CN1250360A - 集中电场的电外科电极 - Google Patents

Abstract

一种进行手术的电外科电极组件,包括具有构置成把射频电能传递给病人组织的导电电极。主体具有锋利部分(23’),例如锋利的刃或尖,其宽度约为0.2mm或更小。锋利部分把主体传递的射频电能集中到病人组织上。在一个实施例中,不粘附绝缘覆层(20’)覆盖包括锋利部分的电极主体。绝缘覆层的厚度可以使得把主体的射频电能通过容性耦合传递给病人组织。在另一个实施例中,锋利部分的工作部从绝缘覆层下向外延伸。

Description

集中电场的电外科电极

背景技术

本发明涉及电外科，尤其涉及进行电外科手术时使用的电外科电极(例如探针、刀片、钳子等)。如本技术领域的熟练人员所已知的，现代外科技术一般使用射频(RF)烙器来切除组织，凝结组织，以在进行外科手术过程中止血。对于这种技术的历史情况以及细节可以参考美国专利No.4,936,842。

如医学领域的熟练人员所已知的，电外科被广泛使用，它提供了许多优点，包括使用单一外科工具进行切除和凝结。至今，在已有的电外科工具中已经实施了各种方案。这些方案的例子包括如下这些：1985年8月13日授予Leonard S.Taylor的美国专利4,534,347；1987年6月23日授予Peter Stasz的美国专利4,674,498和1988年11月22日授予G.Marsden Blanch的美国专利4,785,807。

Taylor的专利揭示了一种具有锋利的外露刀刃的实现方案(例如，如几何形状的刀片)，它被用来进行传统的机械切除组织，而刀片被构筑成起到微波辐射器的作用，以通过辐射向邻近组织发送微波，起到所希望的烧灼作用。

Stasz的专利提出了几个实施例，揭示了部分覆盖部分暴露的刀片，适用于三种模式的手术。这三种模式据说是：(1)当不向其施加电源时，为具有锋利刀刃的标准外科切除刀；(2)当在刀片的导电表面之间施加了足以在它们之间产生放电弧的高压时，为电烙刀，用于切除和凝结组织；以及(3)低压凝结工具，其中I2R的损耗产生热量，以凝结组织。

Blanch的专利揭示了一种非锋利刀，它整个被绝缘层覆盖，利用容性地通过绝缘层传递的电能对组织进行切除而非使用传统的机械动作。在这种电外科中，“切除”是当能量传递足以引起组织细胞中的水沸腾，从而利用内部的而不是外部的力使细胞膜破裂来实现的。这种电外科切除需要较高的能量。

虽然Blanch的方案在该技术领域具有重要的优点，并且已经发现在电外科领域被广泛接受，但是，继续需要进一步改进电外科，以实现较简单的几何结构，减少热坏死，从而降低术后并发症，减少焦痂(eschar)的产生，减少热损害对切除区以外的组织的影响，提高切除速度。

发明内容

本发明提供电外科工具，它在性能上与以前的方案相比有显著的改进。本工具实现了电外科能量的重要集中，以更快速和有效地以低的RF能量级进行切除。在一个实施例中，这种电外科工具包括一几何表面，用于进行电外科切除。该几何表面被定形成使能量传递集中。该定形表面可以包括工具内部部件导电的边或尖。工具内部部件基本上被绝缘物完全包覆。绝缘包覆的结果是成形表面不再表现出特别锋利的外部几何表面，与病人组织机械接触。然而，由于集中了电场和能量传递(如后所述的)，成形表面在电荷集中和组织分离方面有显著的改进，可以利用较低的能量级，减少热坏死，更快速地切除，减少焦痂的产生。

在另一个实施例中，本发明的电外科工具的特征是几何结构，包括在电外科工具的大多数外层表面上的不粘附绝缘物。电外科工具还包括一个暴露的、未包覆的微小且锋利的切割或探测表面，电外科能量集中在该表面上，以增强切割(以及，在某些例子中，凝结)特性。对于探针和刀片，电外科工具尤其适用于切割或凝结模式。在切割模式，该工具被定位在传统切割位置上，暴露的刀片或刀尖与要切除的组织接触。除了切割尖之外的刀片上有绝缘物，并且暴露的刀片具有锋利的特性，使得电能集中在接触点或接触线上。虽然与邻近组织可能有一些容性耦合，但这不足以产生显著的影响。

当要进行凝结时，从组织接触点上移开较微小的暴露的切割/探测面，把包覆的表面之一与要凝结的组织接触。这种传递的结果是把能量传递的模式从主要是欧姆传导(在切割模式下)转换成凝结模式下的容性耦合能量传递，因此，便于以降低的功率级进行切割和凝结。这里的原理不仅可以应用于刀片、针尖和钳子，也可以应用于改进的球形电极、L形吊钩、J形导线以及类似的构造。

在本发明的另一个实施例中，诸如双极钳子，使用能量集中的原理有利于凝结。这里，由于钳子一般不用于切除，因此，根据特定的使用环境，仅在几条平行的用不粘附包覆物部分或者全部包覆的暴露刀刃上实施能量集中。

附图概述

图1是已有技术的工具的透视图；

图1A是图1中沿剖线1A-1A的剖视图；

图2是根据本发明的原理的工具的透视图；

图2A是沿图2的剖面线2A-2A的剖视图，示出了部分锋利的工作面；

图2B的图类似于图2A，除了把工具的工作面示作刀刃之外；

图3是圆形表面工具与工作返回电极之间存在的典型电场图；

图4是与尖锐的点形几何有关的改进的电场集中的视图；

图5是从图2A的部分锋利刀刃投射出的典型电场集中的示意图；

图6是本发明的另一个实施例的视图，其中锋利的刀的微小区域从使刀刃暴露的大部分包覆的刀片下向外凸出一预定的距离；

图7是根据已有技术的电外科钳子的手握面的部分视图；

图8是图7的已有技术的钳子手握面的放大示意图；

图9是根据本发明的电外科钳子的手握面的部分视图；

图10是图9的钳子的手握面的放大示意图；以及

图11是图6、9和10的结构的进一步变化的剖面图；其中刀片的一端被包覆，相对端包括这里限定的暴露的操作面，其中，刀片的侧边包括一系列陡峭的不规则形，以提供较急剧的表面变化，从而增强能量集中。

本发明的实施方式

如本说明书和所附的权利要求书中所实施的，下面的术语应具有如下定义的含义。

“工作面”表示从覆盖的绝缘物下向外延伸0.2mm或更小的距离的能量传导件的暴露面。

“不粘附材料”表示本技术领域中用作刀片的覆盖物的任何一组传统的、众所周知的材料，用于消除或减少组织、血液等的粘附。例子有金刚石材料或者氟化烃(PTFE)，后一个例子在市场上可以得到的商品名为TEFLON。

转到附图，尤其是图1和图1A，图中示出了上述的Blanch的美国专利4,785,807提出的已有技术的工具。具体地说，这些图示出了一个电外科手术刀，通常以4图示，它具有近端8，与套固件12配合。套固件12设置在刀柄外围，提供保护，以便于用传统的握持器(未图示)握持手术刀4。手术刀4还包括远端16，如图所示，由非锋利的切割面23形成。不粘附材料做成的覆层20覆盖在切割刀片22的表面区域，用于消除或减轻烧焦组织粘附到刀片上。

图2示出了根据本发明的原理实现的工具。图2所示的是一个与图1外观相似的工具。因此，在图2中，可以看到电外科手术刀，一般用4’表示，具有近端8’，与设置在刀柄周围的套固件12’配合。套固件12’提供保护，便于用传统的电外科握持器(未图示)握持。手术刀4’还包括远端16’，它用结合图2A、4和5描述的特殊的几何形状形成。不粘附材料做成的覆层20覆盖在切割刀的表面区域，用作消除或减轻烧焦组织对刀片的粘附。然而与图1的实施例截然相反，图2所示的实施例的特点在剖面的几何形状，包括如图2A所示至少部分变锋利的刀刃。

如上所述，图2A是沿图2的剖面线2A-2A的剖面图。这里所示的是导电主体22’，它可以是任何适当的材料，诸如较佳的为外科级不锈钢制成。主体22’在其向下靠近刀刃或刀尖23’处至少部分变得锋利。如结合图3和4所描述的，主体22的锋利部分23’集中或聚集电位加到主体22’上时产生的电场。接着提高传递的电能的集中程度，相应地提高该工具实现切割动作(例如切离组织)的效率。在离开图2A之前，应当理解，虽然较佳的几何图形具体实施为全锋利的刀刃(或刀尖)，但是如图2B所示，当尺寸24(即工作边宽度)为或小于0.2mm时，可以明显地观察到源于本发明的有效的特性。这表示工作边宽度为0.2mm或更小。当尺寸24减少到刀刃时，这些有效的特性将进一步得到提高。

除了在图2B中所示的全锋利刀片具有刀刃25之外，图2B所示的结构与图2A相似。参照图3和图4可以理解前述显著的改进的实际原理。图3是环形或曲线形导体或电极30、外表面31与反电极32之间存在的电场的电场图形线图。虽然电极30被图示成中空，但是如果电极是实心的，所示的电场图形也基本上相同。现在将看到椭圆33内的电场线的密度几乎一致，因此，电场在该区域基本上不变化。

然而，在图4中，请注意，电极40的几何形状被做成包括成点区域(如尖或刃41所表示的)。相应的电场变得更集中在尖或刃41上，如电极40与反电压42之间的电场线(在椭圆43内)的更大的线密度所表示的。因此，在不规则形导体上，电荷趋向于积聚在表面曲率最大的地方，也就是说，在尖或刃上。根据本发明使刀刃锋利，使电荷沿更小的表面区域集中，因此，把电场线会聚得更紧密。这减少了在组织中不靠近刀尖或锋利刀刃处的无关的电荷损失。电极的切割边不需要被锐尖。仅需要切割边成形(变锋利)，使能量传递集中到最佳切割所希望的程度。

作为图示，图1的传统电极具有厚约为0.33mm的边23，在切割模式下，可以使用近40瓦的功率设置。当变锋利到刀刃23’约为0.00735mm时，“锐度”低于机械解剖刀所需要的程度，图2的电极可以在低于20瓦时快速地切割通过组织；功率比图1的电极所需要的小50％。而且，图2的刀片快速切割，阻力更小，产生的焦痂更少，热坏死更少，改善了操作的控制。

图5示出了上述原理。如上所述，图5的示意图示出了从图2A的锋利刀刃投射出的电场的集中情形。为了清楚和简洁地表示，仅示出了表示锋利尖或刃23’的方向内的电场的线53。

可以观察到图5的电极是前面的图2A所示的电极。因此，所示的具有至少部分锋利刃或尖23’的导电体22’用绝缘覆层20’完全覆盖。当电外科电位加到位于要切下的组织面前的主体22’上时，如射线束53内的较长的射线所表示的，能量传递的密度集中在顶点23’上。因此，在所示的例子中，能量沿从刀刃23’延伸的主体的主轴集中。

绝缘覆层20’可以是任何已知的几种不粘附材料(如上所述定义的)做成，已发现这些材料在电外科中非常有用，在任何的公知技术中都已加以应用。然而，根据这里的一个较佳实施例，这样一种材料是氟化烃(PTFE)，其一个例子是可以在市场上得到的TEFLON(特氟隆)。

图2A和2B的实施例的不粘附材料的厚度是足以确保射频电能从被覆盖的主体22’主要通过容性耦合传递到病人组织，通常小于1mil。精确的最佳的厚度随所用的材料而变化，可以通过日常经验来快速确定。显然，该覆层使锋利的电极边在机械上变“钝”。然而，如前所述，电外科的切割不必需要锋利的外科刀刃来机械的切下组织。而是利用足够的能量使组织细胞沸腾，细胞膜破裂来进行切割。

当用诸如图6的实施例来实施时，根据本发明的能量集中原理也是有效的。如图6所示，导电主体22’包括暴露的工作面30(如上所定义的)，从覆盖绝缘物20’下向外延伸。工作面30凸出接近0.2mm或更小的距离31。已发现，0.2mm接近一般的外科手术刀延伸的极限，以便实现最佳的能量集中，同时维持刀片的其它部分在进行凝结时的绝缘特性。在使用时，集中在暴露的锋利刀片上的能量在实现组织切下时特别有效。当要在凝结模式下使用该刀片时，暴露面30从与组织接触移开，把刀片的绝缘侧设置成与要凝结的区域接触。因此，在图6的实施例中，主要利用欧姆导电通过锋利面上的能量实现组织切下，而主要通过绝缘物20’上的能量的容性传递来实现凝结。

如上所述，根据本发明的能量集中原理可以应用于其它的医学仪器上，例如钳子。图7和8示出了根据已有技术的一般的双极电钳子表面。图7中所示的是根据已有技术的一般电外科钳子的握持面部分。如将观察到的，已有技术的握持面具有成直角的顶脊35a，b，c和d(如图8中放大形式所示)，从主表面36向上凸出．这些脊的方形顶部被一般的矩形谷37a，37b和37c分开。因此，有较宽面积的工作面38a’38b，38c和38d，其结果是在使用该钳子时与组织有相应较大的表面接触面。

图9和10的视图所图7和8相似，示出了根据本发明的电外科钳子的部分握持面。如图9和10所示，向上的尖凸起40a，40b，40c和40d被变得锋利，成为刀刃41a，41b，41c和4ld，根据上面结合图2A、2B和6描述的原理，它们工作成使能量集中。因此，这种刀刃可以是：稍钝，并且如图2A所示，全部被绝缘物覆盖；非常锋利，如图2B所示，整个被绝缘物覆盖，或者如图6所示，部分未覆盖，暴露出工作面。在任一种情况下，当把钳子工作在它们的凝结模式时，被设置成与病人组织接触的高集中区产生高的电能集中，因此明显地改善了它们的特性。

图11是图6、9和10的结构的进一步变化的剖面图。在该实施例中，刀片的一端被覆盖，另一端包括这里定义的一个暴露的工作面。刀片的侧边包括一系列陡峭的不规则几何形，提供较陡峭的表面变化，从而提高能量集中度。图11所示的是主导体50，具体包含小峰51的上表面和下表面。小峰5l基本上沿其长度均匀分布，从而实现上述的能量集中特性。当端子52完全用绝缘物57覆盖时，端53改成使工作面59暴露。因此，包括在单个电外科工具内的有上述这些特点的组合，：即，被覆盖的切下部件(图11的左边)；包括能量集中峰5l的上侧和下侧凝结面；以及在工具右侧上的暴露的工作面59。

现在很明显，这里描述了一种性能得到显著改善的工具。

虽然已通过较佳实施例描述了本发明，但显然，不脱离其精神和范围可以作出一些改动和变化。

这里使用的术语和表述被用作描述术语而不是限制，因此，不排除等效物，相反，应覆盖不脱离本发明的精神和范围可以实施的任何的和所有的等效物。

Claims (29)

1、一种电外科电极组件，用于对病人进行手术，它包含导电电极，具有适于把射频电能传递给病人组织以在其上进行手术的主体；覆盖所述主体的绝缘覆层；以及能量集中装置，包括所述主体的限定面，以把所述射频电能从所述主体通过所述绝缘覆层传递给病人组织，所述绝缘覆层的厚度足以确保把所述射频电能主要通过容性耦合从所述主体传递给病人组织。

2、如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述集中装置包括锋利的刀刃。

3、如权利要求2所述的组件，其特征在于，所述锋利的刀刃的宽度为0.2毫米或更小。

4、如权利要求2所述的组件，其特征在于，所述绝缘覆层整体覆盖所述锋利的刀刃。

5、如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述集中装置包括锋利的尖凸。

6、如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述绝缘覆层包含不粘附材料。

7、如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述绝缘覆层包含氟化烃材料或金刚石。

8、一种电外科电极组件，用于对病人进行手术，它包含导电电极，具有适于把射频电能传递给病人组织以在其上进行手术的主体；覆盖除了工作面的所述主体的绝缘覆层；包括所述工作面的能量集中装置，用于当所述工作面与所述组织接触时，把所述工作面传递的电能集中到所述病人的组织上；以及包括所述绝缘覆层的装置，当所述工作面不与所述组织接触，并且所述绝缘覆层与所述组织接触时，用于通过容性耦合把电能穿过所述覆层传递给所述组织，以便对所述组织进行凝结。

9、如权利要求8所述的组件，其特征在于，所述工作面为一尖点。

10、如权利要求8所述的组件，其特征在于，所述电外科电极组件包含一对双极电外科钳子的一部分。

11、如权利要求8所述的组件，其特征在于，还包含多个空间上分离的工作面。

12、如权利要求11所述的组件，其特征在于，所述多个空间上分离的工作面基本上彼此平行。

13、如权利要求8所述的组件，其特征在于，所述工作面是刀刃。

14、如权利要求13所述的组件，其特征在于，所述刀刃的工作刀刃宽度为0.2毫米或更小。

15、如权利要求8所述的组件，其特征在于，所述绝缘覆层包含不粘附材料。

16、如权利要求8所述的组件，其特征在于，所述绝缘覆层是电容器介质。

17、如权利要求8所述的组件，其特征在于，所述绝缘覆层包含氟化烃材料或金刚石。

18、如权利要求8所述的组件，其特征在于，所述导电电极包括第一对刀刃，所述第一对刀刃的第一刀刃设置在所述电极的第一端，所述第一对刀刃的第二刀刃设置在与所述第一端相对的所述电极的第二端。

19、如权利要求18所述的组件，其特征在于，所述导电电极还包括第二对刀刃，具有第一附加刀刃和第二附加刀刃，所述第二对的所述附加刀刃设置成基本上与所述第一对刀刃成直角，所述第一附加刀刃完全被所述绝缘覆层覆盖，所述第二附加刀刃包括暴露的工作面。

20、一种对病人进行手术的电外科电极组件，包含：

(a)导电电极，具有主体，构置成把射频电能传递给病人组织，主体具有宽度约为0.2毫米或更小的锋利部分，锋利部分把主体传递来的射频电能集中到病人组织上；以及

(b)绝缘覆层，至少覆盖部分主体，绝缘覆层的厚度可以使主体的射频电能通过容性耦合传递到病人组织上。

21、如权利要求20所述的组件，其特征在于，锋利部分包含延伸的锋利利刀刃。

22、如权利要求21所述的组件，其特征在于，主体的锋利部分用绝缘覆层覆盖。

23、如权利要求21所述的组件，其特征在于，至少部分锋利部分外露于绝缘覆层。

24、如权利要求20所述的组件，其特征在于，锋利部分包含点凸起。

25、如权利要求20所述的组件，其特征在于，还包含多个锋利部分。

26、如权利要求20所述的组件，其特征在于，锋利部分包括工作面，除了工作面之外的主体被绝缘覆层覆盖，工作面从绝缘覆层向外延伸约0.2毫米或更小的距离。

27、一种制造电外科电极的方法，包含下列步骤：

(a)提供一个具有主体的导电电极；

(b)对所述电极进行成形，形成一对通常成镜像的相对侧；

(c)把所述相对侧沿锋利边结合；

(d)用不粘附绝缘覆层覆盖；以及

(e)使所述锋利边暴露，以使所述边的暴露范围不超过约0.2毫米。

28、如权利要求27所述的方法，其特征在于，还包括使所述相对侧弯曲的步骤。

29、一种使用如权利要求8的电外科工具的方法，包含下列步骤：

(a)把所述工作面与病人组织接触，同时用射频电能激励所述工具，从而切下所述组织；

(b)把所述工作面移动，以不与所述病人组织接触；

(c)识别出需要凝结的病人部位；

(d)至少把部分覆盖所述电极的所述绝缘层与需要凝结的所述病人部位接触；以及

(e)用射频电能激励所述工具，同时把所述覆层与所述病人部位接触，对所述部位进行凝结。

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