Электрохирургический аппарат с корректировкой выходных параметров системой обратной связи с оптическими датчиками

Полезная модель относится к области медицинской техники, а именно к электрохирургическим устройствам для рассечения и коагуляции биологических тканей. Аппарат содержит два вторичных импульсных источника питания, включающих блок корректировки коэффициента мощности; блок преобразователя постоянного напряжения; импульсный высокочастотный преобразователь на основной рабочей частоте; импульсный преобразователь на пониженной частоте; блок датчиков; блок коммутации и блок управления.
Известно устройство для рассечения и коагуляции биологических тканей (RU, патент 2 329 002, А61В 18/12 опубл. 2008.07.20), содержащее выпрямитель, трансформатор источника питания, выпрямитель, ВЧ генератор, схему управления, ключ, датчик напряжения, датчик тока трансформатора источника питания, схему управления и индикации, схему коммутации, активный и пассивный электроды. Недостатком такого строения аппарата и, в частности датчиков тока и напряжения, является невозможность в полной мере контролировать процессы в биоткани при воздействии ВЧ током. Так, поскольку данный метод не позволяет отслеживать реактивную составляющую мощности в цепи пациента, система не имеет возможности точно отследить выделенную на биоткане энергию.
Кроме того, использование датчиков в трансформаторном исполнении существенно удорожает продукт и предъявляет высокие требования к качеству исполнения намоточных изделий для уменьшения паразитных параметров, таких как проходная емкость датчика, оказывающих значительное влияние на качество и безопасность изделия в целом.
Известен также электрохирургический аппарат (RU, патент 2 304 934, A61B 17/3211, А61В 18/12 опубл. 2007.08.27), включающий в себя манипулятор для коагуляции биотканей и один электрод для замыкания электрической цепи, соединенной с ними, схему выпрямителя, подающую напряжение в радиочастотную схему, радиочастотную схему. Недостатком приведенного принципа регулирования выходной мощности аппарата является отсутствие активной коррекции параметров в широком диапазоне работы аппарата и представляет собой систему, состоящую из датчиков тока и напряжения, подключенных к компараторам, что позволяет сравнивать уровень параметров выходных сигналов с опорными значениями и осуществлять регулировку только при превышении определенных значений. Кроме того, недостатком такого подхода является невозможность регулировки уровня выходной мощности при работе аппарата при установленном низком уровне мощности, а также отсутствии контроля параметров биологической ткани при операционном вмешательстве.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является снижение объемов некротизации прилегающих биотканей без ухудшения основных рабочих характеристик при проведении операционных вмешательств, путем контроля состояния биологической ткани на аппаратном уровне, с учетом отслеживания изменения параметров биоткани.
При воздействии высокочастотным током важным аспектом является контроль температуры биоткани, до которой происходит разогрев прилегающих к активному электроду биотканей. Процесс коагуляции имеет место при температуре биотканей в пределах от 55 до 100 °C, а при дальнейшем разогреве происходит деструктуризация биотканей вследствие испарения воды, а также их горение и карбонизация при разогреве свыше 300°C.
Неоднородность структуры биоткани, подвергающейся воздействию во время операционного вмешательства, вызывает необходимость корректировки нагрузочной характеристики выходного каскада электрохирургического аппарата. Так, суммарное значение импеданса цепи активный электрод – биоткань – пассивный электрод может варьироваться в диапазоне от десятков Ом, например, коагуляция сосудов зажимом термошов или LigaSure, до нескольких кОм при использовании режима типа «Спрей» для коагуляции мелких кровеносных сосудов на большой площади.
Предложенная полезная модель позволяет контролировать параметры биоткани и тем самым обеспечивать необходимый эффект при рассечении или коагуляции без излишнего термического поражения, карбонизации прилегающих тканей и рисков осложнения в послеоперационный период. Так, благодаря многоступенчатому контролю электрических сигналов, в том числе параметров выходного сигнала с использованием оптоволоконных линейных датчиков тока и напряжения, аппарат способен контролировать как полную мощность, на нагрузке электрохирургического аппарата (ЭХА) так и потребляемую преобразователем активную составляющую. Блок управления аппарата оптимизирует режим работы системы в соответствии с разработанными алгоритмами, путем контроля реактивной составляющей мощности и интерпретирования полученных данных в значение импеданса биоткани.
Блок схема аппарата представлена на фиг. 1, где 1,2 – вторичные источники питания, 3 – регулируемый преобразователь питания генератора, 4 – блок линейных оптоволоконных датчиков тока и напряжения питания, 5 – блок управления, 6 – сенсорный дисплей, 7,8 – силовые генераторы, 9 – блок реле и линейных оптоволоконных датчиков. Где АЭ – активный электрод, ПЭ – пассивный электрод, БИ1/БИ2 – выходы для биполярного инструмента, АП – выход для аргоно-плазменной коагуляции.
Работа аппарата происходит следующим образом. Блоки питания 1,2 обеспечивают необходимое промежуточное питание всех силовых и низковольтных цепей, регулируемый преобразователь питания 3 устанавливает на выходе напряжение, согласно командам блока управления 5. При активации режима пользователем происходит генерация управляющих сигналов, таких как тактовые, опорные сигналы, а также сигналы переключения реле и клапанов. При этом силовые генераторы 7,8 преобразуют постоянное напряжение питание в импульсный сигнал, который после аналоговой фильтрации приобретает синусоидальную форму с заданными характеристиками, а его параметры в непрерывном режиме отслеживаются блоками датчиков 4,9.
Способ контроля выходных параметров заключается в реализации блока линейных оптоволоконных датчиков тока и напряжения, в которых для линеаризации передаточной характеристики использованы два параллельных датчика, подключенных встречно для учета как положительного полупериода выходного синусоидального сигнала, так и отрицательного. Наличие двух датчиков позволяет пренебрегать нелинейностью передаточной характеристики на краях диапазона и обеспечить оптимальный диапазон измерений для всех режимов работы электрохирургического аппарата. В том числе позволяет контролировать работу в следующих режимах:
• режиме холостого хода;
• короткого замыкания активного и нейтрального электродов;
• всех предусмотренных режимов функционирования: резание, монополярная и биполярная коагуляция, режим легирования крупных сосудов и другие подрежимы.
Повторяемость характеристик предложенных датчиков, в том числе паразитных параметров, таких как проходная емкость датчика, превосходит аналогичные показатели трансформаторных датчиков.
Обработка сигналов датчиков производится при помощи АЦП с частотой дискретизации 35кГц, что позволяет минимизировать негативные воздействия, связанные с временем реакции системы и ее инертностью.
В предложенном устройстве также реализован датчик, отслеживающий низкочастотные токи утечки на пациента, обеспечивающий должный уровень безопасности даже в критических ситуациях, таких как пробой силового источника питания или выход из строя системы обратной связи аппарата. Кроме того, стоимость изготовления приведенных датчиков значительно ниже трансформаторных аналогов.