ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ЛАПАРОСКОПИИ
TOOL FOR LAPAROSCOPY

Настоящее изобретение относится к инструментам для лапароскопии, таким как ионизационные инструменты, раскрытые в публикации WO 2011/010148.
2
Лапароскопическая хирургия, или хирургия «минимального вмешательства» предусматривает выполнение хирургом операции на теле пациента с использованием инструментов, введенных внутрь организма, манипуляции которыми осуществляются при помощи ручных или автоматических средств управления, расположенных вне тела пациента. Хирург обычно наблюдает за происходящим при помощи эндоскопа, введенного в операционное поле или находящегося рядом с ним, при этом, чтобы получить доступ к операционному полю и обеспечить пространство для инструментов, в организме пациента обычно образуют полость за счет раздувания с использованием подходящего инертного газа, такого как CO.
Многие лапароскопические процедуры предусматривают использование термических режущих инструментов, таких как лазеры и диатермические устройства, позволяющие резать и прижигать ткани путем абляции, нагревания, замораживания и других подобных процессов. В некоторых ситуациях поле зрения хирурга может затемняться дымом, парами или другими аэрозолями, поэтому часто необходимо обеспечить средства для удаления дыма, паров или аэрозолей из операционного поля. Удаление дыма, паров и аэрозолей может осуществляться различными способами, такими как создание избыточного давления в полости и использование газоотводной трубки, снабженной фильтром.
Настоящее изобретение, в частности, относится к удалению дыма/пара при помощи ионизации способом, раскрытым в публикации WO 2011/010148, содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки, причем способ содержит введение ионизирующего электрода, расположенного на конце изолированного стержня или «щупа», в операционное поле, при этом электрический потенциал электрода относительно тела пациента поддерживается таким, чтобы частицы/капли дыма/пара в воздухе ионизировались и притягивались к телу пациента. Таким образом, дым/пар удаляют из окружающей атмосферы и передают на поверхность, откуда его впоследствии можно удалить при помощи промывки и т.д.
При использовании такого ионизирующего электрода необходимо принимать меры предосторожности, предотвращающие возникновение электрического контакта между электродом и другими хирургическими инструментами внутри полости, способного привести к отказу инструмента или короткому замыканию, а также наращивание уровней электрических зарядов в организме пациента до опасных значений, способных вызвать фибрилляцию предсердий (AF - от англ. atrial fibrillation), если ими пренебречь. Кроме того, любые электрические устройства, подключенные к телу пациента, должны удовлетворять жестким стандартам безопасности, чтобы обеспечить минимизацию взаимных помех между различными устройствами с целью сведения к минимуму рисков поражения электрическим током или причинения вреда пациенту.
Настоящее изобретение основано на понимании того факта, что, в отличие от хирургических инструментов, подключающих к пациенту низковольтные сигналы постоянного тока или сигналы переменного тока с изменяющейся полярностью, хирургические инструменты или устройства, подключающие к пациенту высоковольтные сигналы постоянного тока, способны накапливать электрический заряд прямо или косвенно, например, путем накопления электрического заряда внутри инструмента или внутри корпорального тела, на котором выполняется процедура, почти так же, как конденсатор сохраняет электрический заряд, вследствие чего из-за разности электрических потенциалов между заряженным инструментом или корпоральным телом и землей существует риск нежелательного электрического разряда.
Согласно настоящему изобретению предложено ионизационное устройство, работающее от постоянного тока, для ионизации локальной атмосферы, в которой должна быть выполнена корпоральная хирургическая или косметическая процедура, при этом ионизационное устройство содержит схему обеспечения безопасности, содержащую детектирующее средство для детектирования наличия опасного состояния, такого как короткое замыкание или состояния с высоким уровнем заряда, контроллер схемы для приведения в действие переключающего средства с целью выключения источника постоянного тока и последующего циклического повторного подключения и отключения источника постоянного тока до устранения опасного состояния, и средство сброса для последующего восстановления непрерывного питания указанной схемы от источника постоянного тока до следующего возникновения опасного состояния или до завершения указанной процедуры.
В указанной схеме случайное повреждение хирургических инструментов из-за их непреднамеренного контакта с ионизирующим разрядным электродом можно предотвратить путем немедленного прерывания подачи высокого напряжения постоянного тока на время, достаточное для обнаружения и устранения причины короткого замыкания, например, путем отведения хирургом хирургического инструмента в сторону от ионизирующего электрода. Аналогичным образом, когда детектированное опасное состояние представляет собой нарастание электрического заряда до неприемлемо высокого уровня, что может быть вызвано рядом причин, включая суммарное нарастание емкости в корпоральном теле или в хирургических инструментах и связанных с ними кабелях, можно предпринять немедленные действия, отсоединив источник питания постоянного тока и контролируя заряд в системе, пока он не упадет ниже требуемого максимально безопасного уровня.
Для удобства схема обеспечения безопасности содержит сборку высоковольтных резисторов, подключенных к источнику питания постоянного тока, причем указанная схема содержит два или более последовательно подсоединенных резистора для ограничения выходного тока, один или более токочувствительный резистор, позволяющий измерять уровень тока, один или более шунтирующий резистор для потребления тока нагрузки заметного уровня, тем самым обеспечивающий целостность средств управления мониторингом безопасности. Указанная схема обеспечения безопасности содержит также один или более последовательно подсоединенный резистор, расположенный на выходном электроде или возле выходного электрода указанного ионизационного устройства, причем импеданс указанного устройства может быть на два или более порядков величины меньше по сравнению с последовательными резисторами так, что они не оказывают значительного воздействия на функциональную эффективность ионизатора, но обладают способностью предотвращать или замедлять разряд заряда, накопленного между выходным электродом и возвратным электродом ионизационного устройства.
Используя изложенные выше принципы, постоянный ток высокого напряжения можно подключать к пациенту через последовательные резисторы, имеющие относительно приложенного напряжения суммарную величину, обеспечивающую максимально возможный ток, как правило, в диапазоне от 5 до 50 мкА и, предпочтительно, от 10 до 50 мкА, причем резисторы помещают как в выходном, так и в возвратном соединениях. Кроме того, можно использовать активное управление током в целях его ограничения максимальной величиной в 10 мкА, чтобы максимально способствовать удалению частиц при более низких значениях импеданса выходного электрода, сочетая использование активного и резистивного ограничения тока, когда соотношение между высоким напряжением и суммарным сопротивлением обеспечивает предельный ток в диапазоне от 20 до 50 мкА.
В настоящем изобретении предусмотрено также средство реагирования на чрезмерно низкий импеданс выходного электрода путем циклического прерывания выходного напряжения и за счет использования резистора, помещаемого вблизи от подвижного щупа и выходного электрода, чтобы избежать нежелательного электрического разряда, когда выходной электрод расположен вблизи от ткани пациента, который, в противном случае, был бы воспринят оператором щупа.
Изобретение охватывает также принцип привязки активации ионизационного устройства к активации генерирующих частицы хирургических инструментов, например, путем использования ножных переключателей, соединенных с общим проводом, передачи радиосигналов от генерирующего частицы хирургического инструмента или детектирования радиоизлучения заметной частоты в случае применения электрохирургических инструментов.
Далее настоящее изобретение будет раскрыто, только в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 изображена схема ионизационного устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 изображен график, демонстрирующий гипотетическое опасное событие короткого замыкания при использовании устройства, показанного на фиг. 1.
На фиг. 3 изображена схема устройства, альтернативного устройству, показанному на фиг. 1, содержащая высоковольтный релейный переключатель.
На фиг. 4 изображен график, демонстрирующий изменение напряжения выходного электрода и электрического заряда во времени.
На фиг. 5 показаны характеристики выходного напряжения в зависимости от тока выходного электрода, так как они влияют на эффективность сбора частиц.
На фиг. 6 изображена схема другого варианта осуществления ионизационного устройства.
На фиг. 7 показаны кривые нагрузки ионизатора в варианте осуществления, представленном на фиг. 6.
Обратимся сначала к фиг. 1, где ионизирующее устройство, обозначенное в целом позицией 1, содержит изолированный корпус 2, содержащий электрическую схему 2a обеспечения безопасности для работы ионизирующего устройства 1. Схема 2a обеспечения безопасности содержит батарейный источник 3 питания постоянного тока для питания преобразователя 4 постоянного напряжения питания в постоянное в режиме переключения постоянного тока; при этом указанный преобразователь повышает напряжение приблизительно до 10 кВ, подавая его на активный кабель 5, на свободном конце которого расположен не проводящий ток стержень или щуп 6, из которого выступает свободный конец активного кабеля 5 в виде выходного электрода 7. Возвратный электрод в виде электропроводящей подкладки 8 присоединен к возвратному кабелю 9, идущему к батарее 3, причем электроды 7 и 8 в процессе их использования обеспечивают контур ионизации способом, раскрытым в WO 2011/010148.
Корпус 2 достаточно изолирован, чтобы предотвратить возможность возникновения значительного электрического контура, соединяющего его с окружающими структурами и, косвенно, с пациентом P, в то же время позволяя внутренней схеме корпуса 2 приобретать потенциал, достигающий того же порядка величины, что и прикладываемый к пациенту Ρ во время хирургической процедуры, при которой ионизирующий щуп 6 используют внутрикорпорально, например, во время лапароскопической процедуры.
Рассмотрим теперь компоненты внутренней электрической схемы, содержащие изолирующий переключатель 10 для преобразователя 4, моностабильный мультивибратор 11 для перезапуска переключателя 10 и микроконтроллер 12, соединенный с пользовательскими интерфейсами в виде, соответственно, цифрового дисплея 13, громкоговорителя 14 и светодиодных индикаторов (СИД) 15, совместно информирующих пользователя устройства 1 о состоянии заряда батареи 3 и других параметрах, касающихся состояния преобразователя 4, активного кабеля 5 и соответствующих компонентов, присоединенных к ним или связанных с ними.
Выход преобразователя 4 соединен с активным кабелем 5 и возвратным кабелем 9 через сборку высоковольтных резисторов, показанную в целом внутри пунктирной линии, обозначенной позицией 16. Указанная сборка высоковольтных резисторов содержит пару последовательно подсоединенных резисторов 16a, 16b с общим сопротивлением в диапазоне от 0,4 до 1,2 ГОм, последовательный токочувствительный резистор 16c, имеющий сопротивление, меньшее на 3-5 порядков величины, и шунтирующий резистор 16d, подключенный параллельно активному выходному кабелю 5 и возвратному кабелю 9 и имеющий, как правило, сопротивление с большим порядком величины, чем суммарное сопротивление последовательно соединенных резисторов 16a, 16b и 16c.
Преобразователь 4 и сборка 16 высоковольтных резисторов надлежащим образом заключены в инертную среду, такую как эпоксидная смола, не склонную к образованию ионизирующего контура, который в противном случае мог бы блокировать эффекты от наличия сборки 16 резисторов.
Между моностабильным мультивибратором 11 и возвратным кабелем 9, между резисторами 16b и 16c предусмотрен двухпороговый компаратор 17, задающий пределы величины тока, допустимые для безопасной эксплуатации.
В соответствии с настоящим изобретением предусмотрены различные средства для ограничения выходного тока от преобразователя 4 высокого напряжения к пациенту P и от пациента Ρ через активный кабель 5 и возвратный кабель 9, первое из которых предусмотрено в самом преобразователе 4 благодаря его конструкции, обеспечивающей надлежащее ограничение выходного тока в установившемся режиме максимальной величиной 30 мкА.
Второе средство ограничения выходного тока обеспечено за счет наличия последовательно подсоединенных резисторов 16a, 16b и основано на подключении известного максимального высокого напряжения преобразователя 4 ко всей сборке 16 резисторов. Указанное второе ограничивающее средство рассчитано на условия низкого импеданса между активным кабелем 5 и связанным с ним щупом 6, и выходным электродом - возвратной подкладкой 8 и возвратным кабелем 9, обеспечивая ограничение мгновенного тока величиной до 10 мкА, причем такое ограничение считается представляющим пренебрежимо малый риск создания помех синусовому сердечному ритму.
Если схема 2a обеспечения безопасности для ионизационного устройства содержит два или более резисторов, соединенных последовательно, в случае отказа указанного устройства при низком импедансе некоторая степень защиты по-прежнему доступна. В такой ситуации ток, проходящий через пациента, ограничен величиной, не превышающей, допустим, 20 мкА, или меньшей 20 мкА, если используются более 2 резисторов, соединенных последовательно. В принятой методологии анализа безопасности небольшое увеличение риска создания помех синусовому сердечному ритму при 20 мкА учтено благодаря низкой вероятности отказа компонентов, поэтому суммарная вероятность помех синусовому ритму остается пренебрежимо малой. Кроме того, было также установлено, что предпочтительно использовать высокие импедансы, без которых возникал бы риск того, что ток высокой частоты от сторонних устройств, таких как электрохирургические системы, проходил бы через средства управления за счет паразитной емкости непосредственно в окружающие структуры. Этой цели можно легко достичь посредством надлежащим образом размещенного резистора 16b, подсоединенного последовательно.
hv
hv
hv
Третье средство обеспечения безопасности использует напряжение на токочувствительном резисторе 16c, требующееся для того, чтобы двухпороговый компаратор 17 находился в диапазоне между первым, нижним пределом, задаваемым током, потребляемым при минимальной возможной нагрузке, обусловленной воздействием шунтирующего резистора 16d на напряжение из преобразователя 4V, прикладываемое к сборке 16 резисторов, и вторым, верхним порогом, достигаемым при меньшей из двух величин - 10 мкА и V/(R16a+R16b), представляющей собой уровень тока, проходящего через пациента между выходным и возвратным электродами 7, 8, где V является амплитудой высокого выходного напряжения преобразователя постоянного напряжения в постоянное при отсутствии тока, отбираемого нагрузкой. В случае если ток, проходящий через токочувствительный резистор 16 с, оказывается вне допустимых пределов, определяемых двухпороговым компаратором 17, соединение между батареей 3 и преобразователем 4 разрывает изолирующий переключатель 10 на время, задаваемое моностабильным мультивибратором 11. Одновременно с этим прерыванием моностабильная схема 11 сигнализирует микроконтроллеру 12 пользовательского интерфейса о необходимости обеспечить аудиовизуальную индикацию этого события при помощи дисплея 13, громкоговорителя 14 и СИД 15.
Продолжительность прерывания может находиться в диапазоне от 0,2 до 10 секунд, но оптимальная продолжительность составляет 2-3 секунды и считается достаточной, чтобы позволить хирургу отреагировать на опасное состояние, которое может быть вызвано непреднамеренным контактом между выходным электродом 7 и сторонним инструментом, используемым хирургом, или неприемлемым приближением к корпоральной ткани пациента. Какова бы ни была причина, по окончании прерывания моностабильный мультивибратор 11 снова включает изолирующий переключатель 10 и разрешает попытку повторного установления допустимого выходного тока в течение более короткого периода времени, например, 200 мс. Это время необходимо, чтобы позволить предполагаемым паразитным емкостям в высоковольтной схеме разрядиться через выход сборки 16 резисторов. Согласно оценкам, величина этих емкостей составляет от 10 пФ до 100 пФ, поэтому разрядка может занять от 0,1 до 0,5 секунды в зависимости от величины паразитной емкости и величины сопротивления последовательных резисторов 16a, 16b.
Полезная функция указанной схемы координации во времени заключается в том, что в случае когда состояние перегрузки по току вызвано подключением к большим емкостям в точках соединения стороннего хирургического оборудования с пациентом, обеспечивается резкое уменьшение скорости накопления неконтролируемого заряда. В предпочтительном варианте осуществления выходной заряд, поступающий в емкость стороннего оборудования, можно уменьшить приблизительно в 10 раз по сравнению с зарядом, поступающим без использования прерывания с помощью изолирующего переключателя 10.
Примером связанной с конденсатором опасности служит униполярный электрохирургический генератор, который, согласно стандартам на медицинское оборудование, разрешено подключать к пациенту через конденсатор емкостью 5 мкФ. Если такой конденсатор заряжен всего лишь до нескольких вольт, запасенного количества энергии достаточно, чтобы вызвать непроизвольную стимуляцию двигательного нерва, когда активный электрод приводится затем в контакт с мышцей, что является нежелательным сокращением мышцы пациента во время операции. Данный усовершенствованный вариант обеспечивает генерацию сигнала тревоги для хирурга, одновременно продлевая время, необходимое для достижения такого нежелательного уровня заряда стороннего конденсатора приблизительно с 2 до 20 секунд.
Дополнительное повышение ощущаемой пользователем безопасности достигается, если предусмотреть также средство, ограничивающее пиковый ток смещения, протекающий от выходного электрода 7, приведенного в кратковременный электрический контакт с тканью пациента. Указанный контакт может быть прямым, или может вместо этого представлять собой воздушный разряд или дуговой пробой длиной, как правило, меньше двух миллиметров между первым электродом 7 и тканью пациента. Такой разряд поддерживает емкость между активным кабелем 5 и возвратным кабелем 9, находящаяся обычно в диапазоне от 10 пФ до 100 пФ, включая входящие соединенные вместе элементы, такие как сама плотная ткань пациента. Такой нежелательный электрический разряд можно предотвратить за счет использования резистора 18, подключенного последовательно между проксимальным концом щупа 6 и дистальной частью активного кабеля 5, то есть вне корпуса 2. Установка такого последовательно подключенного резистора 18, если его номинал на два или более порядков величины меньше, чем импеданс последовательных выходных резисторов 16a, 16b, не оказывает значительного воздействия на функциональную эффективность ионизатора 1, но позволяет предотвратить ощущаемый пользователем разряд заряда, накопленного между активным кабелем 5 и возвратным кабелем 9, при этом на практике было установлено, что эффективным для резистора 18 является значение 1 МОм.
Работа схемы, показанной на фиг. 1, гипотетически представлена на фиг. 2, изображающей событие короткого замыкания, продолжающегося в течение 0,5 секунд в цикле, например, аналогично ситуации, когда сторонний хирургический инструмент случайно приходит в контакт с выходным электродом 7 на конце щупа 6. Начиная от исходной точки в нулевой момент времени, потенциал выходного электрода 7 быстро нарастает до нужного максимального уровня около 9 кВ, при этом выходной ток одновременно резко падает от допустимого предельного значения 10 мкА почти до нуля. В момент времени 0,5 секунд гипотетический контакт между выходным электродом 7 и сторонним инструментом, который может считаться имеющим в этот момент емкость 300 нФ, вызывает немедленное исчезновение напряжения, так как, хотя электрический заряд сохраняется, он распределяется между емкостью активного кабеля 5 и емкостью стороннего инструмента. Поэтому выходной ток достигает допустимого предела 10 мкА и остается на этом уровне достаточно долго, чтобы запустить моностабильный мультивибратор 11, открывающий изолирующий переключатель 10 на 2 секунды, при нулевом выходном токе из преобразователя 4. По окончании 2-секундного интервала времени изолирующий переключатель 10 снова включают на несколько десятых секунды, и снова выходной ток возрастает до допустимого предела 10 мкА, пока изолирующий переключатель 10 остается закрытым, и, тем самым, снова запускает моностабильный мультивибратор 11 для повторного открытия изолирующего переключателя 10, причем цикл повторяется до тех пор, пока сторонний инструмент, обладающий емкостью 300 нФ, остается в контакте с выходным электродом 7.
Как видно из фиг. 2, на протяжении указанного цикла напряжение на выходном электроде 7 остается низким, в то время как заряд, накапливаемый вследствие контакта со сторонним инструментом, ступенчато возрастает каждые 2 секунды, что отражает добавление заряда к заряду выходного электрода 7 в периоды времени, когда изолирующий переключатель 10 закрыт.В представленном сценарии, вскоре после того, как истекут 10 секунд, и в течение следующего 2-секундного периода выключения, контакт между сторонним инструментом и выходным электродом 7 разрывают, что отражает удаление стороннего инструмента хирургом из близлежащей области после получения аудиовизуальных сигналов тревоги, инициируемых микроконтроллером 12, после чего происходит немедленное уменьшение заряда на выходном электроде 7. По окончании этого конкретного 2-секундного периода выключения наблюдается возрастание напряжения на выходном электроде 7, снова достигающего рабочего уровня около 9 кВ, и резкое падение тока от 10 мкА почти до нуля, в результате чего спустя приблизительно 11 секунд после начала цикла формируется нормальное постоянное выходное напряжение. В этом примере, в целях ясности, независимо регулируемый функциональный ток, необходимый для ионизации лапароскопического пространства между электродом 6 и пациентом P, выбран пренебрежимо малым.
На фиг. 3 показана усовершенствованная схема обеспечения безопасности для ионизирующего устройства 1, где высоковольтный релейный переключатель 19, который может, соответственно, представлять собой герконововый переключатель с нормально разомкнутыми контактами, расположен параллельно высоковольтному выходу преобразователя 4. В этой усовершенствованной схеме, когда изолирующий переключатель 10 открывают в ответ на детектирование неприемлемо высокого заряда пациента, контакт высоковольтного переключателя 19 замыкают, вызывая сравнительно низкий импеданс между выходным и возвратным электродами 7, 8 и, следовательно, на теле пациента. В этом варианте осуществления импеданс в точках соединения 7, 8 с пациентом по-прежнему должен быть достаточно малым, чтобы избежать риска отбора разрядного тока от стороннего инструмента, действующего в качестве конденсатора, с превышением уровней, способных создавать помехи нормальному синусовому ритму сердца. Это достигается при помощи последовательно резисторов 16a, 16b благодаря использованию высоковольтного релейного переключателя 19, что позволяет устанавливать равновесное состояние так, что нежелательный заряд, накапливающийся в стороннем инструменте в периоды времени, когда изолирующий переключатель 10 закрыт, отбирают через высоковольтный релейный переключатель 19 в периоды времени, когда изолирующий переключатель 10 открыт. Вследствие этого состояние, при котором возникает непреднамеренный контакт со сторонним инструментом, можно сделать неопасным, не считая того, что во время этого события удаление частиц приостановлено до тех пор, пока контакт не будет разорван и нормальная работа ионизирующего устройства 1 не будет восстановлена.
Как и на фиг. 2, на фиг. 4 представлено изменение напряжения и электрического заряда на выходном электроде 7 с течением времени при условии использования последовательной сборки 16a, 16b резисторов с сопротивлением 1 ГОм и наличия емкости 100 пФ между активным кабелем 5 и возвратным электродом/подкладкой 8. В отличие от фиг. 2, благодаря разряжающему действию высоковольтного реле 19, показанного на фиг. 3, здесь видно, что заряд, находящийся в контакте с выходным электродом 7 в течение периода с прерывистым выходом, начинающегося спустя 0,5 секунд, уменьшается во время 2-секундных интервалов, когда изолирующий переключатель 10 закрыт. Ось времени содержит временной интервал, позволяющий изобразить достижение точки равновесия. Долговременный результат заключается в том, что при равновесии выходное напряжение на выходном электроде 7 остается низким по сравнению с нормальным уровнем 9 кВ в результате удаления равного заряда через контакты высоковольтного реле 19, так как заряд перемещают в течение более коротких периодов, когда изолирующий переключатель 10 закрыт.
Вследствие наличия второго средства ограничения тока в соответствии с настоящим изобретением, обеспечиваемого последовательными резисторами 16a, 16b, характеристика выходного напряжения генератора 8 с возрастающим током 7 выходного электрода соответствует показанной на фиг. 5. В этом примере преобразователь 4 настроен так, чтобы прикладывать напряжение 10 кВ к сборке 16 резисторов. Последовательно соединенные резисторы 16a, 16b совместно обеспечивают импеданс 1 ГОм, а шунтирующий резистор 16d - импеданс 10 ГОм.
При нормальной операции по удалению частиц импеданс ионизированного контура между выходным электродом 7 и возвратным электродом/подкладкой 8 является функцией типа и плотности частиц, длины пути между выходным электродом и плотной тканью пациента, а также площади эффективной поверхности выходного электрода 7 и окружающей плотной ткани пациента.
На практике было замечено, что для достижения удовлетворительного удаления частиц к выходному электроду 7 необходимо прикладывать напряжение, превышающее 3 кВ, предпочтительно 5 кВ, но если выходной электрод 7 помещен слишком близко к плотной ткани пациента, удаление частиц может прекратиться, так как импеданс ионизированного участка пути падает ниже 400 МОм.
Было замечено, что когда подлежащие удалению частицы являются результатом электрохирургии, более высокие импедансы ионизированных контуров возникают при повышенной плотности частиц электрохирургического дыма. В связи с этим базовая схема, представленная на фиг. 1, оптимизирована, чтобы обеспечить наибольшее напряжение между выходным электродом 7 и возвратным электродом/подкладкой 8 с наибольшим ионизирующим потенциалом в условиях наибольшего загрязнения частицами. По мере завершения удаления частиц наблюдается возрастание тока ионизированного контура между выходным электродом 7 и возвратным электродом/подкладкой 8, например, от 1,3 мкА в начале очистки до 5 мкА по ее завершении.
hv
На фиг. 6 показан вариант схемы, изображенной на фиг. 1, усовершенствованный в отношении характеристик выходного напряжения ионизирующего устройства 1 с изменяющимся выходным током. В этом случае номинал последовательных резисторов 16a, 16b, обычно обеспечивающих второе средство ограничения тока способом, раскрытым со ссылкой на фиг. 1, вместо этого уменьшают вплоть до 5 раз, чтобы максимальный ток от ионизационного устройства 1 в условиях короткого замыкания возрастал от 10 мкА до 50 мкА, что определяется соотношением V/(R16a+R16b). Вместо последовательных резисторов 16a, 16b, обеспечивающих предельную величину тока, равную 10 мкА, добавляют дополнительную электрическую схему управления, воспринимающую токовый сигнал на токочувствительном резисторе 16c и подающую его на сервомеханизм с замкнутым контуром с целью быстрого уменьшения выходного напряжения преобразователя 4 постоянного напряжения в постоянное при приближении к требуемому предельному току 10 мкА. В этом примере суммирующее ток соединение 20 определяет разность между током через токочувствительный резистор 16 с и допустимым пределом, таким как 10 мкА. Результат подают на пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) усилитель 21 с односторонним функциональным выходом, при этом, когда сигналы суммирующего ток соединения 20 указывают на допустимое состояние выходного тока, выходная амплитуда равна нулю, а когда сигналы суммирующего ток соединения 20 указывают на наличие избыточного выходного тока, выходная амплитуда быстро возрастает. Указанный сигнал подают как на верхний порог 17a срабатывания двухпорогового компаратора 17, так и на первое суммирующее напряжение соединение 22 с целью управления напряжением преобразователя 4 постоянного напряжения в постоянное. Полярность сигналов такова, что сигналы от суммирующего ток соединения 20, указывающие на избыточный выходной ток, приводят к уменьшению выходного сигнала первого управляющего напряжением суммирующего соединения 22, и этот выходной сигнал затем сравнивают с фактическим выходным напряжением во втором управляющем напряжением суммирующем соединении 23. Выходной сигнал второго суммирующего соединения 23, в свою очередь подают на второй ПИД-усилитель 24 и используют для управления интенсивностью работы преобразователя 4 постоянного напряжения в постоянное способом, известным специалисту области техники.
Совокупные результаты ограничения тока, обеспечиваемого последовательными резисторами 16a, 16b и схемой ограничения тока с замкнутым контуром, раскрытой выше, показаны на фиг. 7, где выходное напряжение начинает изменяться от максимального значения, когда ток выходного электрода 7 и возвратного электрода 8 равен нулю, а затем снижается по мере возрастания выходного тока, но значительно менее глубоко, чем происходило бы в варианте осуществления, показанном на фиг. 1. Это результат 5-кратного уменьшения номиналов последовательных резисторов 16a, 16b. По мере того, как импеданс воздушной среды между выходным электродом 7 и возвратным электродом 8 еще больше уменьшается, и достигается требуемый предельный ток, такой как 10 мкА, выходное напряжение снижается, асимптотически приближаясь к нулю, без какого-либо функционально значимого увеличения выходного тока для дальнейшего уменьшения общего импеданса между выходным электродом 7 и возвратным электродом 8.
При выходном напряжении, составляющем приблизительно 3 кВ или меньше, ионизация воздушной среды между выходным электродом 7 и возвратным электродом 8 приводит к значительному меньшему высыпанию частиц, и это состояние детектируют верхним порогом 17a срабатывания двухпорогового компаратора 17 по амплитуде сигналов, поступающих от первого ПИД-усилителя 21 с односторонней выходной функцией. Аналогично способу, реализованному в варианте осуществления, показанном на фиг. 1, выходящий за пределы диапазона сигнал на двухпороговом компараторе 17 приводит к запуску моностабильного мультивибратора 11 на период продолжительностью 2-3 секунды, в течение которого изолирующий переключатель 10 открывается, отключая преобразователь 4 постоянного напряжения в постоянное. Таким образом, достигается улучшенная характеристика выходного напряжения, тогда как импедансы между выходным электродом 7 и возвратным электродом 8 позволяют установить между ними напряжение, эффективное удаляющее частицы. Однако если импеданс слишком низок для эффективного удаления частиц, или указывает на короткое замыкание между электродами 7, 8 через человеческую ткань или из-за емкости стороннего оборудования, происходит возврат к прерывистому режиму работы.
Хотя в настоящем документе были раскрыты несколько вариантов осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что изобретение распространяется также на изменения этих вариантов осуществления, включая комбинации вариантов осуществления и изменений, очевидные специалисту области техники.