CN105832411B - 用于电磁刀手术的内镜电极系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于电磁刀手术的内镜电极系统，该系统包括：控制设备、内镜电极及其对应的电缆，所述内镜电极通过所述电缆与所述控制设备相连，所述控制设备用于控制输出手术所需的电磁信号，其中，所述控制设备中的内置电路的输出阻抗与所述电缆的输入阻抗匹配，且所述控制设备的内置电路的输出阻抗小于所述电缆的特性阻抗，所述内镜电极电缆的特性阻抗大于所述电缆的特性阻抗；与所述电缆的芯线连接的金属电极作为正电极，与所述电缆的屏蔽线连接的金属导体屏蔽层作为负电极。本发明的用于电磁刀手术的内镜电极系统，能够提高内镜电极系统的能量输出效率，使内镜电极输出能量的聚焦性更好，提高手术安全性。

Description

用于电磁刀手术的内镜电极系统
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种用于电磁刀手术的内镜电极系统。
背景技术
在使用电磁刀手术系统进行颅内手术时，一种新型微创手术方法是在头颅上打一个小孔，插入内镜，并使用一根细长的内镜电极通过内镜通道进入脑部，通过摄像镜头一边观察确认病灶区状态，一边控制内镜电极进行手术操作。但由于在脑外科、脊柱外科等狭窄的区域中，内镜的操作通道只有2mm左右内径，且需要在脑积液或灌流液体中工作。传统的高频手术装置输出电流信号在液体的导体环境中无法将电流功率的能量聚焦在一点，因此不能有效地在液体中实施手术操作，并且由于有流过人体组织的电流存在，可能导致烧伤的安全事故。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种用于电磁刀手术的内镜电极系统，该内镜电极系统可以提高能量传输效率，提高手术安全性。
为达到上述目的，本发明实施例提出的用于电磁刀手术的内镜电极系统，包括：控制设备、内镜电极及其对应的电缆，所述内镜电极通过所述电缆与所述控制设备相连，所述控制设备用于控制输出手术所需的电磁信号，其中，所述控制设备中的内置电路的输出阻抗与所述电缆的输入阻抗匹配，且所述控制设备的内置电路的输出阻抗小于所述电缆的特性阻抗；所述内镜电极与所述电缆之间连接有内镜电极电缆，所述内镜电极电缆的特性阻抗大于所述电缆的特性阻抗；所述内镜电极电缆内包括连接电缆芯线的金属电极和金属导体屏蔽层，与所述电缆的芯线连接的金属电极作为正电极，与所述电缆的屏蔽线连接的金属导体屏蔽层作为负电极，其中，所述正电极与所述负电极通过绝缘物隔离，构成开路状态，并在空间保持预定的物理距离，或者，所述正电极与所述负电极通过电阻性材料相连接。
本发明实施例提出的用于电磁刀手术的内镜电极系统，通过调整控制设备的内置电路、电缆、内镜电极之间的逐级阻抗特性，使得电路整体输出更加稳定，提高了功率信号的输出效率，保证了内镜电极在液体环境中的能量聚焦，提高手术的安全性和有效性。另外，通过在内镜电极外套装具有一定绕性、刚性和光滑性的有机高分子材料的套管，在一定的外径尺寸条件下，例如1.2mm，满足既有一定绕性又有一定刚性，具有光滑性，且满足内镜长度要求，方便手术操作，且避免了漏电的危险。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的用于电磁刀手术的内镜电极系统的结构示意图；
图2是本发明另一个实施例的内镜电极的横截面结构示意图；
图3是本发明另一个实施例的内镜电极在工作时的等效电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面参考附图描述根据本发明实施例的
为了实现上述实施例，本发明还提出一种用于电磁刀手术的内镜电极系统。
图1是本发明一实施例的用于电磁刀手术的内镜电极系统的结构示意图。如图1所示，该用于电磁刀手术的内镜电极系统包括：控制设备100、内镜电极200及其对应的电缆300。
具体地，内镜电极200通过电缆300与控制设备100相连，控制设备100用于控制输出手术所需的电磁信号。
其中，控制设备100中的内置电路的输出阻抗与电缆300的输入阻抗匹配，电缆300的特性阻抗与内镜电极200的特性阻抗匹配，且控制设备100的内置电路的输出阻抗小于电缆300的特性阻抗；所述内镜电极与所述电缆之间连接有内镜电极电缆，所述内镜电极电缆的特性阻抗大于所述电缆的特性阻抗。
所述内镜电极电缆内包括连接电缆芯线的金属电极和金属导体屏蔽层，与所述电缆的芯线连接的金属电极作为正电极，与所述电缆的屏蔽线连接的金属导体屏蔽层作为负电极，其中，所述正电极与所述负电极通过绝缘物隔离，构成开路状态，并在空间保持预定的物理距离，或者，所述正电极与所述负电极通过电阻性材料相连接。
其中，电缆200的特性阻抗是由电缆的内导体和外(屏蔽)导体的尺寸、以及内外导体间的绝缘体的电导率大小决定的，与长度无关，不是常规意义上的直流电阻。在电缆上传输信号时，只有输出终端负载与电缆特性阻抗相匹配时才能有效传送输型号能量，否则一部分信号将被反射，导致信号无法正常传输到负载终端。
本发明实施例的内镜电极系统，通过控制设备的内置电路、电缆、内镜电极之间的逐级阻抗匹配特性的设计，使得电路整体输出更加稳定，提高了功率信号的输出效率，保证了内镜电极在液体环境中的能量聚焦，提高手术的安全性和成功率。
在本发明的一个实施例中，电缆300可以是一段电缆，也可以包括多个分段电缆，在邻接的分段电缆中，从远离所述内镜电极200一侧到靠近所述内镜电极200一侧，分段电缆的直径逐段减小，内镜电极电缆的直径小于邻接的电缆的直径，可以减轻电缆重量，提高医生手持电极进行手术的稳定性。其中，电缆300可以是由绝缘外皮包裹、内置屏蔽线和芯线的同轴结构。
进一步地，内镜电极200可以为多层同轴结构，由轴心到外层依次为金属电极210、隔离层220、屏蔽层230和绝缘层240。如图2所示是内镜电极的横截面结构示意图。在本发明的一个具体实施例中，内镜电极200的屏蔽层可以由网状金属导电层构成，隔离层可以由半导体或绝缘材料构成。在一个具体实施例中，绝缘层外皮的前端与所述负电极的前端在结构上处于同一断面，即与正电极保持上述相同的物理距离，外加套管要覆盖住绝缘层外皮和金属屏蔽层的前段，与金属电极头距离不大于0.1mm。
进一步地，所述多层同轴结构外面加层套具有符合预设绕性和刚性的光滑的有机高分子材料套管。例如在一个具体实施例中，套管可采用聚酰亚胺套管，外径尺寸1.08mm，内径尺寸1mm，壁厚0.04mm，这种高分子材料的一般特性是：耐高温达400℃以上，无明显熔点，遇热无收缩变形，导热系数低，高绝缘性能，介电强度>100kv/mm，击穿电压大于3000V，化学性质稳定，耐各种有机溶剂和酸等，耐水煮，耐辐照，热真空下挥发物少，并且具有很好的生物相容性，在血液相容性实验为非溶血性，体外细胞毒性实验为无毒。能够较好地适用于本申请的用于电磁刀手术的内镜电极系统。
进一步地，所述电缆的输出阻抗与所述内镜电极电缆的输入阻抗匹配，所述内镜电极电缆的输出阻抗与所述内镜电极的等效负载阻抗匹配，所述内镜电极200的等效负载阻抗是所述内镜电极200的金属电极210与所述内镜电极200工作时所处的液体环境及所述屏蔽层230构成回路的等效负载阻抗。通常的，内镜电极200工作的液体环境是生理盐水，屏蔽层230作为无源输出端，金属电极210作为有源输出端，有源输出端与生理盐水、进行手术的生物体组织和无源输出端构成回路，其等效负载阻抗与内镜电极的材料、结构，有源输出端到无源输出端之间的距离，以及环境介质有关，由实验经验数据而得。无源输出端可以处于开路状态，使得电磁功率信号在通过内镜电极200正常辐射时，大部分由无源输出端回收。需要说明的是，无源输出端的位置(即屏蔽层的末端)与有源输出端的位置(即金属电极的末端)之间的距离d需要满足以下条件：电路不发生击穿且电路保持稳定输出。在实际设计中，可以根据相关电路的参数匹配输出阻抗得到合适的距离。
在本发明的一个实施例中，如图3所示是内镜电极在工作时的等效电路示意图，控制设备100中包括放大电路110和输出电路120，放大电路110的输出阻抗与输出电路120的输入阻抗匹配，输出电路120的输出阻抗与电缆300的输入阻抗匹配。需要理解的是，在实际设计中，控制设备110还包括其他部件，例如，放大电路110与输出电路120之间还可以设置电气隔离电路，输出电路与电缆之间还可以设置隔离交流电路等，本实施例只对主要涉及部件进行说明，对其他部件不做限定。
对于整个电磁刀手术系统，由放大电路110至内镜电极200，需要满足逐级阻抗匹配特性，例如阻抗共轭，以保证功率能够有效传输，且输出的功率最大。具体地，(如果设置有分段电缆，则相邻的分段电缆阻抗匹配，)电缆300的输出阻抗与内镜电极电缆的输入阻抗匹配，所述内镜电极电缆的输出阻抗与所述内镜电极的等效负载阻抗匹配。
本发明实施例的内镜电极系统，可以根据内镜电极的等效负载阻抗，设置系统电路中的各部分阻抗，使得由放大电路、输出电路到电缆、内镜电极之间的前后级传输线路阻抗匹配，还能通过逐段增加特性阻抗的方式实现传输线路的阻抗递增且满足一定的匹配特性，提高了信号传输效率，无需增加控制设备的输出功率，内镜电极在液体环境中仍然能输出手术所需的功率信号，内镜电极辐射能量的聚焦性更好，提高了手术的安全性和成功率。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)，CPU中央处理器等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种用于电磁刀手术的内镜电极系统，其特征在于，所述系统包括：
控制设备、内镜电极及其对应的电缆，所述内镜电极通过所述电缆与所述控制设备相连，所述控制设备用于控制输出手术所需的电磁信号，其中，
所述控制设备中的内置电路的输出阻抗与所述电缆的输入阻抗匹配，且所述控制设备的内置电路的输出阻抗小于所述电缆的特性阻抗；
所述内镜电极与所述电缆之间连接有内镜电极电缆，所述内镜电极电缆的特性阻抗大于所述电缆的特性阻抗；
所述内镜电极电缆内包括连接电缆芯线的金属电极和金属导体屏蔽层，与所述电缆的芯线连接的金属电极作为正电极，与所述电缆的屏蔽线连接的金属导体屏蔽层作为负电极，其中，所述正电极与所述负电极通过绝缘物隔离，构成开路状态，并在空间保持预定的物理距离，或者，所述正电极与所述负电极通过电阻性材料相连接。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述内镜电极电缆的直径小于所述电缆的直径。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制设备中包括放大电路和输出电路，所述放大电路的输出阻抗与所述输出电路的输入阻抗匹配，所述输出电路的输出阻抗与所述电缆的输入阻抗匹配。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述内镜电极为多层同轴结构，由轴心到外层依次为金属电极、隔离层、金属导体屏蔽层和绝缘层外皮。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述多层同轴结构外层套有符合预设挠性和刚性的光滑的有机高分子材料套管。
6.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述电缆的输出阻抗与所述内镜电极电缆的输入阻抗匹配，所述内镜电极电缆的输出阻抗与所述内镜电极的等效负载阻抗匹配，所述内镜电极的等效负载阻抗是所述内镜电极的金属电极与所述内镜电极工作时所处的液体环境及所述屏蔽层构成回路的等效负载阻抗。
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