(57)【要約】  本発明は、アノードと、カソードと、少なくとも１つの中間電極とを備えるプラズマ発生装置に関し、中間電極は、アノードとカソードとの間に少なくとも部分的に配置され、中間電極及びアノードは、アノード内に開口を有するプラズマ・チャネルの少なくとも一部を形成する。さらに、プラズマ発生装置は、カソードからアノードの方向に、少なくとも１つの中間電極を越えて位置決めされる少なくとも１つの出口開口を設けられた少なくとも１つの冷媒チャネルを備え、出口開口における冷媒チャネルのチャネル方向は、プラズマ・チャネルの開口におけるプラズマ・チャネルのチャネル方向の方向成分と同じ方向成分を有する。本発明はまた、プラズマ手術装置及びこうしたプラズマ手術装置の使用法に関する。
2009500799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ発生装置であって、
アノードと、
カソードと、
前記カソードと前記アノードとの間で長手方向に延在し、前記カソードから最も遠い端に出口開口を有するプラズマ・チャネルと、
前記カソードと前記アノードとの間に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの中間電極とを備え、前記少なくとも１つの中間電極及び前記アノードが、前記プラズマ・チャネルの少なくとも一部を形成し、前記少なくとも１つの中間電極が、互いからまた前記アノードから絶縁され、
少なくとも１つの冷媒チャネルであって、装置内で長手方向に延在し、かつ、前記アノードに最も近い前記端に少なくとも１つの開口を有し、それにより、冷媒チャネルを通して流れる冷媒液体が、少なくとも１つの冷媒チャネルが隣接する装置の一部分を冷却する、少なくとも１つの冷媒チャネルを備え、
前記冷媒チャネルの前記少なくとも１つの出口開口が、前記カソードから最も遠い端の前記プラズマ・チャネルの前記出口開口に非常に接近して配置され、それにより、前記冷媒チャネルの前記少なくとも１つの出口開口から流れる前記冷媒液体が、プラズマ作用のエリアを制限するプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記冷媒チャネルの前記出口開口が、前記アノード内に配置される請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記冷媒チャネルのかなりの部分が、前記プラズマ・チャネルに実質的に平行である請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記カソードから最も遠い前記プラズマ・チャネルの前記出口開口における前記プラズマ・チャネルの方向に対する、前記冷媒チャネルの前記出口開口における前記冷媒チャネルの方向の角度が、＋３０°〜−３０°である請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記冷媒チャネルの前記出口開口における前記冷媒チャネルの方向が、前記カソードから最も遠い前記プラズマ・チャネルの前記出口開口における前記プラズマ・チャネルの方向に実質的に平行である請求項４に記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記冷媒チャネルの前記出口開口における前記冷媒チャネルが、前記プラズマ・チャネルの方に角度を付けられる請求項４に記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記冷媒チャネルの前記出口開口における前記冷媒チャネルが、前記プラズマ・チャネルから離れるように角度を付けられる請求項４に記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
動作中に、前記冷媒液体が、前記カソードから前記アノードの方向に前記冷媒チャネルを通って流れる請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項９】
前記冷媒チャネルの一部が、前記少なくとも１つの中間電極に沿って延在する請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１０】
前記冷媒チャネルの一部が、前記少なくとも１つの中間電極の外周に沿って延在する請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１１】
前記冷媒チャネルの半径方向外側に位置決めされた境界表面の一部を形成する、前記アノードに接続されたスリーブをさらに備える請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの中間電極が、前記冷媒チャネルの半径方向内側に位置決めされた境界表面の一部を形成する請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１３】
動作中に、前記冷媒液体が、１〜５ｍｌ／秒のレートで前記冷媒チャネルを通って流れる請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの冷媒チャネルが、少なくとも２つの出口開口を有する請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの冷媒チャネルの前記少なくとも２つの出口開口が、前記プラズマ・チャネルの前記出口開口の周りに配置される請求項１４に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの冷媒チャネルが、少なくとも４つの出口開口を有する請求項１５に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの冷媒チャネルの前記出口開口の断面が細長い請求項１６に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１８】
２つ以上の冷媒チャネルを備える請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１９】
請求項１に記載のプラズマ発生装置を備えるプラズマ手術装置。
【請求項２０】
生物学的組織の破壊又は凝固のための、請求項１９に記載のプラズマ手術装置の使用法。
【請求項２１】
心臓又は脳手術で使用するための請求項２０に記載の使用法。
【請求項２２】
肝臓、すい臓、又は腎臓手術で使用するための請求項２０に記載の使用法。
【請求項２３】
成形手術及び美容整形における皮膚処置のための請求項２０に記載の使用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年７月８日に出願したスウェーデン特許出願第０５０１６０３−５号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、アノードと、カソードと、少なくとも１つの中間電極とを備えるプラズマ発生装置に関し、中間電極は、アノードとカソードとの間に少なくとも部分的に配置され、中間電極及びアノードは、アノード内に開口を有するプラズマ・チャネルの少なくとも一部を形成する。本発明はまた、プラズマ手術装置及びこうしたプラズマ手術装置の使用法に関する。
【背景技術】
【０００３】
プラズマ装置は、ガス・プラズマを発生するように構成された装置に関する。こうしたガス・プラズマは、たとえば、生物学的組織の破壊（解離）及び／又は凝固を引き起こすために手術時に使用することができる。
【０００４】
一般に、こうしたプラズマ装置は、出血組織などの処置されるべき所望のエリアに対して容易に当てることができる長くかつ狭い端部などで形成される。装置の先端では、ガス・プラズマが存在し、ガス・プラズマの高温によって、先端に隣接する組織の処置が可能になる。
【０００５】
国際公開第２００４／０３０５５１号パンフレット（Ｓｕｓｌｏｖ）は、従来技術によるプラズマ手術装置を開示する。この装置は、アノードと、カソードと、プラズマ発生システムにガスを供給するためのガス供給チャネルとを有するプラズマ発生システムを備える。さらに、プラズマ発生システムは、前記カソードとアノードとの間に配置される複数の電極を備える。アノードに接続される導電性材料のハウジングは、プラズマ発生システムを閉囲し、ガス供給チャネルを形成する。
【０００６】
腹腔鏡（鍵穴）手術と呼ばれる手術技術における最近の開発により、プラズマ手術装置が、よりしばしば使用されている。このことは、たとえば、広範囲な手術をしないで、アクセスを可能にするための、寸法が小さい装置についての必要性が大きいことを意味する。小型の機器はまた、良好な精度を達成する手術において有利である。
【０００７】
たとえば、小さなエリアが熱によって影響を受けるように、プラズマ噴射の精度を改善することができることも望ましい。処置されるエリアの周りに制限された熱作用を与えるプラズマ発生装置を得ることができることも望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、特に、高温プラズマを生成することができる、寸法が小さくかつ精度が高いプラズマ装置についての必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、請求項１の前提部分による改良されたプラズマ発生装置を提供することである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、プラズマ手術装置、及び、手術分野におけるこうしたプラズマ手術装置の使用法を提供することである。
【００１１】
本発明の一態様によれば、アノードと、カソードと、少なくとも１つの中間電極とを備えるプラズマ発生装置が提供され、中間電極は、アノードとカソードとの間に少なくとも部分的に配置され、中間電極及びアノードは、アノード内に開口を有するプラズマ・チャネルの少なくとも一部を形成する。
【００１２】
本発明によれば、プラズマ発生装置は、カソードからアノードの方向に、少なくとも１つの中間電極を越えて位置決めされる少なくとも１つの出口開口を設けられた少なくとも１つの冷媒チャネルを備え、出口開口における冷媒チャネルのチャネル方向は、プラズマ・チャネルの開口におけるプラズマ・チャネルのチャネル方向の方向成分と同じ方向成分を有する。
【００１３】
プラズマ発生装置のこの構造は、冷媒チャネル内を流れるようになっている冷媒が、プラズマ・チャネルの開口の近くのプラズマ発生装置の端部において流出することができることを可能にする。この配置構成によって達成される利点は、冷媒チャネルの出口を通って流出する冷媒を使用して、アノード内に開くプラズマ・チャネル出口を通して放出されるプラズマ噴射をスクリーニング（遮へい）し、かつ、制限することができることである。プラズマ噴射のスクリーニング及び制限は、とりわけ、プラズマ生成噴射のアクティブな伝播を制限することができるため、中でも小さなエリアの処置において利点を与える。
【００１４】
プラズマ噴射によって影響を受ける対象を冷却するために、流出する冷媒を使用することも可能である。処置される対象の冷却は、たとえば、処置エリアを囲む領域を保護するのに適する可能性がある。
【００１５】
たとえば、プラズマ噴射は、その長手方向にスクリーニングされることができるため、スクリーンの一方の側には実質的に低い熱が存在し、スクリーンの他の側には実質的に高い熱が存在する。こうして、プラズマ噴射の流れ方向に、処置される対象が影響を受ける、プラズマ噴射の実質的に全く異なる位置が得られ、プラズマ発生装置の動作時の精度の改善が提供される可能性がある。
【００１６】
同様に、流出する冷媒は、プラズマ噴射の流れ方向に対して半径方向においてプラズマ噴射のスクリーニングを提供することができる。こうした半径方向のスクリーニングは、比較的小さな表面が、処置において熱によって影響を受けることができることを可能にする。プラズマ噴射の流れ方向に対して横方向のスクリーニングは、被処置領域の周りのエリアが、流出する冷媒によって同時に冷却され、したがって、プラズマ噴射の熱によって比較的低い程度に影響を受けることができることを可能にする可能性がある。
【００１７】
従来技術のプラズマ発生装置は、通常、動作時にプラズマ発生装置を冷却するための閉じた冷媒システムを有する。こうした閉じた冷媒システムは、冷媒が、プラズマ発生装置内の１つの経路に沿って流入し、別の経路に沿って戻ることによって構成されることが多い。これは、比較的長い流れ経路をもたらすことが多い。長い流れ経路の欠点は、冷媒用の流路が、大きな圧力降下を防止するために、しばしば、比較的大きく作られなければならないことである。これは、プラズマ発生装置の外部寸法に影響を及ぼす空間を流路が占めることを意味する。
【００１８】
本発明のさらなる利点は、たとえば、閉じた冷媒システム及び循環冷媒システムと比較して、冷媒チャネル内の圧力降下が低減される可能性があることである。その結果、冷媒チャネル内の断面は、比較的小さく維持されることができ、これは、プラズマ発生装置の外部寸法もまた減少する可能性があることを意味する。プラズマ発生装置の寸法の減少は、たとえば、空間制限された領域内での使用、又は、高い精度を要求する動作時の使用に関連して望ましいことが多い。適切には、アノードに隣接するプラズマ発生装置の端（「装置のアノード端」）は、１０ｍｍ未満、好ましくは、５ｍｍ未満である外部寸法を有する。代替の実施例では、プラズマ発生装置の外部寸法は、３ｍｍ以下である。装置のアノード端は、好ましくは、円外部幾何形状を有する。
【００１９】
したがって、本発明は、冷媒チャネルを通って流れるようになっている冷媒を使用して、動作時のプラズマ発生装置を冷却し、プラズマ噴射の伝播をスクリーニングしかつ制限し、プラズマ噴射によって影響を受けるエリアの周りの領域を冷却することができる。しかし、適用に応じて、個々の適用分野又は複数の適用分野を使用することが可能であることが理解されるであろう。
【００２０】
冷媒チャネル内の冷媒が、プラズマ噴射の近くで流出することを可能にするために、冷媒チャネルの出口開口を、プラズマ・チャネルの開口のそばでかつ開口から離間して配置することが有利である。
【００２１】
一実施例では、冷媒チャネルの開口は、アノード内に配置される。冷媒チャネルの出口開口及びプラズマ・チャネルの開口を互いに近くに配置することによって、プラズマ発生装置の端は、アノードの近くに、それぞれ、冷媒及びプラズマを放出するための少なくとも２つの出口を有するノズルを有する。動作時におけるアノードの冷却も可能にするために、冷媒チャネルが、アノード全体又はアノードの一部に沿って延在するようにさせることが適切である。一実施例では、冷媒チャネルの出口は、カソードからアノードの方向において、アノード内のプラズマ・チャネルの出口と同じ高さに、又は、プラズマ・チャネルの出口の前に配置される。
【００２２】
冷媒チャネルの主要範囲は、適切に、プラズマ・チャネルに実質的に平行である。冷媒チャネルをプラズマ・チャネルに平行に配置することによって、たとえば、コンパクトでかつ狭いプラズマ発生装置を提供することが可能である。冷媒チャネルは、適切に、その主要範囲が、プラズマ・チャネルの長手方向に配置される通過流チャネルからなる。こうした設計を用いて、冷媒は、たとえば、プラズマ発生装置の一端で供給されて、アノードに隣接する対向端で流出することができる。
【００２３】
プラズマ発生装置の所望の特性に応じて、冷媒チャネルの出口部分は、異なる適切な方向に向けられ、角度を付けられることができる。プラズマ発生装置の一実施例では、出口開口における冷媒チャネルのチャネル方向は、カソードからアノードの方向において、プラズマ・チャネルの開口におけるプラズマ・チャネルのチャネル方向に対して＋３０°〜−３０°の角度で延在することができる。異なるプラズマ発生装置について、異なる角度を選択することによって、プラズマ噴射は、種々の方向に（長手方向にも長手方向を横切る方向にも）スクリーニングされ、かつ、制限されることができる。プラズマ・チャネルのチャネル方向に対する冷媒チャネルのチャネル方向の上述した適切な変動は、０°の角度が、両方のチャネルのチャネル方向が平行であることに相当するようなものである。
【００２４】
プラズマ・チャネルの長手方向に対して半径方向に横切る、プラズマ噴射の横方向の制限が望ましい場合、出口開口における冷媒チャネルのチャネル方向は、カソードからアノードの方向において、プラズマ・チャネルの開口におけるプラズマ・チャネルのチャネル方向に実質的に平行に延在することができる。
【００２５】
別の実施例では、プラズマ・チャネルの長手方向を横切るより小さい半径制限が望ましい可能性がある。代替の実施例の場合、たとえば、出口開口における冷媒チャネルのチャネル方向は、カソードからアノードの方向において、プラズマ・チャネルの開口におけるプラズマ・チャネルのチャネル方向から離れた角度で延在することができる。
【００２６】
別の代替の実施例では、出口開口における冷媒チャネルのチャネル方向は、カソードからアノードの方向において、プラズマ・チャネルの開口におけるプラズマ・チャネルのチャネル方向に向いた角度で延在することができる。この実施例は、たとえば、プラズマ噴射が、流出する冷媒によって、プラズマ噴射の流れ方向の横方向とプラズマ噴射の流れ方向の縦方向の両方において制限されることができることを可能にする。
【００２７】
冷媒チャネルの出口部分は、プラズマ発生装置において所望される特性及び性能に応じて種々の方法で配置されることができることが理解されるであろう。プラズマ発生装置は、複数のこうした出口部分を備えることができることも理解されるであろう。複数のこうした出口部分は、同様な方法で向けられ、角度を付けられることができる。しかし、プラズマ・チャネルの開口におけるプラズマ・チャネルのチャネル方向に対して異なる方向及び角度で複数の異なる出口部分を配置することも可能である。
【００２８】
プラズマ発生装置はまた、１つ又は複数の冷媒チャネルを備えることができる。さらに、それぞれのこうした冷媒チャネルは、１つ又は複数の出口ポートを備えることができる。
【００２９】
使用時、冷媒チャネルは、好ましくは、カソードからアノードへ流れる冷媒によって通過される。冷媒として、好ましくは、水が利用されるが、他のタイプの流体が可能である。適切な流体の使用は、動作時にプラズマ発生装置から放出された熱が、吸収され抽出されることができることを可能にする。
【００３０】
プラズマ発生装置の効率的な冷却を実現するために、冷媒チャネルの一部が、少なくとも１つの中間電極に沿って延在することが有利である場合がある。冷媒チャネル内の冷媒が、中間電極に直接接触して流れることが可能になることによって、中間電極と冷媒との間の良好な熱伝達が達成される。中間電極の大部分を適切に冷却する場合、冷媒チャネルの一部が、前記少なくとも１つの中間電極の外周に沿って延在する可能性がある。たとえば、冷媒チャネルは、少なくとも１つの中間電極の外周を囲む。
【００３１】
一実施例では、プラズマ発生装置の端スリーブ（好ましくは、アノードに接続される）は、冷媒チャネルの半径方向外側に位置決めされた境界表面の一部を構成する。別の代替の実施例では、少なくとも１つの中間電極は、冷媒チャネルの半径方向内側に位置決めされた境界表面の一部を構成する。プラズマ発生装置の構造のこれらの部分を、冷媒チャネルの境界表面の一部として使用することによって、冷媒と、動作時に加熱される隣接する部分との間で、良好な熱伝達を得ることができる。さらに、プラズマ発生装置の寸法は、別個の冷媒チャネル部分の使用を減らすことによって減少する可能性がある。
【００３２】
使用時に、冷媒チャネルが、１〜５ｍｌ／秒の冷媒量によって通過されるように、冷媒チャネルを構成することが有利である。こうした流量は、高い流量が患者にとって有害である手術適用において特に有利である。
【００３３】
プラズマ噴射の周りに冷媒が分配されることを可能にするために、少なくとも１つの冷媒チャネルが、少なくとも１つの出口、好ましくは、少なくとも４つの出口を備えることが有利である場合がある。さらに、プラズマ発生装置は、複数の冷媒チャネルを適切に備えることができる。冷媒チャネルの数及び出口の数は、適用分野及びプラズマ発生装置の所望の特性に応じて、任意選択で変えることができる。
【００３４】
本発明の第２の態様によれば、上述したプラズマ発生装置を備えるプラズマ手術装置が提供される。本明細書で述べるタイプのプラズマ手術装置は、生物学的組織の破壊又は凝固のために適切に使用されることができる。さらに、こうしたプラズマ手術装置は、有利には、心臓又は脳手術で使用されることができる。或いは、こうしたプラズマ手術装置は、有利には、肝臓、すい臓、腎臓手術で、又は、成形手術及び美容整形における皮膚処置で使用されることができる。
【００３５】
本発明は、ここで、現在のところ好ましい本発明の実施例を例として示す、添付概略図面を参照してより詳細に述べられるであろう。
【実施例】
【００３６】
図１ａは、本発明によるプラズマ発生装置１の実施例を断面図で示す。図１ａの断面図は、プラズマ発生装置１の中心を通って、その長手方向に切り取られる。装置は、端スリーブ３の端で放出されるプラズマを発生するためのプラズマ発生システムを収容する細長い端スリーブ３を備える。発生したプラズマは、たとえば、組織内の出血を止める、組織を蒸発させる、組織を切開するなどに使用することができる。
【００３７】
図１ａによるプラズマ発生装置１は、カソード５と、アノード７と、アノードとカソードとの間に配置された、本明細書では中間電極と称する、いくつかの電極９’、９’’、９’’’とを備える。中間電極９’、９’’、９’’’は、管状であり、カソード５の前面の位置から、さらに、アノード７に向かってかつアノード７を貫通して延在するプラズマ・チャネル１１の一部を形成する。プラズマ・チャネル１１の入口端は、カソード５に最も近い端であり、プラズマ・チャネルは、その出口開口が配置されるアノード７を貫通して延在する。プラズマは、プラズマ・チャネル１１内で加熱されて、最終的に、アノード７内のプラズマ・チャネルの開口を通って流出することを意図される。中間電極９’、９’’、９’’’は、管状絶縁体手段１３’、１３’’、１３’’’によって、絶縁され、互いから離間される。中間電極９’、９’’、９’’’の形状及びプラズマ・チャネル１１の寸法は、任意所望の目的に合うように調整されることができる。中間電極９’、９’’、９’’’の数もまた、任意選択で変更することができる。図１ａに示す実施例は、３つの中間電極９’、９’’、９’’’を備える。
【００３８】
図１ａに示す実施例では、カソード５は、細長い円柱要素として形成される。好ましくは、カソード５は、ランタンなどの任意選択の添加剤を用いて、タングステンで作られる。こうした添加剤は、たとえば、カソード５の端で発生する熱を下げるのに使用することができる。
【００３９】
さらに、アノード７に向けられるカソード５の端１５は、テーパ付き端部分を有する。このテーパ付き部分１５は、図１ａに示すカソードの端に位置決めされる先端を適切に形成する。カソード先端１５は、適切には、形状が円錐である。カソード先端１５はまた、円錐の一部からなることができる、又は、アノード７に向かってテーパを付ける幾何形状を有する代替の形状を有することができる。
【００４０】
アノード７から遠い方に向くカソード５の他端は、電気エネルギー源に接続される電気導体に接続される。導体は、絶縁体によって適切に囲まれる。（導体は、図１ａでは示されない）。
【００４１】
プラズマ・チャネル１１の入口端にはプラズマ・チャンバ１７が接続されて配置され、プラズマ・チャンバ１７は、プラズマ・チャネル１１の長手方向を横切る断面を有し、その断面は、プラズマ・チャネル１１の入口端におけるプラズマ・チャネル１１の断面を上回る。図１ａに示すプラズマ・チャンバ１７は、プラズマ・チャネル１１の長手方向を横切る断面が円形であり、また、プラズマ・チャンバ１７の直径Ｄｃｈにほぼ相当する、プラズマ・チャネル１１の長手方向の範囲Ｌｃｈを有する。プラズマ・チャンバ１７及びプラズマ・チャネル１１は、互いに対して実質的に同心に配置される。カソード５は、プラズマ・チャンバ１７の長さＬｃｈの少なくとも半分だけプラズマ・チャンバ１７内に延在し、また、カソード５は、プラズマ・チャンバ１７に実質的に同心に配置される。プラズマ・チャンバ１７は、カソード５に隣接して位置決めされる第１中間電極９’によって形成される凹所からなる。
【００４２】
図１ａはまた、カソード５の所定部分に沿って、かつ、所定部分の周りに延在する絶縁体要素１９を示す。絶縁体要素１９は、細長い円柱スリーブとして適切に形成され、カソード５は、管状絶縁体要素１９を貫通して延在する円形穴内に部分的に位置決めされる。カソード５は、絶縁体要素１９のスルーホールの実質的に中心にある。さらに、絶縁体要素１９の内部直径は、カソード５の外部直径より少し超え、それにより、カソード５の外周表面と絶縁体要素１９の円形穴の内部表面との間にある距離が形成される。
【００４３】
好ましくは、絶縁体要素１９は、セラミック材料、耐熱性プラスチック材料などのような耐熱性材料で作られる。絶縁体要素１９は、たとえば、カソード５の周り、特に、カソードの先端１５の周りで生じる可能性がある高温から、プラズマ発生装置の隣接部分を保護することを意図する。
【００４４】
絶縁体要素１９及びカソード５は、アノード７に向けられるカソード５の端１５が、絶縁体要素１９の、アノード７に向けられる端面２１を越えて突出するように、互いに対して配置される。図１ａに示す実施例では、カソード５のテーパ付き先端１５のほぼ半分が、絶縁体要素１９の端面２１を越えて突出する。
【００４５】
ガス供給部（図１ａには示さず）は、プラズマ発生部に接続される。プラズマ発生装置１に供給されるガスは、有利には、従来技術の機器のプラズマ生成ガスとして使用されるのと同じタイプのガス、たとえば、アルゴン、ネオン、キセノン、ヘリウムなどのような不活性ガスからなる。プラズマ生成ガスは、ガス供給部を通って、かつ、カソード５と絶縁体要素１９との間に配置される空間内に流れることが許容される。その結果、プラズマ生成ガスは、カソード５に沿って絶縁体要素１９内部をアノード７の方に流れる。プラズマ生成ガスが、絶縁体要素１９の端２１を流れるときに、ガスは、プラズマ・チャンバ１７内に流れる。
【００４６】
プラズマ発生装置１は、さらに、細長い端スリーブ３内に開く１つ又は複数の冷媒チャネル２３を備える。冷媒チャネル２３は、ハウジング（図示せず）が端スリーブ３に接続されることによって、一体部品内に適切に部分的に作られる。端スリーブ３及びハウジングは、たとえば、ねじ継手によって相互接続されることができるが、溶接、はんだ付けなどのような他の接続方法も考えられる。さらに、端スリーブは、１０ｍｍ未満、好ましくは、５ｍｍ未満、特に、３ｍｍ〜５ｍｍである外部寸法を適切に有する。端スリーブに隣接して位置決めされる少なくともハウジング部は、端スリーブの外部寸法に実質的に相当する外部形状及び寸法を適切に有する。図１ａに示すプラズマ発生装置の実施例では、端スリーブは、長手方向を横切る断面が円形である。
【００４７】
冷媒チャネル２３は、適切に、装置を貫通して延在し、かつ、アノード７の中に、又は、アノード７の近くに開く通過流チャネルからなる。さらに、冷媒チャネル２３の所定部分は、たとえば、ハウジングの押出し加工、又は、ハウジングの機械加工によって作ることができる。しかし、冷媒チャネル２３の所定部分は、ハウジングから分離した１つ又は複数の部分によって形成され、ハウジング内部に配置されることもできることが理解されるであろう。
【００４８】
プラズマ発生装置１は、１つ又は複数の出口開口２５を備える冷媒チャネル２３を備えることができる。或いは、プラズマ発生装置１は、それぞれが１つ又は複数の出口開口２５を備える複数の冷媒チャネル２３を備えることができる。それぞれの冷媒チャネル２３はまた、複数のチャネル部分に分割されることができ、複数のチャネル部分は、組み合わされて、１つ又は複数の出口開口２５を備えることができる共通チャネル部分になる。他の目的で、チャネル２３の全て又は一部を使用することも可能である。たとえば、３つのチャネル２３が、配置されることができ、２つのチャネルは、冷媒によって通過されるのに使用され、１つのチャネルは、手術エリアなどから、液体などを吸引するのに使用される。
【００４９】
図１ａに示す実施例では、冷媒チャネル２３の一部は、端スリーブ３を貫通し、かつ、中間電極９’、９’’、９’’’の周りに延在する。図１ａによる冷媒チャネル２３は、複数の出口開口２５を備える。
【００５０】
さらに、冷媒チャネル２３の複数の出口開口２５は、カソード５からアノード７の方向に、中間電極９’、９’’、９’’’を越えて配置される。図１ａに示す実施例では、冷媒チャネル２３は、端スリーブ３及びアノード７を貫通して延在する。さらに、出口開口２５における冷媒チャネル２３のチャネル方向は、プラズマ・チャネル１１の開口におけるプラズマ・チャネル１１のチャネル方向の方向成分と同じである方向成分を有する。図１ａによれば、２つのこうした出口開口２５が示される。好ましくは、プラズマ発生装置１は、４つ以上の出口開口２５を備える。
【００５１】
冷媒チャネル２３は、動作時にプラズマ発生装置１を冷却するのに部分的に使用することができる。冷媒として、好ましくは、水が利用されるが、他のタイプの流体が考えられる。冷却を実現するために、冷媒が、端スリーブ３に供給され、中間電極９’、９’’、９’’’と端スリーブ３の内壁との間を流れるように、冷媒チャネル２３の一部分が構成される。装置の動作時に、プラズマ発生装置１を通して１〜５ｍｌ／秒の流量を流すことが好ましい。しかし、冷媒の流量は、任意選択で、動作温度、所望の動作特性、適用分野などのような因子に応じて変わってもよい。手術適用では、冷媒流量は、通常、１〜３ｍｌ／秒であり、出口開口２５を通って流出する冷媒の温度は、通常、２５〜４０℃である。
【００５２】
冷媒チャネル２３を通って流れることを意図される冷媒を使用して、プラズマ噴射をスクリーニングし、アノード７内のプラズマ・チャネル１１の出口を通って放出されるプラズマ噴射の範囲を制限することができる。冷媒を使用して、対象の、プラズマ噴射によって影響を受ける領域に隣接するエリアを冷却することもできる。
【００５３】
図１ａに示す実施例では、出口開口２５における冷媒チャネル２３のチャネル方向は、プラズマ・チャネル１１の長手方向の中心に向いた角度αに向けられる。
【００５４】
指向性のある出口部分によって、動作時に発生するプラズマ噴射が、冷媒チャネル２３の出口開口２５を通って流れる冷媒によって、長手方向においてスクリーニングされることができることが可能になる。結果として、装置を操作する操作者は、プラズマ噴射がアクティブになることになる、本質的に全く異なる位置を得ることができる。この位置の前では、適切には、プラズマ噴射による作用は、ほとんど起こらない。その結果、これは、たとえば、手術又は精度を要求する他の適用分野において、良好な精度を可能にする。同時に、冷媒チャネル２３の出口開口２５を通して放出される冷媒は、プラズマ噴射の中心から半径方向の、横方向におけるスクリーニング作用を提供することができる。こうしたスクリーニングによって、制限された表面が、熱によって局所的に影響を受ける可能性があり、処置される対象の冷却されるエリアは、プラズマの熱によって影響を受けるエリアを除いて、プラズマ噴射によって比較的低い程度に影響を受ける。
【００５５】
図２ａ〜３は、プラズマ発生装置１の代替の実施例を示す。これらの実施例と図１ａによる実施例との重要な差が、以下で述べられる。
【００５６】
図２ａに示す実施例では、出口開口１２５における冷媒チャネル１２３のチャネル方向は、プラズマ・チャネル１１１の長手方向に実質的に平行に配置される。この場合、主に、プラズマ・チャネル１１１の中心線に対して半径方向におけるプラズマ噴射のスクリーニングが得られる。
【００５７】
図３は、プラズマ発生装置２０１の別の代替の実施例を示す。図３に示す実施例では、出口開口２２５における冷媒チャネル２２３のチャネル方向は、プラズマ・チャネル２１１の長手方向の中心から離れた角度βに向けられる。これは、プラズマ・チャネル２１１の中心線に対して距離が増加するスクリーニングをもたらし、その時、アノード２０７、したがって、プラズマ・チャネル２１１の出口からの距離が増加する。
【００５８】
図１〜３による実施例は、組み合わされて、さらなる実施例を形成することができることが理解されるであろう。たとえば、異なる出口が、冷媒チャネル２３；１２３；２２３の長手方向に対して異なるように向けられ、角度付けされることができる。たとえば、プラズマ・チャネル１１；１１１；２１１に平行に向いた２つの出口部分、及び、プラズマ・チャネル１１；１１１；２１１の長手方向の中心に対して内側に向いた２つの出口部分を有するプラズマ発生装置１；１０１；２０１を提供することが可能である。出口開口２５；１２５；２２５における冷媒チャネル２３；１２３；２２３のチャネル方向の角度及び方向に関する変形が、プラズマ発生装置１；１０１；２０１の所望の特性に応じて、任意選択で組み合わされることができる。
【００５９】
プラズマ・チャネル１１；１１１；２１１の長手方向に対して出口部分２５；１２５；２２５におけるチャネル方向の角度を変更することも可能である。好ましくは、出口部分は、プラズマ・チャネル１１；１１１；２１１の長手方向に対して、±３０°の角度α、βで配置される。図１ａに示す実施例では、出口部分は、プラズマ・チャネル１１；１１１；２１１の長手方向に対して、＋１０°の角度αで配置される。図１ａに示すプラズマ発生装置の場合、１０°の角度αは、冷媒チャネルの開口を通して流出する冷媒が、アノード内のプラズマ・チャネルの出口の正面の約８〜１０ｍｍのところで、プラズマ・チャネルの長手方向の中心に交差することになることを意味する。
【００６０】
図３に示す実施例では、出口部分は、プラズマ・チャネル１１；１１１；２１１の長手方向に対して、−１０°の角度βで配置される。
【００６１】
図２ｂ〜２ｃは、図２ａのプラズマ発生装置１０１の異なる実施例の正面図である。図２ｂは、出口部分の出口開口１２５が、アノード内のプラズマ・チャネル１１１の出口の近くで、かつ、出口から離間して位置決めされる設計を示す。図２ｂに示す実施例では、出口開口１２５は、冷媒チャネル１２３に連通する８つの円形導入部（ｌｅａｄ−ｉｎ）として形成される。任意選択で、プラズマ発生装置１０１の所望の特性及び性能に応じて、８つより多いか又は少ない円形導入部を配置することが可能である。円形導入部のサイズを変えることも可能である。
【００６２】
図２ｃは、冷媒チャネル１２３の出口開口１２５の代替の設計を示す。図２ｃは、図２ａのプラズマ発生装置１０１の正面図である。図２ｃに示す実施例では、出口開口１２５は、冷媒チャネルに連通する４つの弓状導入部として形成される。
【００６３】
冷媒チャネル１２３の出口開口１２５は、任意選択で、複数の代替の幾何形状及びサイズを有するように設計されることができることが理解されるであろう。出口開口の断面は、通常、０．５０〜２．０ｍｍ２、好ましくは、１〜１．５ｍｍ２であることができる。
【００６４】
出口開口２５；１２５；２２５のこれらの異なる設計が、図１ａ〜１ｂ及び図３に示すプラズマ発生装置の実施例について使用することもできることが明らかである。
【００６５】
以下の説明は図１ａ〜１ｂを参照する。しかし、述べる条件及び寸法はまた、図２ａ〜３に示すプラズマ発生装置の例示的な実施例として適切である。
【００６６】
図１ａに示す中間電極９’、９’’、９’’’は、プラズマ発生装置１の端スリーブ３の内側に配置され、端スリーブ３に実質的に同心に位置決めされる。中間電極９’、９’’、９’’’は、外部直径を有し、外部直径は、端スリーブ３の内部直径と連携して、中間電極９’、９’’、９’’’の外部表面と端スリーブ３の内壁との間に空間を形成する。冷媒チャネル２３の出口開口１２５を通って放出される冷媒が流れるところは、中間電極９’、９’’、９’’’と端スリーブ３との間のこの空間内である。
【００６７】
図１ａに示す実施例では、絶縁体手段１３’、１３’’、１３’’’によって離間した、３つの中間電極９’、９’’、９’’’は、カソード５とアノード７との間に配置される。第１中間電極９’、第１絶縁体１３’、及び第２中間電極９’’は、互いに適切に圧入される。同様に、第２中間電極９’’、第２絶縁体１３’’、及び第３中間電極９’’’は、互いに適切に圧入される。しかし、中間電極９’、９’’、９’’’の数は、任意選択で、所望の目的に応じて選択されることができることが理解されるであろう。
【００６８】
カソード５から最も離れて位置決めされた中間電極９’’’は、管状絶縁体手段１３’’’に接触し、管状絶縁体手段１３’’’は、次に、アノード７に対して配置される。
【００６９】
アノード７は、細長い端スリーブ３に接続される。図１ａに示す実施例では、アノード７及び端スリーブ３は、互いに一体に形成される。代替の実施例では、アノード７は、アノード７と端スリーブ３との間のねじ継手によって、溶接によって、又ははんだ付けによって端スリーブ３に接合される別個の要素として形成されることができる。アノード７と端スリーブ３との接続は、適切に、両者間に電気接触を提供するようなものである。
【００７０】
プラズマ発生装置１、１０１、２０１に含まれる部品間の適切な幾何学的関係は、図１ａ〜１ｂを参照して以下で述べられる。以下で述べる寸法は、プラズマ発生装置１、１０１、２０１の例示的な実施例を構成するだけであり、適用分野及び所望の特性に応じて変わることができることが留意されるべきである。図１ａ〜１ｂに述べる実施例はまた、図２ａ〜３の実施例に適用されることができることもまた留意されるべきである。
【００７１】
絶縁体要素１９の内部直径ｄｉは、カソード５の外部直径ｄｃよりわずかだけ大きい。一実施例では、カソード５と絶縁体要素１９の内部直径ｄｉとの間の、共通断面における断面の差は、適切に、プラズマ・チャネル１１の最小断面以上である。プラズマ・チャネル１１のこうした断面は、プラズマ・チャネル１１の範囲に沿ったどこででも位置決めされることができる。
【００７２】
図１ｂに示す実施例では、カソード５の外部直径ｄｃは、約０．５０ｍｍであり、絶縁体要素の内部直径ｄｉは、約０．８０ｍｍである。
【００７３】
一実施例では、カソード先端１５の部分長が、絶縁体要素１９の境界表面２１を越えて突出するように、カソード５が配置される。カソード５の先端１５は、図１ｂにおいて、先端１５の長さＬｃの約半分が、絶縁体要素１９の境界表面２１を越えて突出するように位置決めされる。図１ｂに示す実施例では、この突出部Ｉｃは、ほぼカソード５の直径ｄｃに相当する。
【００７４】
カソード先端１５の全長Ｌｃは、適切には、カソード先端１５のベースにおけるカソード５の直径ｄｃの１．５倍より大きい。好ましくは、カソード先端１５の全長Ｌｃは、カソード先端１５のベースにおけるカソード５の直径ｄｃの約１．５〜３倍である。図１ｂに示す実施例では、カソード先端１５の全長Ｌｃは、カソード先端１５のベースにおけるカソード５の直径ｄｃの約２倍に相当する。
【００７５】
一実施例では、カソード５の直径ｄｃは、カソード先端１５のベースにおいて約０．３〜０．６ｍｍである。図１ｂに示す実施例では、カソード５の直径ｄｃは、カソード先端１５のベースにおいて約０．５０ｍｍである。好ましくは、カソードは、カソード先端１５のベースと、カソード先端１５に対向するカソード５の端との間で実質的に同じ直径ｄｃを有する。
【００７６】
しかし、カソード５の範囲に沿ってこの直径ｄｃを変えることが可能であることが理解されるであろう。一実施例では、プラズマ・チャンバ１７は、カソード先端１５のベースにおけるカソード５の直径ｄｃの約２〜２．５倍に相当する直径Ｄｃを有する。図１ｂに示す実施例では、プラズマ・チャンバ１７は、カソード５の直径ｄｃの約２倍に相当する直径Ｄｃｈを有する。
【００７７】
プラズマ発生装置１の長手方向のプラズマ・チャンバ１７の範囲Ｌｃｈは、カソード先端１５のベースにおけるカソード５の直径ｄｃの約２〜２．５倍に相当する。図１ｂに示す実施例では、プラズマ・チャンバ１７の長さＬｃｈは、ほぼプラズマ・チャンバ１７の直径Ｄｃｈに相当する。
【００７８】
一実施例では、カソード５の先端１５は、プラズマ・チャンバ１７の長さＬｃｈの半分又は前記長さ以上にわたって延在する。代替の実施例では、カソード５の先端１５は、プラズマ・チャンバ１７の長さＬｃｈの１／２〜２／３にわたって延在する。図１ｂに示す実施例では、カソード先端１５は、プラズマ・チャンバ１７の長さＬｃｈのほぼ半分にわたって延在する。
【００７９】
図１ｂに示す実施例では、プラズマ・チャンバ１７内に延在するカソード５は、カソード５のベースにおけるカソード５のほぼ直径ｄｃに相当する、アノード７に最も近いプラズマ・チャンバ１７の端からの距離に位置決めされる。
【００８０】
図１ｂに示す実施例では、プラズマ・チャンバ１７は、プラズマ・チャネル１１に流体連通する。プラズマ・チャネル１１は、約０．２〜０．５ｍｍである直径ｄｃｈを適切に有する。図１ｂに示す実施例では、プラズマ・チャネル１１の直径ｄｃｈは、約０．４０ｍｍである。しかし、プラズマ・チャネル１１の直径ｄｃｈは、異なる所望の特性を提供するために、プラズマ・チャネル１１の範囲に沿って異なる方法で変わることができることが理解されるであろう。
【００８１】
遷移部分２７が、プラズマ・チャンバ１７とプラズマ・チャネル１１との間に配置され、プラズマ・チャンバ１７の直径Ｄｃｈとプラズマ・チャネル１１の直径ｄｃｈとの間で、カソード５からアノード７の方向にテーパ付き遷移を構成する。遷移部分２７は、いくつかの代替の方法で形成されることができる。図１ｂに示す実施例では、遷移部分２７は、プラズマ・チャンバ１７の内部直径Ｄｃｈとプラズマ・チャネル１１の内部直径ｄｃｈとの間の遷移を形成する開先として形成される。しかし、プラズマ・チャンバ１７及びプラズマ・チャネル１１は、両者間に配置された遷移部分２７が無い状態で、互いに直接接触して配置することができることが留意されるべきである。図１ｂに示す遷移部分２７の使用は、有利な熱抽出が、プラズマ・チャンバ１７及びプラズマ・チャネル１１に隣接する構造を冷却することを可能にする。
【００８２】
プラズマ・チャネル１１は、アノード７、及び、カソード５とアノード７との間に配置された中間電極９’、９’’、９’’’で形成される。カソードに最も近いプラズマ・チャネルの開口とアノードとの間のプラズマ・チャネル１１の長さは、プラズマ・チャネル１１の直径ｄｃｈの約４〜１０倍に適切に相当する。図１ａに示す実施例では、カソードに最も近いプラズマ・チャネルの開口とアノードとの間のプラズマ・チャネル１１の長さは、約１．６ｍｍである。
【００８３】
アノードを貫通して延在するプラズマ・チャネルの部分は、プラズマ・チャネル１１の直径ｄｃｈの約３〜４倍である。図１ａに示す実施例の場合、アノードを貫通して延在するプラズマ・チャネルの部分は、約２ｍｍの長さを有する。
【００８４】
プラズマ発生装置１は、有利には、使い捨て機器の一部として設けることができる。たとえば、プラズマ発生装置１、外部シェル、管、結合端子などを有する完全な装置は、使い捨て機器として販売されることができる。或いは、プラズマ発生装置１だけが、使い捨てであり、多用途装置に接続されることができる。
【００８５】
他の実施例及び変形が、本発明の範囲内で考えられる。たとえば、電極９’、９’’、９’’’の数及び形状は、どのタイプのプラズマ生成ガスが使用されるか、また、生成されるプラズマのどの特性が所望されるかに応じて、変えることができる。
【００８６】
使用時、ガス供給部を通して供給される、アルゴンなどのプラズマ生成ガスは、上述したように、カソード５と絶縁体要素１９との間の空間に導入される。供給されるプラズマ生成ガスは、プラズマ・チャンバ１７及びプラズマ・チャネル１１を通して流されて、アノード７内のプラズマ・チャネル１１の開口を通して放出される。ガス供給を確立すると、電圧システムがスイッチオンされ、プラズマ・チャネル１１内で放出プロセスを始動し、カソード５とアノード７との間に電気アークを確立する。電気アークを確立する前に、上述した冷媒チャネル２３を通してプラズマ発生装置１に冷媒を供給することが好都合である。電気アークを確立すると、ガス・プラズマが、プラズマ・チャンバ１７内で発生し、加熱中に、プラズマ・チャネル１１を通ってアノード７内のプラズマ・チャネル１１の開口に流される。
【００８７】
図１〜３によるプラズマ発生装置１、１０１、２０１についての適切な動作電流は、４〜１０アンペア、好ましくは、４〜６アンペアである。プラズマ発生装置１、１０１、２０１の動作電圧は、とりわけ、中間電極の数及びその長さによる。プラズマ・チャネルの比較的小さな直径は、プラズマ発生装置１、１０１、２０１を使用するときに、比較的低いエネルギー消費及び比較的低い動作電流を可能にする。
【００８８】
電気アークがカソードとアノードとの間で確立されるときに、電気アークの中心において、プラズマ・チャネルの中心軸に沿って温度Ｔが行き渡り、温度Ｔは、放電電流Ｉとプラズマ・チャネルの直径ｄｃｈとの関係（Ｔ＝Ｋ＊ｉ／ｄｃｈ）に比例する。比較的低い電流レベルで、アノード内のプラズマ・チャネルの出口において、高温、たとえば、１００００〜１５０００℃のプラズマを提供するために、プラズマ・チャネルの断面、したがって、ガスを加熱する電気アークの断面は、小さい、たとえば、０．２〜０．５ｍｍであるべきである。電気アークの断面が小さい場合、チャネル内の電界強度が高い値を有する。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１ａ】本発明のプラズマ発生装置の実施例の断面図である。
【図１ｂ】図１ａによる実施例の部分拡大図である。
【図２ａ】プラズマ発生装置の代替の実施例の部分拡大図である。
【図２ｂ】図２ａによるプラズマ発生装置の平面図である。
【図２ｃ】図２ａによるプラズマ発生装置の代替の実施例の平面図である。
【図３】プラズマ発生装置の別の代替の実施例の断面図である。
【図１ａ】
2009500799.tif 000003
【図１ｂ】
2009500799.tif 000004
【図２ａ】
2009500799.tif 000005
【図２ｂ】
2009500799.tif 000006
【図２ｃ】
2009500799.tif 000007
【図３】
2009500799.tif 000008
【国際調査報告】
2009500799.tif 000009
2009500799.tif 000010
2009500799.tif 000011