ЭЛЕКТРОХИРУРГИЧЕСКИЙ СКАЛЬПЕЛЬ Российский патент 2000 года по МПК A61B18/08 A61B17/32 

Изобретение относится к медицинской технике и касается конструкции электрохирургического скальпеля, используемого для стерилизации, разрезания и термокоагуляции биологической ткани.

Известен электрохирургический скальпель, содержащий рукоятку и лезвие, выполненное из ферромагнитного материала, сформированный вдоль режущей кромки лезвия нагревательный элемент, представляющий собой прилегающий к режущей кромке участок лезвия, и электродную систему для подключения нагревательного элемента к источнику электрического питания. Изготовление лезвия из ферромагнитного материала позволяет регулировать его температуру в точке Кюри ~ 450^oC (патенты США N 4091813, A 61 B 17/38, 1978, N 4185632, A 61 B 17/32, 1980).

Однако данный скальпель работает только при температуре точки Кюри, которая в значительных случаях выше, чем это необходимо для проведения электротермокоагуляции, что приводит к значительному объему некроза биологической ткани.

Известен также электрохирургический скальпель, включающий рукоятку с закрепленным на ней лезвием, вдоль режущей кромки которого сформирован нагревательный элемент, подключенный к системе электрического питания, представляющей собой регулятор мощности, подводимой к нагревательному элементу (патент США N 4089336, A 61 B 17/32, 1978). Для работы при высокой температуре основание электрохирургического скальпеля выполнено из металлического материала с высокими прочностью и теплопроводностью и заточено с образованием режущей кромки, нагревательный элемент снабжен внешней электрической изоляцией и расположен вдоль режущей кромки на боковой грани, отделен от нее внутренним электроизолирующим слоем и подключен к системе электрического питания, выполненной с возможностью регулирования мощности, подводимой к нагревательному элементу из расчета нагревания лезвии до 100-500^oC (патент США N 5308311, A 61 B 17/38, 1994).

Однако регулирование мощности, подводимой к нагревательному элементу, не обеспечивает точного, а тем более равномерного по длине режущей кромки регулирования температуры, поскольку подводимая мощность является косвенным параметром управления, к тому же не учитывающим распределение температуры в различных участках лезвия. Очевидно, что на участке непосредственного контакта лезвия с биологической тканью местная температура будет ниже, чем на его других участках.

Наиболее близким к заявляемому является электрохирургический скальпель, содержащий рукоятку с закрепленным в ней лезвием, основание которого выполнено из материала с высокими прочностью и теплопроводностью и заточено с образованием режущей кромки и на боковой стороне которого вдоль режущей кромки размещен многозонный нагревательный элемент, подключенный соответствующими зонами к выходам многоканального регулятора температуры, и многозонный микродатчик температуры, подключенный соответствующими зонами через многоканальный измеритель-преобразователь температуры к входам регулятора температуры (патент США N 4219025, A 61 B 17/38, 1980).

Совместное исполнение нагревательного элемента с микродатчиком температуры приводит к повышению инерционности измерения температуры, поскольку на температуру микродатчика в первую очередь оказывает влияние температура нагревательного элемента и лишь опосредствованно - температура биологической ткани в зоне оперативного вмешательства. Это снижает точность и равномерность регулирования температуры коагулируемой биологической ткани в динамике проведения операции, особенно при подключении нагревателя к источнику электрического тока высокой частоты.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение точности и равномерности регулирования температуры по всей длине лезвия.

Для решения указанной задачи в конструкцию электрохирургического скальпеля, содержащего рукоятку с закрепленным в ней лезвием, основание которого выполнено из материала с высокими прочностью и теплопроводностью и заточено с образованием режущей кромки и на боковой стороне которого вдоль режущей кромки размещен многозонный нагревательный элемент, подключенный соответствующими зонами к выходам многоканального регулятора температуры, и многозонный микродатчик температуры, подключенный соответствующими зонами через многоканальный измеритель-преобразователь температуры к входам регулятора температуры, внесены следующие изменения:
1) многозонные нагревательный элемент и микродатчик температуры расположены симметрично на разных боковых сторонах основания и снабжены внешней электрической изоляцией;
2) основание лезвия выполнено из сапфира.

Раздельное выполнение нагревательного элемента и микродатчика температуры обеспечивает помехозащищенность измерительного и терморегулирующего контуров, а также ослабление искажения измерений температуры биологической ткани за счет собственного разогрева нагревательного элемента. Замена металлического основания лезвия на сапфировое имеет целью: а) упрощение конструкции (изъят внутренний электроизолирующий слой, поскольку сапфир является изолятором и его твердость достаточна для затачивания режущей кромки); б) непосредственное формирование на боковых поверхностях лезвия микроэлектронных схем датчика и нагревательного элемента.

Поскольку лезвие из сапфира обладает не только температуростойкостью, высокой прочностью и электроизолирующими свойствами, но и оптической прозрачностью, целесообразно выполнение скальпеля с вмонтированным в рукоятку источником света с возможностью освещения закрепленного в рукоятке участка основания лезвия. В этом варианте лезвие дополнительно используется в качестве световода для освещения места хирургического вмешательства. При необходимости улучшения условий стерильности в рукоятке может быть установлен источник ультрафиолетового освещения.

На фиг. 1 приведена схема конструкции электрохирургического скальпеля с расположением лезвия на видах спереди (а), сверху по месту его закрепления (б) и сзади (в).

На фиг. 2 приведена схема расположения слоев микроэлектронных схем, сформированных на боковых поверхностях основания лезвия.

На фиг. 3 приведен график распределения температуры по длине лезвия при скорости резания 5 мм/с при средней мощности 18 Вт, подведенной к нагревательному элементу, построенный по результатам математического моделирования тепловых полей скальпеля на ЭВМ.

Электрохирургический скальпель содержит рукоятку 1 с закрепленным в ней лезвием, основание 2 которого выполнено из сапфира и заточено с образованием режущей кромки 3 и на боковой стороне которого вдоль режущей кромки 3 размещен многозонный нагревательный элемент 4 с внешней электрической изоляцией 5, подключенный соответствующими зонами к входам многоканального регулятора 6 температуры. На фиг. 1 и 2 нагревательный элемент 4 выполнен трехзонным и имеет один общий электрод 7 и три электрода 8,9 и 10 для подачи питающего напряжения к соответствующим зонам нагревательного элемента 4. Лезвие оснащено многозонным микродатчиком 11 температуры с одним общим выводом 12 и тремя выводами 13, 14 и 15 от различных зон микродатчика 11. Микродатчик 11 температуры с внешней электрической изоляцией 5 подключен соответствующими зонами ко входу многоканального регулятора 6 температуры через многоканальный измеритель-преобразователь 16 температуры. В варианте изготовления измерителя-преобразователя 16 из электронных микросхем он встроен в рукоятку 1. К выходам многоканального регулятора 6 температуры подключены электроды 8, 9 и 10 соответствующих зон нагревательного элемента 4. В приведенном на фиг. 1 примере зоны микродатчика 11 температуры и соответствующие им секции нагревательного элемента 4 расположены симметрично на разных боковых сторонах основания 2.

В рукоятке 1 установлен источник света 17 с возможностью освещения закрепленного в ней участка основания 2 лезвия.

Многоканальный регулятор 6 температуры дифференцированно изменяет подводимую к каждой зоне нагревательного элемента 4 мощность в зависимости от температуры, измеряемой в соответствующей зоне микродатчика 11, чем обеспечивается равномерное нагревание лезвия.

Использование предлагаемого электрохирургического скальпеля иллюстрируется следующим примером.

Пример. Испытание электрохирургического скальпеля фиг. 1, снабженного трехзонным нагревательным элементом 4 при соответствующем количестве зон микродатчика 11 температуры, проводят на печени двадцати крыс, ранее использованных для получения асцитной жидкости в производстве моноклональных антител. Разрезание ткани с коагулированием сосудов выполняют при заданной температуре лезвия в каждой зоне 85^oC. Многоканальный регулятор 6 температуры снабжен на выходе регулирующим органом постоянного тока. Алгоритм управления регулятора 6 - релейный с зоной гистерезиса 1^oC. Значения коммутируемых регулятором 6 мощностей каждой зоны нагревательного элемента 4:
- в позиции "максимум" - 12 Вт;
- в позиции "минимум" - 2 Вт.

Для контроля проводят сопоставительное электрохирургическое воздействие однозонным электрохирургическим скальпелем в адекватном режиме.

В испытуемом и контрольном образцах скальпелей микроэлектронные схемы датчиков температуры и нагревательных элементов сформированы с использованием карбида кремния, а внешняя электрическая изоляция 5 нанесена в виде пленки нитрида кремния. По результатам испытания установлено, что предлагаемый скальпель обеспечивает разрезание биологической ткани при точности регулирования температуры по всем зонам лезвия 85±3^oC против 84±8^oC в контроле, в связи с чем нежелательные последствия операции в виде выраженных некрозов наблюдаются в 14±3%, случаев, тогда как при однозонном исполнении количество выраженных некрозов составляет 26±5% (различия достоверны при p= 0,05). Кровопотери при адекватных объемах операций незначительны, тем не менее при использовании предлагаемой конструкции они снижены примерно в 1,5 раза (визуально).

Об осуществлении поставленной технической задачи повышения точности и равномерности регулирования температуры по всей длине лезвия можно судить из сопоставления результата теплового расчета, представленного на фиг. 3 в виде графика распределения температуры на участке А лезвия, погруженном в разрезаемую биологическую ткань, и участке Б лезвия, находящемся над тканью. Как видно из графика, максимально возможные, согласно расчету, отклонения температуры при подведении к нагревательному элементу мощности 18 Вт на участках А и Б составляют ±13^oC. Тем не менее в динамике, как видно из примера, при трехканальном регулировании температуры максимальное динамическое отклонение не превышает ±3^oC.

Таким образом, в предлагаемой конструкции электрохирургического скальпеля обеспечен равномерный нагрев по всем зонам лезвия.

Технический результат, производный от достигнутого, заключается в повышении качества производимой операции. Достигнуто также повышение удобства в работе за счет возможности подсветки оперируемого участка ткани через режущую кромку скальпеля лучами видимого или ультрафиолетового спектра. В последнем случае улучшается режим стерильности проведения операции.

Электрохирургический скальпель состоит из рукоятки с закрепленным в ней лезвием, основание которого выполнено из сапфира - материала с высокими прочностными и теплопроводными свойствами. Лезвие заточено с образованием режущей кромки. На разных боковых сторонах основания вдоль режущей кромки размещены многозонные нагревательный элемент и микродатчик температуры, снабженные внешней электрической изоляцией. Нагревательный элемент подключен соответствующими зонами к выходам многоканального регулятора температуры. Микродатчик температуры через многоканальный измеритель-преобразователь температуры подключен к входам регулятора температуры. Подключение по зонам микродатчика и нагревательного элемента позволяет точно и равномерно регулировать температуру по всей длине лезвия. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Электрохирургический скальпель, содержащий рукоятку с закрепленным в ней лезвием, основание которого выполнено из материала с высокими прочностью и теплопроводностью и заточено с образованием режущей кромки и на боковой стороне которого вдоль режущей кромки размещен многозонный нагревательный элемент, подключенный соответствующими зонами к выходам многоканального регулятора температуры, и многозонный микродатчик температуры, подключенный соответствующими зонами через многоканальный измеритель-преобразователь температуры к входам регулятора температуры, отличающийся тем, что многозонные нагревательный элемент и микродатчик температуры расположены симметрично на разных боковых сторонах основания и снабжены внешней электрической изоляцией, при этом основание лезвия выполнено из сапфира. 2. Электрохирургический скальпель по п.1, отличающийся тем, что в рукоятке установлен источник света с возможностью освещения в ней участка основания лезвия. 3. Электрохирургический скальпель по п.2, отличающийся тем, что для повышения условий стерильности проведения электрохирургического воздействия в его рукоятке установлен источник ультрафиолетового освещения.