专利名称：电凝手术刀的制作方法
背景技术：
本发明涉及用于凝结血管的适合于外科应用的电子手术刀。
更具体地说，如以下说明书所指出的，本发明涉及一种电子手术刀，它适合于将电功率、也就是将能量发送到操纵器上，这种能量适合于进行血管凝血，但不会引起血管壁萎陷。
众所周知，凝血的发生是因为在血浆中溶解的蛋白物质，称为纤维蛋白原，在凝血时被组织成一种纤维稳定结构，称为纤维蛋白。
于是，形成了一种纤维网，防止血液从它在其中流动的血管中流出。
所以，增强纤维蛋白原转化成纤维蛋白的组织，就可获得凝血的条件。
试验表明，在向血浆分子发送的动能将其温度升高到至少63℃时，就发生凝固(也就是纤维蛋白原转换为纤维蛋白)。在这些条件下，纤维蛋白原转换为纤维蛋白但血管壁不会萎陷。
如果温度超过80-85℃，血管萎陷，且血管壁细胞死亡。
目前与电子手术刀一起使用的凝固技术会引起血管破坏，产生坏死区，而且电子手术刀用很危险的电压工作，有时高达数千伏。
高电压的危险加上通过电子手术刀发送过高的能量，导致血管组织的破坏，如上所述。
所进行的测试表明，当发送来断开这些细胞分子键的能量基本上等于所述分子键的结合能量时，经受电子手术刀作用的细胞不会坏死变性。
事实上，每当把能量传送到细胞组织，就会引起组织分子振动，且动能的增加被转换成所述组织的温度升高。
当细胞温度超过50℃时，细胞坏死。
所以，特别重要的是应当以这样的方式工作，即，电子手术刀进行切割手术但在周围组织中不产生热量。
此外，还观察到，当而且仅当传送到组织分子的能量等于分子键结合的能量时，才不会发生温度升高的现象。
实际上，在这种情况下，所发送的能量不是用来增加分子的动能，而仅仅是用来断开将分子互相结合的键。
发明概述本发明的目的是提出一种调节电子装置的方法，所述电子装置将波形发送到电子手术刀操纵器并且按照如下方式执行电子手术刀的操作，即，向待凝固的组织区域发送能量，所述能量基本上等于使蛋白质变性从而把血浆中所含的纤维蛋白原转换为纤维蛋白而血管壁不会萎陷的所需能量。
另一个目的是使电子手术刀所传送的功率不会使周围组织的温度升高到能引起血管组织萎陷的高数值。
换句话说，一个目的就是使电子手术刀的操纵器向待凝固组织发送的温度决不超过70-75℃。
本发明的另一目的是要尽可能限制甚至完全避免血管的萎陷及其破坏，因为不再有供血的区域会自然坏死。
还有一个目的是提供这样的电子手术刀，所述电子手术刀把较低电压用于凝固，以便消除甚至在手术远离肠部时有时会发生的肠穿孔的可能性。
上述目的以及在以下说明中详述的其他目的是用本发明的电子手术刀来实现的，按照主要权利要求书的内容，这种电子手术刀包括-用于凝固有机组织的操纵器以及用于接通(close)作为所述操纵器一部分的电路的至少一个电极；-整流电路，由市电电压供电，向射频电路提供整流、直流或稳压的电压；-射频电路，包括至少一个电子开关，所述电子开关由所述整流电压供电，并受导频电路控制，所述导频电路发射具有预定振幅和频率的一般方形电流波，其中，所述电子手术刀的特征是所述导频电路输出的波是一般方形脉动载波和调制波的组合波，所述合成波以所述载波频率在宽带谐振电路中循环。有利的是，按照本发明，以一般规则的时间间隔在操纵器上获得波分组，所述波分组是从频率等于所述电路的谐振频率的载波与一组谐波和具有适当的频率的调制波的组合中获得的。
操纵器中可用的每个波分组具有这样的振幅，所述振幅保证发送到凝固所涉及的细胞上的功率和能量并使其中有轻微加热，因为发送到所述细胞的能量不同于所述细胞的分子键结合能量。这样，就可做到使加热处在65-70-75℃的范围内，而不高于此温度，以便获得纤维蛋白原变性为纤维蛋白、而周围细胞不坏死的效果。
还有，有利的是，载波的谐振频率最好(但不一定必须)选择在4MHz左右，而调制波可以具有市电频率，例如50或60Hz，或20-30KHz。
合成波中谐波频谱的存在使操纵器发送到待凝固组织的功率和能量是因频率各异而不同的特定能量之和。
这一点特别重要，因为不同性质的待凝固细胞组织的每个分子对应于应发送的理想能量，以便在当前情况下达到允许纤维蛋白原转换为纤维蛋白，而不破坏其他邻近细胞的正确温度。
按照本发明的实施例，所述合成的已调波的获得方法是以间歇的时间间隔启动或禁止缓冲电路，允许或阻止晶体振荡器或最终频率合成器将其脉动发送到电子开关的导频电路。
这样，在这种情况下，获得了间歇脉冲序列，所述脉冲序列取决于控制缓冲电路的微处理器进行启动和禁止活动的频率。
在本发明的另一实施例中，合成波的获得方法是通过连接到电子开关集电极的部分整流市电波，对以晶体振荡器或最终频率合成器的频率产生的并由导频电路提供到电子开关基极的载波进行总加。
在导频电路上的所谓基本调制，亦即产生脉冲序列，特别用于高功率设备，而对集电极的调制用于低功率设备。
附图简要说明从对本发明特定实施例的以下说明中可以更好地了解本发明的其他特征，所述实施例作为说明而非限制性实例示于附图中，附图包括
图1是本发明的电子手术刀的方框图；图2是图1的电子手术刀的射频电路的详细的图解说明；以及图3示出可以在电子手术刀操纵器处获取的涉及各种频率的功率波形。
发明的描述按照本发明的执行实施例，不用变压器11和带滤波器的整流电路20，而可以使用稳定的开关AC/DC变换器，或者与带滤波器的整流电路连接的、输出端具有稳定的开关AC/DC变换器的变压器。
在任何情况下，从这些整流电路输出的电压201应是直流和稳压的，预定值最好例如在50V和200V之间，所选电压值视手术设备的使用情况而定。
或者，对于设备的相同使用目的，对于不同的功能，电压可以不同。
例如，馈电电压可以来自具有两种不同电压值的两个馈电器，视同一设备上所述手术刀的双极功能和单极功能而定。
射频电路示于图2。
此实例中的电路使用了两个电子开关，例如两个MOSFET。
但是，如果电子手术刀需要较高的切割功率，可以使用三个或更多个MOSFET组件。
每个MOSFET 305由导频电路306控制，导频电路306由已知类型的直流电压稳压电源(图中未示出)提供的电压302馈电，电源的输出电压可调(也可以是开关类型)，以获得较好的效率。
导频电路306也可由电流控制器310调节，电流控制器310除其他组件外还包括微处理器314，它以预先指定的时间间隔中断导频电路的馈电，使通过谐振电路的合成波具有间歇脉冲序列的形式，每个脉冲序列由调幅波构成。
更具体地说，射频电路30提供以下功能每个MOSFET 305起开关的作用，所述开关断开来自整流电路20的输出电压201并加到每个MOSFET集电极上的的直流电流。
每个导频电路306发出单向脉动非交变方波，驱动每个MOSFET的基极。
通过连接到缓冲器313的振荡频率为4MHz的石英振荡器311将导频电路306的频率保持恒定不变。
还可以通过一种电路或具体的电子装置(例如频率合成器)来获得4MHz或更高频率的基本振荡频率。
通过振荡频率等于石英(或适当电路或装置)的频率(在此实例中为4MHz)的信号对MOSFET 305进行控制。
MOSFET 305被接通(closed)时中断管脚301上的电流，而当断开(open)时让电流加到管脚301。
在管脚301上的电流波形的宽度取决于连接到导频电路306的信号302的调节。
由电位计303进行的或例如由触摸屏型调节器进行的对302上信号的调节允许选择输出波的宽度，以便获得根据要进行的手术为电子手术刀的操纵器设计的功率。
下表示出使用本发明的手术刀进行切割手术时在某些应用领域所采用的最大功率，按照外科手术领域分类。
表1
从表1可知，所采用的功率可以从低于25W的数值(用于小的皮肤手术)到最大值120W。
为了获得不同于在实例中所述的功率调节方法，即通过改变控制功率MOSFET栅极的驱动器的馈电电压302来提供功率调节，可以使用仍为直流和稳压(用AC/DC变换器或DC/DC变换器)但却可变的电压201(例如从0V到200V)，而同时电压302维持恒定不变。
另一种可能性是使用直流稳压电压201，例如从0V到200V可变，同时也使用可变电压302，在这种情况下可获得混合型的功率调节。
按照本发明的可能的实施例，通过作为电流控制器310一部分的微处理器314来调制4MHz的基本振荡频率，所述电流控制器310设置成向缓冲器电路传送频率为20-30KHz，工作比小于30％的所述电路的启动或禁止信号。
这样，缓冲器电路310发送和断开振荡器311所产生的振荡，从而产生脉冲序列，通过导频电路306到达电子开关MOSFET 305的基极。
所以从MOSFET开关305出来的合成波301是已调制波，其振幅由功率调节器303调节。
按照本发明的另一实施例，已调制合成波的获得可以不是通过关于晶体振荡器311的中断的操作，而是通过用不再是直流，而是部分整流的脉动电压(具有单一半波)201向电子开关MOSFET 305馈电。
为此，改动整流电路20，使信号201从所述电路输出时没有市电正弦波的负半波，而只有正半部分就可以了。
而且，在这种情况下，从射频电路获得的输出电流301具有由4MHz载波和50-60KHz调制波构成的合成波。
由于射频电路30的输出连接到射频变压器40的初级，于是建立了以4MHz的频率流过谐振电路的循环电流301，其中谐振电路的电容和电感分别由MOSFET 305的涡流电容、其电抗可忽略不计但是起阻塞电压201的直流分量的作用的电容器307、以及变压器40初级电路的电感决定。
按照本发明，载频的谐振电路是宽通带类型，以便即使受阻尼，至少也能让与信号301相关的载波二次和三次谐波通过。
最好是信号301至少具有二次，三次和四次谐波。
为了在图2的实施例中获得宽通带谐振电路，使用了高频变压器，其次级电路的匝数大于初级电路的匝数。这是因为已知谐振系数Q由下式表示Q＝ωCRRE＝2πfCRRE＝式中f为谐振频率，CR为谐振电路的电容，RE为将负载(例如要用电子手术刀作手术的患者身体)加到次级电路时初级电路的等效电阻。
由于等效负载可以用下式表示RE=RC(N1N2)2]]>式中RC是负载电阻，N1和N2分别是初级和次级的匝数，可以看出谐振系数Q可以用下式表示 所述公式指出，当次级匝数相对于初级匝数增加时，谐振系数减小。谐振系数还可用下式表示Q=FRB]]>式中FR是谐振频率，B是通带。
在本发明中，如果需要将谐振电路中4MHz的通带加宽到8MHz、12MHz和16MHz，可插入具有适当匝数的变压器，使得谐振系数小于1，最好在0.4到0.6之间。
也在谐振电路上以载波频率循环的调制波产生一些不是谐振频率的波。
因此，合成波中有许多不是谐振频率的波，引起待凝固血液组织温度升高的效应。
由于谐振电路的谐振系数很低，所以这些不是谐振频率的波就会被传送到操纵器上。
在所述谐振电路的这些宽通带特性的情况下，变压器401的次级电流信号具有图3所示的形式。
检查图3的波形，可以看出在4、8、12和16MHz处有功率峰值，这是令人感兴趣的数值，这些峰值被传送到手术刀操纵器，获得上述效果。
更具体地说，已观察到，在血液组织中获得的凝血是立即和有效的。
周围组织不会坏死，因为温度上升到70-75℃的现象仅限于具体的凝血区域，不涉及周围组织区域。
纤维蛋白原转换成纤维蛋白几乎是立即的。
可以看出，一旦功率调节器302已设定，信号401的电流通过来自设置在MOSFET 305后面的电流传感器308的电流控制器加以控制。
来自电流传感器308的电压信号309驱动电流控制器310，通过微处理器314控制的快速比较，或通过微处理器本身，限制和信号312一起作用在MOSFET的导频电路上的最大电流401。
如果阻抗很低，由于电流会升高到非常高的数值，电路中有包括电感402的电流限制器，以限制流到操纵器的电流并阻止电路超过最大允许电流值。
通过两个电极(即操纵器41和平板电极42)之间患者的欧姆负载来接通电路。
平板42最好由光绝缘层覆盖，以免平板灼烧到患者，这是电子手术刀常有的事。
可以看出，在双极手术的情况下，由操纵器41和平板42构成的电极组件也可采用不同的镊子形式。
利用本发明凝血电子手术刀的功率调节方法，就能够使操纵器的可用能量基本上等于使切割动作所关注的细胞中的温度仅升高到使纤维蛋白原变性，但低于使周围组织细胞坏死的温度所需的能量。
可以看出，所述能量的剂量是通过改变加到导频电路或加到馈电201上的功率信号的幅度而获得的。
这种操纵器能量剂量的后果是至少减少了手术后的疼痛，显著减少了患者手术后的住院时间，也就减少了住院费用。
本发明的凝血手术刀也可毫无问题的用于装有起博器的患者，因为本发明手术刀所用的频率不会干扰起博器的正常工作。
权利要求
1.一种调节电子手术刀操纵器可用功率，以便使所述操纵器适用于获得血液凝固的方法，这种类型的电子手术刀包括-至少一个市电电压的整流电路，它提供整流和直流电压；-至少一个射频电路，它适合于以振荡器设定的主频率发射电流载波信号作为输出，所述电流信号由射频变压器馈送到所述操纵器，其特征在于把由所述载波(304)和调制波(201)组合产生的波形(301)加到所述操纵器，所述合成波具有这样的频率，使得发送到待凝固的组织的能量可以使所述待凝固组织中的温度升高，直到引起所述组织中所含的纤维蛋白原变性，转换成纤维蛋白。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于由所述操纵器发送到待凝固组织的能量使得发生凝固的组织区中的温度在50℃和75℃之间。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于加到所述操纵器上的波形幅度的改变是通过改变加到所述导频电路的功率信号(302)或者通过改变馈电电压(201)而发生的。
4.一种执行权利要求1的方法的电子手术刀，所述电子手术刀包括-用于有机组织凝血的操纵器(41)和用于接通与其连接的电路的至少一个电极；-整流电路(20)，它由市电供电并且向射频电路提供电压(201)；-射频电路(30)，它包括至少一个电子开关(305)，所述开关由所述电压(201)馈电并由导频电路(306)控制，其特征在于所述射频电路具有作为输出的由一般方形载波(304)和调制波的组合产生的合成波，所述合成波以所述载波频率在宽带谐振电路中循环。
5.如权利要求4所述的电子手术刀，其特征在于所述谐振电路至少包括所述电子开关(305)的寄生电容和向所述操纵器馈电的射频变压器的初级电路的电感。
6.如权利要求4所述的电子手术刀，其特征在于所述操纵器(41)的波形振幅可以利用改变所述导频电路(306)电压(302)的调节器(303)来改变。
7.如权利要求4所述的电子手术刀，其特征在于所述操纵器(41)的波形振幅可以通过改变向所述射频电路(30)馈电的整流直流电压(201)来改变，而向所述至少一个电子开关(305)的导频电路(306)馈电的电压(302)保持恒定不变。
8.如权利要求4所述的电子手术刀，其特征在于所述操纵器(41)的波形振幅可以通过改变向所述射频电路(30)馈电的整流直流电压(201)并利用改变所述导频电路(306)电压(302)的调节器(303)来改变。
9.如权利要求4所述的电子手术刀，其特征在于所述导频电路(306)连接到包括微处理器(314)的电流控制器(310)，所述微处理器(314)以预定的时间间隔中断所述导频电路的馈电，使得通过所述谐振电路的合成波具有间歇脉冲序列的形式，每个脉冲序列由调幅波构成。
10.如权利要求4所述的电子手术刀，其特征在于所述调制波通过没有负半波形的市电整流电压波(201)加到所述电子开关的集电极上。
11.如权利要求4所述的电子手术刀，其特征在于所述载波具有4MHz的主频率。
12.如权利要求11所述的电子手术刀，其特征在于所述调制波的脉冲序列具有20-30KHz的频率。
13.如权利要求11所述的电子手术刀，其特征在于所述调制波具有50Hz的频率。
14.如权利要求11所述的电子手术刀，其特征在于所述调制波具有60Hz的频率。
全文摘要
本发明涉及调节电子手术刀操纵器可用功率，以便使操纵器适用于获得血液凝固的方法，所种类型的手术刀包括至少一个市电电压整流电路，它向至少一个射频电路提供整流和直流电压，所述至少一个射频电路适合于以振荡器设定的主频率发射电流载波信号作为输出，所述电流信号通过射频变压器馈送到所述操纵器，其中所述方法包括把由所述载波和调制波组合产生的波形加到所述操纵器上，所述合成波形具有这样的频率，使得发送到待凝固组织的能量能升高待凝固组织的温度，直到其中所含的纤维蛋白原发生变性并转换成纤维蛋白。本发明还涉及实现此方法的电子手术刀。
文档编号A61B18/14GK1798526SQ200480015508
公开日2006年7月5日 申请日期2004年6月3日 优先权日2003年6月6日
发明者G·波扎托 申请人:特利亚电子工程股份有限公司