KR20200003786A - 수술 스코핑 디바이스의 기구 채널을 살균하기 위한 장치 - Google Patents

수술 스코핑 디바이스의 기구 채널을 살균하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

살균 장치는 수술 스코핑 디바이스의 기구 채널을 통해 삽입되도록 구성된 살균 기구 및 기구 채널로부터 살균 기구를 소정의 속도로 인출하기 위한 인출 디바이스를 포함한다. 살균 기구는 수신된 RF 및/또는 마이크로파 주파수 EM 에너지로부터 전계를 생성하도록 배열된 제1 전극 및 제2 전극을 구비한 프로브 선단을 갖는 세장형 프로브를 포함한다. 동작시, 기구는 채널을 통해 인출되고 있는 동안 에너지를 방출함으로써 기구 채널의 내면을 소독할 수 있다.

Description

수술 스코핑 디바이스의 기구 채널을 살균하기 위한 장치
본 발명은 내시경 등의 수술 스코핑 디바이스의 살균에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이러한 수술 스코핑 디바이스의 기구 채널을 살균 또는 소독하는 데 사용될 수 있는 장치에 관한 것이다.
박테리아는 거의 모든 곳에서 발견되고, 다수 존재하며, 급속하게 분열 및 증식할 수 있는 단세포 생물이다. 대부분의 박테리아는 무해하지만, 3개의 유해한 그룹, 즉 구균, 나선균, 및 간균이 있다. 구균 박테리아는 원형 세포이고, 나선균 박테리아는 코일형 세포이며, 간균 박테리아는 막대형이다. 유해한 박테리아는 파상풍 및 장티푸스와 같은 질병을 유발한다.
바이러스는 단지 다른 세포를 장악하여 생존하고 증식할 수 있고, 즉 바이러스는 스스로 생존할 수 없다. 바이러스는 감기, 독감, 유행성 이하선염 및 AIDS와 같은 질병을 유발한다. 원생동물이라 불리는 진균 포자 및 작은 생물(tiny organism)은 질환을 유발할 수 있다.
이러한 미생물은 수술 스코프(예를 들어, 내시경, 위 내시경 등)의 기구 채널 내에 잔류하는 것으로 알려져 있고, 이들 생물을 제거하는 것이 바람직하다. 살균은 모든 형태의 생명체, 특히 미생물을 말살 또는 제거하는 조치 또는 과정이다.
스코프의 기구 채널을 살균하는 알려진 방법은 파편을 배출하기 위해 채널을 통해 씻겨 내려가는 세정 유체의 사용을 포함한다. 또한, 브러쉬를 사용하여 내부를 문지를 수도 있다. 그 후, 스코프는 자동 세척 또는 소독 유닛에서 소독되며, 이 유닛은 글루타르알데히드와 같은 잠재적으로 유해한 화학 물질에 스코프를 침지하는 것을 포함할 수 있다. 마지막으로, 스코프는 물로 헹군 다음 알코올로 철저히 헹궈서, 살균제의 흔적을 제거한다.
이러한 알려진 방법은 노동 집약적이며, 또한 기구 채널의 불완전하거나 불충분한 살균이 되기 쉽다. 본 발명은 이들 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 스코프 디바이스의 기구 채널을 살균하기 위한 살균 장치가 제공된다. 상기 장치는 수술 스코핑 디바이스(본 명세서에서는 간단히 "스코핑 디바이스"라고도 칭함)의 기구 채널을 통해 삽입되도록 구성된 살균 기구, 및 상기 기구 채널로부터 살균 기구를 소정의 속도로 인출하기 위한 인출 디바이스(withdrawing device)를 포함한다. 살균 기구는 무선 주파수(RF) 및/또는 마이크로파 주파수 전자기(EM) 에너지를 전달하기 위한 동축 케이블, 및 RF 및/또는 마이크로파 에너지를 수신하기 위해 동축 케이블의 원위 단부에 연결된 프로브 선단을 포함하는 세장형 프로브(elongate probe)를 포함한다. 동축 케이블은 내부 도체, 외부 도체, 및 내부 도체를 외부 도체로부터 분리하는 유전체 재료를 포함한다. 프로브 선단은 동축 케이블의 내부 도체에 연결된 제1 전극, 및 동축 케이블의 외부 도체에 연결된 제2 전극을 포함하고, 제1 전극 및 제2 전극은 수신된 RF 및/또는 마이크로파 주파수 EM 에너지로부터 전계를 생성하도록 배열된다.
이 방식으로, 본 발명의 제1 양태는, 특히 내시경, 위 내시경, 기관지경 등과 같은 수술 스코핑 디바이스의 기구 채널을 소독할 목적으로 기구의 원위 단부에서 살균을 수행하는 능력을 제공한다. 상기 장치는, 채널 기구가 발전기로부터 프로브 선단에 공급되는 RF 및/또는 마이크로파 주파수 EM 에너지를 사용하여 철저히 살균되는 것을 가능하게 한다.
용어 "수술 스코핑 디바이스"는 본 명세서에서 침습 절차 중에 환자의 체내에 도입되는 강성 또는 가요성(예를 들어, 조향 가능한) 도관인 삽입 튜브를 구비한 임의의 수술 디바이스를 의미하는 것으로 사용될 수 있다. 삽입 튜브는 기구 채널 및 (예를 들어, 삽입 튜브의 원위 단부에서 치료 부위의 이미지를 조명 및/또는 캡처하기 위해 광을 전송하기 위한) 광학 채널을 포함할 수 있다. 기구 채널은 침습적 수술 도구를 수용하기에 적합한 직경을 가질 수 있다. 기구 채널의 직경은 5mm 이하일 수 있다.
본 명세서에서 "마이크로파 주파수"는 400MHz 내지 100GHz의 주파수 범위, 그러나 바람직하게는 1GHz 내지 60GHz의 범위를 나타내기 위해 광범위하게 사용될 수 있다. 고려되는 특정 주파수는 915MHz, 2.45GHz, 3.3GHz, 5.8GHz, 10GHz, 14.5GHz 및 24GHz이다. 대조적으로, 본 명세서는 적어도 3 자릿수 낮은, 예를 들어 최대 300MHz, 바람직하게는 10kHz 내지 1MHz인 주파수 범위를 나타내기 위해 "무선 주파수" 또는 "RF"를 사용한다. 마이크로파 주파수는 전달된 마이크로파 에너지가 최적화될 수 있도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 프로브 선단은 특정 주파수(예를 들어, 900MHz)에서 동작하도록 설계될 수 있지만, 사용시 가장 효율적인 주파수는 다를 수 있다(예를 들어, 866MHz).
세장형 프로브는 스코핑 디바이스를 통해, 예를 들어 내시경, 위 내시경, 기관지경, 대장 내시경 등의 기구 채널을 통해 삽입할 수 있는 치수로 정할 수 있다. 예를 들어, 동축 케이블은 2.5mm 이하, 바람직하게는 2.2mm 이하의 직경을 가질 수 있다. 동축 케이블은 슬리브를 가질 수 있고, 슬리브는 2.6mm 미만, 바람직하게는 2.5mm 미만인 외부 직경을 가질 수 있다. 더 큰 복강경 기구의 경우, 외부 직경은 3mm 이상일 수 있고, 더 큰 직경의 동축 케이블이 사용될 수 있다. 동축 케이블은 프로브가 기구 채널의 전체 길이를 통해 연장될 수 있도록 약 2m 이상의 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 대장 내시경에서, 기구 채널은 길이가 약 1.8m일 수 있다.
제1 전극은 동축 케이블로부터 RF 및/또는 마이크로파 EM 에너지를 수신하도록 결합된 방사 마이크로파 모노폴 안테나 구조체일 수 있다. 동축 케이블의 외부 도체는 불평형 급전(unbalanced feed)를 형성하기 위해 접지될 수 있거나, 또는 안테나에 대한 평형 급전을 형성하기 위해, 즉 양쪽 도체의 전압이 상승 및 하강하고 있는 경우에 플로팅할 수 있다. 바람직하게는, 제1 전극은 수신된 마이크로파 EM 방사선에 대응하는 마이크로파 필드를 방출하기 위한 마이크로파 안테나로서 작용하도록 형성된다.
여기서, 용어 "내부"는 기구 채널 및/또는 동축 케이블의 중심(예를 들어, 축)에 반경방향으로 더 가까운 것을 의미한다. 용어 "외부"는 기구 채널 및/또는 동축 케이블의 중심(축)으로부터 반경방향으로 더 멀리 있는 것을 의미한다. 용어 "전도성"은 본 명세서에서 문맥 상 달리 지시하지 않는 한 전기 전도성을 의미하는 것으로 사용된다. 본 명세서에서, 용어 "근위" 및 "원위"는 세장형 프로브의 단부를 지칭한다. 사용시 근위 단부는 RF 및/또는 마이크로파 에너지를 제공하기 위해 발전기에 더 가까운 반면, 원위 단부는 발전기로부터 더 멀다.
바람직하게는, 살균 기구는 가스를 프로브 선단으로 전달하기 위한 가스 도관을 더 포함하고, 제1 전극 및 제2 전극은 가스 도관으로부터 수신된 가스의 유로를 가로 질러 수신된 RF 및/또는 마이크로파 주파수 EM 에너지로부터 전계를 생성하여 열 또는 비열 플라즈마를 생성하도록 배열될 수 있다. 열 또는 비열 플라즈마는 메티실린 내성 황색포도구균(MRSA), 클로스트리디움 디피실리(c. diff.; 포자 및 식물 상태 양쪽 모두) 및 대장균(e. coli)을 포함한, 다양한 박테리아에 대한 바이오버든(bioburden)의 감소를 제공하는 데 사용될 수 있으므로, 기구 채널의 보다 효율적이고 철저한 살균을 가능하게 할 수 있다. 기구는 또한 비열 플라즈마 및 비이온화 마이크로파 방사선의 조합을 생성하도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 동축 케이블은 케이블의 근위 단부로부터 케이블의 원위 단부까지 연장되는 루멘을 가지며, 루멘은 세장형 프로브를 통해 가스를 프로브 선단으로 전달하기 위한 가스 도관을 형성할 수 있다. 이러한 배열에 의해 살균 기구를 더욱 콤팩트하게 할 수 있어, 에너지 및 가스가 기구 채널을 통과하는 임의의 제어 라인 또는 급전 라인과 상관없이 살균 기구 아래로 프로브 선단으로 전달될 수 있다. 따라서, 이들 배열은 살균 기구와 함께 사용될 추가 공급부 또는 구성요소(예를 들어, 제어 와이어)에 이용 가능한 공간을 증가시킬 수 있다. 또한, 이들 배열은 추가 공급부 또는 구성요소가 동축 케이블에 의해 전달되는 에너지에 미치는 영향을 감소시키거나 제거할 수 있다.
가스 도관은 가스 공급원(예를 들어, 가압 가스 캐니스터 등)에 연결하기 위해 살균 기구의 근위 단부에 배치된 입력 포트를 가질 수 있다. 본 명세서에 개시된 장치의 실시에 관심있는 가스는 공기, 헬륨, 아르곤, 질소, 압축 공기, 및 이산화탄소이다. 시스템은 이들 가스에 한정될 필요가 없다. 가스 혼합물이 사용될 수 있고, 예를 들어 다양한 농도의 아르곤, 공기, 및 헬륨, 예를 들어 1% 공기 및 99% 헬륨, 또는 5% 공기 및 95% 헬륨이 사용될 수 있다. 가스 공급에 대한 지향성을 제공하기 위해서, 압축 공기가 사용될 수 있다.
장치는 가스 도관 내의 가스 흐름을 조정 가능하게 제어하도록 배열된 유량 제어기를 포함할 수 있다. 가스 유량은 플라즈마 플룸(plasma plume) 또는 플라즈마 에너지의 크기에 영향을 줄 수 있고; 이것은 유량 제어기에 의해 제어될 수 있다. 바람직하게는, 가스 도관은 프로브 선단을 통과한다. 이것은 프로브 선단에서의 제1 및 제2 전극 부근에서 플라즈마를 생성하는 것을 도울 수 있다. 일부 실시형태에서, 가스 도관은 플라즈마 플룸이 프로브 선단 외부로 연장되어 살균될 표면과 접촉하도록 배열될 수 있다.
플라즈마는 고전압 펄스로서 수신될 수 있는 RF 또는 마이크로파 에너지를 사용하여 스트라이킹될 수 있다. 마이크로파 에너지는 플라즈마가 스트라이킹된 후에 플라즈마를 지속하는 데, 즉 플라즈마로 전력을 전달하여 이온화 상태를 유지하는 데 사용될 수 있다. 이것은 또한 펄스로서 수신될 수 있다. 이 배열은 케이블의 정전용량 및 부하 변동으로 인한, 예를 들어 프로브 선단에서 건조 환경으로부터 습한 환경으로의 변화로 인한 전계의 붕괴를 방지할 수 있다. 마이크로파 주파수 에너지를 사용하여 프로브 선단으로부터 전달하기 위해 플라즈마를 스트라이킹하는 것은, 예를 들어 마이크로파 공진기 또는 임피던스 트랜스포머, 즉 동작 주파수에서 긴 1/4파(또는 그의 홀수배)인 더 높은 임피던스 전송 라인을 사용하여 플라즈마를 스트라이킹하기 위해 저전압을 더 높은 전압으로 변환하는 1/4파 트랜스포머를 사용함으로써 가능할 수 있다. 이 고임피던스 라인은 플라즈마를 스트라이킹하기 위해 스위치 인될 수 있고, 플라즈마가 스트라이킹되고 플라즈마를 지속하는 것이 요구되면(즉, 낮은 임피던스 라인으로 귀환하기 위해) 스위치 아웃될 수 있다. 바람직하게는 파워 PIN 또는 버랙터 다이오드가 두 상태 사이를 스위칭하는 데 사용될 수 있지만, 동축 또는 도파관 스위치를 사용하는 것이 가능할 수 있다. 플라즈마를 스트라이킹하기 위한 고전계는 프로브 선단에서 RF EM 에너지 또는 마이크로파 EM 에너지에 대한 고임피던스 조건을 생성함으로써 야기될 수 있다. 이것은 제1 및 제2 전극에 적합한 기하학적 구조의 선택을 통해 달성될 수 있다. 예를 들어, 석영 또는 다른 유사한 저손실 재료와 같은 한 피스의 절연 유전체 재료가 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치될 수 있다. 이것은 임피던스를 증가시킬 수 있고, 이에 따라 고전계의 생성을 용이하게 할 수 있다.
플라즈마를 스트라이킹하기 위해서는 고전계(예를 들어, 고전압 조건)를 갖는 것이 바람직하다. 플라즈마 스트라이크 상태에서(즉, 플라즈마가 존재하기 전에) 가스는 비전도성이므로, 고임피던스를 갖는다. 플라즈마를 스트라이킹하기 위해서는, 가스를 분해하는 데 필요한 고전압(고전계)이 발생될 수 있도록 하기 위해 프로브 선단의 원위 단부에 또는 프로브 선단 내에 고임피던스 상태를 설정할 필요가 있다. 본 발명의 장치는, 예를 들어 마이크로파 신호의 변조 및 증폭기 이득의 제어 또는 고정 이득을 갖는 증폭기로의 입력 신호 레벨의 제어를 통해 플라즈마로 전달되는 마이크로파 전력의 크기뿐만 아니라, 예를 들어 동적 임피던스 정합을 통해 전달되는 효율이 제어될 수 있게 한다. 이 배열은 또한 살균될 표면으로 전달되는 플라즈마 에너지의 투여량이 정확하게 정량화되는 것을 가능하게 할 수 있다.
플라즈마의 임피던스는 바람직하게는 발전기에 의해 생성된 마이크로파 에너지를 플라즈마로 효율적으로 전달할 수 있도록 마이크로파 에너지의 주파수에서 프로브 선단(및 에너지 전달 시스템)의 임피던스에 정합된다. 마이크로파 에너지가 사용되는 경우, 프로브 선단 및/또는 발전기는 플라즈마가 기구 채널 및 채널 내의 재료에 의해 제시된 부하에 정합되도록 (정적으로 또는 동적으로) 튜닝될 수 있다. 마이크로파 주파수에서, 동축 케이블은 분포 요소 전송 라인을 형성하고, 여기서 프로브 선단과 에너지원 사이의 임피던스 정합은 마이크로파 발전기의 소스 임피던스, 동축 케이블(전송 라인)의 특성 임피던스, 및 프로브 선단 구조 그 자체의 임피던스에 의해 결정된다. 동축 케이블의 특성 임피던스가 소스의 출력 임피던스와 동일하면, 모든 마이크로파 전력이 프로브 선단으로 전달되어, 동축 케이블에 의해 야기되는 감쇠(유전체 및 도체 손실)가 적어질 것이다. 프로브 선단 및 기구 채널의 임피던스가 동축 케이블의 특성 임피던스와 동일하면, 소스에서 사용 가능한 최대 전력이 플라즈마/기구 채널 부하로 전송될 것이다. 후술되는 바와 같이, 프로브 선단과 플라즈마/기구 채널 부하 사이에 최상의 임피던스 정합을 유지하기 위해서 프로브 선단 구조에 조정이 이루어질 수 있다. 또한, 발전기에서 또는 제1 케이블의 원위 단부와 제2(기구) 케이블의 근위 단부 사이의 계면에서 조정이 이루어질 수도 있다. 이들 조정은 정합 네트워크의 정전용량 및/또는 인덕턴스 변화의 형태, 즉 스터브 튜닝일 수 있다.
상기 장치는 저전력 마이크로파 주파수 신호를 생성하기 위한 소스 발진기 및 저전력 신호를, 특정 용도에 적합한 것으로 밝혀진 가스를 사용하여 플라즈마를 스트라이킹하는 데 필요한 전계를 생성할 수 있도록 충분히 높은 레벨로 증폭하기 위한 전력 증폭기(예를 들어, 마이프로파 트랜지스터의 배열)를 발전기로서 사용할 수 있다. 고체 신호 증폭기가 사용될 수 있다. 시스템은 또한 증폭기가 플라즈마를 스트라이킹하는 데 필요한 전계를 설정하기 위해 포화 또는 최대 전력으로 구동된 다음에, 플라즈마가 스트라이킹되면 백오프되는 모드로 동작할 수 있다. 마이크로파 에너지를 제어하는 능력은 관심있는 다양한 용도 중 어느 하나에 가장 적합한 플라즈마가 생성될 수 있게 한다. 마이크로파 에너지 및/또는 가스 유량 및/또는 가스 혼합물의 제어는 플룸의 크기 및 처리될 기구 채널의 내면의 온도에 대한 제어를 제공한다. 또한, 시스템은 처리될 표면에 전달되는 플라즈마 에너지의 투여량을 정량화하도록 배열될 수 있다. 마이크로파 에너지는 제어된 방식으로 마이크로파 에너지의 주파수를 변화시키는 것(예를 들어, 마이크로파 방사선 발전기로부터의 방사선 주파수를 제어하는 것), 제어된 방식으로 전력 레벨을 변화시키는 것, 및 제어된 방식으로 마이크로파 에너지를 변조하는 것 중 어느 하나 이상에 의해 제어될 수 있다. 발전기는 프로브 선단에 전달되는 마이크로파 에너지를 변조하도록 배열된 마이크로파 신호 변조기를 포함할 수 있다. 변조 주파수는 0.1Hz로부터 10MHz까지의 범위 내에 포함될 수 있다. 듀티 사이클은 1% 미만 내지 100%일 수 있다. 일부 실시형태에서, 변조 주파수는 10Hz 내지 100kHz일 수 있고, 듀티 사이클은 10%와 25% 사이일 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 변조 주파수는 100Hz와 1kHz 사이일 수 있고, 듀티 사이클은 20%일 수 있다.
따라서, 장치는 펄스 동작을 사용하여 플라즈마를 발생시키도록 배열될 수 있다. 일 실시형태에서, 플라즈마는 각각의 펄스 상에 스트라이킹될 수 있다(스트라이크는 펄스의 에지들 중 하나에 생성된 천이 - 통상적으로 양의 진행 에지 -로 인해 생길 수 있다). 시스템의 동작은 필요한 효과를 발생시키기 위해 시스템에 펄스를 계속해서 인가할 필요가 있도록 할 수 있다.
일부 실시형태에서, 프로브 선단은 밀폐된 플라즈마 발생 영역 및 플라즈마를 플라즈마 발생 영역으로부터 기구 채널의 내면을 향하여 유도하기 위한 출구를 갖는 플라즈마 애플리케이터일 수 있다. 플라즈마 애플리케이터는, 다양한 유형의 박테리아 또는 바이러스 또는 진균을 말살하는 데 유용한 제어형 열/비열 플라즈마가 생성될 수 있는 이러한 방식으로 플라즈마의 적합한 플룸 또는 복수의 플룸이 생성되고 전달될 수 있도록 특별히 설계되고 개발된 적합한 안테나 배열을 사용하여 플라즈마를 유도 및/또는 포커싱할 수 있다. 일 실시형태에서, 플라즈마 애플리케이터는 플라즈마(이온화 방사선) 및 마이크로파(비이온화) 방사선을 방출하도록 선택적으로 배열될 수 있다. 따라서, 장치는 플라즈마만, 마이크로파 에너지만, 또는 이 둘의 혼합을 방출할 수 있다.
동축 배열은 플라즈마를 생성하기 위한 애플리케이터로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 애플리케이터는 외부 도체에 의해 둘러싸이고 외부 도체로부터 분리된 내부 도체를 갖는 동축 조립체를 포함할 수 있고, 내부 도체는 그 원위 단부에서 테이퍼 형상으로 되어 가스 및 마이크로파 에너지가 내부 도체에 전달될 때에 플라즈마 발생 영역에 전계를 집중시켜 플라즈마의 스트라이킹을 촉진한다. 동축 조립체는 각각 상이한 임피던스를 갖는 복수의 전압 트랜스포머를 포함할 수 있고, 복수의 전압 트랜스포머는 플라즈마 발생 영역 내에 전계를 집중시키도록 배열된다. 각 전압 트랜스포머는 마이크로파 발전기로부터 반송되는 마이크로파 에너지의 1/4 파장인 길이를 갖는 동축 조립체의 섹션을 포함할 수 있고, 복수의 전압 트랜스포머의 임피던스는 동축 조립체의 각 섹션 내의 내부 도체의 외부 직경을 선택함으로써 설정될 수 있다.
1/4파(또는 그의 홀수) 임피던스 트랜스포머는 동축 또는 도파관 시스템으로 실현될 수 있고, 사용된 특정 구조는 플라즈마를 발생시키는 것이 바람직한 특정 용도 및 환경에 의해 결정될 수 있다. 일 실시형태에서, 시스템은 고체 소스, 튜너 및 플라즈마를 생성 및 지속하기 위한 간단한 고정 임피던스(예를 들어, 50Ω) 애플리케이터 구조체를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 시스템은 튜너를 포함하지 않을 수 있지만, 플라즈마를 스트라이킹한 다음에 스트라이킹을 유지하여 의사 연속 플라즈마(quasi-continuous plasma)를 생성하기 위해 애플리케이터 내에 전압 트랜스포머(예를 들어 복수의 임피던스 트랜스포머를 사용하여 생성됨)를 가질 수 있다. 반복되는 플라즈마 스트라이크는 플라즈마 온도를 조절하는 데 유리할 수 있다. 플라즈마를 생성하기 위해서, 플라즈마 애플리케이터는 세라믹/금속간 재료로부터 제조될 수 있는 점화기 또는 압전 세라믹 재료에 대한 스프링 구동 해머 배열의 충격에 기초하여 고전압 스파크를 발생시키는 압전 점화기를 포함할 수 있다. 플라즈마가 스트라이킹되거나, 개시되면, 마이크로파 에너지는 플라즈마가 지속 또는 유지될 수 있게 하는 데 사용될 수 있다. 기구 또는 발전기 내의 튜닝 요소가 이것을 용이하게 하는 데 사용될 수 있다.
플라즈마 애플리케이터는 고온에 견딜 수 있는 텅스텐 또는 다른 재료로부터 제조된 하나 이상의 공진기 구조체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공진 구조체는 양호한 도체인 재료, 즉 은, 구리 또는 금으로 코팅된 텅스텐 로드 또는 바늘을 포함할 수 있다. 예로서, 구리로 코팅하는 데 사용되는 황산은 또는 황산구리로 바늘을 전기 도금하기 위해 질산은이 사용될 수 있다. 다른 저손실 도체, 예를 들어, 플라즈마가 발생될 원위 단부에 크림핑된 작은 길이의 텅스텐을 갖는 구리, 알루미늄, 은 코팅된 스테인리스 강 등이 사용될 수 있다. 석영 튜브 또는 석영 슬라이스는 2개의 도체를 효과적으로 서로 더 가깝게 함으로써 동축 애플리케이터 배열에서 내부 전극과 외부 전극 사이에 발생된 전계를 강화하기 위해 구조체 내측에 사용될 수 있다. 석영 튜브는 또한 2개의 도체 사이의 아크를 방지하여, 균일한 플라즈마 빔을 생성하는 데 도움을 준다. 저손실 석영 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
플라즈마 애플리케이터는 그의 원위 단부에 감지 수단을 포함할 수 있고, 이 감지 수단은 조정(필요한 경우)을 행할 수 있도록 플라즈마에 관한 정보, 즉 스펙트럼 내용(파장), 플라즈마 에너지 및 플라즈마 온도를 제공하도록 배열된다. 예를 들어, 플라즈마 애플리케이터는 애플리케이터의 원위 단부에서 생성된 플라즈마의 스펙트럼 내용을 모니터링하기 위한 온도 센서, 열량계, 하나 이상의 광 검출기 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 이들 센서로부터 획득된 정보는 시스템의 출력에서 생성된 플라즈마를 제어하기 위해, 즉 마이크로파 전력 레벨, 듀티 사이클, 마이크로파 전력의 파형, 가스 유량, 가스 혼합물, 가스 타이밍 등을 제어하기 위해 피드백 루프에서 사용될 수 있다.
일부 실시형태에서, 프로브 선단이 플라즈마 애플리케이터인 경우, DC 필드 또는 DC 전압 레벨이 플라즈마 발생 영역 내의 마이크로파 필드에 인가될 수 있다. 특정 배열에서, 바이어스 'T'가 플라즈마 애플리케이터 또는 안테나로의 입력에서 사용되고 DC 전압이 인덕터를 통해 인가된 DC 전압에서 사용될 수 있는 반면에, 마이크로파 필드는 커패시터를 통해 인가될 수 있다. 이 배열에서, 인덕터는 DC 전압을 통과하지만 고주파 마이크로파 신호를 차단할 것이다. 유도성 리액턴스는 2ΠfL로 주어진다(여기서, f는 마이크로파 에너지의 주파수이고 L은 인덕터의 인덕턴스이다). 주파수가 0(즉, DC)이고, 인덕턴스가 유한 값을 갖는 경우, 임피던스는 0이 되는 경향이 있다. 커패시터는 고주파 마이크로파 신호를 통과시키지만 DC 전압을 차단할 것이다. 용량성 리액턴스는 1/(2ΠfC)로 주어진다(여기서, C는 커패시터의 정전용량이다). 주파수가 무한대가 되는 경향이 있고(예를 들어, 400MHz 이상) 정전용량이 유한 값을 갖는 경우, 임피던스는 0이 되는 경향이 있다. DC 전압은 플라즈마를 개시 또는 스트라이킹하는 데 사용될 수 있고, 마이크로파 필드는 플라즈마를 지속하는 데 사용될 수 있다. 고정형 튜닝 스터브(fixed tuning stub) 또는 복수의 튜닝 스터브가 또한 인덕터를 대체하기 위한 대역 차단 필터(band reject filter)로서 배열될 수 있고, 고주파 신호가 저주파 또는 DC 발전기로 되돌아오는 것을 차단 또는 중지하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시형태에서, 살균 기구는 또한 전기수술 기구로서 사용하도록 구성될 수 있다. 전기수술 기구는 수술 중에 사용되고 RF 또는 마이크로파 에너지를 이용하는 임의의 기구, 또는 도구일 수 있다. 이것은 기구 채널의 살균에 사용되는 동일한 디바이스가 응고(예를 들어, 소화성 궤양 치료 또는 대혈관의 응고), 조직 절제, 또는 기타 개복 및 키홀 또는 복강경 절차와 같은 침습 또는 비침습 전기수술에 사용될 수 있음을 의미한다. 이 방식으로, 살균 기능은 또한 처리 전 또는 후에 체강을 살균하는 데 사용될 수 있다. 또한, 살균 기구는 또한 NOTES 절차에 사용되는 경우 또는 표면 응고, 신체 조직의 살균 및 큰 혈관 또는 블리더의 깊은 응고를 수행할 수 있는 것이 유리한 경우에 비열 플라즈마, 열 플라즈마 및 비이온화 마이크로파 방사선을 생성하도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 동축 케이블은, 최내측 절연층; 최내측 절연층 상에 형성된 내부 전도층; 내부 전도층과 동축으로 형성된 외부 전도층; 및 내부 전도층과 외부 전도층을 분리하는 유전층을 포함하는 층상 구조(layered structure)를 포함하고, 내부 전도층, 외부 전도층 및 유전층은 RF 및/또는 마이크로파 주파수 에너지를 전달하기 위한 전송 라인을 형성하며, 최내측 절연층은 살균 기구를 통해 채널을 형성하기 위해 중공형이다. 최내측 절연층 내에 형성된 채널의 직경은 바람직하게는 3mm 이하, 예를 들어 2.8mm이다. 채널은 가스를 프로브 선단으로 전달하기 위한 가스 도관을 형성할 수 있다.
층 구조의 동축 케이블은, 예를 들어 그의 원위 단부에서, 내부 전도층에 전기적으로 연결되고 최내측 절연층을 통해 채널 내로 연장되는 제1 단자, 및 외부 전도층에 전기적으로 연결되고 유전층 및 최내측 절연층을 통해 채널 내로 연장되는 제2 단자를 포함할 수 있다. 제1 단자 및 제2 단자는 채널 내에 또는 채널을 통해 삽입될 수 있는 프로브 선단 상에 형성된 대응하는 컨택트와 전기 연결을 형성하도록(예를 들어, 물리적으로 맞물리도록) 배열될 수 있다. 제1 단자 및 제2 단자는 각각 내부 전도층 및 외부 전도층의 원위 단부에 형성될 수 있다. 외부 전도층은 내부 전도층보다 원위 방향으로 더 멀리 길이방향으로 연장될 수 있어, 제1 단자가 제2 단자로부터 근위에 배치될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 프로브 선단은 제1 단자에 연결하기 위한 제1 컨택트 및 제2 단자에 연결하기 위한 제2 컨택트를 갖는 연결 칼라(connection collar)를 포함할 수 있다. 제1 컨택트 및 제2 컨택트는 각각 제1 전극 및 제2 전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
프로브 선단은 채널을 통해 공급되는 카테터를 통해 채널의 원위 단부에 도입될 수 있다. 연결 칼라는 카테터 상에 장착될 수 있고, 카테터의 직경보다 큰 직경을 갖는 원통형 본체를 포함할 수 있다. 원통형 본체의 외면은, 제1 컨택트와 제1 단자 사이 및 제2 컨택트와 제2 단자 사이의 확실한 맞물림을 보장하기 위해서, 층 구조의 동축 케이블의 최내층에 근접(예를 들어, 접촉)할 수 있다. 제1 단자 및 제2 단자는 최내층으로부터 약간 안쪽으로 돌출할 수 있다. 연결 칼라는 칼라를 제 위치에 확실히 배치하도록 동축 케이블의 원위 단부에서의 정지 플랜지와 접경하기 위한 숄더를 포함할 수 있다. 프로브 선단은 연결 칼라로부터 축방향으로 멀어지게 연장되는 연장 슬리브를 포함할 수 있다. 따라서, 사용시, 연장 슬리브는 채널의 단부로부터 돌출할 수 있다. 연장 슬리브는 유전체 재료의 튜브를 포함할 수 있고, 제1 컨택트와 제1 전극 사이 및 제2 컨택트와 제2 전극 사이의 전기 연결을 각각 제공하는 전도성 구조체(예를 들어, 전도성 로드 등)를 운반할 수 있다. 전도성 구조체는 짧은 길이의 종래의 동축 케이블을 포함할 수 있다.
프로브 선단이 층 구조의 동축 케이블로부터 RF 에너지를 수신하도록 배열되는 경우, 내부 전도층과 외부 전도층 사이에서 전압 항복(voltage breakdown)이 발생하는 것을 방지하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 절연층으로서 높은 항복 임계값을 갖는 재료(예를 들어, Kapton® 폴리이미드 테이프)를 사용함으로써 달성될 수 있다. 대안적으로, 프로브 선단이 층 구조의 동축 케이블로부터 RF 에너지 및 마이크로파 에너지 양쪽 모두를 수신하도록 배열되는 경우, 마이크로파 에너지 전파를 지원하기에 적합한 저손실 유전체 재료가 RF 에너지를 반송하는 도체를 안전하게 절연하기에 충분히 높은 항복 임계값을 갖지 않을 수 있기 때문에, RF 에너지 및 마이크로파 에너지를 위한 별도의 경로를 생성하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 층 구조의 동축 케이블은 RF 반송 바이폴라 전송 라인의 제1 극을 형성하는 추가 도체를 포함할 수 있고, 내부 전도층 및 외부 전도층은 RF 반송 바이폴라 전송 라인의 제2 극을 형성한다. 예를 들어, 추가 도체는 기구 채널 내에 운반되는 전도성 와이어일 수 있다. 이 배열에서, 최내측 절연층은 요구되는 항복 특성을 갖는 재료(예를 들어, 폴리이미드)로 이루어질 수 있다. 추가 도체가 RF 에너지를 반송하기 위해 제공되는 경우, 층 구조의 동축 케이블의 내부 전도층 및 외부 전도층은 그의 근위 단부에서 전기적으로 연결(단락)될 수 있다.
이와 같은 배열에 의해, 더 높은 전압 무선 주파수 신호가 내부 전도층 및 외부 전도층을 따라 뒤로 이동하는 것을 방지하기 위해, 및/또는 마이크로파 신호가 추가 도체를 따라 뒤로 이동하는 것을 방지하기 위해 층 구조의 동축 케이블의 원위 단부에 다이플렉서와 같은 구성을 제공하는 것이 필요할 수 있다.
유전층은 유전체 재료의 중실형 튜브 또는 다공성 구조를 갖는 유전체 재료의 튜브를 포함할 수 있다. 유전체 재료의 중실형 튜브란, 유전체 재료가 실질적으로 균질하다는 것을 의미할 수 있다. 다공성 구조를 갖는 것이란, 유전체 재료가 실질적으로 불균질하고, 상당수 또는 양의 에어 포켓 또는 공극을 갖는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 다공성 구조는 벌집 구조, 메쉬 구조, 또는 폼(foam) 구조를 의미할 수 있다. 유전체 재료는 PTFE, 또는 다른 저손실 마이크로파 유전체를 포함할 수 있다. 유전체 재료는 적어도 0.2mm, 바람직하게는 적어도 0.3mm, 보다 바람직하게는 적어도 0.4mm, 예를 들어 0.3과 0.6mm 사이의 벽 두께를 갖는 튜브를 포함할 수 있다.
내부 전도층 및/또는 외부 전도층은, 재료의 튜브의 내측 또는 외측 상의 금속 코팅; 재료의 튜브의 내측 또는 외측에 대하여 위치된 금속의 중실형 튜브; 또는 재료의 튜브에 내장되는 편조된(braided) 전도성 재료의 층을 포함할 수 있다. 내부 전도층 및/또는 외부 전도층은 은 코팅을 포함할 수 있다. 내부 전도층 및/또는 외부 전도층은 대략 0.01mm의 두께를 가질 수 있다.
돌출부 대신에, 제1 단자 및 제2 단자 중 하나 또는 양쪽 모두는, 예를 들어 최내측 절연층 내에 형성된 리세스를 포함할 수 있다. 연결 칼라(전술함)는 프로브 선단의 단부면(end face) 상의 대응하는 전도성 돌출부를 수용하기 위해, 예를 들어 케이블의 단부면 내에 형성된다.
일 구성에서, 층 구조의 동축 케이블은 복수의 층, 예를 들어 중공형 내부 관형층(최내측 절연층); 중공형 내부 관형층의 외면 상의 전도성 재료의 층(내부 전도층); 전도성 재료의 외면 상의 유전체 재료의 튜브(유전층); 및 유전체 재료의 튜브의 외면 상의 전도성 재료의 층(외부 전도층)으로서 제조될 수 있다. 구조체는 이들 층의 일부 또는 전부 사이에 에어 갭을 포함하거나, 포함하지 않을 수도 있다. 에어 갭을 피하는 이점은 케이블의 손실이 최소화될 수 있다는 것이다. 일례에서, 이 구조체는 각각의 후속 층을 선행(내부) 층 위에 순차적으로 코팅함으로써 제조될 수 있다.
대안적으로, 이 구조체는 하나 이상의 층을 제1 부분으로서 형성하고 하나 이상의 층을 제2 부분으로서 형성한 다음, 하나의 부분을 다른 부분의 내측으로 슬라이딩시킴으로써 제조될 수 있다. 중공형 내부 관형층은 바람직하게는 폴리이미드를 포함하지만, PTFE 또는 다른 적합한 절연 재료일 수 있다. 중공형 내부 관형층은 0.1mm의 두께를 가질 수 있다.
일부 실시형태에서, 프로브 선단은 최내측 절연층의 연장부, 예를 들어 최내측 PTFE 튜브, 및 층 구조의 동축 케이블의 내부 전도성 랩을 포함할 수 있고, 채널은 프로브 선단을 통해 연장될 수 있다. 유전체 실린더가 내부 도체 위에 배치될 수 있고, 유전체 실린더를 통과하는 내부 도체는 프로브 선단의 제1 전극으로 간주될 수 있다. 제2 전극은 바람직하게는, 예를 들어 유전체 실린더 및 외부 도체의 일부분 위로 슬라이딩함으로써 층 구조의 동축 케이블의 외부 도체에 전기적으로 연결되는 금속 실린더, 예를 들어 얇은 벽 금속 튜브, 바람직하게는 구리일 수 있다. 프로브 선단은 0.325mm의 유전체 벽 두께, 2.5mm의 외부 직경 및 1mm의 채널 직경을 가질 수 있다.
유전체 실린더 및 제2 전극은 동작 주파수(예를 들어, 2.45GHz)에서 1/4 파장과 동일한 길이인 것으로 설정될 수 있다. 유전체 재료는 또한 플라즈마에 의해 생성된 저임피던스 환경과 양호한 임피던스 정합을 제공하도록 선택될 수 있다. 바람직하게는, 프로브 선단은 기구 채널로의 용이한 접근이 가능하도록 12mm의 최대 길이를 갖는다. 보다 더 바람직하게는, 유전체 재료는 5 이상의 유전율을 갖는다.
세장형 프로브는 대안적으로 프로브 선단의 임피던스를 증가시키고 더 낮은 유전율을 갖는 유전체 재료가 사용되는 것을 가능하게 하기 위해 프로브 선단을 통한 채널 직경이 감소되도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 동축 케이블의 최내측 절연층 내로 적어도 부분적으로 삽입되는 제1 전도성 실린더, 예를 들어 얇은 벽 금속 튜브, 바람직하게는 구리일 수 있다. 제1 전극은 동축 케이블의 내부 전도층에 연결될 수 있다. 유전체 실린더가 제1 전극 위에 위치될 수 있다. 바람직하게는, 제2 전극은, 제1 전극 및 유전체 실린더와 동축이고 층 구조의 동축 케이블의 외부 도체에 전기적으로 연결되는 제2 전도성 실린더, 예를 들어 얇은 벽 금속 튜브, 바람직하게는 구리를 포함한다. 프로브 선단은 2.5mm의 외부 직경, 0.8mm의 채널 직경 및 0.65mm의 유전체 벽 두께를 가질 수 있다.
바람직하게는, 층 구조의 동축 케이블의 내부 도체는 유전체 실린더 내로의 억지 끼워맞춤부(tight fit)이다. 일부 실시형태에서, 유전체 실린더는 플라즈마를 보다 용이하게 스트라이킹하기 위해 실린더 벽 내에 다수의 구멍을 가질 수 있다. 프로브 선단의 제1 및 제2 전극이 가까울수록, 발생된 플라즈마를 스트라이킹하는 것이 더 용이하고, 이것은 - 전압이 피크 Vmax(발전기에 의해 결정됨)에 고정된 것으로 가정하면 - 전극들 사이에 생성된 전계 및 가스의 파괴의 함수이므로, 전계를 증가시키는 유일한 방법은 전극들 사이의 거리를 줄이는 것이다.
일 실시형태에서, 프로브 선단은, 3mm와 5mm 사이의 직경을 갖는 플라즈마 발생 영역을 갖는 동축 구조체를 가질 수 있고; 즉 동축 구조체 내의 제2 전극의 내부 직경은 3mm와 5mm 사이의 직경을 가질 수 있으며, 내측에 억지로 끼워 맞춰지는 석영 튜브는 0.25mm와 1mm 사이의 벽 두께를 가질 수 있고, 제1 전극의 외부 직경이 0.75mm와 4mm 사이(내부 도체와 석영 튜브의 내벽 사이의 영역 내에 가스가 흐르는 공간을 가능하게 함)일 수 있는 경우, 소독 또는 살균에 적합한 비열 플라즈마가 40% 미만, 즉 28%의 듀티 사이클을 갖는 펄스 모드로 발전기를 동작시킴으로써 생성될 수 있다. 일 실시형태에서, 단일 마이크로파 펄스의 rms 전력은 50W이고, 펄스 온(ON) 시간은 총 140ms의 총 기간 내에서 40ms이며, 즉 플라즈마로 전달되는 평균 전력은 2.45GHz에서 14.28W이다. 이 구성에서 RF 스트라이크 펄스가 사용될 때, RF 스트라이크 펄스의 지속 기간은 약 1ms이고, 정현파 발진의 주파수는 100kHz이다. 진폭은 약 1kV 피크(707Vrms)이다. RF 전력은 마이크로파 전력의 10% 미만이다. RF 펄스는 마이크로파 버스트 또는 펄스에 동기될 수 있고, 마이크로파 버스트 또는 펄스의 상승 에지에 트리거될 수 있다.
열 플라즈마를 생성하기 위해서, 듀티 사이클이 증가, 즉 50%까지 증가될 수 있거나, 또는 연속파(CW) 및/또는 rms 전력 레벨이 이러한 특정 프로브 선단 기하학적 구조에 대해 즉 75W 또는 100W까지 증가될 수 있다(기하학적 구조가 감소 또는 증가되면 이에 따라 마이크로파 전력 및 RF 스트라이크 펄스의 진폭이 조정될 것이다). RF 대 마이크로파 전력의 비는 바람직하게는 일정하게, 즉 비열 및 열 플라즈마에 대해 10% 미만으로 유지될 것이다.
일부 실시형태에서, 동축 케이블의 외부 전극은 가스가 흐르는 것이 가능한 전도성 메쉬에 의해 제2 전극에 연결될 수 있다. 따라서, 전도성 메쉬는, 일부 실시 형태에서 동축 케이블과 슬리브 사이의 공간일 수 있는 기구의 가스 도관 내에 장착될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 동축 케이블과 슬리브 사이의 공간은 대안적으로, 예를 들어 슬리브에 연결된 분할기 요소 또는 슬리브의 일부에 의해 복수의 부도관으로 분할될 수 있다. 이 상황에서, 분할기 요소 또는 별도의 커넥터 요소는 동축 케이블의 외부 도체와 제2 전극 사이에 전기 연결을 제공할 수 있다. 연결은 또한 제2 전극에 납땜 또는 크림핑될 수 있는 하나의 가요성 와이어 또는 스트립에 의해 이루어질 수 있다.
일부 실시형태에서, 살균 기구가 전기수술 기구로서 사용하도록 구성되는 경우, 가스 도관은 세장형 프로브를 통해 액체를 프로브 선단으로 전달하도록 구성될 수 있다. 이것은, 유체(예를 들어, 식염수)가 생물조직을 통통하게 하거나 치료 영역을 씻어 내는 데, 예를 들어 치료할 때에 더 양호한 가시성을 제공하기 위해 폐기물 또는 제거된 조직을 제거하는 데 사용될 수 있는 수술 절차에서; 특히 내시경 절차에서 유용하다. 가스 도관의 근위 단부는 액체를 도관 내에 저장하고 도입하는 데 사용되는 주사기에 부착되는 것을 가능하게 하는 커넥터에서 종단될 수 있다. 가스 도관이 세장형 프로브를 통해 루멘으로서 제공되는 경우, 루멘 또는 채널은 동축 케이블이 가스를 프로브 선단으로, 또는 가스 및 액체 양쪽 모두를 복수의 루멘을 통해 프로브 선단으로 전달할 수 있도록 다수의 루멘을 포함할 수 있다.
프로브 선단은 다음과 같은 본 명세서에서 설명된 구조체 중 어느 하나를 가질 수 있다:
- 개복 수술 및 키홀(복강경) 수술뿐만 아니라 기구 채널 살균에 사용하기에 적합한 단일체(즉, 단일 피스의 금속화된 유전체 재료, 예를 들어 세라믹 등); 및
- 실질적으로 평면형 유전체 재료의 본체를 갖는 평행 플레이트 구조체(즉, 평면형 전송 라인 요소), 제1 전극은 평면형 요소의 제1 표면 상의 제1 전도층이고, 제2 전극은 제1 표면에 대향하는 평면형 요소의 제2 표면 상의 제2 전도층임.
단일체는 치료 대상 영역에 부합하거나 원하는 기능을 수행하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 프로브 선단은 장의 벽을 따르도록 만곡될 수 있거나, 또는 전기수술 기구로서 사용시 조직 제거를 용이하게 하도록 후크로 채워질 수 있다.
평행 플레이트 구조체가 사용되는 경우, 가스 도관은 살균시, 또는 전기수술시 RF 전류에 대한 귀환 경로를 제공하는 데 사용될 수 있는 비열 또는 열 플라즈마를 생성하기 위해 (2개의 독립적인 플레이트로 형성될 수 있는) 제1 및 제2 전도층 사이에 가스를 도입하도록 배열될 수 있다. 평면형 전송 라인 요소는, 국부 귀환 경로를 제공하기 위한 고유전율을 갖는 유전체 재료의 영역 및 비열 플라즈마가 살균을 위해 생성되거나 열 플라즈마가 전기수술에서 수행될 조직 절단 또는 표면 응고를 위해 생성될 수 있도록 가스로 충전될 수 있는 제2 개방 영역 양쪽 모두를 수용할 수 있다. 이 배열은 또한 2개의 전도층 또는 플레이트(활성 및 리턴 도체) 사이에 삽입된 고비유전율(또는 유전율)을 갖는 재료를 사용하는 것의 이점을 취할 수 있다. 고유전율 재료는 구조체의 정전용량을 증가시키고, 종국에는 선형으로 구조체의 임피던스를 감소시켜, RF 전류에 대한 우선 귀환 경로가 2개의 플레이트 사이에 설정되거나 존재하도록 도움을 준다. 플라즈마가 제거될 때, 구조체는 2개의 플레이트를 분리하는 공기를 갖는 평행 플레이트 전송 라인처럼 보인다. 이 배열은 구조체의 하나 이상의 에지를 따라 및/또는 하나 이상의 표면 내에 포함된 단일 또는 복수의 슬롯 또는 개구를 통해 마이크로파 에너지를 효율적으로 방사하는 데 사용될 수 있다. 플라즈마가 없는 평행 플레이트 구조체는 또한 RF 살균 또는 전기수술(예를 들어, 절단 및 마이크로파 응고)에 필요한 조건을 설정하는 데 사용될 수 있고, 즉 RF에서, 구조체는 블레이드의 길이를 따라 에지에 도달하고 단부에서 컷백(cut back)하는 금속화 층을 갖는 2개의 플레이트 사이에 끼워진 유전체 재료를 갖는 평행 플레이트 커패시터로서 모델링될 수 있고, 마이크로파 주파수에서, 구조체는 하나 또는 양쪽의 긴 에지로부터 및/또는 원위 단부로부터 마이크로파 에너지를 방사할 수 있는 분포 요소 전송 라인 구조체로서 모델링될 수 있다.
유전체 재료의 양 측면 상에 금속화 층을 갖는 평행 플레이트 구조체는 각각의 금속화 층이 유전체 재료의 에지에 바로 도달할 때에 가장 효율적인 방식으로 RF 살균 또는 조직 절단을 효율적으로 수행하는 데 사용될 수 있고, 즉 유전체 재료가 표면에 노출되지 않고 금속만 보일 수 있다. 유전체는 또한 마이크로파 살균, 절제 또는 응고가 구조체의 에지를 따라 또는 구조체의 단부에서 수행될 수 있도록 노출될 수 있다. 원하지 않은 경우에 디바이스가 단부에서 조직 내로 절단하는 것을 방지하기 위해서, 구조체의 원위 단부에서 소량의 금속화, 즉 단부로부터 0.5mm 내지 1mm를 제거하는 것이 바람직할 수 있다.
일 실시형태에서, 평행 플레이트 구조체는 다음과 같이 구성될 수 있다:
(i) 1.5mm 내지 2mm의 폭, 6mm 내지 12mm의 길이를 갖는 블록을 포함하는 제1 유전체 재료;
(ii) 제1 및 제2 전극은 블레이드의 길이를 따라 유전체의 양 측면 상의 에지로 연장되는 제1 유전체 재료의 대향 표면 상에 금속화 층을 포함하고, 금속화 층을 갖는 블록의 전체 두께는 0.3mm 내지 0.5mm임;
(iii) 정합을 위해 그리고 활성 도체가 단락되는 것을 방지하기 위해 제1 유전체 재료의 근위 단부에서 제1 전극을 형성하는 금속화에서의 0.5mm 갭;
(iv) 구조체가 조직을 절단하는 것을 방지하기 위해 제1 유전체 재료의 원위 단부에서 제1 및 제2 전극을 형성하는 금속화에서의 0.2mm 내지 1mm 갭; 및
(v) 내벽 상에 예리한 모서리가 걸리기 때문에 구조체가 기구 채널 내부에 박히는 것을 방지하기 위한 제1 유전체 재료의 원위 단부의 코너 상의 대략 0.2mm의 작은 반경.
살균 기구가 열 또는 비열 플라즈마를 방출하는 데 사용되는 경우, 고온 가스가 구조체로부터 빠져나가 효과를 생성하는 것이 가능하도록 슬롯 또는 복수의 슬롯이 제공될 수 있다. 동일한 디바이스를 사용하여 프로브 선단 부근에 위치된 표면 내에서 또는 그 위에서, 즉 기구 채널 내에서 조직을 살균하거나 박테리아를 사멸할 수 있도록 비열 플라즈마가 상기 슬롯으로부터 방사될 수 있다.
프로브 선단은 평행하게 배열된 복수의 평면형 전송 라인 요소를 포함할 수 있고, 복수의 평면형 전송 라인 요소는 평형 전력 분배기 배열을 통해 동축 케이블로부터 RF 신호 및 마이크로파 신호를 수신한다. 평형 전력 분배기는 RF 및 마이크로파 신호가 복수의 전송 라인 요소에 의해 동상으로(in phase) 수신되도록 할 수 있어, 총 방출 에너지는 균일하다.
프로브 선단은 동축 케이블을 복수의 평면형 전송 라인 요소에 임피던스 정합하기 위해 동축 케이블과 복수의 평면형 전송 라인 요소 사이에 연결된 1/4 파장 트랜스포머(즉, 동작 주파수에서 파장의 1/4의 홀수배와 동일한 전기 길이를 갖는 커넥터)를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 프로브 선단은 동축 케이블을 넘어서 8mm 이하만큼, 최적으로는 5mm 이하만큼 연장되고, 1.8mm 이하, 최적으로는 1.5mm 이하의 폭, 및 0.5mm 이하, 최적으로는 약 0.3mm의 두께를 가질 수 있다.
제1 및 제2 전극은 바이폴라 이미팅 구조를 형성할 수 있다. 바이폴라 이미팅 구조는 시스 전류를 방지하고 마이크로파 주파수 EM 필드가 외측 방향으로 방사되도록 하기 위해 프로브 선단 내에 발룬(balun)을 포함할 수 있다. 발룬은 단락을 형성하기 위해 원위 단부에서 제2 전극에 전기적으로 연결된(예를 들어, 납땜된) 간단한 제3 전극일 수 있다. 발룬을 (마이크로파 동작 주파수에서) 1/4 파장 길이로 만듦으로써, 단락 상태가 동축 케이블을 따른 전류의 흐름을 방지하기 위해 개방 회로 상태로 변환될 것이다. 프로브 선단이 조직 내에 삽입될 때에 반사 손실(return loss)을 증가시키기 위해 복수의 발룬이 프로브 선단에 제공될 수 있다. 예를 들어, 하나의 발룬은 반사 손실을 15dB로부터 25dB까지 증가시키고, 2개의 발룬은 반사 손실을 40dB까지 취할 수 있으며, 3개의 발룬은 반사 손실을 60dB까지 증가시킬 수 있고, 즉 프로브 선단으로부터 방출하는 에너지의 백만분의 1이 동축 케이블을 따라 반사된다.
일부 실시형태에서, 살균 기구는 또한 제1 주파수를 갖는 무선 주파수(RF) 전자기(EM) 에너지 및 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 갖는 마이크로파 EM 에너지를 생물조직에 인가하기 위한 전기수술 절제 기구로서 구성될 수 있고, 살균 기구의 프로브 선단은 제1 표면 상의 제1 전극층 및 제1 표면에 대향하는 제2 표면 상의 제2 전극층을 갖는 제1 유전체 재료로 이루어진 평면체(planar body)를 포함하며, 동축 케이블의 내부 도체는 제1 전극층에 전기적으로 연결되고, 동축 케이블의 외부 도체는 프로브 선단이 RF 신호 및 마이크로파 신호를 수신할 수 있도록 제2 전극층에 전기적으로 연결되며, 제1 및 제2 전극층은 전도에 의해 RF 신호에 대응하는 RF EM 방사선을 전달하기 위한 활성 및 복귀 전극으로서, 그리고 수신된 마이크로파 신호에 대응하는 마이크로파 EM 방사선을 방사하기 위한 안테나로서 작용하도록 배열되고, 제1 및 제2 전극층은 조직 절단을 수행하는 것이 바람직한 평면체의 에지를 따라 위치된 RF 절단부를 제외하고는 평면체의 에지로부터 후퇴될 수 있다.
프로브 선단은 평면체의 측면 에지들 사이의 방향으로 만곡될 수 있다. 예를 들어, 프로브 선단은 숟가락 형상일 수 있다. 프로브 선단은 저면에서 만곡(또는 볼록하게)될 수 있고, 구조체의 근위 단부로부터 원위 단부까지 위쪽으로 만곡될 수 있다.
일부 실시형태에서, 가스 도관은 가스 도관의 나머지 부분보다 작은 직경을 가질 수 있는 강성 튜브 또는 바늘, 예를 들어 피하 주사 바늘에서 종단할 수 있다. 강성 튜브 또는 바늘은 바람직하게는 생물조직을 뚫기에 적합한 관통형 원위부를 포함한다. 이것은, 예를 들어 장의 벽을 치료하기 위해 기구가 사용되는 경우, 유체(식염수 등)를 주입하여 생물조직을 통통하게 할 수 있다. 이 방식으로 조직을 통통하게 하는 것은 장 천공의 위험을 줄이는 데 도움을 줄 수 있다. 또한, 동일한 강성 튜브 또는 바늘이 수술 절차를 위해 또는 기구 채널의 살균을 위해 가스를 프로브 선단에 제공하는 데 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 강성 튜브 또는 바늘은, 예를 들어 프로브 선단으로부터 돌출하거나 또는 프로브 선단 내로 후퇴하기 위해 프로브 선단에 대해 길이방향으로 이동 가능할 수 있다.
일 실시형태에서, Ar 가스는 강성 튜브 또는 바늘을 통해 프로브 선단에 도입될 수 있고, 프로브 선단의 에지 주위에 비열 플라즈마가 생성된다. 마이크로파 펄스 ON 시간은 약 40ms일 수 있고, 100ms는 OFF되며, 약 28.6%의 듀티 사이클을 제공한다. 약 1 내지 5ms 동안 약 1kV의 게이트형 100kHz RF 버스트가 사용될 수 있고, 40ms 마이크로파 펄스의 양의 에지에 의해 트리거된다. 마이크로파 전력의 진폭은 20과 100W 사이, 최적으로는 약 60W일 수 있다.
일부 실시형태에서, 프로브 선단은 살균 기구 조작자 또는 사용자의 제어 하에 회전 가능할 수 있다. 일 실시형태에서, 회전은, 예를 들어 적절한 핸들 또는 제어 노브를 사용하여 기구 채널 내에서 동축 케이블을 회전시킴으로써 달성될 수 있다. 다른 실시형태에서, 프로브 선단은 예를 들어 기구 채널에 대해 +/-90°만큼 회전할 수 있는 회전 가능한 플레이트 상에 장착될 수 있다. 이 배열에서, 동축 케이블은 회전 중에 프로브 선단의 이동을 수용하도록 가요성일 수 있다. 회전 가능한 플레이트는 플레이트와 맞물리는 피봇팅 레버를 각각 동작시키는 한 쌍의 제어 와이어에 의해 회전될 수 있다.
본 발명의 제1 양태와 관련하여 논의된 임의의 배열은 바람직하게는 스코프 세척기 또는 살균기와 같은 임의의 다른 종래의 기구 채널 세정 방법과 함께 사용될 수 있다. 특히, 프로브 선단은, 기구 채널의 벽으로부터 수술 잔류물을 제거하는 데 유용하고, 특히 이러한 잔류물이 EM 에너지 및/또는 열 또는 비열 플라즈마에 의해 제거되지 않는 경우에 유용할 수 있는 세정 브러쉬를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 기구 채널로부터의 살균 기구의 소정의 인출 속도는 초당 10mm 미만이다. 예를 들어, 소정의 속도는 초당 5mm 미만, 초당 2mm 미만 또는 초당 약 1mm일 수 있다. 기구 채널로부터의 살균 기구의 이러한 인출 속도는 기구 채널 내에서 바이오버든의 감소가 최적화되는 것을 보장한다.
본 명세서에서 설명된 살균 장치는 바람직하게는 스코핑 디바이스의 외면도 살균하도록 구성되는 추가 장치와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 추가 장치는 스코핑 디바이스가 로딩될 수 있는 처리 챔버를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 처리 챔버는 살균을 위해 열 또는 비열 플라즈마로 스코핑 디바이스의 외면을 처리하도록 구성된다. 보다 더 바람직하게는, 외면의 살균은 본 명세서에서 설명된 살균 장치가 스코핑 디바이스의 기구 채널의 살균을 수행하는 동안에 일어날 수 있다.
따라서, 살균 장치는 수술 스코핑 디바이스를 위한 살균 인클로저를 획정하는 컨테이너, 및 수술 스코핑 디바이스의 외면을 살균하기 위해 살균 인클로저 내에 비열 플라즈마 또는 열 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 발생 유닛을 포함할 수 있다. 컨테이너는 스코핑 디바이스의 다른 부분을 위한 별도의 챔버를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 챔버는 수술 스코핑 디바이스의 제어 헤드를 수용할 수 있고, 제2 챔버는 스코핑 디바이스의 기구 튜브를 수용할 수 있다. 플라즈마 발생 유닛은 수술 스코핑 디바이스의 기구 튜브를 둘러싸기 위한 환형 본체를 포함할 수 있다. 환형 본체는 기구 튜브를 따라 슬라이딩 가능할 수 있다. 예를 들어, 추가 장치는 스코핑 디바이스의 외면을 살균하도록 구성되는 정적 살균 장치를 통해 스코핑 디바이스를 통과시키도록 구성되는 컨베이어 또는 선형 처리 베드를 포함할 수 있다.
인출 디바이스는 근위 단부에서 세장형 프로브에 동작 가능하게 연결된 케이블 커플링 요소, 및 케이블 커플링 요소를 구동하여 길이방향으로 세장형 프로브와 기구 채널 사이에서 상대 이동을 유발하도록 배열된 모터를 포함할 수 있다. 따라서, 인출 디바이스는 세장형 프로브(또는 임의의 기구 케이블)가 기구 채널을 통해 소정의 속도로 삽입 또는 인출되는 것을 가능하게 하며, 소정의 속도는 모터의 속도에 의해 설정된다. 바람직하게는, 모터는 소정의 속도가 사용자에 의해 조정될 수 있도록 변속 모터이다. 본 발명의 제1 양태에 따른 전술한 바와 같은 살균 장치와 조합하여 사용될 때에는, 제어된 방식으로 기구 채널의 살균을 가능하게 한다. 모터는 하우징 내에 수용된 배터리에 의해 전력을 공급받을 수 있거나, 또는 대안적으로 기구 케이블의 원위 단부에 에너지를 제공하는 데 사용되는 발전기와 같은 외부 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있다.
케이블 커플링 요소는 수술 스코핑 디바이스에 대해 고정된 위치에 장착 가능할 수 있다. 예를 들어, 인출 디바이스는 스코핑 디바이스의 핸들에 디바이스를 해제 가능하게 부착하기 위한 부착부를 갖는 하우징을 포함할 수 있다. 이것은 삽입/인출 디바이스 및 스코핑 디바이스가, 예를 들어 기구 채널 살균 과정 중에 최소한의 사용자 상호작용을 필요로 하는 방식으로 설정될 수 있게 한다.
케이블 커플링 요소는 복수의 롤러를 포함할 수 있고, 이들 롤러 사이에는 세장형 프로브를 수용하기 위한 공간이 획정되며, 롤러는 세장형 프로브의 외면을 파지하도록 배열되어 롤러의 회전이 세장형 프로브의 길이방향 이동을 유발한다.
특정 실시형태에서, 모터는 동작의 순방향 모드와 역방향 모드 사이를 전환 가능하며, 순방향 모드는 기구 채널을 통해 기구 케이블을 삽입하기에 적합하고, 역방향 모드는 기구 채널을 통해 기구 케이블을 인출하기에 적합하다. 이것은 동일한 디바이스가 상이한 목적을 위해 다수회 사용될 수 있게 하지만, 필요한 경우에 살균 장치가 사용되도록 디바이스가 일회용인 것으로 구상될 수도 있다. 순방향 및 역방향 모드 양쪽으로 실행할 수 있는 디바이스를 제공하면, 별도의 삽입 및 인출 디바이스를 구매하는 대신에 디바이스가 동작되는 모드를 간단하게 선택할 수 있으므로, 사용자에게 비용과 복잡성을 절감하게 한다. 각각의 목적에 적합한 단일 유닛만이 생산되므로 생산 비용도 절감된다.
바람직하게는, 디바이스는 기구 채널을 통한 기구 케이블의 삽입 전 또는 인출 중에 기구 케이블이 감길 수 있는 드럼을 더 포함할 수 있다. 이것은, 사용자가 사용 전 또는 후에 기구 케이블을 저장하거나, 또는 스코핑 디바이스 안 또는 밖으로 케이블을 공급하는 것을 걱정할 필요가 없으므로 삽입 또는 인출 절차를 간소화한다. 기구 케이블을 드럼 주위에 감음으로써, (예를 들어, 살균 과정 중에) 저장 공간 및 작업 공간이 최소화될 수 있다. 바람직하게는, 드럼이 기구 케이블의 저장을 위한 살균 환경을 제공할 수 있도록 드럼도 하우징 내에 수용된다. 드럼은 바람직하게는, 케이블, 특히 기구 케이블이 재사용될 가능성이 있는 경우에 드럼 주위의 기구 케이블의 굽힘 반경이 케이블의 손상을 방지하기에 충분하도록 크기가 정해질 수 있다.
바람직하게는, 디바이스는 사용자가 기구 케이블을 따라 디바이스를 자유롭게 슬라이딩 가능하게 하도록 적어도 하나의 롤러로부터 모터를 분리하기 위한 수단을 더 포함한다. 이 방식으로, 디바이스는 기구 케이블 상으로 용이하게 슬라이딩되거나 그로부터 제거될 수 있고, 사용자는 디바이스를 기구 케이블 상에 적절하게 위치시킬 수 있다. 모터를 분리하면, 사용자가 필요한 경우, 예를 들어 살균 과정 중에 기구 채널 내의 기구 케이블을 수동으로 슬라이딩시킬 수 있게 한다. 이것은, 예를 들어 장비에 막힘 또는 예기치 않은 문제가 있는 경우에 유용할 수 있다.
바람직하게는, 복수의 롤러는 서로를 향하여 편향된다. 일부 실시형태에서, 롤러는 모래시계 형상을 가질 수 있다. 이들 특징은 롤러와 기구 케이블의 표면 사이에 양호한 끼워 맞춤이 존재하도록 하여, 기구 케이블이 롤러에 의해 부드럽게 잡아당겨지고 롤러의 슬리핑이 없도록 마찰을 증가시킨다. 이것은 디바이스의 신뢰성을 높일 뿐만 아니라 케이블 삽입/인출 속도가 사용자가 선택하거나 원하는 속도와 일치하게 한다.
일부 실시형태에서, 모터는 스테퍼 모터일 수 있다. 이것은, 스테퍼 모터를 사용하여 기구 케이블을 추가 거리 증분만큼 인출하기 전에 소정의 시간 동안 대기함으로써 각 단계에서 기구 채널이 적절하게 살균되도록 할 수 있기 때문에, 디바이스가 살균 장치와 함께 사용되는 경우에 특히 유리할 수 있다.
바람직하게는, 복수의 롤러 각각은 플라스틱 또는 실리콘 재료로부터 이루어진다. 이러한 재료는 롤러의 표면과 기구 케이블 사이에 높은 마찰 계수를 제공하도록 선택되어, 롤러로부터 기구 케이블로의 운동의 완전한 전달을 보장할 수 있다. 또한, 플라스틱 또는 실리콘 재료의 사용은 롤러에 의해 기구 케이블에 손상이 생기지 않게 한다.
인출 디바이스는 본 개시의 독립적인 양태일 수 있다. 해당 양태에 따르면, 수술 스코핑 디바이스의 기구 채널을 통해 세장형 프로브를 이동시키기 위한 프로브 인출 디바이스가 제공되며, 프로브 인출 디바이스는 그의 근위 단부에서 세장형 프로브에 동작 가능하게 연결된 케이블 커플링 요소; 및 케이블 커플링 요소를 구동하여 길이방향으로 세장형 프로브와 기구 채널 사이에서 상대 이동을 유발하도록 배열된 모터를 포함한다.
이제 본 발명의 실시형태가 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다:
도 1A 및 도 1B는 본 발명의 제1 양태에 따른 살균 장치를 나타내고;
도 2는 살균 장치 및 인출 디바이스의 대체 실시형태를 나타내고;
도 3A는 프로브 선단 및 동축 케이블을 나타내는 세장형 프로브의 원위 단부를 통한 단면도이고;
도 3B는 도 3A의 프로브 선단만을 나타내고;
도 3C는 도 3A의 동축 케이블만을 나타내고;
도 4는 대체 프로브 선단 실시형태를 통한 단면도이고;
도 5는 다른 대체 프로브 선단 배열을 통한 단면도이고;
도 6은 프로브 선단의 또 다른 실시형태를 통한 단면도이고;
도 7은 본 발명과 함께 사용될 수 있는 동축 플라즈마 애플리케이터(프로브 선단)를 통한 길이방향 단면도이고;
도 8은 본 발명과 함께 사용될 수 있는 도파관 플라즈마 애플리케이터(프로브 선단)를 통한 길이방향 단면도이고;
도 9는 본 발명과 함께 사용될 수 있는 통합형 마이크로파 케이블 조립체 및 플라즈마 애플리케이터 프로브 선단을 통한 길이방향 단면도이고;
도 10은 본 발명과 함께 사용될 수 있는 다른 동축 플라즈마 애플리케이터(프로브 선단)를 통한 길이방향 단면도이고;
도 11은 본 발명과 함께 사용될 수 있는 다른 동축 플라즈마 애플리케이터(프로브 선단)를 통한 길이방향 단면도이고;
도 12는 본 발명과 함께 사용될 수 있는 다른 세장형 기구(290)를 통한 길이방향 단면도이고;
도 13은 본 발명과 함께 사용될 수 있는 다른 프로브 선단을 통한 길이방향 단면도이고;
도 14는 본 발명과 함께 사용될 수 있는 인출 디바이스를 통한 길이방향 단면도이고;
도 15는 도 14의 인출 디바이스 내의 구동 구성요소를 통한 측방향 단면도이고;
도 16은 본 발명과 함께 사용될 수 있는 다른 인출 디바이스를 통한 길이방향 단면도이고;
도 17A 내지 도 17C는 스코핑 디바이스의 기구 채널을 살균하기 위해 사용되는 살균 장치를 나타내고;
도 18은 본 발명과 함께 사용될 수 있는 프로브 선단의 개략도이고;
도 19는 도 18의 프로브 선단의 단부면도(end view)이다.
도 1A는 본 발명의 제1 양태에 따른 살균 장치(10)를 나타낸다. 살균 장치는 동축 케이블(12) 및 원위 단부에서 프로브 선단(14)을 갖는 세장형 프로브를 포함한다. 발전기(30)가 그의 근위 단부에서 동축 케이블에 연결된다. 또한, 가스 공급부(40)가 동축 케이블(12) 내의 가스 도관(미도시)을 통해 프로브 선단(14)에 가스를 공급하기 위해 연결된다. 인출 디바이스(20)는, 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 스코핑 디바이스(50)의 삽입 튜브(52)를 통해 이동하는 기구 채널로부터 세장형 프로브를 인출하기 위해 동축 케이블(12) 상에 위치된다.
도 1B는 사용중인 살균 장치(10)를 나타낸다. 세장형 프로브는 삽입 튜브(52)의 기구 채널 내에 있고, 인출 디바이스(20)는 스코핑 디바이스(50)의 핸들에 부착된다. 인출 디바이스(20)는 화살표(18)로 표시된 방향으로 소정의 속도로 삽입 튜브(52)의 기구 채널로부터 동축 케이블(12)을 인출하도록 스위치 온된다. 인출 디바이스(20)가 기구 채널을 통해 동축 케이블(12) 및 프로브 선단(미도시)을 인출하는 동안, 발전기(30)는 프로브 선단이 기구 채널을 살균하도록 RF 및/또는 마이크로파 주파수 EM 에너지를 프로브 선단에 공급하고 있다. 가스 공급부(40)는, RF 및/또는 마이크로파 EM 에너지가 프로브 선단에서 비열 플라즈마를 생성하여 삽입 튜브(52)의 기구 채널 내의 미생물을 말살 또는 제거하는 데 사용될 수 있도록 가스 도관을 통해 프로브 선단에 가스를 공급한다.
도 2는 대체 인출 디바이스(20)를 갖는 살균 장치를 나타낸다. 이 배열에서, 인출 디바이스는, 동축 케이블(12)이 스코핑 디바이스(50)의 기구 채널로부터 인출될 때에 동축 케이블(12)이 감기는 드럼(22)을 추가로 포함한다. 발전기(30)는 연결 와이어(32) 및 인출 디바이스(20)의 하우징 상의 적합한 플러그를 통해 RF 및/또는 마이크로파 EM 에너지를 동축 케이블(12)에 공급한다. 마찬가지로, 가스 공급부(40)로부터의 가스는 연결 튜브(42)를 통해 가스 도관으로 전달된다. 인출 디바이스(20)는 이하에서 더 상세하게 논의된다.
도 3A는 동축 케이블(12)의 채널(130) 내에 카테터(110) 및 프로브 선단(14)이 삽입되어 있는, 프로브 선단(14) 및 층 구조의 동축 케이블(12)을 나타내는 세장형 프로브의 원위 단부를 통한 단면도이다.
도 3B에 단독으로 나타내는 프로브 선단(14)은 기구 채널의 살균에 사용되지만, 또한 전기수술에 사용하기에 적합할 수도 있다. 특히, 도 3A 및 도 3B에 나타낸 프로브 선단(14)은 절제 기구로서 사용하도록 구성된다.
프로브 선단(14)은 카테터(110)의 원위 단부에 부착된 연결 칼라(152), 연결 칼라(152)로부터 원위로 연장되는 연장 슬리브(154), 및 연장 슬리브(154)의 원위 단부에 연결된 살균 기구를 포함한다. 살균 기구는 2개의 전극을 형성하기 위해 상면(146) 및 하면(148) 상에 전도성 코팅(미도시)을 갖는 한 피스의 강성 유전체(144), 및 하면(148) 아래에 형성된 매끄러운 테이퍼링 유전체(150)로부터 형성된다. 연결 칼라(152)는, 외면이 채널(130)을 획정하는 표면(즉, 벽(134)의 내면)과 물리적으로 접촉하도록 동축 케이블의 채널(130)에 꼭 끼워 맞추도록 선택된 직경을 갖는 짧은 강성 원통부를 포함한다. 연결 칼라(152)는 카테터(110)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 한 쌍의 컨택트(156, 158)가 연결 칼라(152)의 외면 상에 형성된다. 컨택트(156, 158)는 외면의 전부 또는 일부 주위로 연장될 수 있다. 이 실시형태에서, 후방(즉, 근위) 컨택트(156)는 층 구조의 동축 케이블(12)의 내부 전도층(140)에 전기적으로 연결되도록 배열되고, 전방(즉, 원위) 환형 컨택트(158)는 층 구조의 동축 케이블(12)의 외부 전도층(136)에 전기적으로 연결되도록 배열된다.
이들 전기 연결을 달성하기 위해서, 동축 케이블(12)은, 도 3C에 나타낸 바와 같이, 채널(130)의 원위 단부에서 최내층(142)을 통해 돌출하는 한 쌍의 길이방향으로 이격된 단자(160, 162)를 갖는다. 단자(160, 162)는 채널(130)의 내면의 전부 또는 일부 주위로 연장될 수 있다. 이 실시형태에서, 후방(즉, 근위) 단자(160)는 내부 전도층(140)의 원위 단부로부터 최내층(142)을 통해 연장되고, 전방(즉, 원위) 단자(162)는 외부 전도층(136)의 원위 단부로부터 유전층(138) 및 최내층(142) 양쪽 모두를 통해 연장된다. 외부 전도층(136)은 내부 전도층(140)의 원위 단부를 넘어서 길이방향으로 연장된다. 따라서, 내부 전도층(140)은 후방 단자(160)에서 종단되고, 즉 전방 단자(162) 전에 내부 전도층(140)의 원위 단부를 넘어서 배치된 갭(164)(예를 들어, 에어 갭 또는 다른 절연 재료)이 존재한다.
전도성 로드(166)는 후방 컨택트(156)로부터 연장 슬리브(154)를 통해 연장되어 한 피스의 강성 유전체(144)의 상면(146) 상에 전도성 코팅을 위한 전기 연결을 제공한다. 따라서, 상면(146)은 동축 케이블(14)의 내부 전도층(140)에 전기적으로 연결된다. 마찬가지로, 전도성 로드(168)는 전방 컨택트(158)로부터 연장 슬리브(154)를 통해 연장되어 한 피스의 강성 유전체(144)의 하면(148) 상에 전도성 코팅을 위한 전기 연결을 제공한다. 따라서, 하면(148)은 동축 케이블(12)의 외부 전도층(136)에 전기적으로 연결된다.
연장 슬리브(154)는 전도성 로드(166, 168)를 보호하고 전기적으로 절연하기 위한 유전체 재료의 강성 튜브일 수 있다. 연장 슬리브(154)는 연장 슬리브(154)에 의해 전달되는 마이크로파 에너지의 파장의 절반에 대응하는 전기 길이를 가질 수 있다. 전도성 로드(166, 168)는, 특히 이들이 서로 근접한 경우에, 항복을 방지하기 위해 유전체, 예를 들어 접착제, 플라스틱 또는 일부 다른 절연체에 의해 별개로 둘러싸일 수 있다(예를 들어, 코팅되거나 달리 피복될 수 있다).
연결 칼라(152)의 원위 단부는 채널(130)의 원위 단부에 형성된 정지 플랜지(170)에 접경할 수 있다. 따라서, 프로브 선단(14)은, 예를 들어 카테터(110) 상에 가압력을 유지함으로써 컨택트(156, 158)와 단자(160, 162) 사이의 전기 연결로 제자리에 고정될 수 있다. 이 실시형태에서는 연결 칼라(152)가 전기 연결 및 물리 정지의 이중 기능을 수행하지만, 이들 기능은 별도의 특징에 의해 수행될 수 있으며, 이 경우에 연결 칼라(152)는 채널(130) 내에서 더욱 후방에 배치될 수 있고, 연장 슬리브(154)는 더 길 수 있다.
재료가 채널 내로 후방으로 빠져나가는 것을 방지하기 위해서, 시일(172)이 채널(130)로의 입구 위에 형성될 수 있다.
카테터(110)는 가스 도관 또는 제어 라인(178)을 프로브 선단(14)으로 전달하기 위한 중공형 튜브일 수 있다. 이 실시형태에서, 가스 도관은 플라즈마 살균을 위한 아르곤 또는 다른 가스를 전달하기 위해 프로브 선단의 원위 단부까지 바로 연장된다. 가스 도관(178)은 또한 전기수술을 수행하기 위해 식염수와 같은 유체를 프로브 선단(14)으로 전달하기에 적합할 수 있다.
도 4는 도 3A 내지 도 3C와 관련하여 전술한 층 구조의 동축 케이블(12)과 함께 사용될 수 있는 프로브 선단(14)의 다른 실시형태를 나타낸다. 프로브 선단(14)은 최내층(142) 및 내부 전도층(140)의 연장부를 포함한다. 이 실시형태에서, 최내층(142)은 PTFE 튜브이다. 내부 전도층은 프로브 선단(14)의 제1 전극으로서 작용한다. 프로브 선단(14)은 또한 제1 전극(140) 위에 배치되는 유전체 재료(182), 및 유전체 재료(182) 위의 제2 전극(180)을 포함한다 유전체(182)는 MACOR 실린더이고, 제2 전극(180)은 얇은 벽 구리 튜브로 형성된다. 제2 전극(180)은 동축 케이블(12)을 덮는 슬리브(184)의 원위 단부를 넘어서 연장되는 외부 전도층(136)에 전기적으로 연결된다. 가스는 채널(130)을 통해 프로브 선단(14)의 원위 단부에 공급될 수 있고, 채널은 세장형 기구를 통해 예를 들어 가스 캐니스터로부터 가스가 공급될 수 있는 그의 근위 단부까지 연장된다. 프로브 선단(14)은 2.5mm의 외부 직경을 갖고, 유전층(182)은 0.325mm의 벽 두께를 갖고, 채널(130)은 1mm의 직경을 갖는다.
도 5는 도 3A 내지 도 3C와 관련하여 전술한 층 구조의 동축 케이블(12)과 함께 사용될 수 있는 대체 프로브 선단(14)을 나타낸다. 프로브 선단(14)은, 최내층(142) 내에 삽입된 튜브 구조체이고 채널(130)의 일부를 획정하는 제1 전극(186)을 포함한다. 최내층(142)은 PTFE 튜브일 수 있다. 유전층(182)은 제1 전극(186) 위에 제공된다. 도 4에 나타낸 실시형태와 마찬가지로, 제2 도체(180)는 외부 전도층(136)에 연결된 얇은 벽 구리 실린더이다. 제1 전극(186)은 유전체 재료(182)와 최내층(142) 사이에 파지되는 금속 링(188)을 통해 내부 전도층(140)에 연결된다. 프로브 선단(14)의 외부 직경은 2.5mm이고, 채널(130)은 0.8mm의 직경을 갖고, 유전체(182)는 0.65mm의 벽 두께를 갖는다. 감소된 채널(130) 직경 및 증가된 유전체(182) 두께는 프로브 선단(14)의 임피던스를 증가시켜, 더 낮은 유전율 재료가 유전층(182)에 사용될 수 있게 한다.
본 명세서에서 논의된 다른 프로브 선단 실시형태는 또한 '종래의' 동축 케이블; 즉 전술한 층상 구조를 갖지 않는 동축 케이블과 함께 사용될 수 있다.
도 6은 세장형 기구의 원위 단부에서 플라즈마를 발생시키기에 적합한 프로브 선단을 통한 단면도를 나타낸다. 나타낸 선단은 또한 전기수술 기구로서 사용될 수 있다. 세장형 기구(500)는 원통형이고, 스코핑 디바이스, 예를 들어 내시경의 기구 채널에 끼워 맞추도록 크기가 정해진다. 기구는, 내부 도체(504) 및 유전체 재료(508)에 의해 내부 도체(504)로부터 분리된 외부 도체(506)를 갖는 동축 케이블(502)을 포함한다. 외부 도체(506)는 동축 케이블(502)의 외면에서 노출된다. 동축 케이블(502)의 원위 단부에서, 내부 도체(504)는 외부 도체(506)를 넘어서 연장되고, 예를 들어 PEEK 등으로 이루어진 유전체 캡(510)에 의해 둘러싸여 있다. 캡(510)은 동축 케이블(502)과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 실린더이다. 캡(510)의 원위 단부는 둥근, 예를 들어 반구형 돔을 형성한다. 내부 도체(504)는 캡(510)의 단부를 넘어서 돌출하는 둥근 선단(512)에서 그의 원위 단부에서 종단된다. 동축 케이블(502)은, 바람직하게는 강도를 부여하기 위한 내부 브레이드(미도시)를 포함하는 슬리브(514) 내에 장착된다. 슬리브는 스코핑 디바이스의 기구 채널 내에 끼워 맞추도록 치수가 정해진다. 슬리브(514)의 내면과 동축 케이블(502)의 외면(즉, 노출된 외부 도체) 사이에는 환형 갭(516)이 있고, 이는 슬리브(514)의 근위 단부에서 도입된 가스를 원위 단부로 전달하기 위한 가스 도관을 형성한다. 전도성 단자 튜브(518)가 슬리브(514)의 원위 단부에 장착된다. 예를 들어, 전도성 단자 튜브(518)는 슬리브(514)에 용접될 수 있다.
도 6에 나타낸 구성에서, 내부 도체(504)의 둥근 선단(512)은 제1 전극을 형성하고, 전도성 단자 튜브(518)는 제2 전극을 형성한다. 환형 갭(516)으로부터 흐르는 가스에서 플라즈마를 스트라이킹하기 위한 전계는 동축 케이블에 적합한 에너지(예를 들어, RF 및/또는 마이크로파 주파수 에너지)를 인가함으로써 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성된다. 전도성 단자 튜브(518)는 전도성 단자 튜브(518)의 내면 상의 복수의 반경방향으로 돌출하는 범프(520)에 의해 동축 케이블(502)의 외부 도체(506)에 전기적으로 연결된다. 전도성 단자 튜브(518)의 내주 주위에 서로로부터 이격된 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 범프(520)가 있을 수 있다. 이 방식으로 범프를 이격하는 것은 가스가 통과할 수 있게 한다. 절연성 라이너(522)는 그의 원위 길이를 따라 전도성 단자 튜브(518)의 내면 주위에 장착된다. 절연성 라이너(522)는 폴리이미드 등으로 이루어질 수 있다. 라이너(522)의 목적은 인가된 RF 및/또는 마이크로파 주파수 에너지가 플라즈마를 스트라이킹하기 위한 고전압을 갖는 전계를 초래하도록 제1 전극과 제2 전극 사이에 적합한 유전체 장벽을 제공하는 것이다. 라이너(522)와 캡(510) 사이에는 가스가 통과할 수 있도록 작은 갭이 있다.
도 7은 본 발명과 함께 사용될 수 있는 동축 플라즈마 애플리케이터(프로브 선단)를 통한 길이방향 단면도이다. 플라즈마 살균 장치는 이 유형의 구조체와 함께 사용하는 것으로 한정될 필요는 없다. 실제로 이 예는 애플리케이터에서 플라즈마의 생성시 전압 트랜스포머(또는 임피던스 트랜스포머)를 사용하는 것의 배경이 되는 이론을 설명하기 위해 제공된다. 실제로, 특히 임피던스 조정기가 존재하는 경우, 전압 트랜스포머 없이 플라즈마를 발생시키는 것이 가능할 수 있다. 도 7에 나타낸 플라즈마 애플리케이터(300)는 3개의 1/4파 임피던스 트랜스포머를 포함하는 동축 구조체이고, 여기서 중심 도체의 직경은 상이한 특성 임피던스를 갖는 3개의 섹션을 생성하도록 변화된다. 임피던스는 구조체의 원위 단부에서의 전압이 구조체의 근위(발전기) 단부에서의 전압보다 훨씬 높도록 선택된다.
각 섹션의 물리 길이가 1/4 전기 파장의 홀수배와 같은 경우, 즉
Figure pct00001
여기서 L은 미터 단위의 길이이고, n 은 정수이며, λ는 미터 단위의 관심 주파수에서의 파장이고, 그러면 다음의 식이 적용되며
Figure pct00002
,
여기서 Z 0 은 옴 단위의 동축 라인의 특성 임피던스이고, Z L 은 옴 단위의 원위 단부에서 보이는 부하 임피던스이며, Z S 는 옴 단위의 근위 단부에서 보이는 소스 임피던스이다. 이 식의 대수 조작에 의해, 부하 임피던스는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00003
.
따라서, 트랜스포머 섹션의 특성 임피던스가 높고 소스 임피던스가 낮은 경우에는, 부하 임피던스는 매우 높은 값으로 변환될 수 있음을 알 수 있다. 안테나의 발전기 단부에서의 전력 레벨은 이론적으로 부하 단부에서의 것과 동일해야 하므로, 다음과 같이 제시될 수 있고
Figure pct00004
,
이는 원위 단부에서의 전압이
Figure pct00005
로서 표현될 수 있음을 의미한다. 따라서, Z L 이 가능한 한 크게 이루어질 수 있은 경우에는, 안테나 구조체의 원위 단부에서의 전압 값 V L 도 매우 클 것이고, 이는 전계도 높을 것임을 의미한다는 것을 알 수 있다. 플라즈마를 스트라이킹하기 위해 고전계를 설정해야 할 필요가 있으므로, 이 구조체가 플라즈마를 스트라이킹하기 위한 정확한 조건을 설정하는 데 사용될 수 있음을 알 수 있다.
도 7에 나타낸 구조체를 고려하면, 마이크로파 발전기(3000)는 소스 임피던스(Z S )(308)를 갖는 것으로 개략적으로 표시된다. 발전기(3000)로부터의 전력은 마이크로파 커넥터(340)를 사용하여 동축 케이블(미도시)을 통해 애플리케이터(300)로 유입된다. 커넥터 (340)는, 바람직한 동작 주파수에서 동작할 수 있고 발전기(3000)의 출력에서 이용 가능한 전력 레벨을 처리할 수 있는 임의의 마이크로파 커넥터일 수 있고, 예를 들어 N형 또는 SMA형 커넥터가 사용될 수 있다. 마이크로파 커넥터(340)는 후술하는 안테나 구조체를 포함하는 플라즈마 발생 영역 내로 마이크로파 전력을 발사하는 데 사용된다.
안테나 구조체의 제1 스테이지는 외부 직경(b)을 갖는 중심 내부 도체(제1 전극) 및 내부 직경(a)을 갖는 외부 도체(제2 전극)로 구성되는 50Ω 동축 섹션이다. 제1 섹션 내에 수용되는 내부 도체와 외부 도체 사이의 공간은 여기서 PTFE로 라벨링된 유전체 재료(342)로 충전된다. 안테나의 제1 섹션의 특성 임피던스는 여기서 발전기의 것과 동일한 것, 즉 50Ω으로 나타내며, 다음과 같이 설명될 수 있고
Figure pct00006
,
여기서
Figure pct00007
은 충전재의 비유전율이고, Z0는 제1 섹션의 특성 임피던스이며, Zs는 소스 임피던스(또는 발전기 임피던스)이다. 제2 섹션은 특성 임피던스(Z 01 )가 제1 섹션의 것보다 높고 다음을 사용하여 계산될 수 있는 제1 1/4파 임피던스 트랜스포머(311)이고
Figure pct00008
,
여기서 c는 외부 도체(312)의 내부 직경이다. 제2 섹션이 공기(또는 적어도 가스 공급부(470)로부터의 가스)로 충전되므로, 비유전율(
Figure pct00009
)은 유니티(unity)와 동일하고, 따라서 제곱근 항은 동축 전송 라인의 임피던스를 나타내는 식으로부터 사라진다. 제2 섹션의 임피던스의 실제 실시예는 b = 1.63mm 및 c = 13.4mm일 수 있다. 이러한 치수에 의해, Z 01 은 126.258Ω일 것이다.
제3 섹션은, 특성 임피던스(Z02)가 제1 섹션 및 제2 섹션의 것보다 낮은 제2 1/4파 임피던스 트랜스포머(310)이고, 다음을 사용하여 계산될 수 있고
Figure pct00010
,
여기서 d는 내부 도체의 외부 직경이다. 2개의 임피던스 사이의 접합부에서 발생하는 부정합을 최소화하기 위해서, 단계를 고임피던스 조건으로부터 저임피던스 조건으로 보다 점진적으로 하기 위해 중심 도체의 입력 및 출력 단부를 테이퍼 형상으로 하는 것이 바람직하다. 테이퍼에 적합한 각도는 45°이다. 제3 섹션에 대한 임피던스의 실제 실시예는 d = 7.89mm 및 c = 13.4mm일 수 있다. 이러한 치수에 의해, Z 02 는 31.744Ω일 것이다.
제4 섹션은 최종 섹션이고, 특성 임피던스(Z03)가 제3 섹션의 것보다 높고 다음을 사용하여 계산될 수 있는 제3 1/4파 임피던스 트랜스포머(320)로 구성되며
Figure pct00011
,
여기서 e는 내부 도체의 외부 직경이다. 이 지점에서 생성된 전계의 크기를 최대화하기 위해 내부 도체의 원위 단부가 예리하고 뾰족한 것이 바람직하다. 제4 섹션에 대한 특성 임피던스의 실제 실시예는 e = 1.06mm 및 c = 13.4mm일 수 있다. 이러한 치수에 의해, Z 03 은 152.048Ω일 것이다.
도 7에 나타낸 바와 같이 3개의 1/4파 트랜스포머를 사용하는 배열의 경우, 안테나의 원위 단부에서 보이는 부하 임피던스(Z L )는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00012
.
3개의 트랜스포머에 대해 상기에서 계산된 특성 임피던스의 값을 사용하면, Z L 은 7,314.5Ω일 것이다. 입력 전력이 300W인 경우에는, 출력 전압이
Figure pct00013
일 것이다. 따라서, 이 구조체의 단부에서 발생된 전계는
Figure pct00014
일 것이다. 이 큰 전계는 다수의 가스 및 가스 혼합물 중 어느 하나를 사용하여 플라즈마가 설정될 수 있게 한다.
내부 도체는 직경이 근위 단부로부터 원위 단부로 b로부터 d 내지 e로 변하는 단일 도체일 수 있다. 외부 도체는 3개의 임피던스 트랜스포머 섹션의 길이에 대해 동일한 내부 직경 c를 갖고, 제1 섹션에서 a로 감소된다. 내부 및 외부 도체에 사용되는 재료는 높은 값의 전도율을 갖는 임의의 재료 또는 복합물일 수 있고, 예를 들어 구리, 황동, 알루미늄, 또는 은 코팅된 스테인레스 스틸이 사용될 수 있다.
가스 또는 가스의 혼합물은 가스 도관(470)을 통해 구조체 내로 공급되고, 가스는 플라즈마 애플리케이터의 내부(플라즈마 발생 영역)를 충전한다. 애플리케이터는 스코핑 디바이스의 기구 채널 내에 끼워 맞추도록 치수가 정해진다.
도 8은 플라즈마를 발생시키기 위한 필드를 생성하기 위해 도파관 공동이 사용되는 플라즈마 애플리케이터 프로브 선단(300)을 나타낸다. 이 특정 실시형태에서, H-필드 루프(302)는 마이크로파 에너지를 마이크로파 발전기로부터 도파관 안테나로 전달하는 데 사용되며, 가스 혼합물은 가스 도관(470)에 연결되는 가스 공급부(471)를 통해 구조체 내로 도입된다. H-필드 루프가 관심 또는 동작 주파수에서 파장의 절반과 동일한 물리 길이를 갖고, 상기 루프의 원위 단부가 외부 도체의 내벽에 연결되는 것이 바람직할 수 있다. 연결은 용접 또는 납땜 조인트를 사용하여 이루어질 수 있다. H-필드 루프는 제1 전극 및 도파관 안테나가 제2 전극인 것으로 간주될 수 있다.
도 8에는 도시되어 있지 않지만, 애플리케이터의 원위 단부에서 고전계를 발생시키기 위해 임피던스 트랜스포머가 도파관 실시형태에 도입될 수도 있다. 다시 말해, 도파관 안테나는 관심 주파수에서 1/4 부하 또는 무부하 파장의 홀수배와 동일한 길이, 즉
Figure pct00015
를 갖는 복수의 섹션을 포함할 수 있다. 도파관의 치수(길이, 폭, 또는 직경)를 감소시키기 위해서, 도파관은 유전체, 자성 또는 복합 재료로 충전될 수 있고, 여기서 파장은 비유전율의 제곱근의 역함수, 비유전율, 또는 2개의 곱에 의해 감소된다. 다수의 임피던스 트랜스포머가 트랜스포머를 형성하는 하나 또는 복수의 섹션을 로딩함으로써 도입될 수 있다. 도파관 구조체에 유전체 또는 자성 재료(또는 2개의 조합)가 로딩되는 경우에, 로딩 재료는 가스 또는 가스 혼합물이 도파관 섹션 내측으로 흐를 수 있도록 다공성이거나 그 안에 천공된 복수의 구멍을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
도파관의 임피던스를 변경하여 구조체 내에서 원하는 1/4 파장 변환을 생성하기 위해서는, 구조체의 기하학적 구조를 조정하거나 로딩 재료를 변경하는 것이 필요하다. 직사각형 도파관의 경우, 도파관 공동의 특성 임피던스는 다음과 같이 표현될 수 있고
Figure pct00016
,
여기서,
Figure pct00017
는
Figure pct00018
이고, b는 도파관의 높이(또는 짧은 벽의 길이)이며, a는 도파관의 폭(또는 긴 벽의 길이)이고, μ r 은 자성 로딩 재료의 비유전율이며, ε r 은 유전체 로딩 재료의 비유전율이고, f c 는 도파관의 차단 주파수이며, f는 동작 주파수이다.
도 8에서는, 추가 재료(360)가 도파관의 원위 단부에 추가된다. 추가 재료(360)는 안테나 구조체의 원위 단부에서 전계를 증가시키는 데 사용되는 석영 튜브일 수 있다.
도 9는 통합형 마이크로파 케이블 조립체 및 플라즈마 애플리케이터를 포함하는 프로브 선단의 상세도를 제공한다. 이 배열에서, 통합형 가스 및 마이크로파 케이블 조립체는 2개의 튜브를 사용하여 형성된 동축 배열을 포함한다. 제1 튜브(314)는 가요성 유전체 재료로 이루어진 비교적 두꺼운 벽의 튜브이고, 그의 내벽 및 외벽(318, 319) 모두에 금속층(예를 들어, 고유전율의, 예를 들어 은, 구리 또는 금으로 이루어진 금속화 층)으로 코팅된다. 제2 튜브(313)는 가요성 재료로 이루어진 비교적 얇은 벽의 튜브이다. 제1 튜브(314)는, 금속 또는 유전체 재료로 이루어질 수 있고 제1 튜브의 외벽(318)과 제2 튜브(313)의 내벽 사이에 형성된 채널 내에서 채널을 따라 가스가 흐를 수 있게 해야 하는 스페이서(312)를 사용하여 제2 튜브(313) 내측에서 부유된다. 플라즈마 애플리케이터는 2개의 임피던스 트랜스포머(310, 320), 제1 튜브 (314)의 중심 채널로부터 애플리케이터로의 가스 도관(315), 및 제1 튜브의 외벽과 제2 튜브의 내벽 사이에 형성된 채널을 따른 애플리케이터로부터의 가스 추출 통로(316)를 포함한다. 애플리케이터 내로 가스를 공급하는 데 사용되는 내부 채널의 제 1 섹션(321)은 마이크로파 커넥터(340) 내의 중심 핀이 새로운 마이크로파 케이블 조립체에 전기적으로 연결될 수 있도록 중실형이다. 입력 마이크로파 커넥터는 관심 주파수에서 600W CW까지 마이크로파 전력을 전달하기에 적합한 임의의 커넥터일 수 있고, 예를 들어 SMA 또는 N형 커넥터가 사용될 수 있다. 마이크로파 전력은 발전기로부터 커넥터(340)로 전달된다.
동축 마이크로파 케이블 어셈블리를 형성하는 데 사용되는 내부 도체(319)의 중심(311)은, 관심 주파수에서 생성된 마이크로파 필드가 케이블 또는 도파관을 따라 효율적으로 전파될 수 있도록 소량의 벽 두께만을 필요로 한다는 사실로 인해 중공형이고, 이에 따라 내부 도체(319)의 중심부(311)는 마이크로파 필드에 투과성일 수 있다. 유사한 기준이 외부 도체(318)의 두께에 적용되고, 즉 도파 채널을 따른 마이크로파 필드 또는 파동 전파에서 중요한 부분을 담당하는 것은 제1 튜브(314)의 외면상의 얇은 층(318)뿐이다. 제1 튜브(314)는 바람직하게는 구조체를 따른 전력 손실(삽입 손실)이 최소화되도록 하기 위해서 저손실 유전체 재료, 예를 들어 저밀도 PTFE로 이루어져야 한다. 통합형 애플리케이터 또는 안테나는 제2 튜브(313) 내부에 형성되고 케이블 조립체의 일체형 부분을 형성하여, 예를 들어 내시경의 기구 채널을 통한 디바이스의 삽입을 돕는다. 도 9에 나타낸 플라즈마 애플리케이터는 2개의 1/4파 임피던스 트랜스포머 섹션(310, 320)으로 구성된다. 제1 섹션은 임피던스가 전술한 바와 같이 내부 도체의 직경(g)과 외부 도체의 직경(ι)의 비에 의해 결정되는 저임피던스 섹션이다. 외부 도체는 마이크로파 에너지를 발전기로부터 애플리케이터로 전달하는 데 사용되는 통합형 마이크로파 케이블 조립체 내의 외부 도체(318)의 연장부일 수 있다. 채널(311) 내로부터의 가스는 내부 도체(311) 내에 형성된 구멍, 홈 또는 채널을 통해 애플리케이터 내로 공급된다. 제2 트랜스포머 섹션은 임피던스가 내부 도체(h)의 직경과 외부 도체(I)의 직경의 비에 의해 결정되는 고임피던스 섹션이다. 내부 도체를 형성하는 데 사용되는 재료는 물리 형태 또는 특성의 변화없이 고온에 견딜 수 있는 재료, 예를 들어 텅스텐일 수 있다.
석영 튜브(319)는 내부 도체와 외부 도체 사이의 애플리케이터의 원위 단부에 배치된다. 석영 튜브는 아크 발생의 가능성을 줄이고 플라즈마 발생 영역에서 플라즈마 스트라이킹을 촉진한다. 여기서, 플라즈마 플룸(1000)은 중심 채널(311)로부터의 가스의 흐름에 의해 애플리케이터의 개방 단부 밖으로 유도된다. 석영 튜브와 외부 도체 사이의 환형 갭은 외부 채널(316)로 이어진다. 이 채널은 살균 부위로부터 과잉 또는 잔류 가스를 추출하기 위한 펌프에 연결될 수 있다.
도 10 및 도 11은 기구 채널의 살균을 수행하는 것 외에도 생물조직을 절단, 응고, 절제 및 살균하는 데 사용될 수 있는 2개의 세장형 기구 구조체(250, 252)를 나타낸다. 이들 구조체의 전체 직경은 1mm 미만 내지 5mm 초과의 범위일 수 있다. 양쪽의 경우에, 기구 구조체(250, 252)는 발전기(미도시)로부터 마이크로파 주파수 에너지 및 RF 에너지를 수신하기 위해 근위 단부에 커넥터(256)를 갖는 동축 케이블(254)을 포함한다. 동축 케이블(254)은, 저밀도 PTFE, Gortex® 등과 같은 미소공성 재료일 수 있는, 적절한 저손실 유전체 재료(262)에 의해 외부 도체(260)로부터 분리되고 그와 동축인 내부 도체(258)를 갖는다.
이 실시형태에서, 내부 도체(258)의 원위부는 중공형으로 되어 기구 선단(266, 268)을 향하여 연장되는 도관(264)을 형성한다. 마이크로파 주파수에서 발생하는 도체의 표피 효과를 이용함으로써 내부 도체(258)를 중공형으로 만들 수 있다.
전도성 재료가 EM 필드에 노출될 때, 이동 전하에 의해 야기되는 전류 밀도를 받는다. 금, 은 및 구리와 같은 양호한 도체는, 자유 전하의 밀도가 무시될 수 있고 전도 전류가 전도율을 통해 전계에 비례하며, 변위 전류가 전도 전류에 대하여 무시될 수 있는 것이다. 이러한 도체 내측의 EM 필드의 전파는 확산 방정식에 의해 지배되며, 이 경우에 맥스웰 방정식은 감소한다. 전도 전류가 변위 전류에 대하여 큰 경우, 양호한 도체에 주로 적용되는 확산 방정식을 풀면, 필드의 진폭은 재료 내측에서 기하급수적으로 감쇠하는 것을 알 수 있고, 여기서 감쇠 파라미터(δ)는 다음의 식을 사용하여 기술된다:
Figure pct00019
,
여기서 δ는 표피 깊이로 알려져 있고, 필드가 계면에서 갖는 값의 1/e(약 37%)로 감소되는 재료 내의 거리와 동일하며, σ는 재료의 전도율이고, μ는 재료의 투과성이며, ω는 라디안 주파수 또는 2Πf이다(여기서, f는 주파수이다). 이것으로부터, 마이크로파 에너지의 주파수가 이 주파수의 제곱근에 반비례함에 따라 증가할 때에 표피 깊이가 감소함을 알 수 있다. 또한, 표피 깊이는 전도율이 증가할 때에도 감소하고, 즉 표피 깊이는 다른 전도성이 낮은 재료보다 양호한 도체에서 더 작다.
도 10 및 도 11에 나타낸 구조체를 구현하기 위한 관심있는 마이크로파 주파수 및 관심있는 재료의 경우, 표피 깊이는 약 1μm이므로, 여기서 설명된 기구의 구성에 사용되는 내부 도체/제1 전극 (258)은 마이크로파 필드의 대부분이 전파될 수 있도록 단지 약 5μm의 벽 두께를 필요로 한다. 이것은 구조체를 따라 전파하는 EM파에 어떠한 변화도 일으키지 않고 중공형 중심 도체가 사용될 수 있음을 의미한다.
유체 공급 입구(270)는 외부 유체(가스 및/또는 액체) 공급이 도관(264)과 연통할 수 있게 하여 유체를 프로브 선단(266, 268)으로 전달하도록 동축 급전 케이블(254)의 측면을 통해 형성된다. 바람직하게는, 유체 공급은 동축 전송 라인 구조체에서 설정된 전자계에 영향을 미치지 않는다. EM 필드가 영향을 받지 않는 최적의 공급 지점을 결정하기 위해 EM 모델링이 수행된다.
도 10은 플라즈마를 전달하기 위한 프로브 선단을 통한 길이방향 단면도이고, 프로브 선단은 동축 구조체를 갖는다. 도 10에서, 프로브 선단(266)은 도관으로부터의 출구(272)를 포함하고, 이 출구는 유전체 재료(262)가 제거되어 플라즈마 발생 영역(274)을 형성할 수 있는 프로브 선단(266)의 내부로 가스가 진입할 수 있게 한다. 이 특정 배열에서, 출구(272)는 플라즈마 발생 영역(274) 내의 내부 도체/제1 전극(258) 상에 복수의 슬롯을 포함한다. 플라즈마 발생 영역(274)에서, 마이크로파 주파수 EM 에너지 및/또는 RF 필드에 의해 설정된 전계는 가스를 이온화하여 동일한 영역에서 플라즈마를 생성한다. 플라즈마는 열적 또는 비열적일 수 있고, 스코핑 디바이스의 기구 채널을 살균하며, 조직을 살균하고, RF 전류에 대한 국부 귀한 경로를 제공하며, 표면 응고를 생성하고 및/또는 조직 절단을 보조하는 데 사용될 수 있다. 플라즈마는, 처음에 플라즈마를 스트라이킹하는 데 필요한 전압을 제공하기 위해 RF 주파수에서의 에너지를 사용한 다음에 플라즈마가 지속될 수 있도록 마이크로파 주파수에서의 에너지를 사용함으로써 공동 내에 형성될 수 있다. 내부 도체의 외면과 외부 도체의 내면 사이의 거리가 매우 작은 경우, 즉 1mm 미만인 경우, 마이크로파 필드가 플라즈마를 스트라이킹하고 지속하는 데 사용될 수 있다. 마찬가지로, 살균을 위한 비열 플라즈마 및 표면 절제 및/또는 조직 절단을 위한 열 플라즈마 양쪽 모두를 생성하기 위해 RF 필드를 사용하는 것만이 필요할 수 있다.
프로브 선단(266)의 내부 도체/제1 전극(258)의 원위 단부(276)는 중실의 뾰족한 섹션이며, 이는 작은 직경, 즉 0.5mm 이하의 예리한 바늘의 형태를 취할 수 있고, 조직 절단을 수행할 때에 특히 효과적일 수 있다. 플라즈마 발생 영역(274)의 원위 단부(277)는 플라즈마가 세장형 기구 밖으로 전달될 수 있도록 개방되어 있다.
원위 단부에서 단락되고 근위 단부에서 개방되는 제3 동축 도체를 포함하는 1/4파(또는 그의 홀수배)의 발룬(278)은, 마이크로파 전류가 마이크로파 에너지의 프로파일이 최적화되지 않게 할 수 있는, 외부 도체(260)를 따라 동축 케이블(254)로 역류하는 것을 방지하기 위해 구조체에 연결된다.
공급된 RF EM 에너지 및/또는 마이크로파 EM 에너지의 전력 레벨 및 프로파일과 함께 가스의 조성 및 그의 유량 및 전달 프로파일이 세장형 기구의 플라즈마 발생 영역(274)에 설정되는 플라즈마의 유형을 결정한다.
도 11은 다른 동축 플라즈마 애플리케이터를 통한 길이방향 단면도이다. 도 11의 세장형 기구(252)는, 외부 도체/제2 전극(260)이 프로브 선단(268) 내의 내부 도체/제1 전극(258)의 원위 단부(276)에 더 가깝게 종단하도록 계속되는 것을 제외하고는 도 10에 나타낸 기구와 유사한 프로브 선단 구조를 갖는다. 여기서, 외부 도체(260)는 프로브 선단(268)의 원위 단부에서 뾰족한 원뿔 형태를 취한다. 외부 도체/제2 전극의 기울기는 중실의 뾰족한 섹션의 기울기와 동일한 각도일 수 있다. 이 영역에서 내부 도체(258)를 외부 도체(260)로부터 분리하는 작은 갭(280)을 통해 플라즈마의 제트가 방출될 수 있다.
프로브 선단은, 가스의 초기 이온화 방전 또는 항복이 외부 도체(260)의 원위 단부와 내부 도체(258)의 중실의 뾰족한 섹션 사이에서 발생하도록 배열될 수 있다. 중실의 뾰족한 섹션은 수술 기구로서 사용하기에 바람직한 구조인 원뿔 형상일 수 있다.
도 12는 본 발명에서 사용하기에 적합한 세장형 기구(290)를 도시한다. 나타낸 프로브 선단은 기구 채널 살균 외에도 위장 절차에 적합하다. 세장형 기구(290)는 유전체 재료(262)에 의해 외부 도체(260)로부터 분리되고 그와 동축인 내부 도체(258)를 갖는 동축 케이블(254)을 포함한다. 프로브 선단(292)은 동축 케이블(254)의 원위 단부에 연결된다. 커넥터(256)는 동축 케이블의 근위 단부에 연결되어 발전기로부터 RF EM 에너지 및 마이크로파 주파수 EM 에너지를 수신한다.
프로브 선단(292)은 제1 및 제2 전극을 형성하기 위해 2개의 분리된 금속화 층이 상부에 형성된 단일 피스의 유전체 재료(예를 들어, 저손실 Dynallox® Alumina)이다. 동축 케이블(254)의 내부 도체(258)는 동축 케이블(254)의 원위 단부를 넘어서 프로브 선단(292)의 내부로 연장된다. 그로부터, 내부 도체는 금속화 층 중 하나에 전기적으로 연결된다. 동축 케이블(254)의 외부 도체(260)는 다른 금속화 층에 연결된다. 프로브 선단(292)은, 프로브 선단(292)의 세라믹 본체의 대응하는 노치 내로 고정 탭(296)을 강제하도록 크림핑될 수 있는 슬리브(294)(예를 들어, 스테인레스 스틸)에 의해 동축 케이블(254)에 고정된다. 슬리브(294)의 길이는 프로브 선단(292)의 임피던스를 동축 케이블(254)에 정합시키도록 선택될 수 있고, 즉 이것은 튜닝 스터브로서 작용할 수 있다.
금속화 층은 프로브 선단(292)의 측면 상에 제공된다. 층들은 세라믹에 의해 서로로부터 분리되어 효과적으로 평면형 전송 라인을 형성한다. 이 실시형태에서, 금속화 층은 RF EM 필드를 방출하고자 하는 영역을 제외하고는 프로브 선단의 측면 에지 및 원위 에지로부터 후퇴된다. 도 12는 저부 에지를 따르는 영역을 제외하고는 프로브 선단의 에지로부터 약간 후퇴되는 제1 금속화 층(298)을 개략적으로 나타낸다.
이 실시형태에서, 프로브 선단(292)은 프로브 선단(292)의 에지 중 하나가 안쪽 및 바깥쪽으로 만곡되는, 즉 리세스를 획정하는 후크 형상을 갖는다. 리세스는, 예를 들어 조직을 치료 부위로부터 멀어지게 당기거나, 도려내거나 또는 긁어낼 수 있게 함으로써 조직 제거를 용이하게 하기 위해 실질적으로 근접하게 대향하는 표면을 포함할 수 있다. 제1 금속화 층(298)이 연장되는 저부 에지(RF 절단 영역)를 따르는 영역이 리세스의 내부에 있다.
RF 및 마이크로파 에너지를 전달하기 위해 슬리브(294)로부터 연장되는 프로브 선단(292)의 길이는 3mm와 8mm 사이, 바람직하게는 4mm일 수 있다. 프로브 선단의 폭은 동축 케이블의 직경과 유사할 수 있고, 예를 들어 1.1mm와 1.8mm 사이, 바람직하게는 1.2mm일 수 있다. 프로브 선단(292)의 원위부의 두께는 0.2mm와 0.5mm 사이, 바람직하게는 0.3mm일 수 있다.
기구의 원위 단부의 일반적인 형상은 치료가 수행될 관(예를 들어, 장)의 내부 영역의 것과 상응하는 반경을 갖는 숟가락 또는 스쿠프(scoop)이다. 예를 들어, 나타낸 만곡 배열은 폴립 아래로 들어가서 도려내는 데 적합할 수 있다.
기구는 열 또는 비열 플라즈마의 생성을 위해 프로브 선단에 가스 공급을 제공하기 위한 가스 도관 (미도시)을 포함할 수 있다. 도관은 또한 전기수술 기구로서의 사용 중에 주입 능력을 위해 액체(예를 들어, 식염수)를 공급할 수 있다.
예를 들어, 가스 및/또는 식염수는 도 10 및 도 11에 나타낸 실시형태와 유사한 방식으로 동축 급전 라인의 내부 도체를 따라 도입되어, 프로브 선단(292) 내에 형성된 구멍으로부터 주입 가능할 수 있다. 대안적으로, 별도의 가스 도관이 동축 급전 라인 옆에 장착될 수 있다.
기구 채널 살균 이외에도 전기수술에 적합한 프로브 선단의 대체 실시형태가 도 13에 나타나 있다. 프로브 선단(402)은 상면 및 하면 상에 금속화 층을 갖는 유전체 블록(416)을 포함한다. 동축 케이블(406)의 내부 도체(418)는 동축 케이블(406)의 원위 단부로부터 돌출하고 상부 금속화 층(제1 전극)에 (예를 들어 땜납을 사용하여) 전기적으로 접합된다. 동축 케이블(406)의 외부 도체는 브레이드 종단부(braid termination)(420)에 의해 하부 금속화 층(제2 전극)에 전기적으로 결합된다. 브레이드 종단부(420)는 외부 도체에 전기적으로 접합되는 관형 부분 및 유전체 블록(416) 아래에 끼워 맞춰지고 하부 금속화 층에 전기적으로 연결되는 원위로 연장되는 플레이트 부분을 포함한다.
이 실시형태에서는, 성형된 피스의 유전체 재료(422)가 유전체 블록(416)의 하면에 부착된다. 그것은 하부 금속화 층에 고정될 수 있다. 성형된 피스의 유전체 재료(422)는 그의 하면이 유전체 블록(416)의 에지들 사이의 원의 코드(chord)를 나타내도록 만곡되어 있다. 길이방향으로, 성형된 피스의 유전체 재료(422)은 일정한 단면을 갖는 근위부 및 하측이 유전체 블록(416)을 향하여 점진적으로 테이퍼 형상으로 되는(예를 들어, 만곡된 방식으로) 원위부를 포함한다.
이 실시형태에서, 가스 도관(408)은 가스 도관(408)보다 외경이 작고 예리한 지점에서 종단하는 바늘(424)(예를 들어, 피하 주사 바늘)에서 종단한다. 바늘(424)은 성형된 피스의 유전체 재료(422)을 통해 길이방향 보어 구멍(426) 내에 보유된다. 유전체 블록(416)에 대한 가스 도관(408)의 길이방향 이동은 프로브 선단으로부터 바늘(424)을 연장 및 후퇴시키도록 작용한다.
스코핑 디바이스(50)의 핸들 상에 위치된 인출 디바이스(20)를 통한 단면이 도 14에 나타나 있다. 인출 디바이스(20)는 화살표(18)로 나타낸 방향으로 소정의 속도로 기구 채널(54)로부터 동축 케이블(12)을 인출할 수 있다. 인출 디바이스(20)는 모터(미도시) 및 2개의 롤러(25)를 수용하는 하우징(21)을 포함하고, 모터는 톱니(23, 24)를 통해 롤러(25)를 회전시키도록 작용한다. 제1 톱니(23)는 모터에 의해 직접 동력을 공급받을 수 있고, 각 롤러 상의 제2 톱니(24)를 통해 회전 운동을 롤러(25)에 전달한다. 동축 케이블(12)은 롤러(25)가 회전함에 따라 기구 채널(54)로부터 인출되도록 롤러들(25) 사이에 파지된다.
인출 디바이스(20)는 부착부(26)에 의해 스코핑 디바이스(50)에 해제 가능하게 부착된다. 인출 디바이스(20)를 스코핑 디바이스(50)에 직접 부착함으로써, 롤러(25)의 회전이 케이블을 따라 디바이스 본체를 이동시키는 것이 아니라 동축 케이블(12)을 인출하도록 작용하는 것이 보장된다. 따라서, 인출 디바이스(20)는 프로세스 중에 추가적인 사용자 상호작용 없이 동축 케이블을 인출하도록 설정될 수 있다.
인출 디바이스(20)는 또한 기구 채널(54)을 통해 동축 케이블(12)을 삽입하기 위해 '역방향' 모드로 실행하도록 구성될 수 있다. 역방향 모드는 디바이스의 하우징(21) 상의 스위치를 통해 사용자에 의해 선택될 수 있다. 또한, 인출 또는 삽입 속도는 모터의 속도에 의해 설정된다. 그러나, 모터의 속도는 조정 가능할 수 있다. 예를 들어, 모터는 속도를 설정하기 위한 제어 디바이스를 포함할 수 있다. 이것은 디바이스의 하우징 상의 제어 노브에 의해 조정될 수 있다. 대체 실시형태에서, 모터의 동작 모드(순방향/역방향) 및 속도는 제어 디바이스의 일부인 마이크로컨트롤러에 의해 설정될 수 있다. 마이크로컨트롤러는 자체적으로 외부 처리 디바이스, 예를 들어 Raspberry Pi® 또는 Arduino® 디바이스로부터의 입력을 수신할 수 있다.
도 15는 모터(27); 톱니(23, 24); 롤러(25) 및 기구 케이블(12)을 통한 단면을 나타낸다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 롤러(25)는 롤러와 기구 케이블 사이에 양호한 끼워 맞춤을 제공하는 모래시계 단면 형상을 갖고 있어, 동축 케이블(12)이 롤러(25)의 회전에 의해 원활하게 당겨지도록 마찰을 증가시킨다. 롤러(25)는 동축 케이블(12)의 표면 형상에 부합하는 실리콘 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 롤러(25)는, 롤러(25)와 동축 케이블(12)의 표면 사이에 양호한 접촉을 보장하기 위해서, 화살표(28)로 나타낸 방향으로 서로를 향하여 편향된다.
도 16은 인출 디바이스(20)의 대체 실시형태의 도면을 나타낸다. 이 실시형태에서, 인출 디바이스(20)는, 동축 케이블(12)이 스코핑 디바이스의 기구 채널로부터 인출될 때에 동축 케이블(12)이 감기는 드럼(22)을 더 포함한다. 드럼(22)은, 동축 케이블(12)이 롤러(25)의 작용에 의해 인출될 때에 드럼 주위에 동축 케이블(12)을 자동으로 감기 위한 스프링 구동 메커니즘을 가질 수 있다. 가스 및 RF 및/또는 마이크로파 EM 에너지는 가스 공급부 및 발전기(미도시)에 각각 연결될 수 있는 연결 튜브(42) 및 연결 와이어(32)를 통해 동축 케이블(12)에 제공된다. 이러한 연결은 동축 케이블(12)의 원위 단부에서의 프로브 선단이 인출 디바이스(20)에 의해 인출될 때에 기구 채널의 살균을 수행할 수 있음을 의미한다.
드럼(22)은 또한 동축 케이블(12)이 전술한 동일 모터 및 롤러 메커니즘에 의해 기구 채널 내에 삽입되기 전에 동축 케이블을 저장하는 데 사용될 수 있다. 드럼 및 하우징은 살균 환경을 제공할 뿐만 아니라, 케이블(12)을 위한 공간 절약형 저장 장소를 제공할 수 있다.
도 17A 내지 도 17C는 스코핑 디바이스(50)의 기구 채널을 살균하기 위해 사용되는 살균 장치를 나타낸다. 도 17A에서, 스코핑 디바이스(50)는 삽입 튜브(52)가 수직으로 아래쪽으로 매달리도록 스탠드(60)로부터 매달린다. 세장형 살균 기구의 동축 케이블(12)은 삽입 튜브 내에서 기구 채널 내에 완전히 삽입된다. 인출 디바이스(20)는 스코핑 디바이스(50)에 부착되고, 그의 근위 단부를 향하여 동축 케이블(12) 상에 위치된다. 발전기(30)는 연결 와이어(32)를 통해 RF 및/또는 마이크로파 주파수 EM 방사선을 세장형 기구에 제공하도록 구성된다. 가스 공급부(40)는 연결 튜브(42)를 통해 가스, 예를 들어 아르곤을 세장형 기구에 공급하도록 구성된다.
도 17B에서, 인출 디바이스(20)의 모터는 스코핑 디바이스(50)의 기구 채널로부터 소정의 속도로 동축 케이블(12)을 인출하도록 스위치 온되어 있다. 동시에, 동축 케이블(12)의 원위 단부에서의 프로브 선단(미도시)이 기구 채널을 살균하기 위해 비열 플라즈마를 발생시키고 있다. 플라즈마는, 가스 공급부(40)로부터 수신된 가스의 유로를 가로 질러 수신된 RF 및/또는 마이크로파 주파수 EM 에너지로부터 전계를 생성함으로써 프로브 선단에서 생성된다. 가스는 세장형 기구의 길이를 연장시키는 가스 도관을 통해 프로브 선단에 도달한다.
도 17C는 동축 케이블(12)이 기구 채널로부터 완전히 인출되었을 때의 장치를 나타낸다. 이 지점에서 기구 채널이 완전히 살균되어, 헹굼과 같은 추가 처리를 필요로 하지 않는다. 동축 케이블(12) 및 삽입 튜브(52) 양쪽 모두는 스탠드(60)로부터 수직으로 아래쪽으로 매달려서, 다른 표면과의 접촉에 의한 오염을 피한다. 인출 디바이스(20)는 스코핑 디바이스(50)에 부착된 상태로 유지된다. 발전기(30) 및 가스 공급부(40)는 프로브 선단에서 플라즈마가 더 이상 생성될 필요가 없으므로 스위치 오프될 수 있다.
도 18은 동축 케이블(610)의 원위 단부에 연결된, 기구 채널의 살균에 적합한 프로브 선단(600)의 평면도를 나타낸다. 프로브 선단은 세장형 기구가 인출될 때에 기구 채널의 벽으로 유도될 수 있는 열 또는 비열 플라즈마의 원주방향 제트를 생성하도록 구성된다. 이 실시형태에서, 제1 전극(602)은 동축 케이블(610)의 내부 도체에 연결되는 구리와 같은 전도성 재료의 원형 플레이트이다. 제2 전극(604)은 동축 케이블(610)의 외부 도체에 연결된, 전도성 재료, 예를 들어 구리의 실린더이다. 제2 전극(604)과 내부 도체 사이에는 유전체 요소가 있고, 제1 전극(602)은 유전체 요소의 단부 상에 장착된다. 제1 전극과 제2 전극 사이에는 가스 도관의 단부를 획정하고 사용시 열 또는 비열 플라즈마가 방출되는 환형 개구가 있다. 세 장형 기구는, 슬리브와 동축 케이블(610)의 외면 사이에 가스 도관을 획정하도록 기구의 근위 단부로부터 원위 단부까지 동축 케이블을 둘러싸는 슬리브(미도시)를 포함한다.
도 19는 제1 전극(602)이 제거되어 있는 도 18의 프로브 선단(600)의 단부면도를 나타낸다. 도 19에서 알 수 있는 바와 같이, 유전체 요소(606)는 제2 전극(604)과 동축 케이블(610)의 내부 도체(612) 사이에 위치된다. 유전체 요소(606)의 외면에는 가스가 전계를 받아서 열 또는 비열 플라즈마를 생성한 다음에 프로브 선단(600)으로부터 방출되는 다수의 홈(608)이 있다. 동일하게 이격된 홈(608)은 플라즈마가 원주방향으로 방출되고 기구 채널의 벽으로 유도되도록 도움을 준다. 유전체 요소(606)는 제2 전극(604)의 길이와 실질적으로 동일한 길이를 갖도록 세장형일 수 있다.

Claims (26)

  1. 수술 스코핑 디바이스의 기구 채널을 살균하기 위한 살균 장치에 있어서,
    수술 스코핑 디바이스의 기구 채널을 통해 삽입되도록 구성된 살균 기구로서, 상기 살균 기구는,
    무선 주파수(RF) 전자기(EM) 에너지 및/또는 마이크로파 EM 에너지를 전달하기 위한 동축 케이블, 및 상기 RF 및/또는 마이크로파 에너지를 수신하기 위해 상기 동축 케이블의 원위 단부에 연결된 프로브 선단을 포함하는 세장형 프로브를 포함하며,
    상기 동축 케이블은 내부 도체, 외부 도체, 및 상기 내부 도체를 상기 외부 도체로부터 분리하는 유전체 재료를 포함하고,
    상기 프로브 선단은 상기 동축 케이블의 상기 내부 도체에 연결된 제1 전극 및 상기 동축 케이블의 상기 외부 도체에 연결된 제2 전극을 포함하며,
    상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 수신된 RF 및/또는 마이크로파 주파수 EM 에너지로부터 전계를 생성하도록 배열되는, 상기 살균 기구; 및
    상기 살균 기구를 상기 기구 채널로부터 소정의 속도로 인출하기 위한 인출 디바이스(withdrawal device)를 포함하는, 살균 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 살균 기구는 상기 기구 채널로부터 연장 가능하여 상기 RF EM 에너지 및/또는 상기 마이크로파 EM 에너지를 상기 기구 채널의 원위 단부에 위치한 생물조직 내로 전달하도록 구성되는, 살균 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 살균 기구는 가스를 상기 프로브 선단으로 전달하기 위한 가스 도관을 더 포함하며,
    상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 가스 도관으로부터 수신된 가스의 유로를 가로 질러 상기 수신된 RF 및/또는 마이크로파 주파수 EM 에너지로부터 전계를 생성하여 열 플라즈마 또는 비열 플라즈마를 생성하도록 배열되는, 살균 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 동축 케이블은 상기 케이블의 근위 단부로부터 상기 원위 단부까지 연장되는 루멘을 갖고, 상기 루멘은 상기 세장형 프로브를 통해 가스를 상기 프로브 선단으로 전달하기 위한 상기 가스 도관을 형성하는, 살균 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 가스 도관은 상기 프로브 선단을 통과하는, 살균 장치.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로브 선단은, 플라즈마 발생 영역 및 플라즈마를 상기 플라즈마 발생 영역으로부터 상기 채널의 내면을 향하여 유도하기 위한 출구를 갖는 플라즈마 애플리케이터인, 살균 장치.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동축 케이블은,
    최내측 절연층;
    상기 최내측 절연층 상에 형성된 내부 전도층;
    상기 내부 전도층과 동축으로 형성된 외부 전도층; 및
    상기 내부 전도층과 상기 외부 전도층을 분리하는 유전층;을 포함하는 층상 구조를 포함하고,
    상기 내부 전도층, 상기 외부 전도층 및 상기 유전층은 RF 및/또는 마이크로파 주파수 에너지를 전달하기 위한 전송 라인을 형성하고, 상기 최내측 절연층은 중공형이며, 이것에 의해 상기 동축 케이블 내에 길이방향 채널을 제공하는, 살균 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 동축 케이블은,
    상기 내부 전도층과 전기적으로 연결되고 상기 최내측 절연층을 통해 상기 채널 내로 연장되는 제1 단자; 및
    상기 외부 전도층에 전기적으로 연결되고 상기 유전층 및 최내측 절연층을 통해 상기 채널 내로 연장되는 제2 단자를 더 포함하고;
    상기 제1 단자 및 상기 제2 단자는 상기 프로브 선단 상의 상기 제1 및 제2 전극과 전기 연결을 형성하도록 배열될 수 있고,
    상기 프로브 선단은 상기 길이방향 채널 내로 또는 이를 통해 삽입 가능한, 살균 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 프로브 선단은,
    상기 동축 케이블의 상기 최내측 절연층의 연장부;
    상기 동축 케이블의 내부 전도층의 연장부를 포함하는 상기 제 1 전극;
    상기 내부 전도층 위에 배치된 유전체 실린더; 및
    상기 동축 케이블의 상기 외부 전도층에 전기적으로 연결되는 금속 튜브를 포함하는 상기 제2 전극;을 포함하는, 살균 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 유전체 실린더는 상기 실린더의 벽 내에 다수의 구멍을 포함하는, 살균 장치.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 길이방향 채널은 상기 가스 도관을 포함하거나 수용하는, 살균 장치.
  12. 제3항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 도관은 강성 튜브 또는 바늘에서 종단하는, 살균 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로브 선단은 단일 피스의 금속화된 유전체 재료를 포함하는, 살균 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로브 선단은,
    유전체 재료의 실질적으로 평면체;
    상기 제1전극으로서의 상기 평면체의 제1 표면 상의 제1 전도층; 및
    제2 전극으로서의, 상기 제1 표면에 대향하는 평면체의 제2 표면 상의 제2 전도층;을 포함하는 평행한 플레이트 구조를 갖는, 살균 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수술 스코핑 디바이스를 위한 살균 인클로저를 획정하는 컨테이너, 및 상기 수술 스코핑 디바이스의 외면을 살균하기 위해 상기 살균 인클로저 내에 비열 플라즈마 또는 열 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 발생 유닛을 더 포함하는, 살균 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 컨테이너는 상기 수술 스코핑 디바이스의 제어 헤드를 수용하기 위한 챔버를 포함하고, 상기 플라즈마 발생 유닛은 상기 수술 스코핑 디바이스의 기구 튜브를 둘러싸기 위한 환형 본체를 포함하는, 살균 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 환형 본체는 상기 기구 튜브를 따라 슬라이딩 가능한, 살균 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로브 선단은 세정 브러쉬를 더 포함하는, 살균 장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소정의 속도는 초당 10mm 미만인, 살균 장치.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인출 장치는,
    근위 단부에서 상기 세장형 프로브에 동작 가능하게 연결된 케이블 커플링 요소; 및
    상기 케이블 커플링 요소를 구동하여 길이방향으로 상기 세장형 프로브와 상기 기구 채널 사이에서 상대 이동을 유발하도록 배열된 모터;를 포함하는, 살균 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 케이블 커플링 요소는 상기 수술 스코핑 디바이스에 대해 고정된 위치에 장착 가능한, 살균 장치.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 케이블 커플링 요소는 복수의 롤러를 포함하고, 이들 롤러 사이에는 상기 세장형 프로브를 수용하기 위한 공간이 획정되며, 상기 롤러는 상기 세장형 프로브의 외면을 파지하도록 배열되어 상기 롤러의 회전이 상기 세장형 프로브의 길이방향 이동을 유발하는, 살균 장치.
  23. 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터는 동작의 순방향 모드와 역방향 모드 사이에서 스위칭 가능하며, 상기 순방향 모드는 상기 기구 채널을 통해 상기 세장형 프로브를 삽입하기에 적합하고, 상기 역방향 모드는 상기 기구 채널로부터 상기 세장형 프로브를 인출하기에 적합한, 살균 장치.
  24. 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인출 디바이스는 상기 세장형 프로브가 감길 수 있는 드럼을 더 포함하는, 살균 장치.
  25. 제20항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터는 상기 케이블 커플링 요소로부터 분리 가능한, 살균 장치.
  26. 수술 스코핑 디바이스의 기구 채널을 통해 세장형 프로브를 이동시키기 위한 프로브 인출 디바이스로서,
    근위 단부에서 상기 세장형 프로브에 동작 가능하게 연결된 케이블 커플링 요소; 및
    상기 케이블 커플링 요소를 구동하여 길이방향으로 상기 세장형 프로브와 상기 기구 채널 사이에서 소정의 속도로 상대 이동을 유발하도록 배열된 모터;를 포함하는, 프로브 인출 디바이스.
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