CN110753524A - 外科手术组件、系统和电极组件 - Google Patents

外科手术组件、系统和电极组件 Download PDF

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Abstract

公开了对患者执行外科手术的外科手术组件和系统。该组件包括配置成在外科手术期间接收第一信号以用于切割或烧灼患者组织的外科手术工具和设置在该工具上的电极。该组件还包括发电机，其与电极可通信耦合以产生第二信号，用于从靠近外科手术的部位的电极产生电场，进而将悬浮在外科手术部位附近的粒子清除。该组件还包括用于控制将第二信号施加至电极的控制器、用于感测第一信号的激活状态的感测装置，感测装置与控制器可通信耦合且布置成根据第一信号的激活状态向控制器输出感测信号。控制器布置成在接收到表示第一信号的激活的感测信号时能将第二信号施加至电极。还公开了一种电极组件，其包括与外科手术工具一起使用的多个导电元件。

Description

外科手术组件、系统和电极组件
技术领域
本发明涉及外科手术组件、系统和电极组件。
背景技术
在外科手术操作期间通常会遇到气溶胶形式的颗粒物质。例如，该颗粒物质可以用于递送治疗剂或可以作为执行外科手术操作的结果而生成。基于颗粒的治疗剂的示例是用于进行血液的快速凝结或治疗诸如癌症之类的疾病而递送的药剂。作为执行外科手术操作的结果而产生的颗粒物质的常见示例是当使用“能量型”外科手术器械时所生成的颗粒物质。能量型外科手术器械以某种方式被供电以便达到诸如对组织进行切割或凝结的治疗效果。尽管有几种作用模式比如射频(RF)、超声波和激光，但是所有这些能量型器械都会产生颗粒物质作为其作用模式的副产品。
由于至少两个原因，由能量型器械以气溶胶形式产生的颗粒物质是有问题的。首先，该颗粒物质迅速地遮盖了外科医生的视野，因此减慢了外科手术操作并造成了因较差的可视性引起的对患者的意外伤害的风险。其次，存在长期暴露于由这些器械产生的颗粒物质而可能对医护人员造成危害的担忧。历史上，真空型系统已用于从外科手术区域中提取气溶胶颗粒物质。然而，由于这是一个稀释型过程，因此在快速移除颗粒物质和改善视野质量方面是低效的。除此之外，在需要吹入气体以形成手术空间的外科手术操作比方说例如腹腔镜手术的情况下，由此产生的气体交换会使组织干燥和枯萎，这对患者有不利影响。由于这种情况以及真空型系统又吵又笨重的事实，因此真空型系统的采用率一直很差。
WO 2011/010148公开了一种用于通过减少和消除在电外科手术期间产生的外科手术烟雾和其他气溶胶颗粒的设备来对外科手术操作中的颗粒物质进行管理的替代方法。该设备从放置在外科手术部位附近比如腹腔内的尖头电极产生电子流，并且从电极发射的电子将自身附着至悬浮在附近的气溶胶粒子。该设备还在电极与患者之间建立电势差，以用于将电离粒子从外科手术部位吸引出来，并且因此改善外科医生对该部位的观察。
然而，部署到腹部中的电极例如需要腹壁内的另外的切口，这是不期望的。该设备的有效性还取决于电极相对于外科手术部位和其他外科手术器械的定位，并且因此受外科医生的经验和技能的支配。
发明内容
目前已经设计出能够解决上述限制中的至少一些限制的外科手术组件、系统和电极组件。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于对患者执行外科手术操作的外科手术组件，该组件包括：
外科手术工具，其布置成在外科手术操作期间接收第一信号以用于切割或烧灼患者的组织；
电极，其设置在外科手术工具上；
发电机，其与电极可通信耦合，以产生第二信号用于从靠近外科手术操作部位的电极产生电场，进而将悬浮在外科手术部位附近的粒子移除；以及
控制器，其用于控制将第二信号施加至电极，该组件还包括用于对第一信号的激活状态进行感测的感测装置，感测装置与控制器可通信耦合，并且感测装置布置成根据第一信号的激活状态向控制器输出感测信号，
其中，控制器布置成在接收到表示第一信号的激活的感测信号时能够将第二信号从发电机施加至电极。
在一个实施方案中，控制器布置成在接收到表示第一信号的失活的感测信号时禁止将第二信号施加至电极。
在一个实施方案中，控制器包括计时装置，该计时装置用于在接收到表示第一信号的失活的感测信号之后的预定时间禁止将第二信号施加至电极。
在一个实施方案中，感测装置包括用于感测一个或多个激活第一信号的致动器的启动的传感器。例如，致动器可以与用于产生第一信号的外科手术发生器比如电外科手术发生器或超声发生器相关联，并且致动器可以设置在该工具上。作为替代或除此之外，感测装置包括用于直接感测第一信号的传感器。
在一个实施方案中，该组件还包括用于产生第一信号的外科手术发生器，并且该第一信号被经由线缆传送至该工具。因此，感测装置的传感器可以布置成对沿着线缆的第一信号的发生或激活进行感测。
在一个实施方案中，该组件还包括超驰致动器(override actuator)，以用于实现独立于第一信号的激活状态而将第二信号施加至电极。可以设想的是，该设施将为外科医生提供手动激活第二信号的选择，以将悬浮在外科手术部位附近的粒子清除。超驰致动器可以设置在该工具或发电机上并且可以包括例如按钮用以使外科医生能够开始一个烟雾清除期。
电极设置在该工具上，并且在一个实施方案中，电极靠近工具的远端围绕工具延伸。电极包括设置在电绝缘承载件上的导电材料的套圈或环。承载件和套圈在工具的纵向轴线上居中，并且在一个实施方案中，承载件包括用于使套圈的至少连续的周向延伸部分电暴露的一个连续的周向延伸的窗口。
在一个替代性实施方案中，承载件包括用于使围绕工具的套圈的部分电暴露的多个周向隔开的窗口。在一个实施方案中，窗口被成形为比如方形和/或三角形，以用于使套圈的成形部分电暴露。替代性地，套圈可以成形为提供套圈的各部分的所需形状。
在一个实施方案中，该工具包括手柄和轴，该轴在轴的近端处联接至该手柄，并且电极靠近该轴的远端设置。电极可以围绕该工具且特别地围绕该轴延伸。在一个实施方案中，电极相对于轴偏移并且电极可以包括线性段的线材或具有尖锐端部的杆。在另一替代方案中，电极可以包括刀片。
在一个实施方案中，电极在沿着轴朝向轴的远端的方向上远离轴发散。
在一个替代性实施方案中，电极设置在该工具上并且包括围绕工具周向隔开的多个导电元件。导电元件与延伸至工具的近端的相应的导电通路电耦接，以用于将第二信号从发电机传送至相应的元件。元件可以包括电线。
在一个实施方案中，该工具包括手柄和轴，该轴在轴的近端处与该手柄连接，并且电极靠近轴的远端设置。在一个实施方案中，组件还包括加热器，该加热器用于对纵向地设置在电极与轴的远端之间的轴的区域进行加热。
在一个实施方案中，轴至少在纵向地设置在电极与轴的远端之间的区域中包括成型外表面。
在一个实施方案中，组件还包括监测电路，该监测电路用于对在纵向地设置在电极与轴的远端之间的区域中轴上的材料的积聚进行监测。监测电路还布置成对由从电极流向患者的电流引起的、流经患者的总电流进行监测。在第一实施方案中，监测电路包括开关，开关能够在第一配置与第二配置之间重新配置，第一配置用于沿着第一电气通路将电极与工具耦接，第二配置用于沿着第二电气通路将工具件与外科手术发生器联接。监测电路还包括电流传感器比如电流表，该电流传感器用于在开关配置处于第一配置时对第一电气通路内的直接在电极与患者之间流动的电流进行监测，并且用于在开关配置处于第二配置时对沿着第二电气通路的直接在电极与工具之间流动的电流进行单独监测。
在一个替代性实施方案中，监测电路包括围绕工具的轴的远端设置的防护圈，并且监测电路包括位于电极与防护圈之间的第一电气通路，第一通路包括用于对在第一通路中，即，在电极与防护圈之间流动的电流进行监测的第一电流传感器。监测电路还包括位于电极与患者之间的第二电气通路，第二通路包括用于对在第二通路中，即，在电极与患者之间流动的电流进行监测的第二电流传感器。
在一个实施方案中，电极还包括从套圈延伸至工具的近端的导电通路，以用于将第二信号从发电机传送至套圈。
在一个实施方案中，外科手术组件还包括用于切换将第一信号和第二信号施加至工具的至少一个继电器、以及用于实现残留电荷的放电或消散的至少一个电阻器。
在一个实施方案中，工具包括设置在工具的远端处、用于执行外科手术操作的工具件。该组件还可以包括电压补偿电路，该电压补偿电路用于独立于工具件与患者组织之间的间隔而维持工具件与患者组织之间的大致恒定的电压差。电压补偿电路布置成当在工具件与患者组织之间流过的电流在0μA-100μA之间变化时维持大致恒定的电压差。在一个实施方案中，电压补偿电路布置成将电压差设定在3kV至15kV之间，并且优选地设定在3kV至8kV之间。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于对患者执行外科手术操作的外科手术系统，该系统包括：
外科手术工具；
外科手术发生器，其与外科手术工具可通信耦合，以在外科手术操作期间产生第一信号用于切割或烧灼患者的组织；
电极，其设置在外科手术工具上；
发电机，其与电极可通信耦合，以产生第二信号用于从靠近外科手术操作的部位的电极产生电场，进而将悬浮在外科手术部位附近的粒子清除；以及
控制器，其用于控制将第二信号施加至电极，该组件还包括用于对第一信号的激活状态进行感测的感测装置，感测装置与控制器可通信耦合，并且感测装置布置成根据第一信号的激活状态向控制器输出感测信号，
其中，控制器布置成在接收到表示第一信号的激活的感测信号时实现将第二信号施加至电极。
外科手术系统的另外的特征可以包括外科手术组件的特征中的一个或更多个特征。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于清除在对患者执行的外科手术操作的部位附近悬浮的粒子的电极组件，该组件包括具有多个导电元件的电极，所述多个导电元件与发电机可通信耦合并且所述多个导电元件配置成接收电信号，组件还包括与感测装置通信耦合的控制器，并且控制器布置成从感测装置接收表示导电元件相对于患者组织的接近度的感测信号，控制器布置成根据感测信号选择性地准许电信号通向导电元件。
在一个实施方案中，电极设置在外科手术工具上。感测装置可以包括用于对沿着每个导电元件流动的电流进行单独感测的多个电流传感器。在感测到的电流超过预定阈值的情况下，该预定阈值可以是元件接近患者组织或接触组织的指示，感测装置布置成向控制器输出感测信号，从而使控制器阻止导电元件与发电机接触或以其他方式将导电元件与发电机电隔离。
在一个实施方案中，控制器包括用于选择性地电隔离导电元件的切换装置。
在一个实施方案中，控制器包括用于根据时序准许电信号通向导电元件的时序装置。因此，时序装置使元件能够根据期望的顺序由电信号单独寻址。
虽然上面已经对本发明进行了描述，但是本发明扩展到上面阐述的或在接下来的描述中阐述的特征的任何发明性组合。尽管本文中参照附图对本发明的示例性实施方案进行了详细描述，但是应当理解的是，本发明不限于这些精确的实施方案。
此外，可以预期的是，单独描述的或作为实施方案的一部分描述的特定特征可以与其他单独描述的特征或其他实施方案的一部分组合，即使其他特征和实施方案没有提及该特定特征亦是如此。因此，本发明扩展到尚未描述的这种特定组合。
附图说明
本发明可以以各种方式实施，这里仅仅作为示例，将参照附图对本发明的各实施方案进行描述，在附图中：
图1是根据本发明的一个实施方案的外科手术组件的示意图；
图2a至图2i是安装在外科手术工具上的电极的实施方案的示意图；
图2j是安装在钳子上的电极的侧视示意图；
图2k是图2j中示出的电极和钳子的平面图；
图3是示出了闭环电流控制电路的电路图的示意图；
图4a是电压补偿电路的示意图；
图4b是在工具件的远端处的输出电压随电流变化的图形表示；
图5是根据本发明的一个实施方案的外科手术系统的示意图；
图6是用于对外科手术工具的轴上的导电材料的积聚进行监测的监测电路的示意图；
图7是图5中示出的外科手术系统的电路图的示意图；以及
图8是根据本发明的实施方案的电极组件的示意图。
具体实施方式
参照附图中的图1，其示出了根据本发明的一个实施方案的在诸如基于电外科、超声或激光的外科手术操作之类的外科手术操作中使用的外科手术组件100。组件100包括外科手术工具110，其通常可以包括由外科医生持有的用于对组织进行切割和/或烧灼的工具。在所示实施方案中，工具110包括手柄111和长形轴112，该长形轴112在其近端处与手柄111连接。轴112由介电材料形成并且包括电导体113，该电导体113通常沿着轴112的纵向轴线延伸穿过轴112。电导体113从轴112的远端伸出并且因此被电暴露，从而形成负责将能量传递至组织的工具件114或连结至该工具件114。工具件成形为便于外科手术操作，并且工具件可以包括例如形成为弓形段或L形段的线材(wire)、或者钳子或抓钳的钳口；或者例如适于密封血管的钳夹装置/抓钳装置(未示出)。
参照附图中的图1和图2，组件100还包括电极120，该电极120靠近工具轴112的远端设置在工具轴112上。在第一实施方案中，电极120围绕轴112周向地延伸，并且电极120以轴的纵向轴线为中心。电极120包括导电套圈121，该导电套圈121被包封在电绝缘护套(未示出)或承载件122内。在这方面，承载件122径向地设置在套圈121与工具110的轴112之间，并且因此用于使直接在套圈121与沿着工具110延伸的电导体113之间流动的任何电流最小化。电极套圈121通过在承载件122的径向面向外的一侧中形成的周向延伸窗口123，沿着电极120的径向面向外的一侧在其周向上电暴露，因而使套圈的环形部分124露出(图2a)。在一个替代性实施方案中，承载件122可以包括形成于承载件122的径向面向外的一侧中的多个窗口125，所述多个窗口125围绕电极120成角度地隔开以用于使套圈121的部分电暴露。窗口125可以包括例如方形形状(第二实施方案-图2b)或者三角形形状(第三实施方案-图2c)或者方形形状与三角形形状的组合，并用于使套圈121的成形部分电暴露。在电极的第一实施方案、第二实施方案和第三实施方案中的每个实施方案中，套圈121布置成通过承载件122中的开口突出并且因此延伸到承载件122的外表面以上。套圈121的凸起部分有利于从中发射电子以使颗粒材料电离。在如附图中的图2d所示的第四实施方案中，套圈121可以在轴112的纵向上延伸超过承载件122的远端，以使套圈121的远端边缘或环电暴露(图2d)。在这种情况下，远端边缘可以被锐化以类似地促进电子的发射。在另一替代性实施方案(该实施方案未被示出)中，套圈121可以直接被图案化以形成期望的形状，并且套圈121可以设置在承载件122的径向面向外的一侧上而不是被包封在承载件122内并且套圈121的露出部分的期望形状通过承载件122中的窗口的形状来确定。
在第五实施方案中(如附图中的图2e所示)，电极120可以替代性地包括多个导电的长形元件126比如电暴露的线材，所述多个导电的长形元件126以大致平行的取向且与工具110的轴112的纵向轴线平行的方式而定向。元件126围绕轴112成角度地隔开，并且元件126在其近端处通过导电环127电耦接，该导电环127围绕工具轴112周向地延伸。
以上实施方案中的每个实施方案的电极120还包括导电通路128，该导电通路128从第一实施方案至第四实施方案的相应套圈121或从第五实施方案的环127沿着轴112朝向手柄111延伸，终止于电连接器115。导电通路128例如可以包括电绝缘线材，并且布置成将来自发电机140的电信号经由连接器115电传送至套圈121或环127。发电机140可以包括能够产生1.5kV-20kV，优选3kV-10kV的高压发电机，并且布置成产生直流(DC)电压波形，该直流电压波形用于在靠近外科手术操作部位的位置从套圈121或长形元件126的电暴露部分建立电场。
在第六实施方案中，如附图中的图2f和图2g所示，电极120包括具有尖锐远端的长形杆或线材129。电极120可以大致平行于轴112的纵向轴线而延伸(图2f)或者可以在沿着轴112且朝向轴112的远端端方向上远离轴112发散(图2g)。在这两种情况下，电极120的近端与轴112的外表面径向地间隔开第一偏移X，电极120的远端与轴112的远端(即，导体113被露出的地方)沿纵向间隔开第二偏移Y。在例如工具件114包括钳子的情况下，如附图中的图2j所示，第一偏移指向钳子的钳口J1、J2进行旋转所在的平面之外。在这方面，在例如钳口在x-y平面中旋转的情况下，那么第一偏移沿横向延伸到x-y平面之外，并且第一偏移包括沿着z轴的间隔的分量。
第一偏移X和第二偏移Y使直接在电极120与电导体113或工具件114之间的、由导电材料(未示出)——比如因外科手术操作产生的流体和组织——在轴112上的积聚引起的任何不期望的电跟踪/电导最小化。导电材料在轴112上的积聚使得在电极120的暴露线材129与工具件114之间提供了电气通路，并且可以通过使用如附图中的图2h所示的外螺纹112a或波纹在轴112的外表面进行轮廓成形来进一步减小该通路。轮廓成形通过优选地使材料围绕轴112遵循轮廓112(由此增加爬电距离)而降低了导电材料沿着轴112分布(蠕变)的趋势。
以上结合第一实施方案至第六实施方案中的每个实施方案所描述的电极120可以被包封在护套(未示出)内，并且该电极120可以通过致动器(未示出)相对于护套可伸缩地展开以露出电极120。在使电极120相对于护套缩回时，护套布置成擦拭电极120并且因此从电极120除去导电材料。在护套(未示出)相对于轴112可缩回的情况下，那么护套也可以进一步布置成从轴除去任何导电材料以进一步使电极120与工具件114之间的任何电跟踪最小化。
作为护套的替代或除护套之外，组件100可以包括加热器130，该加热器130设置在工具轴112上且在轴112的远端与电极120之间纵向设置，如附图中的图2i所示。加热器130可以包括具有封装的电阻丝的线圈131，该线圈131例如围绕轴112延伸或者可以嵌入轴112内，并且该线圈131经由传输线132电耦接至电源(未示出)以用于供给电流通过电阻线圈131。电流在线圈131的通过配置成对沿纵向设置在电极120与工具件114之间的轴112的区域进行加热，以用于对围绕轴112设置的任何导电材料和流体进行干燥，进而使电极120与工具件114之间的电气通路的发展最小化。
参照附图中的图3，发电机140包括模拟闭环控制电路200，其用于对从电极120通过患者的输出电流进行闭环控制。工作电流受到电极120的远端与患者组织的间隔的影响。随着电极120接近患者组织，阻抗下降。这导致电流增加且电极120与患者之间的输出电压下降。然而，发电机140对在电极120与患者组织之间流动的电流进行监测，并且在电流接近10μA时终止该电流，该电流通常是可以安全地施用于患者的最大DC电流。因此，电压下降到足以引起静电沉淀的水平以下。
控制电路200主要控制发电机140的输出电流。发电机140包括在其输出处的200MΩ串联电阻632(参见图7)，用以确保在单个短路故障情况下，即，在电流极限失效且发电机140输出最大电压的情况下，最大电流为50μA。电阻体现为两个单独的100MΩ电阻器632a、632b(参见图7)，所述两个单独的100MΩ电阻器632a、632b各自独立地与发电机140的高压输出端子和低压输出端子串联连接。电流经由电阻器(参见图7)返回到发电机140，从而产生被缓冲并用作过程值的电压。使用比较器201将该值与电流设定值进行比较，并且通过积分器202对由此产生的误差进行积分，从而为发电机140提供控制信号。如果过程值在当前设定值以上/以下，则通向发电机140的控制信号减少/增加。这减小/增大了高压输出并且将测得的电流朝着目标设定点值进行增大/减小。
当发电机的输出在大约10kV饱和时，误差信号可能会饱和，从而限制了可用电流。闭环电路200设计为在可变水平下饱和，只要过程值电流是在设定值以下，就允许将输出饱和电压调整到10kV以下。
发电机140的该输出电阻在正常运行条件下在输出处施加不希望的电压降，从而在输出处可用的电压与汲取的电流之间产生依赖性。实际上，在电晕电流接近典型的10μA患者电流极限时会出现问题。串联电阻632两端的电压降将输出电压降低到有效电晕所需的值以下，即，用于电离烟雾颗粒的输出电压以下。强制电流限制会削弱烟雾清除性能，这不是由于可用电流不足，而是由于电压不足。
然而，可以使用如图4a所示的电压补偿电路300来补偿电压降，该电压补偿电路300配置成使从发电机140输出的电压相应增加。这是通过将电压设定值增加了通过串联电阻632的电压降来实现的。该电路包括处理器301或求和装置，该处理器301或求和装置布置成接收期望的或目标电压以及代表流过电阻632的电流的信号作为输入。该电流已经被闭环控制电路200已知，控制电路的过程值代表通过串联电阻的电流。因此，通过将一定比例的电流信号添加到设定值实现了所需的电压补偿。如附图中的图4b所示，利用该电路300的操作导致接近平坦的负载曲线直至电流极限。这确保了只要发电机140尚未达到电压饱和点，电离效率就不再随着电流的增加而降低。
参照附图中的图5，其示出了根据本发明的实施方案的外科手术系统400，该外科手术系统400用于对患者执行外科手术操作。系统400包括如上所述(并且如图2所示)的外科手术组件100、以及外科手术发生器410，该外科手术发生器410用于沿着工具110向工具件114产生外科手术信号进而执行外科手术操作。在其中工具件114包括电导体的实施方案中，外科手术发生器410可以包括电外科手术发生器，用以沿着轴112内的线材113产生电流手术信号。然而，在一个替代性实施方案中，设想轴112可以包括波导(未示出)，其用于从相应的超声波或激光外科手术发生器中传送超声波或激光手术信号以执行所需的外科手术操作。
组件100和系统400进一步包括控制器150，其用于对从发电机140沿着电极120的电气通路128至套圈121/环127/线材129的电流的施加进行控制。控制器150包括切换装置151，该切换装置151用于根据外科手术信号的激活状态来启用和禁用电流至电极120的施加。激活状态由组件100的感测装置160确定，该感测装置160可以布置成直接感测致动器420的操作以致动外科手术信号，或者替代性地比如经由电流传感器161直接感测来自外科手术发生器410的外科手术信号。感测装置160布置成根据激活状态向控制器150输出感测信号，使得控制器150可以确定是否启用/禁用通向电极120的电流。
在使用期间，电极120经由切换装置151通过线缆142与发电机140的电极141电耦合。线缆终止于用于与工具110的手柄111上的连接器115连接的连接器(未示出)。患者经由例如施加至患者的腿(未示出)的接触垫144以及另一连接线缆145而电耦合至发电机140的另一电极143。工具110然后经由另一连接线缆411和设置在手柄111上的连接器412与外科手术发生器410电耦合以执行外科手术操作。当外科医生激活手术信号时——这可以通过工具手柄111上的按钮420、例如脚踏开关上的踏板(未示出)、或外科手术发生器410自身上的按钮420进行，感测装置160布置成向控制器150输出感测信号以使控制器150通过闭合切换装置151而同时使电流能够流到电极120。因此，通向电极120的电源在套圈121或导电元件126或线材129的暴露部分与患者之间建立了电场，从而例如将悬浮保持的靠近外科手术部位的离子化颗粒引向患者，以使外科医生的视线清楚。因此，明显的是控制器150使电极120能够在外科手术信号开始时促进颗粒清除。
当感测装置160感测到已经操纵了外科手术发生器410的致动器420以移除外科手术信号时，或者当感测装置160感测到已经将外科手术信号从工具110中移除，即，外科手术信号被禁用时，那么感测装置160布置成向控制器150输出使控制器150打开切换装置151的感测信号，从而阻止进一步的电流流向电极120并且因此移除电场。
然而，在一个替代性实施方案中，控制器150还包括计时器152，该计时器152能够使控制器150在手术信号已经被移除之后将针对电极120的电信号禁用延迟预定时间比如1秒至10秒。这使得电极120即使在外科医生已经完成例如一个方面的外科手术操作之后也能够维持对患者的电场，使得即使在该方面的手术操作已经完成之后也可以继续清除烟雾和颗粒。
在一个实施方案中，组件100还包括监测电路500，该监测电路500用于对在介于电极120与工具件114之间的工具的轴111上的导电材料的积聚进行监测。附图中的图6示出了监测电路500的示意图，并且该监测电路500包括串联电气通路510，该串联电气通路510包括工具件114、电导体113、发电机140和电极120。通路510通过工具件114与电极120的分隔以及开关520而中断，开关520在图6a所示的实施方案中在将手术信号施加至工具件114期间保持打开(即，切换至外科手术发生器410)。然而，在将外科手术信号从工具件114中移除之后，开关520布置成通过来自控制器150的指令而闭合，从而在工具件114与电极120之间建立电气通路，该电气通路仅通过工具件114与电极120的物理分离被中断。因此，位于工具件114与电极120之间的轴112上的任何导电材料都将促进电流(由发电机130产生的电流)在工具件114与电极120之间直接通过。因此，在监测电路500中流动的电流指示导电材料的积聚。对于在轴112上完全没有导电材料的工具110，则工具件114与电极120的物理分离将防止任何电流在监测电路500中流动。相反，在轴112被导电材料严重污染的情况下，那么电流将很容易在工具件114与电极120之间流动。因此，通过监测在通路510中流动的电流，比如通过使用串联设置在通路510内的电流表530，则可以对导电材料的积聚进行监测并在患者与电极120之间的电压差下降到无法使用的水平之前，对轴112进行清洁(比如通过以上所论述的护套(未示出)或加热线圈131进行清洁)。在通过加热线圈131对轴112进行清洁的情况下，那么可以设想加热线圈131可以以与监测电路500的通路510串联配置的方式设置，使得产生的热量将取决于设置在轴112上的材料的水平。
仅在将外科手术信号从工具件114中移除之后才启用以上所论述的监测电路500。然而，在一个替代性实施方案中，如附图中的图6b所示，监测电路500可以包括设置在轴112的远端处在其外部的导电防护圈或环540，并且轴112上积聚的导电材料的水平是通过下述方式来确定的：通过用电流表A1 530a监测在电极120与环540之间穿过材料流动的电流而不是在电极120与工具件114之间的电流，使得轴112上的材料的积聚可以被监测。该替代性实施方案的监测电路还包括单独的电流表A2 530b，使得在将外科手术信号施加至工具件114期间，即使用期间，可以同时监测从电极120流动通过患者的电流。
图6a和图6b中示出的监测电路500还布置成对由于来自电极120的电信号而使得流经患者的总电流进行监测。参照图6a和图6b，在使用工具件114和电极120期间，电流将从电极120流过患者并且经由患者垫144返回到相应的发电机140。因此，可以在外科手术操作期间监测电流，并且因此通向电极120的电流供给可以在不超过患者电流安全极限的情况下被最大化以提供最佳电离。
组件100还包括超驰致动器170，该超驰致动器170可以例如设置在发电机140、控制器150(如附图中的图1和图5所示)、外科手术工具110或脚踏开关(未示出)上，以用于使外科医生能够独立于感测信号而激活通向电极120的电流进而清除颗粒物质。该超控设施允许外科医生有意识地定位例如用于烟雾清除的工具110，并且还使外科医生能够在预定的时间段内操作控制器150的切换装置151以适当地清除悬浮在外科手术部位附近的颗粒物质。
不管外科医生是否激活外科手术发生器410(并且因此启动对电极120的电信号的呼叫)或起动超驰致动器170以使电信号能够抵达电极120，电信号施加至电极120(烟雾清除)基本上由闭环控制电路200控制，该闭环控制电路200对电极120与患者组织的接近度进行监测。控制电路200包括用于对电极120的远端处的电压进行监测的电压监测装置(未示出)。在电极120定位成例如在患者的腹腔内太靠近腹壁(未示出)的情况下，那么由于电极120与患者组织之间的阻抗减小因此电压将下降到阈值以下。该降低的电压将太低而无法在电极120与患者组织之间产生合适的电势差以用于电离外科手术粒子和烟雾。此外，在电极120太靠近患者组织的情况下，这可能会导致在施加电信号时经由患者的直接电短路。因此，控制电路200配置成在电极120的套圈121/元件126/线材129定位成或将定位成太靠近患者组织的情况下防止/终止将电信号施加至电极120，而不考虑对电信号有何需求或呼叫。
参照附图中的图7，提供了根据本发明的一个实施方案的外科手术系统400的电路图600的示意图，但是其中移除了感测装置160。系统400布置成经由输入端子602接收交流(AC)主电源，并且该AC电源通过使用与发电机140相关联的整流电路(未示出)而被转换成直流电(DC)。从发电机140输出的高压被经由线缆142内的线路142a提供给手持件110。线路142a包括继电器R1，并且将电信号施加至电极120取决于该继电器R1的切换状态。
外科手术发生器410类似地布置成经由输入端子604接收AC主电源并且产生经由接口606输出的第一信号，即外科手术信号。外科手术信号被传送至手持件110并且因此经由线缆411和连接器608被传送至工具件114。线缆411包括其中设置有继电器R2的线路411a和其中设置有继电器R3的线缆411b。线缆411具有这样一种长度：该长度被最小化以减小患者电路与环境之间的电容并且还减小外科手术发生器输出的两极之间的电容。这趋向于减少RF泄漏电流(并且因此降低灼伤操作者或患者的风险)并且降低对患者造成电击危险的低频(干线)泄漏电流的风险。在一些系统中，通过加长治疗线缆而增加的RF位移/电容电流与手术效果电流(手术等离子体通常是高阻抗)相比是显著的，并且这导致预期治疗波形的衰减。
系统400电路还包括第一电气通路610和第二电气通路612，第一电气通路610和第二电气通路612耦接至继电器R2的两侧并且延伸至返回或接地通路614。通路614延伸至位于控制器150的壳体150a上的端子616。发电机140的第二极143或者回路经由线缆411’电耦接至该通路614。线缆411’包括连接器618，该连接器618设置在线缆411’的远端以与端子616电耦接。第一通路610电耦接在继电器R2的高压侧并且包括设置在第一通路610中的串联连接的泄放电阻器620(具有在1MΩ-300MΩ，优选地50MΩ-200MΩ范围内的电阻值)。泄放电阻器620用于促进由于施加第一信号而产生的残余电荷的消散或放电。选择泄放电阻器620的电阻以适当地衰减出现在外科手术发生器410的输出两端的外科手术信号的剩余部分，这是因为第一信号优选地被限制为10μA。泄放电阻器620是对第二信号所呈现的负载的微小添加，并且因此基本上不影响第二信号。第二通路612电耦接在继电器R2的低压侧并且包括串联连接的继电器R6和放电电阻器622。
该电路还包括设置在工具手柄111中的继电器R5，该继电器R5由外科医生例如经由按钮420手动启动。继电器R5设置在电气通路142b中，该电气通路142b在线缆142内延伸至控制器150以用于传达外科医生的要求。通路142b还包括用于防止DC电流流至控制器150的电隔离元件比如电容器624。
工具件114和电极120的运行状态作为视觉输出经由前面板指示显示器626被提供给外科医生。该显示器626布置成经由通路628从控制器150接收信号，该通路628还包括防止DC电流流至显示器626的保护电容器630。
参照图7，该电路还包括单独的电气通路621，该电气通路621电耦接至线路142a并且延伸至设置在壳体150a上的端口625。通路621还包括串联连接的继电器R4，该串联连接的继电器R4可以在需要将另一电极(未示出)电耦接至发电机140的情况下由控制器150操作以将第一信号传送至端口625，进而进行烟雾清除。
在初始化过程中，切换装置151的继电器R1和继电器R2闭合，而切换装置151的所有其他继电器(R3-R6)打开，使得允许在外科手术发生器410的输出处的任何残余电荷快速地在放电电阻器620两端放电或耗散10ms-100ms的时间。该初始化之后，继电器R1打开。在这种状态下，系统处于备用状态，其中，仅R2闭合为外科医生的需求做好准备。
当外科医生通过起动按钮181而要求将手术信号施加至工具件114时，继电器R5闭合，从而指示控制器150闭合继电器R3。当按钮181被按压时，外科手术信号将被传送至工具件114，并且感测装置(图7中未示出)配置成感测外科手术信号的激活且闭合继电器R1以将电信号施加至电极120进而进行烟雾清除。将电信号施加至电极120使电子从电极120发出，并且电子附着至悬浮粒子从而使粒子电离。由于DC信号而在电极120与患者之间产生的电场随后使电离粒子被吸引至患者并因此远离外科手术部位，以改善外科医生的视野。
当外科医生释放按钮181时，继电器R5打开。感测装置160检测该释放并将该按钮释放传送至控制器150，这导致继电器R2和继电器R3断开，从而阻止外科手术信号传至工具件114。在大约5秒-10秒的时间延迟之后，继而由控制器150打开继电器R1以将电信号从电极120中移除。然而，例如，如果外科医生需要延长烟雾清除，则外科医生可以按压超驰致动器170以使电信号继续传至电极120。此外，当外科医生将按钮181释放以便将外科手术信号从工具件114中移除时，那么控制器150可以使继电器R6闭合，使得在工具件114上产生的任何残留的电容性电荷都可以通过电阻器622放电。
然而，如由闭环控制电路200所确定的那样，将电信号施加至电极120取决于电极120被定位成不与患者组织相接触且位于距患者组织最小的距离处。控制电路200配置成在电极120被放置得太靠近患者组织的情况下禁用/防止将电信号施加至电极120，不管对电信号的任何需求或呼叫。
参照附图中的图8，示出了根据本发明的一个实施方案的电极组件700，该电极组件700用于与外科手术工具110一起使用以减少在外科手术操作过程中在外科手术部位附近产生的颗粒物质比如外科手术烟雾。电极组件700可以与外科手术组件100一起使用，并且以上所描述的系统400包括具有多个导电元件126a至126d的电极，所述多个导电元件126a至126d各自单独地经由相应的电气通路128a至128d与发电机130电耦合，并且所述多个导电元件126a至126d配置成从发电机140接收电信号，即，电流。
元件126a至126d经由维持元件126a至126d之间的角间隔的承载件122构造成围绕外科手术工具110的圆形阵列。然而，本领域技术人员将认识到，元件126可以构造成不同形状的阵列，这取决于工具轴112的横截面形状。元件126可以包括例如长形的电工条或线，长形的电工条或线可以以大致平行的构型且与工具110的纵向轴线平行的方式来定向。每个元件126布置成经由设置在相应的通路128a至128d中的相应的开关710a至710d来接收电流。开关710a至710d形成控制器150的切换装置710的一部分，并且控制器150布置成根据来自电流感测装置720的电流感测信号来操作装置710的每个开关710a至710d。
电流感测装置720包括多个电流传感器720a至720d，所述多个电流传感器720a至720d各自布置成单独地感测在相应的通路128a至128d中流动的电流。在特定的传感器720a至720d感测到在特定通路128a至128d中流动的电流超过预定阈值的情况下，感测装置720向控制器150输出信号，从而使控制器150断开相应通路128a至128d中的开关710a至710d以将元件126a至126d电隔离。在这方面，在一个或更多个导电元件126a至126d太靠近患者组织或以其他方式接触患者的情况下，控制器150布置成将流向相应的元件126a至126d的电流移除以防止直接从导电元件126a至126d通过患者的任何电流放电。这种有效地“切断”所选元件126a和126b(例如)的能力可以使元件126c和元件126d的其余部分(例如)继续正常运行，并且因此避免了完全关闭电极120的需要。
控制器150还可以包括时序装置154，该时序装置154用于根据时序选择性地打开和闭合切换装置710的开关710a至710d。可以设想的是，时序装置154将允许控制器150依次例如周期性地向每个导电元件126a至126d施加电流，或者以特定的顺序向导电元件126a至126d施加电流，以产生来自元件126a至126d的期望的时变电场。
从前述内容可以明显看出，该组件和系统使外科医生能够用工具件切割患者组织，并且还同时利用电极移除了切割过程中产生的粒子。因此，组件和系统提供了更紧凑和功能更强的外科手术装置。

Claims (43)

1.一种用于对患者执行外科手术操作的外科手术组件，所述组件包括：
外科手术工具，其布置成在外科手术操作期间接收第一信号以用于切割或烧灼所述患者的组织；
电极，其设置在外科手术工具上；
发电机，其与所述电极可通信耦合，以产生第二信号用于从靠近外科手术操作的部位的电极产生电场，进而将悬浮在外科手术部位附近的粒子清除；以及
控制器，其用于控制将所述第二信号施加至所述电极，所述组件还包括用于对所述第一信号的激活状态进行感测的感测装置，所述感测装置与所述控制器可通信耦合，并且所述感测装置布置成根据所述第一信号的激活状态向控制器输出感测信号，
其中，所述控制器布置成在接收到表示第一信号的激活的感测信号时实现将所述第二信号施加至所述电极。
2.根据权利要求1所述的外科手术组件，其中，所述控制器布置成在接收到表示第一信号的失活的感测信号时禁止将所述第二信号施加至所述电极。
3.根据权利要求1所述的外科手术组件，其中，所述控制器包括计时器，所述计时器用于在接收到表示第一信号的失活的感测信号之后的预定时间禁止将第二信号施加至电极。
4.根据前述权利要求的任一项所述的外科手术组件，其中，所述感测装置包括用于对致动第一信号的致动器的激活进行感测的传感器。
5.根据前述权利要求的任一项所述的外科手术组件，其中，所述感测装置还包括用于感测第一信号的传感器。
6.根据前述权利要求的任一项所述的外科手术组件，还包括用于产生第一信号的外科手术发生器，并且所述第一信号被经由线缆传送至所述工具。
7.根据前述权利要求的任一项所述的外科手术组件，还包括超驰致动器，所述超驰致动器用于实现独立于第一信号的激活状态将第二信号施加至所述电极。
8.根据前述权利要求的任一项所述的外科手术组件，其中，所述工具包括手柄和轴，所述轴在轴的近端处联接至所述手柄，并且其中所述电极靠近所述轴的远端设置。
9.根据前述权利要求的任一项所述的外科手术组件，其中，所述电极围绕所述工具延伸。
10.根据前述权利要求的任一项所述的外科手术组件，其中，所述电极包括设置在电绝缘承载件上的导电材料的套圈。
11.根据权利要求10所述的外科手术组件，其中，所述承载件和套圈在所述工具的纵向轴线上居中。
12.根据权利要求10所述的外科手术组件，其中，所述承载件包括用于使所述套圈的至少连续的周向延伸部分电暴露的连续的周向延伸的窗口。
13.根据权利要求10所述的外科手术组件，其中，所述承载件包括用于使围绕所述工具的套圈的部分电暴露的多个周向隔开的窗口。
14.根据权利要求13所述的外科手术组件，其中，所述窗口呈三角形形状。
15.根据权利要求13所述的外科手术组件，其中，所述窗口呈方形形状。
16.根据权利要求1至8中的任一项所述的外科手术组件，其中，所述电极包括具有尖锐远端的线材或杆。
17.根据权利要求16所述的外科手术组件，其中，所述线材或杆是大致线性的。
18.根据权利要求1至8或者16至17中的任一项所述的外科手术组件，其中，所述电极相对于所述轴偏移。
19.根据权利要求1至8或者16至18中的任一项所述的外科手术组件，其中，所述电极在沿着所述轴朝向所述轴的远端的方向上远离所述轴发散。
20.根据权利要求8所述的外科手术组件，还包括加热器，所述加热器用于对纵向地设置在电极与所述轴的远端之间的所述轴的区域进行加热。
21.根据权利要求8所述的外科手术组件，其中，所述轴包括至少在纵向地设置在所述电极与所述轴的远端之间的区域中的成型外表面。
22.根据权利要求8所述的外科手术组件，其中，还包括监测电路，所述监测电路用于对在纵向地设置在电极与轴的远端之间的区域中所述轴上的材料的积聚进行监测。
23.根据从属于权利要求6的权利要求22所述的外科手术组件，其中，所述监测电路包括开关，所述开关能够在第一配置与第二配置之间重新配置，所述第一配置用于沿着第一电气通路将所述电极与所述工具耦合，所述第二配置用于沿着第二电气通路将所述工具与所述外科手术发生器耦合。
24.根据权利要求23所述的外科手术组件，其中，所述监测电路还包括电流传感器，所述电流传感器用于在所述开关配置处于第一配置时对所述第一电气通路中的直接在电极与患者之间流动的电流进行监测，并且在开关配置处于第二配置时对第二电气通路中的直接在电极与工具之间流动的电流进行单独监测。
25.根据从属于权利要求6的权利要求22所述的外科手术组件，其中，所述监测电路包括围绕所述工具的轴的远端设置的防护圈，并且所述监测电路包括位于电极与防护圈之间的第一电气通路、和位于电极与患者之间的第二电气通路，其中，所述第一电气通路包括用于对在第一电气通路中流动的电流进行监测的第一电流传感器，所述第二电气通路包括用于对在所述第二通路中，即，在电极与所者之间流动的电流进行监测的第二电流传感器。
26.根据前述权利要求的任一项所述的外科手术组件，还包括从所述电极延伸至所述工具的近端的导电通路，以用于将第二信号从发电机传送至电极。
27.根据权利要求8所述的外科手术组件，其中，所述电极包括围绕所述工具周向隔开的多个导电元件。
28.根据权利要求8所述的外科手术组件，其中，所述元件与延伸至所述工具的近端的相应的导电通路电耦合，以用于将第二信号从发电机传送至相应的元件。
29.根据权利要求27所述的外科手术组件，其中，感测装置包括用于对沿着每个导电通路流动的电流进行单独感测的多个电流传感器。
30.根据权利要求27所述的外科手术组件，其中，所述控制器包括切换装置，所述切换装置用于根据从相应的电流传感器输出的电流感测信号来选择性地电隔离导电元件。
31.根据权利要求29所述的外科手术组件，其中，所述控制器包括用于根据时序准许电信号通向导电元件的时序装置。
32.根据前述权利要求的任一项所述的外科手术组件，还包括用于切换将第一信号和第二信号施加至所述工具的至少一个继电器。
33.根据权利要求32所述的外科手术组件，还包括用于实现残余电荷的放电或消散的至少一个电阻器。
34.根据前述权利要求的任一项所述的外科手术组件，其中，所述工具包括设置在所述工具的远端处且用于执行所述外科手术操作的工具件，所述组件还包括电压补偿电路，所述电压补偿电路用于独立于工具件与患者组织之间的间隔而维持工具件与患者组织之间的大致恒定的电压差。
35.根据权利要求34所述的外科手术组件，其中，所述电压补偿电路布置成当在工具件与患者组织之间流过的电流在0μA至100μA之间变化时维持大致恒定的电压差。
36.根据权利要求34或35所述的外科手术组件，其中，所述电压补偿电路布置成将电压差设定在3kV至15kV之间。
37.根据权利要求36所述的外科手术组件，其中，所述电压补偿电路布置成将所述电压差设定在3kV至8kV之间。
38.一种用于对患者执行外科手术操作的外科手术系统，所述系统包括：
外科手术工具；
外科手术发生器，其与所述外科手术工具可通信耦合，以在外科手术操作期间产生第一信号用于切割或烧灼患者的组织；
电极，其设置在外科手术工具上；
发电机，其与电极可通信耦合，以产生第二信号用于从靠近外科手术操作的部位的电极产生电场，进而将悬浮在所述外科手术部位附近的粒子清除；以及
控制器，其用于控制将第二信号施加至所述电极，所述组件还包括用于对第一信号的激活状态进行感测的感测装置，所述感测装置与控制器可通信耦合，并且所述感测装置布置成根据第一信号的激活状态向控制器输出感测信号，
其中，所述控制器布置成在接收到表示第一信号的激活的感测信号时实现将第二信号施加至所述电极。
39.一种用于将悬浮在患者的外科手术操作部位附近的粒子清除的电极组件，所述组件包括具有多个导电元件的电极，所述多个导电元件与发电机可通信耦合并且配置成接收电信号，所述组件还包括与感测装置通信耦合的控制器，并且所述控制器布置成从所述感测装置接收表示导电元件相对于患者组织的接近度的感测信号，所述控制器布置成根据感测信号选择性地准许电信号通向导电元件。
40.根据权利要求39所述的电极组件，其中，所述电极设置在外科手术工具上。
41.根据权利要求39或40所述的电极组件，其中，所述感测装置包括用于对沿着每个导电元件流动的电流进行单独感测的多个电流传感器。
42.根据权利要求39所述的电极组件，其中，所述控制器包括用于选择性地电隔离所述导电元件的切换装置。
43.根据权利要求39所述的电极组件，其中，所述控制器包括用于根据时序准许电信号通向导电元件的时序装置。
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