CN111491569A - 气体增强式电外科发生器 - Google Patents

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CN111491569A CN201880082970.7A CN201880082970A CN111491569A CN 111491569 A CN111491569 A CN 111491569A CN 201880082970 A CN201880082970 A CN 201880082970A CN 111491569 A CN111491569 A CN 111491569A
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T·庄
S·威格
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Abstract

一种气体增强式电外科发生器。气体增强式电外科发生器具有：壳体；位于壳体中的第一气体控制模块，其被配置成能控制第一气体的流动；位于壳体中的第二气体控制模块，其被配置成能控制第二气体的流动；高频功率模块；和位于壳体内的控制器、处理器或CPU，其被配置成能控制第一气体控制模块、第二气体控制模块和高频功率模块。第一气体和第二气体可以是CO2、氩气和氦气中的任何一种或其他气体。气体增强式电外科发生器可具有：位于所述壳体中的第三气体控制模块，其被配置成能控制第三气体的流动；和第三连接器，其固定在所述壳体的外部。

Description

气体增强式电外科发生器
相关申请的交叉引用
无。
关于联邦政府资助的研究或开发的声明
无。
技术领域
本发明涉及气体增强式电外科系统，更具体地，涉及用于气体增强式电外科系统的气体控制模块。
背景技术
已知多种不同的电外科发生器。McGreevy的美国专利No.4,429,694公开了一种电外科发生器和氩等离子体系统，以及能够主要根据从电外科发生器输送的电能的特性来实现的各种不同的电外科效果。电外科效果包括纯切割效果，切割和止血的组合效果，电灼效果和干燥效果。电灼和干燥有时统称为凝结。
由Morrison于1977年在美国专利4,040,426和McGreevy的美国专利4,781,175中描述了另一种通过氩等离子体技术的单极电外科方法。这种被称为氩等离子体凝结(APC)或氩束凝结的方法是一种非接触式单极热烧蚀电凝方法，在最近的20年中已广泛用于外科手术中。通常，APC涉及将可电离气体、比如氩气经有源电极供应到目标组织，并在电离路径中以无电弧扩散电流的形式将电能传导到目标组织。Canady在美国专利No.5,207,675中描述了通过柔性导管来改进APC，从而允许在内窥镜检查中使用APC。这些新方法使外科医生、内窥镜医师能够将标准的单极电灼与等离子体气体相结合以凝结组织。
美国专利申请公开No.2013/0296846中公开了又一种系统，其公开了一种用于同时切割和凝结组织的系统。被称为“冷气氛等离子体”系统的另一种系统在美国专利申请公开No.2014/0378892中公开。
发明内容
在一个优选的实施例中，本发明是一种气体增强式电外科发生器。气体增强式电外科发生器具有：壳体；位于壳体中的第一气体控制模块，其被配置成能控制第一气体的流动；位于壳体中的第二气体控制模块，其被配置成能控制第二气体的流动；高频功率模块；和位于壳体内的控制器、处理器或CPU，其被配置成能控制第一气体控制模块、第二气体控制模块和高频功率模块。所述气体增强式电外科发生器还可具有：第一连接器，其固定在所述壳体的外部，其中，第一连接器包括流体连接器，该流体连接器连接至第一气体控制模块的输出端口；和第二连接器，其固定在所述壳体的外部，其中，第二连接器包括连接至第二气体控制模块的输出端口的流体连接器和连接至高频功率模块的输出部的电连接器。第一气体和第二气体可以是CO2、氩气和氦气中的任何一种或其他气体。所述气体增强式电外科发生器可具有：位于所述壳体中的第三气体控制模块，其被配置成能控制第三气体的流动；和第三连接器，其固定在所述壳体的外部，其中，第三连接器包括连接至第三气体控制模块的输出端口的流体连接器和连接到所述高频功率模块的输出部的电连接器。例如，第一气体包括CO2，第二气体包括氩气，第三气体包括氦气。
气体增强式电外科发生器还可具有用于控制患者的腹腔内压力的子系统。用于控制患者的腹腔内压力的子系统可具有：连接到第一气体控制模块的输出端口的三通比例阀；压力控制阀，其具有内部压力腔室，通往内部压力腔室的端口，被配置成能释放来自患者的腹腔内压力的排放部和外部端口；用于感测腔室中的压力的第一压力传感器；和连接至外部端口的第二压力传感器。气体增强式电外科发生器还可具有安装在壳体上的触摸屏显示器。发生器还可具有图形用户界面，其中，CPU被配置成能控制图形用户界面和触摸屏显示器。
在气体增强式电外科发生器中，HF功率源可被配置成：能基于通过触摸屏输入的设置，将高频能量提供给氩等离子体凝结附件，并将低频电外科能量提供给冷气氛等离子体附件。
第一、第二和第三气体控制模块均可具有以下结构。气体控制模块具有：进入端口；连接到该进入端口的第一电磁阀，该第一电磁阀被配置成能打开和关断进入气体控制模块的气体流；第一压力传感器，其被配置成能感测通过第一电磁阀进入气体控制模块的气体的第一压力；第一压力调节器，其被配置成能将进入第一压力调节器的气体的第一压力改变为第二压力；第一流量传感器，其被配置成能感测离开第一压力调节器的气体的流率；具有入口和出口的第一比例阀，第一比例阀被配置成能调节出口相对于入口的占比；第二流量传感器，其被配置成能感测离开第一比例阀的气体的流率；第二电磁阀，其是三通阀；通气口，其连接到第二电磁阀；第二压力传感器，其用于感测通过第二电磁阀的气体的压力；和第三电磁阀，第三电磁阀被配置成能打开和关断从气体控制模块流出的气体流；和出口端口。第二压力可低于第一压力，且第一压力调节器将第一压力减小到第二压力。第一压力例如可以是50-100psi，第二压力可以是15-20psi。根据本申请的用于气体增强式电外科系统的气体控制模块还可具有用于将所述出口端口连接至电外科附件的管路。气体控制模块还包括用于支撑第一电磁阀、第一压力传感器、第一压力调节器、第一流量传感器、第二电磁阀、第二流量传感器、第二电磁阀、第二压力传感器和第三电磁阀中的至少两个的支撑结构。支撑结构可包括框架、壳体或另一支撑元件，且例如可由钢、塑料或它们的组合形成。
通过下面的详细描述，仅通过示出优选实施例和实施方式，本发明的其他方面、特征和优点将显而易见。本发明还能够具有其他和不同的实施例，且可在各种明显的方面修改其多个细节，而所有这些都不脱离本发明的精神和范围。因此，附图和说明书本质上应被认为是说明性的，而非限制性的。本发明的其他目的和优点将在下面的描述中部分地阐述，且从描述中将部分地显而易见，或可通过实施本发明而获知。
附图说明
为了更全面地理解本发明及其优点，现在参考以下说明和附图，在附图中：
图1A是气体增强式电外科发生器的一个优选实施例的透视图。
图1B是气体增强式电外科发生器的一个优选实施例的正视图。
图1C是气体增强式电外科发生器的一个优选实施例的后视图。
图1D是气体增强式电外科发生器的一个优选实施例的左侧视图。
图1E是气体增强式电外科发生器的一个优选实施例的右视图。
图1F是气体增强式电外科发生器的一个优选实施例的俯视图。
图1G是气体增强式电外科发生器的一个优选实施例的仰视图。
图2A是根据本发明的具有压力控制系统的气体增强式电外科发生器的一个优选实施例的框图，该气体增强式电外科发生器被配置成能执行氩气增强式电外科手术过程。
图2B是根据本发明的具有压力控制系统的气体增强式电外科发生器的一个优选实施例的框图，该气体增强式电外科发生器被配置成能执行冷气氛等离子体手术过程。
图2C是根据本发明用于图2A的实施例的套管针的图。
图2D是根据本发明的具有压力控制系统的气体增强式电外科发生器的一个替代性优选实施例的框图，该气体增强式电外科发生器被配置成能执行氩气增强式电外科手术过程。
图3A是示意性流程图，其示出了根据本发明的一个优选实施例通过模块的气体流以及模块用来控制气体流的方法。
图3B是示意性流程图，其示出了根据本发明的一个优选实施例通过替代性实施例的模块的气体流以及模块用来控制气体流的方法。
图3C是根据本发明的一个优选实施例的气体模块的正视图。
图3D是根据本发明的一个优选实施例的气体模块的后视图。
图3E是根据本发明的一个优选实施例的气体模块的俯视图。
图3F是根据本发明的一个优选实施例的气体模块的仰视图。
图3G是根据本发明的一个优选实施例的气体模块的第一侧视图。
图3H是根据本发明的一个优选实施例的气体模块的第二侧视图。
图4A是根据本发明的一个优选实施例在壳体或屏蔽罩内的气体模块的俯视图。
图4B是根据本发明的一个优选实施例在壳体或屏蔽罩内的气体模块的侧视图。
图4C是根据本发明的一个优选实施例在壳体或屏蔽罩内的气体模块的仰视图。
图5是根据本发明的一个优选实施例的图形用户界面的图。
具体实施方式
参考附图描述本发明的优选实施例。在图1A-1G中示出了根据本发明的一个优选实施例的气体增强式电外科发生器100。气体增强式发生器具有由坚固的材料(比如塑料或金属)制成的壳体110，该材料类似于用于常规电外科发生器的壳体的材料。壳体110具有可拆卸的盖114。壳体110和盖114具有比如螺钉119、榫舌或凹槽的装置或其他结构，以用于将盖可拆卸地固定至壳体。盖114可仅包括壳体的顶侧或壳体110的多个侧，例如壳体的顶侧、右侧和左侧。壳体110可具有附接到壳体底部的多个支脚或支腿140。壳体110的底部116可具有多个通风口118，用于从气体增强式发生器的内部通风。
触摸屏显示器120和多个连接器132、134位于壳体114的表面112上，连接器132、134用于将各种附件连接到发生器，比如氩等离子体探头、混合等离子体探头、冷气氛等离子体探头或任何其他电外科附件。气体连接器136用于连接例如用于吹入腹部的CO2供应源。壳体110的表面112相对于壳体110的顶部和底部成90度以外的角度，以使用户更容易观看和使用触摸屏显示器120。
气体控制模块中的一个或多个可安装在气体增强式电外科发生器100内。参考图2A-2D来描述用于控制气体增强式电外科发生器内的多个气体控制模块220、230、240的气体压力控制系统200。多个气体供应源222、232、242连接到气体压力控制系统200，更具体地，连接到气体压力控制系统200内的相应的气体控制模块220、230、240。气体压力控制系统200具有电源202，用于向系统的各个构件供电。CPU 210根据通过显示器120上的图形用户界面输入到系统中的设置或指令来控制气体压力控制模块220、230、240。示出的系统具有用于CO2、氩气和氦气的气体压力控制模块，但是该系统不限于那些特定的气体。在图2A-2D所示的实施例中，CO2被示为用于吹入腹部(或患者的其他体区)的气体。气体压力控制系统200具有连接到气体压力控制模块220的三通比例阀。尽管图2A示出了仅连接到CO2控制模块220的三通比例阀，但是三通比例阀可连接到不同的气体控制模块230或240。气体压力控制系统200还具有HF功率模块250，以用于为各种类型的电外科手术过程供应高频电能。HF功率模块包含常规电子器件，比如在电外科发生器中提供HF功率的已知的电子器件。示例性系统包括但不限于美国专利No.4,040,426和美国专利No.4,781,175中公开的系统。该系统还可具有用于将HF功率转换为低频的转换器单元，比如可用于冷气氛等离子体并在美国专利申请公开No.2015/0342663中描述。
气体控制模块220的出口端口连接到发生器壳体上的连接器136。尽管连接器136和其他连接器被示出在壳体110的前表面上，但是它们可位于壳体上的其他位置。气体控制模块230、240的出口端口均连接至通向连接器132的管路或其他通道。连接器152连接至连接器136，且作为延伸至并连接至管路292的管路。管路292连接至压力控制阀280或旋塞阀并延伸到套管针中。压力控制阀280用于控制患者体内的压力。气体压力控制系统还具有连接到管路292以感测管路292中的压力的压力传感器282和用于感测压力控制阀280中的压力的压力传感器284。如图2C所示，管路292实际上是管中管，使得从发生器供应的气体通过管296到达套管针和患者，且气体通过管294从患者体内释放出来。
如图2A所示，与控制模块230连接的连接器132具有气体增强式电外科器械160，该气体增强式电外科器械160具有连接到其中的连接器162。在图2A中，气体控制模块230控制氩气的流动，因此器械160是氩气体增强式电外科工具，例如比如美国专利No.5,720,745中所公开的氩等离子体探头，比如美国专利申请公开No.2017/0312003或美国专利申请公开No.2013/0296846中所公开的混合等离子体切割附件，或比如美国专利申请公开No.2016/0235462中所公开的单极密封器。可类似地使用其他类型的氩气手术装置。如图2B所示，与控制模块240连接的连接器132具有气体增强式电外科器械170，该气体增强式电外科器械170具有连接到其中的连接器172。在图2B中，气体控制模块240控制氦气的流动，因此器械170例如是比如在美国专利申请公开No.2016/0095644中公开的冷气氛等离子体附件。
该系统用于控制患者的腹腔内压力。压力控制阀280在其内部具有腔室。该腔室内的压力由压力传感器284测量。CO2从气体控制模块220经由三通比例阀260被供送到压力控制阀280内的腔室。压力控制阀280内的该腔室中的压力也可经由三通比例阀260释放。以这种方式，系统可使用压力传感器284和三通比例阀以在压力控制阀280内的腔室中获得期望的压力(通过用户界面设置)。压力传感器282感测管路294中的压力(以及腹腔内压力)。然后，压力控制阀280通过其排放部释放压力，以使传感器282读取的腹腔内压力与压力传感器284读取的压力控制阀内的腔室中的压力同步。传感器282、284的读数可提供给CPU 210，CPU 210进而可根据所进行的手术过程来控制CO2的以及氩气和氦气之一的流量，以实现稳定的期望腹腔内压力。
气体压力控制系统的一个替代性实施例在图2D中示出。在该系统中，自动旋塞阀或压力控制阀280已由手动溢流阀280a代替，手动溢流阀280a由使用该系统的外科医生控制或操作。
根据本发明的气体控制模块300被设计用于气体增强式电外科系统。通常，气体增强式电外科系统具有电外科发生器和气体控制单元，电外科发生器和气体控制单元具有单独的壳体。传统的气体控制单元通常仅控制单一气体，比如氩气、CO2或氦气。本发明的气体控制模块300可用于气体控制单元中或用于既充当电外科发生器又充当气体控制单元的组合单元中。此外，根据本发明的多个气体控制模块可组合在单个气体控制单元或组合的发生器/气体控制单元中，以提供对多种气体的控制并提供对多种类型的气体增强式手术、比如氩气体凝结，混合等离子体电外科系统和冷气氛等离子体系统的控制。
图3A是示意性流程图，其示出了根据本发明的一个优选实施例通过气体控制模块300的气体流以及模块300控制气体流的方法。如图3A所示，气体在进入端口(IN)301处进入气体控制模块，并前进至第一电磁阀(SV1)310，该第一电磁阀为开/关阀。在一个示例性实施例中，气体以75psi的压力进入气体模块。然后气体前进到第一压力传感器(PI)320，再前进到第一压力调节器(R1)330。在一个示例性实施例中，第一压力调节器(R1)330将气体的压力从75psi减小到18psi。在经压力调节器(R1)330之后，气体前进至流量传感器(FS1)340，其感测气体的流率。接下来，气体前进至比例阀(PV1)350，该比例阀350允许调节阀的开度比例。然后，气体前进到第二流量传感器(FS2)360，该第二流量传感器感测气体的流率。该第二流量传感器(FS2)360提供冗余，从而在系统中提供更高的安全性和准确性。接下来，气体前进到第二电磁阀(SV2)370，该第二电磁阀是三通阀，其提供可使气体通过通气口372离开模块的通气功能。然后，气体前进到第二压力传感器(P2)380，第二压力传感器提供了冗余的压力感测功能，从而产生了更高的系统安全性和准确性。最终，气体前进到第三电磁阀(SV3)390，该第三电磁阀是常闭的双通开关阀，且是模块中的最终输出阀。气体在输出端口(OUT)399处离开模块，该输出端口与管路或其他通道连接，从而提供了通道以使气体流向与电外科单元连接的附件。
图3B是根据本发明的一个优选实施例的气体控制模块的一个替代实施例的示意性流程图，其示出了通过气体控制模块300a的气体流以及模块300a控制气体流动的方法。如图3B所示，气体在进入端口301a处进入气体控制模块，并前进至第一压力调节器(R1)330a。在一个示例性实施例中，第一压力调节器(R1)330a将气体的压力从约50-100psi降低到15-25psi。在经压力调节器(R1)330a之后，气体前进到第一压力传感器(PI)320a，然后前进到第一电磁阀(SV1)310a，该第一电磁阀是开/关阀。接下来，气体前进至比例阀(PV1)350a，该比例阀允许调节阀中的开度比例。接下来，气体前进至流量传感器(FS1)340a，该流量传感器感测气体的流率。然后，气体前进到第二电磁阀(SV2)370a，该第二电磁阀是三通阀，其提供可使气体通过通气口372a离开模块的通气功能。然后，气体前进到第二流量传感器(FS2)360a，该第二流量传感器感测气体的流率。该第二流量传感器(FS2)360a提供冗余，从而在系统中提供更高的安全性和准确性。然后，气体前进到第二压力传感器(P2)380a，该第二压力传感器提供冗余的压力感测功能，从而产生了更高的系统安全性和准确性。气体在输出端口399a处离开模块，该输出端口与管路或其他通道连接，从而提供了通道以使气体流向与电外科单元连接的附件。
模块的任一实施例中的各种阀和传感器通过连接器490电连接到主PCB板。PCB连接器490连接到具有微控制器(比如图2A所示实施例中的CPU 210)的PCB板。如前所述，多个气体模块可在单个气体控制单元或单个电外科发生器中，以提供对多种不同气体的控制。多个气体控制模块还可连接至同一PCB板，从而提供对模块的通用控制。
图3A的实施例的气体控制模块在图3C-3H中更详细地示出。气体控制模块具有框架、壳体或其他支撑结构302。形成气体控制模块的各种构件直接或间接地连接至框架、壳体或其他支撑结构302。框架、壳体或其他支撑结构302可例如由钢、塑料或具有足够强度以支撑模块的构件的任何其他材料形成。框架、壳体或其他支撑结构302可具有用于接收例如制造商标签304或其他标识信息的表面。
如图3C所示，气体控制模块还具有出口端口399、质量流量传感器(FS1)340和压力传感器组件(P2)380。该模块还可具有例如黄铜支架305。如图3E所示，气体控制模块还具有微型医疗调节器(R1)330和质量流量传感器(FS2)360。通气口372连接到电磁阀(SV2)370。如图3C-3H所示，气体控制模块具有各种可堆叠的安装结构特征307、309和用于将模块安装在壳体中的螺孔311。如图3G所示，气体控制模块还具有作为开/关阀的电磁阀(SV1)310和二通电磁阀(SV3)390。如图3H所示，该模块还具有电磁阀(SV2)370、压力传感器组件(PI)320和比例阀(PV1)350。
图4A-4C示出了气体控制模块的一个优选实施例，该气体控制模块具有位于模块410上的EMI屏蔽罩或壳体。可例如通过将盘头螺钉嵌入到螺孔311中来将EMI屏蔽罩固定到模块。EMI屏蔽罩或壳体具有可堆叠的安装结构特征452，454。EMI屏蔽罩或壳体还可具有在推式安装结构430中的缆线扎带以及用于将连接到气体控制模块中的各个构件的导线固定的扎环440和拉索扎带450。导线连接到主PCB连接器490。
壳体、框架或其他支撑结构102的所有结构特征、EMI屏蔽罩、堆叠结构特征和安装结构特征可类似地结合在图3B所示的实施例中或本发明的其他实施例中。
如图5所示，发生器还可具有图形用户界面500，以用于使用触摸屏显示器120来控制系统的构件。例如，图形用户界面500可控制机器人511，氩单极切割/电凝器512，混合等离子体切割器513，冷气氛等离子体514，双极515，等离子体密封器516，血液动力学机构517或语音激活518。图形用户界面还可与荧光引导手术502一起使用。例如，J.Elliott等人“Review of fluorescence guided surgery visualization and overlay techniques”，BIOMEDICAL OPTICS EXPRESS 3765(2015)，概述了关于显示定向，颜色图，透明度/阿尔法(alpha)功能，动态范围压缩和颜色感知检查的五个实用建议。讨论荧光引导外科手术的另一示例是K.Timirneni等人，“Oncologic Procedures Amenable to Fluorescence-guidedSurgery”(Annals of Surgery，Vo.266，No.1，2017年7月)。图形用户界面(GUI)还可与比如CT，MRI或超声的引导成像一起使用。图形用户界面可与(比如可在各种电外科附件中找到的)RFID 520通信，且可收集使用数据530并将其存储在存储介质中。图形用户界面500与FPGA 540进行通信，FPGA 540可控制冲洗泵552，吹入器554，PFC 562，用于调节功率输出的全桥564，用于调节功率(DC至AC)的回描(fly back)器件566和脚踏板570。
为了说明和描述的目的，给出了本发明的优选实施例的前述描述。其并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式，且根据上述教导可进行修改和变化，或可从本发明的实践中获得修改和变化。选择和描述该实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，以使本领域技术人员能够以适合于预期的特定用途的各种实施例利用本发明。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同物限定。上述文献的全部内容通过引用并入本文。

Claims (13)

1.一种气体增强式电外科发生器，包括：
壳体；
位于所述壳体中的第一气体控制模块，其被配置成能控制第一气体的流动；
位于所述壳体中的第二气体控制模块，其被配置成能控制第二气体的流动；
高频功率模块；和
位于所述壳体内的控制器，其被配置成能控制第一气体控制模块、第二气体控制模块和所述高频功率模块。
2.根据权利要求1所述的气体增强式电外科发生器，其中，所述气体增强式电外科发生器还包括：
第一连接器，其固定在所述壳体的外部，其中，第一连接器包括流体连接器，所述流体连接器连接至第一气体控制模块的输出端口。
3.根据权利要求2所述的气体增强式电外科发生器，其中，所述气体增强式电外科发生器还包括：
第二连接器，其固定在所述壳体的外部，其中，第二连接器包括：
流体连接器，其连接到第二气体控制模块的输出端口；
电连接器，其连接到所述高频功率模块的输出部。
4.根据权利要求3所述的气体增强式电外科发生器，其中，第一气体包括CO2，第二气体包括氩气。
5.根据权利要求3所述的气体增强式电外科发生器，其中，第一气体包括CO2，第二气体包括氦气。
6.根据权利要求3所述的气体增强式电外科发生器，其中，所述气体增强式电外科发生器还包括：
位于所述壳体中的第三气体控制模块，其被配置成能控制第三气体的流动；
第三连接器，其固定在所述壳体的外部，其中，所述第三连接器包括：
流体连接器，其连接到第三气体控制模块的输出端口；和
电连接器，其连接到所述高频功率模块的输出部。
7.根据权利要求6所述的气体增强式电外科发生器，其中，第一气体包括CO2，第二气体包括氩气，且第三气体包括氦气。
8.根据权利要求1所述的气体增强式电外科发生器，其中，所述气体增强式电外科发生器还包括：
用于控制患者的腹腔内压力的子系统。
9.根据权利要求2所述的气体增强式电外科发生器，其中，用于控制患者的腹腔内压力的子系统包括：
三通比例阀，其连接到第一气体控制模块的输出端口；
压力控制阀，其具有内部压力腔室、通往所述内部压力腔室的端口、被配置成能释放来自患者的腹腔内压力的排放部和外部端口；
第一压力传感器，其用于感测所述腔室中的压力；和
连接到所述外部端口的第二压力传感器。
10.根据权利要求1所述的气体增强式电外科发生器，其中，所述控制器包括CPU。
11.根据权利要求4所述的气体增强式电外科发生器，其中，所述气体增强式电外科发生器还包括安装在所述壳体上的触摸屏显示器。
12.根据权利要求5所述的气体增强式电外科发生器，其中，所述气体增强式电外科发生器还包括图形用户界面，其中，所述CPU被配置成能控制所述图形用户界面和所述触摸屏显示器。
13.根据权利要求1所述的气体增强式电外科发生器，其中，所述HF功率源被配置成：能基于通过触摸屏输入的设置，将高频能量提供给氩等离子体凝结附件，并将低频电外科能量提供给冷气氛等离子体附件。
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