CN112261963B - 在内窥镜外科手术中控制手术腔内气体组成的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在内窥镜外科手术中控制手术腔中的气体组成的方法，包括监测来自患者手术腔的气流中的多种气体种类。所述方法包括：测量来自所述手术腔的所述气流中的所述多种气体种类；以及确定在来自所述手术腔的所述气流中测量的所述气体种类是否分别存在并且/或者是否在相应的期望范围内。所述方法包括如果所述多种气体种类中的一种或多种气体种类在所述相应的期望范围之外，则将气体添加到所述手术腔中，以使所述手术腔中的气体种类的组成在所述相应的期望范围内。

Description

在内窥镜外科手术中控制手术腔内气体组成的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年6月5日提交的美国专利申请序列号16/000,254的优先权权益，其公开内容全部以引用方式并入本文。
背景技术
1.技术领域
本公开涉及内窥镜手术，并且更具体地，涉及在内窥镜或腹腔镜外科手术中用于控制手术腔中的气体组成的系统和方法。
2.相关技术描述
腹腔镜或"微创"外科技术已在诸如胆囊切除术、阑尾切除术、疝修补术和肾切除术的手术的执行中变得日益普遍。此类手术的益处包括减少对患者的创伤、减少感染机会和缩短恢复时间。此类在腹(腹膜)腔中进行的手术通常通过被称为套管针或套管的装置来执行，所述装置有利于将腹腔镜器械引入患者的腹腔中。
另外，此类手术通常涉及用加压流体诸如二氧化碳填充或“充注”腹腔以产生被称为气腹的手术空间。充注可通过被配备成输送充注流体的外科进入装置诸如套管针或通过单独的充注装置诸如充注(气腹式)针来进行。期望的是在没有大量损失充注气体的情况下将外科器械引入气腹以便保持气腹。
在典型的腹腔镜手术期间，外科医生做三至四个小切口，这些小切口通常分别不大于约十二毫米，通常可通过使用放置在外科进入装置中的单独插入物或填塞物而由外科进入装置自身来形成这些小切口。在插入之后，填塞物被移除，并且套管针允许器械进入以被插入到腹腔中。典型的套管针提供对腹腔进行充注的路径，使得外科医生具有在其中工作的开放内部空间。
套管针还必须提供一种通过在套管针和正在使用的手术器械之间进行密封来保持腔内压力的同时仍然允许外科器械的至少最小的移动自由度的方式。此类器械可包括例如剪刀、抓握器械和闭塞器械、烧灼单元、照相机、光源和其他外科器械。密封元件或机构通常设置在套管针上以防止充注气体从腹腔逸出。这些密封机构通常包括由相对易弯曲的材料制成的鸭嘴型阀，以密封穿过套管针的外科器械的外表面。
ConMed Corporation的全资子公司SurgiQuest,Inc.已开发出独特的气体密封外科进入装置，其准许无需使用常规的机械瓣膜密封件即可立即进入充注的手术腔，例如在美国专利号7,854,724中所述。这些装置由包括内部管状主体部分和同轴外部管状主体部分的几个嵌套部件构成。内部管状主体部分限定用于将常规腹腔镜外科器械引入患者腹腔的中央内腔，并且外部管状主体部分限定围绕内部管状主体部分的环形内腔，用于将充注气体输送到患者的腹腔，并且用于促进定期感测腹部压力。SurgiQuest,Inc.还开发了多模式充注系统，诸如在美国专利号8,715,219、美国专利号8,961,451以及美国专利号9,295,490中描述的那些多模式充注系统，以及排烟系统，诸如在2018年4月4日提交的美国专利申请号15/945,007中描述的那些排烟系统。
这些独特的外科进入装置与气体输送系统一起使用，诸如上述气体输送系统，该气体输送系统将加压的外科气体的流提供给套管针的中央内腔以产生并且保持气体密封。进入装置的中央内腔与体腔直接连通，因此再循环流将必然包括体腔内的气体。该气体在不影响充注和通过环形内腔感测的情况下连续再循环。在外科手术中，由于电灼、麻醉等原因，体腔内的气体组成可发生变化。该气体组成可影响患者，但在现有技术中，尚没有可靠的方法来获知在外科手术中体腔内的气体组成发生了怎样的变化。
尽管早期的充注利用空气、氮气或其他气体及其混合物完成，但从20世纪70年代开始，二氧化碳开始成为充注气体的护理标准选择。与医学和科学界公认的其他气体相比，二氧化碳具有许多益处。人体自然地具有自身的清除二氧化碳的方法。在呼吸过程中，富氧空气被吸入，并且氧气经由动脉系统被输送到整个身体。二氧化碳是由细胞呼吸自然产生的废物，并且经由静脉系统运回肺部以被呼出。二氧化碳易于被人体吸收，并且可经由上述方法被清除。其他气体从体内的清除更为困难，这可导致术后并发症，包括肺气肿或因不完全排气、皮下气肿(皮下积聚的气体)或栓塞而残留的充注气体。当气泡进入血流并且阻塞特定血管中的血流时，会发生栓塞。栓塞可导致神经、肌肉或大脑受损甚至死亡。由于人体具有清除二氧化碳的能力，因此与其他气体相比，二氧化碳的气泡不太可能造成破坏性的栓塞，因为人体可以更为轻松地吸收二氧化碳来减小尺寸或者消除栓塞。
随着微创外科手术的普及和在腹腔镜腔内充注变得日益普遍，充注开始用于其他内窥镜手术中，诸如结肠镜检查和微创结直肠外科手术。探索结直肠腔内充注的早期研究和出版物对燃烧问题特别关注。在腹腔镜手术和其他内窥镜手术中，使用电灼装置来切割和凝结软组织非常常见。单极、双极、RF、谐波和其他装置很容易从市场上购得。这些装置使用电或其他能量形式来烧灼组织，以防止切口过多出血。结直肠外科医生开始对空气充注产生担忧，因为在患者的肠管中可能存在残留的甲烷气体可以为燃烧提供燃料。在若干重大案例中，发现在充注空气中存在氧气导致了爆炸的发生。二氧化碳不可燃的事实使其迅速在医学界被采用为结直肠充注气体的选择和护理标准。
微创外科手术领域的技术人员可以理解，多种其他气体可以从多种源进入手术腔。室内空气可因泄漏或经由残留在无菌管组或被气动密封在无菌封装中的其他医疗产品中的气体进入腔体，然后被插入或附接到患者腔体。电烧灼或激光烧灼装置本身(诸如氩束凝结器)有时使用某些气体如氩气来传输其能量，并且可导致该气体存在于腔体内。烧灼过程可释放一氧化碳和挥发性有机化合物(VOC)，这些挥发性有机化合物是残留在腔体中的有害气体化合物。最后，在手术之前，使用某些气体来麻醉患者。这些麻醉气体可以被人体代谢并且显示为存在于手术腔中。这是在手术腔中非二氧化碳气体怎么会成为问题的另一个实例。
虽然前面的讨论特别提及了腹腔镜检查和结直肠充注，但本领域的技术人员将容易理解，控制手术腔中气体组成的问题通常与任何合适的手术腔的充注(包括胸腔充注)相关，以及与任何合适的内窥镜手术相关。
常规技术已被认为对于其预期目的是令人满意的。然而，对用于在外科手术中控制气体输送的改进的系统和方法的需要一直存在。本公开提供了针对该需要的解决方案。
发明内容
一种用于在内窥镜外科手术中控制手术腔中的气体组成的方法，包括监测来自患者手术腔的气流中的多种气体种类。该方法包括：测量来自手术腔的气流中的多种气体种类；以及确定在来自手术腔的气流中测量的气体种类是否分别存在并且/或者是否在相应的期望范围内。该方法包括在任何气体种类在相应的期望范围之外的情况下采取校正措施。
采取校正措施可包括：如果多种气体种类中的一种或多种气体种类在相应的期望范围之外，则向手术腔中添加气体，以使手术腔中的气体种类的组成在相应的期望范围内。采取校正措施可包括警告用户不理想的气体组成。采取校正措施可包括指示外部或内部充注器用二氧化碳冲洗手术腔。采取校正措施可包括禁用装置以防止对患者造成伤害。气体传感器可测量质量流量或体积流量，以便测量不同气体种类的存在。该系统/方法可包括使用查找表以根据多个质量流量或体积流量读数计算摩尔百分比。采取校正措施可包括将气流从充注器或气体再循环器输送到手术腔中。
监测来自手术腔的气流中的多种气体种类可涉及连续监测气流。监测来自手术腔的气流中的多种气体种类可涉及连续或周期性地对气流进行采样。来自手术腔的气流可以由来自手术腔的排出气体、来自手术腔的循环气体和/或来自手术腔的间歇性泄漏的气体导致。向手术腔中添加气体可涉及将气流从充注器或气体再循环器输送到手术腔中。
确定在来自手术腔的气流中测量的气体种类是否各自在相应的期望范围内可涉及确定气体种类的组成是否包括低于指定水平的二氧化碳(CO2)的浓度。向手术腔中添加气体可涉及在二氧化碳(CO2)的浓度低于指定水平时向手术腔中添加二氧化碳(CO2)，以使手术腔中二氧化碳(CO2)的浓度增加到指定水平以上。
监测多种气体种类并且确定是否测量到气体种类可包括监测并且确定氮气(N2)、氧气(O2)、氧化亚氮(NO2)、水蒸气(H2O)、七氟烷、甲烷(CH4)、氙气(Xe)、氩气(Ar)、地氟烷、异氟烷和/或一氧化碳(CO)是否存在以及/或者在相应的期望范围内。
测量气流中的多种气体种类可包括通过基于来自多个气体种类传感器的信息对单个气体种类的流量求和，然后除以气流中所有气体种类的总流量，计算每个气体种类的摩尔百分比。计算每个气体种类可包括通过基于来自多个气体种类传感器的信息对单个气体种类的流量求和，然后除以气流中所有气体种类的总流量，计算每种气体的摩尔百分比。
监测可包括使用与来自手术腔的主气流成一条线上的传感器。还可以构想，监测可包括使用被定位成从与来自手术腔的主气流平行的一股气流采样的传感器。
一种用于在内窥镜外科手术中控制手术腔中气体组成的系统，包括用于监测来自患者的手术腔的气流中的多种气体种类的传感器。处理器可操作地连接到传感器以确定在来自手术腔的气流中监测到的气体种类是否分别存在并且/或者是否在相应的期望范围内，并且如果任何气体种类不在相应的期望范围内，则采取校正措施。
如果多个气体种类中的一种或多种气体种类在相应的期望范围之外，则充注器可以可操作地连接到处理器以将气体添加到手术腔中，从而使手术腔中的气体种类的组成处于期望组成的相应的期望范围内。
传感器可包括质量流量传感器、非分散型红外传感器、金属氧化物传感器、催化珠传感器、热导率传感器、比色传感器、光电离检测器、火焰电离检测器、电化学传感器和/或半导体传感器和声波传感器中的至少一种。传感器可包括气体种类传感器阵列。气体种类传感器阵列可以并联布置。还可以构想，气体种类传感器阵列可以串联布置。
泵可以可操作地连接到充注器，以使来自手术腔的气流移动。泵可以可操作地连接到至少一个套管针。充注器可以可操作地连接到气体源。
用于监测多种气体种类的传感器可包括对二氧化碳(CO2)的浓度、氮气(N2)的浓度、氧气(O2)的浓度、氧化亚氮(NO2)的浓度、水蒸气(H2O)的浓度、七氟烷的浓度、甲烷(CH4)的浓度、氙气(Xe)的浓度、氩气(Ar)的浓度、地氟烷的浓度、异氟烷的浓度和/或一氧化碳(CO)的浓度敏感的一个或多个气体种类传感器。
对于本发明所属领域的普通技术人员而言，根据以下结合附图说明对优选实施方案的详细描述，本公开的这些和其他特征将变得更加显而易见。
附图说明
为了使本领域的技术人员将容易地理解如何在不进行过度实验的情况下制造和使用本公开的气体循环系统，下面将参考附图详细描述其优选实施方案，其中：
图1是根据本公开的实施方案构造的外科气体再循环和过滤系统的示意图，该外科气体再循环和过滤系统被配置为监测来自手术腔的气流中的气体种类；
图2是根据本公开的另一实施方案构造的外科气体输送系统的示意图，该外科气体输送系统被配置为在利用集成充注器的排烟期间连续监测来自手术腔的气流中的气体种类；
图3是根据本发明的另一实施方案构造的外科气体输送系统的示意图，该外科气体输送系统被配置为在气体再循环和/或利用通气功能的排烟期间连续监测来自手术腔的气流中的气体种类；
图4是根据本公开的另一实施方案构造的外科气体输送系统的示意图，该外科气体输送系统被配置为在利用通气功能和集成充注器的排烟期间连续监测来自手术腔的气流中的气体种类；
图5是根据本公开的另一实施方案构造的外科气体输送系统的示意图，该外科气体输送系统被配置为在利用气动独立的充注和吸入回路的排烟期间连续监测来自手术腔的气流中的气体种类；
图6是根据本公开的实施方案构造的多模式外科气体输送系统的示意图，该多模式外科气体输送系统被配置为利用气动密封的无阀套管针来监测来自手术腔的气流中的气体种类；
图7A是根据本公开构造的气体传感器的示例性实施方案的示意图，其中气体种类传感器与来自手术腔的气流的流动路径成一条线；
图7B是根据本公开构造的气体传感器的示例性实施方案的示意图，其中将气体种类传感器定位在平行的流动路径中旨在从来自手术腔的气流的主要流动路径中采样；
图8A是根据本公开构造的气体传感器的示例性实施方案的示意图，存在具有彼此并联连接的多个气体种类传感器阵列，其中该阵列与来自手术腔的气流的流动路径成一条线连接；
图8B是根据本公开构造的气体传感器的示例性实施方案的示意图，存在具有彼此并联连接的多个气体种类传感器阵列，其中该阵列在平行的流动路径中连接旨在从来自手术腔的气流的主要流动路径采样；
图9A是根据本公开构造的气体传感器的示例性实施方案的示意图，存在具有彼此串联连接的多个气体种类传感器阵列，其中该阵列与来自手术腔的气流的流动路径成一条线连接；并且
图9B是根据本公开构造的气体传感器的示例性实施方案的示意图，存在具有彼此串联布置的多个气体种类传感器阵列，该该阵列在平行的流动路径中连接旨在从来自手术腔的气流的主要流动路径采样。
具体实施方式
现在将参考附图，其中相似的附图标记标识本公开的类似的结构特征或方面。出于解释和说明而非限制性目的，根据本发明的外科气体输送系统的示例性实施方案的局部视图在图1中示出，并且总体上由附图标记10表示。如将要描述的，在图2至图9B中提供了根据本公开或其方面的外科气体输送系统的其他实施方案。本文所述的系统和方法可用于在内窥镜外科手术中控制手术腔中的气体组成。
现在参考图1，该图示出了气体排出系统10，并且更具体地是气体再循环和排烟系统，用于在内窥镜外科手术中从患者的手术腔16中连续地移除气体。排烟系统10包括入口流动路径22，该入口流动路径通向与患者的手术腔16连通的第一套管针18，通过该套管针将连续的气体流输送到手术腔16。与气体密封套管针相反，第一套管针18优选的是带有机械密封件20的标准套管针。系统10还包括从第二套管针26引出的出口流动路径24，该第二套管针与手术腔16连通，通过该第二套管针从手术腔16移除连续的烟气流。第二套管针26还优选地是带有机械密封件28的标准套管针。虽然在本文中在机械密封套管针的示例性上下文中示出和描述，但本领域的技术人员将容易理解，在不脱离本公开的范围的情况下，本文所公开的系统和方法可与气动密封和/或机械密封的套管针一起使用。
泵30与入口流动路径22连通以将清洁气体的连续流输送到手术腔16，并且与出口流动路径24连通以从手术腔16移除连续的烟气流。本领域的技术人员将容易理解，在此以连续流作为实例，但在本公开的范围内，并非必须为连续流。
过滤器32与入口流动路径22和出口流动路径24中的至少一者可操作地关联以清洁或以其他方式调节从中经过的气体。传感器34被包括在泵30的上游、过滤器32和第二套管针26的下游的出口流动路径24中。传感器34被配置为监测来自患者的手术腔16的气流中的多种气体种类。处理器36可操作地连接到传感器34，用于确定在来自手术腔16的气流中监测到的气体种类是否分别存在并且/或者是否在相应的期望范围内。
传感器34可包括质量流量传感器、非分散型红外传感器、金属氧化物传感器、催化珠传感器、热导率传感器、比色传感器、光电离检测器、火焰电离检测器、电化学传感器、半导体传感器和声波传感器和/或任何其他合适类型的气体传感器中的至少一种。传感器34可包括对二氧化碳(CO2)的浓度、氮气(N2)的浓度、氧气(O2)的浓度、氧化亚氮(NO2)的浓度、水蒸气(H2O)的浓度、七氟烷的浓度、甲烷(CH4)的浓度、氙气(Xe)的浓度、氩气(Ar)的浓度、地氟烷的浓度、异氟烷的浓度、一氧化碳(CO)的浓度和/或任何其他合适气体的浓度敏感的一个或多个气体种类传感器。
现在参考图2，用于控制手术腔中的气体组成的系统100的另一示例性实施方案被示出为带有集成充注器的排烟器。系统100包括从其他主动内部系统部件引出的三个导管112、114、118和使导管118能够供应导管112并且与其组合的阀295。导管112和导管114分别通向两个不同的外科装置133、135。
阀295一体地设置在控制单元110内，如通过虚线参考数字110的放置示意性地指示的。阀295具有对应于不同功能的两个操作位置—位置A和位置B，如下所述。当系统100的压力感测功能被激活时，阀295被定位在位置“A”，从而准许充注/感测导管118经过该阀连接到导管112，经过导管组155连接到外科装置133(例如，套管针)。当阀295被定位在位置A并且连接外科装置133时，准许充注子单元121感测腹部压力。泵111可操作地连接到充注器和外科装置133以移动来自手术腔16的气流。在阀295的位置A中，泵111的输出进入供应导管114。该配置允许泵111在感测期间继续运行，从而避免在停止和重新启动泵111时可能发生的任何功率尖峰。
如果系统100被设置为合适的模式(诸如排烟和充注的组合)，则当通过感测来确定手术腔压力时，阀295被切换到位置A，以便将再循环导管112连接到充注导管118，从而准许将充注气体通过再循环导管112添加到系统100中。同时，充注子单元121可以仅被设置为充注模式，因此仅向系统100添加气体而不感测压力。当处于位置A时，根据一个优选方面，阀295准许充注子单元121的仅单个功能—从感测切换为供应二氧化碳—如在常规外科充注器中执行的那样。
因此，如上所述，在图2的系统100中，仅当阀295处于位置B时才进行烟气排出和过滤，这准许气体经由泵111再循环到手术腔16。在这种布置中，根据需要或要求，烟气排出/过滤和压力感测之间的切换可被配置为正常感测模式或正常过滤模式。由于通常需要优先监测腹部压力，因此正常感测模式可能比正常过滤模式更优选。
在某些应用中，在充注期间实时监测手术腔16处的压力是有利的。实时压力监测有助于更好地检测和响应手术腔中的压力变化。此外，连续的压力监测与新的或再循环的充注气体的持续流动相结合也有利于改善从手术腔中移除烟气。
本领域的技术人员将容易理解，系统100可用于实时感测烟气排出，在美国专利申请号15/945,007中描述了其更多细节，该专利申请的全文以引用方式并入本文。
类似于上述系统10，系统100在紧接泵111上游的流动路径114中包括传感器34，用于监测来自手术腔16的气流中的多种气体种类。充注器，例如充注单元121，可操作地连接到处理器170，用于在多种气体种类中的一种或多种气体种类超出相应的期望范围的情况下将来自供应源140的气体添加到手术腔16中，以使手术腔16中的气体种类的组成处于相应的期望范围内。排泄阀115包括在与导管114的连接中。传感器117与充注导管118或其他腹部压力源流体连通。当感测到过压状况时，压力传感器117向排泄阀115发送信号通知从系统100释放流体。
现在参考图3，用于控制手术腔中的气体组成的系统300的另一示例性实施方案被示出为利用通气功能的气体再循环/排烟系统。系统300包括类似于以上参考图1描述的套管针320和套管针350、密封件322和密封件352，以及过滤器390。系统300的实施方案可被配置为使得在编程的驱动压力下供应的气体流量根据手术腔16内的手术腔压力而变化，并且处理器370被配置为确定与由与处理器370通信的流量传感器连续测量的气体流量测量相对应的手术腔压力，该流量传感器为例如与入口流动路径310可操作地关联的流量传感器382和/或与出口流动路径340可操作地关联的流量传感器384。这种排烟系统的典型驱动压力为约60mmHg。
系统300的实施方案可被配置为使得保持指定气体流量所需的驱动压力根据手术腔16中的手术腔压力而变化，并且处理器370被配置为确定与由与处理器370通信的压力传感器连续测量的测量驱动压力相对应的手术腔压力，该流量传感器为例如与入口流动路径310可操作地关联的压力传感器386和/或与出口流动路径340可操作地关联的压力传感器388。这种排烟系统的典型气体流量为约5L/min。
处理器370以这样的方式控制泵360，使得清洁气体由泵360以与由泵360从手术腔16中移除烟气的气体流量相关的气体流量输送到手术腔16。例如，处理器370以这样的方式控制泵360，使得泵360将清洁气体以等于由泵360从手术腔16中移除烟气的气体流量的气体流量，或者在手术腔16处于欠压状态或过压状态的情况下以大于或小于由泵360从手术腔16中移除烟气的气体流量输送到手术腔16。在这方面，应当理解，虽然整个系统中的气体流动基本上是连续的，但可能存在一些情况，其中充注或气体输送流量和/或排出或气体移除流量可暂时降至0L/min，以便防止在系统中出现极端的欠压或过压状况。还可以构想，系统300可被配置为与外部充注器通信，该外部充注器监测腔体压力并且用新鲜的二氧化碳进行充注。
可选地，阀392可位于泵360的入口侧(340)，该泵将由处理器370控制以从大气中吸入更多的气体，并且/或者阀394可位于泵360的出口侧(310)，该泵将由处理器370控制以将一些气流排放到大气中以便更好地调节流量。
与上述系统10类似，系统300在紧接阀392和泵360的上游并且在紧接流量传感器384的下游的流动路径340中包括传感器34，用于监测来自手术腔16的气流中的多种气体种类。传感器34可操作地连接到处理器370以控制手术腔16中的气体组成。如果传感器34读取潜在有害气体的存在和/或浓度，则系统300可使用阀392、394来排放不希望的气体种类。例如，气体传感器34读取10％的甲烷，处理器可以打开阀392以便将甲烷从手术腔中排出。在该实例中，系统300将需要与完全分开的充注器或经由某种连通连接的外部充注器一起使用。在该实例中，图3中所示的排烟器检测到甲烷，打开阀392排出甲烷，这使得产生负压，充注器将感测到该负压并且使二氧化碳流入以进行补偿。这是响应于存在和/或超出期望范围的气体而采取校正措施的一个实例。
现在参考图4，该图示出了利用通气功能和集成充注器的排烟系统，该排烟系统用于在内窥镜外科手术中从患者的手术腔16连续地移除气体，通常由附图标记500表示该排烟系统。排烟系统500包括与从套管针550引出的真空泵560的入口流动路径540相关联的流量和/或压力传感器584、588，并且该排烟系统包括与通向套管针520的充注路径510相关联的流量和/或压力传感器582、586，以及过滤器590。在这方面，应当理解，虽然整个系统500中的气体流动基本上是连续的，但可能存在一些情况，其中充注或气体输送流量和/或排出或气体移除流量可暂时降至0L/min，以便防止在系统500中出现极端的欠压或过压状况。
另外，在排烟系统500中，泵560的出口侧在连接到充注气体源558的充注单元556的下游与充注流动路径510连通。此外，阀592与泵560的入口侧相关联，并且由处理器570控制以从大气中吸入气体，并且/或者排气阀594位于泵560的出口侧，并且由处理器570控制以将气体排放到大气中，作为采取校正措施的实例，类似于上面关于图3所描述的。作为这种管道布置的结果，如果需要，可以用新鲜的充注气体的流入流量来对排烟系统500的出口流动路径或压力回路510进行补充。
与上述系统10类似，系统500在紧接阀592和泵560的上游并且在紧接流量传感器584和流量传感器588的下游的流动路径540中包括传感器34，用于监测来自手术腔16的气流中的多种气体种类。传感器34可操作地连接到处理器570以控制手术腔16中的气体组成。
参考图5，示出了带有排烟器和气动独立的充注和吸入回路的系统400。排烟系统400可以利用在充注气体和感测腔体压力之间交替的充注/感测管线，或者可以利用如美国专利申请号15/812,649或15/945,007中公开的实时压力监测，这两项专利申请中的每一项专利申请的全文以引用方式并入本文。
排烟系统400包括入口流动路径410，该入口流动路径通向与手术腔16连通的第一套管针420，通过该套管针将连续的清洁气体流输送到手术腔16。第一套管针420优选的是带有机械密封件422的标准套管针。系统400还包括从第二套管针450引出的出口流动路径440，该第二套管针与手术腔16连通，通过该第二套管针从手术腔16排出连续的烟气流。第二套管针450还优选地是带有机械密封件452的标准套管针。充注单元456与入口流动路径410连通，用于将清洁气体的连续流输送到手术腔16。充注单元456可操作地连接到气体源458，该气体源可以是独立的储罐458或者容纳来自主要分配管线的气体。
真空泵460与出口流动路径440连通，用于从手术腔16移除烟气的连续流。真空泵460可操作地连接到排气阀465，该排气阀优选地将过滤后的气体排放到大气中。处理器470以这种方式控制充注单元456和泵460(以及阀465)，使得充注单元456将清洁气体以与由真空泵460从手术腔16移除烟气的气体流量相关的气体流量输送到手术腔16。
例如，处理器470以这样的方式控制充注单元456和真空泵460两者，使得充注单元456将清洁气体以等于由泵460从手术腔16中移除烟气的气体流量的气体流量，或者在手术腔16处于欠压状态或过压状态的情况下以大于或小于由泵460从手术腔16中移除烟气的气体流量输送到手术腔16。在这方面，应当理解，虽然整个系统中的气体流动基本上是连续的，但可能存在一些情况，其中充注或气体输送流量和/或排出或气体移除流量可暂时降至0L/min，以便防止在系统中出现极端的欠压或过压状况。优选地，过滤器490与入口流动路径410和出口流动路径440中的至少一者可操作地关联以清洁或以其他方式调节从中经过的气体。
系统400可被配置为使得在编程的驱动压力下供应的气体流量根据手术腔16内的手术腔压力而变化。处理器470被配置为确定与由与处理器470通信的流量传感器连续测量的气体流量测量相对应的手术腔压力，该流量传感器为例如与入口流动路径410可操作地关联的流量传感器482和/或与出口流动路径440可操作地关联的流量传感器484。这种排烟系统的典型驱动压力为约60mmHg。
系统400可被配置为使得保持指定气体流量所需的驱动压力根据手术腔16中的手术腔压力而变化，并且处理器470被配置为确定与由与处理器470通信的流量传感器连续测量的测量驱动压力相对应的手术腔压力，该流量传感器为例如与入口流动路径410可操作地关联的压力传感器486和/或与出口流动路径440可操作地关联的压力传感器488。这种排烟系统的典型气体流量为约5L/min。本领域的技术人员将容易理解，系统200可用于烟气排出，在美国专利申请号15/945,007中描述了其更多细节，该专利申请的全文以引用方式并入本文。
系统400在紧接阀465和泵460的上游并且在紧接流量传感器484和流量传感器488的下游的流动路径440中包括传感器34，用于监测来自手术腔16的气流中的多种气体种类。传感器34可操作地连接到处理器470以控制手术腔16中的气体组成。作为采取校正措施的实例，系统400可以控制排气阀/充注速率以应对抗超出期望范围的气体组成读数。例如，在该实施方案中，如果传感器300检测到不期望的气体种类的存在和/或超出期望范围的气体种类，则处理器470可以使排出泵460和阀465排出更多并且可以使充注器充注更多气体以对排出的气体进行补偿。
如图6所示，气体输送系统100被提供为配置为运行气动密封的无阀套管针的多模式充注系统。系统100适于与同患者的手术腔16连通的三个手术进入装置或套管针(131、133、135)一起工作。可以设想，气体输送系统100还可以与两个外科进入装置或套管针一起使用，例如在共同转让的美国专利号9,375,539中公开的那样。另选地，该系统可以与单个外科进入装置一起使用，例如在共同转让的美国专利号9,295,490中公开的那样。系统100包括类似于上述控制单元210的控制单元110，其中，图6的控制单元110中类似编号的项目与以上关于图2的通过压力调节器141连接到压力源140的控制单元210所描述的相同。
还提供了管组155，该管组适于并且被构造成在一个端部处连接到供应导管114、返回导管112和充注导管118，并且在相对的一个端部处连接到与手术腔16流体连通的外科进入装置131、133、135。管组155的构造可根据期望的实施方式而变化。在系统100的情况下，管组155优选地具有到输入181和输出183端口或接口的单一多腔连接，以及到单独的外科装置131、133、135的单独连接。可以设想，管组155可具有复合的多腔管，该复合的多腔管从与端口181、183的连接处开始与控制单元110相距预先确定的距离，并且在分岔的中间点(例如，在图6中的管组155的示意性框中)产生多个分开的管。在系统100的情况下，三个单独的管分别通向手术装置131、133、135中的每一者，所述外科装置可以是具有充注能力的外科进入装置或其他器械，诸如一个或多个气腹针。因此，外科装置131、133、135分别连接到供应导管114、返回导管112和充注导管118中的一者，并且因此分别促进该功能。虽然未单独示出，但本领域的技术人员将容易理解，除了连接到导管118的管组155之外，阀295可包括与端口181和端口183类似的接口用于连接到外科装置131。
如上所述，在一个优选方面，管组155的分开的远侧管部分通过常规配件诸如常规外科装置上的鲁尔锁配件进行连接。管组155的精确构造可根据期望的构造而变化。在共同转让的美国专利号9,526,886中描述了用于多腔管组的配件的实例，该专利的公开内容全文以引用方式并入本文。
一次性过滤器116还与管组155相关联，例如在每个端口181、183以及阀295的端口或接口处，与该管组分开或与其成一体。在美国专利号9,067,030和9,526,849中公开了一种过滤器，该过滤器适合与具有与专门的气动密封的外科进入装置一起使用的充气、排烟和再循环功能性的多模式气体输送系统100一起使用，这些专利的全部公开内容以引用方式并入本文。
系统100在紧接泵111上游的供应导管114的流动路径中包括与以上关于图1所述的传感器类似的传感器34，用于监测来自手术腔16的气流中的多种气体种类。传感器34可操作地连接到处理器170以控制手术腔16中的气体组成，这与上面参考图2描述的处理器170非常相似。这允许在外科手术中监测患者体腔内的气体组成，例如使得可以校正任何不希望的气体组成变化。
一种在内窥镜外科手术中控制手术腔(例如，图1至图6的手术腔16)中的气体组成的方法，包括监测来自患者手术腔的气流中的多种气体种类，例如监测在上述流动路径24、导管114、流动路径340、流动路径540和流动路径440中的任何一者中的气流。该方法包括例如使用如上所述的与来自手术腔的气流流体连通的传感器34，测量来自手术腔的气流中的多种气体种类，以及确定在来自手术腔的气流中测量的气体种类是否存在并且/或者是否在相应的期望范围内。该方法包括在任何气体种类在相应的期望范围之外的情况下采取校正措施。
采取校正措施可包括在多种气体种类中的一种或多种气体种类超出相应的期望范围的情况下，将例如来自如上所述的源140、558或458的气体添加到手术腔中，例如为了使手术腔中的气体种类的组成处于相应的期望范围内。这允许在外科手术中将多种气体种类保持在其期望范围内。采取校正措施可包括警告用户不理想的气体组成。采取校正措施可包括指示外部或内部充注器用二氧化碳冲洗手术腔。采取校正措施可包括经由抽吸或排烟机制从腔体中移除不理想的气体。采取校正措施可包括禁用装置诸如电灼或麻醉装置，以防止对患者造成伤害。
监测来自手术腔的气流中的多种气体种类可涉及连续监测气体流量，然而，还可以构想，监测来自手术腔的气流中的多种气体种类可涉及周期性地对气流进行采样。例如，系统可以在时间0处对整个气流进行测量，然后在30秒之后，进行另一次测量。在另一个实例中，系统可以对从主气体流动路径转向的支流进行恒定(或几乎恒定)的测量，并且从支流进行测量。此外，可以将定期或连续监测的任何组合与成一条线或支流采样的任何组合一起使用。
来自手术腔的气流可以由来自手术腔的排出气体、来自手术腔的循环气体和/或来自手术腔的间歇性泄漏的气体导致。将气体添加到手术腔中可涉及例如使用如上所述的充注子单元121、556或456将气流从充注器输送到手术腔中。
该方法可包括确定气体种类的组成是否包括低于指定水平的二氧化碳(CO2)浓度，如果二氧化碳(CO2)的浓度低于指定浓度，则将二氧化碳(CO2)添加到手术腔中，以将手术腔中的二氧化碳(CO2)浓度增加到指定水平以上。然而，本领域的技术人员将容易理解，监测多种气体种类并且确定所测量的气体种类是否在范围之内可包括监测并且确定是否存在任何其他合适的气体种类以及以多少浓度存在。例如，本文所公开的系统和方法可以监测氮气(N2)、氧气(O2)、氧化亚氮(NO2)、水蒸气(H2O)、七氟烷、甲烷(CH4)、氙气(Xe)、氩气(Ar)、地氟烷、异氟烷、挥发性有机化合物(VOC)和/或一氧化碳(CO)的气流。例如，如果氧气和可燃气体(诸如一氧化碳或甲烷)超出期望的范围，则系统10可以警告手术人员，并且可以在引入可燃烧气体混合物的任何外科工具(如电灼装置)之前校正气体组成。作为另一个实例，如果麻醉剂诸如氧化亚氮、七氟烷、地氟烷或异氟烷的量超出期望的范围，则系统10可以警告手术人员可能需要对麻醉进行校正。在另一个实例中，如果室内空气因泄漏或因残留在无菌管组或被气动密封在无菌封装中的其他医疗产品中的气体进入手术腔，然后被插入或附接到体腔，则氮气和/或氧气的水平可超出可以校正的期望范围，例如通过供应加压的二氧化碳来冲洗手术腔中的氮气和氧气以避免栓塞。
现在参考图7A，传感器34被示出为与导管114成一条线并且连接到处理器12的单个多气体传感器，如上面关于图2所述。还可以构想，传感器34可以是与导管114并联连接的多气体传感器，如图7B所示，其中传感器34被连接成通过旁通导管119与经过导管114的气流流体连通。简而言之，传感器34可被包括在如上所述的任何系统中，系统中手术腔出口侧面上的任何位置，例如图2中泵111上游的导管114中的任何位置。
现在参考图8A，还可以构想，传感器34可包括气体种类传感器35的阵列，其中每个气体种类传感器35对一个或多个不同的气体种类敏感，不同于阵列中其他气体种类传感器35。每个气体种类传感器35可操作地连接到处理器12，以提供指示经过导管114的气流中相应的气体种类的量的输入。如图8A所示，气体种类传感器35的阵列作为整体与导管114成一条线，并且气体种类传感器35中的每一个气体种类传感器彼此平行。图8B示出了气体种类传感器35的另一种布置，其中该阵列作为整体与导管114平行，并且其中每个相应的传感器35彼此平行。
一些气体传感器测量特定气体种类的浓度百分比。例如，如果气体组成中的二氧化碳含量为20％，则组合传感器可以读取从中经过的气流，并且例如以摩尔计，确定该气体组成中的二氧化碳含量为20％、氧气含量为70％并且水蒸气含量为10％。气体传感器可测量质量流量或体积流量，以便测量不同气体种类的存在。该系统/方法可包括使用查找表以根据多个质量流量或体积流量读数计算摩尔百分比。
在另一方面，尤其是对于单个气体传感器的阵列，每个单个传感器可提供给定气体种类的读数。例如，传感器A可以读取2升/分钟的二氧化碳，传感器B可以读取7升/分钟的氧气，传感器C可以读取1升/分钟的水蒸气，所有这些都是针对流经主要流动路径的相同组成的气体。在这种类型的配置中，处理器可以汇总来自不同传感器的信息，以便例如以摩尔计计算百分比。可通过对由所有传感器测量的所有质量流量或体积流量的总和求和来完成，也可以通过包括成一条线的流量计来确定总体质量流量或体积流量来完成。处理器可以通过查找表或存储或预编程到系统中的其他信息来计算摩尔百分比。该信息可包括摩尔质量或阵列中的传感器的校准数据。
在实施方案中，诸如在图7B、图8B和图9B中，存在从主要流动路径采样的传感器阵列。该侧面采样路径相比主要流动路径将具有更小的流量，并且该流量可以被测量并且与阵列中的每个单独的气体传感器的读数一起用于例如以摩尔计计算气体组成百分比。处理器可包括关于流动路径的气动如何影响支流中的气体组成的计算，以便更准确地计算总体气体组成。
现在参考图9A，还可以构想，多种类传感器34的阵列可布置有各个气体种类传感器35，其中每一个气体种类传感器彼此直接串联并且与导管114成一条线。在图9B中所示的另一种布置中，多种类传感器34的阵列可以布置成每个单独的气体种类传感器35位于其自身的旁通流动管线37中，与经过导管114的流量平行，其中气体种类传感器35(每个气体种类传感器都有其相应的旁通流动管线37)沿导管114串联隔开。虽然图8A、图8B、图9A和图9B分别示出了三个气体种类传感器35，本领域的技术人员将容易理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可包括任何合适数量的气体种类传感器35，并且每个气体种类传感器35可以对单个气体种类或多个气体种类敏感。例如，多气体种类传感器可以与单个气体种类传感器通过网络连接在一起。图1至图6示出了可利用传感器34的系统的各种实例，并且每个系统可以与图7A至图9B所示的传感器34的任何配置一起使用。
如上所述以及在附图中示出的本公开的方法和系统提供了对手术腔中气体组成的控制，该手术腔具有优异的特性，包括监测多种不同气体种类的能力。尽管已经参照优选实施方案示出和描述了本公开的装置和方法，但本领域技术人员将容易理解，可在不脱离本公开的范围的情况下对其进行改变和/或修改。

Claims (15)

1.一种在内窥镜外科手术中控制手术腔内气体组成的系统，包括：
a)传感器，所述传感器用于监测来自患者手术腔的气流中的多种气体种类；
b)处理器，所述处理器可操作地连接到所述传感器，用于确定在来自所述手术腔的所述气流中监测到的所述气体种类是否各自在相应的期望范围内，并且如果有任何气体种类不在所述相应的期望范围内，则采取校正措施；以及
c)气泵，所述气泵可操作地连接以移动所述气流，其中所述传感器包括气体种类传感器阵列，其中所述气体种类传感器阵列在所述气流中位于所述气泵的上游，其中所述气体种类传感器阵列被定位成从与来自所述手术腔的主气流平行的一股气流采样，其中所述气体种类传感器阵列布置成每个单独的气体种类传感器位于所述单独的气体种类传感器自身的旁通流动管线中、与所述主气流平行，其中所述气体种类传感器及其相应的旁通流动管线沿主气流管线串联隔开。
2.如权利要求1所述的系统，还包括充注器，所述充注器可操作地连接到所述处理器，如果所述多个气体种类中的一种或多种气体种类在所述相应的期望范围之外，则所述充注器用于将气体添加到所述手术腔中，以使所述手术腔中的气体种类的组成处于所述相应的期望范围内。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述充注器可操作地连接到气体源。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述传感器包括质量流量传感器、非分散型红外传感器、金属氧化物传感器、催化珠传感器、热导率传感器、比色传感器、光电离检测器、火焰电离检测器、电化学传感器和/或半导体传感器和声波传感器中的至少一种。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述气体种类传感器阵列被并联布置。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述气体种类传感器阵列被串联布置。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述气泵可操作地连接到至少一个套管针。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述用于监测多种气体种类的传感器包括对二氧化碳(CO2)浓度敏感的气体种类传感器。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述用于监测多种气体种类的传感器包括对氮气(N2)浓度敏感的气体种类传感器。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述用于监测多种气体种类的传感器包括对氧气(O2)浓度敏感的气体种类传感器。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述用于监测多种气体种类的传感器包括对氧化亚氮(NO2)浓度敏感的气体种类传感器。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述用于监测多种气体种类的传感器包括对水蒸气(H2O)浓度敏感的气体种类传感器。
13.如权利要求1所述的系统，其中所述用于监测多种气体种类的传感器包括对七氟烷浓度敏感的气体种类传感器。
14.如权利要求1所述的系统，其中所述用于监测多种气体种类的传感器包括对甲烷(CH4)浓度敏感的气体种类传感器。
15.如权利要求1所述的系统，其中所述用于监测多种气体种类的传感器包括对氙气(Xe)、氩气(Ar)、地氟烷、异氟烷和/或一氧化碳(CO)中的一者或多者的浓度敏感的气体种类传感器。
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