УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ СНИЖЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ИЛИ УДАЛЕНИЯ ЧАСТИЦ
ADVANCED DEVICE AND METHOD FOR REDUCING NUMBER OF PARTICLES OR ELIMINATING THEM

Настоящее изобретение относится к уменьшению содержания или удалению частиц в ходе хирургических процедур или по их завершении, в частности, но не исключительно, к уменьшению содержания или удалению дыма (т.е. мелких твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в газе) во время или после таких процедур как лапароскопические и другие интракорпоральные процедуры или открытое хирургическое вмешательство.
В контексте настоящего описания подразумевается, что термины "частицы", "дым", "частицы дыма" и связанные с ними термины охватывают любые частицы, молекулы или субстанции, находящиеся в газообразной среде во взвешенном состоянии, включая капельные взвеси, образующиеся вследствие воздействия тепла или холода.
Частицы, такие как частицы дыма, часто образуются в ходе хирургических операций. Тепло образуется, например, при пропускании электрического тока через ткани с целью их разрезания, при использовании фрикционного разрезания, когда применяется интенсивное световое излучение, например, генерированное лазером, либо при применении других методик, связанных с использованием больших количеств энергии.
Образовавшиеся таким путем частицы дыма ухудшают обзор хирургу во время операции и могут быть опасны. Существующие способы удаления дыма при традиционных хирургических операциях сосредоточены на отводе дыма посредством вакуумирования и последующего его удаления из операционной с помощью приточной вентиляции и/или фильтрации частиц дыма. При проведении лапароскопических процедур в тело пациента вводится газ через впускные отверстия для раздувания области тела пациента, подвергаемой вмешательству. Дым, образовавшийся в раздутой области, например при разрезании посредством диатермического ножа/электрокаутера, отсасывается и может быть затем отфильтрован. Частицы газа должны отфильтровываться, но на практике этого часто не происходит. Фильтры, используемые в таких системах вакуумного удаления дыма, являются дорогостоящими. При многих процедурах дым зачастую снова проникает в операционную.
Даже в случае применения криохирургии возможно образование пара, капель или частиц вещества, находящихся в газообразной среде в замороженном взвешенном состоянии в виде тумана. В контексте настоящего описания подразумевается, что этот туман также охватывается термином "частицы". Туман также может ухудшать обзор хирургу.
В настоящем изобретении предлагается другой подход к решению задачи снижения количества или удаления взвешенных частиц, а различные варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают устранение указанных выше проблем.
Первый аспект изобретения относится к устройству для снижения количества и удаления частиц, находящихся в локальной газообразной среде во взвешенном состоянии и образующихся в результате проведения хирургической процедуры, содержащему два электрода, каждый из которых находится в электрической связи или может быть электрически соединен с противоположными полюсами источника постоянного тока высокого напряжения, причем первый электрод может подсоединяться к телу пациента, подвергаемого процедуре, а второй электрод содержит электропроводящий стержень, проходящий через вытянутую изолирующую оболочку и имеющий обнаженный дистальный конец, и этот стержень, и соответственно второй электрод приспособлены для введения с возможностью извлечения по месту или в области хирургической процедуры так, что при использовании эти два электрода, находясь в связи с противоположными полюсами упомянутого источника постоянного тока высокого напряжения, ионизируют упомянутые взвешенные частицы, притягивая их к пациенту.
В одном варианте осуществления первый электрод содержит по меньшей мере одну электропроводящую пластину для непосредственного или опосредованного контакта с кожей пациента.
В одном варианте осуществления второй электрод содержит по меньшей мере один электропроводящий элемент с возможностью установки на хирургическом инструменте или приспособлении.
В одном варианте осуществления второй электрод образует часть хирургического инструмента, при использовании которого возможно образование упомянутых частиц.
В предпочтительном варианте электроизолирующая оболочка предотвращает электрический контакт между вторым электродом и пациентом.
В предпочтительном варианте эта оболочка содержит полость с отверстием. В полости создается давление, вызывающее выход потока газа из отверстия. Это помогает в значительной степени очистить второй электрод от посторонних веществ/материалов.
В качестве альтернативы или дополнения оболочка второго электрода может содержать очиститель, способствующий удалению посторонних веществ с этого электрода.
В одном варианте осуществления значение высокого напряжения электрического тока находится в диапазоне приблизительно 1-30 кВ, в предпочтительном варианте - 4-7 кВ.
В одном варианте осуществления источник напряжения включает регулятор тока. Предусматривается, что этот регулятор тока будет ограничивать величину тока, протекающего через источник высокого напряжения.
Второй аспект изобретения относится к способу снижения количества или удаления частиц, находящихся в локальной газообразной среде во взвешенном состоянии в ходе хирургических процедур и/или по их завершении. Этот способ включает следующие стадии, реализуемые в любом подходящем порядке:
а) подготовка источника постоянного тока высокого напряжения;
б) электрическое соединение тела пациента, подвергаемого процедуре, с одним из полюсов упомянутого источника, используя первый электрод;
в) электрическое соединение второго электрода, содержащего электропроводящий стержень, проходящий через вытянутую изолирующую оболочку и имеющий обнаженный дистальный конец, с другим полюсом упомянутого источника;
г) ввод упомянутого второго электрода в газообразную среду для обеспечения ионизации упомянутых взвешенных частиц и притягивания этих частиц к пациенту.
Изобретение включает любую комбинацию отличительных признаков, представленную или проиллюстрированную в настоящем описании.
Настоящее изобретение может быть осуществлено в многочисленных вариантах. Ниже описан лишь один пример осуществления со ссылками на чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - первый вариант осуществления устройства для снижения количества или удаления частиц дыма в брюшной полости пациента,
на фиг.2 - второй вариант осуществления устройства для снижения количества или удаления частиц дыма в брюшной полости пациента,
на фиг.3 - конструкция электрода для использования во втором варианте осуществления,
на фиг.4, 5, 6, 7, 8 - различные варианты осуществления электрода,
на фиг.9, 10 - другие примеры применения настоящего изобретения.
На фиг.1 показан пациент P, которому делают лапароскопическую операцию. Инструмент 10 вводится в раздутую брюшную полость A через порт 90 для лапароскопического доступа и используется для удаления ткани T в брюшной полости A пациента P. К инструменту 10 подводится электрическая энергия через линию электропитания 92. При работе инструмента 10 образуются частицы дыма S. Следует отметить, что термин "частицы дыма" в контексте настоящего описания включает частицы, пар и другие субстанции, находящиеся в смеси или во взвеси, присутствующей в газообразной среде внутри брюшной полости A. Упомянутые выше характерные особенности являются стандартными.
Устройство 100 предназначено для снижения количества или удаления дыма S, образовавшегося в брюшной полости A. Это устройство включает источник 110 постоянного электрического тока высокого напряжения, изолированные проводники 120 и 130, первый электрод 140 в форме электропроводящей пластины 144 и второй электрод 150. Ниже приводится пример конструктивного исполнения второго электрода, хотя в своей простейшей форме второй электрод представляет собой электропроводящий стержень 154, частично изолированный для предотвращения его случайного контакта с пациентом P.
В процессе работы электропроводящая пластина 144 первого электрода крепится к ноге или другой части тела пациента P с использованием электропроводящего геля 148 и электрически соединяется с положительным полюсом источника тока высокого напряжения посредством изолированного проводника 120. При этом тело пациента становится положительно заряженным.
Второй электрод 150 соединяется с отрицательным полюсом источника 110 тока высокого напряжения посредством изолированного проводника 130. Второй электрод может быть введен в брюшную полость A через специальное вставное приспособление 96, показанное в целом на фиг.1, или через обычный пластиковый порт 90 для лапароскопического доступа.
Второй электрод является отрицательно заряженным и посылает, в соответствии с общепринятой теорией, поток электронов в направлении стенки W брюшной полости в теле пациента. Кроме того, согласно общепринятой теории, электроны вступают в связь с некоторыми атомами частиц дыма, в результате чего образуются отрицательно заряженные ионы, которые притягиваются к положительно заряженным стенкам брюшной полости. Таким образом, частицы дыма S притягиваются к положительно заряженным стенкам W брюшной полости A, прилипая к ним, и могут быть затем смыты по окончании хирургической операции.
На фиг.2 показано устройство 101, схожее с описанным выше устройством 100. Одинаковые конструктивные элементы этих устройств обозначены одинаковыми ссылочными номерами, и в основе работы обоих устройств лежит один и тот же принцип ионизации. Тем не менее, во втором варианте осуществления второй электрод 150 объединен с хирургическим режущим инструментом 15.
Инструмент 15 представляет собой модифицированное электрохирургическое устройство, также известное как диатермическое устройство, в котором используется источник 115 электрического тока высокой частоты (10-100 МГц), проходящего сквозь тело пациента и служащего для вырабатывания тепла на кончике инструмента с целью осуществления резания и каутеризации области резания. Переменный ток проходит по проводникам 122 и 132 соответственно к пластине 144 и инструменту 15. Когда хирург включает устройство и касается пациента, осуществляется резание ткани Т вследствие замыкания токовой цепи и вырабатывания тепла, обусловленного локальным импедансом ткани. Следует отметить, что в этом случае проводники 122 и 120 составляют части одного и того же токового пути 124 и что проводник 120 соединяется с проводником 122 соединительным элементом 126.
На второй электрод 150, смонтированный на инструменте 15, подается высокое напряжение постоянного тока через изолированный проводник 130.
На фиг.3 показано укрупненное изображение в разрезе электрохирургического инструмента 15. Инструмент включает рукоятку 16, корпус 18, режущую головку 20 и проводник 132, проходящий вдоль центральной оси корпуса 18. В процессе работы хирург вставляет инструмент в лапароскопический порт 90. При подаче тока и контакте режущей головки 20 с тканью T можно выполнить разрез ткани. В результате этой процедуры образуется дым S, который можно удалить или выделить (снизить их количество) из газообразной среды, как это описано выше. Электрод 150 пригнан к корпусу 18 инструмента 15. Электрод 150 включает электропроводящий стержень 22 с заостренным кончиком 24 и оболочку 26, предотвращающую непосредственный контакт между кончиком 24 и пациентом P. Кроме этого, электрод включает обойму 28 с полостью 30, в которой может создаваться давление посредством подачи газа через линию 32. Газ может выходить под давлением через отверстие 34 обоймы 28. Этот поток газа помогает предотвратить проникновение посторонних веществ через отверстие 34. Кроме того, с помощью толкателя 38 изнутри обоймы 28 в направлении отверстия 34 может выдвигаться очиститель 36, вытесняющий любые посторонние вещества, проникнувшие через отверстие 34.
Для удаления дыма из брюшной полости A осуществляют подачу высокого напряжения постоянного тока, в результате чего образуется поток электронов E. Как упоминалось выше, действие электронов проявляется в ионизации всех частиц/веществ, присутствующих в окружающей газообразной среде, что приводит к притягиванию этих ионизированных частиц и т.д. к положительно заряженному телу пациента. Ионизацию можно проводить в ходе электрохирургической процедуры или после нее.
На фиг.4-8 показаны различные модификации концевого участка второго электрода 150. На фиг.4 электрод 150 имеет форму полой трубки с острым кончиком 24 и электроизолирующей оболочкой 26. Сквозь просвет полого электрода 150 простирается непроводящий стержень 22, выходящий за пределы кончика 24. Скругленный кончик 25 стержня 22 служит для сведения к минимуму риска случайного ранения пациента острым кончиком 24. При использовании устройства в коже пациента Р выполняют небольшой разрез, который служит для чрескожного ввода электроизолирующей оболочки 26. После этого через просвет изолирующей оболочки 26 можно ввести электрод 150.
На фиг.5 показан концевой участок другого электрода 150 с заостренным кончиком 24, покрытый электроизолирующей оболочкой 26. В этом случае данная оболочка имеет несколько впускных отверстий 21 и выпускных отверстий 23, предусмотренных соответственно для впуска и выпуска потока заряженных молекул воздуха. Отверстия 21 и 23 показаны только в иллюстративных целях и могут иметь различные размеры и форму, обеспечивающие максимальную эффективность и безопасность устройства при использовании.
На фиг.6 показан еще один электрод 150, включающий электропроводящий стержень 22 с кончиком 24 и оболочкой 26. Оболочка оканчивается пружиноподобным элементом 27, охватывающим кончик 24 и предотвращающим случайное ранение пациента эти кончиком при использовании. В одном варианте осуществления пружина 27 не является электропроводящей, действует исключительно в качестве защитной оболочки с упомянутой выше функцией и может сжиматься при вводе устройства, обнажая кончик 24. В другом варианте осуществления пружина 27 может быть электропроводящей, что улучшает характеристики электрода в отношении образования электронов, но может не быть сжимаемой для обнажения кончика 24. В последнем варианте осуществления эта пружина представляет собой спиральный элемент, испускающий электроны для образования ионов.
На фиг.7 показан еще один электрод 150, включающий оболочку 26 и кончик 24, а также некоторое количество волосоподобных электропроводящих элементов, таких как волокна из нержавеющей стали, образующих поверхность, обеспечивающую более эффективное испускание электронов и, следовательно, генерирование ионов. Волокна 29 являются упругими, что позволяет ввести кончик 24 в тело пациента через просвет оболочки 26. Оболочка 26 может быть достаточно широкой, чтобы вместить в себя электрод с расправленными волокнами, либо, в альтернативном варианте, эти волокна могут прижиматься при введении и опять расправляться при выходе из оболочки 26.
На фиг.8 показан еще один вариант осуществления электрода, включающего положительно заряженное ускорительное кольцо 31. Ускорительное кольцо 31 улучшает эксплуатационные характеристики электрода 150, формируя поток ионов в требуемом направлении (в данном случае - в направлении второго электрода 140).
На фиг.9 показана одна из конструктивных схем, используемых для экстракорпорального снижения количества или удаления частиц, например частиц дыма, находящихся в зоне, примыкающей к области хирургического вмешательства Y. Для достижения лучших результатов в этом случае электрод 140 расположен в целом напротив оси A электрода 150. При такой ориентации поток электронов E, генерирующий ионы, направляется вдоль области хирургического вмешательства Y, сталкиваясь с частицами дыма S, образовавшимися при использовании хирургических инструментов 10 в области Y. В этом варианте осуществления частицы будут притягиваться к поверхности электрода 140. Электрод 140 может быть выполнен, например, в форме тонкой сетки из никеля, промываемой после использования, коврика из электропроводящего материала, например произвольно ориентированных пластиковых волокон, покрытых электропроводящей угольной суспензией, или металлической пластины. Ясно, что во всех случаях тело пациента не является частью токового контура, благодаря чему частицы дыма притягиваются непосредственно к электроду. После работы электрод 140 можно промыть и стерилизовать для повторного использования либо утилизировать как расходный материал.
На фиг.10 показано альтернативное исполнение электрода 140 в форме гибкого цилиндра, включенного в линию питания 130. Этот цилиндр можно ввести в тело пациента, например через лапароскопический порт 90. Данный вариант конструкции предусматривает, что частицы дыма будут притягиваться непосредственно к электроду 140, показанному на фиг.10, после извлечения электрода его можно будет утилизировать или промыть, а частицы дыма, притянутые к электроду, будут таким путем удалены из тела пациента по окончании хирургической операции.
Специалистам в данной области будет ясно, что в пределах объема изобретения, представленного в настоящем описании, возможны многочисленные изменения, варианты и усовершенствования. Например, первые два варианта осуществления являются интракорпоральными, однако аналогичный способ можно использовать и во время экстракорпоральной процедуры, показанной на фиг.9. В вариантах осуществления, показанных на фиг.1 и 2, тело пациента является положительно заряженным, вследствие чего к нему притягиваются ионизированные частицы и т.д. При смене полярности в этих вариантах осуществления частицы и т.д. будут притягиваться к электроду 150, и их можно удалить с электрода с помощью, например, очистителя 36 или аналогичного приспособления.
Хотя величина используемого напряжения постоянного тока может достигать 30 кВ, будет достаточно и менее высокого напряжения. Например, предусматривается использование напряжения около 5-6 кВ с регулятором тока в форме последовательно включенного резистора. Предпочтительным является использование стабилизированного и в достаточной степени неизменного напряжения, но можно использовать и напряжение с флуктуациями, в частности в тех случаях, когда данное устройство применяется в сочетании с электрохирургическим инструментом, при условии отсутствия изменений направления тока. В контексте настоящего описания подразумевается, что термин "постоянный ток" охватывает осциллирующее, или "зашумленное", напряжение, которое обрабатывается с подавлением флуктуации с целью получения тока, протекающего в цепи только в одном направлении. В описанных выше вариантах осуществления ионизирующее излучение генерируется с помощью разницы электрических потенциалов, хотя могут быть использованы и другие формы излучения, такие как излучение радиоактивных веществ. Притяжение ионизированных частиц к телу пациента можно получить путем заземления последнего.
Настоящее изобретение может быть реализовано в монополярном электрохирургическом инструменте посредством оборудования последнего устройством для удаления частиц как показано на фиг.2, в биполярном электрохирургическом инструменте, где не используется возвратный (первый) электрод пациента, то есть не требуется прохождение тока через тело пациента, либо в любом другом устройстве, генерирующем частицы, как показано на фиг.1. Кроме того, описанное выше устройство может быть использовано для снижения количества или удаления полученных частиц с устройствами, не использующими электрическую энергию для резания и т.п., например с лазерными или ультразвуковыми устройствами (ультразвуковой скальпель Harmonic), при работе которых одновременно производятся разрез и коагуляция ткани. Можно также использовать криохирургические устройства. Далее, один из электродов можно встроить в порт 90 для лапароскопического доступа, показанный на фиг.1, или в аналогичный порт.
Для получения высокого напряжения предусматривается использование сетевого питания, которое, однако, может быть заменено или дополнено питанием от подзаряжаемой аккумуляторной батареи. Подача питания от сети/батареи (проводник 130) может быть непрерывной или прерываемой посредством выключателя, которым хирург или его ассистент управляет, например, с помощью большого пальца руки или ножной педали.
Для повышения безопасности предусмотрено средство управления, контролирующее прохождение тока в цепи высокого напряжения и способное очень быстро разомкнуть эту цепь в случае резкого возрастания тока за короткий промежуток времени, то есть при обнаружении короткого замыкания, например при контакте второго электрода с телом пациента. Таким путем предотвращается или ослабляется поражение пациента электрическим током. Кроме того, можно контролировать рост импеданса с целью обнаружения блокировки эмиссии электронов.
Было установлено, что наиболее эффективная работа устройства по уменьшению содержания или удалению частиц имеет место, когда ось электропроводящей части второго электрода 150, например электропроводящего элемента 22, ориентирована в направлении первого электрода 140. При проведении лапароскопических операций в брюшной полости такая конфигурация может быть получена путем размещения первого электрода вблизи области хирургического вмешательства. Было также установлено, что эксплуатационные характеристики устройства улучшаются при обнажении кончика второго электрода по меньшей мере на 5 мм и контакте его с газообразной средой в области хирургического вмешательства. В случае необходимости электроды могут быть утилизированы.