專利名稱：組織表面重修的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及組織表面重修(tissue resurfacing)，例如皮膚表面重修，或者位于例如消化道、呼吸道、血管、子宮或尿道內(nèi)的組織的表面重修或去除。
背景技術(shù)：
人體皮膚具有兩個主要層表皮，其為外層且在面部區(qū)域上典型地具有大約120μ的厚度；以及真皮，其典型地為表皮厚度的20-30倍，并包含毛囊、皮脂腺、神經(jīng)末端以及纖細的毛細血管。按體積真皮主要由蛋白質(zhì)膠原(collagen)組成。
很多整容手術(shù)(cosmetic surgery)過程的共同目的是改善患者皮膚的外觀。例如，整容手術(shù)領(lǐng)域中的理想臨床效果是提供對老化皮膚肌理的改善并給予其更年輕的外觀。通過去除表皮的部分或全部并且有時去除真皮的部分，引起具有所需特性的新表皮的生長，可實現(xiàn)所述效果。另外皮膚常常包含疤痕組織，其外觀被一些人認為是有損他們的魅力。引起疤痕組織的皮膚結(jié)構(gòu)典型地在真皮中形成。通過去除選擇區(qū)域中的表皮并重塑真皮中的疤痕組織，可能改善某些類型疤痕的外觀，如例如痤瘡所留下的疤痕。去除表皮和可能的真皮組織的過程被稱為皮膚表面重修(skinresurfacing)或磨皮術(shù)(dermabrasion)。
用于實現(xiàn)皮膚表面重修的一種公知技術(shù)包括借助于例如磨輪而機械地去除組織。另一種技術(shù)稱為化學(xué)去皮(chemical peel)，并涉及將腐蝕性化學(xué)品施加到表皮表面以去除表皮及可能真皮皮膚細胞。而進一步的技術(shù)是對皮膚的激光表面重修。激光被用于將受控量的能量輸送到表皮。該能量由表皮吸收，引起表皮細胞壞死。壞死可由于能量吸收引起細胞內(nèi)的水溫增加到細胞死亡的水平而發(fā)生，或者可替換地，依賴于所使用的激光頻率，能量可由表皮細胞內(nèi)的分子以導(dǎo)致其離解的方式吸收。該分子離解殺死所述細胞，并且作為副作用還引起皮膚溫度的增加。
典型地在激光表面重修期間，激光束在短時間周期內(nèi)(典型地小于一毫秒)被導(dǎo)向皮膚的給定處理區(qū)。這可以通過以下來實現(xiàn)使激光脈動或連續(xù)并足夠快地移動激光使得光束僅在預(yù)定的時間周期內(nèi)入射在皮膚給定區(qū)上。在皮膚表面之上可進行若干遍(pass)，而死皮碎屑通常在該若干遍期間被從皮膚擦除。磨皮術(shù)當(dāng)前使用的激光包括CO2激光以及鉺-釔鋁石榴石(Erbium-YAG)激光。能量通過其由組織所吸收并引起它死亡的機制，以及所獲得的結(jié)果臨床效果，如組織壞死的深度及熱邊限(thermalmargin)(即圍繞由于吸收熱而經(jīng)受組織修正的處理區(qū)的區(qū)域)的量值，從一種激光類型到另一種而變化。然而，基本上由這些激光所提供的變化的處理可當(dāng)作單一類型的處理方法，其中激光被用于給予能量以殺死表皮的一些或部分(并且依賴于處理目的，可能殺死真皮的部分)，目的是引起具有改善外觀的新表皮的生長，并還可能刺激真皮中新膠原的生長。
本發(fā)明的其它有關(guān)現(xiàn)有技術(shù)參考背景包括US3,699,967(Anderson)、US3,903,891(Brayshaw)、US4,040,426(Morrison)、US5,669,904、WO95/0759、WO95/26686以及WO98/35618。
申請人的國際申請No.WO01/62169公開了公知皮膚表面重修技術(shù)、裝備以及操作這種裝備的方法的可替換方案。具體地，其公開了一種組織表面重修系統(tǒng)，包括手術(shù)器械，具有終止于等離子體出口噴嘴的氣體導(dǎo)管，以及與導(dǎo)管相關(guān)聯(lián)的電極；以及射頻功率發(fā)生器，耦合到所述器械電極并設(shè)置成以單一或系列處理脈沖將射頻功率輸送到電極，以便從通過導(dǎo)管饋送的氣體產(chǎn)生等離子體，所述脈沖具有從2ms至100ms范圍的持續(xù)時間。
將電場施加到所述氣體以便產(chǎn)生等離子體可在任何合適的頻率發(fā)生，包括500kHz左右的標準電外科(electrosurgical)頻率的應(yīng)用或2450MHz左右的微波頻率的使用，后者具有以下的優(yōu)點即適于獲得等離子體的電壓更容易在完整的結(jié)構(gòu)中獲得。等離子體可以一種頻率發(fā)起或“擊發(fā)(strike)”，因此到等離子體中的最優(yōu)功率傳遞然后可在不同的頻率發(fā)生。
在一個實施例中射頻振蕩電壓被施加到電極以便產(chǎn)生對應(yīng)的振蕩電場，并且通過以下來控制傳遞到等離子體的功率監(jiān)視從電極反射的功率(這提供對已傳遞到等離子體中的從功率輸出設(shè)備所輸出的功率部分的指示)，并因此調(diào)節(jié)來自發(fā)生器的振蕩電壓的功率。由于來自發(fā)生器的振蕩輸出頻率接近電極的諧振頻率(其受等離子體存在的影響)，傳遞到等離子體的功率增加，并且反之亦然。
優(yōu)選地，在該實施例中，偶極電場被施加到器械上電極對之間的氣體，所述電極對連接到功率輸出設(shè)備的相對輸出端子。
在該發(fā)明的可替換方面，DC電場被施加，并且功率從DC場輸送到等離子體。
所使用的氣體優(yōu)選地是無毒的，并且更優(yōu)選地是易于生物相容的以使其能夠從患者身體自然分泌或排出。二氧化碳是一種優(yōu)選氣體，因為在呼吸期間人體從血流中自動去除二氧化碳。另外，從二氧化碳產(chǎn)生的等離子體比從例如氬產(chǎn)生的等離子體熱(雖然更難于產(chǎn)生)，并且二氧化碳在大多數(shù)手術(shù)室中可容易獲得。還可使用氮或者甚至空氣。
國際申請No.WO01/62169也公開了氣體等離子體組織表面重修器械，包括伸長的氣體導(dǎo)管，從氣體入口延伸到出口噴嘴并且具有耐熱介電壁；位于導(dǎo)管內(nèi)部的第一電極；第二電極，位于介電壁的外表面上或與其相鄰，與第一電極配準；以及電傳導(dǎo)電場聚焦元件，位于導(dǎo)管內(nèi)且在第一和第二電極之間。
優(yōu)選系統(tǒng)具有這樣的好處，能夠在組織表面產(chǎn)生快速處理而使不期望的效果最小化，例如在大于所需深度處的熱效應(yīng)。
國際申請No.WO01/62169中所描述的發(fā)明的另一方面提供對至少患者表皮進行皮膚表面重修的方法，其利用包括具有連接到功率輸出設(shè)備的電極的器械的手術(shù)系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟操作功率輸出設(shè)備以在電極區(qū)域中產(chǎn)生電場；引導(dǎo)氣流通過電場，并且依靠電場與氣體的交互產(chǎn)生等離子體；控制從電場傳遞到等離子體的功率；在預(yù)定時間周期內(nèi)將等離子體引導(dǎo)到組織上；以及由于從等離子體輸送到表皮的熱而蒸發(fā)表皮的至少部分。
該在前申請還公開了另一方面，組織表面重修系統(tǒng)包括等離子體處理器械，具有終止于等離子體出口噴嘴的氣體導(dǎo)管及與導(dǎo)管相關(guān)聯(lián)的電極；以及射頻功率發(fā)生器，耦合到所述器械電極并設(shè)置成以單一或系列處理脈沖將射頻功率輸送到電極，所述處理脈沖每個包括射頻振蕩突發(fā)(burst)，所述發(fā)生器包括工作以將處理脈沖的寬度控制為預(yù)定寬度的控制器?？刂破鲀?yōu)選地設(shè)置成通過生成對應(yīng)的控制脈沖來調(diào)節(jié)處理脈沖寬度，所述控制脈沖被饋送到發(fā)生器的射頻功率級以便在每個等于所要求的脈沖寬度的時間周期內(nèi)將功率級輸出的水平從基本靜止水平改變?yōu)轭A(yù)定的優(yōu)選恒定的輸出功率水平，從而氣體等離子體在這樣的時間周期內(nèi)產(chǎn)生。時間周期和/或功率水平可由控制器調(diào)節(jié)以便產(chǎn)生用于器械的計量的處理脈沖，所述脈沖每個具有預(yù)定的總能含量。
射頻功率輸出可能在每個處理脈沖內(nèi)被調(diào)制(100％調(diào)制或更少)。
從2ms至100ms的處理脈沖寬度是所預(yù)期的，并且優(yōu)選地在3ms至50ms的范圍內(nèi)，或更優(yōu)選地從4ms至30ms。在其以系列輸送的情況下，處理脈沖可具有0.5Hz至10Hz或15Hz、優(yōu)選地1Hz至6Hz的重復(fù)率。
從器械方面，在前申請公開了氣體等離子體組織表面重修器械，包括伸長的氣體導(dǎo)管，從氣體入口延伸到等離子體出口噴嘴；至少一對相互相鄰電極，用于從導(dǎo)管內(nèi)的氣體擊發(fā)等離子體；以及固體介電壁，在電極之間，由具有比一(unity)大的相對介電常數(shù)(優(yōu)選地為5的量級或更高)的材料形成。有利地是導(dǎo)管至少部分作為這種材料的介電管來形成，電極包括所述管內(nèi)的內(nèi)電極和圍繞所述管的同軸外電極。
較早公開系統(tǒng)的其它方面包括以下操作手術(shù)系統(tǒng)的方法，所述手術(shù)系統(tǒng)包括功率輸出設(shè)備，其在輸出端子生成輸出信號；控制器，能夠接收來自用戶的輸入信號并相應(yīng)地控制功率輸出設(shè)備；器械，具有經(jīng)由饋送結(jié)構(gòu)連接到發(fā)生器輸出端子的至少一個電極；氣體供應(yīng)以及用于將氣體從該供應(yīng)運送到器械的另一饋送結(jié)構(gòu)。所述方法包括以下步驟接收來自用戶的輸入信號，并操作控制器以從用戶輸入信號來確定功率輸出設(shè)備被控制的方式；操作功率輸出設(shè)備以將電壓供應(yīng)到至少一個電極，由此在電極區(qū)域中產(chǎn)生電場；使氣體通過電場，并依靠電場強度從氣體產(chǎn)生等離子體；以及根據(jù)到控制器的用戶輸入信號來控制功率輸出設(shè)備以控制輸送到等離子體中的功率?？刂破骺晒ぷ饕钥刂乒β瘦敵鲈O(shè)備將預(yù)定水平的能量輸送到等離子體中，并且控制器可進一步控制通過電場的氣流的速率。
氣體優(yōu)選地包括具有至少兩個原子的分子。
上述較早申請包括對用于組織表面重修的手術(shù)系統(tǒng)的公開，所述手術(shù)系統(tǒng)包括用戶接口，其從用戶接收有關(guān)系統(tǒng)所需性能的輸入信號；功率輸出設(shè)備，其在輸出端子生成電壓輸出信號；氣體供應(yīng)；器械，具有連接到功率輸出設(shè)備的輸出端子的電極，由此使得當(dāng)功率輸出設(shè)備被操作以在輸出端子產(chǎn)生輸出電壓時能夠在電極區(qū)域中生成電場，所述器械另外連接到氣體供應(yīng)且進一步包括導(dǎo)管，用于使來自供應(yīng)的氣體通過電極附近的電場以產(chǎn)生等離子體；以及控制器，其連接到用戶接口和功率輸出設(shè)備，所述控制器適于接收和處理來自用戶接口的信號并基于用戶接口信號來控制功率從功率輸出設(shè)備到等離子體中的輸送?？刂破鬟€可適于控制功率被輸送到等離子體中的時間周期。
從用戶接口到控制器的用戶接口信號可涉及待輸送到等離子體中的能量的總量。所述系統(tǒng)可進一步包括連接到控制器的氣流調(diào)節(jié)器，控制器還適于控制來自供應(yīng)的氣流速率?？刂破骺山邮罩甘据斔偷降入x子體的功率的反饋信號。
功率輸出設(shè)備可包括可調(diào)諧振蕩器，并且控制器連接到所述振蕩器以便基于指示器械內(nèi)的衰減功率的反饋信號而調(diào)諧所述振蕩器。典型地，振蕩器的輸出頻率在2400-2500MHz帶內(nèi)。
較早申請還包括用于操作手術(shù)系統(tǒng)的方法，所述手術(shù)系統(tǒng)包括在輸出端子對之上產(chǎn)生振蕩電輸出信號的功率輸出設(shè)備、具有每個連接到功率輸出設(shè)備的輸出端子之一的電極對的器械、接收來自用戶接口的輸入信號并相應(yīng)地控制功率輸出設(shè)備的控制器、以及連接到所述器械的氣體供應(yīng)，其中所述方法包括以下步驟操作功率輸出設(shè)備以在器械的電極之上施加振蕩電壓，由此在電極區(qū)域中產(chǎn)生電場；使氣體通過電場并在器械電極之間擊發(fā)等離子體；以及操作控制器以控制從功率輸出設(shè)備輸送到等離子體中的功率。
提供了一種手術(shù)系統(tǒng)，包括功率輸出設(shè)備，其在輸出端子對之上生成射頻振蕩輸出信號；器械，具有連接到功率輸出設(shè)備的相應(yīng)輸出端子的第一對電極且其是以預(yù)定頻率諧振的第一諧振組件的部分，以及連接到功率輸出設(shè)備的相應(yīng)輸出端子的第二對電極且其是也以預(yù)定頻率諧振的第二諧振組件的部分；氣體供應(yīng)，其將氣體供應(yīng)到第一對電極之間的振蕩電場和第二對電極之間的振蕩電場；其中第一諧振組件在等離子體從氣體形成之前以預(yù)定頻率諧振，而第二諧振組件繼等離子體生成之后以預(yù)定頻率諧振。在這樣的系統(tǒng)中第一對電極可包括內(nèi)電極和延伸成基本與內(nèi)電極同軸且圍繞內(nèi)電極的外電極，而第二對電極可包括另一內(nèi)電極和所述外電極。所述系統(tǒng)可如此工作，使得在第一諧振結(jié)構(gòu)諧振期間，在內(nèi)電極和另一內(nèi)電極之間產(chǎn)生電位差，并且由于所述電位差等離子體在內(nèi)電極和另一內(nèi)電極之間被初始地擊發(fā)。
進一步的方面包括由以下組成的手術(shù)系統(tǒng)功率輸出設(shè)備，其在輸出端子對之上生成射頻振蕩輸出信號；器械，具有經(jīng)由饋送結(jié)構(gòu)連接到功率輸出設(shè)備的相應(yīng)輸出端子的電極對，以在電極之間產(chǎn)生振蕩電場；氣體供應(yīng)和從氣體供應(yīng)到電場的導(dǎo)管，以使通過電場的氣體被轉(zhuǎn)換成等離子體且被傳送出器械中的孔；其中所述器械包括電壓變換組件，所述電壓變換組件提供對來自功率輸出設(shè)備的電壓輸出的步增(step up)并將所述步增的電壓供應(yīng)到電極之上由此加強電極之間的電場。在這種系統(tǒng)中電壓變換組件可包括具有在射頻振蕩輸出帶寬內(nèi)的諧振頻率的器械中的結(jié)構(gòu)。所述諧振結(jié)構(gòu)可包括至少一個長度的傳輸線，所述傳輸線具有等于功率輸出設(shè)備的振蕩輸出信號波長的四分之一的電長度。
另一方面提供由以下組成的手術(shù)器械電極對；可連接到饋送結(jié)構(gòu)的連接器，由此使來自發(fā)生器的信號能夠被運送到電極；電連接到電極和饋送結(jié)構(gòu)的傳輸線的至少第一段，所述傳輸線段具有基本上等于具有2400MHz至2500MHz范圍內(nèi)頻率的電磁波波長的四分之一的電長度。該器械可進一步包括電連接到連接器和傳輸線的第一段的傳輸線的第二段，該傳輸線的另一段具有基本上等于傳輸線第一段長度的電長度，其中傳輸線的第一段和第二段的特征阻抗不同，傳輸線的第一和第二段在經(jīng)由連接器可連接到器械的饋送結(jié)構(gòu)的相對低的特征阻抗與由電極之間所形成的等離子體所提供的相對高的阻抗電負載之間形成阻抗匹配組件。
還提供有包括以下的手術(shù)器械彼此分離的電極對；連接器，用于將來自饋送結(jié)構(gòu)的電信號連接到電極，由此使電極之間能夠產(chǎn)生電場；氣體入口端口；氣體導(dǎo)管，用于將氣體從入口端口運送到電極，由此允許氣體在電極之間通過以便當(dāng)電場施加到電極之間時使它們之間能夠產(chǎn)生等離子體；以及器械中的孔，通過其等離子體可在沿氣體導(dǎo)管通過的氣體壓力下被排出。在這樣的器械中，導(dǎo)管內(nèi)的氣體壓力可迫使等離子體離開第一方向上的孔，并且電極可至少在第一方向上間隔開。
而進一步的方面包括由以下組成的手術(shù)系統(tǒng)具有電端子對的連接器；第一對電極，由內(nèi)電極和圍繞內(nèi)電極同軸延伸的外電極所提供；第二對電極，由另一內(nèi)電極和所述外電極提供，第一和第二對電極經(jīng)由連接器可電連接到發(fā)生器以便使電場能夠分別在內(nèi)和外電極以及另一內(nèi)和外電極之間產(chǎn)生；氣體入口端口，及用于將氣體從入口端口運送通過電場由此使等離子體從氣體形成的導(dǎo)管；第一對電極形成第一諧振組件的至少部分，而第二對電極形成第二諧振組件的至少部分，第一和第二諧振組件在等離子體形成之前以不同頻率諧振，由此使得在等離子體形成之前能夠在可用于擊發(fā)等離子體的內(nèi)和另外的內(nèi)電極之間產(chǎn)生電場。
還提供有操作具有第一和第二對電極的手術(shù)器械的方法，每對電極連接到生成振蕩電輸出信號的功率輸出設(shè)備的不同輸出端子，所述方法包括以下步驟操作功率輸出設(shè)備以便將振蕩電信號施加到第一和第二對電極；使諧振組件諧振，第一對電極形成所述諧振組件的至少部分；依靠諧振在第一對電極的一電極和第二對電極的一電極之間產(chǎn)生電位差和由此的電場；將使氣體通過電場并且依靠電場與氣體之間的交互形成等離子體。電場在其之間產(chǎn)生的電極二者都可連接到功率輸出設(shè)備的同一輸出端子。通常，等離子體的形成造成第二對電極的電特征的改變，使得它們是以振蕩電輸出信號的頻率諧振的另一諧振組件的至少部分，所述方法然后另外包括以下步驟繼等離子體形成之后，引起另一諧振組件的諧振以便在第二對電極之間產(chǎn)生足夠強度的電場以便維持等離子體，并且將功率從振蕩輸出信號輸送到等離子體中。
而國際申請No.WO01/62169的公開的另一方面是操作具有第一和第二對電極的手術(shù)器械的方法，每對電極連接到產(chǎn)生振蕩電輸出信號的功率輸出設(shè)備的不同輸出端子，所述方法包括以下步驟操作功率輸出設(shè)備以將振蕩電信號施加到第一對電極；將振蕩電輸出信號施加到第一對電極；使第一對電極形成其部分的第一諧振組件諧振，并在第一諧振組件的諧振期間產(chǎn)生電場；使氣體通過電場，并依靠電場和氣體之間的交互形成等離子體；繼等離子體形成之后，將振蕩電輸出信號施加到第二對電極并且使第二對電極形成其部分的第二諧振組件諧振，并通過將來自振蕩輸出信號的功率經(jīng)由第二對電極輸送到等離子體中來維持等離子體。振蕩輸出信號可基本保持恒定。第一和第二對電極可以不同，或者它們可具有二者共用的電極。電場優(yōu)選地在第一對電極之間形成，但可在第一對電極的一電極和第二對電極的一電極之間形成，在這種情況下電場可在二者都連接到功率輸出設(shè)備的同一輸出端子的兩個電極之間形成。
作為優(yōu)選方法的結(jié)果，等離子體引起活表皮細胞的壞死和死表皮細胞的蒸發(fā)，并且在所需的地方產(chǎn)生對真皮的影響。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種控制用于處理人體組織的設(shè)備的使用的系統(tǒng)包括發(fā)生器，用于提供能量脈沖到所述設(shè)備，所述能量脈沖處于所選擇的能量水平；控制器，用于控制到所述設(shè)備的能量供應(yīng)；電子鍵，與所述設(shè)備相關(guān)聯(lián)且包括存儲器裝置；以及讀/寫設(shè)備，與控制器相關(guān)聯(lián)，用于從電子鍵下載信息并將信息寫到存儲器裝置；當(dāng)能量脈沖由發(fā)生器提供到所述設(shè)備時，控制器使讀/寫設(shè)備發(fā)送信號到存儲器裝置以使存儲器裝置中的設(shè)備使用計數(shù)器更新，因此計數(shù)器以其遞增的速率隨所輸送的功率增加而增加，當(dāng)設(shè)備使用計數(shù)器達到預(yù)定最大值時控制器進一步使發(fā)生器停止提供脈沖。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了控制用于處理人體組織的設(shè)備的使用的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于向設(shè)備提供能量脈沖的發(fā)生器，能量脈沖處于所選擇的能量水平；用于控制到所述設(shè)備的能量供應(yīng)的控制器；與每個設(shè)備相關(guān)聯(lián)且包括存儲器裝置的電子鍵；以及讀/寫設(shè)備，與控制器相關(guān)聯(lián)，用于從電子鍵下載信息并將信息寫到存儲器裝置；每次預(yù)定量的能量被提供到所述設(shè)備時控制器使得讀/寫設(shè)備發(fā)送信號到存儲器裝置以更新增量計數(shù)器，當(dāng)增量計數(shù)器達到預(yù)定最大值時控制器使得發(fā)生器停止提供脈沖；特征在于控制器針對提供到所述設(shè)備的低于預(yù)定閾能量水平的每個脈沖，以第一值來更新增量計數(shù)器，并且針對提供到所述設(shè)備的高于預(yù)定閾能量水平的每個脈沖，以第二較大值來更新增量計數(shù)器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，控制用于處理人體組織的設(shè)備的使用的系統(tǒng)包括用于向所述設(shè)備提供能量脈沖的發(fā)生器，能量脈沖處于所選擇的能量水平；用于控制到所述設(shè)備的能量供應(yīng)的控制器；與每個設(shè)備相關(guān)聯(lián)且包括存儲器裝置的電子鍵；以及讀/寫設(shè)備，與控制器相關(guān)聯(lián)，用于從電子鍵下載信息并將信息寫到存儲器裝置；當(dāng)能量脈沖由發(fā)生器提供到所述設(shè)備時，控制器使讀/寫設(shè)備發(fā)送信號到存儲器裝置以引起存儲器裝置中的設(shè)備使用計數(shù)器更新，由此計數(shù)器根據(jù)脈沖能量以不同速率遞增，以便第一能量水平的脈沖比第二能量水平的脈沖更快地引起計數(shù)器的遞增，第一能量水平高于第二能量水平。
在市場上有很多電子鍵系統(tǒng)，如來自Dallas Semiconductor Corp.的“i-button”系統(tǒng)。這些可用于各種目的，包括個人接入(personnel access)和電子商務(wù)應(yīng)用。被提出與醫(yī)療裝備一起使用的電子鍵的實例包括轉(zhuǎn)讓給Curon Medical的US專利No.6,464,689和轉(zhuǎn)讓給Eclipse SurgicalTechnologies的US專利No.5,742,718。如這些的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)可用于通過使控制單元注冊由電子鍵所攜帶的唯一碼而鑒權(quán)一次性手柄(disposablehandpiece)。這些系統(tǒng)還可存儲用于醫(yī)療器械的使用數(shù)據(jù)以及用于所采取過程的患者數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供簡單的系統(tǒng)，而所考慮的一點是電子鍵可呈現(xiàn)給不同的控制單元以試圖獲得額外的使用時間。系統(tǒng)還考慮的是設(shè)備可以不同的功率設(shè)置被使用，且可接受的使用時間可依賴于這些功率設(shè)置。
優(yōu)選的系統(tǒng)設(shè)置閾能量水平，并且根據(jù)所供應(yīng)的能量高于還是低于閾水平而使計數(shù)器遞增不同的量。依賴于可用的存儲器，在每次脈沖被提供到所述設(shè)備或每次預(yù)定量的能量(即預(yù)設(shè)數(shù)量的脈沖)被提供到所述設(shè)備時，計數(shù)器可被遞增。方便地，預(yù)定閾能量水平處于0.5至2.5焦耳的范圍，且典型地基本上是2焦耳。
根據(jù)方便的設(shè)置，第二值(對于高于閾的所供應(yīng)的能量)基本是第一值(對于低于閾的所供應(yīng)的能量)的值的兩倍。在一種設(shè)置中，預(yù)定最大值是在第一值的500至5000倍之間，典型地在第一值的2000和3000倍之間。因此系統(tǒng)在較低能量水平給出達5000個脈沖或在較高的能量水平達2500個脈沖。
可替換地，控制器配置可使得計數(shù)器利用兩個或更多不同的能量閾根據(jù)脈沖能量以多于兩種的不同速率來遞增。根據(jù)另一配置，計數(shù)器遞增的速率可隨所輸送的功率增加而逐漸增加。
方便地，存儲器裝置包括用于電子鍵的唯一標識碼，和/或控制器將唯一標識碼寫到存儲器裝置。此外，控制器適于使讀/寫設(shè)備發(fā)送信號到存儲器裝置，代表電子鍵第一次呈現(xiàn)到讀/寫設(shè)備的時間或第一能量脈沖提供到設(shè)備的時間。控制器優(yōu)選地適于將當(dāng)前時間與鍵被呈現(xiàn)的時間或第一能量脈沖被提供到設(shè)備的時間相比較，并且當(dāng)時間差超過預(yù)定值時阻止脈沖的提供。這樣系統(tǒng)不僅可確認呈現(xiàn)到發(fā)生器的一次性元件的身份，而且其還可在一次性元件在給定時間周期之前第一次使用時識別其為舊的。方便地，預(yù)定值在6和12小時之間。
本發(fā)明還延伸到控制用于處理人體組織的設(shè)備的使用的方法，包括以下步驟提供用于控制到設(shè)備的能量供應(yīng)的控制器以及與每個設(shè)備相關(guān)聯(lián)的電子鍵，所述電子鍵包括存儲器裝置；將電子鍵呈現(xiàn)給控制器；從存儲器裝置上的增量計數(shù)器讀取值并確定其是否已達到預(yù)定最大值；如果增量計數(shù)器還未達到其預(yù)定最大值，將能量脈沖供應(yīng)到設(shè)備；以隨提供到設(shè)備的功率增加而增加的速率來更新增量計數(shù)器。隨功率增加的增量計數(shù)器的速率的增加可通過以下而實現(xiàn)每次脈沖或多個脈沖被提供到低于預(yù)定閾能量水平的設(shè)備時，以第一值更新增量計數(shù)器；并在每次脈沖或多個脈沖被提供到高于預(yù)定閾能量水平的設(shè)備時，以第二較大值更新增量計數(shù)器。
本發(fā)明進一步在于皮膚處理的方法，包括以下步驟生成等離子體脈沖；并在初始處理中將在第一能量水平的等離子體的至少一個脈沖施加到皮膚表面，其中將等離子體的所述至少一個脈沖施加到皮膚表面引起皮膚表面以下的包含膠原的組織內(nèi)膠原變性，而不引起在皮膚的所述表面的表皮的完全去除；以及在后續(xù)處理中將在第二能量水平的等離子體的至少一個脈沖施加到皮膚表面，其中將等離子體的所述至少一個脈沖施加到皮膚表面引起表皮的大部分被破壞。
初始處理可由在其中一個或多個脈沖被施加到待處理皮膚的每個區(qū)的單個時間段(session)或以范圍從幾分鐘到一個月或更多的時間間隔重復(fù)的若干這樣的時間段來組成。在初始處理中，每個時間段引起所輸送的能量低于導(dǎo)致表皮破壞的能量。
后續(xù)處理由單一時間段組成，其可涉及將一個或多個脈沖施加到待處理皮膚每個區(qū)。從單一脈沖或系列脈沖所輸送的能量使得表皮的大部分被破壞。
本發(fā)明允許控制單一或多個時間段中所輸送的能量，使得器械的可用壽命最大化而沒有器械退化的風(fēng)險。器械退化應(yīng)被避免以便使輸送到待處理皮膚的能量變化的可能性最小化以及因此處理可具有的對待處理組織的影響。


現(xiàn)在將通過實例并參考附圖來描述本發(fā)明的實施例，其中圖1是示意性圖，說明用于皮膚表面重修的手術(shù)系統(tǒng)的基本原理；圖2是根據(jù)本發(fā)明用于系統(tǒng)中的手術(shù)器械的縱向截面；圖3是圖2的詳圖；圖4是與圖2和3的器械結(jié)合使用的發(fā)生器的示意性圖解；圖5是示出為工作頻率函數(shù)的反射功率的曲線；圖6是示出圖3所示的器械的部分修改的橫截面；圖7是包括磁控管(magnetron)的可替換的發(fā)生器的示意圖；圖8是包括磁控管的發(fā)生器的更詳細的框圖；圖9是圖8的發(fā)生器的逆變器單元的電路圖；圖10是說明圖8的發(fā)生器中的磁控管的接通特征的曲線；圖11是圖8的發(fā)生器的外功率控制環(huán)的框圖；圖12是圖8的發(fā)生器的中間和內(nèi)功率控制環(huán)的框圖；圖13是形成圖8的發(fā)生器的部分的UHF隔離器的橫截面；圖14是通過適于與圖7的發(fā)生器一起使用的器械的實施例的截面；圖15是當(dāng)與圖7的發(fā)生器一起使用時圖14的器械的反射功率對頻率的曲線；
圖16是通過器械的另一實施例的截面；圖17是圖16的器械中的反射功率對頻率的曲線；圖18是器械的另一實施例的示意性圖解。
圖19是另一可替換器械的切開透視圖；以及圖20是圖19的器械的部分的縱向截面。
圖21是用于圖1的手術(shù)系統(tǒng)的器械的透視圖，圖22是圖21的器械的截面?zhèn)纫晥D，圖23是用于圖21的器械中的電極的截面?zhèn)纫晥D，圖24是用于圖21的器械中的一次性組件的截面?zhèn)纫晥D，以及圖25是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的示意性圖解。
具體實施例方式
參考圖1，現(xiàn)在將描述可合并本發(fā)明的控制系統(tǒng)的手術(shù)系統(tǒng)的工作原理。手術(shù)系統(tǒng)包括發(fā)生器4，所述發(fā)生器4包括典型地以振蕩器和放大器或熱離子功率設(shè)備形式的功率輸出6，以及用戶接口8和控制器10。發(fā)生器產(chǎn)生輸出，所述輸出經(jīng)由包括線纜12的饋送結(jié)構(gòu)耦合到器械16的電極14。系統(tǒng)還包括氣體供應(yīng)18，其借助于管道20供應(yīng)到器械。所述氣體優(yōu)選地是這樣的氣體其對在器械處輸送到氣體中的每單位能量使相對高的能量能夠輸送到組織。優(yōu)選地所述氣體應(yīng)包括雙原子氣體(diatomic gas)(或具有多于兩個原子的氣體)，例如氮、二氧化碳或空氣。在使用中，發(fā)生器工作以便在電極末端22的區(qū)域中建立電場。來自供應(yīng)18的氣體通過電場。如果場足夠強，將有把自由電子充分加速以引起與氣體分子碰撞的效果，其結(jié)果是一個或多個電子從氣體分子中離解以產(chǎn)生氣體離子(gaseous ion)，或氣體分子中的電子激發(fā)到較高能態(tài)，或分子離解成組分原子(constituent atom)，或氣體分子(gaseous molecule)中的振動態(tài)的激發(fā)。以宏觀術(shù)語的結(jié)果是產(chǎn)生熱的等離子體24。能量借助于電子或離子重新組合而釋放，以便形成中性帶電(neutrally charged)的原子或分子以及從高能態(tài)到低能態(tài)的弛豫(relaxation)。這種能量釋放包括發(fā)射電磁輻射，例如作為具有所用氣體特性的光譜的光。等離子體的溫度依賴于氣體的性質(zhì)以及從電場輸送到氣體的功率量(即傳遞到給定量氣體的能量的量)。
在優(yōu)選實施例中，低溫等離子體在氮中形成。這在本領(lǐng)域中也稱為Lewis-Rayleigh余暉(Lewis-Rayleigh Afterglow)，并且由等離子體存儲的能量由氣體分子的振動態(tài)以及仍束縛到分子的電子的提升態(tài)(elevatedstate)(由于其在到較低能態(tài)的衰變發(fā)生之前相對長的壽命，稱為“亞穩(wěn)態(tài)”)來支配。
在這種情況下等離子體將容易地起反應(yīng)，即由于與其它分子的碰撞而放出能量。等離子體發(fā)射具有約580nm主波長的特征的黃/橙光。
等離子體的相對長壽的狀態(tài)是有利的，在于到等離子體在其達到待處理組織時其仍包含有用量的能量。
結(jié)果的等離子體被引導(dǎo)出器械的開口端并引導(dǎo)向患者的組織，以使得其修正或著部分或全部的去除。
在撞擊(impact)時，氮等離子體穿透到組織中一短距離，并迅速衰變成到低能態(tài)以達到與其周圍環(huán)境的平衡。能量通過碰撞(從而加熱組織)和發(fā)射具有從250nm典型擴展至2500nm的譜的電磁能來傳遞。所述電磁能利用隨后的加熱由所述組織吸收。
在系統(tǒng)被用于皮膚表面重修時，有各種皮膚表面重修效果可通過將等離子體施加到皮膚而實現(xiàn)，并且通過在不同時間周期內(nèi)將不同量的能量輸送到皮膚而實現(xiàn)不同的效果。系統(tǒng)通過以短脈沖生成等離子體而工作。這些參數(shù)的各種組合導(dǎo)致不同的皮膚表面重修效果。例如在極短脈沖中(即在極短時間周期上)施加相對高的功率將導(dǎo)致表皮的最上層的實質(zhì)上的瞬時蒸發(fā)(即離解成小碎片，其在該情形下通常是空氣傳播的(airborne))。高功率輸送導(dǎo)致組織的蒸發(fā)，而能量在其上被輸送的短時間周期防止熱引發(fā)的組織破壞更深的滲透。為了將高功率水平輸送到組織，需要高溫等離子體，而這可以通過將高水平能量從電場輸送到給定量的氣體中(即短時間周期之上的高能量，或高功率)而獲得。應(yīng)注意的是等離子體的溫度隨著與電極末端的距離增加而降低，這表示器械距皮膚表面的遠離(stand-off)距離將影響入射到皮膚上的等離子體的溫度以及由此在給定時間周期內(nèi)輸送到皮膚的能量。這是相對淺表(superficial)的皮膚表面重修處理，但具有極短痊愈時間的優(yōu)點。
由較大厚度組織的熱修正和最終的去除所引起的更深效果可通過在較長時間周期內(nèi)將低水平功率輸送到皮膚而獲得。較低的功率水平以及由此的較低能量輸送速率基本上避免了組織的瞬時蒸發(fā)，但是功率被輸送的較長周期導(dǎo)致較大的凈能量被輸送到組織以及組織中較深的熱效應(yīng)。結(jié)果的皮膚起泡和隨后的組織壞死在基本上比淺表處理情況下更長的時間周期內(nèi)發(fā)生。最深的穿透性的皮膚表面重修可穿透得足夠深以便引起真皮中的膠原變性，所述表面重修可涉及逐步的過程，由此在組織之上進行若干“遍”以便皮膚的給定區(qū)兩次或多次暴露于等離子體。這可應(yīng)用于去除或重塑疤痕組織(如例如痤瘡所引起的)以及減少皺紋。還可實現(xiàn)皮膚表面的脫毛。
所述系統(tǒng)和方法還可用于清除傷口或潰瘍，或用于各種皮膚或皮膚病病癥的處理，包括惡性腫瘤(malignant tumour)(主要或次要地涉及皮膚)；葡萄酒色斑(port wine stain)；毛細管擴張(telangiectasia)；肉芽瘤(granuloma)；腺瘤(adenoma)；血管瘤(haemangioma)；色素性病變(pigmented lesion)；痣(nevi)；增生(hyperplastic)、增殖性(proliferative)及炎性纖維丘疹(inflammatory fibrous papule)；肥大性酒渣鼻(rhinophyma)；脂溢性角化癥(seborrhoeic heratosis)；淋巴細胞瘤(lymphocytoma)；血管纖維瘤(angiofibroma)；疣(wart)；纖維神經(jīng)瘤(neurofibroma)；濕疣(condyloma)；疙瘩(keliod)或肥厚性疤痕組織(hypertrophic scar tissue)。
所述系統(tǒng)和方法還可應(yīng)用于多種其它病癥，并且在這方面以非?？煽氐姆绞礁淖兘M織效果的深度的能力是特別有利的。例如在淺表處理模式中，可處理除了皮膚的身體組織表面，包括口咽(oropharynx)、呼吸和腸胃道的內(nèi)層，其中理想的是去除表面病變，如白斑(leudoplakia)(經(jīng)常在口咽中發(fā)現(xiàn)的淺表癌癥前期病變)，而將對底層結(jié)構(gòu)的破壞最小化。此外，腹部內(nèi)的器官和結(jié)構(gòu)的腹膜表面可以是源自子宮的子宮內(nèi)膜組織的異常植入的部位。這通常由淺表斑(plaque)組成，所述淺表斑也可利用設(shè)置為淺表處理模式的系統(tǒng)來處理。如果這種病變涉及組織的較深層，則其可通過多種應(yīng)用來處理，或者可利用包括在所述系統(tǒng)中且被進一步在此描述的控制特征來調(diào)節(jié)組織效果的深度。
通過使用具有被設(shè)計成實現(xiàn)較深效果的設(shè)置的系統(tǒng)或方法，深入表面層的組織結(jié)構(gòu)可被處理或修正。這樣的修正可包括對包含經(jīng)常在深入表面層的組織層中發(fā)現(xiàn)的組織的膠原的收縮。對系統(tǒng)的深度控制允許處理致命結(jié)構(gòu)而不會例如引起結(jié)構(gòu)的穿孔。這樣的結(jié)構(gòu)可包括腸的部分，其中理想的是如在胃固定術(shù)(gastroplexy)(減小胃的體積)或在腸包括異常凸出(out-pouching)或支囊(diverticular)的情況下來減小其體積。這樣的結(jié)構(gòu)還可包括由動脈瘤(aneurysm)或靜脈曲張(varicosity)而變得不正常擴張的血管、作為主動脈(aortic artery)的共用部位、腦血管或腿的淺表靜脈。除了這些致命結(jié)構(gòu)，肌骨(musculo-skeletal)結(jié)構(gòu)也可在它們已變得拉緊或松弛的地方得到修正。當(dāng)胃的部分通過隔膜脛(crura ofdiaphragm)時發(fā)生裂孔性疝氣(hiatus hernia)，其可例如利用所述器械得以修正，使得胃所通過的孔變窄為點，在該點通過收縮脛這是不發(fā)生的。身體其它區(qū)中的疝氣可以類似地被處理，包括通過修正圍繞弱點(weakness)的包含膠原的結(jié)構(gòu)，疝氣通過所述弱點而發(fā)生。這樣的疝氣包括但不限于腹股溝和其它腹部疝氣。
現(xiàn)在將更詳細地描述用于組織表面重修的系統(tǒng)的各種實施例。參考圖2和3，皮膚表面重修器械16具有外軸30，所述外軸30在其近端(proximalend)具有連接器26，借助于所述外軸30所述器械可通常經(jīng)由撓性線纜連接到發(fā)生器(參考圖4更詳細描述)的輸出端子，如圖1所示。器械還在入口端口32接收氮供應(yīng)，所示氮供應(yīng)初始地沿在軸30和同軸饋送線纜40長度之間形成的環(huán)形導(dǎo)管34來饋送，并且隨后經(jīng)由沿環(huán)形導(dǎo)管38A和38B的另外段的孔36來饋送。環(huán)形導(dǎo)管的段38A、38B分別在連接到同軸饋送線纜的外導(dǎo)體44的傳導(dǎo)套筒50與連接到同軸饋送線纜40的內(nèi)導(dǎo)體42的傳導(dǎo)元件52及54之間形成。在環(huán)形導(dǎo)管38B的遠端，氣體在振蕩高強度電場E的影響下轉(zhuǎn)換成等離子體，所述電場處在由傳導(dǎo)元件54的遠端所提供的內(nèi)針狀電極60與由相鄰于針電極60并與其共同擴張的套筒50的部分所提供的外部第二電極70之間。結(jié)果的等離子體72主要在來自氮供應(yīng)的壓力的影響下被傳送出在器械遠端中的陶盤(ceramic disc)82中所形成的孔80；盤82的絕緣性質(zhì)用于減小或避免電極60和70之間的容易的點火(preferential arcing)。
內(nèi)電極60經(jīng)由傳導(dǎo)元件52、54以及同軸饋送結(jié)構(gòu)的內(nèi)導(dǎo)體42而連接到發(fā)生器輸出端子之一，而外電極70經(jīng)由傳導(dǎo)套筒50以及同軸饋送結(jié)構(gòu)40的外導(dǎo)體44而連接到另一發(fā)生器輸出端子。(波管道也可被用作饋送結(jié)構(gòu)。)在所述電極之間的電場強度因此以發(fā)生器的輸出頻率振蕩，所述輸出頻率在該實施例中是2450MHz左右。為了從氮氣產(chǎn)生等離子體，需要高強度電場。在這方面針電極60的相對尖的配置有助于產(chǎn)生這樣的電場，因為電荷在末端區(qū)域中累積，這具有增大在該區(qū)域中的場強度的效果。然而，產(chǎn)生高強度電場需要內(nèi)和外電極60、70之間的大電位差，并且一般而言產(chǎn)生這樣的場所需要的電位差的量值隨著電極分離的增大而增大。從氮擊發(fā)等離子體(并且由此產(chǎn)生等離子體)所需的電場強度是大約每庫侖電荷3M.牛頓(3M.Newton)，其被轉(zhuǎn)化成均勻電位差，約略等于由1mm距離分離的導(dǎo)體之間的3kV的電位差。在圖2所示的器械中，內(nèi)和外電極60、70之間的分離近似為3mm，使得如果場是均勻的，則實現(xiàn)必要場強度所需的電壓將近似為10kV。然而電極60的幾何形狀是這樣的以便于將電荷集中在具有小曲率的導(dǎo)體區(qū)域中，由此增強相鄰于這樣導(dǎo)體的電場區(qū)域并減小必須施加到電極的電位差的量值，以便產(chǎn)生所需強度的場。盡管如此，實際上因為用于將發(fā)生器輸出連接到電極60、70的饋送結(jié)構(gòu)的絕緣體可經(jīng)受擊穿(breakdown)，直接從發(fā)生器供應(yīng)足夠量值的電位差到電極60、70不是必要所需的。
在以上參考圖1至3所述的實施例中，發(fā)生器的輸出電壓優(yōu)選地在100V量級。為了獲得電極60、70之上的足夠高的電壓以擊發(fā)等離子體，因此，必須提供對來自發(fā)生器的供應(yīng)電壓的步增(step-up)或向上變換。實現(xiàn)此的一種方式是產(chǎn)生合并電極60、70的諧振結(jié)構(gòu)。如果來自發(fā)生器的輸出信號以等于或類似于其諧振頻率的頻率被施加到諧振結(jié)構(gòu)(并且因此到電極)，結(jié)果的諧振在電極60、70之上提供發(fā)生器輸出信號的電壓倍增，其量值由所述結(jié)構(gòu)的幾何形狀、所述結(jié)構(gòu)內(nèi)所使用的材料(例如介電材料)以及負載阻抗來確定。在該器械中，通過兩個阻抗匹配結(jié)構(gòu)92、94的組合來提供諧振結(jié)構(gòu)，所述諧振結(jié)構(gòu)的功能和操作將隨后更詳細地描述。
使用諧振結(jié)構(gòu)是在電極60、70之上提供足夠高的電壓以擊發(fā)等離子體的一種方式。然而，為了使器械有效，發(fā)生器必須將預(yù)定且可控水平的功率輸送到等離子體，因為這影響氮被轉(zhuǎn)換成等離子體的程度，其又影響可以熱的形式輸送到組織的能量。此外理想的是具有從發(fā)生器到由等離子體所提供的負載的功率的有效傳輸。如以上所述，本實例中的發(fā)生器的輸出頻率是超高頻(UHF)帶的頻率，且處于2450MHz左右，這是其使用被ISM立法允許用于手術(shù)的頻率。在該量值的頻率適于將在這種手術(shù)系統(tǒng)情況下的電信號的傳輸視為電磁波的傳輸，并且用于其有效傳播的饋送結(jié)構(gòu)采用同軸或波導(dǎo)傳輸線的形式。
在圖2的器械中，同軸線纜40提供從發(fā)生器4到器械16的傳輸線饋送結(jié)構(gòu)。同軸饋送結(jié)構(gòu)40的內(nèi)和外導(dǎo)體42、44通過環(huán)形電介質(zhì)46彼此間隔開。為了利用傳輸線提供對來自發(fā)生器輸出的功率的有效傳輸，發(fā)生器的內(nèi)阻抗理想地等于傳輸線的特征阻抗。在本實例中發(fā)生器的內(nèi)阻抗是50歐姆，而同軸線纜40的特征阻抗也是50歐姆。在擊發(fā)等離子體之前提供給發(fā)生器的負載是5k歐姆量級。由于一方面發(fā)生器阻抗和饋送結(jié)構(gòu)以及另一方面負載之間的這種大的阻抗差，把功率直接從饋送結(jié)構(gòu)輸送到負載將由于在饋送結(jié)構(gòu)和負載之間的接口的電磁波反射而導(dǎo)致功率的基本損失(即未輸送到負載的來自發(fā)生器的功率輸出)。因此由于所導(dǎo)致的損失，簡單地將同軸線纜40的內(nèi)和外導(dǎo)體42、44連接到電極60、70不是優(yōu)選地。為了減少這樣的損失，匹配線纜40的相對低的特征阻抗和相對高的負載阻抗是必要的，并且在本實施例中這是通過以下而實現(xiàn)的經(jīng)由具有不同特征阻抗的傳輸線的兩個段92、94所提供的阻抗變換器而將負載連接到饋送結(jié)構(gòu)(其特征阻抗等于發(fā)生器的特征阻抗)以便提供同軸饋送結(jié)構(gòu)的低特征阻抗與高阻抗負載之間的過渡(transition)。匹配結(jié)構(gòu)92具有由傳導(dǎo)元件52提供的內(nèi)導(dǎo)體，所述內(nèi)導(dǎo)體具有相對大的直徑，并且借助于兩個介電間隔器56與由傳導(dǎo)套筒50所提供的外導(dǎo)體間隔開。如從圖2中可見的，內(nèi)和外導(dǎo)體52、50之間的間隔相對小，其結(jié)果是匹配結(jié)構(gòu)92具有相對低的特征阻抗(在本實施例中處于8歐姆左右)。匹配結(jié)構(gòu)94具有由傳導(dǎo)元件54提供的內(nèi)導(dǎo)體以及由套筒50提供的外導(dǎo)體。由傳導(dǎo)元件54提供的內(nèi)導(dǎo)體具有比傳導(dǎo)元件52顯著小的直徑，并且內(nèi)和外導(dǎo)體50、54之間的相對大的間隙導(dǎo)致匹配結(jié)構(gòu)94的相對高的特征阻抗(80歐姆)。
在電學(xué)上且當(dāng)工作時，所述器械可被認為是串聯(lián)連接的四段不同阻抗由同軸線纜40提供的饋送結(jié)構(gòu)的阻抗ZF、由分別具有阻抗Z92和Z94的傳輸線的兩個串聯(lián)連接的匹配結(jié)構(gòu)92、94所提供的過渡結(jié)構(gòu)阻抗、以及由在針電極60附近所形成的等離子體所提供的負載的阻抗ZL。其中匹配結(jié)構(gòu)的每個段92、94具有等于在2450MHz波長的四分之一的電長度，當(dāng)負載和饋送結(jié)構(gòu)的阻抗匹配時以下阻抗之間的關(guān)系適用ZL/ZF＝Z942/Z922由等離子體提供到發(fā)生器的負載的阻抗ZL為5k歐姆左右；同軸線纜40的特征阻抗ZF為50歐姆，表示比率Z942/Z922＝100并且因此Z94/Z92＝10。對于匹配結(jié)構(gòu)段94的阻抗Z94，實際值被發(fā)現(xiàn)為80歐姆，而對于匹配結(jié)構(gòu)段92的阻抗Z92，為8歐姆。
匹配結(jié)構(gòu)92、94的每個長為四分之一波長的要求是匹配過程的固有部分。其意義在于在不同特征阻抗間的每個接口處將有電磁波的反射。通過使段92、94長為四分之一波長，在例如同軸饋送結(jié)構(gòu)40和段92間的接口處的反射將與段92和段94間的接口處的反射反相位，并且因此將破壞性地干涉；同樣的情況適用于一方面段92和94之間接口處的反射以及另一方面段94和負載之間接口處的反射。假設(shè)具有0弧度額定相位角的電磁波的凈反射與具有π弧度額定相位角的凈反射有相等的強度(通過針對不同段92、94而選擇適當(dāng)阻抗值來滿足的條件)，破壞性干涉具有使功率損失最小化的效果，所述功率損失是由不同阻抗間接口處的反射波引起的。
現(xiàn)在參考圖4，與上述的器械的實施例結(jié)合使用的發(fā)生器的實施例包括功率供應(yīng)單元100，所述功率供應(yīng)單元100接收交流電流電源輸入并在一對輸出端子102之上產(chǎn)生恒定DC電壓，所述輸出端子102連接到固定增益固態(tài)功率放大器104。功率放大器104經(jīng)由可變衰減器108接收來自可調(diào)諧振蕩器106的輸入信號。功率放大器104、可調(diào)諧振蕩器106以及可變衰減器108可被認為是AC功率輸出設(shè)備。借助于來自控制器110(其操作隨后將更詳細描述)的電壓輸出Vtune和Vgain，其依賴于反饋信號，以及來自用戶接口112的輸入信號，來執(zhí)行對振蕩器和衰減器108的振蕩頻率的控制。放大器104的輸出通過循環(huán)器114，并且然后順序通過輸出并返回定向耦合器116、118，所述定向耦合器與檢測器120、122相結(jié)合，分別提供通過發(fā)生器的功率輸出Pout和回到發(fā)生器中的反射功率Pref的指示。反射回到發(fā)生器中的功率通過將反射功率引到衰減電阻器124中的循環(huán)器114，選擇所述衰減電阻器的阻抗以便其提供與饋送結(jié)構(gòu)40(即50歐姆)的良好匹配。衰減電阻器具有耗散反射功率的功能，并且通過將反射功率轉(zhuǎn)換成熱來完成該功能。
控制器110接收分別來自用戶接口、輸出和反射功率檢測器120、122以及氣流調(diào)節(jié)器130的輸入信號Iuser、Pout、PRef、Gflow，所述氣流調(diào)節(jié)器控制氮的輸送速率。每個輸入信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器132并進入微處理器134。微處理器134經(jīng)由數(shù)字模轉(zhuǎn)換器136工作，以控制三個輸出控制參數(shù)的值Vtune，控制振蕩器106的調(diào)諧輸出頻率；Vgain，控制可變衰減器108內(nèi)的衰減程度并從而有效地控制放大器104的增益；以及Gflow，通過器械的氣流速率，目的是優(yōu)化系統(tǒng)性能。所述優(yōu)化包括將振蕩器106的輸出調(diào)諧到最有效的工作頻率，即大部分功率被傳遞到等離子體中的頻率。振蕩器106可產(chǎn)生遍及2400-2500MHz ISM帶寬的輸出信號。為了實現(xiàn)對工作頻率的優(yōu)化，一旦系統(tǒng)接通，微處理器134調(diào)節(jié)Vgain輸出以使衰減器將發(fā)生器輸出功率減小到極低的水平，并從其最低到其最高水平掃描頻率調(diào)節(jié)電壓輸出Vtune，這使振蕩器對應(yīng)地掃描通過其100MHz輸出帶寬。在整個振蕩器的帶寬，發(fā)射功率PRef的值由微處理器134記錄，并且圖5示出發(fā)生器的輸出頻率和反射功率Pref之間的典型關(guān)系。從圖5可見最低水平的反射功率在頻率fres發(fā)生，所述頻率對應(yīng)于器械16內(nèi)的諧振結(jié)構(gòu)的諧振頻率。根據(jù)初始的低功率頻率掃描來確定功率可被輸送到電極的最有效頻率的值之后，微處理器然后將振蕩器輸出頻率調(diào)諧到頻率fres。在一修改中，控制器可經(jīng)由來自用戶接口的命令信號(所述命令信號通過用戶經(jīng)由用戶接口)工作，以便在器械16連接到發(fā)生器之前執(zhí)行初始頻率掃描。這使控制器能夠映射(map)功率輸出設(shè)備和器械之間的饋送結(jié)構(gòu)以便考慮饋送結(jié)構(gòu)的離散段之間的任何失配效果等，所述離散段在各種頻率對功率衰減有影響。該頻率映射然后可由控制器110使用以確保其僅考慮功率衰減隨頻率的變化，所述變化由于發(fā)生器部件和/或發(fā)生器與器械間的饋送結(jié)構(gòu)而不局部地呈現(xiàn)。
功率輸出設(shè)備的工作功率輸出根據(jù)從用戶接口112到控制器110的輸入信號Iuser來設(shè)置，且其代表由操作者在用戶接口112中所設(shè)置的要求的功率水平。發(fā)生器的各種可能控制模式依賴于用戶接口112，并且特別依賴于用戶接口被編程給用戶的選項。例如，如上所述，存在可被調(diào)節(jié)以實現(xiàn)不同組織效應(yīng)的若干參數(shù)，如功率水平、氣流速率、器械可操作以便在皮膚特定區(qū)域上生成等離子體的時間周期的長度(處理脈沖寬度)、以及在器械16遠端的孔和組織之間的遠離距離。用戶接口112為用戶提供若干可替換控制模式，其每種將允許用戶根據(jù)不同的要求標準來控制系統(tǒng)。例如，操作的優(yōu)選模式是模仿激光表面重修裝備的操作控制，因為這具有易于被當(dāng)前皮膚表面重修領(lǐng)域的執(zhí)業(yè)者所理解的優(yōu)點。在激光表面重修的工作模式中，用戶接口請用戶選擇器械每個脈沖的每表面區(qū)能量輸送水平(現(xiàn)有技術(shù)稱為“通量(fluence)”)。當(dāng)以此模式工作時，微處理器設(shè)置Vgain以便功率輸出設(shè)備具有典型地160W左右的預(yù)設(shè)置恒定輸出功率，并且來自用戶的輸入信號Iuser被轉(zhuǎn)換成所要求的時間周期，其由脈沖寬度代表、由處理脈沖所需能量和輸出功率的恒定水平所計算。但是，電壓信號Vgain還用于根據(jù)來自用戶接口的輸入信號Iuser來接通和關(guān)斷發(fā)生器輸出。因此，例如，當(dāng)用戶按器械手柄上的按鈕(未示出)時，信號由用戶接口112發(fā)送到微處理器134，所述微處理器然后工作，以便在等于所要求脈沖寬度的時間周期內(nèi)，通過將Vgain從衰減器輸出108使得對放大器104實質(zhì)上沒有信號要放大且發(fā)生器輸出可忽略的其靜態(tài)設(shè)置，改變?yōu)閷?yīng)于預(yù)設(shè)置恒定輸出功率的值，來產(chǎn)生預(yù)定寬度(如20ms)的脈沖。這具有以下效果在等于所要求的脈沖寬度的時間周期內(nèi)將放大器輸出從其靜態(tài)水平改變?yōu)轭A(yù)設(shè)置恒定輸出功率水平，并且在這樣的時間周期內(nèi)最終產(chǎn)生等離子體。通過根據(jù)用戶輸入來改變脈沖寬度，所選擇能量的脈沖可以典型地在從6ms到20ms的范圍內(nèi)被輸送。所述脈沖可以以預(yù)定脈沖頻率在“一次放射(one-shot)”的基礎(chǔ)上或作為連續(xù)脈沖系列被輸送。
能量在其上輸送的表面區(qū)將典型地是器械的幾何形狀的函數(shù)，并且這可以若干方式輸入到用戶接口中。在一個實施例中，用戶接口針對可與發(fā)生器一起使用的器械的每個不同幾何形狀而存儲表面區(qū)數(shù)據(jù)，并且工作中的器械由用戶手工識別以相應(yīng)用戶接口112的提示，或者依靠通過控制器可檢測的器械上的標識制造物(這可能需要控制器和器械之間的連接)來自動識別。此外，表面區(qū)將是器械孔82距組織的遠離距離的函數(shù)，因為到等離子體到達表面時遠離越大等離子體就越冷，并且另外，依賴于器械的幾何形狀，器械可產(chǎn)生發(fā)散束(divergent beam)。器械可以例如依靠連接到器械遠端的間隔器，以固定的遠離距離工作，在該情況下保持在用戶接口內(nèi)的表面區(qū)數(shù)據(jù)將自動考慮遠離距離。可替換地，器械可以可變遠離距離來工作，在該情況下遠離距離必須被測量并反饋回控制器以便使其能夠在表面區(qū)計算中被考慮。
可影響每單位區(qū)的能量的另一參數(shù)是氣流速率，且在一個優(yōu)選實施例中控制器優(yōu)選地包含相對于各種恒定輸出功率水平的發(fā)生器輸出功率Pout的流速Gflow查詢表140，并且對于給定輸出功率水平的流速可相應(yīng)地被調(diào)節(jié)。在另一修改中，氣流速度可被動態(tài)調(diào)節(jié)以便考慮例如遠離距離的變化，并且優(yōu)選地在脈沖之間切斷。
如上所述，為優(yōu)化表面重修模式中的使用方便性，功率輸出設(shè)備將理想地在輸出的整個持續(xù)時間內(nèi)輸送恒定輸出功率，因為這有助于以給定脈沖容易地控制總能量輸出。利用恒定功率輸出，控制器能夠在預(yù)定時間周期內(nèi)簡單地接通功率輸出設(shè)備(借助于信號Vgain)來控制每脈沖所輸送的總能量，其在輸出功率水平的基礎(chǔ)上計算。然而實際上可以是這種情況，即功率輸出在精度方面變化為顯著的范圍，需要在該范圍內(nèi)確定每輸出脈沖所輸送的總能量。在這種情況下微處理器被編程，以便通過相對于時間對Pout(來自檢測器120)積分并借助于改變Vgain來關(guān)斷功率輸出設(shè)備以將可變衰減器108返回其靜態(tài)設(shè)置，來監(jiān)視輸出功率。
系統(tǒng)工作控制的另一復(fù)雜性在于，以簡單化的電學(xué)術(shù)語來說，位于孔80的等離子體的產(chǎn)生相當(dāng)于延伸了針電極60的長度，因為等離子體由離子化的分子組成并且因此導(dǎo)電。這具有降低諧振結(jié)構(gòu)的諧振頻率的效果，使得在其功率可輸送到器械以便擊發(fā)等離子體的最優(yōu)發(fā)生器輸出不同于在其功率可輸送到存在的等離子體中的最優(yōu)頻率。為解決這一難題，微處理器134被連續(xù)編程以在系統(tǒng)工作期間調(diào)諧振蕩器輸出。在一種優(yōu)選模式中使用了“抖動”技術(shù)，由此微處理器134瞬間引起振蕩器輸出以產(chǎn)生在當(dāng)前輸出頻率之下或之上4MHz頻率的輸出，并且然后經(jīng)由反射功率檢測器122而對在所述頻率的功率衰減采樣。如果在所述頻率之一比在當(dāng)前工作頻率衰減更多的功率，微處理器將振蕩器輸出重新調(diào)諧到發(fā)生較大功率衰減的頻率，并且然后重復(fù)所述過程。在另一優(yōu)選工作模式中，當(dāng)?shù)入x子體被擊發(fā)時，微處理器134記錄諧振頻率中的偏移量值，并且在后續(xù)脈沖中，當(dāng)系統(tǒng)停止調(diào)諧時(即當(dāng)?shù)入x子體被擊發(fā)時)相應(yīng)地偏移振蕩器106的頻率，于是抖動技術(shù)然后被使用。這具有下述優(yōu)點一旦等離子體首次被擊發(fā)，提供對系統(tǒng)更迅速的重新調(diào)諧。
如上所述，在圖4所示的實施例中，放大器104典型地被設(shè)置成產(chǎn)生約160W的輸出功率。然而，不是其所有都被輸送到等離子體中。典型地，功率還通過以下而損失以電磁波形式的從器械端的輻射、從線纜間連接處的反射以及以介電或傳導(dǎo)性損失的形式(即在形成傳輸線的部分的電介質(zhì)內(nèi)的功率衰減)。在圖2和3的器械設(shè)計中，可依靠通過阻抗匹配結(jié)構(gòu)的段92、94的環(huán)形導(dǎo)管38A、B饋送氣體來利用介電損失；以此方式，到氣體中的介電功率損失起到加熱氣體的作用，使所述氣體更易于轉(zhuǎn)換成等離子體。
現(xiàn)在參考圖6，在圖2和3所示的器械的修改中，由傳導(dǎo)性材料制成的端帽84被加到器械14的遠端。所述端帽電連接到套筒50，并且因此成為電極70的部分。提供端帽84具有若干有益的效果。首先，由于電場優(yōu)選地從導(dǎo)體到導(dǎo)體延伸，并且端帽84有效地使電極70更接近針電極60的末端，可相信的是其幾何形狀用于增加等離子體從器械排出時所通過的區(qū)域中的電場，由此加速等離子體內(nèi)的離子。其次，端帽84對等離子體的物理效果是以更可控的方式引導(dǎo)等離子體。第三，由于電極60甚至在通過等離子體電延伸時延伸到器械端之外的較小范圍，器械上的外鞘電流(outer sheath current)(即在器械外行進向發(fā)生器返回的電流)利用端帽84而顯著減小，并且因此這種性質(zhì)的損失得以減小。
在以2450MHz左右范圍的輸出頻率工作的系統(tǒng)的可替換且較簡單的實施例中，可以使用能夠比固態(tài)放大器顯著輸送更多功率的功率輸出設(shè)備。利用來自功率輸出設(shè)備的增大的可用功率，所需的電壓步增較小且因此諧振結(jié)構(gòu)(舉例而言)所承擔(dān)的作用減小。
相應(yīng)地，并且現(xiàn)在參考圖7，可替換的發(fā)生器具有高壓整流(rectified)的AC供應(yīng)200，其連接到熱離子射頻功率設(shè)備，在該情況下連接到磁控管204。磁控管204包含附著到用于從陰極204C釋放電子的磁控管陰極204C的燈絲加熱器(未示出)，并且其由燈絲功率供應(yīng)206來控制；供應(yīng)到燈絲加熱器的功率越大，陰極204C就變得越熱，且因此供應(yīng)到磁控管內(nèi)部的電子數(shù)量就越多。磁控管可具有永磁體以便在圍繞陰極的腔內(nèi)產(chǎn)生磁場，但在此實施例中其具有帶多個線圈(未示出)的電磁體，所述線圈被提供有來自電磁體功率供應(yīng)208的電流。磁控管陽極204A具有以圍繞陰極204C及其相關(guān)聯(lián)的環(huán)形腔的圓形陣列而設(shè)置的一系列諧振室210。來自陰極204C的自由電子在由高壓供應(yīng)200在陰極204C所產(chǎn)生的電場的影響下向著陽極204A被放射狀地加速。來自電磁體(未示出)的磁場在垂直于電場的方向上加速電子，結(jié)果電子執(zhí)行從陰極204C向陽極204A的彎曲路徑，在其中它們將其能量給予諧振室210之一。功率通過適合的耦合結(jié)構(gòu)從諧振室210被帶到輸出端子。磁控管功率輸出設(shè)備的操作本身很好理解，且將不在此進一步描述。如對于圖4的發(fā)生器，可提供循環(huán)器(圖7中未示出)和定向耦合器。
磁控管類型的功率輸出設(shè)備能夠生成比圖4的固態(tài)功率輸出設(shè)備基本上更多的功率，但更難于控制。一般來說，磁控管的輸出功率在以下情況下增大(a)隨著從陰極到陽極所通過的電子數(shù)量增大；(b)隨著到陰極的增大的供應(yīng)電壓(在相對窄的電壓帶內(nèi))；(c)以及隨著磁控管內(nèi)增大的磁場。高壓供應(yīng)200、燈絲供應(yīng)206以及電磁供應(yīng)208因此都根據(jù)來自用戶接口的輸入設(shè)置而受控制器控制，如固態(tài)放大器功率輸出設(shè)備的情況。由于磁控管更難以控制，要在處理脈沖(輸出功率的脈沖)的整個持續(xù)時間內(nèi)獲得統(tǒng)一的功率輸出就更不簡單了。因此，在一種控制方法中，控制器通過相對于時間對輸出功率積分并在所需水平的能量已輸送時關(guān)斷高壓供應(yīng)200(由此斷開磁控管)來工作，如上所述?？商鎿Q地，可以監(jiān)視和控制陰極供應(yīng)的輸出以便通過控制所供應(yīng)的電流來提供對輸出功率的控制，陰極/陽極電流與輸出功率成比例。
現(xiàn)在將參考圖8來描述本發(fā)明可應(yīng)用于其并使用磁控管作為功率輸出設(shè)備的進一步可替換的發(fā)生器。如圖7的實施例中，用于磁控管204的功率以兩種方式供應(yīng)，首先作為針對陰極的高DC電壓200P以及針對陰極加熱器的燈絲供應(yīng)206P。在本實施例中，所述功率輸入二者都源自具有電源電壓輸入211的功率供應(yīng)單元210。來自單元210的第一輸出是200-400V DC左右(在該情況下具體地為350V DC)的中間水平DC輸出210P，其被饋送到以逆變器單元200形式的DC轉(zhuǎn)換器，所述DC轉(zhuǎn)換器將中間電壓倍增為超過2kV DC的水平，在該情況下為4kV左右。
燈絲供應(yīng)206也從功率供應(yīng)單元210供電。由逆變器單元200所代表的高壓供應(yīng)和燈絲供應(yīng)206耦合到CPU控制器110，CPU控制器110用于以下文將描述的方式來控制磁控管204的功率輸出。
用戶接口112耦合到控制器110以便于除其它功能中設(shè)置功率輸出模式。
磁控管204在典型地2.475GHz的UHF帶中工作，在饋送到饋送過渡級(feed transition stage)213的輸出線204L上產(chǎn)生輸出，所述饋送過渡級將波導(dǎo)磁控管輸出轉(zhuǎn)換為同軸50歐姆饋送器(feeder)，低頻AC隔離也由該級提供。由此，循環(huán)器114為饋送過渡級213的輸出提供恒定的50歐姆負載阻抗。除了耦合到過渡級213的第一端口，循環(huán)器114具有第二端口114A，第二端口114A耦合到UHF隔離級214并且因此到發(fā)生器的輸出端子216。循環(huán)器114的第三端口114B將經(jīng)由端口114A從發(fā)生器輸出216反射回的功率傳送到阻性反射功率堆(resistive reflected powerdump)124。在本實施例中，前向和反射功率感測連接116和118分別與第一和第三循環(huán)器端口114A和114B相關(guān)聯(lián)，以為控制器110提供感測信號。
控制器110還經(jīng)由線118施加控制信號以便打開和閉合氣體供應(yīng)閥220，使得氮氣從源130供應(yīng)到氣體供應(yīng)出口222。連接到發(fā)生器的手術(shù)器械(圖8中未示出)具有用于連接到UHF輸出216的低損失同軸饋電線纜以及用于連接到氣體供應(yīng)出口222的供應(yīng)管道。
重要的是在組織上所產(chǎn)生的效果可控且一致，這意味著輸送到皮膚的能量在處理期間應(yīng)是可控且一致的。對于皮膚或其它表面組織的處理，對在此所述的裝備，可能的是允許每次將受控量的能量輸送到小的區(qū)域，典型地是具有約6mm直徑的圓形區(qū)域。如上所述，為了避免大于所需深度的不期望的熱影響，優(yōu)選的是使用相對高供電的等離子體，但是被脈動用于快速處理至有限的深度。一旦處理了小的區(qū)域，典型地利用持續(xù)時間小于100ms的射頻能量的單個突發(fā)(單個“處理脈沖”)，用戶可于再次施加能量前將器械移動到下一處理區(qū)域?？商鎿Q地，可以預(yù)定速率輸送多個脈沖。如果對于在用戶接口處的給定控制設(shè)置，每脈沖輸送到組織的能量是受控的且一致的，可實現(xiàn)影響的可預(yù)期性和一致性。因此，優(yōu)選的發(fā)生器產(chǎn)生已知的功率輸出并精確地接通和關(guān)斷射頻功率。通常，處理脈沖大大短于100ms，例如小于30ms持續(xù)時間，并且可如2ms一樣短。當(dāng)重復(fù)時，重復(fù)率典型地在從0.5或1到10或15Hz范圍內(nèi)。
磁控管設(shè)備的首要應(yīng)用是用于介電加熱。功率控制通過在時間上平均而發(fā)生，并且通常所述設(shè)備在電源頻率(mains frequency)(50或60Hz)以不連續(xù)方式來工作。電源驅(qū)動開關(guān)電路被應(yīng)用到步增變壓器的初級繞組，其次級繞組被應(yīng)用到磁控管陽極和陰極端子。此外，通常，燈絲功率供應(yīng)從步增變壓器的輔助次級繞組獲得。這導(dǎo)致的懲罰是加熱器和陽極-陰極負載的瞬時響應(yīng)不同；加熱器可具有十至三十秒的預(yù)熱時間，而陽極-陰極響應(yīng)小于10μs，造成在顯著中斷(break)后不可預(yù)測的功率輸出水平。由于以電源頻率的不連續(xù)功率饋送，峰值功率輸送可以是平均功率輸送的三至六倍，這依賴于功率供應(yīng)中的電流平滑元件。從以上得出的觀點將可以理解，磁控管的這種操作不適于組織表面重修。優(yōu)選發(fā)生器的功率供應(yīng)單元為射頻功率設(shè)備(在該情況下即磁控管)提供連續(xù)的功率饋送，其僅由處理脈沖的應(yīng)用來中斷。實際上，處理脈沖被注入具有例如至少200V的連續(xù)DC供應(yīng)的功率供應(yīng)級。耦合到磁控管輸出的UHF循環(huán)器通過提供恒定阻抗負載而增加穩(wěn)定性。
在圖8所示的發(fā)生器中，首先，通過使用獨立的燈絲供應(yīng)，效果所需的可控性和一致性得以實現(xiàn)?？刂破?10被操作以給磁控管加熱器供給能量，所述磁控管加熱器然后被允許在到磁控管陰極的高壓供應(yīng)被激勵之前達到穩(wěn)定態(tài)。
其次，利用大的旁路濾波電容，高壓功率供應(yīng)鏈避免了對重濾波(heavy filtering)的依賴并形成具有比控制電路快得多的響應(yīng)的磁控管電流控制環(huán)的部分。特別地，如以上參考圖8所說明的，功率供應(yīng)鏈包括逆變器單元，所述逆變器單元提供以高壓施加到磁控管陽極和陰極端子的連續(xù)可控電流源。為了使效率最大，由以連續(xù)電流模式工作的開關(guān)模式功率供應(yīng)來提供電流源。逆變器供應(yīng)中的串聯(lián)電流平滑電感從降壓調(diào)節(jié)器(buck regulator)饋送。參考圖9，其為簡化電路圖，降壓調(diào)節(jié)器包括MOSFET 230、電流平滑電感器232(這里為500μH左右)以及二極管234。如所示的，降壓調(diào)節(jié)器連接在PSU輸出210P(見圖8)的350V DC軌和四個開關(guān)MOSFET 236至239的橋設(shè)置之間，形成逆變器級。這些晶體管236至239以H-橋連接并以與稍微大于50％ON次數(shù)反相位工作，以確保連續(xù)供應(yīng)電流到步增變壓器240的主繞組240P。耦合在次級繞組240F之上的橋整流器242和具有小于或等于220μF的值的相對小的平滑電容器244，產(chǎn)生用于磁控管的所需高壓供應(yīng)200P。
通過使降壓晶體管(buck transistor)230脈動作為在顯著大于典型地在1和10Hz或15Hz之間的處理脈沖重復(fù)頻率的頻率的開關(guān)設(shè)備，并由于電感器232的作用，可在每個處理脈沖內(nèi)為磁控管提供超過1kW功率水平的連續(xù)電流輸送。通過調(diào)節(jié)施加到降壓晶體管230的柵極的驅(qū)動脈沖的占空比來控制電流水平。在該情況下，相同的柵極端子與到逆變器級晶體管的驅(qū)動脈沖關(guān)停(shut-down)結(jié)合使用，以在處理脈沖之間對磁控管解除激勵。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，根據(jù)功率處理需求等，在本描述中提及的單個部件例如單個晶體管、電感器以及電容器可以由多個這樣的部件所替代。還可使用其它等價結(jié)構(gòu)。
為了聽不見，降壓晶體管驅(qū)動脈沖的脈沖頻率優(yōu)選地大于16kHz(也是為了控制環(huán)路響應(yīng)和使電流波動最小)，并且優(yōu)選地在40kHz和150kHz之間。有利地，逆變器晶體管236至239在相同頻率范圍內(nèi)脈動，優(yōu)選地以施加到步增變壓器240的連續(xù)半循環(huán)之間的降壓晶體管一致性的頻率的一半。
變壓器240優(yōu)選地是鐵氧體芯的(ferrite cored)，并具有2∶15的圈數(shù)比。
如將從圖10中所見的，圖10示出在處理脈沖開始處輸出200P的輸出電壓和磁控管的功率輸出，依賴于電容器244的槽(vale)，可在典型地小于300μs的相對短時間內(nèi)實現(xiàn)啟動。關(guān)斷時間通常相當(dāng)短。這產(chǎn)生以下優(yōu)點，即處理脈沖長度以及由此的每處理脈沖所輸送的能量(典型地2至6焦耳)實際上不受功率供應(yīng)或磁控管中的限制影響。對于從上百伏特的供應(yīng)電壓(在供應(yīng)軌228和229上)到高壓輸出200P的轉(zhuǎn)換(見圖9)，可實現(xiàn)高效率(典型地80％)。
利用到降壓晶體管230的驅(qū)動脈沖占空比的反饋控制，現(xiàn)在可實現(xiàn)快速響應(yīng)于變化負載條件的磁控管功率輸出水平的一致性控制。由于來自磁控管的功率輸出主要依賴于陽極到陰極電流，功率供應(yīng)控制伺服是基于電流的。這些包括控制環(huán)，其根據(jù)測量的陽極到陰極電流和預(yù)設(shè)置輸出功率依賴的電流要求之間的增益倍增差來生成誤差電壓。電壓誤差是對存儲電感器電流的補償，并且增益倍增差確定了供應(yīng)到降壓晶體管230的驅(qū)動脈沖的占空比，如圖11和12的控制環(huán)圖中所示的。
基于電流的伺服動作還優(yōu)選地允許補償引起陽極到陰極阻抗增加的磁控管老化。相應(yīng)地，所需功率輸送水平被維持，直到磁控管失效。
參考圖8和11，由磁控管老化引起的磁控管輸出功率相對于陽極/陰極電流的變化通過在比較器254中比較前向功率樣本250(在圖8中的線116上獲得)與功率參考信號252而在控制器110中得到補償。比較器輸出被用作參考信號256，以便于設(shè)置磁控管陽極電流，該參考信號256被施加到設(shè)置到降壓晶體管230(圖9)的驅(qū)動脈沖的占空度的控制器110的元件，所述元件通常表示為圖11中的“磁控管主功率供應(yīng)”塊258。
參考圖12，主功率供應(yīng)塊258具有外和內(nèi)控制環(huán)260和262。陽極電流參考信號256在比較器264中與輸送到磁控管陽極的電流的實際測量266相比較，以便產(chǎn)生誤差電壓Verror。該誤差電壓通過控制器110中的增益級268并在到另一比較器272的輸入270產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制(PWM)參考信號，在該比較器272其與步增變壓器(見圖9)的初級繞組的實際電流的表示274相比較。這在線276上產(chǎn)生經(jīng)修改的(PWM)控制信號，其饋送到圖9所示的降壓晶體管230的柵極，從而通過降壓級278的工作來調(diào)節(jié)變壓器初級電流。
內(nèi)環(huán)262具有非常迅速的響應(yīng)，并且在饋送到降壓晶體管230的柵極276的40kHz驅(qū)動脈沖波形的每個循環(huán)內(nèi)控制變壓器初級電流。外環(huán)260在每個處理脈沖期間以較長的時間常數(shù)工作以便控制磁控管陽極/陰極電流的水平。將看到圖11和12中出現(xiàn)的三個控制環(huán)的組合效果是一致的，并且在時間周期全程內(nèi)可實現(xiàn)陽極電流和輸出功率的精確控制，即短期和長期輸出功率調(diào)節(jié)。
如圖11所示，施加到最外控制環(huán)的Uhf要求輸入252的實際功率設(shè)置依賴于用戶對所需處理嚴格性的選擇。通過調(diào)節(jié)典型范圍是6至20ms的處理脈沖持續(xù)時間，效果的深度可得以控制。
控制器110和高壓功率供應(yīng)之間的控制連接在圖8中出現(xiàn)為控制和反饋通道280。
亦可能的是通過要求/反饋線282來控制電流加熱器，例如以便獲得優(yōu)選的穩(wěn)定態(tài)加熱器溫度。
在磁控管具有電磁體的情況下，施加到磁控管腔的磁場強度的變化提供了另一控制變量(如圖8所示)，例如假如需要較低的連續(xù)功率。
由圖8中的線116所監(jiān)視的返回損失是負載反射回發(fā)生器多少能量的測量。以發(fā)生器到負載的完美匹配，返回損失無窮大，而開路或短路負載產(chǎn)生零返回損失。因此控制器可在線116上使用返回損失感測輸出作為確定負載匹配的方法，并且特別地作為識別器械或線纜故障的方法。在磁控管204的情況下，對這種故障的檢測可用于停止輸出功率設(shè)備。
圖8中所示的UHF隔離級214在圖13中更詳細地示出。該隔離級，其通?？蓱?yīng)用于在UHF范圍或以上頻率工作的電外科(即包括組織表面重修)設(shè)備，具有波導(dǎo)段286，以及在該波導(dǎo)段內(nèi)歐姆性地間隔開的分離的發(fā)射器和收集器探測288、290，用于連接到射頻功率設(shè)備(在該情況下為磁控管)，以及一輸出，具體地為在當(dāng)前情況下圖8所示的輸出連接器216。在本實例中，波導(dǎo)段是圓柱形的且在每個端上具有端帽292。通過以兩個相互配合部分286A、286B形成波導(dǎo)段286，DC隔離得以提供，一個部分配合在另一部分內(nèi)且被另一部分重疊，在重疊區(qū)域兩個部分之間具有絕緣介電層294。合適的連接器，這里為同軸連接器296被安裝在波導(dǎo)段的壁中，以便于向和從探測288、290饋送射頻能量。
作為可選方案，所述波導(dǎo)可以是矩形截面，或者可具有另一規(guī)則截面。
每個探測288、290是電場探測，位于波導(dǎo)腔內(nèi)作為其相應(yīng)的同軸連接器內(nèi)導(dǎo)體的延伸，外導(dǎo)體與波導(dǎo)壁電連續(xù)。在本實施例中，可在2.45GHz左右工作，波導(dǎo)段的直徑在70至100mm左右，在該情況下具體為86mm。這些和其它尺度可以根據(jù)工作頻率而縮放。
探測288、290之間的波導(dǎo)段的內(nèi)腔長度優(yōu)選地是λg/2的倍數(shù)，其中λg是所述腔內(nèi)的波導(dǎo)波長(guide wavelength)。每個探測和其最近端帽之間的距離在λg/4的奇數(shù)倍左右(在該情況下是32mm)，且兩個波導(dǎo)部分286A、286B間的重疊的軸向范圍應(yīng)為至少λg/4。用于介電層294的典型的低損失、高壓擊穿材料是聚酰亞胺帶(polyimide tape)。
將理解隔離級提供了一定的帶通濾波，其中波導(dǎo)段的直徑強加(impose)較低的頻率限制，在所述限制以下駐波不被支持，而高通濾波通過利用頻率增加損失來提供。另外的帶通濾波特性通過探測和端帽的相對間隔來提供。注意端帽292之間的波導(dǎo)段的優(yōu)選長度是大約λg?？蓪⒘硗獾臑V波結(jié)構(gòu)引入到波導(dǎo)段中，以便提供對不期望信號的優(yōu)選衰減。
隔離級以比發(fā)生器的工作頻率低得多的DC和AC頻率形成隔離障(isolation barrier)，并且典型地可承受施加在兩個波導(dǎo)部分286A、286B之間的5kV DC電壓。
在低頻，隔離級代表具有小于1μF值的串聯(lián)電容器，這防止可引起不期望的神經(jīng)刺激的熱離子流或單個故障電流。通過減小波導(dǎo)段部分286A、286B之間的重疊度，或通過增加其在該處重疊的其之間的間隙(clearance)，可獲得較低值的電容。
通過以具有大于一的相對介電常數(shù)的介電材料來填充內(nèi)腔，可以實現(xiàn)隔離級尺寸的顯著減小。
作為圖13所示的電場探測288、290的可替換方案，利用以取向為激發(fā)磁場的環(huán)的形式的H-場元件，波可得以發(fā)射和收集。
現(xiàn)在參考圖14，與圖2、3和6的器械一樣，與具有磁控管功率輸出設(shè)備的發(fā)生器一起使用的器械包括外軸30、連接器26、同軸饋送線纜40。過渡阻抗匹配結(jié)構(gòu)包括低阻抗段92和高阻抗段94，并且在發(fā)生器的功率輸出設(shè)備和等離子體所提供的負載之間提供匹配，所述等離子體在中央盤電極160和由相鄰于盤電極160的傳導(dǎo)套筒的段所提供的外電極70之間的電場中產(chǎn)生。氣體從入口端口32并沿在匹配結(jié)構(gòu)的段92、94的內(nèi)和外導(dǎo)體之間形成的環(huán)形導(dǎo)管38A、B傳送，通過電極160、70之間的電場，并且在電場的影響下轉(zhuǎn)換成等離子體。管狀石英插入(quartz insert)180靠著套筒50的內(nèi)側(cè)被設(shè)置，并且因此在電極160、70之間。石英是低損失介電材料，并且所述插入具有增強電極之間電場的作用，有效地使所述電極彼此接近，而同時防止它們之間的容易的點火，從而產(chǎn)生更一致的等離子體束。在該實施例中，內(nèi)電極160是盤形的，且被直接安裝到高阻抗匹配段的內(nèi)導(dǎo)體54上，高阻抗匹配段具有在電學(xué)術(shù)語是發(fā)生器輸出波長的四分之一的長度。由于其相對小的長度，當(dāng)被考慮有效地與電極70組合時，盤電極160是離散或“集總”電容器，其與內(nèi)導(dǎo)體54的固有分布電感組合，形成串聯(lián)諧振電組件。盤電極160的形狀還用于傳播等離子體輸出束，由此增加組織上束的“足跡(footprint)”，這在皮膚表面重修中是理想的，因為這意味著組織的給定區(qū)可以來自器械的較少的“擊打(hit)”來處理。在該諧振結(jié)構(gòu)中發(fā)生的電壓步增在該實施例的器械中低于在圖2、3和6的器械，并且因此由于諧振組件內(nèi)的諧振，在電極160、70發(fā)生器輸出電壓的步增對應(yīng)地較低。對此的一個原因是磁控管功率輸出設(shè)備產(chǎn)生顯著較高的功率水平且處于較高電壓(典型地300Vrms)，并且因此不必要提供這樣的高的步增變換、因此的較低Q的諧振組件。
對磁控管功率輸出設(shè)備的輸出頻率進行調(diào)諧是困難的。盡管如此，一旦等離子體由于負載阻抗降低而被擊發(fā)(由于等離子體比空氣有較高傳導(dǎo)性)，器械的諧振頻率則經(jīng)受偏移，所以用于一方面等離子體點火(plasmaignition)及另一方面等離子體維持的最優(yōu)能量輸送問題仍然適用。參考圖15，線300示出根據(jù)變化頻率在等離子體點火前器械內(nèi)所耗散的反射功率。可以看出器械內(nèi)的諧振在頻率fres發(fā)生，在圖上用尖峰表示，所述尖峰代表電壓倍增的相對高的品質(zhì)因子Q，或在諧振的器械內(nèi)發(fā)生的向上變換。一旦等離子體已被擊發(fā)時的器械反射功率對頻率特征曲線由線310示出，并且可以看出一旦等離子體已產(chǎn)生，器械的諧振頻率fpls低于點火之前的頻率，并且特征曲線具有更平的峰，代表較低的品質(zhì)因子Q。由于磁控管功率輸出設(shè)備是相對大功率的，一種優(yōu)選工作模式涉及選擇器械的諧振頻率，使得磁控管功率輸出設(shè)備的輸出頻率對于受益于器械內(nèi)的諧振以擊發(fā)等離子體以及還維持等離子體兩者是可操作的。
再次參考圖15，磁控管功率輸出設(shè)備具有位于諧振頻率fres和fpls之間的輸出頻率fout。頻率fout盡可能在諧振頻率fpls的方向從諧振頻率fres偏移以試圖優(yōu)化到等離子體中的能量輸送，同時仍確保充分的諧振在fout發(fā)生于器械內(nèi)以擊發(fā)等離子體。由于相對大的功率輸出可用磁控管功率輸出設(shè)備的輸出頻率中的該折衷是可能的，意味著在器械中需要比在較低功率輸出設(shè)備情況下將顯著少的諧振，以便擊發(fā)等離子體或隨后維持等離子體。
在進一步的實施例中，器械被構(gòu)造以使其合并兩個諧振組件在等離子體點火前諧振的一個以及在點火后諧振的另一個，其中兩個諧振組件具有類似或基本上相同的諧振頻率。利用這種類型的器械，則可能以單一頻率優(yōu)化用于等離子體點火和維持的功率輸送?，F(xiàn)在參考圖16，器械16具有在其遠端的連接器26；同軸饋送結(jié)構(gòu)40，從連接器26延伸到雙極電極結(jié)構(gòu)，所述雙極電極結(jié)構(gòu)包括桿狀內(nèi)電極260和由相鄰于桿電極260的外傳導(dǎo)套筒50的段所提供的外電極70；傳導(dǎo)端帽84，限定等離子體通過的孔80，并有助于加強等離子體通過的電場，從而增強功率輸送到等離子體中的方便性。由電極結(jié)構(gòu)260、70所形成的傳輸線的段的特征阻抗被選擇以便在功率輸出設(shè)備和由等離子體提供的負載之間提供匹配。如隨后將解釋的，可相信的是該實施例中的等離子體負載具有比先前實施例中低的阻抗，其因此使匹配更容易。此外，器械包括輔助或擊發(fā)電極260S。擊發(fā)電極260S包括兩種元件感性占優(yōu)元件(predominantly inductive element)，在該實例中由線272的長度所提供，所述線在其近端連接到桿電極的近端；以及與電感元件串聯(lián)的容性占優(yōu)元件(predominantly capacitive element)，其在該實例中由連接到線272的遠端的傳導(dǎo)材料環(huán)274提供，并且其與桿電極260基本上同軸延伸，但與其間隔開。
現(xiàn)在參考圖17，擊發(fā)電極260S的結(jié)構(gòu)使得以線272形式的電感和以環(huán)274形式的電容形成以發(fā)生器的輸出頻率fout諧振的諧振組件，并且擊發(fā)電極260S反射功率隨輸出頻率的特征變化由線320示出。通過對比，由電極結(jié)構(gòu)260、70所形成的傳輸線(其反射功率隨輸入頻率的特征變化由線330示出)在等離子體點火前具有諧振頻率fres，所述諧振頻率顯著高于發(fā)生器輸出頻率，以至于在該頻率極少或不會有諧振發(fā)生。然而，電極結(jié)構(gòu)260、70被如此配置，使得一旦等離子體已形成(其可視為導(dǎo)體從桿電極260延伸到孔80外的長度)，其是以發(fā)生器的輸出頻率的諧振結(jié)構(gòu)，雖然是以較低Q的諧振。因此，在等離子體形成之前，擊發(fā)電極260S是提供發(fā)生器輸出信號的電壓倍增(也稱為步增變換)的諧振組件，而繼等離子體形成之后，電極結(jié)構(gòu)260、70是將提供電壓倍增的諧振組件。電極結(jié)構(gòu)260S、70可被視為在電學(xué)術(shù)語具有長度，并且一旦等離子體已產(chǎn)生(并且因此包括由等離子體所提供的導(dǎo)體的額外長度)，其等于四分之一波長，并且因此提供對發(fā)生器輸出的良好匹配。
當(dāng)發(fā)生器輸出信號傳送出同軸饋送結(jié)構(gòu)40，所述信號初始地將擊發(fā)電極260S激發(fā)為諧振，因為這是以發(fā)生器輸出頻率的諧振，但是其不激發(fā)電極結(jié)構(gòu)260、70，因為直到等離子體已產(chǎn)生這不是以發(fā)生器輸出頻率的諧振。未發(fā)生在電極結(jié)構(gòu)260、70中的擊發(fā)電極260S中的諧振(以及因此的電壓倍增)的效果是，在擊發(fā)電極260S和桿電極260之間存在電位差。如果該電位差足夠大以在擊發(fā)電極260S和桿電極260之間產(chǎn)生所需強度的電場(記住，由于電極260S和260之間相對小的距離，將需要相對低的電位差)，等離子體在所述電極之間產(chǎn)生。一旦等離子體已產(chǎn)生，所述等離子體將影響電極結(jié)構(gòu)的電特征，使得其在發(fā)生器輸出頻率(或與其類似的頻率)諧振，盡管由于等離子體已產(chǎn)生后的諧振組件的Q低于擊發(fā)電極260S的Q，該諧振將不象所描述的。
非本質(zhì)的是，擊發(fā)電極260S和“點火的”電極結(jié)構(gòu)260、70(即帶有所產(chǎn)生的等離子體的電極結(jié)構(gòu)260、70)具有相同的諧振頻率以便受益于該雙電極點火技術(shù)，只不過它們每個能夠與發(fā)生器輸出交互以擊發(fā)且然后維持等離子體，而不必使發(fā)生器輸出重新調(diào)諧。但是，優(yōu)選地，諧振頻率應(yīng)與發(fā)生器輸出頻率帶寬中的相同。例如，如果發(fā)生器產(chǎn)生2450MHz的輸出且在該頻率該輸出具有2MHz的固有帶寬，使得，實際上，在該所選擇的頻率處發(fā)生器輸出信號處于2449-2451MHz的頻率范圍，兩個諧振頻率應(yīng)該處于該范圍中以獲得最優(yōu)效果。
現(xiàn)在參考圖18，在提供等離子體的獨立點火的另一實施例中，器械包括等離子體點火組件470S和電極結(jié)構(gòu)470，其分離地接線(且相互隔離)到器械內(nèi)的循環(huán)器414。來自發(fā)生器的輸出信號初始地通過到循環(huán)器414中。循環(huán)器將輸出信號優(yōu)選地傳送到向發(fā)生器提供最佳匹配的輸出通道中。與先前實施例一樣，在等離子體點火之前，到電極結(jié)構(gòu)470中的匹配是不良的，而點火組件被配置成在點火前提供良好匹配，并且因此發(fā)生器輸出由循環(huán)器傳送到點火組件470S中。由于其是獨立接線的，點火組件470可由能夠利用從發(fā)生器可得到的功率水平而產(chǎn)生火花或電弧的任何合適的火花或電弧發(fā)生器來提供。例如，點火組件可包括整流電路和DC火花發(fā)生器，如圖16的實施例中或任何其它合適的火花或電弧發(fā)生器的提供電壓倍增的諧振組件。一旦等離子體點火已發(fā)生，結(jié)果的電極結(jié)構(gòu)電特征的改變引起發(fā)生器輸出到電極結(jié)構(gòu)中的匹配，并且因此循環(huán)器則起作用(act)以使發(fā)生器輸出轉(zhuǎn)向到電極結(jié)構(gòu)中，以使功率能輸送到等離子體中。
在上述手術(shù)系統(tǒng)的多數(shù)實施例中，振蕩電場在兩個電極之間產(chǎn)生，所述電極二者都與患者基本上電隔離(不可避免地在患者方向上將有來自器械的極低水平的輻射輸出，并且可能一些幾乎不可檢測的與患者耦合的雜散(stray))，其存在與等離子體的形成無關(guān)。等離子體在電極之間被擊發(fā)(通過加速電極之間的自由電子)并且等離子體主要在供應(yīng)到器械的氣體壓力的影響下從器械中的孔排出。因此，患者皮膚的存在對等離子體的形成沒有影響(而在現(xiàn)有技術(shù)中等離子體在器械內(nèi)的電極與患者皮膚之間被擊發(fā))，并且患者不形成任何電外科電流的顯著導(dǎo)電路徑。
在最適于與高輸出功率發(fā)生器如具有作為輸出功率設(shè)備的磁控管的上述發(fā)生器實施例一起工作的特別優(yōu)選的器械中，不需要雙匹配結(jié)構(gòu)，如在參考圖2和14的上述器械實施例中所包括的那些。參考圖19和20，該優(yōu)選器械包括連續(xù)傳導(dǎo)套筒50，使其近端部分固定在標準(N-型)同軸連接器的外屏蔽(outer screen)內(nèi)且與其電連接；以及內(nèi)針電極54，安裝在連接器內(nèi)導(dǎo)體的延伸42中。配合在套筒外導(dǎo)體50的遠端部分70內(nèi)的是由低損失介電材料如石英制成的耐熱介電管180。如圖19和20所示，該管延伸到套筒50的遠端以外，并且此外在遠端部分70內(nèi)延伸至少四分之一波長(工作波長λ)的距離。安裝在其在套筒50的遠端部分70內(nèi)的石英管內(nèi)部的是傳導(dǎo)性聚焦元件480，其可視為寄生天線元件，用于在針電極54和套筒50的遠端70之間產(chǎn)生電場集中(concentration)。
相鄰于連接器26，套筒50具有氣體入口32并提供環(huán)形氣體導(dǎo)管38，所述導(dǎo)管圍繞內(nèi)導(dǎo)體延伸42、針電極8而延伸，并且遠端到石英管180的端，后者形成器械噴嘴180N。密封環(huán)482防止氣體從導(dǎo)管38中逸出到連接器26中。
當(dāng)連接到如參考圖8上述的來自發(fā)生器的同軸饋送器時，包括連接器26和連接器內(nèi)導(dǎo)體延伸42的器械近端部分組成具有該情況下是50歐姆的特征阻抗的傳輸線。連接器內(nèi)的PTFE套筒26S形成50歐姆結(jié)構(gòu)的部分。
針電極54由耐熱導(dǎo)體如鎢(tungsten)制成，并具有這樣的直徑，使得其與外部套筒50組合，形成典型地在90至120歐姆左右的高于連接器26的特征阻抗的傳輸線段。通過將針電極的長度、即從連接器內(nèi)導(dǎo)體延伸42到其末端54T的距離(見圖20)設(shè)置為λ/4左右，其可被用作阻抗變換元件，將末端54T的電壓步增到顯著高于50歐姆段(內(nèi)導(dǎo)體延伸42)上所見的水平。相應(yīng)地，在內(nèi)電極針的末端54T和相鄰?fù)鈱?dǎo)體遠端部分70之間產(chǎn)生強電場。這在其本身給定充分輸入功率，可足以產(chǎn)生從末端54T向下游延伸并通過噴嘴180N的氣體等離子體。然而，由于聚焦元件480的存在，實現(xiàn)了對等離子體的更可靠擊發(fā)。
該聚焦元件480是諧振元件，被定尺度(dimensioned)為當(dāng)在石英管原處(in-situ)時具有器械及其相關(guān)發(fā)生器的工作頻率左右的諧振頻率。如將從附圖特別是通過參考圖20可見的，諧振元件480具有三個部分，即第一和第二折疊補釘元件(patch element)480C，折疊成定尺度為接合石英管180內(nèi)側(cè)的不規(guī)則環(huán)；以及互連中間窄條480L。這些部件都由單片傳導(dǎo)性材料、這里是彈性不銹鋼而形成，其彈性使元件靠在管180上。
將理解的是環(huán)480C在電學(xué)術(shù)語是容性占優(yōu)的，而連接條480L是感性占優(yōu)的。部件長度接近λ/4。這些特點給出工作頻率左右的諧振頻率和集中于其端部分480C區(qū)域中的電場的趨勢。
在可替換實施例(未示出)中，聚焦元件可以是由例如彈性材料如鎢制成的圓形或多邊形橫截面的螺旋?？墒褂闷渌Y(jié)構(gòu)。
聚焦元件被設(shè)置，使得其在器械的軸向上與針電極54部分重疊，并優(yōu)選地具有引發(fā)與電極末端54T配準(registry)的高壓的區(qū)域之一。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解在諧振時聚焦元件480上的電壓駐波在電容性區(qū)域480C中具有最大量值。電容性段480C的不規(guī)則、折疊、多邊形狀導(dǎo)致聚焦元件和石英管180內(nèi)表面之間基本上點接觸。該特性與諧振器元件結(jié)構(gòu)的電場集中效應(yīng)以及在插入的管180的高介電常數(shù)材料附近的存在，都用來時場強度最大化，由此確保在流過組件的氣體中擊發(fā)等離子體。
實際上，由聚焦元件480產(chǎn)生的電弧作為在圍繞電極末端54T的區(qū)域中形成等離子體的啟動器(initiator)。一旦等離子體已在末端54T形成，其沿所述管傳播，這主要由于氣體流向噴嘴180N。一旦這已發(fā)生，所述器械為發(fā)生器提供阻抗匹配，并且功率被高效地輸送到氣體。
聚焦元件的一個優(yōu)點是其諧振頻率不是特別關(guān)鍵，因此簡化了制造。
參考圖21至24，用于以上參考圖1所述的手術(shù)系統(tǒng)中的器械500包括兩個互連段手柄501和一次性組件502。器械500包括在后方由端蓋504閉合的殼503，同軸線纜505通過所述端蓋被饋送。同軸線纜505的中心導(dǎo)體連接到由鉬(Molybdenum)形成的內(nèi)電極506。同軸線纜的外導(dǎo)體連接到外電極507，如圖23所示。外電極包括氣體入口洞509在其中形成的空的基部508，以及從基部延伸的管狀延伸510。內(nèi)電極在外電極507內(nèi)縱向延伸，其中介電絕緣體511和512阻止其之間的直接電接觸。
氣體入口513通過端蓋504，且經(jīng)由殼內(nèi)的腔管(lumen)514相通，通過外電極中的氣體入口洞509，并通過絕緣體512中的另一通道515，在內(nèi)電極506的遠端區(qū)域中離開。
一次性組件502包括安裝在殼517內(nèi)的石英管516、位于殼和管之間的硅酮橡膠(silicone rubber)襯墊518。殼517具有閂鎖機構(gòu)519，使得其通過對應(yīng)的插銷構(gòu)件520而可移動地附著到殼503。當(dāng)一次性組件502被緊固到手柄501時，石英管516被容納在手柄中，使得內(nèi)電極506延伸到管中，其中外電極507的管狀延伸510圍繞管516的外側(cè)延伸。
以螺旋狀纏繞的鎢線圈521的形式的諧振器位于管516內(nèi)，線圈521被如此設(shè)置，使得當(dāng)一次性組件502被緊固在手柄上的適當(dāng)位置時，線圈的近端相鄰于內(nèi)電極506的遠端。線圈被如此纏繞，使得其相鄰于石英管516的內(nèi)表面并與其緊密接觸。
在使用中，氣體如氮通過氣體入口513被饋送，并經(jīng)由腔管514、洞509以及通道519以相鄰于內(nèi)電極506的遠端而排出。射頻電壓被供應(yīng)到同軸線纜505并且因此到電極506和507之間。線圈521不直接連接到任一電極，但被設(shè)置使得其以供應(yīng)到其的射頻電壓的工作頻率諧振。以此方式，線圈521起作用以促進氣體轉(zhuǎn)換成等離子體，所述等離子體從管516離開并被引導(dǎo)至待處理的組織上。
影響其諧振頻率的螺旋狀線圈521的參數(shù)包括用于形成線圈的線材料的直徑、其直徑、節(jié)距以及總長度。這些參數(shù)被選擇，使得線圈有效地在施加到電極的信號的工作頻率具有諧振頻率。對于2.47GHz的工作頻率(以及近似121mm的自由空間波長)，使用具有13mm近似線圈長度、5.24mm節(jié)距、5.43mm外直徑、0.23mm線直徑以及41.8mm總的線長度的諧振器線圈。這使線圈具有近似2.517GHz的諧振頻率(所述差允許分別在空氣和石英中的電/磁輻射的不同傳播速度)。
隨著對器械的重復(fù)使用，諧振線圈521將需要定期替換。上述設(shè)置允許快速且易于附著和拆卸的一次性組件被提供，并且還反復(fù)提供諧振線圈521相對于電極506的精確位置。
參考圖25，電外科系統(tǒng)被示為包括發(fā)生器4以及借助于線纜12連接到發(fā)生器的器械500。如前所述，器械500包括可重復(fù)使用的手柄501和一次性組件502。當(dāng)不用時手柄可存儲于出現(xiàn)在發(fā)生器4上的支持器532中。
一次性組件以包含組件502和按鈕503的密封包裝被交付給用戶。按鈕530是如從Dallas Semiconductor Corp所獲得的且通過商標“iButton”所公知的電子鍵。
當(dāng)用戶將新的一次性組件502附著到手柄501時，他們還將按鈕530連接到出現(xiàn)在發(fā)生器4上的讀取器531。按鈕530包含唯一標識碼，所述標識碼由讀取器531讀取且由發(fā)生器4確認。如果按鈕所攜帶的碼不可識別或不是有效碼，發(fā)生器不向手柄供應(yīng)能量脈沖。如果碼被識別為有效碼，發(fā)生器向手柄501供應(yīng)能量脈沖。發(fā)生器將關(guān)于能量脈沖第一次供應(yīng)時間的信息發(fā)送給按鈕530，該信息被寫入并存儲在按鈕530上。
由發(fā)生器4供應(yīng)到手柄501的能量脈沖可由用戶調(diào)節(jié)，以便處于不同能量水平設(shè)置。該調(diào)節(jié)借助于出現(xiàn)在發(fā)生器4上的用戶接口533而執(zhí)行。每次一系列10脈沖供應(yīng)到手柄501時，發(fā)生器向手柄501發(fā)送信號，更新增量計數(shù)器。(如果按鈕530中有足夠內(nèi)存容量，發(fā)生器可為所供應(yīng)的每個能量脈沖發(fā)送信號)。發(fā)生器針對其能量小于2焦耳的每個供應(yīng)的脈沖將計數(shù)器遞增1單位，并針對其能量大于2焦耳的每個脈沖遞增2單位。所述遞增被寫入按鈕530并存儲于其上。當(dāng)增量計數(shù)器達到最大值，比方說2,400單位時，到手柄的能量供應(yīng)被停止，且信號被顯示，指示一次性組件502必須更換。
為了獲得另外的處理脈沖，必須打開包含未用過的一次性組件的新包裝，并且新按鈕呈現(xiàn)到發(fā)生器上的讀取器。這確保一次性組件在諧振線圈521降級到不可接受水平之前被更換。計數(shù)器的遞增顧及到在較高能量脈沖情況下降級將比在較低能量脈沖情況下更快發(fā)生。
經(jīng)常的情況是圖25的裝備可用于向特定患者提供重復(fù)的處理時間段。在該情況下按鈕530從讀取器531移除，并且在某稍后時間重新出現(xiàn)。讀取器531則將從按鈕530讀取增量計數(shù)器的值并計算增量計數(shù)器是否處于其最大值。如果計數(shù)器低于最大值，允許繼續(xù)進行處理。
由于增量計數(shù)器的值存儲在按鈕530上而不是存儲在發(fā)生器4中，將執(zhí)行驗證，即使按鈕530呈現(xiàn)到不同的發(fā)生器，比方說在不同的位置。對于各種現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)不是這種情況，在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中所有有關(guān)以往使用的信息存儲于發(fā)生器自身中。這防止通過簡單地將按鈕帶到不同發(fā)生器上而避開使用限制，并且還允許其中患者可能到不同地點以獲得后續(xù)處理的合法情形。
除了防止一旦已達到使用限制時對手柄的操作，所述系統(tǒng)還可防止進一步操作，如果在一次性組件502首次使用后的時間周期之后按鈕530呈現(xiàn)到讀取器531。如上所述，首次使用時間被寫入按鈕530。如果當(dāng)按鈕再次出現(xiàn)時預(yù)定的時間周期已流逝(比方說10小時)，則防止對手柄的進一步操作。
如上所述，UHF信號的使用對于如上所述的系統(tǒng)的工作不是基本的，并且它們可以在從DC信號向上的任何頻率工作。但是，UHF信號的使用具有優(yōu)點，即長度是四分之一波長的部件可合并到緊湊手術(shù)器械中以提供電壓變換或匹配。此外已經(jīng)示出具有諧振組件以便于步增電壓變換的幾種器械，但這不是基本的，并且向上電壓變換得以在器械內(nèi)執(zhí)行而不利用諧振。
如果在此公開的器械用于臨床使用，可對其消毒，并且這可以本領(lǐng)域中所公知的多種途徑執(zhí)行，如例如使用伽馬射線或通過將氣體如環(huán)氧乙烷(ethylene oxide)傳送通過器械(這確保氣體導(dǎo)管得到消毒)。經(jīng)消毒的器械然后將包裝在防止傳染進入其中的合適的無菌包裝中。
在此公開的各種修改不限于與它們首次被描述的實施例相關(guān)聯(lián)，并且可應(yīng)用于在此公開的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種控制用于處理人體組織的設(shè)備的使用的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括發(fā)生器，用于向所述設(shè)備提供能量脈沖，所述能量脈沖處于所選擇的能量水平；控制器，用于控制到所述設(shè)備的能量供應(yīng)；電子鍵，與所述設(shè)備相關(guān)聯(lián)并包括存儲器裝置；以及與所述控制器相關(guān)聯(lián)的讀/寫設(shè)備，用于從所述電子鍵下載信息并將信息寫到所述存儲器裝置；當(dāng)能量脈沖由所述發(fā)生器提供到所述設(shè)備以便處理組織時，所述控制器使得所述讀/寫設(shè)備向所述存儲器裝置發(fā)送信號，以便引起對所述存儲器裝置中的設(shè)備使用計數(shù)器的更新，由此所述計數(shù)器遞增的速率隨所輸送的功率增加而增大，當(dāng)所述設(shè)備使用計數(shù)器達到預(yù)定最大值時所述控制器進一步使所述發(fā)生器停止提供脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成每次預(yù)定量的能量由所述發(fā)生器提供到所述設(shè)備時，使所述讀/寫設(shè)備向所述存儲器裝置發(fā)送計數(shù)器遞增信號；并且其中針對提供到所述設(shè)備用于處理組織的低于預(yù)定能量閾水平的每個脈沖，所述控制器通過第一遞增值更新所述計數(shù)器，并且針對提供到所述設(shè)備的高于所述預(yù)定能量閾水平的每個脈沖，通過第二較大值更新所述計數(shù)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述設(shè)備是氣體等離子體組織處理設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中所述預(yù)定閾能量水平處于0.5至2.5焦耳范圍中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中所述預(yù)定閾能量水平是基本上2焦耳。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項的系統(tǒng)，其中所述第二值基本上是所述第一值的兩倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項的系統(tǒng)，其中所述預(yù)定最大值在所述第一值的500和5000倍之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中所述預(yù)定最大值在所述第一值的2000和3000倍之間。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的系統(tǒng)，其中所述存儲器裝置包括用于所述電子鍵的唯一標識碼。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的系統(tǒng)，其中所述控制器適于使所述讀/寫設(shè)備向所述存儲器裝置發(fā)送信號，代表所述鍵首次呈現(xiàn)到所述讀/寫設(shè)備的時間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9的任一項的系統(tǒng)，其中所述控制器適于使所述讀/寫設(shè)備向所述存儲器裝置發(fā)送信號，代表所述第一能量脈沖提供到所述設(shè)備的時間。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中所述控制器適于比較當(dāng)前時間和所述代表時間，以及當(dāng)所述時間差超過預(yù)定值時防止提供脈沖。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述預(yù)定值在6和12小時之間。
14.一種控制用于處理人體組織的設(shè)備的使用的方法，包括以下步驟提供用于控制到所述設(shè)備的能量供應(yīng)的控制器以及與每個設(shè)備相關(guān)聯(lián)的電子鍵，所述電子鍵包括存儲器裝置，將所述電子鍵呈現(xiàn)到所述控制器，從所述存儲器裝置上的增量計數(shù)器讀取值，并確定其是否已達到預(yù)定最大值，如果所述增量計數(shù)器還未達到其預(yù)定最大值，向所述設(shè)備供應(yīng)能量脈沖，以隨著提供到所述設(shè)備的功率增大而增大的速率來更新所述增量計數(shù)器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中隨所述功率增大的遞增所述計數(shù)器的速率的增大通過以下來實現(xiàn)每次脈沖或若干脈沖提供到低于預(yù)定閾能量水平的所述設(shè)備時，通過第一值來更新所述增量計數(shù)器，以及每次脈沖或若干脈沖提供到高于所述預(yù)定閾能量水平的所述設(shè)備時，通過第二較大值來更新所述增量計數(shù)器。
全文摘要
在用于整容性皮膚表面重修的系統(tǒng)中，發(fā)生器在所選擇的能量水平將能量脈沖提供到手持處理設(shè)備。到所述設(shè)備的能量供應(yīng)由控制器所控制。因此，所述系統(tǒng)還包括，與所述設(shè)備相關(guān)聯(lián)、包括存儲器的電子鍵。與控制器相關(guān)聯(lián)的讀寫元件從電子鍵下載信息并將信息寫入存儲器。當(dāng)能量脈沖由發(fā)生器提供到所述設(shè)備以便更新存儲器中的設(shè)備使用計數(shù)器時，使所述讀寫元件發(fā)送信號到存儲器，并且計數(shù)器遞增的速率在被輸送的功率增加時增大。當(dāng)所述設(shè)備使用計數(shù)器達到預(yù)定最大值時，控制器使發(fā)生器停止提供能量脈沖以便防止在其設(shè)計使用限制之外使用所述設(shè)備。
文檔編號A61B19/00GK1781462SQ200510123358
公開日2006年6月7日 申請日期2005年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月23日
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