与电外科手术相关的方法和系统与流程

相关申请的交叉引用

无。

背景技术：

电外科系统被医生用来去除几种不同的组织类型。例如，涉及膝盖或肩膀的手术可以去除部分的软骨、半月板以及自由浮动和/或被困的组织。在一些情况下，这种去除可以是非常轻微的去除，例如组织雕刻（tissuesculpting），并且在其他情况下使用更激进的组织去除。去除每种不同的组织类型和/或激进性（aggressiveness）可以代表不同量的施加能量。

在电外科手术中与电外科系统一起使用的电外科手术棒具有有限的使用寿命。确定电外科手术棒何时已达到其使用寿命的终点和/或在电外科手术期间通过棒的流体流何时至少部分地被阻塞的任何进步将使得外科医生能够更有效地计划和/或采取纠正措施。

附图说明

为了详细描述示例性实施例，现在将参照附图，附图中：

图1示出了根据至少一些实施例的电外科系统；

图2示出了根据至少一些实施例的电外科手术棒的正视图；

图3示出了根据至少一些实施例的电外科手术棒的剖面正视图；

图4示出了根据至少一些实施例的有源电极的正视图和棒的远端（包括有源电极）的透视图；

图5示出了根据至少一些实施例的电外科控制器的框图；以及

图6（包括图6a和图6b）示出了根据至少一些实施例的流程图。

符号和命名

贯穿下面的说明书和权利要求，特定术语被用于表示特定的系统部件。如本领域技术人员将理解的，设计和制造电外科系统的公司可以通过不同的名称来指代部件。本文不意在区分在名称而非功能上不同的部件。

在下面的论述中以及在权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放式的方式使用，并且因此，应当被解释为意指“包括，但不限于…”。此外，术语“耦接”或“联接”意在表示间接或直接的连接。因此，如果第一装置耦接到第二装置，则该连接可以是通过直接连接或通过经由其他装置和连接的间接连接。

对单数项目的引用包括存在复数个相同项目的可能性。更具体而言，如本文和所附权利要求中所用的，单数形式“一”、“一个”、“所述”以及“该”包括复数引用，除非上下文另有明确指示。还要注意的是，权利要求可被撰写成排除任何可选的元件。因此，该陈述用作结合权利要求元件的列举来使用诸如“单独”、“仅”之类的排他性术语或使用“否定”限制的前提基础。最后，要理解的是，除非另有限定，否则本文使用的所有技术和科学术语都具有与本发明所属领域的一般技术人员通常理解的相同的含义。

“消融”是指基于组织与等离子体的相互作用的组织去除。

“消融模式”是指消融的一个或多个特性。没有消融（即，无等离子体）不应被视为“消融模式”。执行凝固的模式不应被视为“消融模式”。

“有源电极”是指电外科手术棒的电极，当与治疗所针对的组织接触或紧密接近时，该电极产生电致组织改变效果。

“返回电极”是指相对于有源电极用于为电荷提供电流流动路径的电外科手术棒的电极，和/或本身对治疗所针对的组织不产生电致组织改变效果的电外科手术棒的电极。

“电动机”应包括交流（ac）电机、直流（dc）电机以及步进电机。

“控制流体的流量”是指控制体积流率。控制施加的压力以维持与施加的压力所引起的液体的体积流率无关的设定点压力（例如，吸入压力）不应被视为“控制流体的流量”。然而，改变施加的压力以维持液体的设定点体积流率应被视为“控制流体的流量”。

“能量范围”是指下限能量、上限能量以及处于下限与上限之间的所有中间能量。第一能量范围和第二能量范围可以重叠（例如，第二能量范围的下限可以是第一能量范围中的中间能量），但只要每个能量范围的至少一部分是互不相交的，为了说明书和权利要求的目的，这两个能量范围就应被认为是不同的。

“能量设定点”是指落在能量范围内的特定能量。

“阻抗”是指电极电路的复阻抗（或其任何部分，例如，实部、虚部），该电极电路包括与棒的有源电极成操作关系产生并维持的等离子体、有源电极和返回电极之间的流体以及电极-流体界面。

“与组织处于操作关系”的接近程度是指其中与等离子体相互作用的组织影响等离子体对通过等离子体的电流所呈现的阻抗的接近程度。

被说成是在细长轴“内”的流体导管不仅应包括在物理上驻留在细长轴的内部容积内的单独的流体导管，而且还包括细长轴的内部容积本身就是流体导管的情况。

在提供值的范围的情况下，应当理解的是，在该范围的上限和下限之间的每个中间值以及处于所述范围中的任何其他陈述的值或中间值也包含在本发明内。此外，还预期所描述的创造性变型的任何可选特征可被独立地或与本文所述的特征中的任何一个或多个结合地来阐述和要求保护。

本文所提及的所有现有主题（例如，出版物、专利、专利申请和硬件）都通过引用整体地结合于本文中，除非该主题可能与本发明的主题冲突（在这种情况下，以本文呈现的内容为准）。所引用的项目仅因为它们在本申请的申请日之前公开而提供。本文中的任何内容都不应被解释为是承认由于在先发明本发明无权先于这些材料。

具体实施方式

在详细描述各个实施例之前，要理解的是，本发明不限于本文中阐述的特定变型，这是因为可以作出各种改变或修改，并且可以替换等同物，而不脱离本发明的精神和范围。如在阅读本公开时对于本领域技术人员而言将显而易见的，本文描述和图示的个别实施例中的每一个具有离散的部件和特征，这些部件和特征可容易地与任何其他若干实施例的特征分离或组合，而不脱离本发明的范围或精神。此外，可以作出许多修改，以使特定状况、材料、物质组成、过程、过程动作或步骤适于本发明的目标、精神或范围。所有这些修改意在属于本文所做的权利要求的范围内。

各实施例涉及电外科方法和相关的电外科系统。特别地，示例性实施例涉及一种电外科系统，其具有监测电外科手术棒的有源电极的能力，以实时（在使用电外科手术棒期间）确定有源电极接近或超过有源电极的使用寿命和/或检测堵塞状况，以及提供指示或警告。首先在使用寿命检测的背景下论述各实施例，但如下面将更多论述的，相同的技术可被用于堵塞检测。此外，确定有源电极的使用寿命的状态的各实施例可利用电外科控制器来实施，该电外科控制器具有多种消融模式，这些消融模式具有不同量的施加能量。说明书首先转向一个说明性系统以指导读者。

图1图示了根据至少一些实施例的电外科系统100。特别地，电外科系统100包括电外科手术棒102（下文中称为“棒102”），其耦接到电外科控制器104（下文中称为“控制器104”）。棒102包括限定了远端108的细长轴106。细长轴106还限定了柄或近端110，医师在外科手术期间在那里握持棒102。棒102还包括收容一个或多个电导线（图1中未具体示出）的柔性多芯电缆112，并且柔性多芯电缆112端接在棒连接器114中。如图1中所示，棒102耦接到控制器104，这例如是通过处于外壳122的外表面（在图1的图示情况下，为前表面）上的控制器连接器120。

尽管在图1的视图中不可见，但在一些实施例中，棒102具有一个或多个内部流体导管，其耦接到外部可接近的管状构件。如图所示，棒102具有柔性的管状构件116，其用于在棒的远端108处提供抽吸。根据示例性系统，管状构件116耦接到蠕动泵118，该蠕动泵118被说明性地示出为是与控制器104的整体部件（即，至少部分地驻留在控制器104的外壳122内）。在其他实施例中，蠕动泵118的外壳可与控制器104的外壳122分离（如附图中的虚线所示）（例如，栓接到外壳的外部），但在任何情况下蠕动泵都可被操作性地耦接到控制器104。

示例性蠕动泵118包括转子部分124（以下仅称为“转子124”）以及定子部分126（以下仅称为“定子126”）。柔性的管状构件116在转子124和定子126之间耦接在蠕动泵118内，并且转子124抵靠柔性的管状构件116的运动引起朝向排出部128的流体运动。虽然说明性的蠕动泵118被示出为具有双辊（two-roller）转子124，但可以使用不同类型的蠕动泵118（例如，五辊蠕动泵）。在其他示例性系统中，管道116可以耦接到任何真空源，例如在大多数医院和/或外科中心中可获得的真空源。

仍然参照图1，显示装置或接口装置130通过控制器104的外壳122是可见的。示例性接口装置130可以被用于选择控制器104的操作模式（直接在接口装置130上或借助于相关按钮132），并且接口装置130也可以是向外科医生提供信息的位置。例如，接口装置130可以显示如下指示，即：棒102的有源电极在接近、已达到或超过有源电极的使用寿命。下面更详细地论述确定电极的使用寿命的状态的各个方面。

在一些实施例中，电外科系统100还包括脚踏板组件134。脚踏板组件134可以包括一个或多个踏板装置136和138、柔性多芯电缆140以及踏板连接器142。虽然仅示出了两个踏板装置136和138，但可以实施一个或多个踏板装置。控制器104的外壳122可以包括耦接到踏板连接器142的相对应的连接器144。医师可以使用脚踏板组件134来控制控制器104的各方面，例如消融模式等。例如，踏板装置136可以被用于对将射频（rf）能量施加于棒102进行通断控制，并且更具体而言，用于控制消融模式中的能量。此外，踏板装置138还可以被用于控制和/或设定电外科系统的消融模式。例如，踏板装置138的致动可以在控制器104所产生的能量水平和蠕动泵118所产生的抽吸体积之间切换。在某些实施例中，对控制器104的各操作或执行方面的控制可以通过选择性地按压位于棒102的柄110上的手指按钮（该手指按钮未具体示出，以免使附图过于复杂）来激活。

各实施例的电外科系统100可具有采用coblation®技术的多种消融模式。特别地，本公开的受让人是coblation®技术的所有者。coblation®技术涉及在棒102的一个或多个有源电极和一个或多个返回电极之间应用射频（rf）信号，以在目标组织附近形成高电场强度。该电场强度可足以蒸发处于所述一个或多个有源电极和目标组织之间的区域中的所述一个或多个有源电极的至少一部分上的导电流体。导电流体可固有地存在于身体中，例如血液，或者在一些情况下为细胞外或细胞内的流体。在其他实施例中，导电流体可以是液体或气体，例如等渗盐水。在例如涉及膝盖或肩膀的外科手术之类的一些实施例中，导电流体在有源电极附近输送和/或通过与系统100分开并且远离的输送系统来输送到目标部位。

当导电流体被加热至流体的原子蒸发快于原子再凝结的点时，形成气体。当对所述气体施加足够的能量时，原子彼此碰撞，从而在过程中引起电子的释放，并且形成电离气体或等离子体（所谓的“物质的第四态”）。换句话说，可以通过加热气体并且通过驱动电流通过气体来电离气体，或者通过将电磁波导引到气体中，来形成等离子体。等离子体形成的方法直接向等离子体中的自由电子提供能量，电子原子碰撞释放更多的电子，并且该过程串联，直到实现所需的电离度。对等离子体的更完整的描述能够在princeton大学等离子体物理实验室的r.j.goldston和p.h.rutherford的plasmaphysics（1995）中找到，其完整公开内容通过引用结合于本文中。

随着等离子体的密度变得足够低（即，对于水溶液而言小于大约1020原子/cm³），电子平均自由程增加，使得随后注入的电子在等离子体内引起碰撞电离。当等离子体层中的离子颗粒具有足够的能量（例如，3.5电子伏特（ev）至5ev）时，离子颗粒与构成目标组织的分子的碰撞破坏目标组织的分子键，从而使分子解离成自由基，这些自由基随后结合成气态或液态物质。借助于分子解离（与热蒸发或碳化相反），通过将较大的有机分子分子解离成例如氢、氧、碳的氧化物、烃以及氮化合物之类的较小的分子和/或原子而在体积（volumetrically）上去除目标组织。与如在相关技术的电外科干燥和蒸发中发生的通过去除组织的细胞和细胞外流体内的液体来使组织材料脱水相反，分子解离完全地去除组织结构。对分子解离的更详细的描述能够在共同转让的美国专利号5,697,882中找到，其完整的公开内容通过引用结合于本文中。

电外科系统100在棒102的远端108处所产生的能量密度可通过调整多种因素来改变，例如：有源电极的数量；电极尺寸和间距；电极表面积；在电极表面上的微凸体和/或尖锐边缘；电极材料；施加电压；一个或多个电极的电流限制（例如，通过放置与电极串联的电感器）；与电极接触的流体的电导率；导电流体的密度；导电流体的温度；以及其他因素。因此，能够操纵这些因素来控制激发电子的能级。由于不同的组织结构具有不同的分子键，所以电外科系统100可以被配置成产生足以破坏特定组织的分子键但不足以破坏其他组织的分子键的能量。例如，脂肪组织（例如，脂肪）具有需要高于4ev至5ev（即，在大约8ev的数量级上）的能级来破坏的双键。因此，coblation®技术在一些消融模式中不消融这样的脂肪组织；然而，在较低能级下的coblation®技术可被用于有效地消融细胞，以释放呈液体形式的内脂肪含量。其他消融模式可具有增加的能量，使得双键也能够按照与单键类似的方式来破坏（例如，增加电压或改变电极配置以增加电极处的电流密度）。对各种现象的更完整的描述能够在共同转让的美国专利号6,355,032、6,149,120和6,296,136中找到，上述美国专利的完整公开内容通过引用结合于本文中。

图2示出了根据示例性系统的棒102的正视图。特别地，棒102包括：细长轴106，其可以是柔性的或刚性的；柄110，其耦接到细长轴106的近端；以及电极支撑构件200，其耦接到细长轴106的远端。同样在图2中可见的是从棒102延伸的柔性管状构件116和多芯电缆112。棒102包括设置在细长轴106的远端108上的有源电极202。有源电极202可以借助于多芯电缆112中的一个或多个绝缘电连接器（未示出）来耦接到控制器104（图1）内的主动或被动的控制网络。有源电极202与公共或返回电极204电隔离，所述公共或返回电极204被设置在有源电极202近侧的轴上，在一些示例性系统中在远侧末端的1毫米（mm）至25mm内。在远侧末端的近侧，返回电极204沿棒102的细长轴106定位。支撑构件200被定位在返回电极204的远侧，并且可由例如环氧树脂、塑料、陶瓷、硅树脂、玻璃之类的电绝缘材料构成。支撑构件200从细长轴106的远端108延伸（通常大约为1mm至20mm），并且为有源电极202提供支撑。

图3示出了根据示例性实施例的棒102的剖面正视图。特别地，棒102包括在细长轴106内限定的吸入腔300。在图3的示例性棒102中，细长轴106的内径限定了吸入腔300，但在其他情况下，处于细长轴106内的单独的管道可以限定吸入腔300。吸入腔300可被用于通过处于有源电极202中或周围的一个或多个孔来从目标部位抽吸多余的流体、气泡、组织碎片和/或消融产物。吸入腔300延伸到柄110中，并且流体耦接到柔性的管状构件116，以便耦接到蠕动泵118（图1）或其他抽吸吸力源。柄110还限定了内腔302，电导体210可以驻留在所述内腔302内，其中，电导体210可以延伸到多芯电缆112中并且最终耦接到控制器104（图1）。电导体210同样延伸通过细长轴并且每个各自耦接到返回电极204和有源电极202，但电导体210未被示出为驻留在细长轴106内，以免使图过于复杂。

在一些系统中，棒102还可以包括温度测量装置，其定位成测量与从有源电极附近吸入的流体相关联的温度。在图3的示例性系统中，温度测量装置304与柔性的管状构件116处于操作关系。如图3中所示，温度测量装置驻留在柄110所限定的内腔302内，但温度测量装置可被放置在任何合适的位置处。如图所示，温度测量装置304邻接管状构件116的外表面，使得当流体在管状构件116内行进经过温度测量装置304的位置时，可以读取局部温度变化。温度测量装置304可以采取任何合适的形式，例如电阻性热器件（rtd）、热敏电阻、光学温度探头或热电偶等。通过温度测量装置304测量的温度可能在多种操作环境中有用，例如有源电极202的使用寿命的状态的确定的一部分和/或堵塞检测，二者都在下文中更多地论述。

仍然参照图3，在示例性系统中，棒102可具有设置在内腔302内的处理器306。处理器302可以是来自多种可获得的源中的任何一个的微控制器，例如可从德克萨斯奥斯丁的freescalesemiconductors，inc.获得的许多微控制器中的一种。处理器302可具有其内可存储各种程序和数据的板载非易失性存储器308。在示例性系统中，非易失性存储器308可以存储程序，当通过处理器执行时，该程序使处理器306定期地读取温度测量装置304（电耦接到处理器306），并且随后，借助于导体310数字化地将温度值发送到控制器104。例如通过导体312，处理器306可以通过多芯电缆112由控制器104来供电。非易失性存储器308还可以存储与关于有源电极202的使用寿命的确定相关联的参数，下文更详细地论述这些参数。

在另外的情况下，温度测量装置可与吸入腔300相关联。例如，本说明书的受让人具有针对处于返回电极204近侧的细长轴106上的温度测量装置的技术。这样的温度测量装置可主要响应于细长轴106周围的温度，但用于温度测量装置的这种位置也将使装置其次响应于从有源电极附近吸入到吸入腔300中的流体的温度。因此，对于各实施例的温度方面，也可以单独使用更接近有源电极的温度测量，或与温度测量装置304组合使用。还参考了共同转让的题为“electrosurgicalsystemandmethodhavingenhancedtemperaturemeasurement”的美国专利号8,696,659，其全部公开内容通过引用结合于本文中，如同在下文中全文重现。

图4示出了根据示例性系统的示例性有源电极的正视图（左侧）以及棒102的远端的透视图（右侧）。特别地，有源电极202可以是如图4中所示的有源网板电极（screenelectrode）400。网板电极400可以包括导电材料，例如钨、钛、钼、铂等。在第一次使用之前，网板电极400可以具有在大约0.5mm至大约8mm、在一些情况下为大约1mm至大约4mm的范围内的直径，并且具有大约0.05mm至大约2.5mm、在一些情况下为大约0.1mm至大约1mm的厚度。网板电极400可以包括多个孔402，这些孔402构造成安置在吸入腔的孔或远侧开口404之上。孔402使得从消融部位抽吸的过量流体、气泡和气体能够通过，并且孔402足够大，以使得消融的组织碎片能够通过进入到吸入腔300（图3）中。如图所示，网板电极400具有增加网板电极400的边缘与表面面积比的不规则形状。大的边缘与表面面积比增加了网板电极400启动和维持导电流体中的等离子体层的能力，这是因为边缘产生较高的电流密度，而大表面积的电极趋于将功率耗散到导电介质中。

在图4中所示的代表性实施例中，网板电极400包括安置在绝缘支撑构件200之上的主体406和通向吸入腔300的远侧开口404。网板电极400还包括突出部408，在图4的示例性网板电极400中，示出了五个突出部408。突出部408可以安置在绝缘支撑构件200上，被固定到绝缘支撑构件200和/或被嵌入绝缘支撑构件200中。在某些实施例中，电连接器延伸穿过绝缘支撑构件200并且被耦接（即，经由粘合剂、钎焊、焊接等）到一个或多个突出部408，以便将网板电极400固定到绝缘支撑构件200，以及将网板电极400电耦接到控制器104（图1）。在示例性系统中，网板电极400形成基本上平面的组织处理表面，用于平滑地切除、消融和雕刻半月板、软骨及其他组织。在对软骨和半月板进行整形时，医师通常期望平滑组织的不规则和参差不齐的表面，从而留下基本上平滑的表面。对于这些应用，基本上平面的网板电极处理表面提供了期望的效果。本说明书现在转向更详细地描述控制器104。

图5示出了根据示例性系统的控制器104的电气框图。特别地，控制器104包括处理器500。处理器500可以是微控制器，并且因此，所述微控制器可以与只读存储器（rom）502、随机存取存储器（ram）504、数模转换器（d/a）506、模数转换器（a/d）514、数字输出（d/o）508以及数字输入（d/i）510集成。处理器500还可以提供一个或多个外部可用的外围总线，例如串行总线（例如，i²c）、并行总线或其他总线及相对应的通信模式。处理器500还可以与通信逻辑512集成，以使得处理器500能够与外部装置以及例如显示装置130之类的内部装置通信。尽管在一些实施例中，处理器500可被实施成微控制器的形式，但在其他实施例中，处理器500可以被实施为与个别的ram、rom、通信、a/d、d/a、d/o和d/i装置以及用于与外围部件通信的通信硬件结合的独立的中央处理单元。

rom502存储可通过处理器500执行的指令。特别地，rom502可以包括软件程序，当被执行时，该软件程序使控制器确定各种棒状态的存在或不存在，例如棒102的有源电极接近、达到或超过有源电极的使用寿命等。类似地，所述程序当被执行时使控制器确定与棒102相关联的堵塞存在或不存在。ram504可以是用于处理器500的工作存储器，其中可以临时存储数据，并且可以从其执行指令。处理器500耦接到控制器104内的其他装置，这是借助于数模转换器506（例如，在一些实施例中，为rf电压发生器516）、数字输出508（例如，在一些实施例中，为rf电压发生器516）、数字输入510（例如，诸如按钮开关132或脚踏板组件134（图1）之类的接口装置）以及通信装置512（例如，显示装置130）。

电压发生器516产生耦接到棒102的有源电极202（图3）的交流（ac）电压信号。在一些实施例中，电压发生器限定了有源端子518，其耦接到控制器连接器120中的电气引脚520、棒连接器114中的电气引脚522，并且最终耦接到有源电极202（图3）。同样，电压发生器限定了返回端子524，其耦接到控制器连接器120中的电气引脚526、棒连接器114中的电气引脚528，并且最终耦接到返回电极204（也如图3所示）。也可以使用附加的有源端子和/或返回端子。有源端子518是通过电压发生器516在其上感生出电压和电流的端子，并且返回端子524为电流提供返回路径。返回端子524将可以提供与控制器104的平衡内的公共端（common）或接地（例如，按钮132上使用的公共端530）相同的公共端或接地，但在其他实施例中，电压发生器516可以从控制器104的平衡电“浮动（floated）”，并且因此，当相对于公共端或接地（例如，公共端530）测量时，返回端子524可以显示出电压；然而，电浮动的电压发生器516、并且因此相对于接地的返回端子524上的电压读数的电位不会使端子524相对于有源端子518的返回端子状态无效。

通过电压发生器516在有源端子518和返回端子524之间产生和施加的ac电压信号是rf能量，在一些实施例中，该rf能量具有介于大约5千赫兹（khz）和大约20兆赫兹（mhz）之间的频率，在一些情况下为介于大约30khz和大约2.5mhz之间，在其他情况下为介于大约50khz和大约500khz之间，通常小于350khz，并且通常在大约100khz和大约200khz之间。在一些应用中，大约100khz的频率是有用的，这是因为目标组织的阻抗在100khz下更大。

电压发生器516所产生的rms（均方根）电压可以在从大约5伏特（v）至大约1800v的范围中，在一些情况下在从大约10v至大约500v的范围中，通常在大约10v至大约400v之间，这取决于消融模式和有源电极的尺寸。在一些实施例中，通过电压发生器516产生的用于消融的峰间电压是方波，其具有的峰间电压在10v至2000v的范围中，在一些情况下在100v至1800v的范围中，在其他情况下在大约28v至大约1200v的范围中，并且通常在大约100v至大约320vvrms的范围中。

通过电压发生器516产生的电压和电流可以具有足够高的频率（例如，大约为5khz至20mhz）的一系列电压脉冲或ac电压来输送，使得电压被有效地连续施加（与例如声称具有小的坏死深度的激光相比，其以大约10hz至大约20hz脉冲）。此外，与可具有大约0.0001%的占空比的脉冲激光相比，对于一些实施例，通过电压发生器516产生的方波电压的占空比（即，施加能量的任何一秒间隔的累积时间）在大约50%的数量级上。尽管在一些实施例中产生和提供方波，但ac电压信号是可修改的，以包括例如在每个半周期的前沿或后沿中的电压尖峰之类的特征，或者ac电压信号是可修改的，以采取特定的形状（例如，正弦曲线、三角形）。

根据消融模式和靠近有源电极的等离子体的状态，电压发生器516输送范围从每个电极几毫瓦到几百瓦的平均能量水平。在示例性系统中，与处理器500组合的电压发生器516被配置成基于由外科医生选择的消融模式，并且在一些情况下，基于特定消融模式内的设定点，来初始设置电压发生器516的能量输出（例如，通过控制输出电压）。此外，虽然按照选择的消融模式和消融模式内的设定点，但处理器500和/或电压发生器516可以进行控制改变以补偿由棒的使用所引起的变化。对各种电压发生器516的描述能够在共同转让的美国专利号6,142,992和6,235,020中找到，这两个专利的完整公开通过引用结合于本文中用于所有的目的。还参考题为“methodandsystemofanelectrosurgicalcontrollerwithwave-shaping”的共同转让的美国专利号8,257,350，其全部公开内容如同在下面完整再现一样通过引用结合于本文中。

在示例性系统中，电压发生器516（连同蠕动泵118一起）可通过处理器500借助于数模转换器506来控制。例如，处理器500可以通过给电压发生器516提供一个或多个可变电压来控制输出电压，其中，数模转换器506所提供的电压与待通过电压发生器516产生的电压成比例。在其他实施例中，处理器500可与电压发生器通信，这是借助于来自数字输出转换器508的一个或多个数字输出信号，或者借助于使用通信装置512的基于数据包的通信（基于通信的实施例未具体示出，以免过度复杂化图5）。

在继续之前，要注意的是，可以在具有单一消融模式的系统上实施检测有源电极的使用寿命的状态和/或堵塞检测的各种实施例。换句话说，确定有源电极的使用寿命和/或堵塞的存在不限于具有多种消融模式的系统。

在控制器104的使用期间，电极电路（包括与棒的有源电极处于操作关系产生并维持的等离子体、有源电极和返回电极之间的流体以及电极-流体界面）对于从有源电极朝向返回电极的能量流具有或呈现一定量的阻抗。电极电路所呈现的阻抗可取决于许多因素，包括但不限于等离子体本身的厚度和体积、有源电极的表面积、未被蒸气层覆盖并直接与导电流体接触的有源电极的表面积以及流体和/或气体远离等离子体的位置的体积流量。在示例性系统中，电压发生器516是“恒定电压源”，从而意味着电压发生器516很大程度上独立于电极电路所呈现的阻抗提供的处理器500所请求的电压（以所述频率和占空比）。在这样的系统中，控制器104可以包括感测提供给有源电极的电流的机构。在图3的说明性情况下，感测提供给有源电极的电流可借助于电流感测变压器532。特别地，电流感测变压器532可以具有穿过变压器的有源端子518的导体，使得有源端子518变为单匝初级（singleturnprimary）。单匝初级中的电流流动在次级中感生相对应的电压和/或电流。因此，说明性的电流感测变压器532被耦接到数模转换器514（如泡a所示）。在一些情况下，电流感测变压器可以直接耦接到模数转换器514，并且在其他情况下，可以在电流感测变压器532和数模转换器514之间施加附加的电路，例如放大电路和保护电路等。例如，在一个示例性系统中，电流感测变压器532被耦接到集成电路装置，该集成电路装置从电流感测变压器532获取电流的指示，计算rms电流值，并且通过任何合适的通信系统将该rms电流值提供给处理器500（例如，作为施加于a/d514的模拟值，作为施加于d/i510的多个输入的数字值，作为通过通信端口512的分组消息）。电流感测变压器仅是对感测供应给有源电极的电流的任何合适的机构的说明，并且其他系统也是可能的。例如，可以将小电阻器（例如，1欧姆、0.1欧姆）与有源端子518串联放置，并且在所述电阻器两端感应的电压下降用作电流的指示。

考虑到电压发生器516是电浮动的，感测电流的机构不仅限于有源端子518。因此，在又一些另外的实施例中，可以相对于返回端子524来实施感测电流的机构。例如，说明性的电流感测变压器532可以被实施在与返回端子524相关联的导体上。

虽然图4的示例性电压发生器是“恒定电压源”，并且因此电流可以基于电极电路所呈现的阻抗而改变，但可以结合确定有源电极的使用寿命和/或堵塞检测来实施其他类型的发生器。例如，发生器可以是“恒流源”，在这种情况下，施加于有源端子的电压可以根据阻抗而改变。在“恒流源”的情况下，可以基于设定点来获知电流，并且因此，如在有源端子和返回端子之间测量的电压可以根据阻抗而改变。无论发生器的类型如何，知晓“恒定”电参数并测量改变的电参数使得控制器104能够计算供应给棒102的有源电极202的功率。然而，功率仅仅是电流和施加电压的乘积，并且因此，对“恒定电压源”而言，单独的电流直接指示所提供的功率。同样，对于“恒流源”，单独的施加电压直接指示所提供的功率。因此结果就是，控制器不一定需要计算功率来监测供应给有源电极的电能。

即使在恒定电压源的情况下，控制器104也可以测量电压。因此，在一些情况下，有源端子518可以被电耦接到数模转换器514（如泡b所示）。然而，可以在有源端子518和数模转换器514之间施加附加的电路，例如各种降压变压器、保护电路以及考虑到电压发生器516的电浮动性质的电路。这样的附加电路未被示出，以免使附图过于复杂。在又一些其他情况下，电压感测电路可以测量电压，并且不同于通过模拟信号，可以例如借助于通过通信端口512（未示出，以免使附图过于复杂）的基于数据包的通信来提供测量的电压值。

仍然参照图5（并且同样，图1），根据示例性系统的控制器104还包括蠕动泵118。该蠕动泵包括转子124，其机械地耦接到电动机534的轴。在一些情况下，并且如图所示，电动机的转子可以直接耦接到转子124，但在其他情况下，各种齿轮、滑轮和/或带可以驻留在电动机534和转子124之间。电动机534可以采取任何合适的形式，例如ac电机、dc电机和/或步进电机等。为了控制电动机534的轴的速度，并且因此控制转子124的速度（以及棒处的体积流率），电动机534可以被耦接到电机速度控制电路536。在ac电机的说明性情况下，电机速度控制电路536可以控制应用于电动机534的电压和频率。在dc电机的情况下，电机速度控制电路536可以控制施加于电动机534的dc电压。在步进电机的情况下，电机速度控制电路536可以控制流到电机的极的电流，但步进电机可具有足够数量的极，或以如下方式来控制，即：转子124平稳地移动。换句话说，由于每圈的高步数，转子124平稳地移动。

处理器500例如借助于数模转换器506（如泡c所示）来耦接到电机速度控制电路536。处理器500也可按照其他方式来耦接，例如通过通信端口512的基于数据包的通信。因此，运行程序的处理器500可以读取在有源端子518上供应的电流，可以读取在有源端子518上供应的电压，并且响应于此，可以通过将速度命令发送到电机速度控制电路536来进行速度控制改变（并且因此，体积流率改变）。电机速度控制电路536又实施速度控制改变。速度控制改变可以包括当期望时转子124的速度变化，当期望时停止转子124，以及在某些消融模式中暂时反转转子124。

有源电极的使用寿命的状态

说明书现在转向检测何时棒102的有源电极在接近、已达到或超过有源电极202的使用寿命的示例性实施例。当棒102是新的时，有源电极202具有一定的尺寸、一定的暴露表面积（例如，不邻接间隔件200的部分）以及各种边缘或微凸体。然而，靠近有源电极202产生的等离子体分子解离靠近等离子体的组织，并且等离子体还去除（即，侵蚀）有源电极202本身的材料。当侵蚀发生时，有源电极202的暴露的表面积减小，并且锐利的边缘被平滑化。

在一定量的使用之后，虽然有源电极202的金属材料仍然可存在于棒的远侧末端，但靠近有源电极202产生的等离子体的尺寸可减小（由于较小的暴露表面积）至不再可实现治疗益处的点，或者减小的治疗益处被其他因素（例如，延长手术时间所引起的损伤、引起瘀伤或另外的损伤的与关节内组织的非消融性接触）超过。类似地，对于消融的组织和其他流体的抽吸是通过有源电极202本身的如上所述的有源电极202，在一定量的使用之后，存在于有源电极202上的金属材料的减少可增加通过有源电极202的孔402的尺寸。因此，吸气流量可能增加（与“新”的棒102相比）到不再可实现治疗益处的点，或者减少的治疗益处被其他因素超过。如果这样，则在论述有源电极的使用寿命时，应当理解的是，在已达到或超过“使用寿命”的时间点，有源电极202可能至少在有限的意义上仍然物理存在并且也许可用。

即使在新的有源电极的情况下，在消融过程期间，电极电路所呈现的阻抗也可能会显著变化。例如，当有源电极202接近并且消融组织的时间段期间呈现的阻抗相对较高。当棒是起作用（活性）的但处于具有高流量的盐水中时，阻抗可能相对较低。基于所消融的不同类型的组织，电极电路可以呈现不同的阻抗。此外，在使用期间，定期地消灭和重新激起等离子体，从而引起阻抗变化。

随着有源电极202的暴露表面积减小，电极电路所呈现的阻抗增加。当暴露的表面积减小时有源电极的另一特性在于，有源电极202周围的蒸气层的产生和形成更加容易，并且因此，通过控制器104产生和维持等离子体更加容易。因此，随着有源电极的暴露表面积减小，电极电路所呈现的阻抗的变化减小。

根据示例性实施例，控制器104可以基于与等离子体相关联的电参数来确定有源电极的使用寿命的状态。更具体而言，在示例性系统中，控制器104可维持靠近有源电极202的等离子体，并且在等离子体存在的时间段期间，控制器104监测与等离子体相关联的电参数。例如，在发生器516是恒定电压源发生器的情况下，控制器可以监测在有源端子518上供应的电流（例如，借助于电流感测变压器532来监测）。在发生器是恒流源发生器的情况下，控制器可以监测在有源端子518和返回端子524两端供应的电压。在一些情况下，单独的所监测的电参数与阻抗充分相关，以至于不需要计算阻抗的实际值，但使控制器104计算阻抗的值也是可能的。在其他情况下，可以计算输送到电极电路的功率（其也与阻抗相关）。

无论所监测或计算的电参数如何，在示例性系统中，控制器104还基于电参数来确定电外科手术棒102的棒状态的存在。所述棒状态可以是有源电极的暴露表面积小于预定的阈值表面积（例如，棒已超过其使用寿命），或者有源电极的表面积接近预定的阈值表面积（例如，棒在接近其使用寿命的终点）。

根据示例性系统，关于有源电极的使用寿命的状态的确定可基于在预定的使用期期间的电参数的变化。也就是说，在预定的使用期期间（例如，紧接在之前的5秒至15秒的使用），控制器104可以计算指示所监测的电参数的变化的值（以下简称为“变化度量”），并且基于该变化度量来进行确定。例如，如果随着电极电路所呈现的阻抗的变化减小，变化度量变小，则当变化度量低于预定值时，控制器可以确定存在所述棒状态。还可以计算与电参数的变化成反比的变化度量（例如，随着电极电路所呈现的阻抗的变化减小而增加），并且在这样的情况下，当变化度量达到或超过预定值时，控制器可以确定存在所述棒状态。

在一些示例性系统中，单独的变化度量足以确定何时有源电极接近、已达到或超过其使用寿命。然而，在使用期间电极电路中所呈现的阻抗的变化可以模拟当电极仍然具有使用寿命时的磨损电极，或者可掩盖有源电极磨损的事实。于是，在又一些另外的示例性系统中，关于有源电极的状态的确定也可以基于其他测量或监测的参数或通过其他测量或监测的参数来确定。

短暂地参照图3和图4，在本说明书中论述的示例性系统中，消融的组织和其他流体的抽吸是通过有源电极中的抽吸孔402和棒102中相对应的远侧开口404。消融的组织和其他流体移动通过吸入腔300，并且随后，经过温度测量装置304通过管状构件116。因此，控制器104可以借助于温度测量装置304来读取吸入流体的温度（或指示温度的值）。当棒102是新的并且有源电极具有其最大的暴露表面积时，能够施加于等离子体和周围组织的能量的量较高，但随着暴露表面积减少，能够施加的能量的量减小。因此，随着有源电极的暴露表面积减小，吸入到吸入腔300中并且通过管状构件116的流体的温度降低。

在另外的示例性系统中，关于有源电极是否接近、已达到或超过其使用寿命的确定可以进一步基于在预定的使用期期间通过温度测量装置304测量的温度。特别地，在预定的使用期期间（例如，紧接在之前的5秒至15秒的使用），控制器104计算变化度量，读取吸入流体的温度，并且基于变化度量和温度来确定有源电极的使用寿命的状态。例如，当变化度量低于预定值并且存在以下温度条件之一时，控制器104可以确定存在所述棒状态，即：温度低于预定阈值温度；温度高于预定阈值温度，但趋向于预定阈值温度；温度呈向下趋势（无论初始温度如何）；或者温度的变化率（即，斜率）达到或超过预定比率。

如果温度低于预定阈值温度，则这可表示有源电极的暴露表面积已减小，并且因此，控制器104能够施加的能量的量（以及周围流体的温度）也类似地减小。因此，低于预定阈值温度的温度可指示有源电极超过其使用寿命。至于第二温度条件，基于与第一温度条件相同的物理考虑，高于预定阈值温度的温度最初指示有源电极具有剩余的使用寿命，但朝向阈值温度向下的温度趋势可以指示有源电极在接近其使用寿命的终点。在又一些其他情况下，在需要评估初始温度的情况下，可以使用温度的趋势。例如，对于一定的能量输入，如果斜率是负的，则这样的负斜率可以指示磨损的有源电极。说明书现在转向考虑选择预定的使用期、关于变化度量的预定值、预定阈值温度和/或关于温度的预定斜率。

对于不同的棒、棒的不同用途、控制器所提供的不同能量水平、不同的接头和/或室温以及不同的抽吸速率，仅举几例，各种预定的时间段、值和温度可以是不同的。此外，像本说明书中所论述的那些电外科系统，一些电外科系统具有以不同的消融模式来操作的能力，并且因此，即使在相同的手术过程中，单一的控制器104和单一的棒102也可以若干不同的能量范围和抽吸速率来操作。例如，本说明书的控制器可以实现：可用于部分软骨的治疗、消融和去除的“低模式”；可用于半月板的治疗、消融和去除的“中模式”；可用于组织的积极治疗、消融和去除的“高模式”；以及用于去除松散、自由浮动和/或困住的组织的“真空模式”。每个说明性的消融模式的特征可以在于可施加于有源电极的能量范围（以下简称为“能量范围”）和相对应的抽吸流量的范围。

对于不同的消融模式，各种预定的时间段、值和温度将是不同的。也就是说，在低模式中可指示磨损电极的变化度量的预定值可低于在高模式中可指示磨损电极的变化度量的预定值。类似地，在低模式中可指示磨损电极的预定阈值温度可低于在高模式中可指示磨损电极的预定阈值温度。此外，由于在示例性低模式中变化可能较小，因此低模式中的预定使用期可长于高模式中的预定使用期。还将理解的是，在相同的电外科手术内，当外科医生在消融模式之间切换但使用相同的棒时，各种预定的时间段、值和温度也可以改变。如果仅在低消融模式中操作，则棒可具有较长的使用寿命，但随着在较高的消融模式中使用时间的增加，使用寿命可能会变短。

确定各种预定的时间段、值和温度可基于以不同用途、能量范围和抽吸流率来表征棒的实验室研究。此外，电外科控制器可具有存储与电外科手术相关联的数据的能力，并且基于离线分析，工程师可以量化有源电极何时达到或超过其使用寿命，并且随后相应地设置值供将来使用。

在一些系统中，各种预定的时间段、值和温度被存储在控制器104的非易失性存储器（例如，rom502）中。一旦控制器104识别出棒（自动地，或者由用户使用按钮132和/或显示装置130来输入信息），则在使用期间读取和应用适当的预定时间段、值和温度。在其他系统中，各种预定的时间段、值和温度被存储在棒102上。例如，并且短暂地参照图3，与处理器306相关联的非易失性存储器308可以存储各种预定的时间段、值和温度（用于单一的消融模式，或用于多种消融模式）。控制器104可以从处理器306（例如，通过310）读取数据，并且随后，在电外科手术期间应用该数据。

阻塞检测

在研究和开发各种算法以确定有源电极何时达到或超过其使用寿命时，本说明书的发明人发现，关于确定有源电极的使用寿命的各种方法也可被用于检测棒的堵塞（例如，由于大片组织阻塞抽吸流）。特别是，当通过棒的流体流被完全或至少部分地阻塞时，在有源电极处或者在吸入管道内，抽吸流减少或完全停止。抽吸流的减少或缺乏趋于使等离子体稳定，从而导致电极电路所呈现的阻抗的变化较小。此外，由于流体的流动减少，通过温度测量装置304测量的温度开始下降。例如，如果温度测量装置304是rtd，则该rtd具有一定的热质量，该热质量将保持测量的最后温度，并且随后，随着rtd的热质量冷却而显示降低的温度。因此，堵塞情况本身与磨损的电极表现类似：阻抗低变化并且温度缓慢下降。在一些情况下，控制器可能无法区分磨损的电极和堵塞，并且因此，可将事件分类为可以是任一情况的棒状态。

流程图

说明书现在转向更详细地描述示例性实施方式。图6（包括图6a和图6b）示出了可在控制器104的处理器500上实施的方法的流程图。因此，为避免使图和描述过于复杂，图6基于几个基本假设。首先，图6的流程图假定控制器104的发生器516将能量施加于棒102的有源电极202，并且施加的电压足够高以在有源电极上产生等离子体。如果外科医生停止能量施加，则流程图所实施的示例性方法暂停，直到重新启动能量。其次，图6的流程图假定能量在先前的预定使用期期间起作用（并且在预定使用期期间的使用可以通过将施加能量的时间段合在一起来实现，即使所述时间段被关闭能量的时间段分开）。本领域普通技术人员在理解示例性方法之后，可以容易地修改程序设计，以顾及到在完整的预定使用期期间的使用之前的初始使用，并且考虑到能量被关闭的时间段。第三，如果控制器实现多种消融模式，则各种预定的时间段、值和温度已被控制器104读取或被提供给控制器104，包括针对每种消融模式的各种预定的时间段、值和温度。第四，变化度量与电参数的方差成正比。本领域普通技术人员在理解示例性方法之后，可以容易地修改程序设计，以考虑与电参数的变化成反比的变化度量。

在考虑到这些假定的情况下，所述方法开始（框600），并且继续进行以监测与施加的能量相关联的电参数（框602）。该监测可以是测量供应给有源电极的电流，测量施加在有源电极和返回电极上的电压，或者基于电流或电压来计算另外的参数（例如，阻抗、瞬时功率）。在温度是总体确定的一个组成部分时，在同时监测电参数的情况下，所述方法还可以包括读取或测量吸入的流体的温度（框604）（例如，读取或测量指示与在有源电极附近吸入的流体相关联的温度的值）。

然后，说明性方法继续进行以确定当前的计算窗口中是否剩余更多时间（框606）。特别地，在概念上将预定的使用期（例如，紧接在之前的5秒至15秒的使用）分成多个时间的计算窗口（例如，四个到八个计算窗口）。在一种示例性实施方式中，每个计算在持续时间上可以是一秒，并且因此，对于五秒的预定使用期，可以使用五个计算窗口。在另一种示例性实施方式中，可以使用两秒的计算窗口，并且因此，对于14秒的预定使用期，可以使用七个计算窗口。因此，如果存在完成计算窗口所需的更多时间（再次，框606），则说明性方法返回（沿路径608）以再次监测电参数（框602）并测量温度（框604）。

如果已达到当前计算窗口的持续时间（再次，框606），则示例性方法随后继续进行以计算刚刚结束的计算窗口上的变化度量（框610）。该变化度量在概念上可以被认为是测量的电参数测量结果的数学方差；然而，控制器104不一定需要计算实际的方差值。例如，为了减少处理开销，可以通过减去连续测量之间的测量值来获得差值，并且随后对这些差值的绝对值求和，来计算变化度量。也可以在示例性实施例中实施计算变化度量的其他方法，包括在可获得足够的处理器周期的情况下计算实际的方差。

仍然参照图6a，同样在温度是总体确定的一个组成部分时，在同时计算变化度量（框610）的情况下，所述方法还可以包括计算当前计算窗口上的平均温度（框614），假定在计算窗口中进行了许多温度测量。所述方法设想了仅具有指示温度的值的单一读数或测量结果的计算窗口，在这种情况下计算平均是无实际意义的。为了减少处理器周期，可以计算与平均值成比例的值，而非实际平均值。

然后，示例性方法可以继续进行，以确定对于每个计算窗口，变化度量是否都小于预定值（框616）。如果变化度量全部都高于预定值，则有源电极可能仍具有足够的使用寿命，并且因此，示例性方法退回到开始（沿路径618），以在下一个计算窗口中重新开始。另一方面，如果变化度量全部都低于预定值，则这可指示棒102的有源电极202在接近、已达到或超过其使用寿命，或者通过棒的流体流被完全或至少部分地阻塞。在一些示例性系统中，单独的关于变化度量的确定可能是足够的，并且因此，系统可警告外科医生（框620），并且示例性方法再次移动到开始（沿路径622），以在下一个计算窗口中重新开始。

然而，在其他情况下，可以通过温度成分来增强对有源电极的使用寿命的确定。因此，如果变化度量低于预定阈值（再次，框616），则示例性方法继续进行到总体确定的温度方面。在第一温度方面，确定预定测量时间段中的每个计算窗口的平均温度是否低于预定阈值温度（框624）。如果是，则示例性方法沿路径626继续进行，以警告外科医生（再次，框620）。另一方面，如果预定测量时间段中的每个计算窗口的平均温度高于预定阈值温度（再次，框624），则示例性方法移动至确定当被认为是一组时，每个计算窗口的平均温度是否趋向于预定阈值温度（框628）。如果不是，则示例性方法退回到开始（沿路径630），以在下一个计算窗口中重新开始。如果是，则方法继续进行以警告外科医生（再次，框620）。

上述论述意在说明本发明的原理和各实施例。许多变型和修改是可能的。作为示例，虽然已描述了在电外科控制器内进行的使用寿命和/或堵塞检测，但关于使用寿命和/或堵塞检测的确定也可以在操作性地耦接到电外科控制器并且监测各种参数的独立系统中进行。例如，独立系统可以被施加在电外科控制器和棒之间，并且被动地获得用于进行使用寿命和/或堵塞检测的各种参数。在其他情况下，独立系统可以通信地耦接到电外科控制器并接收关于消融过程的数据，并且进行各种确定。所附权利要求意在被解释为包括所有这样的变型和修改。

虽然已示出和描述了本公开的优选实施例，但是本领域技术人员能够作出其修改，而不脱离本文的范围或教导。本文所述的实施例仅是示例性的而非限制性的。因为在本发明构思的范围内可以作出许多变化和不同的实施例，包括以后想到的等同结构、材料或方法，并且因为按照法律的描述性要求在本文详述的实施例中可以作出许多修改，所以应当理解的是，本文中的细节应当被解释为说明性的，而非以限制性的意义来解释。