介质材料， 其中探针尖端包括连接至同轴电缆的内导体的第一电极和连接至同轴电缆的外导体的第 二电极，并且其中第一电极和第二电极可相对彼此在以下之间移动:第一配置，第一电极和 第二电极在所述第一配置下被布置来横跨从气体通路所接收的气体的流动路径从所接收 RF和/或微波频率EM能量产生电场，以产生热等离子体或非热等离子体，以及第二配置，第 一电极在所述第二配置下向远侧延伸到第二电极之外，以形成用于从探针尖端向外发射微 波EM场的辐射结构。因此，在第一配置下所述器械可操作以产生等离子体，所述等离子体适 于生物组织的表面(或浅表)凝结和/或生物组织或器械的消毒/杀菌。所述气体可为氩，或 任何其他适宜的气体，例如二氧化碳、氦、氮、空气与这些气体中的任何一个的混合物，即 10%空气/90%氦。用于激发等离子体的高电场可通过创造用于RF EM能量或微波EM能量的 高阻抗条件来在探针尖端处引起。这可通过选择用于第一电极和第二电极的适宜的几何形 状来实现。例如，在第一配置下，一块诸如石英或其他类似的低损耗材料的绝缘电介质材料 可位于第一电极与第二电极之间。这可增大阻抗并且因此利于创造高电场。在第一配置下， 第二电极可被布置来延伸超出第一导体(例如比第一导体更远离），以确保非电离辐射未发 射。
[0013] 在第二配置下，探针可以微波EM场的形式辐射微波频率能量，用于更深层的生物 组织凝结或消毒。
[0014] 在优选实施方案中，器械能够接收RF和微波EM能量。所述RF EM能量可用于激发等 离子体，并且可作为高电压脉冲来接收。所述微波EM能量用于维持等离子体，即，将功率递 送到等离子体中以保持电离状态。这也可作为脉冲来接收。等离子体可以一种方式反复激 发以产生等离子体准连续束。此布置优于仅使用RF EM能量的常规APC装置的优点是等离子 体不会由于电容性负载或因环境从干到湿的改变而崩塌。此外，器械的双重配置性质使其 能够切换至适于深层凝结的状态，在此状态下第二电极(和绝缘电介质材料)撤回一定距 离，第一电极在所述距离上暴露以使得作为辐射微波单极天线结构，如以下所论述。
[0015] 使用微波频率能量来激发等离子体也可以是可能的，例如通过使用微波谐振器或 阻抗变换器，即四分之一波长变换器，所述四分之一波长变换器将低电压转换至更高的电 压，以使用在操作频率上的具有四分之一波长(或其奇倍数)的更高的阻抗传输线来激发等 离子体。此高阻抗线可接通以激发等离子体并且一旦等离子体被激发就断开（即返回至更 低的阻抗线），并且需要所述高阻抗线来维持等离子体。虽然使用同轴开关或波导开关可以 是可能的，但功率PIN二极管或变容二极管可优选地用来在两个状态之间切换。
[0016] 细长探针可包括围绕同轴电缆的套筒。所述套筒可用来保护同轴电缆，但还可限 定气体通路，例如作为套筒的内部表面与同轴电缆的外部表面之间的空间。所述气体通路 可具有定位在套筒的近端处的输入端口，所述输入端口用于连接至气体源(例如加压气罐 或相似物）。
[0017] 所述套筒可进一步为用于引起第一电极与第二电极之间的相对运动的构件。第一 电极与第二电极之间的相对运动可通过滑动位于微波同轴电缆之上的导电（例如金属的） 导管来实现，所述微波同轴电缆的外导体也可为金属的。在此配置下所述导管(或在同轴电 缆上滑动的管）的内表面必须与同轴电缆的外导体制造良好电接触。这可通过提供气体可 渗透导电结构来实现，所述气体可渗透导电结构可相对于第二电极或同轴电缆的外电极滑 动，并且容许气体流经所述气体可渗透导电结构。所述气体可渗透导电结构可为以下中的 任何一个:导电网格;径向延伸的导电导线或导电弹簧的笼状物；以及多个周向隔开的径向 伸出的凹部。所述气体可渗透导电结构可因此提供多个(例如四个或更多）周向连接或将需 要制造点接触以确保制造用于微波信号的良好电连接。此解决方案可提供具有足够连接点 以创造用于传播微波能量的适当环境以允许足够的气体流动，与允许外导管在同轴电缆之 上相对容易地移动之间的平衡。
[0018] 在一个实施方案中，第二电极可安装在套筒的远端上或形成在套筒的远端处，并 且套筒可相对于同轴电缆缩回。换句话说，套筒可能够拉回以露出探针尖端处的第一电极。 所述套筒可与同轴电缆同轴。第一电极和第二电极可因此在第一配置下彼此同轴。第二电 极可为位于套筒的远端上的导电材料环形带。上文提及的电介质材料可为向环形带之内安 装在套筒上的石英轴环。替代或另外地，所述电介质材料可为内电极的部分，如以下所论 述。
[0019] 缩回套筒可包括两个或两个以上套叠区段。套叠区段可具有位于所述套叠区段之 间的液密密封，以防止气体逸出。可滑动外套筒可使用机械系统或机电系统，即机械滑动 器、线性马达或步进马达布置来缩回或延伸。如以下所解释，外套筒相对于同轴电缆的外导 体的位置可通过回波损耗或阻抗匹配/失配测量结果来确定，所述阻抗匹配/失配测量结果 使用反