CN105395247B - 一种用于生物组织的接触凝固的装置 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的装置(10)包括用于为生物组织(16)的接触凝固提供高频电压UApp的装置(12)。装置(12)配备为在高电压下运行，所述高电压通常不适合接触凝固，但是适合火花凝固，例如，在接触凝固开始时大于400V。在发电机(12)的运行期间，监测组织阻抗Z。这可以借助于连续测量流动电流IApp的电压和在电压UApp与流动电流之间的定相而发生。通过使用这两种测量，测量单元(23)连续确定组织阻抗Z。最小值检测器(24)用于确定是否已经超过了阻抗最小值Z min；如果发现是，则引起发电机控制器(19)将由装置(12)传送的电压UApp减少到避免火花生成和组织干化的值。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于暴露于电流中时生物组织的接触凝固的装置。
背景技术
在生物组织的接触凝固中，会发生主要由热诱发的过程。除了其它方面，这些过程会导致组织的变性，从而将会关闭存在的任何中空血管。在对生物组织施加高频电压时，可能会在该过程开始时观察到非常高的组织的电阻抗。电荷载体的电流主要通过细胞外液，因此，由于电荷的被取代的载体的动能作用，该组织开始升温。随着该组织逐渐被加热，减少阻抗直到达到最小值。由于伴随组织变性的温度引起的结构变化，从60℃到100℃的生物组织的温度范围内会发生电导率的增加。该组织会被消耗掉；和蛋白质分子团在一起，细胞膜会被破坏，这样释放出组织液。在该“阶段I”中，组织阻抗Z不断减少。一段时间之后，达到组织液的沸点温度，从而使组织阻抗再次增加，这被描述为“阶段II”。通常，在阶段II中组织阻抗Z达到明显高于该组织的阻抗最小值并常为阶段I中的初始阻抗的值。
EP 2520240 A1公开了一种用于组织融合并且还用于凝固的方法与装置，其中，通过指定高频电源的负内部阻抗，可以实现恒定一致的处理时间。
EP 1862137 A1公开了一种用于组织的凝固的装置与方法，其中，轮询并且监测组织阻抗Z。借由对传送到组织的电能的不断重新调整，实现了使组织的阻抗遵循期望的、指定的曲线。尤其是，这适用于阶段II。
而且，DE 3622337 A1公开了具有用于高频凝固的自动功率控制的高频发电机，其具有电弧显示装置，用于检测在凝固传感器与组织之间的弧。为了安全地发动电弧，最初，使用最大量的输出功率。在发动电弧之后，在一段时间内继续施加第一最大功率。然后，在第二预定间隔内将输出功率减少到零。只要启动发电机，则继续重复这些循环。
凭借DE 3622337 A1描述的方法，实现了凝固最初以接触凝固开始的凝固模式，从而，在达到组织液的沸点温度后，电弧击穿正在形成的蒸汽，这样在电弧的击穿位置处的电流密度大大提高。因此，会发生标记的局部凝固效应，而且组织会具有高阻抗。电弧会闪烁并且跳到各个位置直到靠近凝固传感器的整个组织都具有高阻抗，即，都已经凝固。通过将输出线路设置为零来间断地关闭电弧防止组织的过度燃烧，即，过于强烈的碳化。
在基于火花的形成或者允许火花的形成的快速凝固的情况下，组织可以附着在器械上，从而导致对该器械和处理人员的伴随的重大污染。此外，碳化可能会阻碍伤口愈合过程。
如果通过阶段I中具有由高频发电机传送的提高的高频功率的纯接触凝固来引发没有电弧的快速凝固，那么可能发生处理组织的强烈的可听见和视觉感知的撕裂。这是由组织液的沸腾和组织压力的伴随增加而产生的局部撕裂引起的。由于组织的撕裂，先前的止血可能会重新开始流血。而且，处理的致病组织可能会由于撕裂的影响而传播到健康的组织中，而且会被操作人员吸收。
发明内容
本发明的目的在于提出一种理念，凭借这种理念可以在应用温和处理时快速实现组织凝固。
该问题是通过根据权利要求1的装置来解决的：
根据本发明的用于生物组织的接触凝固的装置具有用于提供高频电压并且传送高频电流的发电机。提供了发电机控制器，其能够影响所提供的高频电压。而且，该装置还包括具有由发电机施加高频电流的至少一个电极的器械。测量单元监测组织阻抗。
提供了最小值检测器，其用于检测所述组织阻抗的最小值。如果检测到了所述组织阻抗的最小值，那么所述发电机引起以提供减少的高频电压。
已经显示了由于超过组织阻抗Z的最小值而伴随有已经部分或全部凝固的组织的撕裂。该组织已经达到阻抗最小值的最佳导电状态。这发生于已经到达组织液的沸点之前，即，在已经达到100℃的温度之前。在那之后，当施加高频电压时，组织液将会蒸发。这种蒸发会导致组织中压力的增加和组织的撕裂，这在本发明中是避免的。因此，也避免了受污染的组织分散，还避免了开口的伤口和器械受污染以及操作人员受污染或受感染。此外，避免了已经凝固的血管、淋巴管或其它血管的撕裂。由于以减少电压的凝固的继续进行，在不受这类影响的情况下可以继续进行凝固直到产生期望的组织效应。
提出的新接触凝固模式以提高额功率输入工作直到达到阻抗最小值。由此，在阶段I中，直到达到阻抗最小值，通过在组织中送入提高的高频电压来提供可能最大的高频能量。在器械在发电机的最大功率输出(即，优选为独立于电流明显概予200V的高频电压)时与组织接触之后，开始发生凝固。然而，一旦检测到阻抗最小值时，通过中断提高的高频电压的施加，防止了组织中蒸汽的产生和组织的撕裂。随后，仅施加减少的高频电压。
在优选实施例中，待施加的电压的调整值存储在发动机控制器中。发电机控制器然后配备为：在凝固程序开始时，引起发电机以高于调整值的值提供待施加的电压。优选地，在凝固过程开始时待施加的电压是高于调整值至少两倍。当用户设置适合于接触凝固的惯用电压(例如，200V)时,用户在根据本发明的系统中的凝固过程开始时用至少400V的电压工作。然而，因为一旦已经超过阻抗最小值并且存在蒸汽形成的风险时便会减少电压，所以这不会引起任何的火花形成。通过避免蒸汽的形成，可以避免火花的形成和组织中蒸汽气泡的伴随爆裂及其伴随的缺点。
在优选实施例中，在检测了组织阻抗的第一最小值之后，发动机引起以不高于调整值的值提供待施加的电压。因此，调整值优选指定为以在没有火花形成的情况下实现持续凝固的值。优选地，发电机控制器配备为：通过引起发电机以低于调整值的值提供待施加的电压，来响应对组织阻抗Z的第二或其它最小值的检测。优选地，该值降低了指定的百分比，例如，比先前传送的电压小10％。
而且，发电机控制器可以配备为：当待施加的电压已经达到不超过或低于调整值的指定分数的值时，终止发电机的高频施加。该指定分数可以是，例如，相当于设置电压的60％。利用这种装置，实现了快速的大体积凝固。待施加的电压的调整值可以逐步地或者连续指定。优选地，在供应器械的装置处提供对应的调整装置。对组织阻抗的监测可以连续的或者在紧密相连的时间点处，可以说是连续的。优选地，组织阻抗的单个测量之间的时间间隔小于0.2毫秒。优选地，时间间隔大约为100微秒。因此，变化的组织阻抗可能遇到快速响应。
在较短时间间隔内捕捉实际组织阻抗时，优选地，在时间窗口中捕捉提供了施加电压、流经生物组织的电流和相对于彼此的定相。时间窗口具有至少与高频电压的一个振荡周期一样长(有利的是，至少与与高频电压的多个振荡周期一样长)的长度。因此，优选地，捕捉施加的电压的至少一个参数和流动电流的至少一个参数。电压的参数可以是峰-峰电压(双峰值电压)、峰值电压(单峰值电压)、电压的平均值、整流值、rms值等。这相应地应用于以下电流。电流的参数可以是峰-峰电流(双峰值电流)、峰值电流(单峰值电流)、电流量的平均值、整流值、rms值等。定相的参数可以是描述两个参数相对于彼此的偏移的两个引用参数之间的相位角φ。
组织阻抗Z可以是电压的参数和电流的参数相对于定相的比值。在有利实施例中，该比值与一个或多个先前确定的比值相比较，以便检测达到或者超过组织阻抗最小值。最小值检测器配备为将组织阻抗最小值信号发送到发动机控制器。
在不同的实施例中，最小值检测器可以配备为：借助于已测量的组织阻抗确定组织阻抗的发展趋势，以便对待测量的下一个组织阻抗做出预判，从而，当下一个已测量组织阻抗Z高于待测量的下一组织阻抗的预判的预定值时，发出达到并且超过组织阻抗最小值的信号。因此，可以在重现之前捕捉到到达了组织阻抗最小值，并且甚至快速地抑制蒸汽气泡的形成。
附图说明
附加的实施例和有利的细节是附图和本说明书以及/或者权利要求书的主旨。示出了：
图1以示意性的方式示出了根据本发明的具有发电机和器械的装置。
图2以图表的方式示出了发电机的功能。
图3示出了描述组织阻抗的测量的时间图。
图4至图8示出了描述在各个实施例中装置的操作的额外图。
具体实施方式
图1图示了用于生物组织的接触凝固的装置10，其包括器械11和电源装置12。器械11和用作回送系统的中性电极13分别通过电缆14、15连接至装置12。在图1中通过虚线框象征性地示出了将借由器械11分段凝固的并且关闭器械11与中性电极13之间的电路的生物组织16。生物组织16具有组织阻抗Z，而该组织阻抗Z具有电阻分量R并且可以具有或多或少的较大反应分量jX，特别是，电容分量。
装置12包含用于产生高频电压和电流的发电机17。发电机17连接至有电源单元18提供的操作电压。发电机17的运行时由控制例如电子开关元件或中继器20的发电机控制器19来确定的，以便激发属于发电机17的振荡电路。发电机控制器19可以具有一个或多个操作元件21，借由这些操作元件21,用户可以做出对发电机的操作和设置的技术参数。例如，待初始化的设置可以包括调整值UEin，借由该调整值用户设置对他来说熟悉的用于接触凝固的电压值(例如，200V)。而且，该调整值可以包括操作的类型或者其它参数，例如，所需的凝固体积或者所需的凝固时间、将要以最大值或者类似值施加的能量。此外，诸如峰值系数、最大电流、最大功率等的其它参数是可调整的。发电机17提供在器械11的电极22处可使用的电压UApp，并且基于该电压UApp，电流IApp流经组织16。
通过测量单元23捕捉到施加到组织的电压UApp和流经组织的电流IApp，并且由此得到测量值。测量单元23使用电流IApp的测量值和电压UApp的测量值来确定实际组织阻抗Z。由此，提供最小值检测器24以便检测是否已经达到或超过组织阻抗Z或者当已经达到或超过组织阻抗Z的时间。在这种情况下，最小值检测器24将这信号发送到发动机控制器19。
发动机控制器19、测量单元23和最小值检测器24均是功能块。在结构上，它们可以集成到单个模块中或者细分为多个单独模块。具体地，测量单元23和最小值检测器24可以与发电机控制器结合成一个模块。这些模块可以是物理模块或者程序模块等。例如，测量单元23可以借由模拟/数字转换器将待测量的电流IApp以及带测量的电压UApp转换成数据对，然后再借由计算模块来确定关于组织的阻抗值。该组织阻抗值可以在存储器中保持可访问的，例如，以便进一步的处理。
最小值检测器24可以由在数据对中搜寻阻抗最小值的程序例程来形成的。从而，该组织阻抗可以识别为各自的已测量电压UApp的其中一个参数与已测量的电流IApp的其中一个参数的比值。图3示出了电压UApp的测量。例如，在优选少于0.2毫秒的较短间隔Δt中，优选在只有100微秒的时间间隔Δt中，测量电压UApp和电流IApp(即，分别为至少一个参数)。为此，图3示出了比时间间隔Δt略短的各自的时间窗口期tm。在时间窗口期tm的期间，针对电压测量至少一个合适的电压值，例如，峰值电压Up、双峰值Upp、电压量的平均值Umean、均方根值Urms或类似的参数。相应地，测量电压的参数。这依次可以是电流峰值Ip、电流的平均量Imean或者均方根值Irms。而且，针对定相测量参数。这可以是电压与电流之间的位移角φ。因此，对于各个测量间隔，组织阻抗给定为电压UApp的其中一个已测量参数(例如，Up、Upp、Umean或者Irms)和电流IApp的参数(例如，Ip、Ipp、Imean或者Irms)相对于该电压和该电流的已测量参数的定相的比值。
发电机控制器19配备为：在图2中大致所示的已测量或已计算值为组织阻抗Z指定各种发电机电压UApp。在接触凝固开始时，还未受影响的生物组织具有Z 0的初始阻抗。发电机17以由发电机控制器对应于调整量UEin指定的电压UApp来工作。如果调整量UEin指定为，例如，通常防止火花产生的接触凝固的200V的值，那么发电机控制器19现在将指定明显较高的值，优选为比施加电压UApp高两倍(例如，400V或者更高)的至少一个值。相应地，发电机17施加400V或更高的电压UApp。产生的高电流IApp会引起组织16的快速加热，从而发生组织阻抗的锐减。如果最小值检测器24检测到在时间点t1或稍晚点的时间已经超过了最小阻抗Z min，那么最小值检测器24发送相应的信号到发电机控制器19，从而减少施加到组织16的电流UApp。优选地，将电压UApp减少到调整值UEin。因此，防止了在超过阻抗最小值之后由于正在初始化的沸腾过程而可能发生的火花产生以及相应的电飞弧和蒸汽气泡。因此，也防止了由于组织的未成熟干化可能发生的组织阻抗的更急剧上升。例如，如果在时间点t2处形成了另一个阻抗最小值Z minII，那么将通过最小值检测器24再次捕捉该另一个阻抗最小值Z minII并且将该阻抗最小值Z minII再次向发电机控制器报告，这样再次减少了施加的电压UApp，从而将该电压UApp减少了例如10％。
可以继续进行该过程直到施加的电压UApp达到下限值，该下限值可以是，例如，调整值UEin的60％。如果遇到这种情况，发电机控制器可以通过控制电子开关元件20来中断启动，从而，终止了凝固。
最小值检测器24可以根据适合于已经收集的数据的分析的各种方法来确定阻抗最小值。因此，图4和图5示出了靠近阻抗最小值的关系。因此，为了说明目的，首先假定理想的信号序列。在时间点t1达到阻抗最小值Z min之后，组织阻抗Z再次上升，从而可以使一步一步增加的百分比相对较小。此外，已测量的值可能受测量的不确定性的影响，即，包括噪音，这样一步一步的阻抗的少量增加不适用于确定最小值。施加的电压越大，连续扫描之间的时间间隔Δt越小。为了使信号噪音无效，阻抗的这种增加，例如，指定为不存在于正常信号噪音中(即，高于信号噪音)的阻抗的重现标准。阻抗的这种增加可以是，例如，不会发生在连续步骤中的5％的阈值。
对于检测组织阻抗的增加，根据图6实际测量的组织阻抗Z m+k可以与一系列先前的阻抗测量值Z m、Z m+1、Z m+2等相比较。当阻抗值Z m+k至少比先前的组织阻抗值中的至少一个高5％或者高出另一个指定阻抗增加阈值ΔZ时，最小值检测器24可以推断组织阻抗的重现，即，超过最小值。还可以指定最小值检测器24只有在实际值Z m+k大于至少两个或以上的先前阻抗值时才捕捉最小值Z min。
图7示出了对通过最小值检测器24捕捉最小值的修改。这里，单个阻抗值示为通过测量电流和电压并且基于该测量电流和电压和已经计算出的阻抗确定的交点。这些阻抗值受限于可以由存在于生物组织的不均质性的微观尺度引起的随机变化和正在发生的变性过程。阻抗检测器24和/或测量单元23可以配置为以下方式：它们基于靠近阻抗Z随着时间变化的发展的单独测量的值确定测量曲线K。测量曲线K可以通过第n等级的样条线或者根据最佳拟合算法(例如，最小平方误差的方法或其它合适手段)来确定。由于考虑了测量曲线K、多项式、直线、抛物线和其它倾斜曲线及其组合，例如，大体上呈线性的测量值发展可以接近于直线并且非线性测量值发展接近于抛物线部分。借助测量曲线K的发展的帮助，然后当已经超过了阻抗的最大增加量ΔZ时可以将其确定。这可以通过检测曲线K的上升是正值来完成。为了捕捉这种情况，可以检测存在的正增加量ΔZ是否超过了最低组织阻抗Z min放入限值，例如，最低组织阻抗Z min的5％。
上述的方法捕捉由于阻抗的重现而引起的已经超过了的阻抗最小值。然而，也可以确定在早期的时间点达到最小值或者超过最小值。这如图8所示。图中的小交叉点象征着在各个时间点t确定的组织阻抗。测量曲线K是回归线。它包含了分别由小圆圈指示的理想化阻抗值。最小值检测器确定这些理想化值，即，在理想组织行为时期望的阻抗值，并且将各自最后的理想化值与最后测量的阻抗值相比较。在图8中，已经确定了在时间点tx的组织阻抗Z x。曲线K提供阻抗预判Z p。阻抗预判Z p与时间组织阻抗Z x之间的差值ΔZ达到或超过预判值Z p的阈值，例如，再次为预后值Z p的5％。最小值检测器可以以以下方式配置：通过显示达到并且超过组织阻抗Z的最小值Z min来作出响应。取代上面引用的5％阈值，可以指定其它阈值和标准。
提出的发电机12确定指示组织16的干化开始和蒸汽形成的组织阻抗Z的重现。通过减少施加的电压UApp，避免了火花的形成。另一方面，在开始对生物组织16施加电流时，施加提高的电压(例如，UApp≥2*UEin)，这会导致非常快速的凝固。这样避免了在施加过电压时出现的其它存在的不利影响，诸如，组织的撕裂、血管的破裂、不期望的火花形成和碳化。
根据本发明的装置10包括用于为生物组织16的接触凝固提供高频电压UApp的装置12。装置12配置为在接触凝固开始时以非常高的电压(例如，超过400V)运行，该电压通常不适合接触凝固，但是适合火花凝固。在装置12的运行期间，监测组织阻抗Z。这可以借助于连续测量电压UApp和流动电流IApp而发生。基于这两种测量，测量单元23连续确定组织阻抗Z。最小值检测器24用于检测目的：当超过了阻抗最小值Z min并且在检测到超过了阻抗最小值Z min的情况下，引起发电机控制器19将由装置12传送的电压UApp减少到避免火花生成和组织干化的值。
附图标记的列表
Claims (14)
1.一种用于生物组织(16)的接触凝固的装置(10)，其具有：
发电机(17)，其用于提供高频电压(UApp)并且传送高频电流(IApp)；
发电机控制器(19)，借由所述发电机控制器(19)可以影响由所述发电机(17)提供的所述高频电压(UApp)；
器械(11)，其具有由所述发电机(17)施加所述高频电流的至少一个电极(22)；
测量单元(23)，其用于监测组织阻抗(Z)；
最小值检测器(24)，其用于检测所述组织阻抗(Z)的最小值(Z min)；
其特征在于，所述最小值检测器(24)与所述发电机控制器(19)连接，所述发电机控制器(19)具有存储的针对待施加的所述高频电压(UApp)的调整值(UEin)，所述发电机控制器(19)配备为在凝固过程开始时引发所述发电机(17)以高于所述调整值(UEin)的值提供待施加的所述高频电压(UApp)，且在最小值检测器(24)检测到所述组织阻抗(Z)的最小值(Z min)之时引发所述发电机(17)在所述生物组织(16)上提供减小的高频电压(UApp)
其中，所述调整值(UEin)用于接触凝固。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在凝固过程开始时待施加的所述高频电压(UApp)是所述调整值(UEin)的至少两倍。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发电机控制器(19)配备为，通过引发所述发电机(17)以不高于所述调整值(UEin)的值提供待施加的所述高频电压(UApp)，来响应对所述组织阻抗(Z)的第一最小值(Z min)的检测。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发电机控制器(19)配备为，通过引发所述发电机(17)以低于所述调整值(UEin)的值提供待施加的所述高频电压(UApp)，来响应对所述组织阻抗(Z)的第二或附加最小值(Z minII)的检测。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述发电机控制器(19)配备为，通过引发所述发电机(17)以低于先前施加的高频电压(UApp)的10％的值提供待施加的所述高频电压(UApp)，来响应对所述组织阻抗(Z)的第二或附加最小值(Z minII)的检测。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述发电机控制器(19)配备为，当待施加的所述高频电压(UApp)已经达到不超过所述调整值(UEin)的指定部分的值时，终止所述发电机的高频施加。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述调整值(UEin)可以借由设置工具设置而进行指定的变化。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，按照时间间隔(Δt)捕捉实际的组织阻抗(Z)，所述时间间隔(Δt)小于0.2毫秒。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述测量单元(23)配备为，在扫描窗口期(tm)中捕捉所述组织阻抗(Z)，该扫描窗口期(tm)的持续时间至少与所述高频电压(UApp)的振荡周期一样长。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述测量单元(23)配备为，捕捉在测量间隔期间施加的所述高频电压(UApp)的至少一个参数、所述高频电流(IApp)的至少一个参数、以及在施加的所述高频电压与所述高频电流之间的定相的至少一个参数，并且基于此形成相对于在施加的所述高频电压与识别所述组织阻抗(Z)的所述高频电流之间的所述定相的电通量密度的比值。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述测量单元(23)配备为，形成由在多个时间间隔(Δt)期间捕捉到的组织阻抗值(Z)所构成的移动平均值。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述最小值检测器(24)配备为，在确定组织阻抗(Z)与先前测量的组织阻抗(Z)相比增加了之后，发出达到并且超过组织阻抗最小值(Z min)的信号。
13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述最小值检测器(24)配备为，在确定组织阻抗(Z)或者组织阻抗的平滑平均值与一组先前测量的组织阻抗值的最低组织阻抗相比增加了之后，发出已经达到并且超过组织阻抗最小值(Z min)的时间的信号。
14.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述最小值检测器(24)配备为，确定所述组织阻抗(Z)的发展趋势，以便对待测量的下一个组织阻抗做出预判(Z p)，从而，当下一已测量组织阻抗(Z)高于待测量的下一组织阻抗(Z)预定值(ΔZ)时，发出达到并且超过组织阻抗最小值(Z min)的信号。
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