ЭЛЕКТРОХИРУРГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ
ELECTROSURGICAL SYSTEMS AND METHODS

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Электрохирургические системы используются врачами для выполнения определенных функций во время проведения хирургической операции. В рамках этих операций может понадобиться лечение более чем одного типа ткани или более чем одним способом воздействовать на ткань. Существующие электрохирургические системы обычно рассчитаны на ограниченную функциональность и не всегда достаточно эффективны для лечения различных типов тканей. В случае, когда операция требует лечения нескольких типов ткани, использование одного устройства в некоторых аспектах операции может привести к неудовлетворительным результатам, что вызывает необходимость того, чтобы пользователь имел наличие или мог переключаться между несколькими хирургическими инструментами для получения требуемого результата операции. Например, при выполнении конкретных электрохирургических операций на колене или плече для эффективного лечения различных типов тканей может потребоваться несколько различных режимов работы. Каждый режим может использовать различное количество энергии, а при существующем уровне техники каждый режим может подразумевать использование различных электрохирургических шпателей и различных электрохирургических контроллеров. В некоторых случаях хирург может отказаться от использования соответствующего шпателя и/или электрохирургического контроллера, чтобы сократить затраты на операцию, когда лучшие клинические результаты могут быть достигнуты с использованием многоцелевых электрохирургических шпателей.
Любое усовершенствование, которое позволит облегчить лечение для хирурга и достичь лучших результатов, даст ему преимущества, обеспечивающие конкурентоспособность.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для подробного описания примерных вариантов воплощения будут сделаны ссылки на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 иллюстрирует электрохирургическую систему в соответствии с по меньшей мере некоторыми вариантами воплощения.
На Фиг. 2 представлена вертикальная проекция электрохирургического шпателя в соответствии с, по меньшей мере, некоторыми вариантами воплощения.
На Фиг. 3 представлен вертикальный поперечный разрез электрохирургического шпателя в соответствии с, по меньшей мере, некоторыми вариантами воплощения.
На Фиг. 4 представлен вертикальный вид сеточного электрода и вид в перспективе дистального конца электрохирургического шпателя, содержащего сеточный электрод, в соответствии с, по меньшей мере, некоторыми вариантами воплощения.
Фиг. 5 иллюстрирует электрическую блок-схему контроллера в соответствии с по меньшей мере некоторыми вариантами воплощения.
Фиг. 6 иллюстрирует типовой график, связанный с выходной радиочастотной энергией и расходом при аспирации в различных режимах, в соответствии с, по меньшей мере, некоторыми вариантами воплощения.
На фиг. 7 представлена блок-схема способа в соответствии с, по меньшей мере, некоторыми вариантами воплощения.
ТЕРМИНОЛОГИЯ И СИСТЕМА УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
Некоторые термины используются во всем последующем описании и формуле изобретения для обозначения конкретных компонентов системы. Специалисту в данной области техники будет понятно, что компании, которые разрабатывают и производят электрохирургические системы, могут присваивать компоненту разные наименования. Этот документ не предназначен для различения компонентов, которые отличаются по наименованию, но не по функции.
В последующем обсуждении и в формуле изобретения термины «включающий» и «содержащий» используются в неограничивающей форме, и, таким образом, их следует интерпретировать в значении «включающий, но не ограничивающийся…». Кроме того, термин «соединяются» или «соединяется» означает непрямое или прямое соединение. Таким образом, если первое устройство соединяется со вторым устройством, это соединение может быть образовано с помощью прямого соединения или с помощью непрямого соединения через другие устройства и соединения.
Упоминание отдельного элемента включает возможность существования множества имеющихся аналогичных элементов. В частности, используемые здесь и в прилагаемой формуле изобретения формы единственного числа подразумевают и множественное число, если из контекста явно не следует иное. Также следует отметить, что из формулы изобретения могут быть исключены любые необязательные элементы. Таким образом, данное утверждение служит предварительным обоснованием использования таких исключающих терминов как «исключительно», «только» и терминов, аналогичных используемым, для перечисления элементов формулы изобретения или использования «отрицательного» ограничения. Наконец, следует понимать, что, если не указано иное, все технические и научные термины, используемые здесь, имеют такое же значение, как обычно их понимает специалист с обычной квалификацией в данной области, к которой принадлежит это изобретение.
Под «абляцией» понимают удаление ткани в результате взаимодействия ткани с плазмой.
«Режим абляции» относится к одной или более характеристик абляции. Отсутствие абляции (т.е. отсутствие плазмы) не считается «режимом абляции». Режим, в котором выполняется коагуляция, не считается «режимом абляции».
Под «активным электродом» понимают электрод электрохирургического шпателя, который производит электрически индуцируемое хирургическое воздействие на ткань с целью ее изменения при контакте с тканью, подлежащей лечению, или при нахождении в непосредственной близости к ткани, подлежащей лечению.
Под «возвратным электродом» понимают электрод электрохирургического шпателя, который служит для обеспечения токопрохождения для электрических зарядов относительно активного электрода, и/или электрод электрохирургического шпателя, который сам по себе не производит электрически индуцируемого хирургического воздействия на ткань, подлежащую лечению, с целью ее изменения.
Понятие «электродвигатель» включает двигатели переменного тока (АС), двигатели постоянного тока (DC), а также шаговые двигатели.
«Регулирование расхода жидкости» означает регулирование объемного расхода. Управление давлением, прилагаемым для поддержания уставки давления (например, давления всасывания) независимо от объемного расхода жидкости, обусловленного приложенным давлением, не считается «регулированием расхода жидкости». Однако изменение давления, прилагаемого для поддержания уставки объемного расхода жидкости, считается «регулированием расхода жидкости».
Понятие «в основном» в отношении подверженных воздействию областей поверхности электродов означает, что подверженные воздействию области поверхности, как, например, между двумя электродами, являются одинаковыми или отличаются не более чем на двадцать пять (25) процентов.
Жидкостный канал, упомянутый как находящийся «внутри» удлиненного стержня, включает не только отдельный жидкостный канал, который физически находится в пределах всего или части внутреннего объема удлиненного вала, но также ситуации, когда внутренний объем удлиненного вала сам по себе является жидкостным каналом, или когда отдельный жидкостный канал присоединен вдоль всей длины или части удлиненного стержня.
Если указывается диапазон значений, следует понимать, что каждое промежуточное значение между верхним и нижним пределами этого диапазона и любое другое заданное или промежуточное значение в этом заданном диапазоне охватывается настоящим изобретением. Кроме того, предполагается, что любой описываемый в вариантах изобретения необязательный признак может быть изложен и заявлен независимо или в сочетании с любым одним или более признаков, описанных здесь.
Все существующие объекты изобретения, упомянутые здесь (например, публикации, патенты, патентные заявки и оборудование), полностью включены сюда посредством ссылки, за исключением случаев, когда объект изобретения может вступать в противоречие с настоящим изобретением (в этом случае информация, изложенная в настоящем документе, имеет преимущественную силу). Упоминаемые признаки описаны исключительно для их раскрытия до даты подачи настоящей заявки. Ничто из содержащегося в настоящем документе не должно быть истолковано как признание того, что настоящее изобретение не может датировать задним числом такие документы на основании предшествующего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Перед подробным описанием различных вариантов воплощения отметим, что данное изобретение не ограничивается конкретными вариантами, изложенными в данном документе как различные возможные изменения или модификации, а эквиваленты могут быть замещены без отхода от сущности и объема изобретения. Как будет очевидно для специалистов в данной области техники после прочтения этого раскрытия, каждый из отдельных вариантов воплощения, описанных и проиллюстрированных здесь, имеет дискретные компоненты и признаки, которые могут быть легко отделены от признаков или комбинироваться с признаками любого из нескольких других вариантов воплощения без отхода от объема или сущности настоящего изобретения. Кроме того, могут быть предложены многие различные модификации для адаптации к конкретной ситуации материала, композиции, способа, действия(й) или этапа(ов) способа для достижения цели(ей), соответствия сущности или объему настоящего изобретения. Все такие модификации находятся в пределах объема формулы изобретения, приведенной в данном документе.
Различные варианты воплощения связаны с электрохирургическими способами и связанными с ними электрохирургическими системами. В частности, различные варианты воплощения связаны с электрохирургической системой, имеющей несколько режимов функционирования, которые настроены для лечения конкретного целевого типа ткани или достижения требуемого электрохирургического воздействия, и реализуемой простым электрохирургическим шпателем и простым электрохирургическим контроллером. В примерных вариантах воплощения несколько режимов функционирования реализуются простым активным электродом на электрохирургическом шпателе. В описании сначала рассматривается типовая система, чтобы сориентировать читателя.
Фиг. 1 иллюстрирует электрохирургическую систему 100 в соответствии с, по меньшей мере, некоторыми вариантами воплощения. В частности, электрохирургическая система 100 содержит электрохирургический шпатель 102 (далее «шпатель 102»), соединенный с электрохирургическим контроллером 104 (далее «контроллер 104»). Шпатель 102 содержит удлиненный стержень 106, который образует дистальный конец 108. Удлиненный стержень 106 дополнительно образует ручку или проксимальный конец 110, за который врач удерживает шпатель 102 во время хирургических операций. Шпатель 102 дополнительно содержит гибкий многожильный кабель 112, вмещающий один или более электрических проводов (не показаны на Фиг. 1), и этот гибкий многожильный кабель 112 заканчивается в соединителе шпателя 114. Как показано на Фиг. 1, шпатель 102 соединен с контроллером 104, например, с помощью соединителя контроллера 120 на внешней поверхности корпуса 122 (в иллюстративном примере на Фиг. 1 - на передней поверхности).
Хотя это и не видно на Фиг. 1, в некоторых вариантах воплощения шпатель 102 имеет один или более внутренних жидкостных каналов, присоединенных к доступным снаружи трубчатым элементам. Согласно иллюстрации, шпатель 102 имеет гибкий трубчатый элемент 116, используемый для аспирации на дистальном конце 108 шпателя. В соответствии с различными вариантами воплощения, трубчатый элемент 116 присоединяется к перистальтическому насосу 118, этот перистальтический насос 118 иллюстративно показан как компонент, встроенный в контроллер 104 (т.е. находящийся, по меньшей мере, частично внутри корпуса 122 контроллера 104). В других вариантах воплощения корпус перистальтического насоса 118 может быть отдельным от корпуса 122 контроллера 104 (как показано пунктирными линиями на фигуре), но в любом случае перистальтический насос функционально связан с контроллером 104.
Перистальтический насос 118 содержит узел ротора 124 (далее просто «ротор 124»), а также узел статора 126 (далее просто «статор 126»). Гибкий трубчатый элемент 116 присоединяется внутри перистальтического насоса 118 между ротором 124 и статором 126, а перемещение ротора 124 по отношению к гибкому трубчатому элементу 116 вызывает перемещение жидкости в направлении слива 128. Притом, что иллюстративный перистальтический насос 118 показан с двухголовочным ротором 124, могут быть использованы различные виды перистальтических насосов 118 (например, пятиголовочный перистальтический насос). В контексте различных вариантов воплощения перистальтический насос 118 создает аспирацию с регулируемым объемом из хирургического поля на дистальном конце 108 шпателя 102 с управлением, основанным на изменении скорости ротора 124, производимым контроллером 104.
Как показано на Фиг. 1, устройство отображения или интерфейсное устройство 130 находится в корпусе 122 контроллера 104, а в некоторых вариантах воплощения пользователь может выбрать режимы работы контроллера 104 посредством интерфейсного устройства 130 и/или связанных кнопок 132. Например, с помощью одной или более кнопок 132 хирург может выбрать один из режимов абляции, таких как: режим малой мощности, который может быть использован для удаления частей хряща; режим средней мощности, который может быть использован для удаления мениска; режим высокой мощности для интенсивного удаления ткани и вакуумный режим для удаления свободно плавающей и/или улавливаемой ткани. Различные режимы работы обсуждаются более подробно ниже.
В некоторых вариантах воплощения электрохирургическая система 100 также содержит узел ножной педали 134. Узел ножной педали 134 может содержать одно или более педальных устройств 136 и 138, гибкий многожильный кабель 140 и соединитель педали 142. Притом, что показаны только два педальных устройства 136 и 138, может быть реализовано одно или более педальных устройств. Корпус 122 контроллера 104 может содержать соответствующий соединитель 144, который присоединяется к соединителю педали 142. Врач может использовать узел ножной педали 134 для управления различными аспектами контроллера 104, например, режимом абляции. Например, педальное устройство 136 может использоваться для управления включением-выключением подачи радиочастотной (РЧ) энергии на шпатель 102 и, в частности, для управления энергией в режиме абляции. Кроме того, педальное устройство 138 может быть использовано для управления и/или установки режима абляции электрохирургической системы. Например, нажатие педального устройства 138 может переключать уровень энергии, посредством контроллера 104, и, соответственно, изменять интенсивность аспирации, производимой перистальтическим насосом 118. В некоторых вариантах воплощения управление различными аспектами функционирования или производительности контроллера 104 может быть активировано путем выборочного нажатия нажимных кнопок, расположенных на ручке 110 шпателя 102.
Электрохирургическая система 100 по различным вариантам воплощения может иметь различные режимы работы, которые используют технологию Coblation. В частности, патентообладатель настоящего раскрытия является владельцем технологии Coblation. Технология Coblation предполагает применение радиочастотного (РЧ) сигнала между одним или более активных электродов и одним или более возвратных электродов шпателя 102 для создания высокой напряженности электрического поля в непосредственной близости от целевой ткани. Напряженности электрического поля могут быть достаточными для испарения электропроводящей жидкости с помощью по меньшей мере части одного или более активных электродов в области между одним или более активных электродов и целевой тканью. Электропроводящая жидкость может изначально присутствовать в организме, например, в виде крови или, в некоторых случаях, внеклеточной или внутриклеточной жидкости. В других вариантах воплощения электропроводящая жидкость может быть жидкостью или газом, например, изотоническим раствором. В некоторых вариантах воплощения, например, при хирургических операциях, связанных с коленом или плечом, электропроводящая жидкость подается к месту, расположенному в непосредственной близости от активного электрода, и/или к целевому месту с помощью системы доставки, помимо и отдельно от системы 100.
Когда электропроводящая жидкость находится под напряжением и при этом атомы жидкости испаряются быстрее, чем повторно конденсируются, образуется газ. При приложении достаточной энергии к газу атомы сталкиваются друг с другом, в процессе чего происходит отдача электронов и образуется ионизированный газ или плазма (возникает так называемое «плазменное состояние»). Иначе говоря, плазма может быть образована путем нагрева газа и его ионизации при прохождении электрического тока через газ или при прохождении электромагнитных волн через газ. Способы создания плазмы подают энергию для непосредственного высвобождения свободных электронов в плазме, электронно-атомные столкновения высвобождают больше электронов и процесс каскадирует до тех пор, пока не будет достигнута требуемая степень ионизации. Более полное описание плазмы приведено в работе Plasma Physics («Физика плазмы») Р. Дж. Голдстона (R.J. Goldston) и П.X. Резерфорда (Р.Н. Rutherford) из лаборатории физики плазмы Принстонского университета (1995), полное раскрытие которой включено в данный документ посредством ссылки.
3
Поскольку плотность плазмы становится достаточно низкой (т.е. меньше приблизительно 1020 атомов/см для водных растворов), средняя длина свободного пробега электрона увеличивается таким образом, что впоследствии инжектированные электроны вызывают ударную ионизацию в плазме. Когда ионные частицы в плазменном слое обладают достаточной энергией (например, от 3,5 электрон-вольт (эВ) до 5 эВ), столкновения ионных частиц с молекулами, которые составляют целевую ткань, разрушают молекулярные связи целевой ткани, выделяя молекулы в свободные радикалы, которые затем объединяются в газообразные или жидкие соединения. Путем молекулярной диссоциации (в отличие от термического испарения или карбонизации) целевая ткань объемно удаляется способом молекулярной диссоциации больших органических молекул в меньшие молекулы и/или атомы, например, водорода, кислорода, оксидов углерода, углеводородов и соединений азота. Молекулярная диссоциация полностью устраняет структуру ткани, в отличие от дегидратации тканевого материала удалением жидкости внутри клеток ткани и внеклеточных жидкостей, как это происходит при электрохирургическом обезвоживании и испарении в предшествующем уровне техники. Более подробное описание молекулярной диссоциации приведено в принадлежащем тому же правообладателю патенте США №5697882, полное раскрытие которого включено в данный документ посредством ссылки.
Плотность энергии, производимой электрохирургической системой 100 на дистальном конце 108 шпателя 102 можно варьировать, регулируя различные факторы, такие как: количество активных электродов, размер электрода и межэлектродное расстояние, площадь поверхности электрода, неровности и/или острые кромки на поверхности электродов, электродные материалы, приложенное напряжение; ограничение тока, проходящего через один или более электродов (например, путем установки индуктивности последовательно с электродом); электропроводность жидкости, контактирующей с электродами; плотность электропроводящей жидкости и другие факторы. Соответственно, этими факторами можно манипулировать, чтобы управлять уровнем энергии возбужденных электронов. Поскольку различные тканевые структуры имеют различные молекулярные связи, электрохирургическая система 100 может быть выполнена с возможностью получения энергии, достаточной для того, чтобы разорвать молекулярные связи определенной ткани, но недостаточной, чтобы разорвать молекулярные связи другой ткани. Например, жировая ткань (например, жир) имеет двойные связи, для разрыва которых требуется уровень энергии выше 4-5 эВ (т.е. порядка около 8 эВ). Соответственно, технология Coblation в некоторых режимах работы не удаляет такую жировую ткань, однако технология Coblation может быть использована с более низкими уровнями энергии для эффективного удаления клеток, чтобы выделить внутренний жир в жидком виде. Другие режимы работы позволяют увеличить энергию таким образом, что двойные связи могут быть нарушены аналогично одинарным связям (например, повышением напряжения или изменением конфигурации электродов для увеличения плотности тока на электродах). Более полное описание этих различных явлений приведено в принадлежащих тому же правообладателю патентах США №6355032, №6149120 и №6296136, полное раскрытие которых включено в данный документ посредством ссылки.
Далее авторы изобретения представят теоретическое обоснование для объяснения того, как несколько режимов функционирования могут быть реализованы с помощью одного шпателя 102 и одного контроллера 104. Однако теоретические основы представлены исключительно в качестве одного из возможных объяснений и их не следует понимать как ограничение касательно функционирования для различных вариантов воплощения. Эквивалентно может быть предложена другая теоретическая основа с целью попытаться объяснить функционирование устройства с использованием другой теоретической основы, которая не должна устранять любое такое устройство в пределах прилагаемой формулы изобретения. В частности, цепь электрода, включающая плазму, создаваемую в функциональной взаимосвязи с активным электродом шпателя, жидкость между активным и возвратным электродом и поверхность контакта электрод-жидкость имеет или создает импеданс определенной величины потоку энергии от активного электрода к возвратному электроду. Импеданс, создаваемый цепью электрода, может зависеть от многих факторов, включая, но не ограничиваясь ими, толщину и объем самой плазмы, площадь поверхности активного электрода, не покрытого слоем пара и не находящегося в непосредственном контакте с электропроводящей жидкостью, а также объемный расход жидкости и/или газа за пределы от места расположения плазмы.
В устройствах предшествующего уровня техники для управления аспирацией используется только вакууметрическое давление (например, предусматриваются гнезда с подачей вакуума в настенных розетках в операционной больницы). Однако вакуум, доступный в гнезде настенной розетки, может быть очень непостоянным от одного помещения к другому, а во многих случаях и в пределах одного помещения с течением времени. Кроме того, применяемое управление вакууметрическим давлением не подразумевает управление объемом аспирации. Таким образом, в то время как устройства предшествующего уровня техники могут управлять вакууметрическим давлением (или могут указывать предпочтительное вакууметрическое давление), они не управляют объемным расходом при аспирации.
Могут быть реализованы различные режимы работы, по меньшей мере, частично и в некоторых вариантах воплощения, посредством регулирования расхода жидкости в ходе аспирации, а не только лишь регулирования прикладываемого вакуумметрического давления. В некоторых вариантах воплощения и как показано на Фиг. 1, регулирование расхода жидкости осуществляется с помощью перистальтического насоса 118, но эквивалентно могут быть использованы и другие механизмы для управления расходом, включая регулирование давления. К тому же, регулируя расход жидкости при аспирации, можно, по меньшей мере, частично управлять импедансом в цепи электрода. В то время, как другие параметры также могут оказывать влияние на импеданс, авторы изобретения обнаружили, что понижение объемного расхода жидкости при аспирации приводит к повышению импеданса в цепи электрода за счет генерирования большего количества плазмы и уменьшения степени непосредственного контактирования активного электрода с электропроводящей жидкостью, и, следовательно, к меньшей диссипации (рассеиванию) энергии, а повышение объемного расхода жидкости при аспирации приводит к понижению импеданса и, таким образом, большей диссипации энергии. Более высокий объемный расход уменьшает объем плазмы и, следовательно, увеличивает силу электрического поля внутри плазмы.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что отношение объемного расхода жидкости при аспирации к диссипации энергии противоречит общепринятому пониманию. То есть устройства и способы предшествующего уровня техники работают с предположением, что, как правило, высокий расход быстрее отводит энергию и, следовательно, уменьшает тепловые аспекты абляции. В противоположность этому авторы настоящего изобретения обнаружили, что большой объемный расход при аспирации имеет тенденцию к тому, чтобы приводить в целом к более высокой диссипации энергии. То есть большой объемный расход приводит к понижению импеданса цепи электрода, а понижение импеданса ведет к увеличению диссипации энергии. Кроме того, повышение значения объемного расхода вызывает «мерцание» плазмы. Рассмотрим аналогию в виде свечи. Если свеча горит в комнате с очень слабым движением воздуха, пламя может сохранять устойчивую форму, размер и расположение. Однако при наличии потока воздуха (например, при включении потолочного вентилятора) пламя начинает «мерцать». Если учесть, что в периоды разрушения плазмы (т.е. отсутствия плазмы) больше энергии рассеивается в тепловом режиме через окружающую жидкость и ткань, «мерцание» плазмы (плазма, которая периодически разрушается и образуется вновь), вызванное высоким объемным расходом, может привести к большей (а не меньшей) диссипации энергии в ткани и окружающей жидкости. Другими словами, не только «мерцание» плазмы будет приводить к понижению среднего импеданса и, следовательно, повышению диссипации энергии, но также тепловой режим, который преобладает во время кратковременного разрушения плазмы при «мерцании», вызывает повышение диссипации энергии, кроме тех периодов времени, когда плазма присутствует.
Соответственно, варианты воплощения, описанные в данном документе, относятся к системе, где импеданс (или ток высокой частоты, проходящий через активный электрод, который может быть использован для вычисления импеданса) на электроде отслеживается и используется в качестве параметра для управления объемным расходом при аспирации для управления полем плазмы таким образом, который требуется для конкретного типа ткани или операции. Например, если в некоторой точке наблюдается снижение импеданса активного электрода во время операции (возможно, указывает на неустойчивость плазмы), блок управления системы может выдать команду аспирационному насосу уменьшить расход при аспирации, чтобы позволить стабилизировать поле плазмы. С другой стороны, может потребоваться измерение тока высокой частоты, проходящего через активный электрод и регулирующего расход жидкости при аспирации, чтобы поддерживать ток на определенном заранее заданном и требуемом уровне, связанном с эксплуатационными предпочтениями пользователя. Кроме того, при некоторых операциях может потребоваться уменьшение расхода жидкости вместо стабилизации поля плазмы, чтобы уменьшить тепловыделение в месте лечения и повысить степень сохранности ткани. Настоящим также ссылаемся на принадлежащий тому же правообладателю патент США №8192424, озаглавленный "ELECTROSURGICAL SYSTEM WITH SUCTION CONTROL APPARTUS, SYSTEM AND METHOD" (ЭЛЕКТРОХИРУРГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С УСТРОЙСТВОМ УПРАВЛЕНИЯ ОТСАСЫВАНИЕМ, СИСТЕМА И СПОСОБ), полное раскрытие которого включено в данный документ посредством ссылки для любых целей. С другой стороны, для некоторых типов операций может потребоваться поступиться стабильностью плазменного поля, чтобы в целом достичь большего объемного расхода жидкости при аспирации для удаления пузырьков и остатков из хирургического поля.
На основании теоретического обоснования в вышеприведенных пунктах различные варианты воплощения относятся к системам и соответствующим способам, реализующим по меньшей мере два режима функционирования во время проведения электрохирургических операций, в некоторых вариантах воплощения с использованием одного шпателя (и в некоторых случаях одного активного электрода) наряду с одним контроллером. В конкретном варианте воплощения могут быть реализованы четыре различных режима функционирования, такие как: «режим малой мощности», который может быть использован для лечения и удаления чувствительной ткани, такой как части суставного хряща; «режим средней мощности», который может быть использован для лечения и удаления мениска; «режим высокой мощности» для интенсивного удаления ткани любого вида и «вакуумный режим» для удаления свободно плавающей и/или улавливаемой ткани. Более подробная информация об иллюстративных режимах абляции представлена ниже после рассмотрения иллюстративного шпателя 102 и внутренних компонентов контроллера 104.
На Фиг. 2 представлена вертикальная проекция шпателя 102, соответствующего типовым системам. В частности, шпатель 102 содержит удлиненный стержень 106, который может быть гибким или жестким, ручку 110, соединенную с проксимальным концом удлиненного стержня 106, и опорный элемент электрода 200, соединенный с дистальным концом удлиненного стержня 106. Также на Фиг. 2 виден гибкий трубчатый элемент 116, простирающийся от шпателя 102 и многожильного кабеля 112. Шпатель 102 содержит активный электрод 202, расположенный на дистальном конце 108 удлиненного стержня 106. Активный электрод 202 может быть соединен с активной или пассивной сетью управления в контроллере 104 (Фиг. 1) посредством одного или более изолированных электрических соединителей (не показаны) в многожильном кабеле 112. Активный электрод 202 электрически изолирован от общего или возвратного электрода 204, который расположен на стержне вблизи активного электрода 202, в некоторых типовых системах расположен в пределах от 1 миллиметра (мм) до 25 мм от дистального конца. Вблизи дистального конца возвратный электрод 204 соосен с удлиненным стержнем 106 шпателя 102. Опорный элемент 200 расположен дистально по отношению к возвратному электроду 204 и может быть выполнен из электроизолирующего материала, например, эпоксидной смолы, пластмассы, керамики, силикона, стекла и т.п. Опорный элемент 200 простирается от дистального конца 108 удлиненного стержня 106 (обычно около 1-20 мм) и удерживает активный электрод 202.
На Фиг. 3 представлен вертикальный поперечный разрез шпателя 102 в соответствии с типовыми вариантами воплощения. В частности, шпатель 102 содержит всасывающую полость 206, формируемую удлиненным стержнем 106. В типовом шпателе 102 по Фиг. 3 внутренний диаметр удлиненного стержня 106 образует секционную полость 206, но в других случаях всасывающую полость 206 может образовывать отдельная трубка внутри удлиненного стержня 106. Всасывающая полость 206 может быть использована для аспирации избыточной жидкости, пузырьков, фрагментов ткани и/или продуктов абляции из целевого места вблизи активного электрода 202. Всасывающая полость 206 продолжается и переходит в ручку 110 и гидравлически соединяется с гибким трубчатым элементом 116 для соединения с перистальтическим насосом 118. Ручка 110 также образует внутреннюю полость 208, внутри которой могут находиться электрические проводники 210, при этом электрические проводники 210 могут проходить внутри многожильного кабеля 112 и в конечном итоге соединяться с контроллером 104. Электрические проводники аналогично проходят через удлиненный стержень и соединяются, по одному, с возвратным электродом 204 и активным электродом 202, но на фигуре не показано, что электрические проводники 210 находятся внутри удлиненного стержня 106, чтобы излишне не усложнять чертеж.
На Фиг. 4 представлена вертикальная проекция типового активного электрода (слева), а также вид в перспективе дистального конца шпателя 102 (справа) в соответствии с типовыми системами. В частности, активный электрод 202 может быть активным сетчатым электродом 400, показанным на Фиг. 4. Сетчатый электрод 400 может содержать электропроводящий материал, такой как вольфрам, титан, молибден, платина или тому подобное. Сетчатый электрод 400 может иметь диаметр в диапазоне от около 0,5 до 8 мм, в некоторых случаях может иметь около 1-4 мм, а также толщину от около 0,05 до около 2,5 мм, в некоторых случаях - около 0,1-1 мм. Сетчатый электрод 400 может содержать множество отверстий 402, выполненных с возможностью находиться над дистальным отверстием 404 всасывающей полости. Отверстия 402 предназначены для обеспечения прохождения избыточной аспирируемой жидкости, пузырьков и газов из места абляции и достаточно велики для возможности прохождения фрагментов удаляемой ткани внутрь всасывающей полости 206 (Фиг. 3). Согласно фигуре, сетчатый электрод 400 имеет сложную форму, которая позволяет увеличить соотношение площади периферии к площади поверхности сетчатого электрода 400. Большое соотношение площади периферии к площади поверхности повышает способность сетчатого электрода 400 инициировать и поддерживать слой плазмы в электропроводящей жидкости, поскольку края генерируют более высокую плотность тока, а большая площадь поверхности электрода имеет тенденцию рассеивать энергию в электропроводной среде.
В типовом варианте воплощения, показанном на Фиг. 4, сетчатый электрод 400 содержит основную часть 406, которая находится над изолирующим опорным элементом 200 и дистальным отверстием 404 всасывающей полости 206. Сетчатый электрод 400 дополнительно содержит выступы 408; на типовом сетчатом электроде 400 по Фиг. 4 показано пять выступов 408. Выступы 408 могут находиться, быть прикрепленными к и/или быть встроенными в изолирующий опорный элемент 200. В некоторых вариантах воплощения электрические соединители проходят через изоляционный опорный элемент 200 и присоединяются (например, с помощью приклеивания, пайки, сварки или т.п.) к одному или более выступам 408 для прикрепления сетчатого электрода 400 к изоляционному опорному элементу 200, и электрически соединяют сетчатый электрод 400 с контроллером 104 (Фиг. 1). В типовых системах сетчатый электрод 400 образует в основном плоскую поверхность для лечения ткани с плавной резекцией, абляцией и приданием требуемой формы мениску, хрящевой и другим видам тканей. При изменении формы хряща и мениска врач часто стремится сгладить неровную и рваную поверхность ткани, формируя в основном гладкую поверхность. В таких случаях в основном плоская поверхность лечения на сетчатом электроде обеспечивает достижение желаемого эффекта. Далее будет более подробно описан контроллер 104.
2
Фиг. 5 иллюстрирует электрическую блок-схему контроллера 104 в соответствии с, по меньшей мере, некоторыми вариантами воплощения. В частности, контроллер 104 содержит процессор 500. Процессор 500 может быть микроконтроллером, а, соответственно, микроконтроллер может быть объединен с постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) 502, оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) 504, цифроаналоговым преобразователем (D/A) 506, аналогово-цифровым преобразователем (A/D) 514, цифровыми выходами (D/O) 508 и цифровыми входами (D/I) 510. Процессор 500 может быть дополнительно оснащен одной или более доступными снаружи периферийными шинами, такими, как последовательная шина (например, IC), параллельная шина или другая шина, и соответствующим режимом приема и передачи данных. Процессор 500 может быть дополнительно объединен с логикой приема и передачи данных 512, для того чтобы процессор 500 мог поддерживать связь с внешними устройствами, а также внутренними устройствами, такими как устройства отображения 130. Хотя в некоторых вариантах воплощения процессор 500 может быть реализован в виде микроконтроллера, в других вариантах воплощения процессор 500 может быть реализован в виде обособленного центрального процессора в сочетании с отдельным ОЗУ, ПЗУ, каналом связи, устройствами A/D, D/A, D/О и D/I, а также коммуникационным оборудованием для осуществления связи с периферийными компонентами.
ПЗУ 502 хранит инструкции, выполняемые процессором 500. В частности, ПЗУ 502 может содержать программу, которая, при ее исполнении, обуславливает выполнение контроллером двух или более режимов функционирования. ОЗУ 504 может быть рабочим запоминающим устройством для процессора 500, где могут временно храниться данные и из которого могут выполняться команды. Процессор 500 соединен с другими устройствами внутри контроллера 104 посредством цифроаналогового преобразователя 506 (например, в некоторых вариантах воплощения с высокочастотным генератором 516), цифровых выходов 508 (например, в некоторых вариантах воплощения с высокочастотным генератором 516), цифровых входов 510 (например, с интерфейсными устройствами, такими как кнопочный переключатель 132 или узел ножной педали 134 (Фиг. 1)), устройств связи 512 (например, с устройством отображения 130).
Генератор напряжения 516 генерирует сигнал напряжения переменного тока (АС), который подается на активный электрод 202 шпателя 102. В некоторых вариантах воплощения генератор напряжения имеет активную клемму 518, которая соединена с электрическим штекером 520 в соединителе 120 контроллера, электрическим штекером 522 в соединителе 114 шпателя и, в конечном итоге, с активным электродом 202. Аналогично генератор напряжения имеет возвратную клемму 524, которая соединена с электрическим штекером 526 в соединителе 120 контроллера, электрическим штекером 528 в соединителе 114 шпателя и, в конечном итоге, с возвратным электродом 204. Могут быть использованы дополнительные активные клеммы и/или возвратные клеммы. Активная клемма 518 является клеммой, на которой напряжения и электрические токи индуцируются генератором напряжения 516, а возвратная клемма 524 образует возвратный путь для электрических токов. Для возвратной клеммы 524 можно предусмотреть общий провод или заземление, аналогичное общему проводу или заземлению в рамках уравновешивания контроллера 104 (например, общий провод 530 используется на нажимных кнопках 132), но в других вариантах воплощения генератор напряжения 516 может быть электрически «сглаженным» по устойчивому состоянию контроллера 104, и, таким образом, на возвратной клемме 524 при выполнении измерения по отношению к общему проводу или заземлению (например, общему проводу 530) может быть напряжение; однако электрическое сглаживание генератора напряжения 516 и, таким образом, возможность показаний напряжения на возвратной клемме 524 по отношению к заземлению не отменяет состояние на возвратной клемме 524 по отношению к активной клемме 518.
Сигнал напряжения переменного тока, генерируемый и подаваемый между активной клеммой 518 и возвратной клеммой 524 генератором напряжения 516, представляет собой радиочастотную энергию, которая в некоторых вариантах воплощения имеет частоту в диапазоне от приблизительно 5 килогерц (кГц) до 20 Мегагерц (МГц), в некоторых случаях составляет от приблизительно 30 кГц до 2,5 МГц, в других случаях находится между приблизительно 50 кГц и 500 кГц, часто составляет менее 350 кГц и часто находится между приблизительно 100 кГц и 200 кГц. В некоторых случаях применения целесообразно использовать частоту около 100 кГц, поскольку импеданс целевой ткани намного выше при 100 кГц.
СКЗ (среднеквадратичное значение) напряжения, генерируемого генератором напряжения 516, может находиться в диапазоне от приблизительно 5 вольт (В) до 1800 В, в некоторых случаях в диапазоне от приблизительно 10 В до 500 В, часто находится между приблизительно 10 В и 400 В, в зависимости от размера активного электрода. Размах напряжения, генерируемого генератором напряжения 516, в течение абляции в некоторых вариантах воплощения представляет собой прямоугольное колебание с размахом напряжения в диапазоне от 10 В до 2000 В, в некоторых случаях в диапазоне от 100 В до 1800 В, в других случаях в диапазоне от приблизительно 28 В до 1200 В и часто с размахом в диапазоне от приблизительно 100 В до 320 В.
Напряжение и ток, генерируемые генератором напряжения 516, могут подаваться в виде последовательности импульсов напряжения или напряжения переменного тока с достаточно высокой частотой (например, порядка 5 кГц-20 МГц), благодаря чему напряжение подается эффективно и непрерывно (по сравнению, например, с лазерами, вызывающими некроз на небольшую глубину, которые работают в импульсном режиме с частотой приблизительно от 10 Гц до 20 Гц). Кроме того, рабочий цикл (т.е. суммарное время через любой односекундный интервал, когда подается энергия) напряжения прямоугольного сигнала, вырабатываемого генератором напряжения 516, составляет порядка приблизительно 50% для некоторых вариантов воплощения по сравнению с импульсными лазерами, которые могут иметь рабочий цикл приблизительно 0,0001%. Хотя в некоторых вариантах воплощения генерируются и подаются прямоугольные сигналы, сигнал напряжения переменного тока может быть изменен для включения таких признаков как всплески напряжения в переднем или заднем фронте каждой половины цикла или сигнал напряжения переменного тока может быть изменен для создания определенной формы (например, синусоидальной, треугольной).
Генератор напряжения 516 подает на электрод средние уровни мощности в диапазоне от нескольких милливатт до нескольких сотен ватт в зависимости от режима абляции и состояния плазмы рядом с активным электродом. Генератор напряжения 516 в сочетании с процессором 500 выполнен с возможностью первоначальной установки выходной энергии генератора напряжения 516 (например, путем регулирования выходного напряжения) на основании режима абляции, выбранного хирургом, и в то же время с возможностью управления в выбранном режиме абляции изменениями, чтобы компенсировать изменения, вызванные использованием шпателя. Смена режимов управления обсуждается более подробно ниже после дальнейшего рассмотрения перистальтического насоса 118. Описание различных генераторов напряжения 516 приведено в принадлежащих тому же правообладателю патентах США №6142992 и №6235020, полное раскрытие которых включено в данный документ посредством ссылки для любых целей. Настоящим также ссылаемся на принадлежащий тому же правообладателю патент США №8257350, озаглавленный "METHOD AND SYSTEM OF AN ELECTROSURGICAL CONTROLLER WITH WAVE-SHAPING" (СПОСОБ И СИСТЕМА ЭЛЕКТРОХИРУРГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЛЕРА С ФОРМИРОВАНИЕМ ВОЛНЫ), полное раскрытие которого включено в данный документ посредством ссылки, как если бы он был воспроизведен полностью ниже.
В некоторых вариантах воплощения различными режимами функционирования, реализуемыми, по меньшей мере, частично, с помощью генератора напряжения 516, можно управлять посредством процессора 500 через цифроаналоговый преобразователь 506. Например, процессор 500 может управлять выходными напряжениями, обеспечивая выдачу одного или более переменных напряжений на генератор напряжения 516, где напряжения, подаваемые через цифроаналоговый преобразователь 506, пропорциональны напряжениям, генерируемым генератором напряжения 516. В других вариантах воплощения процессор 500 может поддерживать связь с генератором напряжения с помощью одного или более цифровых выходных сигналов от преобразователя цифрового выхода 508 или с помощью осуществления связи с коммутацией пакетов с использованием устройства связи 512 (варианты воплощения осуществления связи специально не показаны, чтобы излишне не усложнять Фиг. 5).
Как показано на Фиг. 5, в некоторых вариантах воплощения контроллер 104 дополнительно содержит механизм обнаружения электрического тока, проходящего через активный электрод. В иллюстративном случае по Фиг. 3 обнаружение тока, проходящего через активный электрод, может быть осуществлено токочувствительным трансформатором 532. В частности, через токочувствительный трансформатор 532 может быть продет проводник активной клеммы 518 таким образом, чтобы активная клемма 518 стала отдельным витком первичной обмотки. Прохождение тока в отдельном витке первичной обмотки индуцирует соответствующие напряжения и/или токи во вторичной обмотке. Таким образом, иллюстративный токочувствительный трансформатор 532 соединен с цифроаналоговым преобразователем 514 (как показано в кружке А). В некоторых случаях токочувствительный трансформатор может соединяться непосредственно с аналогово-цифровым преобразователем 514, а в других случаях между токочувствительным трансформатором 532 и цифроаналоговым преобразователем 514 может быть введена дополнительная цепь, например, цепи усиления и цепи защиты. Токочувствительный трансформатор является лишь иллюстративным примером любого подходящего механизма для обнаружения тока, проходящего через активный электрод, но возможно применение и других систем. К примеру, небольшой резистор (например, 1 Ом, 0,1 Ом) может быть подключен последовательно к активной клемме 518 и падение напряжения, индуцируемое на резисторе, используется для индикации электрического тока. В других случаях цепь обнаружения тока может измерять ток в любой подходящей форме, а измеренные значения тока могут предоставляться в виде, отличном от аналогового сигнала, например, посредством связи с коммутацией пакетов через коммуникационный порт 512 (не показан, чтобы излишне не усложнять чертеж).
Учитывая, что генератор напряжения 516 электрически сглажен, механизм обнаружения тока не ограничивается только активной клеммой 518. Таким образом, в еще других вариантах воплощения механизм обнаружения тока может быть реализован по отношению к возвратной клемме 524. Например, иллюстративный токочувствительный трансформатор 532 может быть реализован на проводнике, связанном с возвратной клеммой 524.
В некоторых вариантах воплощения только параметр обратной связи, используемый процессором в отношении генератора напряжения 516, отражает движение электрического тока. Например, в системах, где генератор напряжения может точно создавать выходное напряжение независимо от импеданса подключенной нагрузки, может быть достаточно управления процессором 500 уставками для напряжения, создаваемого генератором напряжения 516 (например, для вычисления значения, указывающего импеданс плазмы вблизи активного электрода). Однако в других случаях напряжение может также быть параметром обратной связи. Таким образом, в некоторых случаях активная клемма 518 может быть электрически соединена с цифроаналоговым преобразователем 514 (как показано в кружке В). Однако между активной клеммой 518 и цифроаналоговым преобразователем 514 может быть введена дополнительная цепь, например, различные понижающие трансформаторы, цепи защиты и цепи для учета механизма электрического сглаживания генератора напряжения 516. Такая дополнительная цепь не показана, чтобы излишне не усложнять фигуру. В еще других случаях цепь обнаружения напряжения может измерять напряжение, а измеренные значения напряжения могут предоставляться в виде, отличном от аналогового сигнала, например, посредством связи с коммутацией пакетов через коммуникационный порт 512 (не показан, чтобы излишне не усложнять чертеж).
Как показано на Фиг. 5, контроллер 104, в соответствии с различными вариантами воплощения, дополнительно содержит перистальтический насос 118. Перистальтический насос 118 может находиться, по меньшей мере, частично, внутри корпуса 122. Перистальтический насос содержит ротор 124, механически соединенный с валом электродвигателя 534. В некоторых случаях и как показано на фигурах, ротор электродвигателя может быть непосредственно соединен с ротором 124, но в других случаях между электродвигателем 534 и ротором 124 могут находиться различные шестерни, шкивы и/или ремни. Электродвигатель 534 может быть любого подходящего вида, например, двигателем переменного тока, двигателем постоянного тока и/или шаговым двигателем. Для управления скоростью вращения вала электродвигателя 534 и, таким образом, управления скоростью вращения ротора 124 (и объемного расхода в шпателе) электродвигатель 534 может быть соединен с цепью 536 управления скоростью вращения двигателя. В иллюстративном примере электродвигателя переменного тока цепь 536 управления скоростью вращения двигателя может управлять напряжением и частотой, подаваемыми на электродвигатель 534. В случае электродвигателя постоянного тока, цепь 536 управления скоростью вращения двигателя может контролировать напряжение постоянного тока, подаваемое на электродвигатель 534. В случае шагового двигателя цепь 536 управления скоростью вращения двигателя может регулировать ток, протекающий к полюсам двигателя, а шаговый двигатель может иметь достаточное количество полюсов или управляться таким образом, что ротор 124 движется плавно.
Процессор 500 соединен с цепью 536 управления скоростью вращения двигателя, например, посредством цифроаналогового преобразователя 506 (как показано в кружке С). Процессор 500 может быть соединен другими способами, а также, например, посредством осуществления связи с коммутацией пакетов через коммуникационный порт 512. Таким образом, процессор 500, запуская программу, может считывать электрический ток, подаваемый на активную клемму 518, может считывать напряжение, подаваемое на активную клемму 518, и реагировать на считанные значения, соответственно изменяя режим управления скоростью вращения (и тем самым изменяя объемный расход), отправляя команды скорости вращения цепи 536 управления скоростью вращения двигателя. Цепь 536 управления скоростью вращения двигателя, в свою очередь, осуществляет изменение режима управления скоростью вращения. Изменение режима управления скоростью вращения при необходимости может включать изменение скорости вращения ротора 124, при необходимости - остановку ротора 124, а в некоторых вариантах воплощения - временное изменение направления вращения (реверсирование) ротора 124. Прежде чем продолжить, отметим, что ротор 124 перистальтического насоса не обязательно должен проворачиваться именно электродвигателем. В то время как может быть более удобно использовать электродвигатель с электрической системой управления, эквивалентно могут быть использованы другие типы двигателей с регулируемой скоростью вращения выходного вала (например, пневматические двигатели).
Далее более подробно будут описаны различные режимы функционирования, которые могут быть реализованы с помощью электрохирургической системы. Каждый из режимов функционирования иллюстративно именован на основе интенсивности абляции. Однако все иллюстративно идентифицированные типы тканей могут быть удалены в любом и в каждом из режимов, и, таким образом, указание типа ткани, которая, как ожидается, будет удалена в любом из режимов, не следует принимать за ограничение применимости любого конкретного режима. Абляция ткани в режиме, не предназначенном для этой ткани, может привести к нежелательным последствиям, например, изменению окраски или цвета или удалению слишком большого количества целевой ткани. Таким образом, доступные режимы функционирования системы обеспечивают повышенную производительность, где управление выходной энергией в сочетании с управлением расходом при аспирации создает результаты хирургического лечения в каждом из режимов, которые настроены под целевую ткань или тип хирургической операции.
В соответствии с различными вариантами воплощения электрохирургический контроллер 100 реализует по меньшей мере два, а в некоторых вариантах воплощения и четыре режима функционирования для регулирования расхода в динамическом режиме в непосредственной близости от активного электрода с целью регулирования выходной радиочастотной энергии: «режим малой мощности», который может быть использован для лечения, абляции и удаления частей хряща; «режим средней мощности», который может быть использован для лечения, абляции и удаления мениска; «режим высокой мощности», который может быть использован для интенсивной абляции и удаления ткани; и «вакуумный режим» для удаления свободно плавающей и/или улавливаемой ткани. Каждый иллюстративный режим функционирования может быть охарактеризован первоначальной установкой энергии генератора напряжения 516 и первоначальным объемным расходом через перистальтический насос 118, первоначальные установки которого могут обуславливать определенный требуемый импеданс плазмы, создаваемой при абляции. Во время работы в конкретном режиме эксплуатации энергия, подаваемая на генератор напряжения 516, и объемный расход через перистальтический насос 118 могут изменяться в зависимости от условий эксплуатации на дистальном конце 108 шпателя, но такие изменения не должны устранять состояние в рамках конкретного режима функционирования. Следующая таблица описывает четыре иллюстративных режима эксплуатации при высокой интенсивности.
Все режимы будут поочередно рассмотрены.
Режим функционирования с низкой мощностью предназначен специально для лечения и избирательной абляции суставного хряща или другой очень чувствительной ткани. Этот режим функционирования с низкой мощностью особенно подходит для пластической операции на хряще и окончательной обработки или придания требуемой формы мениску. Однако хрящ не отрастает и, следовательно, количество хряща, удаляемое хирургом при пластической операции на хряще в большинстве операций очень мало. Основной задачей хирурга может быть тщательное удаление пораженного болезнью хряща и вместе с тем одновременное уменьшение повреждения остающейся хрящевой ткани. По этим причинам иллюстративный режим малой мощности характеризуется подачей на активный электрод энергии с низким уровнем, а также низким объемным расходом при аспирации. В частности, в этом режиме функционирования подача энергии во время лечения необходима, чтобы максимизировать жизнеспособность клеток и создать мгновенное понижение диссипации энергии и тепловыделения в непосредственной близости от места лечения. Понижение расхода всасывания и низкий объемный расход, связанный с этим режимом функционирования, может привести к тому, что цепь плазмы и электрода будут иметь более высокий полный импеданс.
Разрушения парового слоя и резких скачков тока в режиме малой мощности следует по возможности избегать, и, таким образом, управление объемным расходом в режиме малой мощности может позволить осуществить интенсивное регулирующее воздействие в отношении замедления объемного расхода (т.е. уменьшения скорости вращения ротора 124 перистальтического насоса 118), для того чтобы поддерживать активность и стабильность плазмы. В некоторых случаях регулирующее воздействие может привести к кратковременным изменениям направления вращения на обратное ротора 124 перистальтического насоса 118. Обратное вращение ротора 124 перистальтического насоса 118 не может привести к реверсированию объемного расхода на активном электроде 202 (благодаря эластичности трубки 116), но, тем не менее, может привести к тому, что контроллер 104 быстро замедлит или остановит объемный расход на активном электроде, если контроллер 104 обнаружит разрушение плазмы. Для уменьшения термического повреждения окружающих тканей в режиме малой мощности, в то время как активируется радиочастотная энергия, может потребоваться уменьшение объемного расхода при аспирации практически до нуля. Регулирующее воздействие затем обеспечит минимально необходимый объемный расход при аспирации, когда радиочастотная энергия деактивируется для удаления рыхлой ткани и откачивания пузырьков из хирургического поля, чтобы улучшить визуализацию.
Что касается генератора напряжения 516, режим малой мощности характеризуется низким уровнем энергии, а в некоторых вариантах воплощения контроллер 104 задействует верхний предел по количеству энергии, подаваемой на активный электрод 202. Для генератора напряжения 516, который вырабатывает напряжение с постоянным среднеквадратичным значением (RMS), величиной тока, проходящего через активный электрод 202, можно управлять. Для генератора напряжения 516, который управляет выходным напряжением, значениями среднеквадратичного напряжения и среднеквадратичного тока можно управлять для осуществления подачи энергии с низким уровнем.
В режиме функционирования с малой мощностью контроллер 104 управляет генератором напряжения 516 и перистальтическим насосом 118 для достижения относительно высокого целевого импеданса в цепи плазмы и электрода и для предотвращения разрушения плазмы. Регулирующее воздействие в ответ на уменьшение импеданса (которое рассчитывается на основе тока и/или напряжения, приложенного к активному электроду) может включать как понижение энергии, подаваемой генератором напряжения 516, так и замедление и/или остановку перистальтического насоса 118. В некоторых вариантах воплощения изменение количества электрической энергии, вырабатываемой генератором напряжения 516, может быть осуществлено быстрее, чем изменение скорости вращения перистальтического насоса 118, и, таким образом, в некоторых вариантах воплощения первоначальной реакцией на измеренное уменьшение импеданса плазмы может быть моментальное повышение уровня подаваемой энергии с последующим уменьшением скорости вращения насоса и снижением подаваемой впоследствии энергии.
Режим функционирования со средней мощностью предназначен специально для абляции волокнисто-хрящевой ткани, такой как ткань мениска, но в данном режиме со средней мощностью могут быть также удалены и другие виды ткани. Применение режима функционирования со средней мощностью может также быть целесообразно для электрохирургического лечения ткани губы. При абляции мениска хирургу может понадобиться удалить больший объем ткани, чем в случае хрящевой ткани, но любое результирующее окисление или «оксидирование» оставшегося мениска недопустимо. По меньшей мере, по этой причине иллюстративный режим средней мощности характеризуется подачей на активный электрод энергии со средним уровнем, а также средним объемным расходом при аспирации для сохранения однородности ткани. В частности, в этом режиме функционирования подача энергии во время лечения требуется для повышения сохранности матрикса ткани и для предотвращения альтерации матрикса ткани с потерей естественной окраски или без обесцвечивания, или перекрестного связывания коллагеновых волокон, что может привести к механическим альтерациям. Средний объемный расход может обуславливать более низкий импеданс плазмы, чем в режиме малой мощности, наряду с относительно небольшим тепловыделением в месте лечения.
Разрушение плазмы в режиме средней мощности недопустимо, но нерегулярное разрушение плазмы и короткие всплески тока могут допускаться для осуществления абляции ткани с немного большей степенью интенсивности. Таким образом, регулирующее воздействие в отношении объемного расхода при лечении мениска может быть более интенсивным, чем в режиме малой мощности, а минимальный объемный расход при аспирации может быть достижим даже при таком минимальном разрушении плазмы.
Что касается генератора напряжения 516, режим средней мощности характеризуется замедленным реагированием на изменение импеданса плазмы. Для генератора напряжения 516, который производит постоянное пиковое напряжение, величина тока, проходящего через активный электрод 202, может быть усреднена и управляема для обеспечения предопределенного среднего значения тока. Для генератора напряжения 516, который управляет выходным напряжением, можно управлять усредненной энергией.
В режиме функционирования со средней мощностью контроллер 104 управляет генератором напряжения 516 и перистальтическим насосом 118 для достижения относительно среднего целевого импеданса в цепи электрода и плазмы. Регулирующее воздействие в ответ на уменьшение импеданса (которое рассчитывается на основе тока и/или напряжения, приложенного к активному электроду) может включать как изменение энергии, подаваемой генератором напряжения 516, так и замедление и/или остановку перистальтического насоса 118. В некоторых вариантах воплощения контроллер 104 может обеспечить подачу предопределенного количества энергии, а значение импеданса падает в пределах предопределенного диапазона; контроллер 104 может регулировать импеданс исключительно на основе изменения скорости вращения перистальтического насоса 118. При изменении импеданса, которое выходит за пределы предопределенного диапазона, стратегия регулирования может также основываться на изменении энергии, подаваемой генератором напряжения 516.
Иллюстративный режим функционирования с высокой мощностью предназначен специально для быстрого удаления ткани. В качестве примера данный режим функционирования с высокой мощностью может быть использован для лечения субакромиальной декомпрессии или удаления культи передней крестообразной связки (ACL). По этой причине иллюстративный режим высокой мощности характеризуется подачей на активный электрод энергии с высоким уровнем, а также высоким объемным расходом при аспирации. В частности, в этом режиме функционирования подача энергии во время лечения регулируется для усиленного удаления ткани с непрерывным объемным расходом при аспирации, чтобы притянуть ткань ближе к шпателю для более эффективной абляции и пониженной теплоотдачи. Высокий объемный расход приводит к понижению импеданса плазмы и регулярному (но неконтролируемому) разрушению плазмы. Таким образом, в режиме высокой мощности разрушение плазмы ожидается вследствие интенсивного расхода при аспирации, но в режиме высокой мощности может быть достигнут минимальный объемный расход и, таким образом, минимальная скорость вращения перистальтического насоса, даже если такая минимальная скорость вращения приводит к разрушению плазмы.
Что касается генератора напряжения 516, режим высокой мощности характеризуется замедленным реагированием на изменение импеданса плазмы. Изменение количества энергии, подаваемой на электрод шпателя, может осуществляться медленно, но с помощью генератора напряжения 516 энергия регулируется быстро или отключается полностью при достижении предопределенного высокого уровня энергии (например, свыше двух ампер). Для генератора напряжения 516, который вырабатывает напряжение с постоянным среднеквадратичным значением (RMS), величиной тока, проходящего через активный электрод 202, можно управлять для достижения предопределенной величины тока. Для генератора напряжения 516, который управляет выходным напряжением, можно управлять средней мощностью.
В режиме функционирования с высокой мощностью контроллер 104 управляет генератором напряжения 516 и перистальтическим насосом 118 для достижения относительно низкого целевого импеданса плазмы. Регулирующее воздействие в ответ на уменьшение импеданса (которое рассчитывается на основе тока и/или напряжения, приложенного к активному электроду) может включать замедление перистальтического насоса 118, но только до предопределенного минимального объемного расхода. В некоторых вариантах воплощения контроллер 104 может обеспечить подачу предопределенного количества энергии, а значение импеданса падает в пределах предопределенного диапазона; контроллер 104 может регулировать импеданс исключительно на основе изменения скорости вращения перистальтического насоса 118. При изменении импеданса, которое выходит за пределы предопределенного диапазона, регулирование может также основываться на изменении количества энергии, подаваемой генератором напряжения 516.
Разрушение плазмы ожидаемо, при этом в режиме высокой мощности точный расчет времени разрушения плазмы невозможен. В конкретном варианте воплощения контроллер 104 накапливает или подсчитывает количество времени, в течение которого плазма существует вблизи активного электрода, а также общее время (свыше любого подходящего периода времени, например, в одну секунду). Например, контроллер может предположить, что в период, когда ток ниже предопределенного порога (например, 500 миллиампер), плазма существует (когда более высокий ток будет протекать в отсутствие импеданса, связанного с плазмой). Срабатывая по накопленному значению времени в режиме плазмы, контроллер 104 может определять значение, указывающее на «рабочий цикл» плазмы в неплазменное время, например, путем учета показателя времени, когда плазма присутствует в течение суммарного времени в периоде. Если значение, свидетельствующее о рабочем цикле, указывает на функционирование вне пределов режима плазмы и оно свыше предопределенной величины (например, менее 25% времени), может быть применено регулирование, например, снижение расхода при аспирации.
Иллюстративный вакуумный режим функционирования предназначен специально для быстрого удаления рыхлой ткани и фрагментов ткани в пределах хирургического поля. По этой причине иллюстративный вакуумный режим характеризуется подачей на активный электрод переменной энергии, а также самым высоким объемным расходом среди всех режимов (когда аспирация активна). В частности, в этом режиме функционирования подачу энергии во время лечения необходимо оптимизировать для быстрой переработки остатков в хирургическом поле в сочетании с высоким объемным расходом для втягивания остатков в наконечник шпателя. Высокий объемный расход приведет к понижению импеданса плазмы.
Ожидаемое разрушение плазмы в вакуумном режиме происходит вследствие интенсивного объемного расхода при аспирации. В некоторых случаях объемный расход будет установлен и останется неизменным на протяжении всего периода действия режима. В других случаях вакуумный режим может поддерживать прерывистый объемный расход, чередуя наивысший объемный расход для интенсивного удаления ткани и более низкий объемный расход для «воспламенения» погасшей плазмы. Например, в одном иллюстративном варианте воплощения пульсирующего потока в течение 0,5 секунды может быть реализован более высокий объемный расход, а затем в течение 0,5 секунды поддерживается более низкий объемный расход. В других случаях возможно поддержание более высокого объемного расхода в течение от 0,1 до 1,0 секунды и более низкого объемного расхода в течение от 0,1 до 1,0 секунд. Кроме того, время между высоким объемным расходом и низким объемным расходом не нужно балансировать.
Что касается генератора напряжения 516, вакуумный режим характеризуется замедленным реагированием на изменение импеданса плазмы и цепи электрода. Изменение количества подаваемой энергии может осуществляться медленно, но с помощью генератора напряжения 516 энергия регулируется быстро или отключается полностью при достижении предопределенного высокого уровня энергии (например, свыше двух ампер). Для генератора напряжения 516, который вырабатывает постоянное пиковое напряжение, величиной тока, проходящего через активный электрод 202, можно управлять для достижения предопределенной величины тока. Для генератора напряжения 516, который управляет выходным напряжением, можно управлять средней мощностью.
В вакуумном режиме функционирования контроллер 104 не может производить оперативного регулирования (за исключением осуществления прерывистого расхода при аспирации). Другими словами, изменение импеданса плазмы может не приводить к изменению уставки тока и/или энергии, выдаваемой на генератор напряжения 516 процессором 500. В других случаях изменение подачи энергии происходит медленнее, чем в других режимах функционирования, с нерегулярным понижением и/или выключением подачи энергии, связанным с предопределенным высоким расходом энергии.
На Фиг. 6 показан график, который относится к возможным значениям амплитуды выходной радиочастотной энергии по отношению к расходу при аспирации (показано как настройка скорости вращения насоса) для трех типовых режимов функционирования - режима малой мощности, режима средней мощности и режима высокой мощности. В частности, для каждого режима функционирования электрохирургический контроллер 104 запрограммирован для работы в пределах диапазона рабочих параметров, связанных с выходной радиочастотной энергией и расходом при аспирации. Например, при функционировании в «режиме малой мощности», описанном выше, контроллер 104 может быть предварительно запрограммирован таким образом, чтобы выдавать выходную радиочастотную энергию только в диапазоне 25-50 Ватт, а уставки расхода при аспирации от типового значения «-1» (т.е. изменение направления вращения двигателя) до «5», что в некоторых случаях может привести к расходу при аспирации в диапазоне 0-45 мл/мин. Например, при функционировании в «режиме средней мощности», описанном выше, контроллер 104 может быть предварительно запрограммирован таким образом, чтобы выдавать выходную радиочастотную энергию только в диапазоне 50-150 Ватт, а уставки расхода при аспирации от типового значения «0» (то есть двигатель перистальтического насоса остановлен) до «5». Например, при функционировании в «режиме высокой мощности», описанном выше, контроллер 104 может быть предварительно запрограммирован таким образом, чтобы выдавать выходную радиочастотную энергию только в диапазоне 150-400 Ватт, а уставки расхода при аспирации от типового значения «1» до «5».
Хотя каждый режим может характеризоваться определенной энергией и объемным расходом для первоначального создания плазмы, объемный расход может быть первоначально ниже, и также напряжение подаваемой энергии может быть ниже для установления газовой фазы жидкости вблизи активного электрода. Кроме того, и опять же, независимо от режима работы, когда плазма создается при более низком объемном расходе и прилагаемом напряжении, линейное изменение напряжения и объемного расхода до первоначальных уставок для режима функционирования может быть синхронизировано. В соответствии с по меньшей мере некоторыми вариантами воплощения, генератор напряжения 516 выполнен с возможностью ограничения или прерывания прохождения тока, когда низкоомный материал (например, кровь, солевой раствор или электропроводящий гель) создает низкоимпедансную дорожку между возвратным электродом(ами) и активным электродом(ами). Более того, в некоторых вариантах воплощения генератор напряжения 516 конфигурируется пользователем в качестве источника постоянного тока (т.е. изменение выходного напряжения является функцией импеданса, определяемого на шпателе 102).
Приведенное выше обсуждение предназначено для иллюстрации принципов и различных вариантов воплощения настоящего изобретения. Возможны многочисленные вариации и модификации. Предполагается, что нижеследующую формулу изобретения следует интерпретировать как охватывающую все такие вариации и модификации. Например, несмотря на то, что на Фиг. 6 показаны неперекрывающиеся характеристики выходной радиочастотной энергии, как для типовых режимов функционирования, их диапазоны являются только примерами. В других ситуациях характеристики выходной радиочастотной энергии для разных режимов функционирования могут перекрываться (например, характеристика выходной радиочастотной энергии в нижнем секторе режима средней мощности может перекрываться характеристикой выходной радиочастотной энергии в верхнем секторе режима низкой мощности). Таким образом, описание не следует понимать как требующее того, чтобы в различных типовых режимах функционирования требовались взаимоисключающие диапазоны выходной радиочастотной энергии.
На фиг. 7 представлена блок-схема, описывающая способ с его возможного начала (блок 700) и который содержит: осуществление по меньшей мере двух режимов функционирования во время проведения электрохирургической операции, выполняемое посредством первого активного электрода электрохирургического шпателя, соединенного с электрохирургическим контроллером (блок 702) путем: либо управления потоком жидкости, подаваемой в отверстие на дистальном конце электрохирургического шпателя, где отверстие расположено вблизи первого электрода, либо регулирования импеданса (блок 704); и либо регулирования энергии, подаваемой на первый активный электрод электрохирургическим контроллером, либо регулирования импеданса (блок 706). Затем способ может быть завершен (блок 708).
Хотя выше были раскрыты и описаны предпочтительные варианты воплощения, их модификации могут предполагаться специалистом в данной области без отступления от объема или идеи данного документа. Описанные здесь варианты воплощения являются только примерами и не накладывают каких-либо ограничений. Поскольку многие изменения и различные варианты воплощения изобретения впоследствии могут быть предложены в пределах объема настоящей идеи изобретения, включая эквивалентные конструкции, материалы или способы, и вследствие того, что многие модификации могут быть предложены для вариантов воплощения, подробно описанных в данном документе, в соответствии с требованиями законодательства к описаниям, следует понимать, что подробное описание, приведенное в данном документе, следует интерпретировать в иллюстративном, а не в ограничивающем смысле.