專利名稱：切割器官組織的電子解剖刀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適于外科應(yīng)用的切割器官組織的電子解剖刀(scalpel)。
更具體地，正如將在下文中進一步指出的，本發(fā)明涉及一種適于將電功率以及從而的能量傳輸給操縱器(manipulator)的電子解剖刀，該能量適于破壞形成待切割的器官組織的分子的鍵合(bond)而不明顯增加相鄰組織的溫度。
歐洲專利EP 1087691公開了一種以4MHz頻率工作的電子解剖刀，它特別適于避免對靠近待切割區(qū)域的細胞的壞死影響。
根據(jù)公開的所述專利，在操縱器處可用的波形沒有諧波，因為該波信號是從在諧振負載上閉合的射頻電路中得到的，該諧振負載實質(zhì)上包含一個或多個MOSFET的渦流(eddy)電容和射頻變壓器的電感。對使用這種電子解剖刀進行切割而實施的測試仍然突出的是，由于細胞加熱而在該切口附近出現(xiàn)一些壞死細胞。
另外進行的研究強調(diào)，當被傳輸以破壞這些細胞分子鍵的能量基本上等于使所述分子鍵結(jié)合在一起的能量時，經(jīng)受切割手術(shù)的細胞不易遭受壞死惡化。
事實上無論何時把能量傳輸給細胞組織，這都使組織分子振動，并且動能的增加被轉(zhuǎn)換成所述組織的溫度的升高。
當細胞溫度達到50℃左右或更高時，細胞壞死并死亡。
因此極為重要的是以這種方式進行手術(shù)，即電子解剖刀進行切割手術(shù)而不在周圍組織中產(chǎn)生熱。
如上所指出的，當且僅當被傳輸給組織分子的能量等于分子鍵合能量時才不發(fā)生溫度升高的現(xiàn)象。
實際上在這種情況下，傳輸?shù)哪芰坎⒉挥脕硖岣叻肿拥膭幽?，而只是破壞使分子互相結(jié)合的鍵。
另一方面，形成應(yīng)該在其上實施外科切割的一種器官組織的分子不完全具有相同的性質(zhì)，并且因此它們中的一些甚至更少的數(shù)量的特征在于具有不同于主要組織分子的鍵合能量。
本發(fā)明的主要目的是提出一種調(diào)整用來發(fā)送波形到電子解剖刀的操縱器的設(shè)備的方法，并提供這樣一種電子解剖刀，該電子解剖刀把通常等于組織的不同分子的鍵合能量的能量傳輸給組織。因此目的是獲得使經(jīng)受切割手術(shù)的組織的分子不易遭受這種損害接近切割點的細胞的功能的加熱。
另一個目的是盡可能多地限制與組織切割手術(shù)相聯(lián)系的出血現(xiàn)象。
又一個目的是盡可能多地減少組織水腫、形成蟹足腫的可能和手術(shù)后病痛。
將在下文進一步強調(diào)的以上目的和其它目的是通過根據(jù)包括下述的類型的主權(quán)利要求的內(nèi)容的本發(fā)明的電子解剖刀達到的-切割器官組織的操縱器；-由電源電壓(mains voltage)供電以將整流和直流電壓饋給射頻電路的整流電路；-包括至少一個電子開關(guān)的射頻電路，該電子開關(guān)由所述整流和直流電壓供電并由發(fā)射預(yù)定振幅和頻率的通常為矩形(square)的電流波的導(dǎo)頻電路(pilot circuit)控制；-至少一個與具有待切割的器官組織的人體相連的電極，其中所述解剖刀的特征在于，所述電路是適于將因存在多個諧波而失真的正弦電壓傳輸給操縱器的寬通帶諧振電路。
本發(fā)明還涉及調(diào)整在以上所述類型的電子解剖刀的操縱器處可用的功率的方法，其特征在于對所述操縱器施加具有這樣一種功率的波形，即由傳輸給操縱器的諧振頻率的波形和諧波引起的能量等于破壞形成待切割組織的分子的鍵合所需的能量和。
根據(jù)本發(fā)明，有利的是，在操縱器處存在的至少屬于二次和三次的(即使被衰減)多個諧波允許除了基波的能量外還提供不同數(shù)量和質(zhì)量的能量以便給待切割的組織的各種分子，對每一種分子提供一種等于鍵合能量的不同能量。
顯然以這種方式，通過為每個分子提供它自己的鍵合能量破壞了使分子互相結(jié)合的鍵，而不引起由加熱造成的分子退化(degradation)并且因此避免組織分子受到大量的加熱。
實際上，細胞溫度保持在50℃以下，從而使它們功能保持不變。
從該分子和因而細胞的加熱的絕對限制產(chǎn)生的優(yōu)點包括許多非常有趣和意想不到的益處。
根據(jù)本發(fā)明的電子解剖刀的實際使用，除了避免接近切口的細胞的壞死外，還獲得了非常迅速的恢復(fù)、沒有問題的組織重新縫合、患者的疼痛驚人地低于正常痛閾、降低出血以及所有手術(shù)后病痛的顯著減少。
此外，當在接近神經(jīng)或神經(jīng)末梢實施手術(shù)時沒有觀察到刺激。
利用這種只提供組織分子的鍵合能量到切割區(qū)域并從而到待切割組織的方法，觀察到有可能獲得非?？焖俚母哔|(zhì)量活組織檢查，因為沒有損壞采集的樣本并且因此進行的分析是完全可靠的。
在由本發(fā)明的電子解剖刀執(zhí)行的動作中所涉及的組織的溫度總是保持在50℃以下，該溫度被認為是極限溫度，在該溫度以下細胞不會壞死。
本發(fā)明另外的特性和特征將在后面對本發(fā)明的特定實施例的描述中進一步強調(diào)，所述實施例作為說明性而不是限制性的例子給出，并顯示在附圖中，其中-

圖1是本發(fā)明的電子解剖刀的框圖；-圖2是圖1的電子解剖刀的射頻電路的詳細圖示；以及-圖3顯示電子解剖刀的操縱器可用的涉及各種頻率的功率的波形。
現(xiàn)在參考附圖的圖以及更具體地參考圖1，可以看到電子解剖刀的電路是由電源電壓供電的，并且配備有一個輸入濾波器10以作為防護存在于市電電源(mains)上或可從電子解剖刀進入市電電源的可能的射頻噪聲。
該電路還配備有用11表示的變壓器，該變壓器的輸入是例如230V的電壓101，并具有降低到大約140或160V的電壓輸出102。
該電壓進入整流電路20，該整流電路是具有雙半波的常規(guī)整流二極管電路，用于將交變電流轉(zhuǎn)換成脈動整流電流，然后將脈動整流電流濾波以使在輸出端處具有相當高的例如220V的直流電壓201，從而構(gòu)成射頻電路30的饋給。
根據(jù)本發(fā)明的執(zhí)行實施例，取代變壓器11和具有濾波器20a的整流電路，可使用穩(wěn)定轉(zhuǎn)換的AC/DC轉(zhuǎn)換器，或與帶有在輸出端具有穩(wěn)定轉(zhuǎn)換DC/DC轉(zhuǎn)換器的濾波器的整流電路相連接的變壓器。
在任何情況下，從這些整流電路輸出的電壓201應(yīng)該是直流且穩(wěn)定的，并具有一個優(yōu)選例如在50V與200V之間包含的預(yù)先固定值，其中所選擇的電壓值取決于操作設(shè)備的使用。
可選地，為了該設(shè)備相同目的的使用，電壓對于不同的功能可以是不同的。
例如，對于解剖刀的雙極功能或在相同設(shè)備上存在的其單極功能，饋電電壓可以來自具有兩個不同電壓值的兩根饋電線(feeder)。
在圖2中進一步顯示了該射頻電路。
在該例中的電路使用兩個電子開關(guān)MOSFET。
然而，如果電子解剖刀需要更高的切割功率，則可以使用3個或更多個MOSFET元件。
每個MOSFET 305由通過電壓302供電的導(dǎo)頻電路306進行控制，該電壓302是由在圖中未示出的已知類型的直流電壓穩(wěn)定電源提供的，其中有可能調(diào)整輸出電壓以獲得較好的效率，所述輸出電壓也可以是開關(guān)類型的。
導(dǎo)頻電路306也通過尤其包括微處理器314的電流控制器310進行調(diào)整。
更具體地，射頻電路30提供每個MOSFET 305充當一個開關(guān)，該開關(guān)斷開來自整流電路20的輸出電壓201并被施加到每個MOSFET的集電極的直流電流。
每個導(dǎo)頻電路306發(fā)出驅(qū)動每個MOSFET基極的單向脈動非交變矩形波304。
通過具有4MHz振蕩頻率的石英振蕩器311使導(dǎo)頻電路306的頻率保持恒定，該石英振蕩器311被連接到緩沖器313。
通過電路或特定電子設(shè)備(象例如頻率合成器)也可以得到4MHz的基本振蕩頻率以及還有更高的頻率。
MOSFET 305的控制通過具有等于石英的振蕩頻率或者適當?shù)碾娐坊蛟O(shè)備的振蕩頻率的振蕩頻率的信號進行，所述振蕩頻率在本例的情況中是4MHz。
MOSFET 305在閉合時中斷支路(leg)301上的電流，而在打開時允許電流流到支路301。
在301處電流波形的寬度取決于連接到導(dǎo)頻電路306的信號302的調(diào)整。
由電位計303或例如由觸摸屏類型的調(diào)整器實施的在302處信號的調(diào)整允許選擇輸出波的寬度以便根據(jù)將要進行的手術(shù)獲得電子解剖刀的操縱器41所預(yù)定的功率。
下表顯示了根據(jù)外科干預(yù)(intervention)領(lǐng)域在切割手術(shù)中使用本發(fā)明解剖刀在一些應(yīng)用領(lǐng)域中使用的最大功率。
表1
從表1可以看到，使用的最大功率可以從用于小的皮膚科干預(yù)的50瓦一直到通常在泌尿科領(lǐng)域應(yīng)用的最大200瓦的范圍。
為了獲得與該例中描述的不同的功率調(diào)整方法，對于通過改變控制功率MOSFET柵極的驅(qū)動器的饋電電壓302來進行的功率調(diào)整，可以使用一直為直流且穩(wěn)定(通過AC/DC轉(zhuǎn)換器或通過DC/DC轉(zhuǎn)換器)但可變的例如從0V到200V的電壓201，同時使電壓302保持穩(wěn)定。
另一種可能是使用可變的例如從0V到200V的直流和穩(wěn)定的電壓201以及也是可變的電壓302來獲得在這種情況下的混合型功率調(diào)整。
因此，射頻電路的輸出信號是具有由功率調(diào)整器303調(diào)整的寬度的4MHz頻率的電流脈動波301，該功率調(diào)整器303改變電壓302。
由于射頻電路30的輸出被連接到射頻變壓器40的初級線圈，所以循環(huán)電流301是流經(jīng)4MHz頻率的諧振電路形成的，其中諧振電路的電容和電感是由MOSFET 305的渦流電容和可忽略電抗的電容307給出的，但分別作為電壓201的直流元件鎖(lock)和變壓器40的初級電路的電感。
根據(jù)本發(fā)明，諧振電路屬于寬通帶類型，以便通過相對于信號301即使衰減的載波的至少二次和三次諧波。
優(yōu)選的是希望信號301具有至少二次、三次和四次諧波。
為了得到寬通帶諧振電路，在圖2的實施例中使用高頻變壓器，該變壓器的次級電路的匝數(shù)等于或大于初級電路的匝數(shù)。這樣，得到了大于4MHz的諧波以降低和特定方式的用量(dosage)，并且作為該類解剖刀或控制其設(shè)備的結(jié)果，它根據(jù)不同的外科使用領(lǐng)域而改變。
如所知，對于諧振電路，諧振系數(shù)Q由以下公式給出Q＝ωCRRE＝2fCRRE＝其中f是諧振頻率，CR是諧振電路的電容，RE是在對次級電路施加負載時初級電路的等效電阻，所述負載包括例如將利用電子解剖刀進行手術(shù)的患者身體。
由于等效電阻可以由以下公式表示RE=RC(N1N2)2]]>其中RC是負載電阻，以及N1和N2分別是初級線圈和次級線圈的匝數(shù)，所以可以看到諧振系數(shù)Q可由以下公式表示 該公式指出當次級線圈的匝數(shù)相對于初級線圈的匝數(shù)增加時，諧振系數(shù)減少。
諧振系數(shù)也可以由以下公式表示Q=FRB]]>
其中FR是諧振頻率，以及B是通帶。
在本發(fā)明的情況下，當需要加寬4MHz的通帶到8MHz、12MHz和16MHz時，在諧振電路中以適當?shù)脑褦?shù)插入變壓器以使諧振系數(shù)小于1，優(yōu)選在0.6和0.7之間。
利用諧振電路的寬通帶的這些特性，在401處的變壓器的次級電流信號采用圖3所示的形式。
查看圖3的波形，可以看到在4、8、12和16MHz處存在有趣的并被傳遞到具有上述作用的解剖刀操縱器的功率峰值。
可以看到一旦設(shè)置了功率調(diào)整器303，則信號401的電流通過來自設(shè)置在MOSFET 305后的電流傳感器308的電流控制進行控制。
來自電流傳感器308的電壓信號309通過由微處理器314控制的快速比較器來驅(qū)動電流控制310，以限制連同在MOSFET的導(dǎo)頻電路上的信號312一起或供給電壓201一起起作用的最大電流401。
電流控制器310可以是電路或特定電子設(shè)備，或者控制整個系統(tǒng)的相同的微處理器314。
也可以通過控制整個系統(tǒng)的微處理器314進行電流控制，而不用快速比較器。
在低阻抗的情況下，由于電流將升到非常高的值，所以在該電路中存在由電感402構(gòu)成的限流器，該限流器限制到操縱器的電流并阻止電路超過最大容許電流值。
通過在操縱器41和板電極42這兩個電極之間的患者的電阻負載來閉合電路。
優(yōu)選地將板42由輕絕緣層來覆蓋以避免板燒傷患者，這是電子解剖刀的特征。
可以看到由操縱器41和板42組成的電極裝置可以采取具有雙極型動作的鉗(pincer)的不同形式。
對于用于調(diào)整本發(fā)明的電子解剖刀的調(diào)整方法，通過選擇與存在的諧波一起的合適諧振頻率(在本發(fā)明中為4MHz)的脈沖波，從而得到傳遞到由解剖刀切割的細胞的能量的用量。
此外，電子解剖刀的操縱器可用的輸出功率的用量允許提供適合于將實施本發(fā)明的性質(zhì)的功率。
作為所述類型的用量的結(jié)果，獲得的益處主要是沒有組織壞死并具有減少的蟹足腫的冷切割、具有較少出血以及在手術(shù)后階段問題較少的無菌切割。
此外，還在手術(shù)后階段極大地減少了患者感覺的疼痛，并從而減少了手術(shù)后在醫(yī)院的停留時間。
還有可能進行活組織檢查而不會有任何相關(guān)的壞死。
必須注意到，手術(shù)時間也降到最小。
也可以對具有起搏器的患者使用本發(fā)明的解剖刀，因為對于所述解剖刀選擇的頻率不會干擾起搏器的工作。
結(jié)果，患者手術(shù)的費用得到了極大的降低。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)整電子解剖刀的操縱器的可用的功率以使所述操縱器適于進行器官組織的切割的方法，所述電子解剖刀屬于包括下述的類型-至少一個電源電壓的整流電路，其將整流和直流電壓提供給-至少一個射頻電路，其適于發(fā)出作為輸出的具有基本上恒定頻率的電流信號，以用于通過射頻變壓器饋給所述操縱器，所述射頻電路包括-至少一個由配備有振蕩器的電路控制的電子開關(guān)，其特征在于，對所述操縱器施加具有這樣一種功率的波形，即由傳輸給操縱器的諧振頻率的波形和諧波引起的能量基本上等于破壞構(gòu)成待切割組織的分子的鍵合所需的能量和。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對所述操縱器施加失真的正弦波形。
3.一種實施權(quán)利要求1所述的方法的電子解剖刀，包括-切割器官組織的操縱器(41)和至少一個閉合電路的電極；-由電源電壓供電的整流電路(20)，其將整流和直流電壓(201)提供給射頻電路(30)；-包括至少一個電子開關(guān)(305)的射頻電路(30)，該電子開關(guān)(305)由所述整流和直流電壓(201)供電并由發(fā)射預(yù)定振幅和頻率的通常為矩形電流波的導(dǎo)頻電路(306)控制，所述射頻電路具有由電流脈動波構(gòu)成的輸出，所述電流脈動波在諧振電路中循環(huán)以饋給所述操縱器，其特征在于，所述諧振電路是寬通帶電路，其適于將因存在至少二次和三次諧波而產(chǎn)生的失真的正弦電壓傳輸給操縱器，以及特征在于，所述操縱器將波形提供給組織，該波形的頻率提供的能量基本上等于斷開屬于待切割組織的分子的鍵合所需的能量和。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子解剖刀，其特征在于，所述諧振電路至少包括所述電子開關(guān)(305)的寄生電容和射頻變壓器(40)的初級電路的電感。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子解剖刀，其特征在于，操縱器(41)的波形振幅借助于改變導(dǎo)頻電路(306)的電壓(302)的調(diào)整器(303)是可變的。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子解剖刀，其特征在于，操縱器(41)的波形振幅通過對饋給所述射頻電路(30)的整流和直流電壓(201)的改變并使饋給所述至少一個電子開關(guān)(305)的導(dǎo)頻電路(306)的電壓(302)保持恒定而是可變的。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子解剖刀，其特征在于，操縱器(41)的波形振幅通過饋給所述射頻電路(30)的整流和直流電壓(201)的改變以及借助于改變導(dǎo)頻電路(306)的電壓(302)的調(diào)整器(303)而是可變的。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子解剖刀，其特征在于，射頻電路(30)發(fā)出4MHz頻率的通常的矩形波。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電子解剖刀，其特征在于，所述諧振電路(30)將矩形波轉(zhuǎn)換成失真的正弦波。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子解剖刀，其特征在于，所述至少一個電子開關(guān)(305)是MOSFET元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子解剖刀，其特征在于，操縱器處的電壓具有二次、三次和四次諧波。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子解剖刀，其特征在于，射頻變壓器(40)的次級線圈的匝數(shù)(N2)等于或大于初級線圈的匝數(shù)(N1)，以使諧振電路的諧振系數(shù)(Q)小于1。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電子解剖刀，其特征在于，諧振電路的諧振系數(shù)在0.6與0.7之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子解剖刀，其特征在于，通過石英振蕩器(311)將所述至少一個電子開關(guān)(305)的所述導(dǎo)頻電路(306)的頻率保持恒定。
15.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子解剖刀，其特征在于，通過頻率合成器將所述至少一個電子開關(guān)(305)的所述導(dǎo)頻電路(306)的頻率保持恒定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種調(diào)整電子解剖刀的操縱器可用的功率以使所述操縱器適于進行器官組織的切割手術(shù)的方法，這種類型的所述解剖刀包括提供整流和直流電壓給至少一個射頻電路的至少一個電源電壓的整流電路，該射頻電路適于以基本上恒定的頻率發(fā)出電流信號的輸出，所述電流信號通過射頻變壓器饋給所述操縱器，所述射頻電路包括至少一個由配備有振蕩器的電路控制的電子開關(guān)，其中所述方法包括對所述操縱器施加具有這樣一種功率的波形，即由傳輸給操縱器的諧振頻率的波形和諧波引起的能量基本上等于破壞待切割組織的分子的鍵合所需的能量和。本發(fā)明還涉及一種實施所述方法的電子解剖刀。
文檔編號A61B18/12GK1798530SQ200480015540
公開日2006年7月5日 申請日期2004年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月6日
發(fā)明者G·波扎托 申請人:特利亞電子工程股份有限公司