雙功能等離子體和非電離微波凝結(jié)電外科器械以及整合所述雙功能等離子體和非電離微 ...的制作方法
【專利說明】雙功能等離子體和非電離微波凝結(jié)電外科器械以及整合所述 雙功能等離子體和非電離微波凝結(jié)電外科器械的電外科設(shè)備 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電外科設(shè)備，在所述電外科設(shè)備中射頻和/或微波頻率能量用于通過 引起止血（即通過促進(jìn)血液凝固來封閉破裂的血管)來治療生物組織。具體而言，本發(fā)明涉 及外科設(shè)備，在所述外科設(shè)備中射頻(RF)和/或微波能量用于與氣體流連接以激發(fā)和維持 熱等離子體。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 氬等離子體凝結(jié)(APC)或氬束凝結(jié)(ABC)是用于以以下方式控制表面出血的已知 的外科技術(shù):不需要遞送等離子體的外科探針與病灶之間的物理接觸。APC可通過內(nèi)窺鏡來 進(jìn)行，由此引導(dǎo)氬氣射流穿過探針，所述探針穿過內(nèi)窺鏡。當(dāng)發(fā)射氬氣時氬氣的電離創(chuàng)造引 起凝結(jié)的等離子體。
[0004] 為了激發(fā)等離子體，需要具有高電場(例如高電壓條件或高阻抗條件）。因此，有必 要設(shè)置高阻抗?fàn)顟B(tài)以便實現(xiàn)為分解氣體以生成等離子體所必需的高電壓（高電場）。在W0 2009/060213所論述的一個實施方案中，使用回掃電路來設(shè)置高電壓(高阻抗)條件，所述回 掃電路使用低頻率(例如射頻)振蕩器電路和變換器，所述變換器的初級繞組通過適宜的驅(qū) 動器和切換裝置(例如柵極驅(qū)動芯片和功率M0SFET或功率BJT)連接至所述低頻率振蕩器電 路。所述布置生成激發(fā)或以其他方式引發(fā)等離子體的高電壓脈沖或高電壓尖峰。一旦被激 發(fā)，等離子體可通過微波能量的供應(yīng)來保持。
[0005] 發(fā)明概述
[0006]在其最概括的意義上說，本發(fā)明提供一種電外科裝置，所述電外科裝置能夠生成 等離子體以執(zhí)行表面凝結(jié)，并且發(fā)射非電離微波場(無等離子體時）以在更深層面上執(zhí)行凝 結(jié)。前者功能性可如同常規(guī)APC技術(shù)一樣有用，例如用于治療表面出血。后者功能性可用來 治療消化性潰瘍或凝結(jié)大血管。
[0007] 為了實現(xiàn)以上表達(dá)的雙功能性，本發(fā)明的電外科裝置包括可在兩個配置之間調(diào)節(jié) 的探針尖端。所述探針尖端連接來從發(fā)生器接收射頻(RF)和/或微波頻率能量，并且還限定 氣體的流動路徑。在第一配置下，所述探針尖端限定雙極(例如同軸)結(jié)構(gòu)以橫跨氣體的流 動路徑從所接收RF和/或微波頻率能量產(chǎn)生高電場，以激發(fā)和維持等離子體。在第二配置 下，所述探針尖端限定天線結(jié)構(gòu)以將非電離微波能量發(fā)射到組織中。所述天線結(jié)構(gòu)可為可 采取筒體、球、硬導(dǎo)線或螺旋線或回轉(zhuǎn)式天線的形式的輻射單極天線，所述輻射單極天線能 夠從所接收微波頻率能量向外（即遠(yuǎn)離探針)發(fā)射電場。因此，在第一配置下所述裝置可使 用RF能量和微波能量中的一個或兩個，而在第二配置下，所述裝置優(yōu)選地使用微波能量。
[0008] 所述雙極結(jié)構(gòu)可包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體。所述外導(dǎo)體可相對于內(nèi)導(dǎo)體縮回，以在第 一配置與第二配置之間調(diào)節(jié)探針尖端。例如，在內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體同軸布置的情況下，外導(dǎo)體 可從其圍繞內(nèi)導(dǎo)體的第一位置(對應(yīng)于第一配置)縮回至其向后（即朝裝置的近端)軸向位 移的第二位置(對應(yīng)于第二配置），以暴露內(nèi)導(dǎo)體。
[0009]在第一配置下，等離子體可使用RF能量或微波能量來激發(fā)。在激發(fā)所述等離子體 后，微波能量可用來維持所述等離子體。此布置可提供優(yōu)于常規(guī)電外科系統(tǒng)中使用的RF等 離子體的優(yōu)點(diǎn)，在所述常規(guī)電外科系統(tǒng)中電場可由于電纜的電容和由組織變化引起的負(fù)載 而崩塌。
[0010]等離子體的阻抗在微波能量的頻率上優(yōu)選地匹配至施用器(和能量遞送系統(tǒng)）的 阻抗，以使通過微波源產(chǎn)生的微波能量能夠高效地轉(zhuǎn)移到等離子體中。在使用微波能量的 情況下，所述施用器和/或發(fā)生器可(靜態(tài)或動態(tài)地)調(diào)諧，以確保等離子體匹配到通過組織 提供的負(fù)載中。在微波頻率上，電纜形成分布式元件傳輸線，其中施用器與能量源之間的阻 抗匹配通過微波發(fā)生器的源阻抗、電纜(傳輸線）的特性阻抗、施用器結(jié)構(gòu)本身的阻抗以及 組織的阻抗來測定。如果電纜的特性阻抗與源的輸出阻抗相同，那么所有微波功率將遞送 到施用器中，由電纜引起的衰減（電介質(zhì)損耗和導(dǎo)體損耗)更少了。如果施用器和組織的阻 抗與電纜的特性阻抗相同，那么在源處可用的最大功率將轉(zhuǎn)移到等離子體負(fù)載/組織負(fù)載 中?？蓪κ┯闷鹘Y(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)以便保持施用器與等離子體負(fù)載/組織負(fù)載之間的最佳阻抗 匹配，如以下所解釋。也可在發(fā)生器處或在第一電纜的遠(yuǎn)端與第二(器械）電纜的近端之間 的接口處進(jìn)行調(diào)節(jié)。此調(diào)節(jié)可呈匹配網(wǎng)絡(luò)的電容和/或電感的變化，即短線調(diào)諧的形式。
[0011 ]在本說明書中"微波頻率"可廣泛使用以指示400MHz至100GHz的頻率范圍，但優(yōu)選 地指示 1GHz 至 60GHz 范圍。所考慮的具體頻率為：915MHz、2 · 45GHz、3 · 3GHz、5 · 8GHz、10GHz、 14.5GHz以及24GHz。相比之下，本說明書使用"射頻"或"RF"以指示至少低三個數(shù)量級的頻 率范圍，例如最多至300MHz，優(yōu)選地10kHz至1MHz。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種電外科器械，其包括:細(xì)長探針，其包括用于 輸送射頻(RF)和/或微波頻率電磁(EM)能量的同軸電纜，以及探針尖端，其連接在同軸電纜 的遠(yuǎn)端處用于接收RF和/或微波能量；以及氣體通道，其用于將氣體穿過細(xì)長探針輸送至探 針尖端，其中所述同軸電纜包括內(nèi)導(dǎo)體、外導(dǎo)體以及將內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體分離的電介質(zhì)材料， 其中探針尖端包括連接至同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體的第一電極和連接至同軸電纜的外導(dǎo)體的第 二電極，并且其中第一電極和第二電極可相對彼此在以下之間移動:第一配置，第一電極和 第二電極在所述第一配置下被布置來橫跨從氣體通路所接收的氣體的流動路徑從所接收 RF和/或微波頻率EM能量產(chǎn)生電場，以產(chǎn)生熱等離子體或非熱等離子體，以及第二配置，第 一電極在所述第二配置下向遠(yuǎn)側(cè)延伸到第二電極之外，以形成用于從探針尖端向外發(fā)射微 波EM場的輻射結(jié)構(gòu)。因此，在第一配置下所述器械可操作以產(chǎn)生等離子體，所述等離子體適 于生物組織的表面(或淺表)凝結(jié)和/或生物組織或器械的消毒/殺菌。所述氣體可為氬，或 任何其他適宜的氣體，例如二氧化碳、氦、氮、空氣與這些氣體中的任何一個的混合物，即 10%空氣/90%氦。用于激發(fā)等離子體的高電場可通過創(chuàng)造用于RF EM能量或微波EM能量的 高阻抗條件來在探針尖端處引起。這可通過選擇用于第一電極和第二電極的適宜的幾何形 狀來實現(xiàn)。例如，在第一配置下，一塊諸如石英或其他類似的低損耗材料的絕緣電介質(zhì)材料 可位于第一電極與第二電極之間。這可增大阻抗并且因此利于創(chuàng)造高電場。在第一配置下， 第二電極可被布置來延伸超出第一導(dǎo)體(例如比第一導(dǎo)體更遠(yuǎn)離），以確保非電離輻射未發(fā) 射。
[0013] 在第二配置下，探針可以微波EM場的形式輻射微波頻率能量，用于更深層的生物 組織凝結(jié)或消毒。
[0014] 在優(yōu)選實施方案中，器械能夠接收RF和微波EM能量。所述RF EM能量可用于激發(fā)等 離子體，并且可作為高電壓脈沖來接收。所述微波EM能量用于維持等離子體，即，將功率遞 送到等離子體中以保持電離狀態(tài)。這也可作為脈沖來接收。等離子體可以一種方式反復(fù)激 發(fā)以產(chǎn)生等離子體準(zhǔn)連續(xù)束。此布置優(yōu)于僅使用RF EM能量的常規(guī)APC裝置的優(yōu)點(diǎn)是等離子 體不會由于電容性負(fù)載或因環(huán)境從干到濕的改變而崩塌。此外，器械的雙重配置性質(zhì)使其 能夠切換至適于深層凝結(jié)的狀態(tài)，在此狀態(tài)下第二電極(和絕緣電介質(zhì)材料)撤回一定距 離，第一電極在所述距離上暴露以使得作為輻射微波單極天線結(jié)構(gòu)，如以下所論述。
[0015] 使用微波頻率能量來激發(fā)等離子體也可以是可能的，例如通過使用微波諧振器或 阻抗變換器，即四分之一波長變換器，所述四分之一波長變換器將低電壓轉(zhuǎn)換至更高的電 壓，以使用在操作頻率上的具有四分之一波長(或其奇倍數(shù))的更高的阻抗傳輸線來激發(fā)等 離子體。此高阻抗線可接通以激發(fā)等離子體并且一旦等離子體被激發(fā)就斷開（即返回至更 低的阻抗線），并且需要所述高阻抗線來維持等離子體。雖然使用同軸開關(guān)或波導(dǎo)開關(guān)可以 是可能的，但功率PIN二極管或變?nèi)荻O管可優(yōu)選地用來在兩個狀態(tài)之間切換。
[0016] 細(xì)長探針可包括圍繞同軸電纜的套筒。所述套筒可用來保護(hù)同軸電纜，但還可限 定氣體通路，例如作為套筒的內(nèi)部表面與同軸電纜的外部表面之間的空間。所述氣體通路 可具有定位在套筒的近端處的輸入端口，所述輸入端口用于連接至氣體源(例如加壓氣罐 或相似物）。
[0017] 所述套筒可進(jìn)一步為用于引起第一電極與第二電極之間的相對運(yùn)動的構(gòu)件。第一 電極與第二電極之間的相對運(yùn)動可通過滑動位于微波同軸電纜之上的導(dǎo)電（例如金屬的） 導(dǎo)管來實現(xiàn)，所述微波同軸電纜的外導(dǎo)體也可為金屬的。在此配置下所述導(dǎo)管(或在同軸電 纜上滑動的管）的內(nèi)表面必須與同軸電纜的外導(dǎo)體制造良好電接觸。這可通過提供氣體可 滲透導(dǎo)電結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，所述氣體可滲透導(dǎo)電結(jié)構(gòu)可相對于第二電極或同軸電纜的外電極滑 動，并且容許氣體流經(jīng)所述氣體可滲透導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。所述氣體可滲透導(dǎo)電結(jié)構(gòu)可為以下中的 任何一個:導(dǎo)電網(wǎng)格;徑向延伸的導(dǎo)電導(dǎo)線或?qū)щ姀椈傻幕\狀物；以及多個周向隔開的徑向 伸出的凹部。所述氣體可滲透導(dǎo)電結(jié)構(gòu)可因此提供多個(例如四個或更多）周向連接或?qū)⑿?要制造點(diǎn)接觸以確保制造用于微波信號的良好電連接。此解決方案可提供具有足夠連接點(diǎn) 以創(chuàng)造用于傳播微波能量的適當(dāng)環(huán)境以允許足夠的氣體流動，與允許外導(dǎo)管在同軸電纜之 上相對容易地移動之間的平衡。
[0018] 在一個實施方案中，第二電極可安裝在套筒的遠(yuǎn)端上或形成在套筒的遠(yuǎn)端處，并 且套筒可相對于同軸電纜縮回。換句話說，套筒可能夠拉回以露出探針尖端處的第一電極。 所述套筒可與同軸電纜同軸。第一電極和第二電極可因此在第一配置下彼此同軸。第二電 極可為位于套筒的遠(yuǎn)端上的導(dǎo)電材料環(huán)形帶。上文提及的電介質(zhì)材料可為向環(huán)形帶之內(nèi)安 裝在套筒上的石英軸環(huán)。替代或另外地，所述電介質(zhì)材料可為內(nèi)電極的部分，如以下所論 述。
[0019] 縮回套筒可包括兩個或兩個以上套疊區(qū)段。套疊區(qū)段可具有位于所述套疊區(qū)段之 間的液密密封，以防止氣體逸出?？苫瑒油馓淄部墒褂脵C(jī)械系統(tǒng)或機(jī)電系統(tǒng)，即機(jī)械滑動 器、線性馬達(dá)或步進(jìn)馬達(dá)布置來縮回或延伸。如以下所解釋，外套筒相對于同軸電纜的外導(dǎo) 體的位置可通過回波損耗或阻抗匹配/失配測量結(jié)果來確定，所述阻抗匹配/失配測量結(jié)果 使用反