用于热的和非热的组织效应的可变频率激励等离子体设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于表面加工和组织处理的等离子体设备和方法。更具体地，本公开涉及用于生成化学活性的等离子体生成物质的双极性凝结手持件。
【背景技术】
[0002]在大气压或近大气压下在诸如液体和气体的致密介质中放电能够在合适条件下导致等离子体的形成。等离子体具有产生诸如离子、原子团、电子、激发态(例如，亚稳态)物质、分子碎片、光子等的大量化学物质的独特能力。可以通过调整(tailor)等离子体电子温度和电子密度而生成具有各种内部能量状态或外部动能分布的等离子体物质。此外，对等离子体的空间、时间和温度属性的调整产生对由等离子体物质及其关联光子通量所照射的材料的特定改变。等离子体还能够生成包括高能紫外光子的光子，该高能紫外光子具有足以在由该等离子体光子照射的生物和其他材料内启动光化学和光催化反应路径的能量。存在对被配置为通过改变等离子体的上述属性来提供各种组织效应的等离子体设备的需要。
【发明内容】
[0003]等离子体具有广泛可用性并且为工业、科学和医疗需要，尤其是为在任何温度范围下的工件(例如，组织)表面处理提供替换解决方案。等离子体可被递送至工件，藉此影响对等离子体所碰撞的材料的属性的多种改变。等离子体具有产生大量辐射(例如，紫外线)、离子、光子、电子和其他激发态(例如，亚稳态)物质的流体的独特能力，该流体适用于以高空间、材料选择性和时间控制性执行材料属性改变。等离子体还可以移除工件的不同的上层，而对工件的分离的下层不产生影响或几乎不产生影响，或者等离子体也可被用于从混合组织区域中选择性地移除特定组织，或以对不同组织类型的临近器官最小的影响来选择性地移除组织。
[0004]等离子体物质能够通过经由表面材料的蒸发、气化或融化(例如，腐蚀)来代替或替换表面终结物质(例如，表面官能化)或打破化学键来修改组织表面的化学性质。使用合适的技术、材料选择和条件，就能够在不影响临近不同类型的组织的情况下完全移除一种类型的组织。对等离子体条件和参数(包括S-参数、V、1、Θ等)的控制允许选择特定微粒的集合，而这又允许选择用于材料移除或修改的化学路径以及期望组织类型的移除的选择性。
[0005]根据本公开的一个实施例，公开了一种等离子体系统。该等离子体系统包括:等离子体仪器，该等离子体仪器具有限定在其中通过的管腔的细长主体以及第一电极和第二电极；与管腔流体地连通并被配置为向管腔提供可离子化介质的可离子化介质源；以及适于耦接至第一电极和第二电极的可变频率能量源，该可变频率能量源被配置为向第一电极和第二电极供应足以激发由可离子化介质源供应的可离子化介质的能量以生成等离子体流出物，其中能量的频率是能够调整以修改等离子体流出物的至少一个属性的。
[0006]根据上述实施例的一个方面，可变频率能量源或等离子体仪器中的至少一个包括用于调整频率的控制件。
[0007]根据上述实施例的另一方面，可离子化介质源适于耦接至可变频率能量源。
[0008]根据上述实施例的再一方面，其中可变频率能量源被配置为基于来自可离子化介质源的可离子化介质的流速调整频率。等离子体仪器可以包括耦接至细长主体的远端的施用器尖端。施用器尖端还也可以限定了与细长主体的管腔流体地连通的第二管腔。第一电极可以被布置在施用器尖端的外表面上。第二电极可以被布置在细长主体的管腔或第二管腔中的至少一个内。
[0009]根据上述实施例的一个方面，频率能够被调整至第一频率和高于第一频率的第二频率，其中等离子体流出物在第一频率下处于第一温度，而在第二频率下处于高于第一温度的第二温度。
[0010]根据上述实施例的另一方面，能量源包括:被配置为输出激励波形的非共振射频输出级；以及耦接至非共振射频输出级的控制器，该控制器被配置为逐周期地调整激励波形的频率。非共振射频输出级包括:被配置为输出DC波形的DC-DC降压转换器，该DC-DC降压转换器包括以第一占空比操作的至少一个第一开关元件。非共振射频输出级还包括:耦接至DC-DC降压转换器并且包括以第二占空比操作的至少一个第二开关元件的DC-AC升压转换器，该DC-AC升压转换器被配置为转换DC波形以生成激励波形。控制器被耦接至DC-DC降压转换器和DC-AC升压转换器，并且控制器还被配置为调整第二占空比以调整激励波形的占空比。
[0011]根据本公开的另一个实施例，公开了一种方法。该方法包括:将来自可离子化介质源的可离子化介质供应至等离子体仪器，该等离子体仪器包括限定在其中通过的管腔的细长主体以及第一电极和第二电极；将来自可变频率能量源的激励波形供应至第一电极和第二电极以激发由可离子化介质源供应的可离子化介质并生成等离子体流出物；以及调整激励波形的频率以修改等离子体流出物的至少一个属性。
[0012]根据上述实施例的一个方面，对频率的调整包括对布置在等离子体仪器上的可变设置元件的调整。对频率的调整包括使用可变频率能量源的频率用户接口输入期望频率。对频率的调整包括基于来自可离子化介质源的可离子化介质的流速来输入频率。对频率的调整包括设置到第一频率和高于第一频率的第二频率中的至少一个频率，其中等离子体流出物在第一频率下处于第一温度，而等离子体流出物在第二频率下处于高于第一温度的第二温度。
[0013]根据上述实施例的一个方面，供应激励波形包括在一占空比下操作DC-AC升压转换器的至少一个开关元件，以转换DC波形来生成激励波形。对频率的调整包括对占空比的调整。
【附图说明】
[0014]并入本说明书中并作为本说明书的一部分的附图示出了本公开的示例性实施例，并且连同如上给出的本公开的一般性描述和随后给出的实施例的详细描述一起，用于解释本公开的原理，在附图中:
[0015]图1是根据本公开的等离子体系统的透视图；
[0016]图2是根据本公开的电外科发生器的一个实施例的前正视图；
[0017]图3是根据本公开的图2所示电外科发生器的实施例的示意性框图；
[0018]图4是根据本公开的图2所示电外科发生器的DC-DC转换器和DC-AC逆变器的示意性框图；
[0019]图5是根据本公开的图1所示实施例的等离子体仪器的纵向截面侧视图；以及
[0020]图6是根据本公开的图1所示实施例的等离子体仪器的细长主体在图5中指示的放大区域6的部分截面透视图。
【具体实施方式】
[0021]参考附图详细描述本公开的电外科系统、装置和/或设备的实施例，在附图中，类似的附图标记在每个上述视图中指代相同或相对应的元素。在此使用的术语“远端”指的是电外科系统、装置和/或设备或其部件的更远离用户的部分，而术语“近端”指的是电外科系统、装置和/或设备或其部件的更接近用户的部分。
[0022]一般地，参见图1，本公开提供包括可离子化介质源16和电外科发生器200的电外科等离子体系统10，电外科发生器200被配置为以可变频率输出能量。等离子体系统10还包括适于耦接至可离子化介质源16并耦接至电外科发生器200的等离子体仪器12。等离子体仪器12和/或发生器200包括控制件，该控制件用于调整电外科发生器200的频率，并进而调整由等离子体仪器12生成的等离子体流出物的一个或多个属性(例如，温度)。这允许对等离子体流出物进行调整以实现期望的组织效应。在一些实施例中，频率可以响应于自动输入(例如，由发生器200响应于检测到的组织和/或能量属性、可离子化介质流及其组合进行输入)和/或用户输入(例如，选择一个或多个操作模式)而被调整。
[0023]根据本公开的等离子体可以用于通过高能等离子体的直接施加来凝结、烧蚀或以其他方式对组织进行处理。更具体地，从等离子体到组织的动能转移会导致愈合，并由此影响出血组织的热凝结。在实施例中，等离子体束凝结可以使用具有可由电外科发生器赋能的一个或多个电极的手持电外科仪器来实现，其中该电外科发生器输出适于使用可离子化介质(例如，惰性气体)形成等离子体的高强度电场。
[0024]根据本公开的等离子体系统10能够生成具有从约60°C到约300°C的温度的等离子体(“高温等离子体”)，在一些实施例中生成具有从约20°C到约60°C的温度的等离子体(“低温等离子体”)。低温等离子体的这些温度表示平均温度，这是因为粒子不处于热平衡，因而某些粒子可能会具有相对高的温度，但由于这些高温粒子是等离子体的一小部分，因此平均等离子体温度仍较低。
[0025]高温等离子体通过经电弧递送高温离子化氩气流而对组织引发热效应。这些仪器的效应是纯热的，并且类似于使用以火的形式同样发射等离子体的手持丁烷炬获得的组织效应。这类等离子体非常适用于凝结、切割、气化或以其他方式对组织进行处理。
[0026]低温等离子体可以使用电晕放电生成并且可以通过非热机制对组织造成影响。通过电晕放电生成的等离子体离子化可离子化介质(例如，原料气体)的一小部分，使得该等离子体具有相对较低的平均温度。这些低温等离子体放电通过电穿孔及反应物质的产生来影响组织。这些类型的等离子体还非常适用于伤口消毒、药物递送、伤口闭合以及其他医疗和手术程序。在一些实施例中，低温等离子体可被用于各类生物活性剂的施加。
[0027]根据本公开的等离子体可由DC或AC脉冲产生。低温等离子体可以通过以低占空比向仪器的电极施加低DC或AC脉冲来产生。而高温等离子体可以通过以高占空比施加高频DC或AC脉冲来产生。在一些实施例中，仪器(例如，电极和其他电耦合部件)的阻抗可以是完全电容性的，由此，增加的频率遭遇仪器内的低阻抗，从而允许对离子化过