CN108601606B - 混合冷等离子体束射流与大气 - Google Patents

Abstract

本公开内容涉及一种用于在电外科应用中产生等离子体的电外科设备。该电外科设备包括设置在电外科设备的管的远端部分上的端部效应器。该端部效应器使环境空气与惰性气体混合以便增加自由基种类的产生。在本公开内容的一个方面中，该端部效应器包括设置在管的远端端部上的柱形增强器，其中，一个或多个倾斜叶片设置在柱形增强器与管之间。在本公开内容的另一方面中，该端部效应器包括设置在管的远端端部分的壁的内表面上的一个或多个倾斜叶片。在本公开内容的另一方面中，该端部效应器包括在管的远端端部的壁上的一个或多个平流孔口。

Description

混合冷等离子体束射流与大气

优先权

本申请要求2015年12月2日提交的名称为“DEVICES, SYSTEMS AND METHODS FORIMPROVED MIXING OF COLD PLASMA BEAM JETS WITH AMBIENT ATMOSPHERE FOR ENHANCEDPRODUCTION OF RADICAL SPECIES（用于改进冷等离子体束射流与环境大气的混合以用于提高自由基种类的产生的装置、系统以及方法）”的美国临时专利申请第62/261,914号的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文。

背景技术

技术领域

本公开内容大体上涉及电外科以及电外科系统和设备，并且更加具体地涉及用于改进冷等离子体束射流与环境大气的混合以提高自由基种类的产生的装置、系统以及方法。

相关领域的描述

高频电能已经被广泛地用在外科手术中并且通常被称为电外科能量。电外科能量用来切割组织以及使体液凝结。

电外科器械通常包括“单极”装置或者“双极”装置。单极装置包括在电外科器械上的有效电极，以及附接至患者的返回电极。在单极电外科装置中，电外科能量流过器械上的有效电极，通过患者的身体到达返回电极。这种单极装置在需要切割和使组织凝结以及杂散电流不会对患者产生实质危险的外科手术中是有效的。

双极装置包括在外科器械上的有效电极和返回电极。在双极电外科装置中，电外科能量通过有效电极流至患者的组织，经过通过组织的短距离直至返回电极。电外科效应基本上局限在置于外科器械上的两个电极之间的小的组织区域。已经发现的是，双极电外科装置对于杂散电流可能对患者造成危险或者其它手术问题要求有效电极和返回电极紧密靠近的外科手术是有效的。涉及双极电外科装置的外科手术通常要求与涉及单极电外科装置的方法和步骤基本上不同的方法和步骤。

气体等离子体是能够传导电能的电离气体。等离子体在外科装置中被用于将电外科能量传导至患者。等离子体通过提供具有相对低的电阻的路径来传导能量。电外科能量将流过等离子体以便切割、凝结、干燥或者电灼患者的血液或组织。电极与被治疗的组织之间不需要物理接触。

不包含调节气体源的电外科系统能够使有效电极与患者之间的环境空气电离。由此创建的等离子体将把电外科能量传导至患者，但是与具有被调节的可电离气体流的系统相比，等离子体通常看上去在空间上更为分散。

已经发现大气压力放电冷等离子体施加器用在各种应用中，包括表面灭菌、止血以及肿瘤切除。通常，简单的外科手术刀用于切除问题组织，随后使用冷等离子体施加器以用于烧灼、灭菌和止血。已经开发了用于开放式手术和内窥镜手术的冷等离子体束施加器。

发明内容

用于改进冷等离子体束射流与环境大气的混合以提高自由基种类的产生的装置、系统以及方法被提供。

根据本公开内容的一个方面，一种电外科设备被提供，该电外科设备包括：壳体，该壳体具有从其延伸通过的通道；气体流管，该气体流管具有近端端部和远端端部，气体流管至少部分地设置在壳体的通道中；以及电极，该电极设置在流管内并且被构造为被通电以便在惰性气体流过气体流管时在气体流管的远端端部处形成等离子体，其中，气体流管的远端端部包括端部效应器，该端部效应器被构造为将环境空气与惰性气体混合以便增加等离子体中的自由基种类产生。

在另一方面中，端部效应器包括设置在气体流管的远端端部周围的柱形增强器，该柱形增强器包括远端端部和近端端部，柱形增强器的远端端部和近端端部的每一个包括开口，其中，当惰性气体流过气体流管时，柱形增强器被构造为形成文丘里效应以便将环境空气抽吸到柱形增强器的近端开口中以使环境空气与惰性气体混合。

在又一方面中，柱形增强器包括设置在柱形增强器的内表面上的至少一个第一倾斜叶片，该至少一个第一倾斜叶片被构造为将切向速度分量赋予被抽吸到柱形增强器的近端开口中的环境空气。

在一个方面中，气体流管包括设置在气体流管的内表面上的至少一个第二倾斜叶片。

在另一方面中，至少一个第一倾斜叶片与至少一个第二倾斜叶片在不同的方向上倾斜。

在又一方面中，端部效应器包括设置在气体流管的内表面上的至少一个倾斜叶片，该至少一个倾斜叶片被构造为将切向速度分量赋予惰性气体。

在又一方面中，端部效应器包括在气体流管的壁的远端部分中的至少一个平流孔口。

在另一方面中，端部效应器包括联接至气体流管的至少一个偏转罩，该至少一个偏转罩被构造为至少部分地覆盖至少一个平流孔口。

在又另一方面中，端部效应器包括设置在气体流管的内表面上的至少一个倾斜叶片。

在又一方面中，端部效应器包括设置在气体流管的远端端部周围的柱形增强器，该柱形增强器包括在柱形增强器的内表面上的在直径上相对的至少两个倾斜叶片，以便将切向速度分量赋予被抽吸到柱形增强器中的环境空气。

根据本公开内容的另一方面，一种电外科设备被提供，该电外科设备包括：壳体，该壳体具有从其延伸通过的通道，壳体具有近端端部和远端端部；导电管，该导电管具有近端端部和远端端部，导电管至少部分地设置在壳体的通道中；绝缘外管，该绝缘外管具有近端端部和远端端部，外管设置在导电管周围，其中，外管的近端端部联接至壳体的远端端部，导电管能够沿着壳体和外管的纵向轴线移动；以及电极，该电极联接至导电管的远端端部，其中，在导电管的第一位置中，电极延伸超出外管的远端端部，并且在导电管的第二位置中，电极缩回在外管内并且经由导电管被通电，以便在惰性气体流过导电管时形成等离子体，其中，绝缘外管的远端端部包括端部效应器，该端部效应器被构造为将环境空气与惰性气体混合以便增加等离子体中的自由基种类产生。

附图说明

当结合附图来看如下详细描述时，本公开内容的上述和其它方面、特征以及优点将变得更加明显，在附图中：

图1是根据本公开内容的实施例的示例性单极电外科系统的图示；

图2A是根据本公开内容的实施例的电外科设备的示意图；

图2B是沿着线A-A截取的图2A中示出的电外科设备的横截面图；

图3A是根据本公开内容的实施例的电外科设备的放大横截面图；

图3B图示了沿着线B-B截取的图3A中示出的电外科设备的正视图；

图4是在图3A中示出的具有延伸的刀片的电外科设备的放大横截面图；

图5A图示了根据本公开内容的实施例的具有置于气体流管中的居中安装的电极的电外科设备；

图5B是根据本公开内容的实施例的沿着线C-C截取的图5A中示出的电外科设备的横截面图；

图6A图示了根据本公开内容的实施例的示例性设置以便观察直接放电施加器的等离子体束；

图6B图示了在图6A中示出的直接等离子体束的昏暗的特写视图；

图6C图示了用于小直径管和大直径管的扩散长度的比较；

图7图示了根据本公开内容的实施例的在冷等离子体束施加器上使用增强器来提高环境空气与载体气体的混合；

图8图示了根据本公开内容的实施例的用于提高环境空气与载体气体的混合的冷等离子体束施加器的出口喷嘴内的倾斜叶片；

图9图示了根据本公开内容的实施例的包括设置在外管内的倾斜叶片的图2A的电外科设备；

图10图示了根据本公开内容的实施例的具有用于提高环境空气与载体气体的混合的平流孔的冷等离子体束施加器的出口喷嘴。

应理解的是，（多个）附图是出于图示本公开内容的概念的目的并且不一定是用于说明本公开内容的唯一可能构造。

具体实施方式

下文将参照附图对本公开内容的优选实施例进行描述。在以下描述中，未对公知的功能或者构造进行描述以便避免使不必要的细节使得本公开内容不清楚。在附图和以下描述中，术语“近端”常规上将表示更靠近使用者的装置（例如，器械、设备、施加器、手持件、钳子等）的端部，而术语“远端”表示远离使用者的端部。在本文中，短语“联接”被定义为意指直接地连接或者通过一个或多个中间部件间接地连接。这样的间接部件可以包括基于硬件和软件的部件。

医用冷等离子体射流束的效应能够宽泛地被归为两类。第一类包括迅速的效应，通常用在外科手术中。这涉及凝结、血管密封和止血、切除术和通过切除来去除块状组织、以及感染原消灭。该迅速的效应源自电子和离子轰击、高电场、局部热效应、以及少量紫外线光产生，这单独地或者一同发生作用。

第二类涉及延迟和/或延长的医学和生物效应。其包括持续的感染原消灭和失活、刺激伤口愈合、癌症治疗、以及免疫系统更新。这些效应源自通过等离子体束与环境空气的成分（包括氧气、氮气以及水蒸气）的相互作用而产生自由基种类。所产生的自由基种类包括活性氧类（ROS）、活性氮类（RNS）、以及活性氧-氮类（RONS）。

这些活性种类溶解到组织的含水成分和/或施加了冷等离子体束的细胞间和细胞内流体中。它们产生可溶种类，诸如，一氧化氮（NO）和更高的氮氧化物（NXOY）、羟基（OH-）、以及过氧化氢（H2O2）。在已经停止暴露于等离子体束本身之后很久，所溶解的自由基种类还会提供延迟和延长的生物效应。要注意的是，由于它们的溶液的移动性，这些可溶自由基种类的效应能够在远离等离子体束施加点的相当远的距离处展现。等离子体激活介质（PAM）也能够通过等离子体束在含水介质上的作用来制备，并且所制备的PAM然后能够单独地且独立于等离子体束使用。

能够通过将各种大气成分预混合到等离子体束载体气体中来提高等离子体束形成的自由基种类的产生速率，但这需要专门制备的预混气体供应源。替代方案可以是提高等离子体束与周围环境空气的相互作用。利用紧密围绕等离子体束的环境空气，通过碰撞、电荷交换、以及存在于等离子体束中的高电场来产生活性种类。环境空气与等离子体束的外围的相互作用的程度越大，自由基种类的产生速率就越大。

环境空气与等离子体束的载体气体的混合的程度存在限制。例如，在等离子体束射流和环境空气的外边界处的太多湍流能够使等离子体束扭曲，从而引起束结构限定的损失，并且限制在束至目标部位的精确施加。同样，空气对等离子体束载体气体（通常是氦气、氩气、或者这两者的混合）的太多稀释会增加击穿电压。这可能导致更短的等离子体束。由于环境空气与等离子体束的混合伴随着放电的长度发生，并且该过程产生期望的自由基种类，所以可能存在衰减返回点。换言之，与环境空气高度混合的较短的束可能产生比最佳混合的较长的束更少的自由基种类。

大气压力冷等离子体放电束射流通常由两种机制中的一种形成。第一个被称为“局部”放电，其中，主要的等离子体放电限于等离子体施加器手持件。流动载体气体抽出余晖（afterglow），该余晖形成从施加器手持件的出口喷嘴末端出现的可见束。该局部放电施加器通常具有在出口喷嘴末端的外围周围的基环并且在手持件内完成等离子体放电电路。

第二类冷等离子体施加器具有居中安装的电极丝，该电极丝定位在绝缘管的纵向轴线下面。在与Konesky共同共有的美国专利第7,316,682号中示出和描述了具有居中安装的电极丝的示例性冷等离子体施加器，下文将关于图1、图5A和图5B对其细节进行描述。该电极丝也可以被压平成切割刀片，当缩回到绝缘管中时，该切割刀片用作电极。在与Rencher等人共同拥有的美国专利第9,060,765号中示出和描述了具有被构造为切割刀片的电极的示例性冷等离子体施加器，下文将关于图2A至图4对其细节进行描述。无论施加器的构造，电极都被保持在高电压和高频率下（相应地通常从几百伏特至几千伏特，以及从几千赫兹至几兆赫兹）。流过管和流过电极的惰性载体气体产生从电极的末端至目标施加位置的发光放电路径。该放电路径从施加器手持件的出口末端至目标施加点直接出现，因此可以说其是“直接”放电施加器。

图1示出了总体被指示为10的示例性单极电外科系统，包括：总体被指示为12的电外科发生器（ESU）以便生成用于电外科设备10的功率；以及总体被指示为14的具有居中安装的电极丝的冷等离子体施加器或者发生器以便生成等离子体流或束16并且将其施加至静置于导电板或者支撑表面22上的患者20的手术位置或者目标区域18。电外科发生器12包括总体被指示为24的变压器，该变压器包括联接至电源（未示出）的初级和次级以便向冷等离子体施加器14提供高频电能。通常，电外科发生器12包括不参考任何电位的隔离浮动电位。因此，电流在有效电极与返回电极之间流动。如果输出没有被隔离，而是参考“大地”，则电流能够流向具有地电位的区域。如果这些区域与患者的接触表面相对小，则能够发生不期望的燃烧。

冷等离子体施加器14包括手持件或保持器26，该手持件或保持器26具有电极28，该电极28至少部分地设置在流体流壳体29内并且联接至变压器24以便从其接收高频电能，从而至少部分地电离被进给至手持件或保持器26的流体流壳体29的稀有气体以生成或创建等离子体流16。高频电能从变压器24的次级通过有效导体30被馈送至手持件26中的电极28（统称为有效电极）以便创建等离子体流16以用于施加至患者20上的手术位置18。此外，与电极28串联的电流限制电容器25被提供以便限制被递送至患者20的电流的量。

电外科发生器12的返回路径通过患者20的组织和体液、导体板或者支撑构件22以及返回导体32（统称为返回电极）到达变压器24的次级以便完成隔离的浮动电位电路。

在另一实施例中，电外科发生器12包括不参考任何电位的隔离非浮动电位。等离子体流通过患者20的组织和体液流回至电外科发生器12。从此处起，通过组合的外部电容至冷等离子体施加器手持件26、外科医生并且通过位移电流来完成返回电流电路。除了其他的以外，电容由患者20的物理尺寸确定。在与Konesky共同拥有的美国专利第7,316,682号中描述了这种电外科设备和发生器，其全部内容以引用的方式并入本文。

应理解的是，变压器24可以设置在冷等离子体施加器手持件26中，如下文将在各个实施例中描述的。在该构造中，其它变压器可以设置在发生器12中以用于向手持件中的变压器（例如，降压变压器、升压变压器或者其任何组合）提供适当的电压和电流。

参照图2A，其图示了根据本公开内容的具有被构造为切割刀片的电极丝的冷等离子体施加器。在与Rencher等人共同拥有的美国专利第9,060,765号中描述了这种冷等离子体施加器，其全部内容以引用的方式并入本文。通常，施加器100包括：壳体102，壳体102具有近端端部103和远端端部105；以及管104，管104具有开放的远端端部106以及联接至壳体102的远端端部105的近端端部108。壳体102包括右侧壳体110和左侧壳体112，并且进一步包括按钮114和滑动件116的设置。滑动件116的致动将在管104的开放的远端端部106处露出刀片118。按钮114的致动将向刀片118施加电外科能量，并且在一些实施例中，使得气体能够流过流管122，如下文将详细地描述的。要意识到的是，壳体102被构造为由使用者握持以便在外科应用中使用和操纵施加器100。

此外，变压器120设置在壳体102的近端端部103上以用于将射频（RF）能量源联接至施加器100。通过将变压器120设置在施加器100中（与将变压器定位在电外科发生器中相对），与变压器更远地定位在发生器中时所需的电压和电流相比，施加器100的功率来自更高的电压和更低的电流，这导致较低的热化效应。相反地，回到发生器中的变压器产生具有更大热化效应的较低电压、较高电流的施加器功率。因此，通过将变压器120设置在设备100中，使得对在手术部位的组织的附带损害最小化。然而，要意识到的是，本公开内容设想了取决于手术或者期望效应而将变压器设置在手持件或者发生器中的实施例。

在图2B中示出了施加器100沿着线A-A的横截面图。设置在壳体102和管104内的是流管122，流管122沿着设备100的纵向轴线伸展。在流管122的远端端部124上，刀片118保持在流管122内。流管122的近端端部126经由管连接器128和柔性管状件129联接至气体源（未示出）。流管122的近端端部126还经由插塞130联接至RF能量源，在一个实施例中，插塞130联接至变压器120，并且在另一个实施例中，插塞130联接至设置在电外科发生器中的变压器。流管122由导电材料（优选地是不锈钢）制成，以便当用于等离子体施加或者电外科切割时将RF能量传导至刀片118，如下文将描述的。外管104由非导电材料（例如，Lestran）构造而成。延伸通过壳体102中的孔口的滑动件116经由保持套环132联接至流管122。印刷电路板（PCB）134设置在壳体102中并且经由按钮114来控制来自变压器120的RF能量的施加。

在图2B中还图示了外管104的远端端部106的放大图。在此，刀片118联接至流管122，流管122由至少一个密封件136在外管104中保持就位。至少一个密封件136防止气体回流到管104和壳体102中。柱形陶瓷插入件138设置在外管104的远端端部中以便沿着设备或者施加器100的纵向轴线维持刀片并且当刀片露出超出外管104的远端端部106时在机械切割期间提供结构支撑。

现在将关于图3A和图3B对设备或者施加器100的操作方面进行描述，其中，图3A示出了设备的放大横截面图并且图3B图示了设备的正视图。

参照图3A，流管122设置在外管104中，其中，柱形绝缘体140设置在流管122周围。滑动件116联接至绝缘体140（或者在其它实施例中联接至流管122）并且用于通过使流管122滑动而使刀片118延伸和缩回。在外管104的远端端部106处，环形或者环状密封件136和柱形陶瓷插入件138设置在流管122周围。如能够在图3B中看到的，大体上平坦的刀片118联接至柱形流管122的内圆周以使得两个气体通道142、144形成在刀片118的两侧上。在气体从壳体的近端103流过流管122时，气体将经过刀片118从外管104的远端端部离开。

当刀片处于如图3A中示出的缩回位置中时，施加器100适合用于生成等离子体。在缩回位置中，RF能量经由流管122从电外科发生器（未示出）传导至刀片118的末端146。然后惰性气体（诸如，氦气或者氩气）经由管连接器128从电外科发生器或者外部气体源被供应至流管122。在惰性气体在保持在高压和高频下的刀片118的尖点146上流动时，冷等离子体束被生成。

参照图4，刀片118经由滑动件116前进，因此末端146延伸经过外管104的远端端部106。在该状态下，刀片118可以用于两种切割模式：机械切割和电外科切割。在机械切割模式中，RF或者电外科能量没有被施加至流管122或者刀片118，并且因此刀片118处于断电状态。在该模式中，刀片118能够用于经由机械切割来切除组织，即，类似于常规手术刀，其中，刀片与组织接触。在组织被去除之后，刀片118可以经由滑动件116缩回并且可以经由按钮114来施加电外科能量和气体以便生成用于对患者手术位置进行烧灼、灭菌和/或止血的冷等离子体束。

参照图5A，其图示了根据本公开内容的冷等离子体施加器，该冷等离子体施加器具有设置在气体流管中的居中安装的电极，例如，丝电极。通常，施加器200包括壳体202和气体流管204，壳体202具有近端端部203和远端端部205，气体流管204具有开放的远端端部206和经由壳体202内部的管联接至气体源的近端端部208（在图5B中示出），如下文将描述的。要意识到的是，气体流管至少部分地设置在延伸通过壳体202的通道中。此外，要意识到的是，在该实施例中，气体流管204可以由绝缘材料或者其它非导电材料制成。

壳体202包括右侧壳体210和左侧壳体212，并且进一步包括按钮214的设置。按钮214的致动将施加电外科能量至电极218（在图5B中示出），并且在一些实施例中，使得气体能够流过气体流管204，如下文将详细的描述的。额外地，在一个实施例中，变压器220设置在壳体202的近端端部203上以用于将射频（RF）能量源联接至施加器200。在另一实施例中，变压器设置在电外科发生器中，并且近端端部203包括用于从发生器接收RF能量的连接部230。要意识到的是，壳体202被构造为由使用者握持以便在外科应用中使用和操纵施加器200。

在图5B中示出了施加器200的沿着线C-C的横截面图，其中，为了清晰起见，一些部件已经被去除。设置在壳体202的通道内的是气体流管204，气体流管204沿着设备200的纵向轴线伸展。电极218设置在气体流管204内。在一个实施例中，电极218是居中地安装在气体流管204内的导电线，以使得电极218的远端末端219凹进在气体流管204的开放的远端端部206内。电极218沿着气体流管204内的纵向轴线从气体流管204的远端端部206延伸至气体流管204的近端端部208。气体流管204的近端端部208经由管连接器228和柔性管状件229联接至气体源。尽管未示出，但电极218经由插塞230联接至RF能量源，插塞230联接至变压器220（或者联接至电外科发生器中的变压器）。印刷电路板（PCB）234设置在壳体202中并且经由按钮214来控制RF能量至电极218的施加。

尽管在上文关于施加器100和200描述的各个实施例中，壳体102、202被示出为具有大体上直的柱形形状以便由使用者抓持，但要意识到的是，在其它实施例中，壳体102、202可以以其它形状进行构造以便由使用者不同地抓持。例如，在另一实施例中，壳体102、202可以以枪抓持构造进行构造。在该实施例中，壳体102、202包括从壳体102或者流管122、204的纵向轴线垂直延伸的抓持部，其中，该抓持部被构造为由使用者抓住或者握持。抓持部可以包括触发器和/或一个或多个按钮，该一个或多个按钮可以被分配按钮114、214以及滑动件116的功能。

此外，尽管变压器120、220被示出为设置在壳体102、202的近端端部103、203上，但要意识到的是，在其它实施例中，施加器100、200可以被构造为使得变压器120、220设置在施加器100、200外部。例如，在一个实施例中，变压器120、220可以从施加器100、200上被移除并且施加器100、200可以联接至包括变压器24的电外科发生器（诸如，ESU12）以便接收待提供至刀片118或者电极218的RF能量。要意识到的是，变压器120、220可以根据需要设置在ESU12中以便将适当的RF能量供应至施加器。

在上文描述的两类冷等离子体施加器中（例如，包括居中安装的电极丝的施加器14和施加器200，以及包括可缩回刀片电极的施加器100），只有少部分惰性载体气体被电离，通常在千分之一至百万分之一之间。绝大多数载体气体流未被电离，并且实际的束放电路径形成整个射流束的内部核心，其中，非电离气体在射流束周围形成柱体或者护套。在图6A和图6B中图示了该效应。在此，直接式施加器251（如上文关于图2A至图4所描述的）被示出为具有用作电极的缩回的平坦外科手术刀片。涂有透明铟锡氧化物（ITO）的玻璃载片253用作目标施加位置。导电性ITO接地并且提供沿由施加器251发出的等离子体束259的束轴线向上的视图。在图6A中示出了用于观察等离子体束的整体设置，并且在图6B中示出了直接等离子体束的昏暗的特写视图。

从设置在直接放电施加器手持件251的远端端部处的出口喷嘴255流出的惰性载体气体占据喷嘴255的整个内径257。然而，能够在图6B中看到，实际的等离子体放电束259仅占据该内径的内部部分。换言之，发光的放电束被未电离的载体气体的护套261包围。这呈现出扩散屏障，环境空气分子必须经过该扩散屏障以到达等离子体束259，并且然后与等离子体束259相互作用以生成自由基种类。在同等条件下，施加器出口喷嘴255关于等离子体放电束直径的内径257越大，自由基种类的产生速率就越低，如在图6C中所示。

参照图6C，其示出了与大直径绝缘管施加器267进行并排比较的小直径绝缘管施加器265。等离子体束269被示出为在载体气体271经过对应管到达目标表面273时从电极268生成。载体气体的护套或者柱体包围等离子体束269，其中，柱体275包围小直径绝缘管施加器265中的等离子体束269，并且柱体277包围大直径绝缘管施加器267中的等离子体束269。如能够从图6C看到的，施加器出口喷嘴（例如，绝缘管的远端端部）的内径越大，包围等离子体放电束的载体气体的护套或者柱体就越厚（即，柱体277大于柱体275），因而阻碍环境空气到达等离子体束并且减小自由基种类的产生速率。

应该注意的是，为了公平比较，应该考虑的是不同直径管的相等喷嘴载体流速，而不是相等的流率。如果将相等的流率用于比较，则较大直径管将由于较大的横截面面积而具有明显较低流速。这会允许环境空气有更多时间来朝向等离子体束扩散，并且减小自由基种类生产速率的显著差异。

理想地，气体流管的出口喷嘴应该被制作得尽可能小以便使自由基产生最大化。然而，还存在其它考虑因素。在许多外科手术中，流动气体还用于从手术位置带走废热，从而减小对周围组织的附带损害。当将氦气用作载体气体时，情况尤其如此，这是由于氦气的高导热性。因此，必须在自由基种类产生最大化与使手术部位的附带损害最小化的需要之间做出折衷。同样，当使管直径小到使得对于给定最小流量会从高气体速度引起湍流时，就达到了极限。这对于束稳定性和使束准确地指向给定目标位置的能力具有负面影响。

用于提高自由基种类产生的替代方案在于：改进环境空气在等离子体放电周围的载体气体流中的混合，同时不会牺牲束稳定性。这能够采取两种方案，其均依赖于对载体气体柱体（在其离开载体气体流管的远端端部处的喷嘴时）与周围环境空气之间的通常为层状的流动边界的修改。通过使得该边界呈非层状，混合被改进。如下文将描述的，这些方案可以通过如下方式被并入到上文描述的施加器14、100和200中：根据本公开内容在施加器中的每一个的远端部分（例如，流体流壳体29、管104的远端端部106、和/或管204的远端端部206）中包括端部效应器（end effector）以便增加自由基种类的产生。要意识到的是，端部效应器可以是设置在施加器的远端端部上的单独的部件或装置，或者也可以包含并入到施加器的部件（诸如但不限于，气体流管、绝缘外管等）中的设计构造，如下文将更加详细的描述的。

一种方案是引起周围环境空气的切向流速分量，或者换言之，使空气在惰性气体柱体周围旋动，由此提高混合。这让这能够利用添加辅助同轴流管以及相关联的附加气体（空气）进给管线来完成，但更简单的方案是依赖于载体气体柱体的流速来引起或者“增强”周围环境空气的流动，如在图7中所示。用作施加器的端部效应器的大体上柱形的增强器301设置在出口喷嘴303（其容置电极318）或者施加器的流管的远端端部上，例如，如在图1中示出的流体流壳体29的远端端部、或者如在图2A和图2B中示出的施加器100的管104的远端端部106、或者如在图5A和图5B中示出的施加器200的远端端部206。在一个实施例中，端部效应器或者柱形增强器301包括倾斜叶片305、307。

如在图7的横截面图中看到的，柱形增强器或者端部效应器301包括远端端部313和近端端部315，其中，各端部313、315包括开口。柱形增强器301设置在出口喷嘴303的远端端部304上，以使得出口喷嘴303的远端端部304凹进柱形增强器301的内部。

如在图7的正视图中看到的（即，看向施加器的远端端部），倾斜叶片305包括第一部分312和第二部分314，其中，第一部分312相对于第二部分314倾斜。倾斜叶片307包括第一部分306和第二部分308，其中，第一部分306相对于第二部分308倾斜。在一个实施例中，倾斜叶片305、307设置在增强器301与出口喷嘴303之间的环形空间中，以使得倾斜叶片305、307分别联接至柱形增强器301的壁的内表面和出口喷嘴303的壁的外表面。

柱形增强器301和倾斜叶片305、307被构造为使得当惰性载体气体离开出口喷嘴303的远端端部304时，柱形增强器301形成文丘里效应以便通过柱形增强器301的近端端部315中的开口来抽吸环境空气，其中，被抽吸到柱形增强器301的内部中的环境空气与离开出口喷嘴303的远端端部304的惰性载体气体进行混合。当环境空气被抽吸到柱形增强器301的内部中时，倾斜叶片305、307被构造为将切向速度分量（由图7中示出的正视图中的字母A指示）赋予通过增强器301抽吸的环境空气。

要意识到的是，尽管示出了两个倾斜叶片，但叶片的数量可以少于两个或者多于两个。此外，要意识到的是，尽管倾斜叶片305、307在图7的正视图中被示出为处于在直径上相对的位置中，但倾斜叶片305、307可以在柱形增强器301与出口喷嘴303之间的环形空间内相对于彼此放置在其它位置中。

在一些实施例中，柱形增强器301和倾斜叶片305、307可以作为端部效应器被包括在上文描述的施加器100、200中。例如，柱形增强器301可以设置在外管104的远端端部106上，其中，倾斜叶片305、307分别联接至柱形增强器301的壁的内表面和外管104的壁的外表面。作为另一示例，柱形增强器301可以设置在气体流管204的远端端部206上，其中，倾斜叶片305、307的每一个联接至柱形增强器301的壁的内表面和气体流管204的壁的外表面。以此方式，当柱形增强器301作为端部效应器被包括在管104、204的远端端部106、206上并且通过每个管104、204来提供惰性载体气体且该惰性载体气体离开每个管104、204的远端端部106、206时，柱形增强器301被构造为（通过近端端部315中的开口）将环境空气抽吸到柱形增强器301的内部。此外，倾斜叶片305、307被构造为将切向速度分量赋予被抽吸到柱形增强器301的内部中的环境空气，以便使环境空气与离开管104、204的远端端部106、206的惰性载体气体进行混合以增加自由基种类的产生。

替代方案是将施加器（诸如，施加器14、100、200）的端部效应器构造为与环境空气相反地将切向速度分量引至载体气体柱体。例如，参照图8，其示出了根据本公开内容的施加器（诸如，施加器14、100、200中的任一个）的出口喷嘴403的正视图和横截面图。在图8中示出的实施例中，施加器的端部效应器包括倾斜叶片405、407。在该实施例中，倾斜叶片405、407被放置在容置电极418的出口喷嘴403内。倾斜叶片405、407的每一个包括第一部分和第二部分，其中，倾斜叶片405包括相对于第二部分414倾斜的第一部分412，并且倾斜叶片407包括相对于第二部分408倾斜的第一部分406。在一个实施例中，倾斜叶片405、407联接至出口喷嘴403的壁的内表面。

倾斜叶片405、407被构造为将切向速度分量赋予在图8的正视图中正离开喷嘴403的惰性载体气体（其中，该切向速度分量由字母“A”表示）。再次，重要的考虑因素在于不要引起通过湍流而危害到等离子体束稳定性的太大的切向速度。被赋予至惰性载体气体上的切向速度分量使得惰性载体气体与出口喷嘴403的远端端部413外的环境空气进行更加有效地混合以便增加自由基种类的产生。尽管在图8中示出了两个倾斜叶片405、407，但要意识到的是，在其它实施例中，多于或者少于两个的倾斜叶片可以设置在出口喷嘴403的内表面上以便将切向速度分量赋予至离开喷嘴403的惰性载体气体上。

如上文所陈述的，倾斜叶片405、407可以是任一施加器14、100、200中包括的端部效应器的一部分以便增加自由基种类的产生。例如，在一个实施例中，叶片405、407可以设置在如图1中示出的流体流壳体29的远端端部的内表面上。在另一实施例中，叶片405、407可以设置在施加器200的管204的远端端部206的壁的内表面上。在该实施例中，当通过管204提供惰性气体时，在惰性气体离开管204的远端端部206时，叶片405、407被构造为将切向速度分量赋予至惰性气体上。被赋予至惰性气体上的切向速度分量使得惰性气体与管204的远端端部206外的环境空气更加有效地混合，因此增加自由基种类的产生。

在另一实施例中，叶片405、407可以设置在施加器100的管104的远端端部106的壁的内表面上。参照图9，其示出了根据本公开内容的包括具有倾斜叶片405、407的端部效应器的施加器100的正视图和局部横截面图。如在图9中所示，在该实施例中，倾斜叶片405、407的每一个联接至外管104的内表面。倾斜叶片405、407定位在外管104的内部内，以使得导电管122可以前进直到导电管122与倾斜叶片405、407相遇，而叶片405、407不干扰或者接触刀片118。此外，在该实施例中，刀片118的长度被构造为使得当导电管122前进时，刀片118能够前进经过外管104的远端端部106以用于电外科切割或者机械切割。要意识到的是，尽管叶片405、407在图9中被示出为联接至外管104的内表面，但在其它实施例中，叶片405、407可以联接至陶瓷插入件138的内表面或者导电管122的内表面。

在图9中示出的实施例中，当通过导电管122将惰性气体提供至外管104的远端端部106时，叶片405、407被构造为将切向速度分量赋予至惰性气体上。被赋予至惰性气体上的切向速度分量使得惰性气体与管104的远端端部106外的环境空气更加有效地混合以便增加自由基种类的产生。

在另一实施例中，端部效应器被构造为在施加器（诸如，施加器14、100、200中的一个）的外管的壁中的一个或多个平流孔口，以便将空气引入到惰性载体气体柱体的外围中。例如，参照图10A，施加器（诸如，施加器14、100、200）的出口喷嘴503被示出为包括设置在容置电极518的出口喷嘴530的壁上的一系列小平流孔口509。平流孔口509被构造为使得当惰性载体气体经过出口喷嘴503并且离开出口喷嘴503的远端端部513时，惰性载体气体经过平流孔口509并且来自出口喷嘴503外部的环境空气被抽吸通过平流孔口509（经由文丘里效应）并且进入出口喷嘴503的内部。以此方式，通过平流孔口509被抽吸到喷嘴503的内部中的环境空气与喷嘴503的内部中的惰性载体气体进行混合以便增加自由基种类的产生。

要意识到的是，每个孔口509的直径的设计以及放置对于特定载体气体流率敏感，即，每个孔口509的直径能够对于所选择的载体气体流率而定制或者构造。孔直径太大或者孔太多都可能使得载体气体从孔口509溢出而不是提供空气平流。

在图10B中图示了更加稳健的设计，该设计依赖于文丘里过程以便在更大范围的载体气体流上提供空气平流。在图10B中示出的实施例中，每个平流孔509由设置在喷嘴503的内表面上的偏转罩511部分地覆盖。在该实施例中，由于可以基于载体气体流率而根据需要来选择和构造由偏转罩511覆盖的孔口509的面积，所以可以采用更大范围的载体气体流率。

平流孔口509和/或偏转罩511可以是任一施加器14、100、200中包括的端部效应器的一部分以便增加自由基种类的产生。例如，在一个实施例中，平流孔口509和/或偏转罩511可以定位在如图1中示出的流体流壳体29的远端端部处。在另一实施例中，平流孔口509和/或偏转罩511可以在远端端部106处定位在施加器100的管104的壁中。在施加器100的另一实施例中，孔口509可以延伸通过外壁104和陶瓷插入件138的壁。在又一实施例中，平流孔口509和/或偏转罩511可以定位在施加器200的管204的壁中。平流孔口和/或偏转罩的其它构造和放置也被想到落于本公开内容的范围内。

作为示例，当包括孔口509和/或偏转罩511的端部效应器与施加器100一起使用时（即，孔口509和偏转罩511设置在管104的远端端部106的壁中），惰性气体通过导电管122（当相对于管104处于缩回位置中时）来提供并且通过管104的远端端部106的开口离开。当惰性气体经过管104中的平流孔口509和/或偏转罩511时，平流孔口509和/或偏转罩511被构造为利用文丘里效应而将环境空气从管104的外部抽吸至管104的内部。以此方式，由平流孔口509抽吸的环境空气在管104的远端端部106处与惰性气体更加有效的混合以便增加自由基种类的产生。

在另一示例中，当包括孔口509和/或偏转罩511的端部效应器与施加器200一起使用时（即，孔口509和偏转罩设置在管204的远端端部206的壁中），惰性气体通过管206来提供并且通过管204的远端端部206的开口离开。当惰性气体经过管204中的平流孔口509和/或偏转罩511时，平流孔口509和/或偏转罩511被构造为利用文丘里效应来将环境空气从管204的外部抽吸至管204的内部。以此方式，由平流孔口509抽吸的环境空气在管204的远端端部206处与惰性气体更加有效的混合以便增加自由基种类的产生。

要意识到的是，在一些实施例中，上面关于图7至图10描述的各种端部效应器的混合策略可以进行组合以便提高自由基种类的产生。例如，在一个实施例中，端部效应器可以包括具有叶片405、407的平流孔口509（和/或偏转罩511）。在该实施例中，平流孔口509（和/或偏转罩511）在远端端部106、206处设置在管104、204的壁中，并且叶片405、407在远端端部106、206处设置在管104、204的壁的内表面上。在另一实施例中，端部效应器可以包括柱形增强器301，该柱形增强器301具有叶片305、307和叶片405、407。在该实施例中，柱形增强器301设置在管104、204的远端端部106、206上，其中，叶片305、307设置在柱形增强器301与管104、204之间，并且叶片405、407在远端端部106、206处设置在管104、204的壁的内表面上。要意识到的是，在该实施例中，叶片305、307和叶片405、407可以在相同方向上倾斜。替代地，在该实施例中，叶片305、307与405、407可以在相反的方向上倾斜。

要意识到的是，所示和所述的各种特征是可互换的，即，在一种实施例中示出的特征可以并入到另一实施例中。

虽然已经参考本公开内容的一些优选实施例示出和描述了本公开内容，但本领域的技术人员将理解的是，形式和细节的各种改变可以在本文中做出，而不脱离如所附权利要求限定的本公开内容的精神和范围。

此外，尽管以上文本阐明了多种实施例的详细描述，但应当理解的是，本发明的法律范围由在本专利结束处阐明的权利要求的词语限定。详细描述应当看作是仅为示例性的，并且不描述每个可能的实施例，因为描述每个可能的实施例将是不实际的，如果并非不可能。人们可以使用当前的技术或本专利提交日期之后开发出的技术来实施许多备选实施例，这将仍落入权利要求的范围内。

还应理解的是，除非在本专利中使用句子“当在本文中使用时，术语‘____’在此被限定为意指…”或类似句子来明确限定一个术语，否则不意在将该术语的意义明确地或暗示地限制为超过其普通或常规意义，并且该术语不应当理解为限制在基于在本专利的任何段落(除权利要求的语言外)中做出的任何陈述的范围中。为了本专利结束处的权利要求中叙述的任何术语都在本专利中以符合单一意义的方式提到，这仅为了清楚起见以免使读者混淆，且不期望此权利要求的措辞通过暗示或其它而限于单一意义。最后，除非权利要求元素通过叙述词语“手段”和功能而没有任何结构的叙述来限定，则不期望任何权利要求元素的范围基于35 U.S.C.§112的第六段的应用来理解。

Claims (18)

1.一种电外科设备，包括：

壳体，所述壳体具有从其延伸通过的通道；

气体流管，所述气体流管具有近端端部和远端端部，所述气体流管的近端端部至少部分地设置在所述壳体的所述通道中；以及

电极，所述电极设置在所述气体流管内并且被构造为被通电以便在惰性气体流过所述气体流管时在所述气体流管的所述远端端部处形成等离子体，

其中，所述气体流管的所述远端端部包括端部效应器，所述端部效应器被构造为使环境空气与所述惰性气体混合以便增加所述等离子体中的自由基种类产生，

所述端部效应器包括设置在所述气体流管的所述远端端部周围的柱形增强器，所述柱形增强器包括远端端部和近端端部，所述柱形增强器的所述远端端部和近端端部的每一个包括开口，所述柱形增强器（301）的近端开口包括在柱形增强器（301）的所述近端端部和所述气体流管（104，204）之间的空间，其中，当惰性气体流过所述气体流管时，所述柱形增强器被构造为形成文丘里效应，以便将环境空气抽吸到所述柱形增强器的所述近端开口中从而使所述环境空气与所述惰性气体混合，以便增加所述等离子体中的自由基种类产生。

2.根据权利要求1所述的电外科设备，其中，所述柱形增强器包括设置在所述柱形增强器的内表面上的至少一个第一倾斜叶片，所述至少一个第一倾斜叶片被构造为将切向速度分量赋予被抽吸到所述柱形增强器的所述近端开口中的所述环境空气。

3.根据权利要求2所述的电外科设备，其中，所述气体流管包括设置在所述气体流管的内表面上的至少一个第二倾斜叶片。

4.根据权利要求3所述的电外科设备，其中，所述至少一个第一倾斜叶片与所述至少一个第二倾斜叶片在不同的方向上倾斜。

5.根据权利要求1所述的电外科设备，其中，所述端部效应器包括设置在所述气体流管的内表面上的至少一个倾斜叶片，所述至少一个倾斜叶片被构造为将切向速度分量赋予所述惰性气体。

6.根据权利要求1所述的电外科设备，其中，所述端部效应器包括在所述气体流管的壁的远端部分中的至少一个平流孔口。

7.根据权利要求6所述的电外科设备，其中，所述端部效应器包括联接至所述气体流管的至少一个偏转罩，所述至少一个偏转罩被构造为至少部分地覆盖所述至少一个平流孔口。

8.根据权利要求7所述的电外科设备，其中，所述端部效应器包括设置在所述气体流管的内表面上的至少一个倾斜叶片。

9.根据权利要求1所述的电外科设备，其中，所述柱形增强器包括在所述柱形增强器的内表面上的在直径上相对的至少两个倾斜叶片，以便将切向速度分量赋予被抽吸到所述柱形增强器中的所述环境空气。

10.一种电外科设备，包括：

壳体，所述壳体具有从其延伸通过的通道，所述壳体具有近端端部和远端端部；

导电管，所述导电管具有近端端部和远端端部，所述导电管至少部分地设置在所述壳体的所述通道中；

绝缘外管，所述绝缘外管具有近端端部和远端端部，所述绝缘外管设置在所述导电管周围，其中，所述绝缘外管的所述近端端部联接至所述壳体的所述远端端部，所述导电管能够沿着所述壳体和绝缘外管的纵向轴线移动；以及

电极，所述电极联接至所述导电管的所述远端端部，其中，在所述导电管的第一位置中，所述电极延伸超出所述绝缘外管的所述远端端部，并且在所述导电管的第二位置中，所述电极缩回在所述绝缘外管内并且经由所述导电管被通电，以便在惰性气体流过所述导电管时形成等离子体，

其中，所述绝缘外管的所述远端端部包括端部效应器，所述端部效应器被构造为使环境空气与所述惰性气体混合以便增加所述等离子体中的自由基种类产生，

所述端部效应器包括设置在所述绝缘外管的所述远端端部周围的柱形增强器，所述柱形增强器包括远端端部和近端端部，所述柱形增强器的所述远端端部和近端端部的每一个包括开口，所述柱形增强器（301）的近端开口包括在柱形增强器（301）的所述近端端部和气体流管（104，204）之间的空间，其中，当惰性气体流过所述导电管时，所述柱形增强器被构造为形成文丘里效应，以便将环境空气抽吸到所述柱形增强器的所述近端开口中从而使所述环境空气与所述惰性气体混合，以便增加所述等离子体中的自由基种类产生。

11.根据权利要求10所述的电外科设备，其中，所述柱形增强器包括设置在所述柱形增强器的内表面上的至少一个第一倾斜叶片，所述至少一个第一倾斜叶片被构造为将切向速度分量赋予被抽吸到所述柱形增强器的所述近端开口中的所述环境空气。

12.根据权利要求11所述的电外科设备，其中，所述绝缘外管包括设置在所述绝缘外管的内表面上的至少一个第二倾斜叶片。

13.根据权利要求12所述的电外科设备，其中，所述至少一个第一倾斜叶片与所述至少一个第二倾斜叶片在不同的方向上倾斜。

14.根据权利要求10所述的电外科设备，其中，所述端部效应器包括设置在所述绝缘外管的内表面上的至少一个倾斜叶片，所述至少一个倾斜叶片被构造为将切向速度分量赋予所述惰性气体。

15.根据权利要求10所述的电外科设备，其中，所述端部效应器包括在所述绝缘外管的壁的远端部分中的至少一个平流孔口。

16.根据权利要求15所述的电外科设备，其中，所述端部效应器包括联接至所述绝缘外管的至少一个偏转罩，所述至少一个偏转罩被构造为至少部分地覆盖所述至少一个平流孔口。

17.根据权利要求16所述的电外科设备，其中，所述端部效应器包括设置在所述绝缘外管的内表面上的至少一个倾斜叶片。

18.根据权利要求10所述的电外科设备，其中，所述柱形增强器包括在所述柱形增强器的内表面上的在直径上相对的至少两个倾斜叶片，以便将切向速度分量赋予被抽吸到所述柱形增强器中的所述环境空气。

Images