Портативный микрохирургический плазмаскальпель-коагулятор

Полезная модель относится к области медицины, а именно, к хирургии, и может применяться в клинической и экспериментальной микрохирургии в частности, для высокоточного (прецизионного) бескровного рассечения мышц, сосудов, кожи, слизистых оболочек и иных мягких тканей человека и экспериментальных животных, высокоточной (прецизионной) коагуляции мягких тканей человека и экспериментальных животных, высокоточной (прецизионной) остановки кровотечений, высокоточной (прецизионной) плазменной сварки мягких тканей человека и экспериментальных животных как в стационаре, так и в условиях боевых действий и чрезвычайных ситуаций.
На сегодняшний день для решения подобных задач в медицине применяются аналоги, которые ввиду своих конструктивных особенностей не позволяют выполнять высокоточные (прецизионные) манипуляции с тканями. Поэтому их использование в микрохирургии не представляется возможным. Кроме того, их относительно громоздкие размеры, снижают мобильность аппаратов, а потребление ими питания от бытовой электросети исключает возможность использования их в условиях боевых действий и чрезвычайных ситуаций. Таким образом, в настоящее время не существует прибора для применения в микрохирургии, дающего возможность прецизионно бескровно рассекать мышцы, сосуды, кожу, слизистые оболочки и иные мягкие ткани человека и экспериментальных животных, коагулировать мягкие ткани человека и экспериментальных животных, останавливать кровотечения и осуществлять плазменную сварку мягких тканей человека и экспериментальных животных не только в стационаре, но и в условиях боевых действий и чрезвычайных ситуаций.
Одним из аналогов предлагаемого изобретения является электрохирургическое устройство (патент РФ №2145818, МПК 7 А61В 18/00, А61В 18/12, опубл. 2000.02.27), обеспечивающее коагуляцию тканей без непосредственного контакта электрода и ткани за счет генерации высокочастотного (440 кГц с частотой повторения 20-60 кГц) высоковольтного (2,5-5 кВ) переменного электрического тока, обеспечивающего накопление заряда на конце рабочего электрода, имеющего сферическую или полусферическую форму. При поднесении этого электрода к тканям на расстоянии 2-5 мм возникает электрический разряд. Таким образом, учитывая форму рабочего электрода (сферическую или полусферическую), а также свойство электрического разряда проходить по наикратчайшему расстоянию, прецизионность (высокоточность) манипуляции невозможна, что исключает возможность использования данного устройства в микрохирургии. Кроме того, необходимость использования до 10 м высоковольтного кабеля, идущего к активному электроду, создает предпосылки для поражения медицинского персонала высоковольтным током (до 5 кВ).
Описанные недостатки частично устранены в другом аналоге предлагаемого портативного микрохирургического плазмаскальпеля-коагулятора: устройстве для коагуляции и стимуляции заживления раневых дефектов биологических тканей (патент РФ №2138213, МПК 6 А61В 17/39, опубл. 1999.09.27). Основными недостатками данного устройства являются: большие габариты и вес рабочей части, необходимость использования дополнительного газового оборудования, а также сравнительно большая площадь области коагуляции, что исключает возможность использования и этого устройства в микрохирургии ввиду невозможности создания условий для прицизионности манипуляций.
Наиболее близким аналогом предложенного портативного микрохирургического плазмаскальпеля-коагулятора является бесконтактный электрохирургический аппарат (патент РФ №122800, МПК 8 А61В 18/12, опубл. 2012.05.23), который и выбран в качестве прототипа предлагаемого изобретения. Источником высокого напряжения в данном устройстве является резонансный LC-контур, состоящий из высоковольтного конденсатора цилиндрической формы на который намотана катушка индуктивности, размещенный по всей осевой линии цилиндрического корпуса и настроенный в резонанс с генератором высокочастотного напряжения.
Основные недостатки прототипа следующие:
1. Устройство конструктивно не приспособлено и не предназначено для использования его в микрохирургии.
2. В материалах заявки отсутствуют параметры генерируемого электрического тока.
3. За счет наличия системы принудительного охлаждения увеличиваются габариты рабочей ручки «цилиндрического корпуса» устройства, что препятствует выполнению высокоточных (прецизионных) манипуляций с тканями.
4. Не предусмотрен регулятор параметров генерируемого электрического тока.
5. Генератор высокочастотного напряжения (440 кГц и амплитудой до 200 В) вынесен за пределы корпуса ручки устройства, что увеличивает общие габариты устройства снижая его мобильность.
6. По низковольтному кабелю, соединяющему генератор высокочастотного напряжения и резонансный LC-контур, проходит электрический ток с частотой 440 кГц и амплитудой до 200 В, что является источником электромагнитных волн.
7. За счет наличия в цилиндрическом корпусе устройства резонансного LC-контура, состоящего из высоковольтного конденсатора цилиндрической формы на который намотана катушка индуктивности, размеры ручки устройства не позволяют выполнять высокоточные (прецизионные) манипуляции с тканями.
8. Предусмотрено питание только от бытовой электросети.
Технический результат предлагаемой полезной модели - использование портативного микрохирургического плазмаскальпеля-коагулятора в клинической и экспериментальной микрохирургии для выполнения высокоточного (прецизионного) бескровного рассечения мышц, сосудов, кожи, слизистых оболочек и иных мягких тканей человека и экспериментальных животных, высокоточной (прецизионной) коагуляции мягких тканей человека и экспериментальных животных, высокоточной (прецизионной) остановки кровотечений, высокоточной (прецизионной) плазменной (электро) сварки мягких тканей человека и экспериментальных животных не только в стационаре, но и в условиях боевых действий и чрезвычайных ситуаций.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в портативном микрохирургическом плазмаскальпеле-коагуляторе, состоящем из источника постоянного электрического тока, единого корпуса-ручки и сменных электродов, источник постоянного электрического тока, высоковольтный генератор, выключатель и регулятор параметров электрического тока размещены в проксимальной части корпуса-ручки устройства, а в рабочей части корпуса-ручки устройства размещены изолированный высоковольтный проводник, кнопка и цанговый держатель для сменных электродов.
Технический результат предлагаемого изобретения достигается благодаря тому, что портативный микрохирургический плазмаскальпель-коагулятор представляющий из себя компактное устройство, питающееся от источника постоянного электрического тока с напряжением от 4,5 до 12 вольт и выполненного в едином корпусе-ручке, имеющем оптимальные массогабаритные параметры и конструктивно приспособленное для использования его в микрохирургии за счет того, что основные электронные компоненты находятся в проксимальной части корпуса-ручки устройства, а в рабочей части корпуса-ручки устройства вмещается лишь изолированный высоковольтный проводник, кнопка и цанговый держатель для сменных электродов, генерирующее высокотемпературную (5000-50000 К) плазму образующуюся в результате ионизации (горения) атмосферного воздуха, находящегося между рабочим сменным электродом портативного микрохирургического плазмаскальпеля-коагулятора и тканью человека или экспериментального животного, в условиях электрической дуги высокочастотного (от 20 кГц) переменного высоковольтного (от 1 до 5 Кв) тока.
Полезная модель поясняется фиг. 1, на которой схематически показано устройство плазмаскальпеля-коагулятора, а также фиг. 2, на которой показана образующаяся при работе плазма и режимы работы устройства -коагуляция, разрез.
Портативный микрохирургический плазмаскальпель-коагулятор схематично представлен на фиг. 1 и состоит из источника постоянного электрического тока (1), единого корпуса-ручки (2) и рабочего сменного электрода (3). Источник постоянного электрического тока (1), являющийся питающим портативный микрохирургический плазмаскальпель-коагулятор элементом, генерирующий постоянный электрический ток с напряжением от 4,5 до 12 вольт, может быть представлен как в виде блока питания (4), подключаемого к бытовой сети, так и в виде портативной аккумуляторной батареи (5). Единый корпус-ручка (2) соединен с источником постоянного тока через низковольтовый кабель (8) и имеет оптимальные массогабаритные параметры и конструктивно приспособлен для использования его в микрохирургии за счет того, что основные электронные компоненты (расположенные, например, на печатной плате) (9), высоковольтный генератор (10), выключатель (11) и регулятор параметров электрического тока (12) находятся в проксимальной части корпуса-ручки устройства (6), а в рабочей части корпуса-ручки устройства (7) вмещается лишь изолированный высоковольтный проводник (13), кнопка (14) и цанговый держатель для сменных электродов (15), позволяющий надежно фиксировать сменные электроды (3) различной формы, диаметра и конфигурации (игольчатый электрод, электрод-петля, электрод-шар и т.д.)
Принцип действия портативного микрохирургического плазмаскальпеля-коагулятора следующий. При поднесении рабочего электрода 3 к ткани на расстояние 2-5 мм возникает электрический пробой, во время которого между рабочим электродом портативного микрохирургического плазмаскальпеля-коагулятора и тканью человека или экспериментального животного возникает искровой разряд, импульсно замыкая электрическую цепь (монополярный рабочий электрод - ткань человека или экспериментального животного). Электроны в искровых разрядах ионизируют молекулы в воздушном промежутке между рабочим электродом портативного микрохирургического плазмаскальпеля-коагулятора и тканью человека или экспериментального животного, в котором образуется плазма (Фиг. 2в), способствующая значительному падению напряжения пробоя или сопротивления воздушного промежутка, что способствует превращению искровых разрядов в дуговой разряд - «плазменный шнур» между электродами, являющийся плазменным тоннелем. Поэтому электрическая дуга является не только источником стабильной высокотемпературной (5000-50000 К) плазмы (Фиг. 2в), но и проводником, замыкающим электрическую цепь между рабочим электродом портативного микрохирургического плазмаскальпеля-коагулятора и тканью человека или экспериментального животного, по которому течет высоковольтный (от 1 до 5 Кв) высокочастотный (от 20 кГц) переменный ток, который благодаря «скин-эффекту» распространяется далее только по поверхности ткани человека или экспериментального животного. Таким образом, портативный микрохирургический плазмаскальпель-коагулятор генерирует стабильную высокотемпературную (5000-50000 К) плазму (Фиг. 2в), за счет которой происходит рассечение (Фиг. 2б), коагуляция (Фиг. 2а) или сварка мягких тканей человека и экспериментальных животных (в зависимости от длины воздушного промежутка и параметров генерируемого переменного тока) в зоне непосредственного образования высокотемпературной (5000-50000 К) плазмы (Фиг. 2в), не повреждая более глубокие слои благодаря возникающему «скин-эффекту», что в сочетании с использованием подходящих для микрохирургии сменных электродов 3 позволяет выполнять высокоточное (прецизионное) бескровное рассечение мышц, сосудов, кожи, слизистых оболочек и иных мягких тканей человека и экспериментальных животных, высокоточную (прецизионную) коагуляцию мягких тканей человека и экспериментальных животных, высокоточную (прецизионную) остановку кровотечений, высокоточную (прецизионную) плазменную сварку мягких тканей человека и экспериментальных животных, как в стационаре, так и в условиях боевых действий и чрезвычайных ситуаций.
Режим работы портативного микрохирургического плазмаскальпеля-коагулятора (режим «рассечение» показан на фиг. 2б, а режим «коагуляция» на фиг. 2а) зависит от расстояния между рабочим электродом портативного микрохирургического плазмаскальпеля-коагулятора и тканью человека или экспериментального животного. Например, для бескровного рассечения (режим «рассечение» показан на фиг. 2б) тканей человека или экспериментального животного расстояние между рабочим электродом портативного микрохирургического плазмаскальпеля-коагулятора и тканью человека или экспериментального животного должно быть настолько минимальным, чтобы не возникало соприкосновения рабочего электрода портативного микрохирургического плазмаскальпеля-коагулятора с рассекаемыми тканями, но не более расстояния при котором портативный микрохирургический плазмаскальпель-коагулятор начинает работать в режиме «коагуляция».
Таким образом, используя портативный микрохирургический плазмаскальпель-коагулятор, высокоточное (прецизионное) бескровное рассечение мышц, сосудов, кожи, слизистых оболочек и иных мягких тканей человека и экспериментальных животных, высокоточную (прецизионную) коагуляцию мягких тканей человека и экспериментальных животных, высокоточную (прецизионную) остановку кровотечений, высокоточную (прецизионную) плазменную сварку мягких тканей человека и экспериментальных животных возможно выполнять одним прибором только лишь изменяя в нужный момент расстояние между рабочим электродом портативного микрохирургического плазмаскальпеля-коагулятора и тканью человека или экспериментального животного.
Отличительные особенности, обеспечивающие преимущество портативного микрохирургического плазмаскальпеля-коагулятора перед аналогами следующие:
1. Устройство конструктивно приспособлено и предназначено для использования его в микрохирургии;
2. Используется электрическая дуга с оптимальными для применения в микрохирургии параметрами;
3. Используемая электрическая дуга имеет длину до 5 мм (в среднем используется дуга длиной 1-2 мм), что определяет минимальный нагрев рабочего электрода, охлаждающегося окружающим воздухом, не требуя дополнительного активного охлаждения, что снижает габариты рабочей ручки, уменьшая ее габариты, создавая условия для использования портативного микрохирургического плазмаскальпеля-коагулятора в микрохирургии;
4. Благодаря наличию регулятора параметров генерируемого электрического тока обеспечивается подбор оптимальных параметров генерируемого электрического тока для конкретных задач, что повышает прецизионнность микроманипуляций;
5. Устройство выполнено в едином корпусе-ручке, в котором основные электронные компоненты находятся в проксимальной части корпуса-ручки устройства, а в рабочей части корпуса-ручки устройства вмещается лишь изолированный высоковольтный проводник, кнопка и цанговый держатель для сменных электродов, чем достигается уменьшение ее толщины до необходимых для микрохирургии параметров;
6. По питающему низковольтовому кабелю проходит безопасный электрический ток с напряжением до 12 В;
7. Благодаря оптимальной компоновке электронных компонентов портативный микрохирургический плазмаскальпель-коагулятор имеет такие массогабаритные параметры, при которых возможно его использование в микрохирургии для высокоточных (прецизионных) манипуляций с тканями;
8. Предусмотрено питание от 4,5 до 12 В, что позволяет использовать не только питание от электросети посредством компактного блока питания, но и переносного компактного аккумулятора, что делает портативный микрохирургический плазмаскальпель-коагулятор максимально мобильным и позволяет использовать его для микрохирургии не только в стационарных условиях, но и в условиях боевых действий и чрезвычайных ситуаций.
Все это позволяет использовать портативный микрохирургический плазмаскальпель-коагулятор в клинической и экспериментальной микрохирургии для выполнения высокоточного (прецизионного) бескровного рассечения мышц, сосудов, кожи, слизистых оболочек и иных мягких тканей человека и экспериментальных животных, высокоточной (прецизионной) коагуляции мягких тканей человека и экспериментальных животных, высокоточной (прецизионной) остановки кровотечений, высокоточной (прецизионной) плазменной (электро) сварки мягких тканей человека и экспериментальных животных не только в стационаре, но и в условиях боевых действий и чрезвычайных ситуаций.
Проведенные экспериментальные исследования показали многосторонние функциональные возможности, а также удобство в использовании предлагаемого изобретения, что впервые демонстрирует возможность использования энергии высокотемпературной плазмы в микрохирургии.