CN113440248A - 电外科发生器、电外科系统和操作电外科发生器的方法 - Google Patents

电外科发生器、电外科系统和操作电外科发生器的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电外科发生器、电外科系统和操作电外科发生器的方法，电外科发生器被构造成在工作中将高频交流电输送到电外科手术器械用于等离子切割身体组织。电外科发生器具有用于连接电外科手术器械的输出端，以为连接到输出端的电外科手术器械提供高频交流电，并确定连接到输出端的负载的阻抗。电外科发生器具有阻抗确定单元和电压检测单元以及输出电压控制单元。输出电压调节单元被设计成根据输出电压最大值来控制输出交流电压，该输出电压最大值在工作期间根据阻抗确定单元的输出值和/或根据电压检测单元的输出值被设定成，使得在蒸发阶段中的输出电压最大值指定一个相比蒸发阶段之后的点燃阶段中的输出交流电压更低的输出交流电压。

Description

电外科发生器、电外科系统和操作电外科发生器的方法
技术领域
本发明涉及电外科发生器，其被构造成向电外科手术器械供应高频交流电以便等离子切割身体组织。本发明还涉及包括电外科发生器和电外科手术器械的电外科系统以及操作电外科发生器的方法。
背景技术
借助电外科手术，可以切割、凝结(血管闭塞)和/或气化生物组织(即身体组织)。对于电外科手术，通常使用频率在0.2MHz至3MHz之间的高频交流电。
电外科系统通常包括用于产生高频交流电的电外科发生器。电外科发生器一般具有两个输出端，电外科手术器械可被连接到所述输出端并且在工作中在它们之间提供高频交流电压。为此，电外科发生器通常包括在工作中产生直流电的高压电源部分以及被连接至该高压电源部分并在工作中从直流电产生高频交流电的高频部分。
电外科系统例如被用在泌尿科或妇科中。尤其是，电外科发生器通常与诸如电切镜的适当电外科手术器械相结合地用于例如在用于治疗良性前列腺肿大的TURis范围(在盐水中的经尿道切除)内的等离子体气化。这种电外科手术器械的有源切割电极或气化电极在此位于导电的冲洗流体如盐溶液(NaCl)中。借助高频交流电压，可以在电外科手术器械的有源电极上点燃电弧(也称为等离子体点燃)。
身体组织可以借助等离子体通过在电外科手术器械的有源电极周围的气体体积中产生电弧而被气化或切除，该等离子体是在与身体相容性的导电液体尤其是盐溶液中在电极周围的蒸气泡(即气泡)中产生的。为此，对电极加载高频交流电压，其所造成的交流电首先导致在有源电极的紧邻周围的盐溶液蒸发，从而在电极周围产生蒸气泡。在蒸气泡内，在电极和液态盐溶液之间形成电场。当电场足够强时，因为蒸气泡内的气体的电离而出现被称为电弧的气体放电，也就是说，出现等离子体(电离气体)。
在等离子体和进而电弧出现之前，必须在初始阶段中蒸发电极周围的导电液体，随后必须在如此出现的蒸气泡内点燃电弧。这样做的前提是蒸气泡完全包围电极并且在电极上不再有任何导电液体，因为否则的话不会出现蒸气泡内气体电离所需要的强电场，因为在有源电极和导电液体之间的直接电流流动阻碍电离所需的电势差。
在初次点燃电弧后(即在初次形成等离子体之后)，出现动态稳定状态，在该状态下，总是在电极周围气泡面临塌瘪的地方因为导电液体接近电极而出现很强的电场，电场又造成很强的等离子体形成和进而导电液体更强烈的蒸发。通过这种方式，电极周围的气泡变得稳定。
因此，最终随后跟着是稳定的等离子体弧的阶段的初始阶段通常包括两个子阶段。
在在此也被称为蒸发阶段的第一子阶段中，有源电极周围的导电液体通过电流流动而加热和气化，从而首先在有源电极周围形成一个或更多个蒸气气泡，直到有源电极完全被气体层包围，该气体层最终将有源电极与导电液体电隔离。
一旦做到这一点，则在初始阶段的第二子阶段中出现电弧点燃。第二子阶段在此也被称为点燃阶段。在点燃阶段中，经由有源电极与导电液体之间气体层的高压降造成蒸气泡内的气体电离，从而出现可被用于组织切割或气化的等离子体。初次点燃等离子体是困难的并且在很大程度上取决于环境条件。在一些情况下在几毫秒内出现稳定的等离子体。而在不利情况下，在稳定等离子体点燃之前需要进行多次启动。
在等离子体点燃之前和点燃期间的各不同阶段和子阶段在电外科发生器所提供的电量方面也有所不同。
只要有源电极没有或没有完全被气体层包围，在有源电极与对电极之间的阻抗就是低阻抗的。阻抗最初约为25欧姆至50欧姆，这取决于电极几何形状、导电液体温度等。因此，由电外科发生器输出的输出电压和输出电流在第一加热阶段中与有源电极周围的导电导体是同相的并且没有直流电压分量。
一旦导电液体开始蒸发并且有源电极表面被气体部分包围，在电外科发生器的输出端之间的阻抗就增大，因为在有源电极与导电液体之间的表面电阻增大。但是，表面电阻仅占电极之间(进而电外科发生器输出端之间)的总阻抗的一小部分。因此，在蒸发阶段期间所述阻抗仅略微增大，直到几乎整个有源电极都被气体包围为止。
一旦有源电极完全被气体包围，则蒸发阶段结束且点燃阶段开始。在点燃阶段，欧姆电流无法再在电极之间流动。因此，阻抗比在蒸发阶段中大许多并且在理论上是纯电容性的。因为导电液体的阻抗非常低，故导电液体在气体层周围形成一个等电位包络层。越过电极与导电液体之间的气体层地形成一个电场。
因为随后不再出现电流流动，因此有源电极周围的气体层又缩小，这是因为形成气泡的蒸气的一部分又凝结在气体与导电液体之间的边界层处。气体层变薄导致经过较薄气体层的电场强度增大并且可能大到其造成气泡内的气体电离和出现第一电弧。点燃阶段的持续时间取决于蒸发阶段后的气体层的厚度。该持续时间可能很短，通常在几毫秒范围内，或也可能短到消失不见。
一旦经过气体层的电场强到足以造成气体电离，就会出现等离子体破裂、即出现电弧并且进行放电。因为有源电极的表面小于气泡周围的导电液体的表面，因此在有源电极侧的电场强度大于在导电液体侧的电场强度。出现了输出交流电压的直流电压分量。该直流电压分量(直流偏移量)也被称为“火花电压”并且约为100伏。
由于电击穿(等离子体击穿)，盐溶液在气体和导电液体之间的界面处蒸发，并且气体层厚度在等离子体击穿位置处又增大。因此每当因凝结而气体层厚度又减小到使电场强度增大至出现火花击穿程度时，气体层厚度因导电液体蒸发而又增大。通过此方式，有源电极周围气体层的厚度是自稳定的，且有源电极周围的等离子体处于平衡相。在平衡相中出现平衡状态，在平衡状态中，气体层厚度大到以至由等离子体穿透所导致的厚度增大补偿了由气体与盐溶液之间的边界层处的冷凝所导致的厚度减小。在平衡阶段中，等离子体击穿会“自动”发生在有源电极周围气体层最薄之处，因为那里的电场强度是最高的。相应地，因蒸发而出现的新气体正好出现在耗用气体的地方。电外科发生器的输出电压决定了气体层厚度。
为了进行等离子体切割，在根据现有技术的电外科发生器中通常规定了在250伏至350伏之间、例如在280伏至320伏之间的输出交流电压。
实践中，在点燃等离子体以便进行组织切割时偶尔会出问题。
发明内容
本发明的目的是就其适用于组织等离子体切割而言改进电外科发生器。
根据本发明，该目的通过一种电外科发生器来实现，其被构造成在工作中将高频交流电输出至电外科手术器械以便对身体组织进行等离子体切割。电外科发生器具有用于连接电外科手术器械的输出端，以便向连接到该输出端的电外科手术器械供应高频交流电。
电外科发生器具有阻抗确定单元用于确定连接到输出端的负载的阻抗。另外，电外科发生器具有输出电压调节单元并可以具有电压检测单元。
输出电压调节单元被设置成根据预定的输出电压最大值来调节电外科发生器的输出交流电压。
阻抗确定单元被设计用于确定紧邻电外科发生器输出端的负载的阻抗。为此，阻抗确定单元可以被设计成检测电压、电流和/或相移。阻抗确定单元例如可以根据所检测到的电流、所检测到的电压以及必要时所检测到的相位来确定阻抗。当电流检测单元和电压检测单元仅测量电流和电压的有效值时，所测得的相位是有意义的，因为可以根据电流和电压的有效值以及相位位置准确确定阻抗，就像是根据电流和电压的瞬时值来确定那样。
电压检测单元被设计用于检测在电外科发生器输出端上所加的电压，特别是在输出端上所加电压的直流电压分量。
输出电压调节单元被设计成根据输出电压最大值来控制输出交流电压、特别是其有效值。根据本发明，至少对于初始阶段的一部分，预定的输出电压最大值与随后平衡阶段中的不同。
根据本发明的第一方面，在蒸发阶段中(即在初始阶段开始时)的预定的输出电压最大值小于针对在平衡阶段中的真正等离子体切割所设定的输出电压最大值。
根据本发明的第二方面，在点燃阶段中(即在初始阶段结束时)的预定的输出电压最大值大于针对在平衡阶段中的真正等离子体切割所设定的输出电压最大值。
两个发明方面可以彼此独立地实施，因此分别是独有发明。但两个方面也可以彼此结合，特别是以如下方式，电外科发生器被设置成使用小于针对平衡阶段所设定的输出电压最大值的输出电压最大值用于蒸发阶段以及针对点燃阶段采用大于针对平衡阶段所设定的输出电压最大值的输出电压最大值。这两个方面本身独立地以及在相互结合下都对在等离子体切割开始时可靠点燃电弧做出了贡献。
为了检测蒸发阶段的结束和点燃阶段的开始或点燃阶段的结束和平衡阶段的开始(或两者兼而有之)，输出电压控制单元优选被连接到阻抗确定单元或电压检测单元，或与两者都连接。
为了检测蒸发阶段的结束和点燃阶段的开始，输出电压调节单元可被设置成检测电外科发生器输出端处的阻抗增大是否超过预定程度。该预定程度可以从在蒸发阶段开始时由阻抗确定单元确定的阻抗中推导出，例如是该阻抗的预定多倍。
为了检测点燃阶段的结束和平衡阶段的开始，输出电压调节单元可设置成检测输出交流电压中的直流电压分量并且直接地或在检测发现直流电压分量后经过预定时间后采用针对平衡阶段所设定的输出交流电压最大值。
不同于现有技术的为了进行等离子体切割并且规定唯一的适用于平衡阶段且已在初始阶段、即蒸发阶段和点燃阶段中使用的唯一的输出交流电压最大值，而是规定了至少一个与适于平衡阶段的输出交流电压最大值不同的输出交流电压最大值。
本发明包括以下认知：适用于平衡阶段的输出交流电压最大值可能导致初始阶段中的不稳定状态，其会有碍于等离子体的可靠点燃。
因此，输出电压调节单元被设计成根据输出电压最大值来控制输出交流电压，该输出电压最大值在工作中根据阻抗确定单元的输出值和/或根据电压检测单元的输出值(据此来检测蒸发阶段或点燃阶段的开始和结束)被设定，使得蒸发阶段中的输出电压最大值预先确定比蒸发阶段之后的点燃阶段中更低的输出交流电压。
因此，输出电压调节单元被设置成基于初始阶段和平衡阶段的不同的输出电压最大值。在此，初始阶段可以包括蒸发阶段和/或点燃阶段，其中，在在蒸发阶段中在有源电极与有源电极周围导电液体之间存在直接导电接触，并且导电液体通过因流过导电液体的电流流动而电加热导电液体而被蒸发。在点燃阶段中，有源电极被因蒸发而产生的气泡完全包围，并且由阻抗确定单元所测定的阻抗显著高于在蒸发阶段期间的阻抗。一旦气泡内的气体被电离并出现电弧，则还在加载于电外科发生器输出端的交流电压中出现直流电压分量。该直流电压分量由直流电压检测单元检测，从而它可产生相应输出信号，该信号是(第一)电弧的象征。
在平衡阶段中，有源电极周围的等离子体是稳定的。在平衡阶段期间借助输出电压调节单元进行电外科发生器的输出电压调节所依据的输出电压最大值一般高于在蒸发阶段期间借助输出电压调节单元进行电外科发生器的输出电压调节所依据的输出电压最大值。
根据本发明的第一方面，在蒸发阶段期间借助输出电压调节单元进行电外科发生器的输出电压调节所依据的输出电压最大值低于在平衡阶段期间借助输出电压调节单元进行电外科发生器的输出电压调节所设定的输出电压最大值。优选地，没有针对蒸发阶段设定固定的输出电压最大值，而是其优选基于在蒸发阶段期间在电外科发生器输出端之间所测得的阻抗来设置，以便在有源电极和其周围盐溶液之间的过渡处得到近似恒定的电流密度。
根据本发明的第二方面，在蒸发阶段之后的点燃阶段期间由输出电压调节单元进行电外科发生器的输出电压调节所依据的输出电压最大值高于在平衡阶段期间由输出电压调节单元进行电外科发生器的输出电压调节所设定的输出电压最大值。针对点燃阶段与随后的平衡阶段相比增大的输出电压最大值导致了在点燃阶段中的电外科发生器的输出交流电压增大，并造成等离子体更快速可靠地点燃。
本发明包含以下认知，通过测量电外科发生器的输出电压和输出电流，可以推导出诸如阻抗或直流电压分量这样的参数，进而可以区分点燃过程的不同阶段。通过识别在电外科仪器的有源电极周围的等离子体点燃之前和期间的不同阶段，可以独立地为每个阶段有目的地设定不同的输出电压最大值，而不是一个固定的输出电压最大值用于所有阶段。
优选地，输出电压调节单元被设计为根据输出电压最大值来控制输出交流电压，该输出电压最大值在工作中根据用于检测点燃阶段开始的阻抗确定单元的输出值和/或根据用于检测点燃阶段结束的电压检测单元的输出值而被调节，使得在点燃阶段中的输出电压最大值高于在点燃阶段后的平衡阶段中的输出电压最大值。
电外科发生器优选被设计用于依据所测得的阻抗来检测蒸发阶段和点燃阶段的开始。电外科发生器优选被设计成作为点燃阶段开始的标准采用在蒸发阶段期间的输出交流电流的电流强度降低到在蒸发阶段开始时的输出交流电流的电流强度的预定分数如三分之一。电外科发生器因此优选被设计用于在蒸发阶段期间的输出交流电流的电流强度降低到在蒸发阶段开始时的输出交流电流的电流强度的1/3或1/4时检测点燃阶段的开始。
根据另一个优选变型实施例，电外科发生器被设计成依据加载于电外科发生器输出端的电压中的直流电压分量来检测点燃阶段的结束。
输出电压调节单元优选被设计成在蒸发阶段期间采用依据阻抗确定单元和/或电压检测单元的各自当前的输出值所追踪的输出电压最大值。输出电压最大值的追踪优选如此进行，在从有源电极到紧邻有源电极的液体的过渡处存在至少近似恒定的电流密度。因此当有源电极在蒸发阶段进程中越来越多地被气泡覆盖且进而导电液体接触有源电极的面积减小时，输出电压调节单元相应降低输出交流电压，使得电流密度保持至少近似恒定。
优选地，电外科发生器被设计成在蒸发阶段开始前借助阻抗确定单元来确定电外科发生器的两个输出端之间的阻抗并且调节在蒸发阶段开始时的最大输出电压值，使得由阻抗和输出电压产生的电流强度小于输出交流电的可由电外科发生器提供的最大电流强度。
另选地，输出电压调节单元可被设计用于在蒸发阶段期间采用针对蒸发阶段所固定设定的输出电压最大值。在此，固定设定的输出电压最大值被选择成使电外科发生器所能提供的最大电流在蒸发阶段开始时即便在随后存在的低阻抗情况下也不会被超过，根据Umax＝Zgemessen*Imax。因为阻抗Z仅在直至蒸发阶段结束的期间进一步增大，因此电外科发生器能维持预定的最大输出电压，因为电流进一步减小。与根据阻抗确定单元和/或电压检测单元的各自当前输出值所追踪的输出电压最大值相比，此变型可以更容易实现，并且也可以防止在蒸发阶段结束时的过多蒸气生成。
优选地，电外科发生器的尺寸被设定成其可提供大于250V的最大输出交流电压和大于4A的最大输出交流电流，例如在250V到400V之间的最大输出交流电压以及在4A到12A之间的最大输出交流电流
根据本发明，还提出一种电外科手术系统，其具有本文所述类型的电外科发生器和电外科手术器械，该电外科手术器械被连接或可连接至该电外科发生器的输出端。该电外科手术器械具有一个有源电极和至少一个对电极以及至少一个相对于有源电极布置的液体管线，从而在工作中可以用导电液体冲洗该有源电极。
有源电极优选被设计为环形电极或钮扣电极。
电外科手术器械优选是电切镜。
本发明的另一方面涉及一种操作电外科发生器的方法。该方法的第一变型包括以下步骤：
-产生输出交流电压并将该输出交流电压提供至电外科发生器的输出端，其中，针对输出交流电压设定输出交流电压最大值，
-确定加载于输出端的负载并将该负载与极限值进行比较，该极限值被选择成低于该极限值则表明存在蒸发阶段，
-其中，只要低于该极限值，就将输出交流电压最大值设定成比在超出该极限值时所设定的输出电压最大值优选小至少30％，以及
-基于各个设定的输出交流电压最大值来调节输出交流电压。
在这种情况下，只要低于该极限值，则在负载变化的情况下优选根据所确定的负载来追踪输出交流电压最大值。
例如可以依据在电外科发生器输出端上的阻抗来确定负载。于是，作为蒸发阶段识别标准的极限值例如是限定预定程度的阻抗值，该预定程度优选从在蒸发阶段开始时由阻抗确定单元测得的阻抗推导出。当低于极限值、即阻抗未高于规定程度时，存在蒸发阶段。阻抗确定单元例如根据所测得的电流、所测得的电压以及如果仅测量电流和电压的有效值则还有相位来确定阻抗。
使用这种方法，可以防止尤其在蒸发阶段结束时的过量蒸气形成。
附加地或另选地，该方法还可以包括以下步骤：
-产生输出交流电压并将该输出交流电压提供至电外科发生器的输出端，其中，针对该输出交流电压设定输出交流电压最大值，
-确定加载于输出端(18)的负载并将该负载与极限值进行比较，该极限值被选择成低于该极限值则表明存在蒸发阶段，
-检测加载于输出端的输出交流电压的直流电压分量，
-其中，一旦高于极限值并且未检测到加载于输出端(18)的输出交流电压中的直流电压分量，则将输出交流电压最大值设定成大于当检测到直流电压分量时所设定的输出电压最大值，
-基于输出交流电压最大值来调节输出交流电压。
代替检测直流电压分量，也可以进行输出交流电压的频率分析以检测电弧的出现。频率分析可以包含傅立叶变换，尤其是快速傅立叶变换(FFT)。
利用所述方法的这种第二变型，可以稳定初次点燃后的电弧。
这两个方法变型可以相互结合。
该方法优选还包括以下步骤：依据阻抗增大超过由初始阻抗值和预定阻抗值确定的极限值来检测点燃阶段的开始，或者依据输出交流电流降低低于预定初始输出交流电值的预定分数来检测点燃阶段的开始。
附图说明
现在将依据实施例并参照附图来详述本发明，在附图中：
图1示出了具有电外科发生器和与之相连的电外科手术器械的电外科系统；
图2示出了使用电切镜作为电外科手术器械的图示；
图3示出了电外科发生器的示意性电路图；
图4中的a)至f)示出了在点燃电外科手术器械有源电极周围的等离子体时的不同阶段；
图5中的a)至c)示出了用于电外科手术器械的有源电极的另选实施方式；
图6示出了用于表明在电外科手术器械有源电极上出现电弧时的蒸发阶段和点燃阶段的电压和阻抗曲线的曲线图。
图7示出了根据在蒸发阶段期间所检测到的阻抗而受控制的在蒸发阶段期间的输出电压最大值的可能的理想变化过程；
图8示出了在蒸发阶段、点燃阶段和平衡阶段期间的输出电压最大值的可能的简化变化过程。
附图标记列表
10 电外科系统
12 电外科发生器
14 电外科手术器械
16 连接线缆
18,18.1,18.2 电外科发生器的输出端
20 管
22,22' 有源电极
24,26 软管
30 高压电源部分
34 高频部分
36 输出电压调节单元
38 电流检测单元
40 电压检测单元
42 分析单元
44.1,44.2 对电极
46 蒸气泡
50 等离子体
52 组织
60 蒸发阶段
62 点燃阶段
64 平衡阶段
66 初始阶段
具体实施方式
在图1中绘出了电外科系统10。该电外科系统10包括电外科发生器12和电外科手术器械14。电外科手术器械14经由连接线缆16连接到电外科发生器12的电输出端18。
在所示实施例中，电外科手术器械14是具有管20的电切镜，导电液体可作为冲洗液经由该管被引导至管20的远端。为此，在管20中设有液体管线。导电液体在管20的远端流出并环绕冲洗在管20的远端处的有源电极22。导电液体循环并通过管20再被排走。因此，管20包括至少两个管腔，导电液体可通过管腔被引导至管20的远端，使得其可在那里流出，同时液体从管20的远端经由另一个管腔又被排走。管腔因此用作液体导管。在图1中，在电外科手术器械14上未示出用于导电液体的相应软管接头。
如图1所示，电外科手术器械14的有源电极22可以从管20被移出，或者可被抽回到管20中。通常，电外科手术器械14具有弹簧，该弹簧使得必须用手克服弹簧力地将有源电极22从管22中推出，或者相反，用手克服弹簧力地将有源电极22拉回到管22中。
有源电极22可以具有各种形状，例如是钮扣电极或环形电极。对电极在图1中未被示出，它可以例如由管20形成，但也可以与有源电极22一起从管20中被推出或缩回其中。
图2示出了使用中的电外科手术器械14。除了连接线缆16之外，图2还示出了软管24和26，它们用于供应和排走导电液体。在电外科手术器械14的管20的远端，有源电极22从管20中伸出。
当在有源电极22和相应的对电极之间加载高频交流电压时，这首先造成电流流过有源电极22周围的导电液体。由于电流流动，在有源电极22周围的导电液体变热并因此蒸发。在这种情况下，电流在有源电极22和对应的对电极之间一直流过导电液体，直到有源电极22完全被蒸气泡包围。一旦是这种情况，则如此出现的蒸气泡中在有源电极22和包围蒸气泡的导电液体之间形成交变电场。如果交变电场的场强足够大，则有源电极22周围的气泡中的气体发生电离并且出现等离子体，能在电弧处看到。在此，第一电弧出现在包围有源电极的导电液体周围的蒸气泡最靠近有源电极22的地方，因为那里的交变电场的场强最大。如此产生的电弧造成导电液体的其它液体蒸发，从而有源电极22周围的蒸气泡不会因此塌瘪，而是在有源电极22周围形成动态稳定的平衡状态。
由电外科发生器12提供在有源电极22周围的等离子体的产生和维持所需要的交流电压、还有使导电液体蒸发所需要的交流电流。如从图3中可以看到的，电外科发生器12为此具有高压电源部分30，其例如可被连接到通常的公共电源网并且在其输出端32提供高压直流电流。该高压直流电被提供至电外科发生器12的高频部分34。电外科发生器12的高频部分34用作逆变器并且产生高频交流电压，该高频交流电压经由高频部分34的输出变压器(未示出)被输出至电外科发生器12的输出端18.1和18.2。如图1所示，电外科手术器械14可以连接到电外科发生器12的输出端18.1和18.2。
为了控制电外科发生器12的输出电压，设有输出电压调节单元36，其基于输出电压最大值如此控制输出端18.1和18.2处的输出电压，即，所调设的输出电压最大值在工作期间不会被超过。本发明规定，在等离子体点燃期间要被分别用于不同阶段的输出电压最大值应该被设定为不同，其中，应根据在输出端18.1和182处的电输出值来识别等离子体点燃阶段。
为此设有电流检测单元38和电压检测单元40，它们分别检测经由两个输出端18.1和18.2输出的电流和经由两个输出端18.1和18.2同时下降的电压。电流检测单元38和电压检测单元40的输出值被提供至分析单元42，一方面，该分析单元被设置用于确定加载于输出端18.1和18.2的负载的阻抗。在这个意义上，分析单元42是阻抗确定单元。阻抗确定单元可以例如根据所测得的电流、所测得的电压以及必要时所测得的相位来确定阻抗。当电流检测单元和电压检测单元仅测量电流和电压的有效值时，测定相位是有意义的，因为可以根据电流和电压的有效值以及相位位置来确定阻抗，就像根据电流和电压的瞬时值进行确定那样。另一方面，该分析单元42还被设置用于测量经由输出端18.1和18.2降低的交流电压的直流电压分量。在此意义上，分析单元42也用作直流电压检测单元。分析单元42将取决于测定阻抗和测定直流电压分量的输出值提供至输出电压调节单元36。该输出电压调节单元36被设计用于基于由分析单元42提供的用于阻抗和直流电压分量的输出值确定输出电压调节所依据的各输出电压最大值。
因此，通过形成用于输出电压调节单元36的相应输出电压最大值来进行电外科发生器12的输出电压的控制。
在图4中示意性地示出了在有源电极、在此是钮扣电极22'周围的等离子体点燃时的不同阶段。
与有源电极22相比，在至有源电极22的供应管线周围设有面积较大的对电极44.1和44.2。在使用期间，有源电极22'和对电极44.1和44.2都被导电冷却液、即盐溶液包围。如果在有源电极22'与对电极44.1和44.2之间加载来自发生器12的高频交流电压，则交流电流首先流过包围有源电极22和对电极44.1和44.2的导电液体。这在图4中的a)中被示出。如图4中的b)所示，导电液体因电流流过而变热，然后出现气泡46。一旦有源电极22′被蒸气泡46完全包围，则在有源电极22'和导电液体之间不会有直流的电流流动。相反，在一方面是有源电极22′与另一方面是导电液体与蒸气泡46之间边界层48之间，形成交变电场。蒸汽泡46越薄，交变电场的场强越大。在导电液体或边界层48最靠近有源电极22′的地方，电场强度最大。在图4中的c)中示出了完全形成的蒸气泡46。
当有源电极22'与蒸气泡46周围的导电液体之间的电场强度超过相应水平时，出现蒸气泡46内的气体的电离，并且在有源电极22'周围出现等离子体50，能在电弧处看到。一旦等离子体被点燃，就可以将有源电极22置入待处理的生物组织50附近，以借助等离子体50将生物组织52的一部分气化，进而部分去除或切割生物组织52。这在图4中的d)和e)中被示出。
为了像削皮刀一样切割生物组织，还可以设置作为有源电极的环形电极22'。这在图5中被示出。
在例如如图4中的b)所示的蒸发阶段期间，有源电极22的越来越大的部分逐渐被蒸气泡46包围，使得有源电极22周围的导电液体与有源电极22之间的接触面积变得越来越小。由于有源电极22与对电极44.1和44.2之间的阻抗不会以与导电液体与有源电极22之间接触面积减小相同的程度减小，因此在电外科发生器12的电流密度保持不变的情况下导电液体的电流密度在有源电极22所接触的地方增大。其原因是，在有源电极22与对电极44.1和44.2之间的阻抗不仅取决于有源电极22与导电液体之间的过渡电阻，还取决于导电液体电阻(或阻抗)和至对电极44.1的过渡电阻。例如可以假设，在蒸发阶段中，在有源电极22与对电极44.1和44.2之间的阻抗最初约为25Ω(参见图4中的a))。25Ω例如由有源电极22与导电液体之间约10Ω的过渡电阻和导电液体的约15Ω阻抗(包含导电液体与对电极44.1和44.2之间过渡电阻)构成。在该示例中可以假定导电液体的15Ω阻抗或多或少是稳定的并且在有源电极22周围的蒸气泡46变大时不改变。然而，有源电极22与导电液体之间过渡电阻的增加与蒸气泡覆盖有源电极22的覆盖度成反比。覆盖度为0意味着此时尚未形成蒸气泡并且导电液体与有源电极22完全接触。覆盖度为1意味着有源电极22被蒸气泡46完全包围。在此假设时的结果是有源电极22与对电极44.1和44.2之间的阻抗取决于下式：
Figure BDA0002994081320000131
其中，Z是有源电极22与对电极44.1和44.2之间的阻抗，sc是蒸气泡46覆盖有源电极22表面的覆盖度。如已经说明的，覆盖度sc＝0意味着导电液体全面接触有源电极22的表面，而覆盖度sc＝1意味着有源电极22的表面被完全包在蒸气泡46内。
结果是，阻抗在蒸发阶段的初始阶段中首先仅缓慢升高，在蒸发阶段结束时例如在0.8(80％)数量级的覆盖度下急剧上升。随着这种阻抗增高而来的是至少一开始输出电压也升高，因为电外科发生器12只能提供有限的最大电流，从而电外科发生器12不能在低负载阻抗下达到其例如为320Veffektiv的最大输出电压。这在图6中由点虚线表示。
背景是，典型的电外科发生器12只能提供例如为4至5Aeffektiv的有限的最大输出电流，因此在低阻抗值下无法获得例如为320Veffektiv或350Veffektiv的预定最大输出电压。在有源电极22与对电极44.1和44.2之间的且因此也在电外科发生器12的输出端18.1和18.2之间的初始低阻抗约为25Ω的情况下，电外科发生器12的有限最大输出电流起到限制性参数的作用，从而电外科发生器12无法输出其最大输出电压。如果这是可能的话，则在负载为25Ω时，电外科发生器12在输出电压为320Veffektiv的情况下输出12.8Aeffektiv的电流。
因此，随着有源电极22的覆盖度增大，电外科发生器12的输出电压升高，而电外科发生器12所输出的电流保持恒定。因此，随着覆盖度sc增大，在有源电极22和导电液体之间过渡处的输出电压、输出功率还有电流密度都增大。只有当有源电极22与对电极44.1和44.2之间的阻抗因为变大的蒸气泡而大到电外科发生器12达到其例如为320Veffektiv的最大输出电压时，由电外科发生器12输出的功率的电流强度才减小。但这仅在蒸发阶段结束时才是这样，例如在图6所示的示例中，在覆盖度约为0.9(90％)的情况下。
随着增大的覆盖度而增大的电流密度造成与接触有源电极22的导电液体被越来越快速地变热，从而可能出现突然的、几乎已呈爆炸式的蒸发，如在图5中的c)中能看到的那样。
这种行为是不希望的并可能损害等离子体的可靠和快速点燃。因此本发明规定，在蒸发阶段期间电外科发生器12的最大输出电压降低到低于如下值，该值被设定为用于随后平衡阶段的输出电压最大值。这如此完成，形成用于蒸发阶段的输出电压最大值，使得电外科发生器12的最大输出电压相应低。理想地，根据覆盖度来追踪用于电外科发生器12的最大输出电压的输出电压最大值，从而最大输出电压在覆盖度低的情况下最初比较高，接着随着覆盖度增大而减小，从而由电外科发生器12的输出电压造成的电流强度与电极覆盖度成反比地减小，结果获得近似恒定的电流密度。因为覆盖度sc实际上无法被直接确定或测量，因此根据一个优选变型实施方式，考虑在输出端18.1和18.2之间主要存在的阻抗以在蒸发阶段期间形成并追踪合适的输出电压最大值，该阻抗如上所述地取决于覆盖度sc。图7示出在在此所示的示例中输出电压最大值可如何取决于输出端18.1和18.2之间的测定阻抗，以便在上述假设条件(导电液体阻抗约为15Ω)下在整个蒸发阶段期间得到恒定的电流密度。
根据一个另选变型实施方式，在蒸发阶段期间的输出电压最大值不是根据覆盖度或替代地依据所测定的阻抗被连续追踪，而是被固定为用于蒸发阶段的恒定值，其中，仍然可以依据所加载的阻抗值来识别该蒸发阶段。
要指出的是，图6示出了在蒸发阶段期间依据覆盖度的输出交流电压在示例情况下的理想的曲线，具体地，这通过图6中所绘制的红色线示出。因此，在蒸发阶段开始时的输出交流电压的有效值在110V到120V之间，在蒸发阶段结束时的输出交流电压的有效值接近50V。或者，可以设定恒定有效值用于在蒸发阶段期间的电外科发生器12的输出交流电压，其中该恒定值例如可以在50V到120V之间，或者还更好地位于80到100Veffektiv之间。
如在前言部分所述，一旦等离子体已点燃，则有源电极22周围的等离子体导致在电外科发生器12的输出交流电压中出现直流电压分量(DC偏移量或也称为火花电压)。相应地，能以在电外科发生器12的输出交流电压中出现直流电压分量识别出等离子体成功点燃。
蒸发阶段的结束和进而点燃阶段的开始优选依据阻抗升高超过由在蒸发阶段开始时所确定的阻抗值和预定的倍数所确定的检测阻抗值或依据输出交流电流降低到低于在蒸发阶段开始时所确定的输出交流电流值的预定分数来确定。随着检测到点燃阶段的开始，电外科发生器12的输出交流电压被增大到尽量高的水平，其高于针对随后平衡阶段所设定的输出交流电压。因此可保证电弧可靠点燃。一旦出现第一电弧并且因此也检测到在电外科发生器12的输出交流电压中有直流电压分量，则期望将电外科发生器12的输出交流电压在一定时间内保持在更高的输出交流电压值，该更高的输出交流电压值大于针对随后的平衡阶段所设定的输出交流电压。电外科发生器12的输出交流电压此时被保持在更高输出交流电压值的确定时间可以例如为10到80ms或40到60ms。
相应地，根据一个优选变型实施方式而规定，输出电压调节单元将输出电压最大值增大到高于针对平衡阶段所设定的的电压值。针对平衡阶段所设定的输出电压值例如在250Veffektiv到320Veffektiv之间。然后，所增高的输出交流电压值可以例如为300Veffektiv到350Veffektiv。在点燃阶段中的这种升高的电外科发生器12的输出电压导致尽量可靠维持电弧，直到在有源电极22周围的蒸气泡内的等离子体已稳定为止。一旦是这种情况且因此前言提到的平衡阶段开始，就可以通过相应降低用于输出电压调节单元36的输出电压最大值又降低电外科发生器12的输出电压。这可以逐步或突然进行。通过在等离子体点燃后降低电外科发生器12的输出交流电压，在有源电极22周围的等离子体层(蒸气泡)会变得略薄，但等离子体不会消失，只要电外科发生器的输出交流电压保持足够高并且例如为280V到300V。
在一个简单的实施例中，电外科发生器12及其输出电压调节单元36可被设计成使电外科发生器12最初一直输出在100V到200V之间的最大输出交流电压，直到直流电压检测单元检测到在电外科发生器12的输出交流电压中有直流电压分量，其例如大于50Ω。一旦检测到在电外科发生器12的输出交流电压中有这样的直流电压分量，输出电压调节单元36就会切换到例如320V的另一个输出电压最大值，以保持在点燃阶段中的等离子体稳定。用于点燃阶段的更高的输出电压最大值例如可以在预定的10到50ms时间之后又降低到用于输出交流电压的略微较低的值，例如降低到位于250到300Veffektiv之间的输出电压最大值。
利用这样的电外科发生器12，可以在短暂但不太强烈波动的时间内可靠地且与环境参数不太相关地点燃有源电极22周围的等离子体。这让外科医生使用相应的电外科系统10变得容易许多。
图8示出了在蒸发阶段60、点燃阶段62和平衡阶段64期间的输出电压最大值的可能的简化曲线。在蒸发阶段60期间，输出电压最大值例如为100Veffektiv或120Veffektiv。接着在点燃阶段62开始时，输出电压最大值被增大到例如300Veffektiv或350Veffektiv。接着在点燃阶段62结束后，输出电压最大值被减小到针对平衡阶段64所设定的例如280Veffektiv或320Veffektiv的输出电压最大值。蒸发阶段60和点燃阶段62共同形成初始阶段66，在该初始阶段中，输出电压最大值小于或大于随后平衡阶段64中的输出电压最大值。

Claims (17)

1.一种操作电外科发生器(12)的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
-产生输出交流电压并将所述输出交流电压提供至所述电外科发生器(12)的输出端(18)，其中，针对所述输出交流电压指定输出交流电压最大值，
-确定施加到所述输出端(18)的负载，并将所述负载与极限值进行比较，所述极限值被选择成在低于该极限值时表明存在蒸发阶段，
-其中，只要低于所述极限值，就指定输出交流电压最大值，该输出交流电压最大值小于超过所述极限值时所指定的输出电压最大值，以及
-基于各个指定的输出交流电压最大值调节所述输出交流电压。
2.根据权利要求1所述的操作电外科发生器(12)的方法，其特征在于，在负载变化的情况下，只要低于所述极限值，就根据所确定的负载追踪所述输出交流电压最大值。
3.一种操作电外科发生器(12)的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
-产生输出交流电压并将所述输出交流电压提供至所述电外科发生器(12)的输出端(18)，其中，针对所述输出交流电压指定输出交流电压最大值，
-确定施加到所述输出端(18)的负载，并将所述负载与极限值进行比较，所述极限值被选择成在低于该极限值时表明存在蒸发阶段，
-检测加载到所述输出端(18)的输出交流电压的直流电压分量，
-其中，一旦超过所述极限值并且在加载到所述输出端(18)的所述输出交流电压中未检测到直流电压分量，则指定输出交流电压最大值，该输出交流电压最大值大于当检测到直流电压分量时指定的输出电压最大值，以及
-基于该输出交流电压最大值调节所述输出交流电压。
4.一种操作电外科发生器(12)的方法，其中，所述方法包括根据权利要求1和3所述的方法的步骤。
5.一种电外科发生器(12)，该电外科发生器(12)被构造成在工作中将高频交流电输送到电外科手术器械(14)以用于等离子切割身体组织(52)，其中，所述电外科发生器(12)具有用于连接所述电外科手术器械(14)的输出端(18)，以在工作期间为连接到所述输出端(18)的电外科手术器械提供高频交流电，并确定连接到所述输出端(18)的负载的阻抗，
其中，所述电外科发生器(12)还具有阻抗确定单元和电压检测单元(40)以及输出电压控制单元(36)，其中，
所述输出电压调节单元(36)被构造成根据指定的输出电压最大值来控制或调节所述电外科发生器(12)的输出交流电压，并且
所述阻抗确定单元被设计成确定在工作期间施加到所述电外科发生器(12)的所述输出端(18)的负载的阻抗，
其特征在于，
所述输出电压调节单元(36)被设计成根据输出电压最大值来控制所述输出交流电压，所述输出电压最大值至少对于初始阶段的一部分而言不同于在随后的平衡阶段中的输出电压最大值。
6.根据权利要求5所述的电外科发生器(12)，其特征在于，
所述输出电压调节单元(36)被设计成根据输出电压最大值来控制所述输出交流电压，所述输出电压最大值在工作期间根据输出值而被设定成，使得在蒸发阶段中的输出电压最大值低于在随后的平衡阶段中的输出电压最大值。
7.根据权利要求5或6所述的电外科发生器(12)，其特征在于，
所述输出电压调节单元(36)被设计成根据输出电压最大值来控制所述输出交流电压，所述输出电压最大值在工作期间根据所述阻抗确定单元的输出值和/或根据所述电压检测单元(40)的输出值而被设定成，使得在点燃阶段中的输出电压最大值高于在所述点燃阶段之后的平衡阶段中的输出电压最大值。
8.根据权利要求6所述的电外科发生器(12)，其特征在于，所述电外科发生器(12)被设计成依据检测到的阻抗来探测所述蒸发阶段。
9.根据权利要求8所述的电外科发生器(12)，其特征在于，所述电外科发生器(12)被设计成依据所述电外科发生器的所述输出端处的阻抗的增加超过指定程度来检测所述蒸发阶段的结束，其中，所述指定程度从在所述蒸发阶段开始时由所述阻抗确定单元检测到的阻抗得出。
10.根据权利要求9所述的电外科发生器(12)，其特征在于，所述指定程度是所述阻抗的指定倍数。
11.根据权利要求7所述的电外科发生器(12)，其特征在于，所述电外科发生器被设计成依据施加到所述电外科发生器的所述输出端的电压的直流电压分量来探测所述点燃阶段的结束。
12.根据权利要求6所述的电外科发生器(12)，其特征在于，所述输出电压控制单元(36)被设计成在所述蒸发阶段期间使用根据所述阻抗确定单元和/或所述电压检测单元的其中一个当前输出值而追踪的输出电压最大值。
13.根据权利要求6所述的电外科发生器(12)，其特征在于，所述输出电压控制单元(36)被设计成在所述蒸发阶段期间使用针对所述蒸发阶段固定指定的输出电压最大值。
14.根据权利要求5所述的电外科发生器(12)，其特征在于，所述电外科发生器(12)的尺寸被设置成使得该电外科发生器(12)提供大于300V的最大输出交流电压和大于4A的最大输出交流电流。
15.一种电外科系统(10)，所述电外科系统(10)具有根据权利要求5至14中任一项所述的电外科发生器(12)以及电外科手术器械(14)，所述电外科手术器械(14)与所述电外科发生器(12)的输出端(18)相连或能够与该输出端(18)相连，并且所述电外科手术器械(14)具有有源电极(22)和至少一个对电极(44.1、44.2)以及至少一个液体管线，所述至少一个液体管线相对于所述有源电极(22)被布置成使得所述有源电极(22)在工作期间能够被导电液体冲洗。
16.根据权利要求15所述的电外科系统(10)，其特征在于，所述有源电极被设计为环形电极或纽扣电极。
17.根据权利要求15或16所述的电外科系统(10)，其特征在于，所述电外科手术器械(14)是电切镜。
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