ПЛАЗМОТРОН МЕДИЦИНСКИЙ
MEDICAL PLASMA TORCH

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для проведения хирургических и физиотерапевтических воздействий на биологическую ткань путем коагуляции, деструкции, испарения и прямого воздействия потоком низкотемпературной плазмы.
Известно устройство для резки биотканей и коагуляции сосудов по кромке разреза, описанное в заявке RU №2002120379, 20.02.2002.
Устройство включает катодный узел с каналами для подачи плазмообразующего газа в зону прохождения электрической дуги, вольфрамовый электрод, анодный узел, имеющий камеру горения дуги и канал формирования плазменной струи. Устройство содержит набор сменных плазмообразующих насадок с наружным диаметром 6-12 мм и длиной 50-250 мм, причем в плазмообразующей насадке каждому диапазону силы тока дуги соответствуют размеры диаметра и длины камеры горения дуги, а длина канала формирования струи равна длине камеры горения дуги. Диаметр канала формирования составляет 0,5-0,6 диаметра камеры горения дуги.
Однако данное устройство имеет сравнительно сложную конструкцию, что сужает область его использования и требует регулярного, квалифицированного, технического обслуживания, при этом надежность безотказной работы остается невысокой.
Известна аргонно-плазменная система "PlasmaJet" (www.plazmaJet. com)
Электрически нейтральная плазма в данной установке образуется при ионизации аргона, протекающего через электрическую дугу плазмотрона. Аппарат состоит из консоли, в которую входит электронный блок, позволяющий задавать различные режимы плазменной струи, блок питания, система охлаждения электродов, баллон с рабочим газом (аргоном); и подключаемых к нему съемных стерильных плазмотронов-манипуляторов одноразового использования, имеющих различную длину и диаметр выходного отверстия. Анод и катод располагаются в плазмотроне без дополнительного заземляющего электрода.
Недостатком данной системы является ограниченное время работы, позволяющее проводить только рассечение и коагуляцию биологических тканей.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является плазмотрон прямой, содержащий анодный и катодный узлы, при этом анодный узел выполнен со снабженными перегородками каналами охлаждения, плазмообразующим каналом и каналом формирования плазменной струи, а катодный узел выполнен с кольцевым каналом для подачи плазмообразующего газа и установленным в последнем вольфрамовым электродом, зафиксированным относительно плазмообразующего канала и канала формирования плазменной струи анодного узла, соосно последним, отделенного от катодного узла выполненным в виде трубки изолятором, образующим с вольфрамовым электродом кольцевой канал для подачи плазмообразующего газа (патент RU №2234881, МПК А61В 18/04, 27.08.2004).
Известный плазмотрон имеет небольшие габариты и позволяет повысить его надежность за счет снижения вероятности появления течи охлаждающей жидкости через герметизирующую прокладку, но не устраняет эти ситуации полностью, поэтому требуется регулярное квалифицированное обслуживание.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, - создание надежной, ремонтопригодной, удобной в использовании конструкции плазмотрона.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении надежности, удобства использования и ремонтопригодности плазмотрона за счет исключения жидкостной системы охлаждения и упрощения конструкции плазмотрона.
Указанный результат достигается тем, что в плазмотроне медицинском, содержащем источник питания электрической дуги, соединенный с анодным и катодным узлами, при этом анодный узел выполнен с элементами теплоотвода, плазмообразующим каналом, а катодный узел выполнен с вольфрамовым электродом, зафиксированным относительно плазмообразующего канала соосно с помощью керамической втулки, в корпусе анодного узла выполнены газоподводящие каналы, переходящие в газорасширительные каналы, прилегающие к рабочей шайбе анодного узла, которые через тангенциальные отверстия сообщены с плазмообразующим каналом, при этом на корпусе анодного узла закреплен радиатор с оребрением, покрытым трубчатым кожухом, в котором выполнены отверстия со стороны рабочей шайбы, а другой конец трубчатого кожуха соединен с воздушным отсасывающим насосом.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами: на фиг. 1 представлен продольный разрез плазмотрона по сечению газоподводящих каналов; на фиг. 2 - продольный разрез плазмотрона по сечению газорасширительных каналов; на фиг. 3 изображен поперечный разрез плазмотрона по сечению «А-А».
Плазмотрон содержит источник питания электрической дуги, соединенный с анодным и катодным узлами. Анодный узел состоит из корпуса 1, элементов теплоотвода в виде радиатора 2 с оребрением 3, рабочей шайбы 4. В корпусе анодного узла выполнены газоподводящие каналы 5, переходящие в газорасширительные каналы 6, также являющиеся элементами теплоотвода. Катодный узел состоит из вольфрамового электрода 7 и высокотемпературного изолятора, выполненного в виде керамической втулки 8. Плазмообразующий канал 9 расположен по центру анодного узла. Газоподводящие каналы 5 переходят в газорасширительные каналы 6. В рабочей шайбе 4 выполнен плазмовыводящий канал 10. В газорасширительных каналах 6 выполнены тангенциальные отверстия 11 для прохода газа в плазмообразующий канал 10. Радиатор 2 поверх оребрения 3 закрыт трубчатым кожухом 12, в котором со стороны рабочей шайбы выполнены отверстия 13 для сообщения с атмосферой, а другой конец 14 кожуха 12 соединен с воздушным отсасывающим насосом (на фиг. не показан). Вольфрамовый электрод 7 зафиксирован относительно плазмообразующего канала 9 соосно с помощью керамической втулки 8.
Плазмотрон работает следующим образом. После включения воздушного отсасывающего насоса, создающего поток охлаждающего воздуха вдоль ребер 3 радиатора 2 и подачи плазмообразующего газа (аргон или гелий) в газоподводящие каналы 5, осциллятором пробивают и ионизируют газовый промежуток между вольфрамовым электродом 7 и поверхностью рабочей шайбы 4 анодного узла. Одновременно с этим на вольфрамовый электрод 7 и рабочую шайбу 4 анодного узла подают напряжение от источника питания электрической дуги (на фиг. не показан). После этого плазмотрон выводится автоматически на рабочий режим с силой тока 8-10 А и расходом плазмообразующего газа 1.5-2.0 литра/мин при давлении в газовой сети 5 атм. Резкое понижение давления в газорасширительных каналах с 6 до 0,2 атм обеспечивает снижение температуры подводимого газа в соответствии с законами термодинамики приблизительно в 4 раза в градусах Кельвина от исходной (комнатной) 300 до 75 градусов Кельвина или -200 градусов Цельсия, это предохраняет от расплавления рабочую шайбу 4 анодного узла.
Затем устанавливают режим с необходимыми для определенного вида операции режущими и коагулирующими свойствами плазменной струи. При необходимости изменяют силу тока дуги и расход плазмообразующего газа. При этом при увеличении силы тока и расхода газа увеличиваются режущие и коагулирующие свойства плазменной струи и, наоборот, при уменьшении силы тока и расхода плазмообразующего газа уменьшаются длина струи, ее температура, а следовательно, и режущие, и коагулирующие свойства. Наиболее теплонапряженным местом конструкции плазмотрона является внутренняя поверхность рабочей шайбы 4 анодного узла и, если баланс между тепловыделением и теплоотведением нарушается, происходит ее повреждение в виде подплавления, подгорания, изменения геометрии и, в конечном итоге, к выходу плазмотрона из строя и приостановке медицинской процедуры. Однако предлагаемое устройство позволяет осуществить ее быструю замену без привлечения квалифицированной технической помощи, а стоимость ее изготовления минимальна, что позволяет отнести рабочую шайбу анодного узла к расходным материалам.
Плазмообразующий газ проходит по двум газоподводящим параллельным идентичным каналам 5 через тело корпуса 1 анодного узла и поступает в газорасширительные каналы 6, а далее через симметрично расположенные тангенциальные отверстия 11 выходит в плазмообразующий канал 9, образуя вращающийся вихрь, способствующий стабилизации дуги. Образующаяся плазма выходит через плазмовыводящий канал 10 из корпуса плазмотрона в направлении обрабатываемой биоткани. Газорасширительные каналы 6 тесно связаны по тепловому потоку с критической по перегреву частью анодного узла, а именно с поверхностью рабочей шайбы 4 анодного узла, а также с внутренней поверхностью радиатора 2. Плотный механический контакт рабочей шайбы 4 анодного узла с радиатором 2 через резьбовое соединение обеспечивает дополнительный теплоотвод из ее объема. Через отверстия 13 в трубчатом кожухе 12 происходит засасывание воздуха из атмосферы для охлаждения ребер 3 с последующим отводом через отверстия 14 в сторону отсасывающего насоса.
Изготовление предлагаемого плазмотрона не предполагает использования дефицитных импортных материалов или прецизионного оборудования, а также высококвалифицированного персонала. Плазмотрон может быть изготовлен из нержавеющей стали, рабочая шайба - из керамики, насос, источники питания являются покупными изделиями.
Таким образом, предлагаемый плазмотрон обеспечивает повышение надежности, удобство использования и ремонтопригодности за счет исключения жидкостной системы охлаждения и упрощения конструкции.