ЭЛЕКТРОХИРУРГИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ
ELECTROSURGICAL INSTRUMENT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к электрохирургическому инструменту для доставки микроволновой энергии и/или радиочастотной энергии к биологическим тканям с целью абляции целевых тканей. Зонд может быть введен через канал эндоскопа или катетера, или может быть использован в чрескожной хирургии, лапароскопической хирургии, или же в открытом хирургическом вмешательстве.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Обнаружено, что электромагнитная (ЭM) энергия, и в частности микроволновая и радиочастотная (РЧ) энергия имеет лечебную эффективность в электрохирургических операциях вследствие ее способности разрезать, коагулировать и подвергать абляции ткани организма. Как правило, устройство для доставки ЭМ энергии к тканям организма содержит генератор, содержащий источник ЭM энергии, и электрохирургический инструмент, подключенный к генератору, для доставки энергии к тканям. Стандартные электрохирургические инструменты в большинстве случаев предназначены для чрескожного введения внутрь организма пациента. Тем не менее, может быть сложным чрескожно расположить в определенном месте инструмент в организме, например, если целевая область находится в движущемся легком. Другие электрохирургические инструменты могут быть доставлены к целевой области с помощью хирургического смотрового устройства (например, эндоскопа), которое может быть проведено через каналы в организме, такие как дыхательные пути. Это обеспечивает возможность применения минимально инвазивных способов лечения, которые могут снизить уровень смертности пациентов и снизить частоту интраоперационных, а также и послеоперационных осложнений.
Абляция тканей с использованием микроволновой ЭМ энергии основана на том факте, что биологическая ткань в основном состоит из воды. Мягкие ткани органов человека как правило содержат от 70% до 80% воды. Молекулы воды имеют постоянный электрический дипольный момент, а это означает, что в молекуле существует дисбаланс заряда. Этот дисбаланс заряда заставляет молекулы двигаться в ответ на усилия, возникающие при приложении переменного во времени электрического поля, когда молекулы вращаются, чтобы выровнять свой электрический дипольный момент с полярностью приложенного поля. На микроволновых частотах быстрые молекулярные колебания приводят к нагреву от трения и, как следствие, к рассеиванию энергии поля в виде тепла. Это называется диэлектрическим нагревом.
Этот принцип используется в терапии с использованием микроволновой абляции, когда молекулы воды в целевой ткани быстро нагреваются за счет приложения локализованного электромагнитного поля на микроволновых частотах, что приводит к коагуляции тканей и гибели клеток. Известно использование зондов, излучающих микроволновое излучение, для лечения различных заболеваний легких и других органов. Например, в легких микроволновое излучение может быть использовано для лечения астмы и удаления опухолей или патологических изменений.
Радиочастотная электромагнитная (РЧ ЭМ) энергия может быть использована для разрезания и/или коагуляции биологических тканей. Способ разрезания с использованием РЧ энергии функционирует с использованием того принципа, что электрический ток проходит через межклеточное вещество тканей (благодаря ионному содержимому клеток), при этом сопротивление потоку электронов через ткани генерирует тепло. Когда немодулированный синусоидальный сигнал прилагают к межклеточному веществу тканей, внутри клеток генерируется достаточное количество тепла для испарения воды, содержащейся в тканях. Таким образом, происходит большой рост внутреннего давления клетки, которое не может регулироваться клеточной мембраной, что приводит к разрыву клетки. Когда это происходит на большой площади, можно увидеть, что ткани были рассечены.
РЧ коагуляция осуществляется за счет приложения к тканям другой формы волны, в результате чего содержимое клетки не испаряется, а нагревается до около 65 °C. В результате этого происходит высушивание тканей из-за обезвоживания, а также денатурация белков.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В самом общем виде в настоящем изобретении предлагается электродная структура для дистального наконечника электрохирургического инструмента, которая обеспечивает как эффективную доставку радиочастотной (РЧ) энергии в переднем (дистальном) направлении, так и равномерную доставку микроволновой энергии для абляции в участке, окружающем дистальный наконечник. РЧ энергия может быть доставлена сфокусированным образом, например так, чтобы РЧ энергия точно разрезала ткани для упрощения размещения дистального наконечника. В отличие от нее, микроволновая энергия может быть доставлена по большей площади, например, во всех направлениях, чтобы способствовать осуществлению эффективной абляции.
За счет введения излучающего наконечника в целевые ткани перед доставкой микроволновой энергии можно повысить эффективность доставки микроволновой энергии в целевые ткани и при этом свести к минимуму количество микроволновой энергии, доставляемой в здоровые ткани. Электрохирургический инструмент может использоваться для приложения РЧ и микроволновой энергии одновременно или по отдельности, например, одна за другой.
Как правило, для разрезания внешней стенки опухоли и абляции опухоли используются разные инструменты. Авторы изобретения пришли к выводу, что из-за этого существует риск диссеминации раковых клеток в здоровые части тела, когда инструмент для разрезания опухоли извлекается из тела. В настоящем изобретении один электрохирургический инструмент используется как для разрезания, так и для абляции тканей, что может снизить риск диссеминации раковых клеток в здоровые участки тела. Дополнительное преимущество электрохирургического инструмента согласно настоящему изобретению заключается в сокращении времени на смену инструментов во время хирургического вмешательства. В частности, настоящее изобретение предусматривает быструю смену функции инструмента между РЧ разрезанием и микроволновой абляцией.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается электрохирургический инструмент, содержащий: коаксиальный питающий кабель для передачи микроволновой энергии и радиочастотной энергии, причем коаксиальный питающий кабель имеет внутренний проводник, наружный проводник и первый диэлектрический материал, разделяющий внутренний проводник и наружный проводник; и излучающий наконечник, расположенный на дистальном конце коаксиального кабеля для приема микроволновой энергии и радиочастотной энергии, причем излучающий наконечник содержит: основную часть наконечника, выполненную из второго диэлектрического материала, причем основная часть наконечника имеет проксимальный конец, который соединен с дистальным концом коаксиального питающего кабеля, и дистальный конец, обращенный в сторону от коаксиального питающего кабеля; и первый электрод и второй электрод, расположенные на дистальном конце основной части наконечника, причем второй электрод отделен от первого электрода частью открытого второго диэлектрического материала, причем первый электрод электрически соединен с внутренним проводником коаксиального питающего кабеля посредством проводящего элемента, который проходит через основную часть наконечника, причем второй электрод электрически соединен с наружным проводником коаксиального кабеля посредством проводящей структуры, задающей форму поля, образуемой в или на основной части наконечника, причем первый электрод и второй электрод выполнены как активный и возвратный электроды для доставки радиочастотной энергии, причем проводящий элемент и проводящая структура, задающая форму поля, выполнены как антенна для излучения микроволновой энергии, и причем проводящая структура, задающая форму поля, выполнена с возможностью задания формы профиля излучения микроволновой энергии, излучаемой из излучающего наконечника.
С помощью этой структуры инструмент может разрезать и осуществлять абляцию целевых тканей в теле. Инструмент может особенно подходить для абляции тканей в легких, однако он может использоваться для абляции тканей в других органах, включая, помимо прочего, печень, почку и мышцы. Для эффективной абляции целевых тканей желательно, чтобы излучающий наконечник был расположен как можно ближе к целевым тканям (и во многих случаях внутри них). Для достижения целевых тканей (например, в легких), может потребоваться введение инструмента через проходы (например, дыхательные пути) и в обход препятствий. Это означает, что в идеальном случае инструмент должен быть гибким и иметь небольшое сечение. В частности, устройство должно быть очень гибким возле своего наконечника, где его, возможно, придется направлять вдоль проходов, таких как бронхиолы, которые могут быть узкими и извилистыми.
Коаксиальный питающий кабель может представлять собой обычный коаксиальный кабель, который может быть соединен одним концом с электрохирургическим генератором. В частности, внутренний проводник может представлять собой удлиненный проводник, проходящий вдоль продольной оси коаксиального питающего кабеля. Первый диэлектрический материал может быть расположен вокруг внутреннего проводника, например, первый диэлектрический материал может иметь канал, через который проходит внутренний проводник. Наружный проводник может представлять собой рукав из проводящего материала, расположенный на поверхности первого диэлектрического материала. Коаксиальный питающий кабель может дополнительно содержать наружную защитную оболочку для изоляции и защиты кабеля. В некоторых примерах защитная оболочка может быть выполнена из материала с низкой адгезией или покрыта им для предотвращения адгезии тканей к кабелю. Излучающий наконечник расположен на дистальном конце коаксиального питающего кабеля. Излучающий наконечник может быть постоянно прикреплен к коаксиальному питающему кабелю или может быть съемным образом прикреплен к коаксиальному питающему кабелю. Например, на дистальном конце коаксиального питающего кабеля может быть предусмотрен соединитель, который предназначен для приема излучающего наконечника и формирования необходимых электрических соединений.
Основная часть наконечника предназначена для поддержки первого и второго электродов и проводящей структуры, задающей форму поля. Второй диэлектрический материал может быть таким же как и первый диэлектрический материал, или может отличаться от него. Второй диэлектрический материал может быть выбран для улучшения согласования импеданса с целевыми тканями, чтобы повысить эффективность доставки микроволновой энергии внутрь целевых тканей. В некоторых примерах основная часть наконечника может быть выполнена из множества различных диэлектрических материалов, которые выбраны и расположены так, чтобы задавать форму профиля микроволнового излучения желаемым образом. В примерах, в которых первый и второй диэлектрические материалы одинаковы, основная часть наконечника может быть образована частью первого диэлектрического материала, которая выступает за пределы дистального конца коаксиального питающего кабеля. Это может упростить конструкцию излучающего наконечника и избежать отражений ЭМ энергии на границе между излучающим наконечником и коаксиальным питающим кабелем.
Первый и второй электроды расположены на основной части наконечника, т. е. они открыты на поверхности основной части наконечника. Первый и второй электроды электрически соединены с внутренним проводником и наружным проводником коаксиального питающего кабеля соответственно. Таким образом, первый и второй электроды могут получать радиочастотную энергию, которая передается по коаксиальному питающему кабелю, и, таким образом, могут использоваться как биполярные РЧ режущие электроды. За счет передачи радиочастотной энергии на первый и второй электроды, биологические ткани, которые расположены между электродами, могут быть разрезаны и/или подвергнуты коагуляции посредством механизмов, описанных выше.
Основная часть наконечника может содержать канал, через которых проходит проводящий элемент для электрического соединения первого электрода с внутренним проводником. Канал может представлять собой туннелеобразный проход через участок основной части наконечника. Таким образом, часть проводящего элемента может быть окружена основной частью наконечника. Поперечное сечение канала может соответствовать поперечному сечению проводящего элемента, вследствие чего проводящий элемент находится в контакте с основной частью наконечника в канале. Дополнительно или альтернативно проводящий элемент может быть закреплен внутри канала с использованием адгезива или эпоксидной смолы. Как описано ниже, проводящий элемент может представлять собой часть внутреннего проводника, выступающую в дистальном направлении.
Проводящая структура, задающая форму поля, предназначена для соединения второго электрода с наружным проводником коаксиального питающего кабеля. Проводящая структура, задающая форму поля, изолирована от первого проводник вторым диэлектрическим материалом основной части наконечника. Таким образом, проводящий элемент и проводящая структура, задающая форму поля, отделены друг от друга на толщину второго диэлектрического материала. Проводящая структура, задающая форму поля, и проводящий элемент могут быть расположены на одной оси друг с другом, причем между ними находится второй диэлектрик.
Проводящий элемент и проводящая структура, задающая форму поля, вместе выполнены как антенна для излучения микроволновой энергии. Проводящая структура, задающая форму поля, предназначена для задания формы профиля излучения излучаемой микроволновой энергии. Например, если желательно излучать микроволновую энергию преимущественно в конкретном направлении, проводящая структура, задающая форму поля, может быть частью проводящего материала, расположенной на боковой стороне основной части наконечника, чтобы блокировать излучение микроволновой энергии с этой боковой стороны излучающего наконечника. Более сложные профили излучения могут быть получены за счет надлежащего задания формы и размещения проводящей структуры, задающей форму поля.
Таким образом, конфигурация излучающего наконечника позволяет обрабатывать ткани с использованием как РЧ, так и микроволновой энергии. В частности, проводящая структура, задающая форму поля, обеспечивает излучение микроволновой энергии из излучающего наконечника, одновременно поддерживая электрическое соединение с вторым электродом, для осуществления РЧ разрезания между первым и вторым электродами.
В некоторых вариантах осуществления проводящая структура, задающая форму поля, может содержать удлиненный проводник, проходящий вдоль длины излучающего наконечника. Например, проводящая структура, задающая форму поля, может представлять собой провод или полосу из проводящего материала, соединяющую наружный проводник с вторым электродом. Удлиненный проводник может проходить параллельно продольному направлению электрохирургического инструмента. Удлиненный проводник может быть предназначен для частичного блокирования излучения микроволновой энергии, вследствие чего профиль излучения является асимметричным относительно продольной оси инструмента. Это может обеспечивать излучение микроволновой энергии с боковой стороны излучающего наконечника для осуществления направленной микроволновой абляции.
В некоторых вариантах осуществления проводящая структура, задающая форму поля, может включать в себя проводящую структуру с прорезью, образованную вокруг проводящего элемента. Например, проводящая структура с прорезью может представлять собой проводящий рукав с прорезью, выполненной в рукаве. В другом примере проводящая структура может быть выполнена в виде спирального проводящего элемента, намотанного вокруг основной части наконечника. В этом примере прорезь представляет собой спиральную прорезь, образованную зазором между смежными витками.
Прорезь в проводящей структуре обеспечивает выход микроволновой энергии из излучающего наконечника. Прорезь может представлять собой отверстие или зазор в проводящем материале, в результате наличия которого образуется проводящая структура с прорезью. Остальная часть проводящей структуры (т. е. проводящий материал, составляющий проводящую структуру) может блокировать выход микроволновой энергии из излучающего наконечника. При передаче микроволновой энергии по излучающему наконечнику инструмента микроволновая энергия может излучаться через прорезь. В частности, прорезь может прерывать силовые линии, проходящие вдоль наружного проводника и проводящей структуры, вследствие чего прорезь излучает микроволновую энергию. Первый проводник и проводящая структура с прорезью, таким образом, могут действовать как щелевая микроволновая антенна (или «антенна вытекающей волны»). Размеры и форма прорези могут быть подобраны для получения желаемого профиля микроволнового излучения. Например, если желательно излучать микроволновую энергию только с одной боковой стороны излучающего наконечника, прорезь может быть расположена на соответствующей боковой стороне проводящей структуры. Ширина прорези может быть меньше или равна длине волны микроволновой энергии для обеспечения эффективного излучения микроволновой энергии из прорези. Электрическая длина прорези может быть отрегулирована за счет использования материала с диэлектрическим наполнением (т. е. с диэлектрической проницаемостью > 1) в основной части наконечника.
В некоторых вариантах осуществления проводящая структура с прорезью может содержать спиральный проводящий элемент, намотанный вокруг наружной поверхности основной части наконечника с образованием спиральной прорези, в которой открыт второй диэлектрический материал. Спиральная прорезь может обеспечивать излучение микроволновой энергии из излучающего наконечника по существу симметрично относительно продольной оси электрохирургического инструмента. Это может обеспечивать абляцию тканей в точно определенном объеме, который окружает излучающий наконечник. Спиральная прорезь может проходить от проксимального конца основной части наконечника до дистального конца основной части наконечника, вследствие чего микроволновая энергия может излучаться по всей длине основной части наконечника. Спиральная прорезь может быть образована за счет намотки или осаждения проводящего материала вокруг основной части наконечника для формирования спирального проводника или за счет вырезания или вытравливания спиральной прорези на проводящем рукаве.
За счет наличия спиральной прорези в проводящей структуре проводящая структура содержит спиральный проводник, который обеспечивает электрический путь между вторым электродом и наружным проводником. Ширина спиральной прорези может быть меньше или равна длине волны микроволновой энергии для обеспечения эффективного излучения микроволновой энергии.
В некоторых вариантах осуществления шаг спиральной прорези может варьировать вдоль длины проводящей структуры. В данном случае шаг спиральной прорези относится к длине в продольном направлении, соответствующей одному полному витку спирали. «Длина» проводящей структуры относится к длине в продольном направлении электрохирургического инструмента. В одном примере шаг спиральной прорези может увеличиваться от проксимального конца проводящей структуры к дистальному концу проводящей структуры. Другими словами, расстояние между соседними витками в спиральной прорези может увеличиваться к дистальному концу проводящей структуры. В альтернативном примере шаг спиральной прорези может уменьшаться от проксимального конца проводящей структуры к дистальному концу проводящей структуры, т. е. расстояние между соседними витками уменьшается к дистальному концу. За счет изменения шага спиральной прорези вдоль длины проводящей структуры можно отрегулировать профиль излучения микроволновой энергии. Например, вследствие увеличения шага спиральной прорези возле дистального конца из дистального конца излучающего наконечника будет излучаться больше микроволновой энергии. В частности, спиральная прорезь определяет место излучения микроволновой энергии (из зазоров в проводящей структуре). При изменении шага меняется место/положение зазоров относительно излучающего наконечника. Это может привести к изменению профиля излучения.
В некоторых вариантах осуществления спиральная прорезь может сужаться вдоль длины проводящей структуры. Другими словами, ширина спиральной прорези может изменяться (например, увеличиваться или уменьшаться) вдоль длины проводящей структуры. Это может быть достигнуто, например, за счет изменения ширины спирального проводника вдоль длины проводящей структуры. Аналогично изменению шага спирального проводника, изменение ширины спирального проводника может способствовать заданию формы профиля микроволнового излучения излучающего наконечника желаемым образом. При излучении энергии из проксимального конца излучающего наконечника остается меньше энергии для прохождения вниз по длине излучающего наконечника. За счет увеличения ширины спиральной прорези к дистальному концу излучающего наконечника большее количество оставшейся энергии может распространяться/входить в окружающие ткани. Это может способствовать обеспечению более равномерного профиля абляции вдоль длины излучающего наконечника. Другими словами, через проксимальный конец излучающего наконечника может излучаться небольшая доля большого количества энергии, а через дистальный конец может излучаться большая доля небольшого количества энергии.
В некоторых вариантах осуществления ширина прорези проводящей структуры может составлять приблизительно одну десятую длины волны микроволновой энергии в биологических тканях. Это может способствовать уравниванию количества энергии, излучаемой/входящей в окружающие ткани вдоль длины излучающего наконечника.
В некоторых вариантах осуществления проводящая структура с прорезью может содержать множество прорезей для излучения микроволновой энергии. Таким образом, микроволновая энергия может излучаться с каждой из множества прорезей. Например, за счет размещения прорезей в различных участках проводящей структуры с прорезью, микроволновая энергия может излучаться из различных частей излучающего наконечника. Дополнительно, взаимодействие между пучками микроволновой энергии, излучаемыми через каждую из множества прорезей, может влиять на профиль излучения, вследствие чего может быть достигнуто высоконаправленное излучение микроволновой энергии.
В некоторых вариантах осуществления каждая из множества прорезей может иметь идентичную ширину, и прорези могут быть равномерно разнесены вдоль продольного направления излучающего наконечника. Другими словами, множество прорезей могут быть расположены в виде эквидистантной решетки вдоль продольного направления излучающего наконечника. Эта компоновка прорезей может стать причиной резонанса микроволновой энергии в излучающем наконечнике. По мере спуска микроволновой энергии по излучающему наконечнику, микроволновая энергия может излучаться из прорезей. На дистальном конце излучающего наконечника может происходить частичное отражение микроволновой энергии. Отраженная микроволновая энергия может излучаться из прорезей по мере ее перемещения назад, вверх по излучающему наконечнику. Такой цикл отражения может повторяться внутри излучающего наконечника. Таким образом, излучающий наконечник может работать как резонансная микроволновая антенна.
В некоторых вариантах осуществления каждая из множества прорезей может иметь отличающуюся ширину, и множество прорезей могут быть расположены вдоль продольного направления излучающего наконечника в порядке увеличения или уменьшения ширины. Таким образом, ширина прорезей может увеличиваться или уменьшаться от проксимального конца излучающего наконечника к его дистальному концу. Предпочтительно прорезь с наименьшей шириной может быть расположена на проксимальном конце, а прорезь с наибольшей шириной может быть расположена на дистальном конце. При такой компоновке прорезей излучающий наконечник может работать как микроволновая антенна бегущей волны. Это связано с тем, что эта компоновка прорезей может обеспечить положительный градиент коэффициента связи от излучающего наконечника к окружающим тканям.
В некоторых вариантах осуществления проводящая структура с прорезью может быть расположена на наружной поверхности основной части наконечника. Таким образом, наружная поверхность основной части наконечника может действовать как опора для проводящей структуры с прорезью. Например, проводящая структура с прорезью может быть приклеена или прикреплена иным образом к наружной поверхности основной части наконечника. Это может упростить конструкцию излучающего наконечника. Это также может улучшить изоляцию между первым проводником и проводящей структурой, поскольку первый проводник проходит через канал внутри основной части наконечника, а проводящая структура находится снаружи основной части наконечника. Излучающий наконечник может дополнительно содержать защитный слой (например, выполненный из изоляционного материала), расположенный поверх проводящей структуры с прорезью для защиты проводящей структуры с прорезью от окружающей среды. Однако в альтернативных вариантах осуществления проводящая структура с прорезью может быть частично встроена в основную часть наконечника, например, проводящая структура с прорезью может быть расположена под наружной поверхностью основной части наконечника. Таким образом, наружная поверхность основной части наконечника может служить для защиты проводящей структуры с прорезью.
В некоторых вариантах осуществления проводящий элемент содержит дистальную часть внутреннего проводника, которая выступает через основную часть наконечника для соединения с первым электродом. Другими словами, проводящий элемент может представлять собой продолжение внутреннего проводника, который выступает за пределы дистального конца коаксиального питающего кабеля и проходит через канал в основной части наконечника. Это позволяет избежать создания электрического соединения между проводящим элементом и внутренним проводником на поверхности контакта между излучающим наконечником и коаксиальным питающим кабелем. Это может повысить надежность электрического соединения с первым электродом. Это также может упростить конструкцию излучающего наконечника, поскольку он может быть выполнен на конце коаксиального питающего кабеля с использованием внутреннего проводника коаксиального питающего кабеля.
В некоторых вариантах осуществления первый электрод может быть образован из открытого дистального наконечника внутреннего проводника. Другими словами, внутренний проводник может проходить через канал в основной части наконечника таким образом, чтобы дистальный наконечник внутреннего проводника был открыт через отверстие в канале. Например, канал может иметь отверстие на дистальном конце основной части наконечника, где открыт дистальный наконечник внутреннего проводника. Дистальный наконечник внутреннего проводника может выступать из канала, например, он может проходить за пределы дистального конца основной части наконечника. Альтернативно дистальный наконечник внутреннего проводника может быть расположен заподлицо с основной частью наконечника, вследствие чего он не выступает за пределы дистального конца основной части наконечника. За счет этого можно исключить наличие острых краев вокруг дистального наконечника внутреннего проводника, которые могут зацепиться за ткани. При использовании дистального наконечника внутреннего проводника в качестве первого электрода конструкция излучающего наконечника может быть упрощена. Это связано с тем, что внутренний проводник действует и как первый проводник, и как первый электрод, вследствие чего количество компонентов и электрических соединений, необходимых для изготовления излучающего наконечника, может быть уменьшено.
В некоторых вариантах осуществления проводящая структура может быть образована наружным проводником, проходящим поверх основной части наконечника. Другими словами, наружный проводник может проходить непрерывно от коаксиального питающего кабеля до излучающего наконечника без прерываний. Например, наружный проводник может образовывать рукав, который проходит поверх основной части наконечника. Прорезь может быть образована в части наружного проводника, которая проходит поверх основной части наконечника. Это может упрощать образование излучающего наконечника на конце коаксиального питающего кабеля, поскольку наружный проводник обеспечивает проводящую структуру, в которой легко может быть выполнена прорезь. Это также позволяет избежать необходимости в прикреплении и электрическом присоединении отдельной проводящей структуры на дистальном конце коаксиального питающего кабеля.
В некоторых вариантах осуществления проводящая структура с прорезью может быть электрически соединена с наружным проводником посредством проводящего кольца, расположенного на дистальном конце коаксиального питающего кабеля. Одна сторона проводящего кольца может быть электрически соединена с наружным проводником (например, с помощью пайки или сварки), а другая сторона проводящего кольца может быть электрически соединена с проводящей структурой. Проводящее кольцо может обеспечивать большую поверхность, с которой может быть осуществлено электрическое соединение, для упрощения электрического соединения с наружным проводником и повышения надежности соединения. Проводящее кольцо может быть выполнено из жесткого материала для дополнительного упрощения электрического соединения с наружным проводником (который может быть выполнен из гибкого материала для придания гибкости коаксиальному питающему кабелю). Проводящее кольцо также может быть предназначено для задания формы профиля микроволнового излучения излучающего наконечника, поскольку оно обеспечивает область проводящего материала, соединенную с наружным проводником.
В некоторых вариантах осуществления основная часть наконечника может содержать торцевую поверхность на дистальном конце основной части наконечника, причем первый электрод и второй электрод могут быть расположены на торцевой поверхности второго диэлектрического материала. Торцевая поверхность может представлять собой плоскую поверхность, на которой расположены первый и второй электроды. Биологические ткани, которые находятся рядом с торцевой поверхностью основной части наконечника, могут быть разрезаны с использованием РЧ энергии. Торцевая поверхность может быть ориентирована в конкретном направлении для обеспечения желаемого направления разрезания. Разрезание тканей на дистальном конце основной части наконечника может упростить прохождение излучающего наконечника в целевые ткани, вследствие чего микроволновая энергия может эффективно доставляться к целевым тканям.
В некоторых вариантах осуществления торцевая поверхность может лежать в плоскости, перпендикулярной продольной оси коаксиального питающего кабеля. Таким образом, торцевая поверхность основной части наконечника может быть обращена вперед, т. е. в сторону от коаксиального питающего кабеля. Эта конфигурация может обеспечить возможность разрезания биологических тканей, которые расположены непосредственно перед излучающим наконечником, с использованием РЧ энергии, доставляемой к первому и второму электродам. Это может упростить прохождение инструмента в целевые ткани. Например, прохождение в целевые ткани может быть достигнуто за счет разрезания тканей перед инструментом с использованием РЧ энергии и проталкивания инструмента вперед через разрезанные ткани до достижения целевой зоны.
В некоторых вариантах осуществления второй электрод может представлять собой проводящее кольцо, которое окружает первый электрод. Другими словами, второй электрод может представлять собой петлю из проводящего материала, расположенную вокруг первого электрода. За счет этого ткани могут быть разрезаны в участке вокруг первого электрода, причем этот участок определен формой второго электрода. Это может придать такую форму разрезу в тканях, которая упрощает прохождение излучающего наконечника в целевые ткани.
В некоторых вариантах осуществления наружный диаметр второго электрода может быть по существу таким же, как наружный диаметр основной части наконечника. Вследствие этого разрез, выполненный с помощью первого и второго электродов, может иметь приблизительно такой же размер, как и основная часть наконечника, вследствие чего излучающий наконечник может быть легко введен через разрезанные ткани. Дополнительно форма проводящего кольца может приблизительно соответствовать поперечному сечению основной части наконечника для дополнительного упрощения прохождения излучающего наконечника в разрезанные ткани. Например, если основная часть наконечника имеет круглое поперечное сечение, второй электрод может представлять собой круглое кольцо, имеющее наружный диаметр, который соответствует наружному диаметру основной части наконечника.
В некоторых вариантах осуществления основная часть наконечника может быть цилиндрической, причем продольная ось основной части наконечника совмещена с продольной осью коаксиального питающего кабеля. Таким образом, основная часть наконечника может иметь круглое поперечное сечение, что упрощает введение электрохирургического инструмента через рабочий канал хирургического смотрового устройства. Цилиндрическая форма основной части наконечника также может обеспечивать подходящую торцевую поверхность, на которой могут быть расположены первый и второй электроды для разрезания тканей перед излучающим наконечником.
В некоторых вариантах осуществления наружный диаметр цилиндрической основной части наконечника может быть по существу таким же, как и наружный диаметр коаксиального питающего кабеля. Основная часть наконечника и коаксиальный питающий кабель, таким образом, могут иметь приблизительно одинаковые поперечные сечения. Следовательно, основная часть наконечника может выглядеть как продолжение коаксиального питающего кабеля. В результате этого электрохирургический инструмент может иметь по существу постоянный наружный диаметр по всей длине. Это может дополнительно упростить использование электрохирургического инструмента в хирургическом смотровом устройстве, а также прохождение инструмента в целевые ткани.
Электрохирургический инструмент может составлять часть полной электрохирургической системы. Например, система может содержать электрохирургический генератор, предназначенный для подачи микроволновой энергии и радиочастотной энергии; и электрохирургический инструмент согласно настоящему изобретению, подключенный для приема микроволновой энергии и радиочастотной энергии от электрохирургического генератора. Электрохирургический аппарат может дополнительно содержать хирургическое смотровое устройство (например, эндоскоп), имеющее гибкий вводимый шнур для введения в организм пациента, причем гибкий вводимый шнур имеет инструментальный канал, проходящий вдоль его длины, и причем электрохирургический инструмент имеет размеры, подходящие для размещения внутри инструментального канала.
В настоящем описании термин «микроволновой» может использоваться в широком смысле для указания диапазона частот от 400 МГц до 100 ГГц, но предпочтительно диапазона от 1 ГГц до 60 ГГц. Предпочтительные фиксированные частоты для микроволновой ЭМ энергии включают: 915 МГц, 2,45 ГГц, 3,3 ГГц, 5,8 ГГц, 10 ГГц, 14,5 ГГц и 24 ГГц. Может быть предпочтительнее 5,8 ГГц. В противоположность этому, в данном описании используются термины «радиочастотный» или «РЧ» для указания диапазона частот, который по меньшей мере на три порядка ниже, например, вплоть до 300 МГц. Предпочтительно РЧ энергия имеет частоту, достаточно высокую для предотвращения стимуляции нервов (например, более 10 кГц) и достаточно низкую для предотвращения побледнения тканей или теплового распространения (например, менее 10 МГц). Предпочтительный частотный диапазон для РЧ энергии может составлять от 100 кГц до 1 МГц.
В данном документе термины «проксимальный» и «дистальный» означают концы электрохирургического инструмента, находящиеся дальше от обрабатываемой области, и ближе к ней, соответственно. Таким образом, при использовании проксимальный конец электрохирургического инструмента находится ближе к генератору для снабжения РЧ и/или микроволновой энергией, в то время как дистальный конец находится ближе к обрабатываемой области, то есть к целевым тканям пациента.
В настоящем документе термин «проводящий» используется для обозначения электрической проводимости, если в контексте не определено иное.
Используемый ниже термин «продольный» относится к направлению вдоль длины электрохирургического инструмента, параллельно оси коаксиальной линии передачи. Термин «внутренний» означает радиально ближайший к центру (например, оси) инструмента. Термин «наружный» означает радиально удаленный от центра (оси) инструмента.
Термин «электрохирургический» используется в отношении инструмента, аппарата или приспособления, которые используются во время операции и которые используют микроволновую и/или радиочастотную электромагнитную (ЭМ) энергию.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Примеры изобретения подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые графические материалы, в которых:
на фиг. 1 представлено схематическое изображение электрохирургической системы для абляции тканей, которая представляет собой вариант осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 представлен вид в перспективе электрохирургического инструмента, который представляет собой вариант осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 3 представлен вид сбоку в разрезе электрохирургического инструмента, который представляет собой вариант осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 4 представлен вид сбоку в разрезе электрохирургического инструмента, который представляет собой вариант осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 5A и 5B представлены схемы, изображающие смоделированный профиль микроволнового излучения электрохирургического инструмента, который представляет собой вариант осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 6 представлен график смоделированных потерь на отражение для электрохирургического инструмента, который представляет собой вариант осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 7 представлена эквивалентная схема для электрохирургического инструмента, который представляет собой вариант осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 8A представлен вид сбоку в разрезе электрохирургического инструмента, который представляет собой другой вариант осуществления настоящего изобретения; и
на фиг. 8B представлен вид спереди электрохирургического инструмента, изображенного на фиг. 8A.
Следует отметить, что варианты осуществления, показанные на фигурах, выполнены без соблюдения масштаба.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 представлено схематическое изображение полной электрохирургической системы 100, способной снабжать микроволновой энергией и радиочастотной энергией дистальный конец минимально инвазивного электрохирургического инструмента. Система 100 содержит генератор 102 для управляемой подачи микроволновой и радиочастотной энергии. Подходящий для этой цели генератор описан в патенте WO 2012/076844, который включен в данный документ посредством ссылки. Генератор может быть выполнен с возможностью контроля отраженных сигналов, принимаемых обратно от инструмента, для определения подходящего уровня мощности для доставки. Например, генератор может быть выполнен с возможностью вычисления импеданса, получаемого на дистальном конце инструмента, для определения оптимального уровня мощности доставки. Генератор может быть выполнен с возможностью подачи мощности в виде серии импульсов, которые модулируются в соответствии с дыхательным циклом пациента. Это позволит подавать энергию, когда легкие спадаются.
Генератор 102 соединен с интерфейсным узлом 106 посредством интерфейсного кабеля 104. При необходимости, интерфейсный узел 106 может содержать в себе механизм управления инструментом, который работает посредством перемещения пускового устройства 110, например, для управления продольным (назад и вперед) перемещением одного или более проводов управления или толкателей (не проиллюстрированы). Если имеется множество управляющих проводов, на интерфейсном узле может быть несколько смещаемых пусковых устройств для обеспечения полного контроля. Функцией интерфейсного узла 106 является объединение входов от генератора 102 и механизма управления инструментом в один гибкий вал 112, который проходит от дистального конца интерфейсного узла 106. В других вариантах осуществления изобретения могут быть также использованы другие типы входов, соединенных с интерфейсным узлом 106. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения к интерфейсному узлу 106 может быть подключена подача жидкости, в результате чего к инструменту может доставляться жидкость.
Гибкий вал 112 вставляется по всей длине инструментального (рабочего) канала эндоскопа 114.
Гибкий вал 112 имеет узел 118 дистального конца (не проиллюстрирован в масштабе на фиг. 1), форма которого позволяет ему проходить через инструментальный канал эндоскопа 114 и выступать наружу (например, внутри пациента) на дистальном конце трубки эндоскопа. Узел дистального конца содержит активный наконечник для доставки микроволновой энергии и радиочастотной энергии в биологические ткани. Конфигурация наконечника более подробно описана ниже.
Конструкция узла 118 дистального конца может быть выполнена с максимальным наружным диаметром, подходящим для прохождения через рабочий канал. Как правило диаметр рабочего канала в хирургическом смотровом устройстве, таком как эндоскоп, составляет менее 4,0 мм, например любое значение из следующего: 2,8 мм, 3,2 мм, 3,7 мм, 3,8 мм. Длина гибкого вала 112 может быть равна или больше 0,3 м, например 2 м или более. В других примерах узел 118 дистального конца может быть установлен на дистальном конце гибкого вала 112 после того, как вал был введен через рабочий канал (и до того, как шнур инструмента введен в организм пациента). В качестве альтернативы гибкий вал 112 может быть введен в рабочий канал от дистального конца перед выполнением его проксимальных соединений. В этих конструкциях узел 118 дистального конца может иметь размеры большие, чем рабочий канал хирургического смотрового устройства 114.
Описанная выше система -- это один из путей введения инструмента в организм пациента. Также возможны другие технические способы. Например, инструмент может быть также введен с использованием катетера.
На фиг. 2 представлен вид в перспективе дистального конца электрохирургического инструмента 200, который представляет собой вариант осуществления настоящего изобретения. На фиг. 3 представлен вид сбоку в разрезе того же электрохирургического инструмента 200. Дистальный конец электрохирургического инструмента 200 может соответствовать, например, узлу 118 дистального конца, описанному выше. Электрохирургический инструмент 200 содержит коаксиальный питающий кабель 202, который на своем проксимальном конце может быть подсоединен к генератору (например, генератору 102) для передачи микроволновой энергии и РЧ энергии. Коаксиальный питающий кабель 202 содержит внутренний проводник 204 и наружный проводник 206, которые разделены первым диэлектрическим материалом 208. Коаксиальный питающий кабель 202 предпочтительно имеет низкие потери микроволновой энергии. На коаксиальном подводящем кабеле 204 может быть предусмотрен дроссель (не показан) для предотвращения обратного распространения микроволновой энергии, отраженной от дистального конца, и, следовательно, ограничения обратного нагрева вдоль устройства. Коаксиальный кабель дополнительно содержит гибкую наружную оболочку 210, расположенную вокруг наружного проводника 206 для защиты коаксиального кабеля. Наружная оболочка 210 может быть изготовлена из изоляционного материала для электрической изоляции наружного проводника 206 от его окружения. Наружная оболочка 210 может быть изготовлена из материала с низкой адгезией, или покрыта им, например, ПТФЭ, для предотвращения адгезии тканей к инструменту.
Коаксиальный питающий кабель 202 оканчивается на своем дистальном конце излучающим наконечником 212 для доставки микроволновой энергии и РЧ энергии, которые передаются по коаксиальному питающему кабелю 202 в биологические ткани. Излучающий наконечник 212 содержит основную часть 214 наконечника, которая прикреплена к дистальному концу коаксиального питающего кабеля 202. Основная часть 214 наконечника выполнена из второго диэлектрического материала, который может быть таким же, как и первый диэлектрический материал 208, или может отличаться от него. Второй диэлектрический материал может быть выбран для улучшения согласования импеданса излучающего наконечника 212 с целевой тканью, чтобы повысить эффективность доставки микроволновой энергии внутрь целевых тканей. В некоторых примерах основная часть 214 наконечника может представлять собой часть первого диэлектрического материала 208, выступающую за пределы дистального конца коаксиального питающего кабеля 202.
В показанном примере основная часть 214 наконечника является цилиндрической. Она может иметь по существу такой же наружный диаметр, как и коаксиальный питающий кабель 202. Размеры основной части 214 наконечника могут быть выбраны таким образом, чтобы она обладала желаемым импедансом. Продольная ось основной части 214 наконечника совмещена с продольной осью дистальной части коаксиального питающего кабеля 202. Основная часть 214 наконечника имеет проксимальную поверхность 216, торцевую поверхность 218 и наружную поверхность 220, как показано на фиг. 2 и 3. Проксимальная поверхность 216 и торцевая поверхность 218 находятся на противоположных концах цилиндрической основной части 214 наконечника. Основная часть 214 наконечника прикреплена к дистальному концу коаксиального питающего кабеля 202 таким образом, что проксимальная поверхность 216 основной части 214 наконечника находится в контакте с первым диэлектрическим материалом 208 в коаксиальном питающем кабеле 202. Торцевая поверхность 218 основной части 214 наконечника лежит в плоскости, перпендикулярной продольной оси коаксиального питающего кабеля 202. Дистальная часть 221 внутреннего проводника 204 коаксиального питающего кабеля 202 проходит через канал в основной части 214 наконечника. Дистальный конец внутреннего проводника 204 открыт на торцевой поверхности 218 основной части 214 наконечника с образованием первого электрода 222. Первый электрод 222 расположен заподлицо с торцевой поверхностью 216 основной части 214 наконечника. За счет этого можно исключить наличие острых краев вокруг первого электрода 222. В примере, показанном на фиг. 2, внутренний проводник 204 имеет круглое поперечное сечение, и поэтому первый электрод 222 имеет круглую форму. Поскольку центральные оси основной части 214 наконечника и коаксиального питающего кабеля 202 совмещены, первый электрод 222 расположен по существу по центру на торцевой поверхности 218 основной части 214 наконечника.
Второй электрод 224 также расположен на торцевой поверхности 218 основной части 214 наконечника. Второй электрод 214 имеет кольцевую форму и расположен таким образом, что он окружает первый электрод 222. Наружный диаметр второго электрода приблизительно соответствует наружному диаметру основной части 214 наконечника, например, проходит рядом с ним или по нему. В одном примере второй электрод 224 напоминает проводящий колпачок, установленный поверх дистального конца основной части 214 наконечника. Колпачок может иметь короткий фланец, проходящий в продольном направлении вдоль дистальной части наружной поверхности 220 основной части наконечника. Колпачок может закрывать поверхность дистального конца основной части наконечника за исключением открытого (например, вырезанного или вытравленного) отверстия, внутри которого открыт первый электрод 222.
Круглый первый электрод 222 и кольцевой второй электрод 224 расположены соосно. Например, первый электрод 222 может иметь наружный диаметр приблизительно 0,5 мм, а второй электрод 224 может иметь внутренний диаметр 1,25 мм. Таким образом, первый электрод 222 и второй электрод 224 изолированы друг от друга открытой секцией торцевой поверхности 218 основной части 214 наконечника. В показанном варианте осуществления торцевая поверхность 218 является плоской. Однако в других вариантах осуществления (не показаны) торцевая поверхность может быть скругленной или заостренной для упрощения введения в целевые ткани.
Второй электрод 224 соединен с наружным проводником 206 коаксиального питающего кабеля 202 посредством проводящей структуры, которая образована спиральным проводником 226. Спиральный проводник 226 расположен на наружной поверхности 220 основной части 214 наконечника. Спиральный проводник 226 образует спираль, центральная ось которой совмещена с продольной осью основной части 214 наконечника, вследствие чего спиральный проводник 226 намотан вокруг наружной поверхности 220 основной части 214 наконечника. Таким образом, спиральный проводник 226 расположен вокруг части внутреннего проводника 204, которая проходит через канал в излучающем наконечнике 212. Спиральный проводник 226 отделен от внутреннего проводника 204 на радиальную толщину второго диэлектрического материала. Спиральный проводник 226 соединен с наружным проводником 206 через проводящее кольцо 225, которое расположено на дистальном конце коаксиального питающего кабеля 202 и которое электрически соединено с наружным проводником 206.
В некоторых примерах спиральный проводник 226 может быть образован за счет намотки отрезка проводящего материала вокруг наружной поверхности 220 основной части 214 наконечника и приклеивания проводящего материала к основной части 214 наконечника (например, с использованием эпоксидной смолы). В других примерах спиральный проводник 226 может быть образован за счет помещения рукава из проводящего материала вокруг наружной поверхности 220 основной части 214 наконечника и прорезания спиральной прорези в рукаве из проводящего материала. В дополнительных примерах спиральный проводник 226 может представлять собой продолжение наружного проводника 206 коаксиального питающего кабеля 202 поверх основной части 214 наконечника, где была прорезана спиральная прорезь в части наружного проводника 206, проходящей поверх основной части 214 наконечника. В еще одних примерах спиральный проводник 226 может быть нанесен в виде слоя плакирования/металлизации непосредственно на поверхность основной части 214 наконечника (например, спиральный проводник 226 может быть образован за счет осаждения и создания на узора на слое металла на основной части 214 наконечника).
Между смежными витками спирального проводника 226 выполнена спиральная прорезь 228, через которую открыта часть наружной поверхности 220 основной части 214 наконечника. Другими словами, наружная поверхность 220 открыта между смежными витками спирального проводника 226. Шаг спирального проводника и ширина спиральной прорези 228 являются такими, что микроволновая энергия, доставляемая к излучающему наконечнику 212, может выходить и излучаться наружу через них. Таким образом, излучающий наконечник 212 действует как щелевая коаксиальная антенна (также известная как «антенна вытекающей волны») на микроволновых частотах. Микроволновая энергия, которая передается по коаксиальному питающему кабелю 202, таким образом, может излучаться через излучающий наконечник 212, что приводит к доставке микроволновой энергии в целевые ткани. Для обеспечения излучения микроволновой энергии из излучающего наконечника 212 ширина спиральной прорези может быть меньше длины волны микроволновой энергии или равна ей. Ширина спиральной прорези 228 изображена на фиг. 3 линией 227. Поскольку спиральная прорезь 228 расширяется по окружности вокруг наружной поверхности 220 основной части 214 наконечника, микроволновая энергия может излучаться равномерно вокруг наружной поверхности относительно центральной оси излучающего наконечника 212. Таким образом, спиральный проводник 226 действует как проводящая структура, задающая форму поля, для задания формы микроволновой энергии, излучаемой из излучающего наконечника 212.
Излучающий наконечник 212, таким образом, обеспечивает излучение микроволновой энергии, и при этом поддерживает электрическое соединение с первым и вторым электродами 222, 224 на торцевой поверхности 218 основной части 214 наконечника. Первый электрод 222 и второй электрод 224 могут использоваться как биполярные РЧ электроды для разрезания и/или коагуляции тканей с использованием РЧ энергии. Например, первый электрод 222 может действовать как активный электрод, а второй электрод 224 может действовать как обратный электрод для РЧ энергии. Таким образом, излучающий наконечник 212 обеспечивает обработку целевых тканей с использованием как РЧ, так и микроволновой энергии: разрезание и/или коагуляцию тканей с использованием РЧ энергии, доставляемой к первому и второму электродам 222, 224; и абляцию тканей с использованием микроволновой энергии, которая излучается через конструкцию антенны «вытекающей волны» излучающего наконечника 212.
Расположение первого и второго электродов 222, 224 на торцевой поверхности 218 основной части 214 наконечника позволяет использовать первый и второй электроды 222, 224 для РЧ разрезания и прохождения в ткани. При передаче РЧ энергии к первому и второму электродам 222, 224 биологические ткани, расположенные непосредственно перед излучающим наконечником 212 (т. е. ткани, которые расположены рядом с торцевой поверхностью 218), могут быть разрезаны. Дополнительно, поскольку второй электрод 224 выполнен в виде кольца, окружающего первый электрод 222, ткани могут быть разрезаны на участке вокруг первого электрода 222. Когда ткани перед излучающим наконечником 212 разрезаны, можно протолкнуть излучающий наконечник 212 через разрезанные ткани и ввести в целевую зону. Поскольку наружный диаметр второго электрода 224 приблизительно соответствует наружному диаметру основной части 214 наконечника, разрез в тканях может иметь приблизительно ту же форму, что и поперечное сечение основной части 214 наконечника. Это может дополнительно упростить прохождение в ткани. Затем, когда целевая зона достигнута, ткани в целевой зоне могут быть подвергнуты абляции за счет доставки микроволновой энергии в целевую зону посредством излучающего наконечника 212. Это позволяет разместить излучающий наконечник 212 внутри (например, возле центра) целевой зоны, которая должна быть подвергнута абляции с использованием микроволновой энергии. Например, за счет использования РЧ разрезания излучающий наконечник 212 может быть введен в целевые ткани, которые должны быть подвергнуты абляции (например, ткани в печени, почках, мышцах или крови), перед применением микроволновой энергии. Затем, когда излучающий наконечник 212 расположен внутри целевых тканей, целевые ткани могут быть подвергнуты абляции в результате доставки в них микроволновой энергии. Таким образом, можно повысить эффективность доставки микроволновой энергии к тканям и при этом снизить количество микроволновой энергии, которая доставляется к здоровым тканям.
Шаг спирального проводника 226 и ширина спиральной прорези 228 важны для рабочих характеристик излучающего наконечника 212. Компромиссное решение в отношении конструкции излучающего наконечника 212 состоит в том, чтобы спиральная прорезь 228 была достаточно широкой для излучения микроволновой энергии, но достаточно узкой, чтобы способствовать распространению РЧ энергии к первому и второму электродам 222, 224. В частности, чем меньше ширина спирального проводника (изображенная линией 230 на фиг. 3), тем больше импеданс спирального проводника 226, что может привести к генерированию большого количества тепла на излучающем наконечнике 212 из-за РЧ энергии. Другим важным аспектом в конструкции излучающего наконечника 212 является электрическая прочность второго диэлектрического материала, а также расстояние между первым и вторым электродами 222, 224. Для осуществления РЧ разрезания между первым и вторым электродами 222, 224 пиковое напряжение РЧ энергии должно быть достаточным, чтобы преодолеть напряжение пробоя воздушного зазора или тканей между электродами, не вызвав диэлектрический пробой во втором диэлектрическом материале. Материалы, используемые в излучающем наконечнике 212, также должны быть способны выдерживать высокие рабочие температуры, поскольку РЧ разрезание приводит к образованию высоких температур. Подходящие материалы для второго диэлектрического материала включают MACOR (диэлектрическая прочность приблизительно 45 МВ/м), оксид алюминия (диэлектрическая прочность приблизительно 23 МВ/м) и диоксид циркония.
На фиг. 4 изображено несколько размеров излучающего наконечника 212 электрохирургического инструмента 200. На фиг. 4 показан вид электрохирургического инструмента 200, идентичный виду на фиг. 3, но несколько обозначений, представленных на фиг. 3, опущены на фиг. 4 для ясности понимания. Авторы изобретения определили подходящие размеры для излучающего наконечника 212: длина излучающего наконечника 212 в продольном направлении (указанная линией с позиционным обозначением 232): 6 мм; наружный диаметр цилиндрической основной части 214 наконечника (указанный линией с позиционным обозначением 234): 2,55 мм; наружный диаметр круглого первого электрода 222 (указанный линией с позиционным обозначением 236): 0,5 мм; внутренний диаметр кольцевого второго электрода 224 (указанный линией с позиционным обозначением 238): 1,25 мм; ширина спиральной прорези 228 (указанная линией с позиционным обозначением 227): 1,17 мм; ширина спирального проводника 226 (указанная линией с позиционным обозначением 230): 0,4 мм. Конечно, также возможны другие размеры для излучающего наконечника 212, то есть эти размеры приведены просто для примера.
На фиг. 5A представлен вычисленный профиль излучения в окружающих тканях для электрохирургического инструмента 200, изображенного на фиг. 2-4 (т. е. с излучающим наконечником 212, имеющим размеры, описанные выше со ссылкой на фиг. 4). Профиль излучения был вычислен для частоты ЭМ энергии 5,8 ГГц с использованием анализа методом конечных элементов. Вычисление показывает, что микроволновая энергия излучается с боковых сторон и дистального конца излучающего наконечника 212, т. е. через спиральную прорезь 228. Профиль излучения покрывает приблизительно сферический участок вокруг излучающего наконечника 212. Таким образом, конструкция антенны «вытекающей волны» излучающего наконечника 212 обеспечивает по существу равномерное излучение микроволновой энергии вокруг излучающего наконечника 212, вследствие чего абляция тканей может быть произведена в точно определенном объеме вокруг излучающего наконечника 212. На фиг. 5B показан осевой разрез вычисленного профиля излучения, изображенного на фиг. 5A (т. е. на фиг. 5B показан профиль излучения в плоскости, перпендикулярной продольной оси инструмента). Как можно увидеть на фиг. 5B, профиль излучения излучающего наконечника по существу симметричен относительно продольной оси инструмента.
I
R
I
R
На фиг. 6 показан смоделированный график зависимости S-параметра (также известного как «потери на отражение») от частоты микроволновой энергии для электрохирургического инструмента 200. Как хорошо известно в области техники, S-параметр является мерой потерь на отражение микроволновой энергии из-за рассогласования импедансов, и, таким образом, S-параметр указывает на степень рассогласования импедансов между целевыми тканями и излучающим наконечником. S-параметр может быть определен по следующему уравнению: P=SP, где P - мощность, выходящая из инструмента в направлении тканей, P - мощность, отраженная от тканей, и S - S-параметр. Как показано на фиг. 6, S-параметр составляет -24,6 дБ на частоте 5,8 ГГц, что означает, что очень небольшое количество микроволновой энергии отразилось от тканей на этой частоте. Это указывает на надлежащее согласование импедансов на рабочей частоте 5,8 ГГц, а также на эффективную доставку микроволновой энергии от излучающего наконечника в ткани на этой частоте.
На фиг. 7 показана эквивалентная схема 700 для электрохирургического инструмента 200, изображенного на фиг. 2-4. Коаксиальный питающий кабель 202 представлен как идеальная линия передачи посредством индуктивностей L1, L2 и L3 и емкостей C1, C2 и C3. Структура антенны излучающего наконечника 212 представлена индуктивностями L4 и L5, сопротивлением R1 и емкостью C4. Спиральная прорезь 228 прерывает путь прохождения тока по наружному проводнику 206 коаксиального питающего кабеля 202, что приводит к дополнительной индуктивности. Эта дополнительная индуктивность, вызванная наличием спиральной прорези 228, представлена индуктивностью L4 на фиг. 7. Свойства эквивалентной схемы 700 могут быть оптимизированы за счет регулирования физических свойств излучающего наконечника, например, ширины спирального проводника, материала наконечника, размеров наконечника и т. д. Например, ширина спиральной прорези 228 может влиять на индуктивность L4. Длина или расстояние прорези от поверхности контакта с коаксиальной линией передачи может изменять фазы нагрузки и, следовательно, наблюдаемый импеданс. Моделирование с анализом методом конечных элементов может быть осуществлено для оценки влияния изменений геометрии и материала в излучающем наконечнике.
Также возможны конструкции, альтернативные по отношению к описанным в вышеупомянутом варианте осуществления, для обеспечения обработки тканей с использованием как РЧ, так и микроволновой энергии. В вышеописанном варианте осуществления шаг спирального проводника 226 является постоянным вдоль длины излучающего наконечника 212. Однако в других примерах шаг спирального проводника может изменяться вдоль длины излучающего наконечника. Например, шаг спирального проводника может увеличиваться (или уменьшаться) к дистальному концу излучающего наконечника. В качестве другого примера, спиральная прорезь может сужаться вдоль длины излучающего наконечника, например, с увеличением или уменьшением ширины спирального проводника к дистальному концу излучающего наконечника. Изменение шага спирального проводника и/или сужение спиральной прорези может способствовать заданию формы профиля микроволнового излучения излучающего наконечника.
В дополнительных альтернативных вариантах осуществления проводящая структура с прорезью, отличающаяся от спирального проводника, может использоваться для соединения наружного проводника коаксиального питающего кабеля с вторым электродом. Например, второй электрод может быть соединен с наружным проводником посредством проводящего рукава, который расположен вокруг основной части наконечника. В проводящем рукаве может быть выполнен ряд прорезей для обеспечения излучения микроволновой энергии с сохранением электрического соединения с вторым электродом. Например, если желательно излучать микроволновую энергию только в конкретном направлении, прорези могут быть выполнены только на одной стороне проводящего рукава.
На фиг. 8A и 8B изображен электрохирургический инструмент 800, который представляет собой другой вариант осуществления настоящего изобретения. Электрохирургический инструмент 800 имеет проводящую структуру, задающую форму поля, другого типа, которая соединяет наружный проводник и второй электрод, по сравнению с электрохирургическим инструментом 200. На фиг. 8A представлен вид сбоку в разрезе электрохирургического инструмента 800, а на фиг. 8B представлен вид спереди электрохирургического инструмента 800. Электрохирургический инструмент 800 содержит коаксиальный питающий кабель 802, имеющий внутренний проводник 804 и наружный проводник 806, которые разделены первым диэлектрическим материалом 808. Коаксиальный питающий кабель 802 также содержит наружную оболочку 210. Коаксиальный питающий кабель 802 может быть аналогичен коаксиальному питающему кабелю 202 электрохирургического инструмента 200.
Коаксиальный питающий кабель 802 на своем дистальном конце оканчивается излучающим наконечником 812. Излучающий наконечник 812 содержит основную часть 814 наконечника, которая прикреплена к дистальному концу коаксиального питающего кабеля 802. Основная часть 814 наконечника может быть выполнена из второго диэлектрического материала, который может быть таким же, как и первый диэлектрический материал 808, или может отличаться от него. Часть внутреннего проводника 804 проходит через канал в основной части 814 наконечника таким образом, что дистальный конец внутреннего проводника открыт на торцевой поверхности 816 основной части 814 наконечника. Открытый дистальный конец внутреннего проводника 804 образует первый электрод 818 на торцевой поверхности 816. Провод 820, выполненный из проводящего материала, проходит по длине излучающего наконечника 812 от дистального конца коаксиального кабеля 802 до торцевой поверхности 816 излучающего наконечника 812. Провод 820 электрически соединен на одном конце с наружным проводником 806. Как показано на фиг. 8B, провод 820 частично встроен в основную часть 814 наконечника. Дистальный конец провода 820 открыт на торцевой поверхности 816 с образованием второго электрода 822.
Поскольку первый и второй электроды 818, 822 электрически соединены с внутренним и наружным проводниками 804, 806 соответственно, они могут действовать как РЧ режущие электроды (аналогично электродам 222, 224 электрохирургического инструмента 200). Кроме того, микроволновая энергия, доставляемая к излучающему наконечнику 812 от коаксиального питающего кабеля 802, может излучаться через излучающий наконечник 812. Однако, в отличие от спирального проводника 226 инструмента 200, провод 820 расположен только на одной стороне излучающего наконечника 812 (т. е. он не обмотан вокруг основной части наконечника). В результате этого провод 820 частично блокирует микроволновую энергию на одной стороне излучающего наконечника 814, вследствие чего профиль микроволнового излучения не симметричен относительно продольной оси инструмента. Таким образом, микроволновая энергия может предпочтительно излучаться со стороны излучающего наконечника 812, которая противоположна проводу 820 (например, стороны, указанной стрелкой 824 на фиг. 8B). Таким образом, провод 820 выполняет две функции: соединяет наружный проводник 806 с вторым электродом 822 и задает форму профиля микроволнового излучения.