CN210728424U - 一种限制电流密度的输出电极及治疗仪器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种限制电流密度的输出电极及其治疗仪器。该限制电流密度的输出电极是一种电容耦合输出电极，包括导电部分，在导电部分的正面设置有用于与人体皮肤接触的电容介质。所述输出电极是高频手术设备的中性电极，或者是高频和/或射频物理治疗设备的输出电极。本实用新型的输出电极，在对输出功率影响极小的情况下，可以有效克服现有导电电极会引起灼伤事故的风险，在成本很低的条件下显著提高了设备的安全性。

Description

一种限制电流密度的输出电极及治疗仪器

技术领域

本实用新型涉及医疗器械领域，尤其是指一种限制电流密度的输出电极及治疗仪器。

背景技术

高频或射频治疗仪器，需要通过电极穿过人体皮肤向人体传送高频电流。在高频电流一定的情况下，高频电流穿透皮肤的电流密度越小，皮肤遭受的损伤越小。传统的高频手术设备的中性电极和其他高频/射频物理治疗设备的输出电极，都是使用导电电极与人体皮肤直接接触。导电电极的风险是，长时间使用的情况下，导电电极与人体接触的导电凝胶及人体皮肤受热丧失水分造成导电不良、有效接触面积大大减小，从而引起高频电流密度大幅度增加，带来灼伤事故风险较大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种限制电流密度的输出电极，解决现有高频及射频输出的输出电极的导电部分直接接触人体皮肤造成灼伤的问题。

本实用新型所要解决的另一技术问题是：提供一种治疗仪器，解决现有治疗仪器的输出电极或中性电极的导电部分直接接触人体皮肤造成灼伤的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种限制电流密度的输出电极，包括导电部分；所述输出电极的导电部分的正面设置有电容介质形成电容耦合输出电极。

所述电容介质用于与人体皮肤接触的表面为电容介质的正面，相对的背面为电容介质的反面；电容介质的正面也作为所述输出电极的正面；导电部分的正面贴合于电容介质的反面上；所述电容介质是绝缘基板；所述导电部分是一种导体箔片；导电部分粘附于电容介质形成层状结构。

所述电容介质完全覆盖所述导电部分的正面，电容介质的反面的边缘大出所述导电部分的正面边缘；电容介质的边缘与导电部分的边缘之间形成绝缘距离，所述绝缘距离满足爬电距离的安全要求。

所述绝缘距离不小于安全爬电距离；所述导电部分在输出电极工作时完全不与人体皮肤接触；所述输出电极是高频和/或射频治疗仪器的输出电极，或者所述输出电极是高频手术设备的中性电极。

所述绝缘基板是一种绝缘材料薄片；所述所述导电部分是延展的金属箔片，所述绝缘基板与金属箔片之间通过粘合剂相互贴合粘附在一起形成层状结构，金属箔片边缘相对于绝缘基板边缘内缩留出绝缘距离。

电容介质为环氧玻璃布层压板，导电部分为铜箔；电容介质相对介电常数为5,厚度大于或等于0.1mm小于或等于1mm；电容介质反面面积是34600mm²，铜箔面积是27000 mm²。

导体部分正面相对的背面为其反面；所述导电部分的反面设置焊盘；所述焊盘内设置有焊点，输出导线在所述焊点处焊接而与导体部分电连接；所述输出导线向外延伸而电连接于高频和/或射频治疗仪器。

所述的输出电极流过与电容介质接触的人体皮肤的平均电流密度值J为：

J= 2×π×f×ε_r×ε₀×U/d

其中，所述输出电极输出频率为f、输出电压为U，电容介质的厚度为d，电容介质的介电常数为ε_r，真空中的介电常数为ε₀。

导体部分正面相对的背面为其反面，导体部分的反面也作为所述输出电极的反面；所述输出电极的反面还设置有绝缘层，形成绝缘阻隔。导体部分的反面、电容介质反面未覆盖导体的部分以及电容介质的正面涂覆有绝缘环保漆。

一种高治疗仪器，包括高频或射频治疗仪，所述治疗仪器还包括所述的输出电极，所述输出电极作为高频或射频治疗仪器的中性电极或其输出电极。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型结构简单，应用于高频或射频治疗仪器，在对输出功率影响极小的情况下，可以有效克服现有导电电极会引起灼伤事故的风险，在成本很低的条件下显著提高了设备的安全性。

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本实用新型实施例的输出电极正面结构图。

图2是本实用新型实施例的输出电极侧视图。

图3是本实用新型治疗仪器的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的各实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

高频及射频输出的输出电极10（图1~2）主要用于高频及射频治疗仪器，包括高频手术设备的中性电极和其他高频/射频物理治疗设备的输出电极。

本实用新型正是针对传统的高频及射频输出的输出电极的缺陷提出的新的技术方案，高频及射频输出的输出电极10的导电部分2不再直接与人体皮肤接触，而是通过表面电阻高、绝缘强度好的等厚的绝缘材料基板（即绝缘基板）作为上述输出电极10的导电部分2与人体皮肤之间的电容介质7。上述输出电极10的导电部分2与人体皮肤之间的电容的电容量，与人体皮肤与电容介质7的接触面积A成正比。而在高频电流的频率f和电流值I一定的情况下，上述电容两端的电压（即上述输出电极10的导电部分2与人体皮肤之间的压降）与上述电容的电容量成反比，也即上述输出电极10的导电部分2与人体皮肤之间的压降与上述人体皮肤与电容介质7的接触面积A成反比。因此，受到上述压降的限制，当上述人体皮肤与电容介质7的接触面积A减小时，上述穿过人体皮肤的高频电流的电流密度J的最大值基本保持恒定。选择合适的参数，可以做到上述输出电极10的导电部分2与人体皮肤之间的压降很低，而上述穿过人体皮肤的高频电流的电流密度J在上述人体皮肤与电容介质7的接触面积很小时也很低，从而在保证安全的情况下满足高频及射频电流经皮传导的功能。

再次参照图1~2，本实用新型提供一种限制电流密度的输出电极10，是一种电容耦合输出电极，是在输出电极10的导电部分2与人体皮肤之间设置电容介质7，从而形成电容。其中，导电部分2为具有一定表面积的延展的导体箔片，其朝向待治疗部位的表面（即人体皮肤）为正面，相对的背面为反面。本实施例中，导电部分2是铜箔，当然也可以是其它金属或导电材料制成的导体箔片。电容介质7位于导电部分2正面且覆盖导电部分2的正面。导电部分2的边缘相对于电容介质7的边缘内缩，满足绝缘爬电距离的要求。导电部分2上设置焊盘1，具体地，焊盘1设置于导电部分2的反面，且为裸露的焊盘区域，其内设置有焊点4，用于焊接输出导线3。导电部分2的反面还涂覆有环保漆层6，例如为环保绿漆。

电容介质7为绝缘基板，其对应为薄片状，较佳地为等厚结构，在一具体实施中电容介质7是环氧玻璃布层压板。电容介质7朝向待治疗部位的表面（即人体皮肤）的表面为正面，也为所述输出电极的正面，其相对的背面为反面。电容介质7的反面与导电部分2的正面贴合，电容介质7的正面用于与人体皮肤接触，电容介质7的反面未覆盖导电部分2的部分也涂覆有环保漆层5，例如环保白漆5。

高频输出线3在焊点4处焊接于焊盘1且向外延伸，从而与高频及射频治疗仪器电连接。

导体部分2的正面相对的背面为其反面，导体部分的反面也作为输出电极10的反面。本实用新型的输出电极10的反面在使用中与其他导体之间还设置有绝缘层，以在使用中与其他导体之间形成绝缘阻隔。

绝缘基板等厚度，按绝缘要求大于或等于0.1mm，按电容量要求小于等于1mm，在满足电容量要求的情况下为满足机械强度及成本的需要可选为1mm。

在一种具体实例中，电容介质7的反面面积为34600mm²，导电部分2的铜箔面积为27000 mm²。电容介质7的绝缘基板为环氧玻璃布层压板，相对介电常数约为5，厚度为1mm。

当非铜箔面（即电容介质7的绝缘基板）紧贴与铜箔同样形状的金属表面时理论最大电容量约为1200pF，使用带背胶的铜箔在非铜箔面贴合实测电容量为1060pF，可用于高频电刀的中性电极10，也可用于其他高频治疗仪器。高频治疗仪，以高频电刀为例，其输出电极一端即电刀刀头直接作用于人体皮肤，输出另一端即中性电极10紧贴皮肤。

在所述人体皮肤与非铜箔面电容介质7的接触面积一定的情况下，考虑极端情况，假设人体阻抗为零，此时流过中性电极的电流值与其他任何人体阻抗的可能值对应的流过中性电极的电流值相比应为最大。而人体阻抗为零时，假设电刀的输出频率为f，电刀的输出电压为U，上述人体皮肤与非铜箔面（即电容介质或绝缘基板7的正面）接触面积为A，绝缘基板的厚度为d，相对介电常数为εr，真空中的介电常数为ε0，中性电极10的非铜箔面（即电容介质或绝缘基板7的正面）接触人体的电容值C为：

C=εr×ε0×A/d

对应的阻抗值Z为：

Z=1/(2×π×f×C)

对应的流过中性电极10的电流值I为：

I=U/Z=(2×π×f×C)×U

流过与非铜箔面电容介质接触的皮肤的平均电流密度值J为：

J=I/A=(2×π×f×C)×U/A=(2×π×f×εr×ε0×A/d)×U/A=2×π×f×εr×ε0×U/d

即，此时流过与非铜箔面（即电容介质或绝缘基板7的正面）接触的皮肤的平均电流密度值与上述人体皮肤与非铜箔面电容介质接触的面积无关，也即流过与非铜箔面电容介质接触的皮肤的平均电流密度的可能的最大值与上述人体皮肤与非铜箔面电容介质接触的面积无关。

假设上述电刀的输出频率为f=2MHz，电刀的功率为500W，电刀的空载输出电压为U=1200V，流过与非铜箔面电容介质接触的皮肤的平均电流密度的最大可能值为：

J=2×π×f×εr×ε0×U/d=2×π×2e6×5×8.85e-12×1200/1e-3=667A/m2=67mA/cm²，

这个流经皮肤的电流密度的最大可能值，低于GB9706.4-2009提到的判定灼伤的阈值100mA/cm²。上述流经皮肤的电流密度的最大可能值是在假设人体阻抗为零时得到的结果，人体阻抗一般大于500欧姆，其他条件不变时的实际流经皮肤的电流密度远低于上述流经皮肤的电流密度的最大可能值。电刀的额定输出电流为：I=(P/R)^½=(500/500)^½=1A，所述输出电极的电容阻抗为：

Z=1/(2×π×f×C)=d/(2×π×f×εr×ε0×A)=1e-3/(2×π×2e6×5×8.85e-12×0.027)

=66.6Ω。

此时，人体阻抗和输出电极阻抗的总阻抗为：500-j66.6，其模为：(500²+66.6²)^½=504Ω，对射频功率的影响很小。

其它实施例中，考虑人体阻抗适当降低中性电极10的绝缘基板即电容介质7的厚度，在保证中性电极10处防止皮肤灼伤的安全裕度下，可以得到容抗更低的输出电极，对高频及射频治疗仪器的高频及射频发生电路的影响可以做到更低，从而得到更佳的效果。

图3所示的治疗仪器，包括高频或射频治疗仪90，使用上述实施例的输出电极10作为其中性电极或输出电极。在对输出功率影响极小的情况下，可以有效克服现有导电电极会引起灼伤事故的风险，在成本很低的条件下显著提高了设备的安全性。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的保护范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (10)

1.一种限制电流密度的输出电极，包括导电部分；其特征在于：所述输出电极的导电部分的正面设置有电容介质形成电容耦合输出电极；电容介质的正面用于与人体皮肤接触；所述电容介质是绝缘基板。

2.如权利要求1所述的输出电极，其特征在于：电容介质的正面也作为所述输出电极的正面；导电部分的正面贴合于电容介质的反面上；所述导电部分是一种导体箔片；导电部分粘附于电容介质形成层状结构。

3.如权利要求2所述的输出电极，其特征在于：所述电容介质完全覆盖所述导电部分的正面，电容介质的反面的边缘大出所述导电部分的正面边缘；电容介质的边缘与导电部分的边缘之间形成绝缘距离，所述绝缘距离满足爬电距离的安全要求。

4.如权利要求3所述的输出电极，其特征在于：所述绝缘距离不小于安全爬电距离；所述导电部分在输出电极工作时完全不与人体皮肤接触；所述输出电极是高频和/或射频治疗仪器的输出电极，或者所述输出电极是高频手术设备的中性电极。

5.如权利要求2所述的输出电极，其特征在于：所述绝缘基板是一种绝缘材料薄片；所述导电部分是延展的金属箔片，所述绝缘基板与金属箔片之间通过粘合剂相互贴合粘附在一起形成层状结构，金属箔片边缘相对于绝缘基板边缘内缩留出绝缘距离。

6.如权利要求2所述的输出电极，其特征在于：电容介质为环氧玻璃布层压板，导电部分为铜箔；电容介质相对介电常数为5,厚度大于或等于0.1mm小于或等于1mm；电容介质反面面积是34600mm²，铜箔面积是27000 mm²。

7.如权利要求1~6任一项所述的输出电极，其特征在于：导体部分正面相对的背面为其反面；所述导电部分的反面设置焊盘；所述焊盘内设置有焊点，输出导线在所述焊点处焊接而与导体部分电连接；所述输出导线向外延伸而电连接于高频和/或射频治疗仪器。

8.如权利要求1~6任一项所述的输出电极，其特征在于：流过与电容介质接触的人体皮肤的平均电流密度值J为：

J= 2×π×f×ε_r×ε₀×U/d

其中，所述输出电极输出频率为f、输出电压为U，电容介质的厚度为d，电容介质的介电常数为ε_r，真空中的介电常数为ε₀。

9.如权利要求1所述的输出电极，其特征在于：导体部分的反面、电容介质反面未覆盖导体的部分以及电容介质的正面涂覆有绝缘环保漆；导体部分的反面也作为所述输出电极的反面；所述输出电极的反面还设置有绝缘层，形成绝缘阻隔。

10.一种治疗仪器，包括高频或射频治疗仪，其特征在于，所述治疗仪器还包括如权利要求1~9任一项所述的输出电极，所述输出电极作为高频或射频治疗仪器的中性电极或其输出电极。

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