通用自限制电外科返回电极的制作方法

1.技术领域

本公开一般涉及电外科系统。本公开尤其涉及通用安全电外科返回电极，其适用于基本上任何尺寸的患者。

2.

背景技术：

在电外科领域，切割组织和/或烧结流血血管的医疗过程通过利用射频(RF)电能来执行。如本领域技术人员所知晓的，电外科被广泛使用并提供多种优势，其包括用于切割和凝结的单一外科手术工具的使用。RF能量由波发生器或电外科单元(ESU)产生，并且通过可由外科医生操作的手持电极传输至患者的组织。

单极(Monopolar)电外科发生器系统拥有由外科医生施加到患者外科手术部位处来执行外科手术的活性电极，和从患者回到ESU的返回路径。在与患者接触点的活性电极必须为小尺寸来产生高的电流密度，以便产生切割或凝结组织的外科手术效果。返回电极，其携带与活性电极相同的电流，在与患者通信的点处的必须为足够大的有效表面积，以便低密度电流从患者流到返回电极。如果想对高的电流密度在返回电极处产生，患者皮肤和组织的温度将在此区域升高并且可以导致不期望的患者烫伤。根据知名医疗检测机构急救护理研究所(Emergency Care Research Institute)的数据，当电流密度超过每平方厘米100毫安时，坏死的阈值的身体组织的加热发生。此外，国际电工委员会(International Electrotechnical Commission)(“IEC”)发表了标准，其要求与电外科返回电极相邻的最大患者表面组织温度在声明的检测条件下不能升高多于摄氏六度(6°)。

从电外科的开始以来，已经使用了各种类型的返回电极。最初，返回电极包括不锈钢板(在几年后其被涂上导电凝胶)，其被置于患者的臀部、大腿、肩膀下，或者重力可以确保适当的接触区域的任何位置。然而，由于过程期间的调整，患者和钢板之间的接触面积有时候下落到低于适当水平。在此情况中，从患者传输到钢板的电流有时候增加到导致患者烫伤的水平。

在提高返回电极的安全性的努力中，平钢板最终被灵活的返回电极所替代。像钢板电极那样，灵活返回电极也涂有导电或介电的聚合物。另外，灵活返回电极其上拥有粘性边缘，所以它们可以附连于患者而不需要重力的帮助。因为这些灵活返回电极通过粘性附连到患者上，这些类型的返回电极通常被指代为“粘垫(sticky pad)”。电外科过程结束后，这些粘垫被处理掉。期望地，粘垫的一次性的性质导致额外的外科手术成本，其在美国为每年数千万美元。

与老式钢板相比，粘垫的使用已经导致更少的患者返回电极烫伤。然而，医院仍然经历患者烫伤，其由粘垫意外脱落或在外科手术期间从患者部分地分离二引起。此外，为了实现患者烫伤数目减少，粘垫的尺寸和形状必须与患者的可用表面积匹配。

例如，如果成人尺寸的粘垫用在婴儿上，部分的粘垫将不会与婴儿接触。因此，通过与婴儿接触的粘垫的部分的电流密度可能增加到导致婴儿烫伤的水平。另外，粘垫未附连的部分也可能造成手术室人员的烫伤风险。

另外，由于粘垫的更小的表面积，ESU上的功率设置必须被限定来控制/限定通过粘垫传输的电流密度。因此，例如，婴儿尺寸的粘垫不能用于成人患者，因为为达到期望的外科手术效果所要求的功率设置不能被没有导致粘垫部位由于小表面积而烧伤的风险地使用。

在为了缓解上述问题的进一步尝试中，已经设立标准(IEC 60601-2-2第五版)，其将患者分为三个体重范围：小于5kg、5kg到15kg、和15kg以上。粘垫已经被制成特定尺寸来适应每个体重范围。另外，功率设置限制已经为在每个体重范围中使用的粘垫而设立。具体地，IEC标准要求用于小于5kg体重级别的粘垫的电外科电流不能超出350毫安(“mA”)。类似地，IEC标准要求用于5kg到15kg和15kg以上体重级别的粘垫的电外科电流分别不能超出500mA和700mA。

如上所述，更大的粘垫仅能与足够大的患者安全地使用，其提供充足表面积来与粘垫的更大的表面积做完全的接触。反过来，与更小的患者做完全接触的更小尺寸的粘垫不能提供充足表面积来安全地传导电流，与处于低于安全阈值的电流密度的更大的患者相比。因此，不管粘垫是否被标记用于特定患者尺寸/体重范围，单独粘垫的尺寸和/或表现能力从根本上说限制了它们对于某些尺寸/体重级别内的患者的安全使用。

随后，进一步改进被提出，电极接触监视系统，其监视与患者接触的电极的接触面积，并且每当接触面积不充足时，该系统将关闭电外科发生器。例如，该电路在题为“Safety Monitoring Circuit for Electrosurgical Unit”授权给Newton的美国专利No.4,231,372中示出，其公开通过引用包含于此。该系统导致患者返回电极烫伤中额外的减少，但要求特殊的一次性电极和发生器中附加的电路，其使每个步骤的成本进一步升高。另外，这些类型的监视系统仅提供相对量的安全性。更具体地，此监视系统由人产生的算法控制。在创建此算法中，算法创建者必须确定什么样的参数(例如，接触面积尺寸等)被认为是安全的。然而，在使用中，该选择的参数可能证明没有提供充足的安全性。因此，此监视系统的安全性仅与为监视系统中的算法所选择的参数一样好。在此系统被引进的头二十年中，由于其高昂成本，在美国少于全部百分之40的外科手术使用此系统执行。

对于电外科最大的改进之一以自限制返回电极的形式出现。不同于粘垫和钢板返回电极，自限制返回电极相对较大，因此消除了对于可能刺激患者皮肤的导电凝胶的需要。另外，自限制返回电极通常采用几何形状和材料，处于通常使用的电外科频率下的所述几何形状和材料的阻抗特性使得，如果患者和电极之间的接触面积降低到低于期望的水平，则返回电极将电流密度(和对应的温度提升)自限制到安全阈值。此外，自限制返回电极特别设计成在患者和返回电极之间接触区域均匀分布的电流密度，以便减低患者烫伤的风险。

虽然自限制返回电极的使用甚至已经显著降低了在电外科过程期间经历的患者烫伤的数目，但典型的自限制返回电极仍然受制于一些限制。例如，如同粘垫，典型的自限制返回电极通常制造为用于不同尺寸患者的多个尺寸。例如，用于小人(例如，低于50磅)的典型的自限制返回电极可以为大约26x 12英寸，而用于更大的人的典型的自限制返回电极可以为大约46x 20英寸。

此外，典型的自限制返回电极在其构成中通常为非对称，以便电极的仅一个表面可以用作工作表面。因此，手术室人员必须小心来确保返回电极以朝上面向患者的恰当的表面置于手术台上。如果工作表面没有朝向患者放置，患者和返回电极之间可能有不充足的电容耦合来让返回电极正常工作。

构成的非对称的特征通常由于与另一侧相比较的在导电元件一侧的额外的内含物或更厚的材料层(例如，电介质、软垫等)。不仅典型自限制返回电极的非对称构成限制了哪个表面可以用作工作表面，而且某些层的厚度也可以限制返回电极通过不同级别患者工作的能力。例如，用于成人的自限制返回电极可能无法提供用于婴儿的充足的耦合，因为软垫层太厚了。

因此，虽然各种优势已经在电外科文献中做出，依然有改善的空间。更具体地，当系统和设备已经被开发来提高接收电外科过程的患者的安全性，诸如减少患者返回电极烧伤的数目，返回电极的多功能性依然是个问题。尤其，如上文所述，之前的返回电极有依据患者的不同级别(典型地尺寸或体重级别)定制的需要，并且被限制在特定使用方式(例如，电流水平、工作表面的朝向等)。

因此，提供通用安全电外科返回电极将是本电外科领域中的进步，其为自限制并且可以跨患者级别和以更多方式使用。

技术实现要素：

本公开通过提供自限制返回电极解决了前文的缺陷，其可以安全地用于基本上任何患者，无论尺寸和体重，并且更对称，以便返回电极的多个表面用作工作表面。

简单地说，根据本公开实施例的返回电极包括与粘垫和钢板返回电极相比相对大的有效表面积。它是如此之大且相对于患者身体摆位是如此的适应，以使得它消除了对于导电凝胶的需要。而且，暴露的表面属于可易于清洗、可防感染和/或可消毒的材料，因此有助于用于重复使用的方便快速的护理。该自限制返回电极通常采用几何形状和材料，在通常使用的电外科频率下所述几何形状和材料的阻抗特性使得，如果患者和电极的工作表面之间的有效接触面积降低到低于期望的水平，则返回电极将电流密度(和对应的温度提升)自限制到安全阈值。相应地，前文中的昂贵且仅相对安全的在定制RF发生器中的监视电路的需要也被省去。

根据某些实施例，电外科返回电极做得足够大来在医疗过程中所使用的典型的电外科频率下呈现充分低的电阻和低电流密度，来减少在相邻患者组织中的过高温度提升的可能性(即通过保持温度(“T”)提升低于摄氏六度(6°))，因此避免了组织坏死或其他不期望的患者创伤。

根据某些实施例,返回电极可以拥有基本对称的构成，以便返回电极相反的主要表面每一个可以用作工作表面(在过程期间与患者接触或接近患者的返回电极的表面)工作。此外，返回电极的每个工作表面做得面积足够大，以便在正常使用中，电流将不会减少到妨碍外科医生在手术部位执行手术的能力的点。

根据本公开的某些实施例，返回电极可以用于广泛级别的患者。例如，根据某些实施例的返回电极可以用在基本任何体重的患者上。类似地，根据某些实施例的返回电极可以用在体重为0.8磅或更重的患者上根据其他实施例，返回电极可以用在由工业标准(例如，IEC)定义的多个体重级别的患者上。例如，单一返回电极可以用在任何患者上，而不用管该患者是否落入小于5kg的级别、5kg到15kg的级别、或15kg以上的级别内。

根据某些实施例，当跨越患者和返回电极之间的接触面的电流密度是非均一时，通用安全返回电极将电流密度(和对应温度提升)自限制到安全阈值。非均一电流密度的分布可以使返回电极用于基本任何尺寸的患者，与此同时仍然提供本文所讨论的自限制特征。

根据某些实施例，控制的电导性是通过电极中的导电材料(诸如导电丝或炭黑)的内含物而被给予电极的，因此根据表面积将导电性调整到将通过的电流限制到安全值的水平。

根据某些实施例，在电极的工作表面中和与之相邻的材料的电阻被充分地提升，以便将工作表面的电流密度限制到低于患者组织创伤的阈值的水平，因此提供了自限制特征来防止在电极的有效工作表面的意外减少的事件中的患者创伤。

本公开实施例的附加特征和优点将在以下描述中阐述，并且根据该描述而部分地显而易见，或者可通过实践本公开而获知。这些和其他特征将从后续描述和附加权利要求中变得更完全地显而易见，或可以通过实践本公开而获知。

附图说明

为了进一步阐述本公开的上述和其他优点和特征，通过参考在附图中示出的特定实施例将呈现的更具体描述。应该理解的是，这些附图仅描绘了公开的示出的实施例因此不能被视为本申请的范围的限制。通过附图的使用，将利用附加特性和细节来描述和解释本公开，其中：

图1是简化的电示意图，其示出了在手术过程期间呈现到电外科发生器的有效地包含在射频电流的操作路径中的典型的阻抗；

图2A是示出本公开原理的广域分布的电外科返回电极的俯视图；

图2B是图2A的电外科返回电极的片段的放大图；

图2C是沿着图2B的截面线2C——2C所得的截面图，其示出了由2B的片段表示的有效电路阻抗；

图3是以图表形式示出的返回电极的有效表面积和电极处产生的有效射频电流密度之间关系的示图；

图4是示出了手术台的透视图，该手术台拥有根据本公开的布置于其上表面的电外科返回电极；

图5是沿图4的线5——5所取得的简化的截面图；

图6是示出了手术台的透视图，该手术台拥有根据本公开的布置于其上表面的电外科返回电极；

图7是沿图6的线7——7所取得的简化的截面图；

图8是图6的电外科返回电极的简化的分解截面图；

图9是简化的电示意图，其示出了利用图6的电极的手术过程期间射频电流所遇到的典型的电阻；

图10是示出根据本公开的电外科返回电极的透视图；

图11是示出根据本公开的另一电外科返回电极的透视图；

图12是根据本公开的电外科返回电极的简化的截面图；

图13是根据本公开的另一电外科返回电极的简化的截面图；

图14是根据本公开的又一电外科返回电极的简化的截面图。

具体实施方式

本文公开的电外科返回电极采用几何形状和材料，在通常使用的电外科频率下所述几何形状和材料的阻抗特性使得，如果患者和电极的有效工作表面之间的接触面积降低到低于期望的水平，则返回电极将电流密度(和对应的温度提升)自限制到安全阈值。另外，该公开的自限制电外科电极能够用于基本任何体重或尺寸的患者。相应地，本文公开的返回电极可以指代为“通用安全返回电极”或“通用自限制返回电极”。而且，某些公开的自限制电外科电极拥有基本对称的构成，以便该电极由两个可以用作有效工作表面的主要表面。

图1——14和对应的讨论涉及通用安全电外科电极的结构和特征，其提供自限制特征并且用于基本任何尺寸的患者。之前的自限制返回电极基于患者是纯粹地(和均匀地)导电的假设而设计。相应地，之前的自限制返回电极设计为将电外科电流均匀地分布在患者和电极的有效工作表面的整个接触区域上。相反地，在与图1——14联系中提供的本实施例和讨论是基于患者同时(非均匀地)导电和阻电(即，某些组织导电，而某些组织阻电)，不是纯粹或均匀地导电的理解。包括在此讨论中的是可以用于基本上任何尺寸患者的通用自限制返回电极的示意性实施例的详细描述。

现在转向附图，并且尤其是图1——3，自限制返回电极的一般讨论和其操作所依据的一般原则将被提供。图1描绘了简化的电示意图，其示出了在手术过程期间呈现到电外科发生器的有效地包含在射频电流的操作路径中的典型的阻抗。这里，将会看到常规射频电功率发生器100，诸如但不限于恒定功率、电压和/或电流，或可变功率、电压和/或电流的发生器。连接到电功率发生器100的是常规电导体102和104，其分别将发生器100连接到由阻抗z₁表示的外科医生的实施和由阻抗z₃表示的电外科返回电极。阻抗z₂被提供来标识由位于手术部位和返回电极之间的患者的组织所呈现的阻抗。电导体102和104表示一个说明性的结构，其能够执行用于制造到返回电极的电连接的连接方式的功能。然而，本领域技术人员应该理解的是，不同其他结构也是适合和能够执行期望的功能。

尽管图1的示图是简化的并且一般地考虑的就主要的电阻而言的电路元件，其包括外科设备、患者身体和返回电极贡献的电抗，为了清楚和简洁地示出本公开的原理，应当理解的是在实际中，会遇到某些其他参数，诸如分布的电感和分布的电容的参数，为了本文原理的说明中清楚的目的，这些参数认为是相对地小并且在此描述中的这点上不被考虑。然而，如下所述，在一个实施例中，当绝缘的袖子被插到电极和患者的身体之间，电容电抗的显著元件可能被包括进z₃的阻抗中。也应该注意的是附图旨在简化，以简洁地呈现公开的原理。

初始的实施例属于在组合的电阻和/或电容模式中操作的电极。相应地，如果不考虑相对小的零散的电容和电感电抗，电路的总的有效阻抗将会等于单独阻抗z₁、z₂和z₃的和；并且，由于潜在地相同电流将会通过全部三个，RF发生器100产生的电压将会以与这些阻抗对应值的正比例跨越阻抗z₁、z₂和z₃分布。因此，存储在此部件的每一个中的外科能量也与它们值的成直接比例。

由于期望产生能量聚集在外科医生的实施接触患者组织的区域中，期望z₁表示的阻抗的阻性分量是非常大的，并且流经此阻抗的电流聚集在非常小的区域中。后者通过使在手术部位处与患者接触的区域非常小来实现。

已知，与前面串联电路相对比的，当并联连接时，结合的阻性和容性电抗的分量呈现总的有效电抗，其由下式给出：

因此，如果100个类似的阻抗并联，每个100欧姆，有效阻抗Z_eff将等于一欧姆。如果此类阻抗的一半有效地断连，剩余的有效阻抗将为两欧姆，还有如果仅一个阻抗在电路中活跃，剩余的有效阻抗将为100欧姆。这些考虑因素的重要性及其对于提供电极自限制和故障安全的采用，从以下图2A、2B、2C和3所示的元件的描述看来将是明显的。

现在转向图2A，将看到广域分布的电外科返回电极110的俯视的示意性表示，其示出本公开的一些原理。在示图的右侧，示出电连接端子115，来辅助连接到诸如图1的导体104的电返回导体。返回电极110的表面114优选地为光滑和均匀的，并且包括薄阻性和/或介电层。可替代地，返回电极110的表面114可以包括电容性和/或电感性的层，取决于返回电极110的具体操作。处于此说明的指导性目的和为了帮助返回电极110的数学建模，电极110可以想成是包括多个均一尺寸的区域或片段，如区域116、116a、116b、116c…116n所示。然而，应该被本领域技术人员理解的是，返回电极110可以或可以不包括断开的区域或片段，优选地是电极110由连续的片段。

为了在尺寸上与所呈现的阻性阻抗z₃’类似，图2B中放大示出区域/片段116。因此，将明显的是，对应于片段116…116n的电极110的每段固有地能够呈现类似于阻抗z₃’的阻抗。在某些实施例中，由电极110的每个片段呈现的阻抗可以等于或基本等于彼此。然而，在另外的实施例中，由电极110的片段呈现的阻抗可以不等于或基本不等于彼此。电极110的片段呈现的阻抗中的变化和/或患者组织的导电性中的变化可以促成患者和返回电极之间的电外科电流密度的非均一分布。

与要求均一电流分布的之前的自限制返回电极相对比，本公开的返回电极不要求电外科电流在患者和返回电极之间的整个接触区域上均匀地分布。相反，本公开的返回电极特异地设计为允许跨越患者和返回电极之间的接触区域的电外科电流非均匀地分布。换句话说，本公开的返回电极特异地设计为，通过将患者和用于传导电外科电流的返回电极之间的有效表面积最小化，将电流密度最大化(于此同时仍然提供自限制特征)。此类电外科电流的非均匀分布是本发明返回电极的一个特征，该特征让本发明返回电极安全地使用于几乎任何尺寸的患者，并且跨越多个患者体重级别。

更具体地，利用之前的均匀分布的自限制返回电极，有效表面积(即，用于患者和返回电极之间导电的接触面积)将等于患者和返回电极之间的总的接触面积。相反地，本公开的返回电极可以允许有效表面积等于或小于患者和返回电极之间的总的接触面积。

因此，例如，当大尺寸仰卧的患者与本公开的返回电极的上表面的大部分接触时，有效表面积可以大大小于总的接触面积。换句话说，本公开的返回电极可以允许电外科电流的显著部分聚集在小于患者和返回电极之间的总的接触面积的区域中，同时仍然将电流密度限制到安全水平。在诸如婴儿的小尺寸患者的情况中，总的接触面积和有效表面积可以基本相同。因此，无论患者是否大或小，返回电极的表面的相对小的部分可以用来有效地和安全地传导电外科电流。

电路内并联中活跃的片段116…116n的数目可以是患者和电极之间有效表面积的函数。因此，对应于有效表面积内的片段116…116n的段可以在电路中并联来形成图1的阻抗z₃所表示的阻抗。只要有效表面积足够大(例如，在电路中重叠的片段116…116n并联)，电流密度和温度提升被维持在上文提到的危险阈值以下。

现在，如果出于任何原因，患者和电极之间的有效表面积将会被降低到片段116…116n中的仅一个的表面，有效阻抗(在考虑的示例中是容性电抗和电阻的结合)将会显著地升高；并且在有效表面积中的减少的某点处，有效阻抗提升到相对于在电外科仪器的部位处呈现出的阻抗的水平，以便减少外科仪器的电外科效果或防止外科医生仪器的有效使用，因此给外科医生发出患者应该重新摆位的信号以便呈现与返回电极的更大的有效表面积。于此同时，总电路阻抗将会提升，以便如果外科医生试图采用其仪器而不将患者重新摆位的情况下要流的总电流将会降低到低于给患者造成不期望的创伤的值。相应地，提供的增强使用中安全性的自限制特征(通过返回电极的自然特征)而不需要前文提到的利用其人工产生的仅提供相对水平的安全性的算法的单独的检测电路和控制电路。

图2C是沿着图2B的截面线2C——2C所得的截面图，其示出了由图2B的片段116表示的有效电阻抗z₃。这里，图2C中看到小片段116，其拥有由端子120电表示的上部患者接触表面118和由端子112电表示的下部表面122。为了此描述的目的(并且为了清楚地呈现此实施例背后的原则)，阻抗z₃可以认为存在于端子120和112之间。当然，对于本领域技术人员明显的是，在薄但高度导电的层沿着电极110的下表面被包括的实施例中，剩余片段所表示的阻抗的每个在其下端处与端子112并联连接；然而，如果此高度导电的层缺失，除了位于每个片段的上部区域和下部区域之间的材料所表示的阻抗之外，将有材料所表示的额外阻抗(未示出)，通过该材料电流为了到达端子112将必须横向地或径向地通过电极。

现在应该明显的是，如果径向阻抗通过前文提及的薄导电层的提供被最小化，或如果区域116的材料的下部处的有效导电性被提高，由返回电极呈现的有效阻抗将与和患者接触的电极的有效上表面成反比。

图3是以图表形式示出的返回电极的有效表面积和(i)电极处产生的有效射频电流密度以及(ii)在外科医生实施处可用的射频电流之间关系的示图。然而，在处理此视图的考虑之前，应该注意的是，示图是被简化的以便说明本公开背后的原理，并不表示可能变化巨大的实际数据。例如，应该理解的是示图左侧的y轴上示出的跨越有效表面积的电流密度的刻度将不同于(且值回更低得多)在示图右侧的y轴上示出的外科医生实施处的可用电流的刻度。

在图3中，可见RF电流密度对电极有效表面积，后者(现在对于本领域技术人员应该是明显的)是与患者的身体进行有效电接触的返回电极的表面的部分。如应该从前文讨论中可预期的，当有效面积大时，在外科医生实施处的电流是很高的(虚线124)并且对应的跨越返回电极的电流密度非常低(实线126)。当然，这即为进行电外科期望的条件。然而，如果我们假设通过电路的恒定电流，随着有效表面积的减少，跨越返回电极的电流密度(实线126)增加，伴随着对应的在外科医生仪器处的电流的减少(虚线124)。当有效表面积下降到某个预设的点，在外科仪器处将剩余不充足的电流来有效地进行电外科。

对应本领域技术人员应该理解的是，电流密度的改变和对于外科医生可用的电流可能或可能不与有效表面积中的变化同时地发生。本公开的不同实施例可能有在电流密度和可用电流中的基本同时的改变，而本公开的其他实施例可能包括其间的滞后期。

为材料和电极选择的参数被选择，以便相邻于返回电极的电流密度和对应的组织温度提升不超出本文其他地方提到的极限。现在将看到的是，通过此类参数的合适的选择，返回电极被制成自限制，因此避免对于上文所参考到的额外监控电路的需要。

为了协助本公开背后原则的描述，前文就阻抗而言进行了描述，其主要分量是电阻和容性电抗。然而，本公开的原理也理解为其他实施例，其中的阻抗包括电阻、电容性和/或电感性阻抗的任意结合。

现在，本公开将进一步与下列应用相联系来被描述，在这些应用中有效介电层被呈现，例如：(i)在电极的上表面上的物理介电层；(ii)患者穿着的手术衣的材料；(iii)夹在患者和返回电极之间的床垫或其他手术室床单；(iv)装在返回电极上的保护套的材料；(v)或上面的任意结合。

现在参见图4——5，其示出了根据本公开的电外科返回电极132。在图4中，电外科返回电极132在拥有电外科返回电极132的手术台130上透视地示出，根据本公开，电极布置于手术台的上表面，手术台130的边缘通过参考数字134被识别。手术台130被示出拥有常规的腿136a——136d，这些腿可能安装有所示的轮子或辊。手术台130为能够执行用于在治疗期间支承患者的支承方式的功能的一种结构。然而，本领域技术人员应该理解的是，不同其他支承方式的配置是可能的，并且能执行要求的功能。例如，支承方式可以包括但不限于椅子、盘子、床、推车等。

虽然，在图4中，示出手术台130的整个上表面用返回电极132覆盖，应该明白的是整个覆盖并不意味着为了实践本公开的原理所必须。因此，当与常规电外科发生器使用时，返回电极仅需要呈现有效工作表面区域，其足够提供处于典型采用的RF频率的充足的电阻、电容或电感，以便在避免不期望的组织损伤的同时不干扰外科医生执行手术的能力。已经发现的是，处于常规的电外科频率，必要的有效工作表面积仅为不大于大约躺在手术台上的成年患者躯干的三分之一或坐在椅子上的患者的臀部的投影的外轮廓。然而，在某些几何形状配置中，并且在手术室床单的不同层置于电极上的情况中，有效的工作表面积将依照所使用的材料而不同。所述的原则可以成功地采用，并且返回电极有效的工作表面积通过常规实验在此情况下被确定。在某些条件下，有效工作表面可以小到大约七平方英寸(或大约45平方厘米)。

此外，虽然图4——5中示出的返回电极132被描绘为规则的形状，将明显的是，根据本公开的返回电极可以为椭圆或作为例如遵循躯干或患者的身体的其他主要部分的至少一部分的轮廓的轮廓。如从前文明显的是，重要的是电极在使用时按如下配置：(1)患者表面上的返回电流密度足够低；(2)电极和患者之间的电阻抗足够低，以便电能没有集中到足以将电返回路径中的任何位置处的患者的皮肤加热多于摄氏六度(6°)；并且(3)材料和几何形状的特征是，如果有效表面积减少到低于选择的阈值水平，在外科医生实施处将会消散不充足的能量来让医生无法有效地继续以其电外科模式使用该实施。

将被本领域技术人员将明白的是，根据前文所描述的为了让电极一般地执行，患者皮肤和返回电极之间没有必要为欧姆接触，虽然如果诸如手术衣的某物将它们隔离容性接触(由患者身体和电极之间的距离所呈现的)将引入，此类容性电抗将会修改而不是毁掉z₃所指示的阻抗。

本领域技术人员知晓的是，利用当今使用的一次性返回电极，将电极的有效尺寸减少到大约三平方英寸既不会使RF电流流到将阻止外科医生执行手术的能力的水平，也不会将电流聚集到导致患者创伤的水平。然而，为了提供从患者的身体到电极的一些间隙，根据本公开的返回电极可能需要大约7到大约11平方英寸之间(大约45cm²到大约70cm²)的最小有效表面积，伴随着诸如由手术衣提供的从患者皮肤的相对小的间隔或者完全没有插入的衣服。如果患者被置于至少患者的上躯干的部分或更大尺寸的电极上，此种有效表面积是容易获得的。

用于本实施例的期望的电介质的特征是与选定的橡胶、塑料和其他相关的材料充分媲美的，后者可以作为用于返回电极的材料满意地被采用。如上文提到的，利用此类返回电极，如果患者置于诸如不足够的返回电极接近地邻近患者而导致所需要的低阻抗的位置，结果将使来自电外科发生器的电流将被减少到使外科医生很难执行手术的水平。因此，在本实施例中，虽然由手术衣呈现的一些附加电容的干扰，上文描述的特征将会持续发生。

将会观察到，当返回电极132被布置在手术台130上，电极的上暴露或工作面是又一次昂贵的，以便满足前述低阻抗的标准。虽然电极没有必要覆盖手术台的整个表面或牙科或其他患者椅子的整个座位表面，在某些例子中已经发现提供比患者的臀部或躯干的部分的投影面积更大的表面积是有益处的，以便如果在处理的过程期间患者位置移动，充足的患者的部分将会保持与电极表面的登记，来让有效阻抗将保持小于上述水平。

此时，强调根据本文公开的改善的电极的特征是有用的，其被认为与操作特征的理解特别相关。首先，如上面所提到的，电极不需要与患者，直接地或通过介入导电或非导电凝胶，直接接触。另外，由于其昂贵的尺寸，没有必要将电极定制来符合患者的物理轮廓。虽然已经发现利用选定的材料和几何形状，其自修正和自限制原理可以在电极中实现为小到工作表面积中大约七平方英寸(或大约45平方厘米)，但优选地电极的暴露的上工作表面积的范围落在从大约11到1,500平方英寸(或大约70到9,680平方厘米)的范围中。通过使电极在工作表面积数倍于(典型地，至少大于一个数量级)钢板或粘垫，直接物理附连物(直接到患者的皮肤或通过凝胶)的需要被消除。

如图4——5所示，返回电极132可以由导电塑料、橡胶、或其他弹性材料制成，当这些材料被采用到电极中时，将导致由工作表面的每平方厘米所呈现的有效直流电阻大于约8000Ω或可替代地提供大于4000Ω·cm的体阻抗。硅、丁基橡胶、或氨基甲酸乙酯被发现为尤其具有吸引力的材料，因为它们有弹性，同时易于清洗和消毒。可替代地，返回电极的主体可以由固有地相对高电阻的弹性制成，该材料被改变来提供必要电导率。

后者中的优选的示例是硅橡胶材料的示例，其中有诸如碳纤维的浸渍导电纤维，或其中分布有大量的其他导电物质，诸如炭黑、大量的金、银、镍、铜、钢、铁、不锈钢、黄铜、铝，或其他导体。

对图4的进一步参照揭示了附连到返回电极132上的常规电连接器138的出现，来将提供常规的到电外科射频能量源(未示出)的回路。连接器138是能够执行用于达成到返回电极电连接的连接方式的功能另一结构。连接器138仅示出了执行期望的功能的一种可能的结构；应该被本领域技术人员理解的是，不同其他结构能够执行要求的功能。

图4同时示出了返回电极132包括区域139。返回电极132的区域139可以配置为拥有置于其上的更小的患者。例如，区域139的尺寸可以是有婴儿大小的患者置于其上。进一步，如下文中详细描述的，返回电极132，尤其是其区域139，可以配置为提供本文讨论的用于置于区域139上的婴儿大小的患者自限制特征。

虽然未示出，返回电极也可包括配置为来自不同工业标准的体重级别的患者提供自限制特征的额外区域。通过非限制示例的方法，区域139可以配置为向5kg以下的患者提供自限制特征，第二区域可以配置为5kg和15kg之间的患者提供自限制特征，并且第三区域可以配置为15kg以上的患者提供自限制特征。在某些实施例中，用于不同尺寸患者的区域可以彼此重叠，而在其他实施例中这些区域不重叠。更进一步，这些区域可以彼此同心地形成。

不管用于不同尺寸患者(例如，非重叠、重叠、同心等)的区域的具体布置，返回电极132可以包括一个或多个视觉指示器来识别用于不同尺寸患者的区域。例如，区域139可以包括将区域139识别为适合5kg以下患者的可见指示器。类似地，第二区域可以包括将第二区域识别为适合5kg和15kg之间的患可见指示器，和第三区域可以包括将第三区域识别为适合15kg以上的患可见指示器。一个或多个视觉指示器可以包括标签、轮廓、图片或其他印刷或显示在返回电极132外侧表面上的标识。一个或多个视觉指示器也可以或可替代地采用颜色编码的形式。例如，返回电极的每个区域可以有不同的颜色。这些颜色可以印刷在返回电极132上，或者这些颜色可以被集成经返回电极132的其他部件中。例如，在区域139内的一个或多个部件可以由第一颜色，同时在其他区域中的一个或多个部件可以有不同的颜色，以便这些区域可以彼此区别。

现在注意了指向图5，其示出了沿图4的线5——5所取得的简化的截面图。如图5所示，返回电极132包括导电元件140和在导电元件140的相反侧的垫142、144。在一个配置中，导电元件140由导电塑料、橡胶或其他弹性材料制成，这些材料将被作为导电元件采用时将导致返回电极132的工作表面(接触或接近地邻近患者的表面)的每平方厘米所呈现的有效直流电阻大于约8000Ω或可替代地提供大于4000Ω·cm的体阻抗。不同材料可以适合给吃要求的阻抗。硅、丁基橡胶、或氨基甲酸乙酯被发现对于导电元件140为尤其具有吸引力的材料，因为它们有弹性，同时易于清洗、防感染和可消毒。可替代地，在其他实施例中，导电元件140可以由固有地相对高电阻的弹性制成，该材料被改变来提供必要电导率。后者的一个示例是硅橡胶材料的示例，其中有浸渍导电纤维，诸如碳黑，大量的金、银、镍、铜、钢、铁、不锈钢、黄铜、铝，或其他导体。

在某些实施例中，导电元件140可以从对于电磁辐射的一个或多个波长基本透明的材料制造，该电磁辐射诸如但不限于，微波辐射、红外(IR)辐射、紫外(UV)辐射、X光辐射、射频(RF)等。这允许导电元件140和返回电极132，当返回电极132的其他部件对于电磁辐射的一个或多个波长透明时，在使用特定电磁辐射的波长执行某些医疗步骤期间保持原位。

本领域技术人员可以理解的是，导电元件140可以有各种其他配置，只要导电元件140能够执行电极的功能，即，能够让电流从其通过。例如，在某些实施例中，导电元件140包括薄、高导电的底层(lower stratum)，其帮助返回电极132连接到电外科射频能量源(未示出)。在其他可替代实施例中，导电元件140从多层的导体来配置。在又一实施例中，导电元件140包括外介电层，其基本上包围内导电层，类似于前面描述的自限制电外科电极。

再一次参考图5，布置在导电元件140相反侧的是垫142、144。如可以看到的，电142有外表面146和内表面148。外表面146配置为相对于患者的表面放置(因此作为返回电极132的工作表面)，而内表面148相邻于导电元件140布置。在某些实施例中，内表面148被固定(诸如通过粘合剂)到导电元件140，来防止垫142和导电元件140之间的气泡或分离。垫142可以包括外和内覆盖层，其单独地形成并且通过边缘固定在一起，或者集成地形成。外和内覆盖层可以界定外和内表面146、148。外和内覆盖层可以由各种材料形成，诸如氨基甲酸乙酯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、聚氯乙烯、聚酯等。下文所讨论的填充材料152可以在外和内覆盖层之间布置。

类似于垫142，垫144包括外表面154和内表面156。外表面154配置为放置于支承表面(例如，手术台、椅等)上，而内表面156紧邻导电元件140布置。如同外和内覆盖层146、148，外表面154和内表面156中的一层或全部两层可以通过由各种材料形成的覆盖层来界定，该材料诸如，氨基甲酸乙酯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、聚氯乙烯、聚酯等。如同垫142，内表面156被固定(诸如通过粘合剂)到导电元件140，来防止垫144和导电元件140之间的气泡或分离。然而，在其他实施例中，垫144的边缘可以通过布置在其间的导电元件140固定到垫142的边缘。同样如同垫142，垫144可以包括填充材料。

在垫142、144中使用的填充材料可以提供给返回电极132一些减压特征。更具体地，因为垫142、144保有填充材料的界定的体，当个体被支持在返回电极132上，填充材料将患者的向下的力分散到整个填充材料，因此减小了施加到患者的解刨的那些部分(骨头凸起处的位置)上的点力。然而，如本文其他部分所讨论的，垫142、144是相对薄的，来确保患者和导电元件140之间充分耦合。响应地，在某些情况中，诸如漫长的手术过程期间，期望和有必要使用单独的减压电与返回电极132结合，来防止患者身上的压力疼痛的形成或增加患者的舒适水平。

用在垫142、144中的填充材料可以用作介电层，来减少分别流过垫142、144的电流。可替代地，填充材料可以采取导电材料的形式，来辅助所流经电流的传输。另外，填充材料可以在电外科过程期间提供加热分布的热质量。如上文所讨论的，IEC要求，在电外科过程期间，患者组织的温度提升应该保持在低于摄氏六度(6℃)。由填充材料提供的热质量辅助加热在患者身体全部的分布，并且，与返回电极132的自限制特征相结合，基本消除可以烫伤患者的热点的可能性。因此，用于填充材料的物质可以在电外科过程期间执行多种功能。

一般地，填充材料可以采用一种或多种固体、液体、气体或其结合的形式，这取决于返回电极132所需的减压、介电、和/或导电特征。例如，在一个说明性实施例中，填充材料是诸如SORBOTHANE的具有低硬度水平的弹性凝胶。除了SORBOTHANE，可以使用各种其他弹性凝胶，诸如但不限于，基于高分子化学的氨基甲酸乙酯、聚硅氧烷、亲水性弹性体或水凝胶、乙烯基类、乙烯醇的那些，或其他类似材料和技术。另外，填充材料可以采用水、盐水、水性材料、导电油等的形式。更进一步，填充材料可以采用固体但为柔性泡沫型材料的形式。

形成返回电极132、导电元件140和垫142、144的材料至少部分地控制从患者到导电元件140的电流的通过。诸如，在一个实施例中垫142、144是绝缘体。在一可替代配置中，垫142、144可以为导电，并且辅助从患者到导电元件140的电流的通过。只要返回电极132提供本文描述的自限制特征，返回电极132的各种实施例，即，导电元件140和垫142、144，可以将一个或多个阻性、感性和/或容性的电感分量提供到返回电极的体阻抗。以此方式，返回电极132是自适应，同时也提供至少一些减压特征。

除了用来形成垫142、144的材料外，垫142、144和导电元件140的厚度和排布可以影响从患者到导电元件140的电流传输。通过非限制示例的方法，垫142的外表面146和导电元件140之间的距离可以影响在导电元件140和被支持在返回电极132上的患者之间的电容耦合。通过此电容耦合，在电外科期间使用的电流从患者流到返回电极132。将被本领域普通技术人员理解的是在本公开的指导下，患者和返回电极132之间的电容耦合可以与返回电极132的自限制特征直接地相关。因此，通过改变外表面146和导电元件140之间的距离，在患者和返回电极132之间的电容耦合可以比被调整。

如图5中示出的，使得返回电极132安全并且自限制基本任何尺寸的患者，表面146和导电元件140之间的距离是多样的。更具体地，导电元件140的部分比导电元件140的其他部分布置地更靠近外表面146。在说明性实施例中，例如，导电元件140以拱形、半球形、或其他弯曲形状排布，以便在区域139内的导电元件140的部分比导电元件140的其余部分更靠近外表面146放置。在某些实施例中，例如，至少在区域139内的导电元件140的部分与外表面146隔开一定的距离，该距离小于约0.120英寸、约0.11英寸、约0.1英寸、约0.09英寸、约0.075英寸、约0.06英寸、约0.05英寸、约0.03英寸、或约0.02英寸。在其他实施例中，至少在区域139内的导电元件140的部分与外表面146隔开一定的距离，该距离在约0.02英寸至约0.120英寸之间、在约0.02英寸至约0.11英寸之间、在约0.02英寸至约0.1英寸之间、在约0.02英寸至约0.09英寸之间、在约0.02英寸至约0.075英寸之间、在约0.02英寸至约0.06英寸之间、在约0.02英寸至约0.05英寸之间、在约0.02英寸至约0.03英寸之间，或在上述范围的外部界限内的任何范围内。导电元件140和外表面146之间的间隔可以通过将区域39内的垫142的至少部分的厚度限制到指出的尺寸(例如，小于约0.120英寸、在约0.02英寸和约0.120英寸之间)内来实现。

将导电元件140更靠近外表面146放置就增加了与置于区域139上的患者(或患者的部分)的电容耦合。拥有接触返回电极132的更小的表面积的更小的患者需要与导电元件140的更大的电容耦合，以便将电外科电流有效地和安全地(例如，以自限制方式)传送到返回电极132。相应地，小患者可以置于区域139上并且外表面146和导电元件140之间相对小的距离实现了患者和导电元件140之间充分的电容耦合来将其间的电外科电流有效地和安全地传送。相反地，可以与返回电极132的更大部分接触的更大的患者不要求与小患者一样高水平的与导电元件140的电容耦合。相应地，在区域139外部的导电元件140的部分可以与外表面146距离更远，同时仍然提供患者和电容元件140之间充分的电容耦合。应该理解的是，更大的患者也可以仅仅或者在返回电极132的其他部分的基础上置于区域139上，并且返回电极将实现电外科电流的有效和安全的传输。

除调整外表面146和导电元件140之间的距离以外或作为可替代的，用在垫142中的材料的介电常数可以被调整来达到返回电极132所呈现的电容耦合和/或电阻的期望的水平。如被理解的，患者和导电元件140之间的电容取决于其间垫142的厚度、患者和返回电极132之间地接触面积的量、以及垫材料的介电常数。相应地，用于形成垫142的材料可以，至少部分地，基于它们的介电常数的值来选择。类似地，用在垫142中的材料可以被改变(例如，通过不同水平的掺杂)来调整它们的介电常数，以便提供期望的电容和/或电阻。

因此，例如，不同于将导电元件140比区域139外部更近地置于区域139内的外表面146，或除此之外，垫142可包括拥有不同介电常数的区域。通过示例的方式，在区域139内的垫142的部分可以由不同于区域139外的垫142的部分的介电常数。在某些实施例中，区域139内的垫142的部分由与区域139外的垫142的部分不同的材料形成，由此为垫142的不同区域提供不同的介电常数。在其他实施例中，垫142由区域139内部和外部相同的材料制成，但部分之一内部的材料被改变(例如，通过掺杂)来调整介电常数。因此，垫142的不同区域拥有不同的介电常数。

如本文其他地方所讨论的，之前的自限制返回电极为特定级别的患者制造。级别通常由患者体重范围(例如，5kg以下、5kg到15kg和15kg以上)所定义。除了基于患者体重选择适合的返回电极之外，手术室人员也需要确保电外科发生器上的功率设置根据与特定使用的电极相关的限制来设置(例如，将用于5kg以下患者的电流限制到350mA；5kg至15kg之间的患者为500mA；15kg以上患者为700mA)。选择正确的返回电极和确保合适地设置电外科发生器的设置，对于手术室人员尤其是不熟悉电气原理的那些，可以是让人困惑并看起来琐碎的事情。

相反，返回电极132与基本任何尺寸的患者工作。例如，在一实施例中，返回电极132可以用于体重0.8lb或更重的患者。在其他实施例中，返回电极132可以用于来自多个工业标准体重级别的患者。例如，返回电极132可以用在任何患者上，而不用管该患者是否落入IEC的小于5kg的级别、5kg到15kg的级别、或15kg以上的级别内。此外，由于返回电极132可以用于基本任何尺寸的患者，操作人员不用必须限制或调整发生器功率设置来适应不同的返回电极。

现在关注图6——8，其示出了根据本公开的电外科返回电极180。图6示出了在手术台130上的返回电极180。类似于返回电极132，返回电极180包括电连接器182来提供到电外科射频能量源的传统的电回路。

图7示出沿图6的线7——7所取得的简化的截面图，并且图8示出了返回电极180的分解图。如图7和8所示，返回电极180包括导电元件184和在导电元件184的相反侧的垫186、188。在一个配置中，导电元件184可以类似于导电元件140。然而，本领域技术人员可以理解的是，导电元件184可以有各种其他配置，只要导电元件184能够执行电极的功能，即，能够让电流从其通过。

再一次参考图7和8，布置在导电元件184相反侧的是垫186、188。如可以看到的，垫186由外覆盖层190和内覆盖层192，其界定了其间的内腔室194。外覆盖层190配置为相对于患者的表面放置(因此作为返回电极180的工作表面)，而内覆盖层192相邻于导电元件184布置。在某些实施例中，内覆盖层192被固定(诸如通过粘合剂)到导电元件184，来防止垫186和导电元件184之间的气泡或分离。覆盖层190、192可以单独地形成并且通过边缘固定在一起，或者集成地形成。外和内覆盖层190、192可以由各种材料形成，诸如氨基甲酸乙酯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、聚氯乙烯、聚酯等。类似于本文其他地方所讨论的，填充材料196可以在内腔室194中布置。

类似于垫186、垫188包括外覆盖层198和填充材料200。外覆盖层198配置为相对于患者的表面放置(因此作为返回电极180的第二工作表面)，而填充材料200相邻于导电元件184布置。如图外和内覆盖层190、192，外覆盖层198可以由各种材料形成，诸如氨基甲酸乙酯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、聚氯乙烯、聚酯等。

垫188可以在返回电极180的组装期间形成，而不是拥有第二内覆盖层。例如，在返回电极180的组装期间，垫186中的腔室194可以用材料196填充并且被封装，以便材料196不会从腔室194中漏出。垫186可以靠近导电元件184的第一主要表面布置和/或固定于其上。外覆盖层198的边缘然后可以固定到垫186的边缘，以便产生导电元件184和外覆盖层198之间的腔室。新界定的腔室然后可以用材料200填充，并且封装来将材料200保持于其内。

应该理解的是垫186、188可以彼此类似或者一致。例如，除了外覆盖层198和材料200，垫188也可以包括内覆盖层(类似于内覆盖层192)，其与外覆盖层198配合来界定用于收纳材料200的腔室。此外，垫188也可以固定在导电元件184上。例如，在垫188包括内覆盖层的实施例中，内覆盖层可以被固定(诸如通过粘合剂)到导电元件184的第二主要表面。同样，垫186可以类似于垫188，体现在垫186可以无需内覆盖层192而形成。

形成返回电极180、导电元件184和垫186、188的材料控制从患者到导电元件184的电流的通过。由此，在一实施例中，垫186、188和填充材料196、200是绝缘的，而在可替代配置中，垫186、188和/或材料196、200可以为导电的，并且辅助从患者到导电元件184的电流的通过。只要返回电极180提供本文描述的自限制特征，返回电极180的各种实施例，即，导电元件184和垫186、188，可以将一个或多个阻性、感性和/或容性的电感分量提供到体阻抗。

除了用来形成垫186、188的材料外，垫186、188的厚度可以影响从患者到导电元件184的电流传输。通过非限制示例的方式，相对薄的形成垫186、188可以帮助导电元件184和被支持在返回电极132上的患者之间的电容耦合。通过此电容耦合，在电外科期间使用的电流从患者流到返回电极180。将被本领域普通技术人员理解的是在本公开的指导下，患者和返回电极180之间的电容耦合可以与返回电极180的自限制特征直接地相关。因此，将垫186、188做得相对薄为患者和返回电极180之间的好的电耦合提供便利，以便对基本任何尺寸的患者实现安全和有效的电外科。相应地，垫186、188中的一个或全部两个拥有预先确定范围内的厚度。例如，在某些实施例中，垫186、188中的一个或全部两个拥有在约0.02英寸至约0.120英寸之间的大致厚度。在其他实施例中，垫186、188中的一个或全部两个拥有拥有小于约0.10英寸、约0.09英寸、约0.075英寸、约0.06英寸、约0.05英寸、约0.03英寸、或约0.02英寸的大致厚度。在某些实施例中，返回电极180拥有约0.135英寸或更小的总厚度。

在导电元件184的相反侧上包含了垫186、188向返回电极180提供了基本对称的构造，垫186、188基本类似于彼此。返回电极180的对称的性质向返回电极180提供了用作工作表面的两个表面。更具体地，外覆盖层192所界定的返回电极180的主要表面192、198各自可以用作工作表面。例如，返回电极可被放置使得外覆盖层192朝向患者放置并且返回电极180将呈现出本文所讨论的自限制特征。同样，返回电极180可被反转使得外覆盖层198相对于患者放置并且返回电极180将呈现出本文所讨论的自限制特征。

如本文其他地方所讨论的，之前的返回电极为特定级别的患者制造。级别通常由患者体重范围(例如，5kg以下、5kg到15kg和15kg以上)所定义。除了基于患者体重选择适合的返回电极之外，手术室人员也需要确保电外科发生器上的功率设置根据与特定使用的电极相关的限制来设置(例如，将用于5kg以下患者的电流限制到350mA；5kg至15kg之间的患者为500mA；15kg以上患者为700mA)。选择正确的返回电极和确保合适地设置电外科发生器的设置，对于手术室人员尤其是不熟悉电气原理的那些，可以是让人困惑并看起来琐碎的事情。

相反，返回电极180与基本任何尺寸的患者工作。例如，在一实施例中，返回电极180可以用于体重0.8lb或更重的患者。在其他实施例中，返回电极180可以用于来自多个工业标准体重级别的患者。例如，返回电极180可以用在任何患者上，而不用管该患者是否落入IEC的小于5kg的级别、5kg到15kg的级别、或15kg以上的级别内。此外，由于返回电极180可以用于基本任何尺寸的患者，操作人员不用必须限制或调整发生器功率设置来适应不同的返回电极。

如本文其他地方所提到的，之前的自限制返回电极基于患者是纯粹导电并且因此试图将电外科电流均匀地分布在患者和电极之间的整个接触面上的假设设计。相反，本公开的返回电极利用患者同时导电和阻电的理解而设计。图9示出了躺在返回电极180上的患者，和将患者与返回电极180电连接到发生器100的电导体102和104的简化的电示意图。

一般地，患者和返回电极180的导电元件184可以认为是平行电容的相对的板。然而，不同于传统的平行板电容的板，患者不是纯粹地导电。如图9所示，患者而是既导电又阻电的。具体地，患者的部分导电，而患者的其他部分阻电(由Z_P1-Z_Pn表示)。因此，当电外科电流从发生器100通过导电体102传输到患者，患者的阻电部分将抵制电外科电路通过患者的传播。

为了适应患者自身电阻将抵制电外科电路通过患者均匀传播的事实，返回电极180设计为允许电外科电流从患者非均匀传输到导电元件184。更具体地，返回电极180设计为允许在手术部位附近比远离手术部位有更多电流从患者传输到导电元件184，于此同时仍然提供本文讨论的自限制特征。

返回电极180有抵制从患者到导电元件184的电流传输的的电阻性质。如图9所示，由返回电极180所呈现的电阻在概念上可以认为是单独的电阻Z_E1-Z_En，其中的每一个是关于返回电极180的一区域。然而，应该理解的是，返回电极180不是必须要由单个电阻形成，但返回电极180可以作为电阻来工作。

在电外科过程期间，导体102可以将电外科电流传输到患者，在图9所示的患者的区域。随着电流开始通过患者传播，电流将遇到由一些患者的组织所呈现的电阻Z_P1。由于Z_P1所提供的电阻，电流将寻找可替代的路径，其为返回电极180的Z_E1所表示。Z_P1和Z_E1的值将确定多少的电流将传播到患者的其他部分(例如，通过Z_P1)和多少的电流将传输到导电元件184。至少一些电流将会通过Z_P1并且遇到患者的组织表示的Z_P2和返回电极180表示的Z_E1。再一次，每个的值将确定多少电流通过Z_P2和Z_E2中的每个。此过程将要继续直到所有的电流传输到导电元件184和/或通过与返回电极180接触的患者的部分。

用于此类型的患者/电极系统的有效阻抗Z_eff可以是由无限的阻抗阶梯估计或近似，该有效阻抗定义为：

Z_eff＝Z_P+Z_E||Z_eff (2)

等式2可以被展开为：

为Z_eff解等式3得：

进一步，已知电流与电压成正比，与电阻(或阻抗)成反比。相应地，当电压V_P施加到患者和返回电极180之间，流入电流定义为：

将等式4带入等式5，简化后得：

假设返回电极阻抗Z_E和患者电阻Z_P之间的比值为2，可以看出电流i₁,i₂,i₃,…i_n定义如下：

因此，可以看到通过返回电极的每个支路或片段的电流可以是通过之前支路的电流的一半。在此实施例中，超过90％的进入患者的总电流将被包含在返回电极的头四条支路中。如果返回电极由100个支路制成，90％的总电流将集中在4％的垫的总表面区域。类似地，如果返回电极阻抗Z_E和患者电阻Z_P之间比值是20，相同的计算方法示出59％的进入患者的总电流将被包含在返回电极的头四条支路内。

全文的示例性的Z_E/Z_P的比值显示了跨越患者和返回电极之间有效表面积的电流密度可以被调整。另外地，这些示例说明了有效表面积的尺寸可以被调整。因此，虽然患者所呈现的阻抗不能被调整，但本公开的返回电极的阻抗，至少部分地基于本文描述非均匀电流分布，可以被定制来提供所描述的自限制特征，以及伴随着基本任何尺寸的患者的安全功能。

材料和几何形状可以为返回电极180来选定，以便返回电极所呈现的电阻将允许更多电流从患者传输到手术部位附近的导电元件184，相对于需要均匀分布的在其间传输的电流。通过示例的方法，将垫186、188的厚度限制到低于约0.120英寸、约0.10英寸、约0.09英寸、约0.075英寸、约0.06英寸、约0.05英寸、约0.03英寸、或约0.02英寸，可以使返回电极180呈现允许从患者到导电元件184的传输的电流非均匀分布的电阻的水平。例如，如上文所述，返回电极180可以配置为允许与通过Z_E2相比更多电流传输通过Z_RE1，与通过Z_E3相比更多电流通过Z_E2，等等。此外，限制垫186、188的厚度也可以帮助提高在导电元件184和基本任何尺寸患者之间的电容耦合，因此让返回电极180安全地用于基本任何尺寸的患者。

除调整垫186、188的厚度(例如，将厚度限制到本文识别的尺度)以外或作为可替代的，用在垫186、188中的材料的介电常数可以被调整来达到返回电极180所呈现的电容耦合和/或电阻的期望的水平。如上文提到的，患者和导电元件184之间的电容取决于其间垫(例如，垫186、188)的厚度、患者和返回电极180之间地接触面积的量、以及垫材料的介电常数。相应地，用于形成垫186、188的材料可以，至少部分地，基于它们的介电常数的值来选择。类似地，用在垫186、188中的材料可以被改变(例如，通过掺杂)来调整它们的介电常数，以便提供期望的电容和/或电阻。

现在关注图10——14，其示出了返回电极的附加示例性实施例，其允许电流密度在患者和返回电极之间的有效接触面积上的非均匀分布，如本文所描述的，允许返回电极安全和有效地用于基本任何尺寸的患者。应该理解的是，图10——14的返回电极可以在许多方面类似于或一致于上文描述的返回电极。相应地，下文的图10——14的返回电极的描述将主要集中在与前面描述的那些不同的特征上。

图10示出了返回电极220的透视图。如提到的，返回电极220可以在某些方面类似于或一致于本文所描述的其他实施例。例如，返回电极220包括导电元件、导体222和布置于该导电元件每一侧上的垫。如同返回电极180，返回电极220可以翻转使用。即，返回电极220可以由两个相反的主要表面，其可以在电外科过程期间交替地使用。

导电元件界定了延伸通过其中的多个孔径或开口224。在说明性实施例中，多个孔径224排布在三个分布区域。第一分布区域226位于返回电极220的中心附近。如可以看到的，在第一分布区域226内有相对少的孔径，并且它们彼此散开。第二分布区域228与第一分布区域226同心地布置。第二分布区域228比第一分布区域226包括更高的孔径224的密度。第三分布区域230与第二分布区域228同心地布置，并且包括比第一和第二分布区域226、228更高的孔径224的密度。

虽然孔径224以圆形示出，应该理解的是孔径基本可以拥有任何形状，包括矩形、方形、椭圆、三角形等。另外，虽然孔径224被示出在每个分布区域内一般拥有均匀分布，孔径也可以在一个或多个分布区域内拥有非均匀分布。此外，虽然分布区域226、228、230一般以矩形示出，分布区域基本可以有任何形状。例如，分布区域可以为圆形、椭圆、方形等。而且，虽然分布区域226、228、230示出一般以不连续区域示出(例如，每个区域有特定的孔径密度)，分布区域可以是更少地不连续和更连续地变化(例如，孔径分布密度从返回电极的中心向外连续地减少)。例如，孔径的分布密度可以在一个或多个分布区域和/或多个分布区域内逐渐地改变。通过示例的方式，孔径可以以同心环形成，每个环拥有比相邻的内环的孔径密度更稀疏的孔径密度。

类似于上文讨论的定制垫的介电值和厚度，将孔径224包括在导电元件中的影响患者和导电元件之间的电容耦合。拥有更少或更疏松地排布在导电元件中的孔径的区域将比拥有更多或更密集地排布在导电元件中的孔径的区域允许更好的电容耦合。因此，不同孔径分布区域提供了本文讨论的分均匀电流密度的特征。因此，例如，区域226可以对小的患者(例如5kg以下)提供充分的电容耦合，同时区域228、230分别对中等(例如5kg至15kg之间)和大的(例如，15kg以上)患者提供充分的电容耦合。

应该理解的是，类似于返回电极220的返回电极可以包括少于或多于三个孔径分布区域。另外，不同孔径分布区域可以除此以外地相对于彼此排布。例如，孔径区域226可以靠近返回电极的端部和沿着至少部分的宽排布。在其他实施例中，可以包括两个孔径分布区域226，一个在返回电极的第一端附近，第二个在返回电极的第二端附近。

不同孔径分布区域可以通过一个或多个视觉指示器视觉地识别。例如，每个区域可以是颜色编码、标记或拥有识别标志的区域。一个或多个视觉指示器可以对于特定的患者(诸如，基于患者的体重)识别返回电极上最好的位置。

图11示出类似于返回电极220的返回电极240。然而，代替拥有延伸通过导电元件的孔径，返回电极240的导电元件包括多个凸起，这些凸起朝向返回电极的外表面延伸。在示出的实施例中，凸起242以三个凸起分布区域244、246、248排布。如同返回电极180、220，返回电极240可以翻转使用。即，返回电极240可以由两个相反的主要表面，其可以在电外科过程期间交替地使用。

凸起242可以采取各种形式。例如，凸起242可以采取一般地半球形凸块的形式，其从导电元件的一个或多个主要表面相位延伸。凸起242可以与其余的导电元件集成地形成，或者凸起242可以固定在导电元件的主要表面上。

由于凸起242的增加的高度(与导电元件的主要表面相比较)，可以达到患者和凸起之间实现比患者和其余的导电元件之间更好的电容耦合。相应地，返回电极240的包括更多或更密集地排布凸起242的区域将允许比更少或更稀疏排布的凸起242的区域允许更好的电容耦合。因此，不同凸起分布区域提供了本文讨论的分均匀电流密度的特征。因此，例如，区域244可以对小的患者(例如5kg以下)提供充分的电容耦合，同时区域246、248分别对中等(例如5kg至15kg之间)和大的(例如，15kg以上)患者提供充分的电容耦合。

应该理解的是，类似于返回电极240的返回电极可以包括少于或多于三个凸起分布区域。另外，不同凸起分布区域可以除此以外地相对于彼此排布。此外，凸起分布区域可以拥有其他形状，并且凸起分布密度可以是不连续或更连续地改变(例如，凸起分布密度从返回电极的中心向外连续地减少)。而且，各种凸起区域可以通过一个或多个视觉指示器(例如，颜色编码、标记或识别标志等)视觉地识别。

图12示出根据本公开的返回电极250的又一实施例的截面图。类似于本文描述的其他返回电极，返回电极250包括导电元件252和布置于其相反侧的垫254、256。类似于导电元件140(图5)，导电元件252拥有非平面的配置。更具体地，如图12所示，导电元件252有波浪形配置，类似于拥有交替的峰和谷的正弦波。可在图12中看到的，峰和谷置于相对靠近返回电极250的外表面。在某些实施例中，交替的峰和谷使返回电极250可翻转方式(例如，返回电极250相反的主要表面可以在电外科过程期间用作工作表面)。

也可以在图12中看到的，导电元件250可以有多个分布区域258、260、262。在分布区域258中，由导电元件252形成的峰和谷靠近在一起放置。在分布区域260中峰和谷比在分布区域258中更大地分开，且在分布区域262中峰和谷进一步地分开。在不同分布区域中的峰和谷的相对间隔允许患者和返回电极250之间电容耦合的不同水平。例如，与患者和分布区域260、262中的导电元件的更分散部分之间的电容耦合相比，在分布区域258中的峰和谷的相对靠近的间隔允许患者和导电元件之间达到更好的电容耦合。因此，不同分布区域提供了本文讨论的分均匀电流密度的特征。因此，例如，区域258可以对小的患者(例如5kg以下)提供充分的电容耦合，同时区域260、262分别对中等(例如5kg至15kg之间)和大的(例如，15kg以上)患者提供充分的电容耦合。

应该理解的是，类似于返回电极250的返回电极可以包括任何数目的分布区域。另外，不同分布区域可以除此以外地相对于彼此排布，并且峰和谷的分布密度可以是不连续或更连续地改变(例如，峰和谷的分布密度从返回电极的中心向外连续地减少)。而且，各种区域可以通过一个或多个视觉指示器(例如，颜色编码、标记或识别标志等)视觉地识别。

图13示出了包括多个导电元件272、274、276和多个垫278、280、282、284的返回电极270的截面图。如可以看到的，垫278、284形成返回电极270的相反表面286、288。第一导电元件272置于以第一距离离开表面286。第二导电元件274被垫280从第一导电元件272分离，并且以第二距离离开表面286。类似地，第三导电元件276被垫282从第二导电元件274分离，并且以第三距离离开表面286。

每个导电元件272、274、276和表面之间的距离和/或置于其间的层的介电常数可以被选定来提供用于本文其他地方描述的不同体重的患者的期望的电容耦合水平。类似的，第一导电元件272和表面286之间的距离和/或垫278的介电常数可以提供用于5kg以下患者的期望的电容耦合水平。类似的，第二导电元件274和表面286之间的距离和/或垫278、280的介电常数可以提供用于5kg至15kg患者的期望的电容耦合水平。同样，第三导电元件276和表面286之间的距离和/或垫278、280、282的介电常数可以提供用于15kg以上患者的期望的电容耦合水平。

导电元件272、274、276中的每个可以连接到专用的电连接器(类似于连接器138、182)。因此，例如，如果5kg以下的患者将在其上手术，患者可以置于表面286上并且返回电极170可以通过与导电元件272相关的连接器连接到ESU。可替代地，导电元件272、274、276中的每个可以连接到用于期望导电元件的选择的单一连接器。例如，连接器可以包括开关部件，其选择地使得到期望导电元件的电连接。可替代地，连接器可以配置为接收不同缆线连接器。在连接器中不同缆线连接器的接收可以使得到导电元件中的不同个体的电连接。

图14示出了包括多个导电元件292、294和多个垫296、298、300的返回电极290的截面图。如可以看到的，垫296、300形成返回电极290的相反表面302、304。第一导电元件292置于以第一距离离开表面302。第二导电元件2294被垫298从第一导电元件292分离，并且以第二距离离开表面304。如本文描述的其他垫，垫296、298、300可以由不同材料形成，包括凝胶、流体、泡沫、气体、水等，以便赋予返回电极290不同特征(例如，缓冲、减压、热分布、导电率水平、电流密度分布、重量减少等)。

导电元件292和表面302之间的距离和/或垫296的介电常数可以被选定来提供特定体重范围内患者的期望的电容耦合水平。类似的，第一导电元件292和表面302之间的距离和/或垫296的介电常数可以提供用于10kg以下患者的期望的电容耦合水平。类似的，第二导电元件294和表面304之间的距离和/或垫300的介电常数可以提供用于10kg以上患者的期望的电容耦合水平。因此，例如，如何10kg以下的患者将在其上手术，返回电极290可以以表面302朝上来放置。患者可以置于表面302上，并且患者和导电元件292之间将提供期望的电容耦合水平。相反，如何10kg以上的患者将在其上手术，返回电极290可以以表面304朝上来放置。患者可以置于表面304上，并且患者和导电元件294之间将提供期望的电容耦合水平。

表面302、304中的一个或全部二者可以包括一个或多个可见指示器(例如，颜色编码、标记或识别标志等)，其指示何种类型的患者应该与被特定的表面使用。例如，表面302可以包括识别表面302应该用于10kg以下的患者的一个或多个视觉指示器，而表面304可以包括识别表面304应该用于10kg以上的患者的一个或多个视觉指示器。

本公开的应用也可以采用方法的形式，其用于安全地执行电外科过程，包括通过电容耦合，将非均匀电流密度的电外科电流从患者安全地传输到电外科返回电极。此方法可以包括被动地控制返回电极的阻抗。被动地控制返回电极的阻抗可以是返回电极特定结构特征的结果。因此，被动地控制返回电极的阻抗可以是返回电极的形成和构成的结果，而不是电外科过程期间做的主动的电调节(例如，诸如由合同质量监视系统做出的那些)。

通过示例的方式，被动控制返回电极的阻抗可以包括将返回电极的第一导电元件以距离返回电极工作表面第一预先确定的距离放置。在某些实施例中，可以通过限制形成工作表面的垫的厚度和将工作表面从导电元件隔开来实现。

如本文提到的，某些返回电极可以包括多个导电元件。因此，被动控制返回电极的阻抗可以包括将返回电极的第二导电元件以距离返回电极工作表面第二预先确定的距离放置，并且，可选择地，将返回电极的第三导电元件以距离返回电极工作表面第三预先确定的距离放置。在包括多个导电元件的实施例中，被动控制返回电极的阻抗也可以包括选定多个导电元件中的一个来从患者传导电外科电流。

在控制导电元件和工作表面之间的距离的基础上或作为可替代的，被动控制返回电极的阻抗可以包括选定一个或多个返回电极的垫的介电常数，该垫置于返回电极的导电元件和返回电极的工作表面之间。

被动控制返回电极的阻抗也可以包括在返回电极的导电元件上的一个或多个结构表面特征。在某些实施例中，在导电元件上提供一个或多个结构表面特征包括形成通过导电元件的一个或多个孔径。形成通过导电元件的一个或多个孔径包括在导电元件中形成一个或多个孔径分布区域，其中第一孔径分布区域有第一孔径分布密度，并且第二孔径分布区域有不同于第一孔径分布密度的第二孔径分布密度。

在其他实施例中，在导电元件上提供一个或多个结构表面特征包括形成在导电元件上的一个或多个凸起。形成在导电元件上的一个或多个凸起包括在导电元件上形成一个或多个凸起分布区域，其中第一凸起分布区域有第一凸起分布密度，并且第二凸起分布区域有不同于第一凸起分布密度的第二凸起分布密度。

在又一其他实施例中，返回电极的被动控制阻抗可以包括在非平面配置(诸如拱形、半球形、或弯曲配置)中形成返回电极的导电元件。在非平面配置中形成返回电极的导电元件也可以包括以波形配置形成导电元件，诸如导电元件形成交替的峰和谷。

在进一步实施例中，被动控制返回电极的阻抗可以包括将返回电极的第一导电元件以距离返回电极的第一工作表面第一预先确定的距离放置，返回电极的第二导电元件以距离返回电极的第二工作表面第二预先确定的距离放置，并且基于正在返回电极上手术的患者的体重或尺寸级别，选择性地使用第一工作表面或第二工作表面之一。

现在将明显的是，本文已经描述了改善的通过电外科返回电极。该公开的通用返回电极比之前的返回电极更通用。例如，改善的返回电极可以跨越多个患者级别安全地使用。因此，本文公开的改善的返回电极可以用于基本任何尺寸的患者(例如，0.8磅及以上)，而不是对于不同尺寸的患者需要不同尺寸的返回电极。此外，因为公开的返回电极可以安全地用于基本任何尺寸的患者，手术室人员不用必须根据不同返回电极的限制(例如，不同尺寸的粘垫)调整电外科发生器的设置。另外，本文公开的某些改善的返回电极提供多个工作表面。因此，返回电极能以任一主要表面朝向患者放置，并且该返回电极将如期望执行。将返回电极的全部两个主要表面做成工作表面消除了在手术过程期间非工作表面相对患者放置的风险。

本文使用的术语“接近”、“大约”和“基本”表示接近与所声明的量、仍执行期望的功能或达到期望的结果的量。例如，术语“接近”、“大约”和“基本”可以指代在所声明的量的小于10％内、小于5％内、小于1％内、小于0.1％内、和小于0.01％内的量。

本发明可具体化为其它具体形式而不背离其精神或本质特征。所描述的实施例在所有方面都应被认为仅是说明性而非限制性的。从而，本发明的范围由所附权利要求书而非前述描述指示。落入权利要求书的等效方案的含义和范围内的所有改变应被权利要求书的范围所涵盖。