CN1781462A

CN1781462A - 组织表面重修

Info

Publication number: CN1781462A
Application number: CNA2005101233584A
Authority: CN
Inventors: 基思·彭尼; 奈杰尔·马克·戈布尔
Original assignee: Rhytec Ltd
Current assignee: Rhytec Ltd
Priority date: 2004-11-23
Filing date: 2005-11-23
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2025-11-23
Also published as: ES2309684T3; CN1781462B; EP1658817B1; DE602005006938D1; EP1658817A1; AU2005234703A1; JP2006181353A; KR20060057516A; GB0425765D0

Abstract

在用于整容性皮肤表面重修的系统中，发生器在所选择的能量水平将能量脉冲提供到手持处理设备。到所述设备的能量供应由控制器所控制。因此，所述系统还包括，与所述设备相关联、包括存储器的电子键。与控制器相关联的读写元件从电子键下载信息并将信息写入存储器。当能量脉冲由发生器提供到所述设备以便更新存储器中的设备使用计数器时，使所述读写元件发送信号到存储器，并且计数器递增的速率在被输送的功率增加时增大。当所述设备使用计数器达到预定最大值时，控制器使发生器停止提供能量脉冲以便防止在其设计使用限制之外使用所述设备。

Description

组织表面重修

技术领域

本发明涉及组织表面重修(tissue resurfacing)，例如皮肤表面重修，或者位于例如消化道、呼吸道、血管、子宫或尿道内的组织的表面重修或去除。

背景技术

人体皮肤具有两个主要层：表皮，其为外层且在面部区域上典型地具有大约120μ的厚度；以及真皮，其典型地为表皮厚度的20-30倍，并包含毛囊、皮脂腺、神经末端以及纤细的毛细血管。按体积真皮主要由蛋白质胶原(collagen)组成。

很多整容手术(cosmetic surgery)过程的共同目的是改善患者皮肤的外观。例如，整容手术领域中的理想临床效果是提供对老化皮肤肌理的改善并给予其更年轻的外观。通过去除表皮的部分或全部并且有时去除真皮的部分，引起具有所需特性的新表皮的生长，可实现所述效果。另外皮肤常常包含疤痕组织，其外观被一些人认为是有损他们的魅力。引起疤痕组织的皮肤结构典型地在真皮中形成。通过去除选择区域中的表皮并重塑真皮中的疤痕组织，可能改善某些类型疤痕的外观，如例如痤疮所留下的疤痕。去除表皮和可能的真皮组织的过程被称为皮肤表面重修(skinresurfacing)或磨皮术(dermabrasion)。

用于实现皮肤表面重修的一种公知技术包括借助于例如磨轮而机械地去除组织。另一种技术称为化学去皮(chemical peel)，并涉及将腐蚀性化学品施加到表皮表面以去除表皮及可能真皮皮肤细胞。而进一步的技术是对皮肤的激光表面重修。激光被用于将受控量的能量输送到表皮。该能量由表皮吸收，引起表皮细胞坏死。坏死可由于能量吸收引起细胞内的水温增加到细胞死亡的水平而发生，或者可替换地，依赖于所使用的激光频率，能量可由表皮细胞内的分子以导致其离解的方式吸收。该分子离解杀死所述细胞，并且作为副作用还引起皮肤温度的增加。

典型地在激光表面重修期间，激光束在短时间周期内(典型地小于一毫秒)被导向皮肤的给定处理区。这可以通过以下来实现：使激光脉动或连续并足够快地移动激光使得光束仅在预定的时间周期内入射在皮肤给定区上。在皮肤表面之上可进行若干遍(pass)，而死皮碎屑通常在该若干遍期间被从皮肤擦除。磨皮术当前使用的激光包括CO₂激光以及铒-钇铝石榴石(Erbium-YAG)激光。能量通过其由组织所吸收并引起它死亡的机制，以及所获得的结果临床效果，如组织坏死的深度及热边限(thermalmargin)(即围绕由于吸收热而经受组织修正的处理区的区域)的量值，从一种激光类型到另一种而变化。然而，基本上由这些激光所提供的变化的处理可当作单一类型的处理方法，其中激光被用于给予能量以杀死表皮的一些或部分(并且依赖于处理目的，可能杀死真皮的部分)，目的是引起具有改善外观的新表皮的生长，并还可能刺激真皮中新胶原的生长。

本发明的其它有关现有技术参考背景包括US3,699,967(Anderson)、US3,903,891(Brayshaw)、US4,040,426(Morrison)、US5,669,904、WO95/0759、WO95/26686以及WO98/35618。

申请人的国际申请No.WO01/62169公开了公知皮肤表面重修技术、装备以及操作这种装备的方法的可替换方案。具体地，其公开了一种组织表面重修系统，包括：手术器械，具有终止于等离子体出口喷嘴的气体导管，以及与导管相关联的电极；以及射频功率发生器，耦合到所述器械电极并设置成以单一或系列处理脉冲将射频功率输送到电极，以便从通过导管馈送的气体产生等离子体，所述脉冲具有从2ms至100ms范围的持续时间。

将电场施加到所述气体以便产生等离子体可在任何合适的频率发生，包括500kHz左右的标准电外科(electrosurgical)频率的应用或2450MHz左右的微波频率的使用，后者具有以下的优点：即适于获得等离子体的电压更容易在完整的结构中获得。等离子体可以一种频率发起或“击发(strike)”，因此到等离子体中的最优功率传递然后可在不同的频率发生。

在一个实施例中射频振荡电压被施加到电极以便产生对应的振荡电场，并且通过以下来控制传递到等离子体的功率：监视从电极反射的功率(这提供对已传递到等离子体中的从功率输出设备所输出的功率部分的指示)，并因此调节来自发生器的振荡电压的功率。由于来自发生器的振荡输出频率接近电极的谐振频率(其受等离子体存在的影响)，传递到等离子体的功率增加，并且反之亦然。

优选地，在该实施例中，偶极电场被施加到器械上电极对之间的气体，所述电极对连接到功率输出设备的相对输出端子。

在该发明的可替换方面，DC电场被施加，并且功率从DC场输送到等离子体。

所使用的气体优选地是无毒的，并且更优选地是易于生物相容的以使其能够从患者身体自然分泌或排出。二氧化碳是一种优选气体，因为在呼吸期间人体从血流中自动去除二氧化碳。另外，从二氧化碳产生的等离子体比从例如氩产生的等离子体热(虽然更难于产生)，并且二氧化碳在大多数手术室中可容易获得。还可使用氮或者甚至空气。

国际申请No.WO01/62169也公开了气体等离子体组织表面重修器械，包括：伸长的气体导管，从气体入口延伸到出口喷嘴并且具有耐热介电壁；位于导管内部的第一电极；第二电极，位于介电壁的外表面上或与其相邻，与第一电极配准；以及电传导电场聚焦元件，位于导管内且在第一和第二电极之间。

优选系统具有这样的好处，能够在组织表面产生快速处理而使不期望的效果最小化，例如在大于所需深度处的热效应。

国际申请No.WO01/62169中所描述的发明的另一方面提供对至少患者表皮进行皮肤表面重修的方法，其利用包括具有连接到功率输出设备的电极的器械的手术系统，所述方法包括以下步骤：操作功率输出设备以在电极区域中产生电场；引导气流通过电场，并且依靠电场与气体的交互产生等离子体；控制从电场传递到等离子体的功率；在预定时间周期内将等离子体引导到组织上；以及由于从等离子体输送到表皮的热而蒸发表皮的至少部分。

该在前申请还公开了另一方面，组织表面重修系统包括：等离子体处理器械，具有终止于等离子体出口喷嘴的气体导管及与导管相关联的电极；以及射频功率发生器，耦合到所述器械电极并设置成以单一或系列处理脉冲将射频功率输送到电极，所述处理脉冲每个包括射频振荡突发(burst)，所述发生器包括工作以将处理脉冲的宽度控制为预定宽度的控制器。控制器优选地设置成通过生成对应的控制脉冲来调节处理脉冲宽度，所述控制脉冲被馈送到发生器的射频功率级以便在每个等于所要求的脉冲宽度的时间周期内将功率级输出的水平从基本静止水平改变为预定的优选恒定的输出功率水平，从而气体等离子体在这样的时间周期内产生。时间周期和/或功率水平可由控制器调节以便产生用于器械的计量的处理脉冲，所述脉冲每个具有预定的总能含量。

射频功率输出可能在每个处理脉冲内被调制(100％调制或更少)。

从2ms至100ms的处理脉冲宽度是所预期的，并且优选地在3ms至50ms的范围内，或更优选地从4ms至30ms。在其以系列输送的情况下，处理脉冲可具有0.5Hz至10Hz或15Hz、优选地1Hz至6Hz的重复率。

从器械方面，在前申请公开了气体等离子体组织表面重修器械，包括：伸长的气体导管，从气体入口延伸到等离子体出口喷嘴；至少一对相互相邻电极，用于从导管内的气体击发等离子体；以及固体介电壁，在电极之间，由具有比一(unity)大的相对介电常数(优选地为5的量级或更高)的材料形成。有利地是导管至少部分作为这种材料的介电管来形成，电极包括所述管内的内电极和围绕所述管的同轴外电极。

较早公开系统的其它方面包括以下：操作手术系统的方法，所述手术系统包括：功率输出设备，其在输出端子生成输出信号；控制器，能够接收来自用户的输入信号并相应地控制功率输出设备；器械，具有经由馈送结构连接到发生器输出端子的至少一个电极；气体供应以及用于将气体从该供应运送到器械的另一馈送结构。所述方法包括以下步骤：接收来自用户的输入信号，并操作控制器以从用户输入信号来确定功率输出设备被控制的方式；操作功率输出设备以将电压供应到至少一个电极，由此在电极区域中产生电场；使气体通过电场，并依靠电场强度从气体产生等离子体；以及根据到控制器的用户输入信号来控制功率输出设备以控制输送到等离子体中的功率。控制器可工作以控制功率输出设备将预定水平的能量输送到等离子体中，并且控制器可进一步控制通过电场的气流的速率。

气体优选地包括具有至少两个原子的分子。

上述较早申请包括对用于组织表面重修的手术系统的公开，所述手术系统包括：用户接口，其从用户接收有关系统所需性能的输入信号；功率输出设备，其在输出端子生成电压输出信号；气体供应；器械，具有连接到功率输出设备的输出端子的电极，由此使得当功率输出设备被操作以在输出端子产生输出电压时能够在电极区域中生成电场，所述器械另外连接到气体供应且进一步包括：导管，用于使来自供应的气体通过电极附近的电场以产生等离子体；以及控制器，其连接到用户接口和功率输出设备，所述控制器适于接收和处理来自用户接口的信号并基于用户接口信号来控制功率从功率输出设备到等离子体中的输送。控制器还可适于控制功率被输送到等离子体中的时间周期。

从用户接口到控制器的用户接口信号可涉及待输送到等离子体中的能量的总量。所述系统可进一步包括连接到控制器的气流调节器，控制器还适于控制来自供应的气流速率。控制器可接收指示输送到等离子体的功率的反馈信号。

功率输出设备可包括可调谐振荡器，并且控制器连接到所述振荡器以便基于指示器械内的衰减功率的反馈信号而调谐所述振荡器。典型地，振荡器的输出频率在2400-2500MHz带内。

较早申请还包括用于操作手术系统的方法，所述手术系统包括在输出端子对之上产生振荡电输出信号的功率输出设备、具有每个连接到功率输出设备的输出端子之一的电极对的器械、接收来自用户接口的输入信号并相应地控制功率输出设备的控制器、以及连接到所述器械的气体供应，其中所述方法包括以下步骤：操作功率输出设备以在器械的电极之上施加振荡电压，由此在电极区域中产生电场；使气体通过电场并在器械电极之间击发等离子体；以及操作控制器以控制从功率输出设备输送到等离子体中的功率。

提供了一种手术系统，包括：功率输出设备，其在输出端子对之上生成射频振荡输出信号；器械，具有连接到功率输出设备的相应输出端子的第一对电极且其是以预定频率谐振的第一谐振组件的部分，以及连接到功率输出设备的相应输出端子的第二对电极且其是也以预定频率谐振的第二谐振组件的部分；气体供应，其将气体供应到第一对电极之间的振荡电场和第二对电极之间的振荡电场；其中第一谐振组件在等离子体从气体形成之前以预定频率谐振，而第二谐振组件继等离子体生成之后以预定频率谐振。在这样的系统中第一对电极可包括内电极和延伸成基本与内电极同轴且围绕内电极的外电极，而第二对电极可包括另一内电极和所述外电极。所述系统可如此工作，使得在第一谐振结构谐振期间，在内电极和另一内电极之间产生电位差，并且由于所述电位差等离子体在内电极和另一内电极之间被初始地击发。

进一步的方面包括由以下组成的手术系统：功率输出设备，其在输出端子对之上生成射频振荡输出信号；器械，具有经由馈送结构连接到功率输出设备的相应输出端子的电极对，以在电极之间产生振荡电场；气体供应和从气体供应到电场的导管，以使通过电场的气体被转换成等离子体且被传送出器械中的孔；其中所述器械包括电压变换组件，所述电压变换组件提供对来自功率输出设备的电压输出的步增(step up)并将所述步增的电压供应到电极之上由此加强电极之间的电场。在这种系统中电压变换组件可包括具有在射频振荡输出带宽内的谐振频率的器械中的结构。所述谐振结构可包括至少一个长度的传输线，所述传输线具有等于功率输出设备的振荡输出信号波长的四分之一的电长度。

另一方面提供由以下组成的手术器械：电极对；可连接到馈送结构的连接器，由此使来自发生器的信号能够被运送到电极；电连接到电极和馈送结构的传输线的至少第一段，所述传输线段具有基本上等于具有2400MHz至2500MHz范围内频率的电磁波波长的四分之一的电长度。该器械可进一步包括电连接到连接器和传输线的第一段的传输线的第二段，该传输线的另一段具有基本上等于传输线第一段长度的电长度，其中传输线的第一段和第二段的特征阻抗不同，传输线的第一和第二段在经由连接器可连接到器械的馈送结构的相对低的特征阻抗与由电极之间所形成的等离子体所提供的相对高的阻抗电负载之间形成阻抗匹配组件。

还提供有包括以下的手术器械：彼此分离的电极对；连接器，用于将来自馈送结构的电信号连接到电极，由此使电极之间能够产生电场；气体入口端口；气体导管，用于将气体从入口端口运送到电极，由此允许气体在电极之间通过以便当电场施加到电极之间时使它们之间能够产生等离子体；以及器械中的孔，通过其等离子体可在沿气体导管通过的气体压力下被排出。在这样的器械中，导管内的气体压力可迫使等离子体离开第一方向上的孔，并且电极可至少在第一方向上间隔开。

而进一步的方面包括由以下组成的手术系统：具有电端子对的连接器；第一对电极，由内电极和围绕内电极同轴延伸的外电极所提供；第二对电极，由另一内电极和所述外电极提供，第一和第二对电极经由连接器可电连接到发生器以便使电场能够分别在内和外电极以及另一内和外电极之间产生；气体入口端口，及用于将气体从入口端口运送通过电场由此使等离子体从气体形成的导管；第一对电极形成第一谐振组件的至少部分，而第二对电极形成第二谐振组件的至少部分，第一和第二谐振组件在等离子体形成之前以不同频率谐振，由此使得在等离子体形成之前能够在可用于击发等离子体的内和另外的内电极之间产生电场。

还提供有操作具有第一和第二对电极的手术器械的方法，每对电极连接到生成振荡电输出信号的功率输出设备的不同输出端子，所述方法包括以下步骤：操作功率输出设备以便将振荡电信号施加到第一和第二对电极；使谐振组件谐振，第一对电极形成所述谐振组件的至少部分；依靠谐振在第一对电极的一电极和第二对电极的一电极之间产生电位差和由此的电场；将使气体通过电场并且依靠电场与气体之间的交互形成等离子体。电场在其之间产生的电极二者都可连接到功率输出设备的同一输出端子。通常，等离子体的形成造成第二对电极的电特征的改变，使得它们是以振荡电输出信号的频率谐振的另一谐振组件的至少部分，所述方法然后另外包括以下步骤：继等离子体形成之后，引起另一谐振组件的谐振以便在第二对电极之间产生足够强度的电场以便维持等离子体，并且将功率从振荡输出信号输送到等离子体中。

而国际申请No.WO01/62169的公开的另一方面是操作具有第一和第二对电极的手术器械的方法，每对电极连接到产生振荡电输出信号的功率输出设备的不同输出端子，所述方法包括以下步骤：操作功率输出设备以将振荡电信号施加到第一对电极；将振荡电输出信号施加到第一对电极；使第一对电极形成其部分的第一谐振组件谐振，并在第一谐振组件的谐振期间产生电场；使气体通过电场，并依靠电场和气体之间的交互形成等离子体；继等离子体形成之后，将振荡电输出信号施加到第二对电极并且使第二对电极形成其部分的第二谐振组件谐振，并通过将来自振荡输出信号的功率经由第二对电极输送到等离子体中来维持等离子体。振荡输出信号可基本保持恒定。第一和第二对电极可以不同，或者它们可具有二者共用的电极。电场优选地在第一对电极之间形成，但可在第一对电极的一电极和第二对电极的一电极之间形成，在这种情况下电场可在二者都连接到功率输出设备的同一输出端子的两个电极之间形成。

作为优选方法的结果，等离子体引起活表皮细胞的坏死和死表皮细胞的蒸发，并且在所需的地方产生对真皮的影响。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种控制用于处理人体组织的设备的使用的系统包括：发生器，用于提供能量脉冲到所述设备，所述能量脉冲处于所选择的能量水平；控制器，用于控制到所述设备的能量供应；电子键，与所述设备相关联且包括存储器装置；以及读/写设备，与控制器相关联，用于从电子键下载信息并将信息写到存储器装置；当能量脉冲由发生器提供到所述设备时，控制器使读/写设备发送信号到存储器装置以使存储器装置中的设备使用计数器更新，因此计数器以其递增的速率随所输送的功率增加而增加，当设备使用计数器达到预定最大值时控制器进一步使发生器停止提供脉冲。

根据本发明的另一方面，提供了控制用于处理人体组织的设备的使用的系统，所述系统包括：用于向设备提供能量脉冲的发生器，能量脉冲处于所选择的能量水平；用于控制到所述设备的能量供应的控制器；与每个设备相关联且包括存储器装置的电子键；以及读/写设备，与控制器相关联，用于从电子键下载信息并将信息写到存储器装置；每次预定量的能量被提供到所述设备时控制器使得读/写设备发送信号到存储器装置以更新增量计数器，当增量计数器达到预定最大值时控制器使得发生器停止提供脉冲；特征在于：控制器针对提供到所述设备的低于预定阈能量水平的每个脉冲，以第一值来更新增量计数器，并且针对提供到所述设备的高于预定阈能量水平的每个脉冲，以第二较大值来更新增量计数器。

根据本发明的另一方面，控制用于处理人体组织的设备的使用的系统包括：用于向所述设备提供能量脉冲的发生器，能量脉冲处于所选择的能量水平；用于控制到所述设备的能量供应的控制器；与每个设备相关联且包括存储器装置的电子键；以及读/写设备，与控制器相关联，用于从电子键下载信息并将信息写到存储器装置；当能量脉冲由发生器提供到所述设备时，控制器使读/写设备发送信号到存储器装置以引起存储器装置中的设备使用计数器更新，由此计数器根据脉冲能量以不同速率递增，以便第一能量水平的脉冲比第二能量水平的脉冲更快地引起计数器的递增，第一能量水平高于第二能量水平。

在市场上有很多电子键系统，如来自Dallas Semiconductor Corp.的“i-button”系统。这些可用于各种目的，包括个人接入(personnel access)和电子商务应用。被提出与医疗装备一起使用的电子键的实例包括转让给Curon Medical的US专利No.6,464,689和转让给Eclipse SurgicalTechnologies的US专利No.5,742,718。如这些的现有技术系统可用于通过使控制单元注册由电子键所携带的唯一码而鉴权一次性手柄(disposablehandpiece)。这些系统还可存储用于医疗器械的使用数据以及用于所采取过程的患者数据。本发明提供简单的系统，而所考虑的一点是电子键可呈现给不同的控制单元以试图获得额外的使用时间。系统还考虑的是设备可以不同的功率设置被使用，且可接受的使用时间可依赖于这些功率设置。

优选的系统设置阈能量水平，并且根据所供应的能量高于还是低于阈水平而使计数器递增不同的量。依赖于可用的存储器，在每次脉冲被提供到所述设备或每次预定量的能量(即预设数量的脉冲)被提供到所述设备时，计数器可被递增。方便地，预定阈能量水平处于0.5至2.5焦耳的范围，且典型地基本上是2焦耳。

根据方便的设置，第二值(对于高于阈的所供应的能量)基本是第一值(对于低于阈的所供应的能量)的值的两倍。在一种设置中，预定最大值是在第一值的500至5000倍之间，典型地在第一值的2000和3000倍之间。因此系统在较低能量水平给出达5000个脉冲或在较高的能量水平达2500个脉冲。

可替换地，控制器配置可使得计数器利用两个或更多不同的能量阈根据脉冲能量以多于两种的不同速率来递增。根据另一配置，计数器递增的速率可随所输送的功率增加而逐渐增加。

方便地，存储器装置包括用于电子键的唯一标识码，和/或控制器将唯一标识码写到存储器装置。此外，控制器适于使读/写设备发送信号到存储器装置，代表电子键第一次呈现到读/写设备的时间或第一能量脉冲提供到设备的时间。控制器优选地适于将当前时间与键被呈现的时间或第一能量脉冲被提供到设备的时间相比较，并且当时间差超过预定值时阻止脉冲的提供。这样系统不仅可确认呈现到发生器的一次性元件的身份，而且其还可在一次性元件在给定时间周期之前第一次使用时识别其为旧的。方便地，预定值在6和12小时之间。

本发明还延伸到控制用于处理人体组织的设备的使用的方法，包括以下步骤：提供用于控制到设备的能量供应的控制器以及与每个设备相关联的电子键，所述电子键包括存储器装置；将电子键呈现给控制器；从存储器装置上的增量计数器读取值并确定其是否已达到预定最大值；如果增量计数器还未达到其预定最大值，将能量脉冲供应到设备；以随提供到设备的功率增加而增加的速率来更新增量计数器。随功率增加的增量计数器的速率的增加可通过以下而实现：每次脉冲或多个脉冲被提供到低于预定阈能量水平的设备时，以第一值更新增量计数器；并在每次脉冲或多个脉冲被提供到高于预定阈能量水平的设备时，以第二较大值更新增量计数器。

本发明进一步在于皮肤处理的方法，包括以下步骤：生成等离子体脉冲；并在初始处理中将在第一能量水平的等离子体的至少一个脉冲施加到皮肤表面，其中将等离子体的所述至少一个脉冲施加到皮肤表面引起皮肤表面以下的包含胶原的组织内胶原变性，而不引起在皮肤的所述表面的表皮的完全去除；以及在后续处理中将在第二能量水平的等离子体的至少一个脉冲施加到皮肤表面，其中将等离子体的所述至少一个脉冲施加到皮肤表面引起表皮的大部分被破坏。

初始处理可由在其中一个或多个脉冲被施加到待处理皮肤的每个区的单个时间段(session)或以范围从几分钟到一个月或更多的时间间隔重复的若干这样的时间段来组成。在初始处理中，每个时间段引起所输送的能量低于导致表皮破坏的能量。

后续处理由单一时间段组成，其可涉及将一个或多个脉冲施加到待处理皮肤每个区。从单一脉冲或系列脉冲所输送的能量使得表皮的大部分被破坏。

本发明允许控制单一或多个时间段中所输送的能量，使得器械的可用寿命最大化而没有器械退化的风险。器械退化应被避免以便使输送到待处理皮肤的能量变化的可能性最小化以及因此处理可具有的对待处理组织的影响。

附图说明

现在将通过实例并参考附图来描述本发明的实施例，其中：

图1是示意性图，说明用于皮肤表面重修的手术系统的基本原理；

图2是根据本发明用于系统中的手术器械的纵向截面；

图3是图2的详图；

图4是与图2和3的器械结合使用的发生器的示意性图解；

图5是示出为工作频率函数的反射功率的曲线；

图6是示出图3所示的器械的部分修改的横截面；

图7是包括磁控管(magnetron)的可替换的发生器的示意图；

图8是包括磁控管的发生器的更详细的框图；

图9是图8的发生器的逆变器单元的电路图；

图10是说明图8的发生器中的磁控管的接通特征的曲线；

图11是图8的发生器的外功率控制环的框图；

图12是图8的发生器的中间和内功率控制环的框图；

图13是形成图8的发生器的部分的UHF隔离器的横截面；

图14是通过适于与图7的发生器一起使用的器械的实施例的截面；

图15是当与图7的发生器一起使用时图14的器械的反射功率对频率的曲线；

图16是通过器械的另一实施例的截面；

图17是图16的器械中的反射功率对频率的曲线；

图18是器械的另一实施例的示意性图解。

图19是另一可替换器械的切开透视图；以及

图20是图19的器械的部分的纵向截面。

图21是用于图1的手术系统的器械的透视图，

图22是图21的器械的截面侧视图，

图23是用于图21的器械中的电极的截面侧视图，

图24是用于图21的器械中的一次性组件的截面侧视图，以及

图25是根据本发明的系统的示意性图解。

具体实施方式

参考图1，现在将描述可合并本发明的控制系统的手术系统的工作原理。手术系统包括发生器4，所述发生器4包括典型地以振荡器和放大器或热离子功率设备形式的功率输出6，以及用户接口8和控制器10。发生器产生输出，所述输出经由包括线缆12的馈送结构耦合到器械16的电极14。系统还包括气体供应18，其借助于管道20供应到器械。所述气体优选地是这样的气体：其对在器械处输送到气体中的每单位能量使相对高的能量能够输送到组织。优选地所述气体应包括双原子气体(diatomic gas)(或具有多于两个原子的气体)，例如氮、二氧化碳或空气。在使用中，发生器工作以便在电极末端22的区域中建立电场。来自供应18的气体通过电场。如果场足够强，将有把自由电子充分加速以引起与气体分子碰撞的效果，其结果是一个或多个电子从气体分子中离解以产生气体离子(gaseous ion)，或气体分子中的电子激发到较高能态，或分子离解成组分原子(constituent atom)，或气体分子(gaseous molecule)中的振动态的激发。以宏观术语的结果是产生热的等离子体24。能量借助于电子或离子重新组合而释放，以便形成中性带电(neutrally charged)的原子或分子以及从高能态到低能态的弛豫(relaxation)。这种能量释放包括发射电磁辐射，例如作为具有所用气体特性的光谱的光。等离子体的温度依赖于气体的性质以及从电场输送到气体的功率量(即传递到给定量气体的能量的量)。

在优选实施例中，低温等离子体在氮中形成。这在本领域中也称为Lewis-Rayleigh余晖(Lewis-Rayleigh Afterglow)，并且由等离子体存储的能量由气体分子的振动态以及仍束缚到分子的电子的提升态(elevatedstate)(由于其在到较低能态的衰变发生之前相对长的寿命，称为“亚稳态”)来支配。

在这种情况下等离子体将容易地起反应，即由于与其它分子的碰撞而放出能量。等离子体发射具有约580nm主波长的特征的黄/橙光。

等离子体的相对长寿的状态是有利的，在于到等离子体在其达到待处理组织时其仍包含有用量的能量。

结果的等离子体被引导出器械的开口端并引导向患者的组织，以使得其修正或着部分或全部的去除。

在撞击(impact)时，氮等离子体穿透到组织中一短距离，并迅速衰变成到低能态以达到与其周围环境的平衡。能量通过碰撞(从而加热组织)和发射具有从250nm典型扩展至2500nm的谱的电磁能来传递。所述电磁能利用随后的加热由所述组织吸收。

在系统被用于皮肤表面重修时，有各种皮肤表面重修效果可通过将等离子体施加到皮肤而实现，并且通过在不同时间周期内将不同量的能量输送到皮肤而实现不同的效果。系统通过以短脉冲生成等离子体而工作。这些参数的各种组合导致不同的皮肤表面重修效果。例如在极短脉冲中(即在极短时间周期上)施加相对高的功率将导致表皮的最上层的实质上的瞬时蒸发(即离解成小碎片，其在该情形下通常是空气传播的(airborne))。高功率输送导致组织的蒸发，而能量在其上被输送的短时间周期防止热引发的组织破坏更深的渗透。为了将高功率水平输送到组织，需要高温等离子体，而这可以通过将高水平能量从电场输送到给定量的气体中(即短时间周期之上的高能量，或高功率)而获得。应注意的是等离子体的温度随着与电极末端的距离增加而降低，这表示器械距皮肤表面的远离(stand-off)距离将影响入射到皮肤上的等离子体的温度以及由此在给定时间周期内输送到皮肤的能量。这是相对浅表(superficial)的皮肤表面重修处理，但具有极短痊愈时间的优点。

由较大厚度组织的热修正和最终的去除所引起的更深效果可通过在较长时间周期内将低水平功率输送到皮肤而获得。较低的功率水平以及由此的较低能量输送速率基本上避免了组织的瞬时蒸发，但是功率被输送的较长周期导致较大的净能量被输送到组织以及组织中较深的热效应。结果的皮肤起泡和随后的组织坏死在基本上比浅表处理情况下更长的时间周期内发生。最深的穿透性的皮肤表面重修可穿透得足够深以便引起真皮中的胶原变性，所述表面重修可涉及逐步的过程，由此在组织之上进行若干“遍”以便皮肤的给定区两次或多次暴露于等离子体。这可应用于去除或重塑疤痕组织(如例如痤疮所引起的)以及减少皱纹。还可实现皮肤表面的脱毛。

所述系统和方法还可用于清除伤口或溃疡，或用于各种皮肤或皮肤病病症的处理，包括：恶性肿瘤(malignant tumour)(主要或次要地涉及皮肤)；葡萄酒色斑(port wine stain)；毛细管扩张(telangiectasia)；肉芽瘤(granuloma)；腺瘤(adenoma)；血管瘤(haemangioma)；色素性病变(pigmented lesion)；痣(nevi)；增生(hyperplastic)、增殖性(proliferative)及炎性纤维丘疹(inflammatory fibrous papule)；肥大性酒渣鼻(rhinophyma)；脂溢性角化症(seborrhoeic heratosis)；淋巴细胞瘤(lymphocytoma)；血管纤维瘤(angiofibroma)；疣(wart)；纤维神经瘤(neurofibroma)；湿疣(condyloma)；疙瘩(keliod)或肥厚性疤痕组织(hypertrophic scar tissue)。

所述系统和方法还可应用于多种其它病症，并且在这方面以非常可控的方式改变组织效果的深度的能力是特别有利的。例如在浅表处理模式中，可处理除了皮肤的身体组织表面，包括口咽(oropharynx)、呼吸和肠胃道的内层，其中理想的是去除表面病变，如白斑(leudoplakia)(经常在口咽中发现的浅表癌症前期病变)，而将对底层结构的破坏最小化。此外，腹部内的器官和结构的腹膜表面可以是源自子宫的子宫内膜组织的异常植入的部位。这通常由浅表斑(plaque)组成，所述浅表斑也可利用设置为浅表处理模式的系统来处理。如果这种病变涉及组织的较深层，则其可通过多种应用来处理，或者可利用包括在所述系统中且被进一步在此描述的控制特征来调节组织效果的深度。

通过使用具有被设计成实现较深效果的设置的系统或方法，深入表面层的组织结构可被处理或修正。这样的修正可包括对包含经常在深入表面层的组织层中发现的组织的胶原的收缩。对系统的深度控制允许处理致命结构而不会例如引起结构的穿孔。这样的结构可包括肠的部分，其中理想的是如在胃固定术(gastroplexy)(减小胃的体积)或在肠包括异常凸出(out-pouching)或支囊(diverticular)的情况下来减小其体积。这样的结构还可包括由动脉瘤(aneurysm)或静脉曲张(varicosity)而变得不正常扩张的血管、作为主动脉(aortic artery)的共用部位、脑血管或腿的浅表静脉。除了这些致命结构，肌骨(musculo-skeletal)结构也可在它们已变得拉紧或松弛的地方得到修正。当胃的部分通过隔膜胫(crura ofdiaphragm)时发生裂孔性疝气(hiatus hernia)，其可例如利用所述器械得以修正，使得胃所通过的孔变窄为点，在该点通过收缩胫这是不发生的。身体其它区中的疝气可以类似地被处理，包括通过修正围绕弱点(weakness)的包含胶原的结构，疝气通过所述弱点而发生。这样的疝气包括但不限于腹股沟和其它腹部疝气。

现在将更详细地描述用于组织表面重修的系统的各种实施例。参考图2和3，皮肤表面重修器械16具有外轴30，所述外轴30在其近端(proximalend)具有连接器26，借助于所述外轴30所述器械可通常经由挠性线缆连接到发生器(参考图4更详细描述)的输出端子，如图1所示。器械还在入口端口32接收氮供应，所示氮供应初始地沿在轴30和同轴馈送线缆40长度之间形成的环形导管34来馈送，并且随后经由沿环形导管38A和38B的另外段的孔36来馈送。环形导管的段38A、38B分别在连接到同轴馈送线缆的外导体44的传导套筒50与连接到同轴馈送线缆40的内导体42的传导元件52及54之间形成。在环形导管38B的远端，气体在振荡高强度电场E的影响下转换成等离子体，所述电场处在由传导元件54的远端所提供的内针状电极60与由相邻于针电极60并与其共同扩张的套筒50的部分所提供的外部第二电极70之间。结果的等离子体72主要在来自氮供应的压力的影响下被传送出在器械远端中的陶盘(ceramic disc)82中所形成的孔80；盘82的绝缘性质用于减小或避免电极60和70之间的容易的点火(preferential arcing)。

内电极60经由传导元件52、54以及同轴馈送结构的内导体42而连接到发生器输出端子之一，而外电极70经由传导套筒50以及同轴馈送结构40的外导体44而连接到另一发生器输出端子。(波管道也可被用作馈送结构。)在所述电极之间的电场强度因此以发生器的输出频率振荡，所述输出频率在该实施例中是2450MHz左右。为了从氮气产生等离子体，需要高强度电场。在这方面针电极60的相对尖的配置有助于产生这样的电场，因为电荷在末端区域中累积，这具有增大在该区域中的场强度的效果。然而，产生高强度电场需要内和外电极60、70之间的大电位差，并且一般而言产生这样的场所需要的电位差的量值随着电极分离的增大而增大。从氮击发等离子体(并且由此产生等离子体)所需的电场强度是大约每库仑电荷3M.牛顿(3M.Newton)，其被转化成均匀电位差，约略等于由1mm距离分离的导体之间的3kV的电位差。在图2所示的器械中，内和外电极60、70之间的分离近似为3mm，使得如果场是均匀的，则实现必要场强度所需的电压将近似为10kV。然而电极60的几何形状是这样的以便于将电荷集中在具有小曲率的导体区域中，由此增强相邻于这样导体的电场区域并减小必须施加到电极的电位差的量值，以便产生所需强度的场。尽管如此，实际上因为用于将发生器输出连接到电极60、70的馈送结构的绝缘体可经受击穿(breakdown)，直接从发生器供应足够量值的电位差到电极60、70不是必要所需的。

在以上参考图1至3所述的实施例中，发生器的输出电压优选地在100V量级。为了获得电极60、70之上的足够高的电压以击发等离子体，因此，必须提供对来自发生器的供应电压的步增(step-up)或向上变换。实现此的一种方式是产生合并电极60、70的谐振结构。如果来自发生器的输出信号以等于或类似于其谐振频率的频率被施加到谐振结构(并且因此到电极)，结果的谐振在电极60、70之上提供发生器输出信号的电压倍增，其量值由所述结构的几何形状、所述结构内所使用的材料(例如介电材料)以及负载阻抗来确定。在该器械中，通过两个阻抗匹配结构92、94的组合来提供谐振结构，所述谐振结构的功能和操作将随后更详细地描述。

使用谐振结构是在电极60、70之上提供足够高的电压以击发等离子体的一种方式。然而，为了使器械有效，发生器必须将预定且可控水平的功率输送到等离子体，因为这影响氮被转换成等离子体的程度，其又影响可以热的形式输送到组织的能量。此外理想的是具有从发生器到由等离子体所提供的负载的功率的有效传输。如以上所述，本实例中的发生器的输出频率是超高频(UHF)带的频率，且处于2450MHz左右，这是其使用被ISM立法允许用于手术的频率。在该量值的频率适于将在这种手术系统情况下的电信号的传输视为电磁波的传输，并且用于其有效传播的馈送结构采用同轴或波导传输线的形式。

在图2的器械中，同轴线缆40提供从发生器4到器械16的传输线馈送结构。同轴馈送结构40的内和外导体42、44通过环形电介质46彼此间隔开。为了利用传输线提供对来自发生器输出的功率的有效传输，发生器的内阻抗理想地等于传输线的特征阻抗。在本实例中发生器的内阻抗是50欧姆，而同轴线缆40的特征阻抗也是50欧姆。在击发等离子体之前提供给发生器的负载是5k欧姆量级。由于一方面发生器阻抗和馈送结构以及另一方面负载之间的这种大的阻抗差，把功率直接从馈送结构输送到负载将由于在馈送结构和负载之间的接口的电磁波反射而导致功率的基本损失(即未输送到负载的来自发生器的功率输出)。因此由于所导致的损失，简单地将同轴线缆40的内和外导体42、44连接到电极60、70不是优选地。为了减少这样的损失，匹配线缆40的相对低的特征阻抗和相对高的负载阻抗是必要的，并且在本实施例中这是通过以下而实现的：经由具有不同特征阻抗的传输线的两个段92、94所提供的阻抗变换器而将负载连接到馈送结构(其特征阻抗等于发生器的特征阻抗)以便提供同轴馈送结构的低特征阻抗与高阻抗负载之间的过渡(transition)。匹配结构92具有由传导元件52提供的内导体，所述内导体具有相对大的直径，并且借助于两个介电间隔器56与由传导套筒50所提供的外导体间隔开。如从图2中可见的，内和外导体52、50之间的间隔相对小，其结果是匹配结构92具有相对低的特征阻抗(在本实施例中处于8欧姆左右)。匹配结构94具有由传导元件54提供的内导体以及由套筒50提供的外导体。由传导元件54提供的内导体具有比传导元件52显著小的直径，并且内和外导体50、54之间的相对大的间隙导致匹配结构94的相对高的特征阻抗(80欧姆)。

在电学上且当工作时，所述器械可被认为是串联连接的四段不同阻抗：由同轴线缆40提供的馈送结构的阻抗Z_F、由分别具有阻抗Z₉₂和Z₉₄的传输线的两个串联连接的匹配结构92、94所提供的过渡结构阻抗、以及由在针电极60附近所形成的等离子体所提供的负载的阻抗Z_L。其中匹配结构的每个段92、94具有等于在2450MHz波长的四分之一的电长度，当负载和馈送结构的阻抗匹配时以下阻抗之间的关系适用：

Z_L/Z_F＝Z₉₄ ²/Z₉₂ ²

由等离子体提供到发生器的负载的阻抗Z_L为5k欧姆左右；同轴线缆40的特征阻抗Z_F为50欧姆，表示比率Z₉₄ ²/Z₉₂ ²＝100并且因此Z₉₄/Z₉₂＝10。对于匹配结构段94的阻抗Z₉₄，实际值被发现为80欧姆，而对于匹配结构段92的阻抗Z₉₂，为8欧姆。

匹配结构92、94的每个长为四分之一波长的要求是匹配过程的固有部分。其意义在于在不同特征阻抗间的每个接口处将有电磁波的反射。通过使段92、94长为四分之一波长，在例如同轴馈送结构40和段92间的接口处的反射将与段92和段94间的接口处的反射反相位，并且因此将破坏性地干涉；同样的情况适用于一方面段92和94之间接口处的反射以及另一方面段94和负载之间接口处的反射。假设具有0弧度额定相位角的电磁波的净反射与具有π弧度额定相位角的净反射有相等的强度(通过针对不同段92、94而选择适当阻抗值来满足的条件)，破坏性干涉具有使功率损失最小化的效果，所述功率损失是由不同阻抗间接口处的反射波引起的。

现在参考图4，与上述的器械的实施例结合使用的发生器的实施例包括功率供应单元100，所述功率供应单元100接收交流电流电源输入并在一对输出端子102之上产生恒定DC电压，所述输出端子102连接到固定增益固态功率放大器104。功率放大器104经由可变衰减器108接收来自可调谐振荡器106的输入信号。功率放大器104、可调谐振荡器106以及可变衰减器108可被认为是AC功率输出设备。借助于来自控制器110(其操作随后将更详细描述)的电压输出V_tune和V_gain，其依赖于反馈信号，以及来自用户接口112的输入信号，来执行对振荡器和衰减器108的振荡频率的控制。放大器104的输出通过循环器114，并且然后顺序通过输出并返回定向耦合器116、118，所述定向耦合器与检测器120、122相结合，分别提供通过发生器的功率输出P_out和回到发生器中的反射功率P_ref的指示。反射回到发生器中的功率通过将反射功率引到衰减电阻器124中的循环器114，选择所述衰减电阻器的阻抗以便其提供与馈送结构40(即50欧姆)的良好匹配。衰减电阻器具有耗散反射功率的功能，并且通过将反射功率转换成热来完成该功能。

控制器110接收分别来自用户接口、输出和反射功率检测器120、122以及气流调节器130的输入信号I_user、P_out、P_Ref、G_flow，所述气流调节器控制氮的输送速率。每个输入信号通过模数转换器132并进入微处理器134。微处理器134经由数字模转换器136工作，以控制三个输出控制参数的值：V_tune，控制振荡器106的调谐输出频率；V_gain，控制可变衰减器108内的衰减程度并从而有效地控制放大器104的增益；以及G_flow，通过器械的气流速率，目的是优化系统性能。所述优化包括将振荡器106的输出调谐到最有效的工作频率，即大部分功率被传递到等离子体中的频率。振荡器106可产生遍及2400-2500MHz ISM带宽的输出信号。为了实现对工作频率的优化，一旦系统接通，微处理器134调节V_gain输出以使衰减器将发生器输出功率减小到极低的水平，并从其最低到其最高水平扫描频率调节电压输出V_tune，这使振荡器对应地扫描通过其100MHz输出带宽。在整个振荡器的带宽，发射功率P_Ref的值由微处理器134记录，并且图5示出发生器的输出频率和反射功率P_ref之间的典型关系。从图5可见最低水平的反射功率在频率f_res发生，所述频率对应于器械16内的谐振结构的谐振频率。根据初始的低功率频率扫描来确定功率可被输送到电极的最有效频率的值之后，微处理器然后将振荡器输出频率调谐到频率f_res。在一修改中，控制器可经由来自用户接口的命令信号(所述命令信号通过用户经由用户接口)工作，以便在器械16连接到发生器之前执行初始频率扫描。这使控制器能够映射(map)功率输出设备和器械之间的馈送结构以便考虑馈送结构的离散段之间的任何失配效果等，所述离散段在各种频率对功率衰减有影响。该频率映射然后可由控制器110使用以确保其仅考虑功率衰减随频率的变化，所述变化由于发生器部件和/或发生器与器械间的馈送结构而不局部地呈现。

功率输出设备的工作功率输出根据从用户接口112到控制器110的输入信号I_user来设置，且其代表由操作者在用户接口112中所设置的要求的功率水平。发生器的各种可能控制模式依赖于用户接口112，并且特别依赖于用户接口被编程给用户的选项。例如，如上所述，存在可被调节以实现不同组织效应的若干参数，如功率水平、气流速率、器械可操作以便在皮肤特定区域上生成等离子体的时间周期的长度(处理脉冲宽度)、以及在器械16远端的孔和组织之间的远离距离。用户接口112为用户提供若干可替换控制模式，其每种将允许用户根据不同的要求标准来控制系统。例如，操作的优选模式是模仿激光表面重修装备的操作控制，因为这具有易于被当前皮肤表面重修领域的执业者所理解的优点。在激光表面重修的工作模式中，用户接口请用户选择器械每个脉冲的每表面区能量输送水平(现有技术称为“通量(fluence)”)。当以此模式工作时，微处理器设置V_gain以便功率输出设备具有典型地160W左右的预设置恒定输出功率，并且来自用户的输入信号I_user被转换成所要求的时间周期，其由脉冲宽度代表、由处理脉冲所需能量和输出功率的恒定水平所计算。但是，电压信号V_gain还用于根据来自用户接口的输入信号I_user来接通和关断发生器输出。因此，例如，当用户按器械手柄上的按钮(未示出)时，信号由用户接口112发送到微处理器134，所述微处理器然后工作，以便在等于所要求脉冲宽度的时间周期内，通过将V_gain从衰减器输出108使得对放大器104实质上没有信号要放大且发生器输出可忽略的其静态设置，改变为对应于预设置恒定输出功率的值，来产生预定宽度(如20ms)的脉冲。这具有以下效果：在等于所要求的脉冲宽度的时间周期内将放大器输出从其静态水平改变为预设置恒定输出功率水平，并且在这样的时间周期内最终产生等离子体。通过根据用户输入来改变脉冲宽度，所选择能量的脉冲可以典型地在从6ms到20ms的范围内被输送。所述脉冲可以以预定脉冲频率在“一次放射(one-shot)”的基础上或作为连续脉冲系列被输送。

能量在其上输送的表面区将典型地是器械的几何形状的函数，并且这可以若干方式输入到用户接口中。在一个实施例中，用户接口针对可与发生器一起使用的器械的每个不同几何形状而存储表面区数据，并且工作中的器械由用户手工识别以相应用户接口112的提示，或者依靠通过控制器可检测的器械上的标识制造物(这可能需要控制器和器械之间的连接)来自动识别。此外，表面区将是器械孔82距组织的远离距离的函数，因为到等离子体到达表面时远离越大等离子体就越冷，并且另外，依赖于器械的几何形状，器械可产生发散束(divergent beam)。器械可以例如依靠连接到器械远端的间隔器，以固定的远离距离工作，在该情况下保持在用户接口内的表面区数据将自动考虑远离距离。可替换地，器械可以可变远离距离来工作，在该情况下远离距离必须被测量并反馈回控制器以便使其能够在表面区计算中被考虑。

可影响每单位区的能量的另一参数是气流速率，且在一个优选实施例中控制器优选地包含相对于各种恒定输出功率水平的发生器输出功率P_out的流速G_flow查询表140，并且对于给定输出功率水平的流速可相应地被调节。在另一修改中，气流速度可被动态调节以便考虑例如远离距离的变化，并且优选地在脉冲之间切断。

如上所述，为优化表面重修模式中的使用方便性，功率输出设备将理想地在输出的整个持续时间内输送恒定输出功率，因为这有助于以给定脉冲容易地控制总能量输出。利用恒定功率输出，控制器能够在预定时间周期内简单地接通功率输出设备(借助于信号V_gain)来控制每脉冲所输送的总能量，其在输出功率水平的基础上计算。然而实际上可以是这种情况，即功率输出在精度方面变化为显著的范围，需要在该范围内确定每输出脉冲所输送的总能量。在这种情况下微处理器被编程，以便通过相对于时间对P_out(来自检测器120)积分并借助于改变V_gain来关断功率输出设备以将可变衰减器108返回其静态设置，来监视输出功率。

系统工作控制的另一复杂性在于，以简单化的电学术语来说，位于孔80的等离子体的产生相当于延伸了针电极60的长度，因为等离子体由离子化的分子组成并且因此导电。这具有降低谐振结构的谐振频率的效果，使得在其功率可输送到器械以便击发等离子体的最优发生器输出不同于在其功率可输送到存在的等离子体中的最优频率。为解决这一难题，微处理器134被连续编程以在系统工作期间调谐振荡器输出。在一种优选模式中使用了“抖动”技术，由此微处理器134瞬间引起振荡器输出以产生在当前输出频率之下或之上4MHz频率的输出，并且然后经由反射功率检测器122而对在所述频率的功率衰减采样。如果在所述频率之一比在当前工作频率衰减更多的功率，微处理器将振荡器输出重新调谐到发生较大功率衰减的频率，并且然后重复所述过程。在另一优选工作模式中，当等离子体被击发时，微处理器134记录谐振频率中的偏移量值，并且在后续脉冲中，当系统停止调谐时(即当等离子体被击发时)相应地偏移振荡器106的频率，于是抖动技术然后被使用。这具有下述优点：一旦等离子体首次被击发，提供对系统更迅速的重新调谐。

如上所述，在图4所示的实施例中，放大器104典型地被设置成产生约160W的输出功率。然而，不是其所有都被输送到等离子体中。典型地，功率还通过以下而损失：以电磁波形式的从器械端的辐射、从线缆间连接处的反射以及以介电或传导性损失的形式(即在形成传输线的部分的电介质内的功率衰减)。在图2和3的器械设计中，可依靠通过阻抗匹配结构的段92、94的环形导管38A、B馈送气体来利用介电损失；以此方式，到气体中的介电功率损失起到加热气体的作用，使所述气体更易于转换成等离子体。

现在参考图6，在图2和3所示的器械的修改中，由传导性材料制成的端帽84被加到器械14的远端。所述端帽电连接到套筒50，并且因此成为电极70的部分。提供端帽84具有若干有益的效果。首先，由于电场优选地从导体到导体延伸，并且端帽84有效地使电极70更接近针电极60的末端，可相信的是其几何形状用于增加等离子体从器械排出时所通过的区域中的电场，由此加速等离子体内的离子。其次，端帽84对等离子体的物理效果是以更可控的方式引导等离子体。第三，由于电极60甚至在通过等离子体电延伸时延伸到器械端之外的较小范围，器械上的外鞘电流(outer sheath current)(即在器械外行进向发生器返回的电流)利用端帽84而显著减小，并且因此这种性质的损失得以减小。

在以2450MHz左右范围的输出频率工作的系统的可替换且较简单的实施例中，可以使用能够比固态放大器显著输送更多功率的功率输出设备。利用来自功率输出设备的增大的可用功率，所需的电压步增较小且因此谐振结构(举例而言)所承担的作用减小。

相应地，并且现在参考图7，可替换的发生器具有高压整流(rectified)的AC供应200，其连接到热离子射频功率设备，在该情况下连接到磁控管204。磁控管204包含附着到用于从阴极204C释放电子的磁控管阴极204C的灯丝加热器(未示出)，并且其由灯丝功率供应206来控制；供应到灯丝加热器的功率越大，阴极204C就变得越热，且因此供应到磁控管内部的电子数量就越多。磁控管可具有永磁体以便在围绕阴极的腔内产生磁场，但在此实施例中其具有带多个线圈(未示出)的电磁体，所述线圈被提供有来自电磁体功率供应208的电流。磁控管阳极204A具有以围绕阴极204C及其相关联的环形腔的圆形阵列而设置的一系列谐振室210。来自阴极204C的自由电子在由高压供应200在阴极204C所产生的电场的影响下向着阳极204A被放射状地加速。来自电磁体(未示出)的磁场在垂直于电场的方向上加速电子，结果电子执行从阴极204C向阳极204A的弯曲路径，在其中它们将其能量给予谐振室210之一。功率通过适合的耦合结构从谐振室210被带到输出端子。磁控管功率输出设备的操作本身很好理解，且将不在此进一步描述。如对于图4的发生器，可提供循环器(图7中未示出)和定向耦合器。

磁控管类型的功率输出设备能够生成比图4的固态功率输出设备基本上更多的功率，但更难于控制。一般来说，磁控管的输出功率在以下情况下增大：(a)随着从阴极到阳极所通过的电子数量增大；(b)随着到阴极的增大的供应电压(在相对窄的电压带内)；(c)以及随着磁控管内增大的磁场。高压供应200、灯丝供应206以及电磁供应208因此都根据来自用户接口的输入设置而受控制器控制，如固态放大器功率输出设备的情况。由于磁控管更难以控制，要在处理脉冲(输出功率的脉冲)的整个持续时间内获得统一的功率输出就更不简单了。因此，在一种控制方法中，控制器通过相对于时间对输出功率积分并在所需水平的能量已输送时关断高压供应200(由此断开磁控管)来工作，如上所述。可替换地，可以监视和控制阴极供应的输出以便通过控制所供应的电流来提供对输出功率的控制，阴极/阳极电流与输出功率成比例。

现在将参考图8来描述本发明可应用于其并使用磁控管作为功率输出设备的进一步可替换的发生器。如图7的实施例中，用于磁控管204的功率以两种方式供应，首先作为针对阴极的高DC电压200P以及针对阴极加热器的灯丝供应206P。在本实施例中，所述功率输入二者都源自具有电源电压输入211的功率供应单元210。来自单元210的第一输出是200-400V DC左右(在该情况下具体地为350V DC)的中间水平DC输出210P，其被馈送到以逆变器单元200形式的DC转换器，所述DC转换器将中间电压倍增为超过2kV DC的水平，在该情况下为4kV左右。

灯丝供应206也从功率供应单元210供电。由逆变器单元200所代表的高压供应和灯丝供应206耦合到CPU控制器110，CPU控制器110用于以下文将描述的方式来控制磁控管204的功率输出。

用户接口112耦合到控制器110以便于除其它功能中设置功率输出模式。

磁控管204在典型地2.475GHz的UHF带中工作，在馈送到馈送过渡级(feed transition stage)213的输出线204L上产生输出，所述馈送过渡级将波导磁控管输出转换为同轴50欧姆馈送器(feeder)，低频AC隔离也由该级提供。由此，循环器114为馈送过渡级213的输出提供恒定的50欧姆负载阻抗。除了耦合到过渡级213的第一端口，循环器114具有第二端口114A，第二端口114A耦合到UHF隔离级214并且因此到发生器的输出端子216。循环器114的第三端口114B将经由端口114A从发生器输出216反射回的功率传送到阻性反射功率堆(resistive reflected powerdump)124。在本实施例中，前向和反射功率感测连接116和118分别与第一和第三循环器端口114A和114B相关联，以为控制器110提供感测信号。

控制器110还经由线118施加控制信号以便打开和闭合气体供应阀220，使得氮气从源130供应到气体供应出口222。连接到发生器的手术器械(图8中未示出)具有用于连接到UHF输出216的低损失同轴馈电线缆以及用于连接到气体供应出口222的供应管道。

重要的是在组织上所产生的效果可控且一致，这意味着输送到皮肤的能量在处理期间应是可控且一致的。对于皮肤或其它表面组织的处理，对在此所述的装备，可能的是允许每次将受控量的能量输送到小的区域，典型地是具有约6mm直径的圆形区域。如上所述，为了避免大于所需深度的不期望的热影响，优选的是使用相对高供电的等离子体，但是被脉动用于快速处理至有限的深度。一旦处理了小的区域，典型地利用持续时间小于100ms的射频能量的单个突发(单个“处理脉冲”)，用户可于再次施加能量前将器械移动到下一处理区域。可替换地，可以预定速率输送多个脉冲。如果对于在用户接口处的给定控制设置，每脉冲输送到组织的能量是受控的且一致的，可实现影响的可预期性和一致性。因此，优选的发生器产生已知的功率输出并精确地接通和关断射频功率。通常，处理脉冲大大短于100ms，例如小于30ms持续时间，并且可如2ms一样短。当重复时，重复率典型地在从0.5或1到10或15Hz范围内。

磁控管设备的首要应用是用于介电加热。功率控制通过在时间上平均而发生，并且通常所述设备在电源频率(mains frequency)(50或60Hz)以不连续方式来工作。电源驱动开关电路被应用到步增变压器的初级绕组，其次级绕组被应用到磁控管阳极和阴极端子。此外，通常，灯丝功率供应从步增变压器的辅助次级绕组获得。这导致的惩罚是加热器和阳极-阴极负载的瞬时响应不同；加热器可具有十至三十秒的预热时间，而阳极-阴极响应小于10μs，造成在显著中断(break)后不可预测的功率输出水平。由于以电源频率的不连续功率馈送，峰值功率输送可以是平均功率输送的三至六倍，这依赖于功率供应中的电流平滑元件。从以上得出的观点将可以理解，磁控管的这种操作不适于组织表面重修。优选发生器的功率供应单元为射频功率设备(在该情况下即磁控管)提供连续的功率馈送，其仅由处理脉冲的应用来中断。实际上，处理脉冲被注入具有例如至少200V的连续DC供应的功率供应级。耦合到磁控管输出的UHF循环器通过提供恒定阻抗负载而增加稳定性。

在图8所示的发生器中，首先，通过使用独立的灯丝供应，效果所需的可控性和一致性得以实现。控制器110被操作以给磁控管加热器供给能量，所述磁控管加热器然后被允许在到磁控管阴极的高压供应被激励之前达到稳定态。

其次，利用大的旁路滤波电容，高压功率供应链避免了对重滤波(heavy filtering)的依赖并形成具有比控制电路快得多的响应的磁控管电流控制环的部分。特别地，如以上参考图8所说明的，功率供应链包括逆变器单元，所述逆变器单元提供以高压施加到磁控管阳极和阴极端子的连续可控电流源。为了使效率最大，由以连续电流模式工作的开关模式功率供应来提供电流源。逆变器供应中的串联电流平滑电感从降压调节器(buck regulator)馈送。参考图9，其为简化电路图，降压调节器包括MOSFET 230、电流平滑电感器232(这里为500μH左右)以及二极管234。如所示的，降压调节器连接在PSU输出210P(见图8)的350V DC轨和四个开关MOSFET 236至239的桥设置之间，形成逆变器级。这些晶体管236至239以H-桥连接并以与稍微大于50％ON次数反相位工作，以确保连续供应电流到步增变压器240的主绕组240P。耦合在次级绕组240F之上的桥整流器242和具有小于或等于220μF的值的相对小的平滑电容器244，产生用于磁控管的所需高压供应200P。

通过使降压晶体管(buck transistor)230脉动作为在显著大于典型地在1和10Hz或15Hz之间的处理脉冲重复频率的频率的开关设备，并由于电感器232的作用，可在每个处理脉冲内为磁控管提供超过1kW功率水平的连续电流输送。通过调节施加到降压晶体管230的栅极的驱动脉冲的占空比来控制电流水平。在该情况下，相同的栅极端子与到逆变器级晶体管的驱动脉冲关停(shut-down)结合使用，以在处理脉冲之间对磁控管解除激励。

本领域技术人员将理解的是，根据功率处理需求等，在本描述中提及的单个部件例如单个晶体管、电感器以及电容器可以由多个这样的部件所替代。还可使用其它等价结构。

为了听不见，降压晶体管驱动脉冲的脉冲频率优选地大于16kHz(也是为了控制环路响应和使电流波动最小)，并且优选地在40kHz和150kHz之间。有利地，逆变器晶体管236至239在相同频率范围内脉动，优选地以施加到步增变压器240的连续半循环之间的降压晶体管一致性的频率的一半。

变压器240优选地是铁氧体芯的(ferrite cored)，并具有2∶15的圈数比。

如将从图10中所见的，图10示出在处理脉冲开始处输出200P的输出电压和磁控管的功率输出，依赖于电容器244的槽(vale)，可在典型地小于300μs的相对短时间内实现启动。关断时间通常相当短。这产生以下优点，即处理脉冲长度以及由此的每处理脉冲所输送的能量(典型地2至6焦耳)实际上不受功率供应或磁控管中的限制影响。对于从上百伏特的供应电压(在供应轨228和229上)到高压输出200P的转换(见图9)，可实现高效率(典型地80％)。

利用到降压晶体管230的驱动脉冲占空比的反馈控制，现在可实现快速响应于变化负载条件的磁控管功率输出水平的一致性控制。由于来自磁控管的功率输出主要依赖于阳极到阴极电流，功率供应控制伺服是基于电流的。这些包括控制环，其根据测量的阳极到阴极电流和预设置输出功率依赖的电流要求之间的增益倍增差来生成误差电压。电压误差是对存储电感器电流的补偿，并且增益倍增差确定了供应到降压晶体管230的驱动脉冲的占空比，如图11和12的控制环图中所示的。

基于电流的伺服动作还优选地允许补偿引起阳极到阴极阻抗增加的磁控管老化。相应地，所需功率输送水平被维持，直到磁控管失效。

参考图8和11，由磁控管老化引起的磁控管输出功率相对于阳极/阴极电流的变化通过在比较器254中比较前向功率样本250(在图8中的线116上获得)与功率参考信号252而在控制器110中得到补偿。比较器输出被用作参考信号256，以便于设置磁控管阳极电流，该参考信号256被施加到设置到降压晶体管230(图9)的驱动脉冲的占空度的控制器110的元件，所述元件通常表示为图11中的“磁控管主功率供应”块258。

参考图12，主功率供应块258具有外和内控制环260和262。阳极电流参考信号256在比较器264中与输送到磁控管阳极的电流的实际测量266相比较，以便产生误差电压V_error。该误差电压通过控制器110中的增益级268并在到另一比较器272的输入270产生脉冲宽度调制(PWM)参考信号，在该比较器272其与步增变压器(见图9)的初级绕组的实际电流的表示274相比较。这在线276上产生经修改的(PWM)控制信号，其馈送到图9所示的降压晶体管230的栅极，从而通过降压级278的工作来调节变压器初级电流。

内环262具有非常迅速的响应，并且在馈送到降压晶体管230的栅极276的40kHz驱动脉冲波形的每个循环内控制变压器初级电流。外环260在每个处理脉冲期间以较长的时间常数工作以便控制磁控管阳极/阴极电流的水平。将看到图11和12中出现的三个控制环的组合效果是一致的，并且在时间周期全程内可实现阳极电流和输出功率的精确控制，即短期和长期输出功率调节。

如图11所示，施加到最外控制环的Uhf要求输入252的实际功率设置依赖于用户对所需处理严格性的选择。通过调节典型范围是6至20ms的处理脉冲持续时间，效果的深度可得以控制。

控制器110和高压功率供应之间的控制连接在图8中出现为控制和反馈通道280。

亦可能的是通过要求/反馈线282来控制电流加热器，例如以便获得优选的稳定态加热器温度。

在磁控管具有电磁体的情况下，施加到磁控管腔的磁场强度的变化提供了另一控制变量(如图8所示)，例如假如需要较低的连续功率。

由图8中的线116所监视的返回损失是负载反射回发生器多少能量的测量。以发生器到负载的完美匹配，返回损失无穷大，而开路或短路负载产生零返回损失。因此控制器可在线116上使用返回损失感测输出作为确定负载匹配的方法，并且特别地作为识别器械或线缆故障的方法。在磁控管204的情况下，对这种故障的检测可用于停止输出功率设备。

图8中所示的UHF隔离级214在图13中更详细地示出。该隔离级，其通常可应用于在UHF范围或以上频率工作的电外科(即包括组织表面重修)设备，具有波导段286，以及在该波导段内欧姆性地间隔开的分离的发射器和收集器探测288、290，用于连接到射频功率设备(在该情况下为磁控管)，以及一输出，具体地为在当前情况下图8所示的输出连接器216。在本实例中，波导段是圆柱形的且在每个端上具有端帽292。通过以两个相互配合部分286A、286B形成波导段286，DC隔离得以提供，一个部分配合在另一部分内且被另一部分重叠，在重叠区域两个部分之间具有绝缘介电层294。合适的连接器，这里为同轴连接器296被安装在波导段的壁中，以便于向和从探测288、290馈送射频能量。

作为可选方案，所述波导可以是矩形截面，或者可具有另一规则截面。

每个探测288、290是电场探测，位于波导腔内作为其相应的同轴连接器内导体的延伸，外导体与波导壁电连续。在本实施例中，可在2.45GHz左右工作，波导段的直径在70至100mm左右，在该情况下具体为86mm。这些和其它尺度可以根据工作频率而缩放。

探测288、290之间的波导段的内腔长度优选地是λg/2的倍数，其中λg是所述腔内的波导波长(guide wavelength)。每个探测和其最近端帽之间的距离在λg/4的奇数倍左右(在该情况下是32mm)，且两个波导部分286A、286B间的重叠的轴向范围应为至少λg/4。用于介电层294的典型的低损失、高压击穿材料是聚酰亚胺带(polyimide tape)。

将理解隔离级提供了一定的带通滤波，其中波导段的直径强加(impose)较低的频率限制，在所述限制以下驻波不被支持，而高通滤波通过利用频率增加损失来提供。另外的带通滤波特性通过探测和端帽的相对间隔来提供。注意端帽292之间的波导段的优选长度是大约λg。可将另外的滤波结构引入到波导段中，以便提供对不期望信号的优选衰减。

隔离级以比发生器的工作频率低得多的DC和AC频率形成隔离障(isolation barrier)，并且典型地可承受施加在两个波导部分286A、286B之间的5kV DC电压。

在低频，隔离级代表具有小于1μF值的串联电容器，这防止可引起不期望的神经刺激的热离子流或单个故障电流。通过减小波导段部分286A、286B之间的重叠度，或通过增加其在该处重叠的其之间的间隙(clearance)，可获得较低值的电容。

通过以具有大于一的相对介电常数的介电材料来填充内腔，可以实现隔离级尺寸的显著减小。

作为图13所示的电场探测288、290的可替换方案，利用以取向为激发磁场的环的形式的H-场元件，波可得以发射和收集。

现在参考图14，与图2、3和6的器械一样，与具有磁控管功率输出设备的发生器一起使用的器械包括：外轴30、连接器26、同轴馈送线缆40。过渡阻抗匹配结构包括低阻抗段92和高阻抗段94，并且在发生器的功率输出设备和等离子体所提供的负载之间提供匹配，所述等离子体在中央盘电极160和由相邻于盘电极160的传导套筒的段所提供的外电极70之间的电场中产生。气体从入口端口32并沿在匹配结构的段92、94的内和外导体之间形成的环形导管38A、B传送，通过电极160、70之间的电场，并且在电场的影响下转换成等离子体。管状石英插入(quartz insert)180靠着套筒50的内侧被设置，并且因此在电极160、70之间。石英是低损失介电材料，并且所述插入具有增强电极之间电场的作用，有效地使所述电极彼此接近，而同时防止它们之间的容易的点火，从而产生更一致的等离子体束。在该实施例中，内电极160是盘形的，且被直接安装到高阻抗匹配段的内导体54上，高阻抗匹配段具有在电学术语是发生器输出波长的四分之一的长度。由于其相对小的长度，当被考虑有效地与电极70组合时，盘电极160是离散或“集总”电容器，其与内导体54的固有分布电感组合，形成串联谐振电组件。盘电极160的形状还用于传播等离子体输出束，由此增加组织上束的“足迹(footprint)”，这在皮肤表面重修中是理想的，因为这意味着组织的给定区可以来自器械的较少的“击打(hit)”来处理。在该谐振结构中发生的电压步增在该实施例的器械中低于在图2、3和6的器械，并且因此由于谐振组件内的谐振，在电极160、70发生器输出电压的步增对应地较低。对此的一个原因是磁控管功率输出设备产生显著较高的功率水平且处于较高电压(典型地300Vrms)，并且因此不必要提供这样的高的步增变换、因此的较低Q的谐振组件。

对磁控管功率输出设备的输出频率进行调谐是困难的。尽管如此，一旦等离子体由于负载阻抗降低而被击发(由于等离子体比空气有较高传导性)，器械的谐振频率则经受偏移，所以用于一方面等离子体点火(plasmaignition)及另一方面等离子体维持的最优能量输送问题仍然适用。参考图15，线300示出根据变化频率在等离子体点火前器械内所耗散的反射功率。可以看出器械内的谐振在频率f_res发生，在图上用尖峰表示，所述尖峰代表电压倍增的相对高的品质因子Q，或在谐振的器械内发生的向上变换。一旦等离子体已被击发时的器械反射功率对频率特征曲线由线310示出，并且可以看出一旦等离子体已产生，器械的谐振频率f_pls低于点火之前的频率，并且特征曲线具有更平的峰，代表较低的品质因子Q。由于磁控管功率输出设备是相对大功率的，一种优选工作模式涉及选择器械的谐振频率，使得磁控管功率输出设备的输出频率对于受益于器械内的谐振以击发等离子体以及还维持等离子体两者是可操作的。

再次参考图15，磁控管功率输出设备具有位于谐振频率f_res和f_pls之间的输出频率f_out。频率f_out尽可能在谐振频率f_pls的方向从谐振频率f_res偏移以试图优化到等离子体中的能量输送，同时仍确保充分的谐振在f_out发生于器械内以击发等离子体。由于相对大的功率输出可用磁控管功率输出设备的输出频率中的该折衷是可能的，意味着在器械中需要比在较低功率输出设备情况下将显著少的谐振，以便击发等离子体或随后维持等离子体。

在进一步的实施例中，器械被构造以使其合并两个谐振组件：在等离子体点火前谐振的一个以及在点火后谐振的另一个，其中两个谐振组件具有类似或基本上相同的谐振频率。利用这种类型的器械，则可能以单一频率优化用于等离子体点火和维持的功率输送。现在参考图16，器械16具有：在其远端的连接器26；同轴馈送结构40，从连接器26延伸到双极电极结构，所述双极电极结构包括杆状内电极260和由相邻于杆电极260的外传导套筒50的段所提供的外电极70；传导端帽84，限定等离子体通过的孔80，并有助于加强等离子体通过的电场，从而增强功率输送到等离子体中的方便性。由电极结构260、70所形成的传输线的段的特征阻抗被选择以便在功率输出设备和由等离子体提供的负载之间提供匹配。如随后将解释的，可相信的是该实施例中的等离子体负载具有比先前实施例中低的阻抗，其因此使匹配更容易。此外，器械包括辅助或击发电极260S。击发电极260S包括两种元件：感性占优元件(predominantly inductive element)，在该实例中由线272的长度所提供，所述线在其近端连接到杆电极的近端；以及与电感元件串联的容性占优元件(predominantly capacitive element)，其在该实例中由连接到线272的远端的传导材料环274提供，并且其与杆电极260基本上同轴延伸，但与其间隔开。

现在参考图17，击发电极260S的结构使得以线272形式的电感和以环274形式的电容形成以发生器的输出频率f_out谐振的谐振组件，并且击发电极260S反射功率随输出频率的特征变化由线320示出。通过对比，由电极结构260、70所形成的传输线(其反射功率随输入频率的特征变化由线330示出)在等离子体点火前具有谐振频率fres，所述谐振频率显著高于发生器输出频率，以至于在该频率极少或不会有谐振发生。然而，电极结构260、70被如此配置，使得一旦等离子体已形成(其可视为导体从杆电极260延伸到孔80外的长度)，其是以发生器的输出频率的谐振结构，虽然是以较低Q的谐振。因此，在等离子体形成之前，击发电极260S是提供发生器输出信号的电压倍增(也称为步增变换)的谐振组件，而继等离子体形成之后，电极结构260、70是将提供电压倍增的谐振组件。电极结构260S、70可被视为在电学术语具有长度，并且一旦等离子体已产生(并且因此包括由等离子体所提供的导体的额外长度)，其等于四分之一波长，并且因此提供对发生器输出的良好匹配。

当发生器输出信号传送出同轴馈送结构40，所述信号初始地将击发电极260S激发为谐振，因为这是以发生器输出频率的谐振，但是其不激发电极结构260、70，因为直到等离子体已产生这不是以发生器输出频率的谐振。未发生在电极结构260、70中的击发电极260S中的谐振(以及因此的电压倍增)的效果是，在击发电极260S和杆电极260之间存在电位差。如果该电位差足够大以在击发电极260S和杆电极260之间产生所需强度的电场(记住，由于电极260S和260之间相对小的距离，将需要相对低的电位差)，等离子体在所述电极之间产生。一旦等离子体已产生，所述等离子体将影响电极结构的电特征，使得其在发生器输出频率(或与其类似的频率)谐振，尽管由于等离子体已产生后的谐振组件的Q低于击发电极260S的Q，该谐振将不象所描述的。

非本质的是，击发电极260S和“点火的”电极结构260、70(即带有所产生的等离子体的电极结构260、70)具有相同的谐振频率以便受益于该双电极点火技术，只不过它们每个能够与发生器输出交互以击发且然后维持等离子体，而不必使发生器输出重新调谐。但是，优选地，谐振频率应与发生器输出频率带宽中的相同。例如，如果发生器产生2450MHz的输出且在该频率该输出具有2MHz的固有带宽，使得，实际上，在该所选择的频率处发生器输出信号处于2449-2451MHz的频率范围，两个谐振频率应该处于该范围中以获得最优效果。

现在参考图18，在提供等离子体的独立点火的另一实施例中，器械包括等离子体点火组件470S和电极结构470，其分离地接线(且相互隔离)到器械内的循环器414。来自发生器的输出信号初始地通过到循环器414中。循环器将输出信号优选地传送到向发生器提供最佳匹配的输出通道中。与先前实施例一样，在等离子体点火之前，到电极结构470中的匹配是不良的，而点火组件被配置成在点火前提供良好匹配，并且因此发生器输出由循环器传送到点火组件470S中。由于其是独立接线的，点火组件470可由能够利用从发生器可得到的功率水平而产生火花或电弧的任何合适的火花或电弧发生器来提供。例如，点火组件可包括整流电路和DC火花发生器，如图16的实施例中或任何其它合适的火花或电弧发生器的提供电压倍增的谐振组件。一旦等离子体点火已发生，结果的电极结构电特征的改变引起发生器输出到电极结构中的匹配，并且因此循环器则起作用(act)以使发生器输出转向到电极结构中，以使功率能输送到等离子体中。

在上述手术系统的多数实施例中，振荡电场在两个电极之间产生，所述电极二者都与患者基本上电隔离(不可避免地在患者方向上将有来自器械的极低水平的辐射输出，并且可能一些几乎不可检测的与患者耦合的杂散(stray))，其存在与等离子体的形成无关。等离子体在电极之间被击发(通过加速电极之间的自由电子)并且等离子体主要在供应到器械的气体压力的影响下从器械中的孔排出。因此，患者皮肤的存在对等离子体的形成没有影响(而在现有技术中等离子体在器械内的电极与患者皮肤之间被击发)，并且患者不形成任何电外科电流的显著导电路径。

在最适于与高输出功率发生器如具有作为输出功率设备的磁控管的上述发生器实施例一起工作的特别优选的器械中，不需要双匹配结构，如在参考图2和14的上述器械实施例中所包括的那些。参考图19和20，该优选器械包括：连续传导套筒50，使其近端部分固定在标准(N-型)同轴连接器的外屏蔽(outer screen)内且与其电连接；以及内针电极54，安装在连接器内导体的延伸42中。配合在套筒外导体50的远端部分70内的是由低损失介电材料如石英制成的耐热介电管180。如图19和20所示，该管延伸到套筒50的远端以外，并且此外在远端部分70内延伸至少四分之一波长(工作波长λ)的距离。安装在其在套筒50的远端部分70内的石英管内部的是传导性聚焦元件480，其可视为寄生天线元件，用于在针电极54和套筒50的远端70之间产生电场集中(concentration)。

相邻于连接器26，套筒50具有气体入口32并提供环形气体导管38，所述导管围绕内导体延伸42、针电极8而延伸，并且远端到石英管180的端，后者形成器械喷嘴180N。密封环482防止气体从导管38中逸出到连接器26中。

当连接到如参考图8上述的来自发生器的同轴馈送器时，包括连接器26和连接器内导体延伸42的器械近端部分组成具有该情况下是50欧姆的特征阻抗的传输线。连接器内的PTFE套筒26S形成50欧姆结构的部分。

针电极54由耐热导体如钨(tungsten)制成，并具有这样的直径，使得其与外部套筒50组合，形成典型地在90至120欧姆左右的高于连接器26的特征阻抗的传输线段。通过将针电极的长度、即从连接器内导体延伸42到其末端54T的距离(见图20)设置为λ/4左右，其可被用作阻抗变换元件，将末端54T的电压步增到显著高于50欧姆段(内导体延伸42)上所见的水平。相应地，在内电极针的末端54T和相邻外导体远端部分70之间产生强电场。这在其本身给定充分输入功率，可足以产生从末端54T向下游延伸并通过喷嘴180N的气体等离子体。然而，由于聚焦元件480的存在，实现了对等离子体的更可靠击发。

该聚焦元件480是谐振元件，被定尺度(dimensioned)为当在石英管原处(in-situ)时具有器械及其相关发生器的工作频率左右的谐振频率。如将从附图特别是通过参考图20可见的，谐振元件480具有三个部分，即第一和第二折叠补钉元件(patch element)480C，折叠成定尺度为接合石英管180内侧的不规则环；以及互连中间窄条480L。这些部件都由单片传导性材料、这里是弹性不锈钢而形成，其弹性使元件靠在管180上。

将理解的是环480C在电学术语是容性占优的，而连接条480L是感性占优的。部件长度接近λ/4。这些特点给出工作频率左右的谐振频率和集中于其端部分480C区域中的电场的趋势。

在可替换实施例(未示出)中，聚焦元件可以是由例如弹性材料如钨制成的圆形或多边形横截面的螺旋。可使用其它结构。

聚焦元件被设置，使得其在器械的轴向上与针电极54部分重叠，并优选地具有引发与电极末端54T配准(registry)的高压的区域之一。

本领域技术人员将理解在谐振时聚焦元件480上的电压驻波在电容性区域480C中具有最大量值。电容性段480C的不规则、折叠、多边形状导致聚焦元件和石英管180内表面之间基本上点接触。该特性与谐振器元件结构的电场集中效应以及在插入的管180的高介电常数材料附近的存在，都用来时场强度最大化，由此确保在流过组件的气体中击发等离子体。

实际上，由聚焦元件480产生的电弧作为在围绕电极末端54T的区域中形成等离子体的启动器(initiator)。一旦等离子体已在末端54T形成，其沿所述管传播，这主要由于气体流向喷嘴180N。一旦这已发生，所述器械为发生器提供阻抗匹配，并且功率被高效地输送到气体。

聚焦元件的一个优点是其谐振频率不是特别关键，因此简化了制造。

参考图21至24，用于以上参考图1所述的手术系统中的器械500包括两个互连段：手柄501和一次性组件502。器械500包括在后方由端盖504闭合的壳503，同轴线缆505通过所述端盖被馈送。同轴线缆505的中心导体连接到由钼(Molybdenum)形成的内电极506。同轴线缆的外导体连接到外电极507，如图23所示。外电极包括气体入口洞509在其中形成的空的基部508，以及从基部延伸的管状延伸510。内电极在外电极507内纵向延伸，其中介电绝缘体511和512阻止其之间的直接电接触。

气体入口513通过端盖504，且经由壳内的腔管(lumen)514相通，通过外电极中的气体入口洞509，并通过绝缘体512中的另一通道515，在内电极506的远端区域中离开。

一次性组件502包括安装在壳517内的石英管516、位于壳和管之间的硅酮橡胶(silicone rubber)衬垫518。壳517具有闩锁机构519，使得其通过对应的插销构件520而可移动地附着到壳503。当一次性组件502被紧固到手柄501时，石英管516被容纳在手柄中，使得内电极506延伸到管中，其中外电极507的管状延伸510围绕管516的外侧延伸。

以螺旋状缠绕的钨线圈521的形式的谐振器位于管516内，线圈521被如此设置，使得当一次性组件502被紧固在手柄上的适当位置时，线圈的近端相邻于内电极506的远端。线圈被如此缠绕，使得其相邻于石英管516的内表面并与其紧密接触。

在使用中，气体如氮通过气体入口513被馈送，并经由腔管514、洞509以及通道519以相邻于内电极506的远端而排出。射频电压被供应到同轴线缆505并且因此到电极506和507之间。线圈521不直接连接到任一电极，但被设置使得其以供应到其的射频电压的工作频率谐振。以此方式，线圈521起作用以促进气体转换成等离子体，所述等离子体从管516离开并被引导至待处理的组织上。

影响其谐振频率的螺旋状线圈521的参数包括用于形成线圈的线材料的直径、其直径、节距以及总长度。这些参数被选择，使得线圈有效地在施加到电极的信号的工作频率具有谐振频率。对于2.47GHz的工作频率(以及近似121mm的自由空间波长)，使用具有13mm近似线圈长度、5.24mm节距、5.43mm外直径、0.23mm线直径以及41.8mm总的线长度的谐振器线圈。这使线圈具有近似2.517GHz的谐振频率(所述差允许分别在空气和石英中的电/磁辐射的不同传播速度)。

随着对器械的重复使用，谐振线圈521将需要定期替换。上述设置允许快速且易于附着和拆卸的一次性组件被提供，并且还反复提供谐振线圈521相对于电极506的精确位置。

参考图25，电外科系统被示为包括发生器4以及借助于线缆12连接到发生器的器械500。如前所述，器械500包括可重复使用的手柄501和一次性组件502。当不用时手柄可存储于出现在发生器4上的支持器532中。

一次性组件以包含组件502和按钮503的密封包装被交付给用户。按钮530是如从Dallas Semiconductor Corp所获得的且通过商标“iButton”所公知的电子键。

当用户将新的一次性组件502附着到手柄501时，他们还将按钮530连接到出现在发生器4上的读取器531。按钮530包含唯一标识码，所述标识码由读取器531读取且由发生器4确认。如果按钮所携带的码不可识别或不是有效码，发生器不向手柄供应能量脉冲。如果码被识别为有效码，发生器向手柄501供应能量脉冲。发生器将关于能量脉冲第一次供应时间的信息发送给按钮530，该信息被写入并存储在按钮530上。

由发生器4供应到手柄501的能量脉冲可由用户调节，以便处于不同能量水平设置。该调节借助于出现在发生器4上的用户接口533而执行。每次一系列10脉冲供应到手柄501时，发生器向手柄501发送信号，更新增量计数器。(如果按钮530中有足够内存容量，发生器可为所供应的每个能量脉冲发送信号)。发生器针对其能量小于2焦耳的每个供应的脉冲将计数器递增1单位，并针对其能量大于2焦耳的每个脉冲递增2单位。所述递增被写入按钮530并存储于其上。当增量计数器达到最大值，比方说2,400单位时，到手柄的能量供应被停止，且信号被显示，指示一次性组件502必须更换。

为了获得另外的处理脉冲，必须打开包含未用过的一次性组件的新包装，并且新按钮呈现到发生器上的读取器。这确保一次性组件在谐振线圈521降级到不可接受水平之前被更换。计数器的递增顾及到在较高能量脉冲情况下降级将比在较低能量脉冲情况下更快发生。

经常的情况是图25的装备可用于向特定患者提供重复的处理时间段。在该情况下按钮530从读取器531移除，并且在某稍后时间重新出现。读取器531则将从按钮530读取增量计数器的值并计算增量计数器是否处于其最大值。如果计数器低于最大值，允许继续进行处理。

由于增量计数器的值存储在按钮530上而不是存储在发生器4中，将执行验证，即使按钮530呈现到不同的发生器，比方说在不同的位置。对于各种现有技术系统不是这种情况，在现有技术系统中所有有关以往使用的信息存储于发生器自身中。这防止通过简单地将按钮带到不同发生器上而避开使用限制，并且还允许其中患者可能到不同地点以获得后续处理的合法情形。

除了防止一旦已达到使用限制时对手柄的操作，所述系统还可防止进一步操作，如果在一次性组件502首次使用后的时间周期之后按钮530呈现到读取器531。如上所述，首次使用时间被写入按钮530。如果当按钮再次出现时预定的时间周期已流逝(比方说10小时)，则防止对手柄的进一步操作。

如上所述，UHF信号的使用对于如上所述的系统的工作不是基本的，并且它们可以在从DC信号向上的任何频率工作。但是，UHF信号的使用具有优点，即长度是四分之一波长的部件可合并到紧凑手术器械中以提供电压变换或匹配。此外已经示出具有谐振组件以便于步增电压变换的几种器械，但这不是基本的，并且向上电压变换得以在器械内执行而不利用谐振。

如果在此公开的器械用于临床使用，可对其消毒，并且这可以本领域中所公知的多种途径执行，如例如使用伽马射线或通过将气体如环氧乙烷(ethylene oxide)传送通过器械(这确保气体导管得到消毒)。经消毒的器械然后将包装在防止传染进入其中的合适的无菌包装中。

在此公开的各种修改不限于与它们首次被描述的实施例相关联，并且可应用于在此公开的所有实施例。

Claims

1.一种控制用于处理人体组织的设备的使用的系统，该系统包括：

发生器，用于向所述设备提供能量脉冲，所述能量脉冲处于所选择的能量水平；

控制器，用于控制到所述设备的能量供应；

电子键，与所述设备相关联并包括存储器装置；以及

与所述控制器相关联的读/写设备，用于从所述电子键下载信息并将信息写到所述存储器装置；

当能量脉冲由所述发生器提供到所述设备以便处理组织时，所述控制器使得所述读/写设备向所述存储器装置发送信号，以便引起对所述存储器装置中的设备使用计数器的更新，由此所述计数器递增的速率随所输送的功率增加而增大，当所述设备使用计数器达到预定最大值时所述控制器进一步使所述发生器停止提供脉冲。

2.根据权利要求1的系统，其中所述控制器被配置成每次预定量的能量由所述发生器提供到所述设备时，使所述读/写设备向所述存储器装置发送计数器递增信号；并且其中针对提供到所述设备用于处理组织的低于预定能量阈水平的每个脉冲，所述控制器通过第一递增值更新所述计数器，并且针对提供到所述设备的高于所述预定能量阈水平的每个脉冲，通过第二较大值更新所述计数器。

3.根据权利要求1的系统，其中所述设备是气体等离子体组织处理设备。

4.根据权利要求2的系统，其中所述预定阈能量水平处于0.5至2.5焦耳范围中。

5.根据权利要求4的系统，其中所述预定阈能量水平是基本上2焦耳。

6.根据权利要求3至5中任一项的系统，其中所述第二值基本上是所述第一值的两倍。

7.根据权利要求3至6中任一项的系统，其中所述预定最大值在所述第一值的500和5000倍之间。

8.根据权利要求7的系统，其中所述预定最大值在所述第一值的2000和3000倍之间。

9.根据前述权利要求任一项的系统，其中所述存储器装置包括用于所述电子键的唯一标识码。

10.根据前述权利要求任一项的系统，其中所述控制器适于使所述读/写设备向所述存储器装置发送信号，代表所述键首次呈现到所述读/写设备的时间。

11.根据权利要求1至9的任一项的系统，其中所述控制器适于使所述读/写设备向所述存储器装置发送信号，代表所述第一能量脉冲提供到所述设备的时间。

12.根据权利要求10或权利要求11的系统，其中所述控制器适于比较当前时间和所述代表时间，以及当所述时间差超过预定值时防止提供脉冲。

13.根据权利要求12的系统，其中所述预定值在6和12小时之间。

14.一种控制用于处理人体组织的设备的使用的方法，包括以下步骤：

提供用于控制到所述设备的能量供应的控制器以及与每个设备相关联的电子键，所述电子键包括存储器装置，

将所述电子键呈现到所述控制器，

从所述存储器装置上的增量计数器读取值，并确定其是否已达到预定最大值，

如果所述增量计数器还未达到其预定最大值，向所述设备供应能量脉冲，

以随着提供到所述设备的功率增大而增大的速率来更新所述增量计数器。

15.根据权利要求14的方法，其中随所述功率增大的递增所述计数器的速率的增大通过以下来实现：

每次脉冲或若干脉冲提供到低于预定阈能量水平的所述设备时，通过第一值来更新所述增量计数器，以及

每次脉冲或若干脉冲提供到高于所述预定阈能量水平的所述设备时，通过第二较大值来更新所述增量计数器。