ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИРУРГИЧЕСКОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 2024 года по МПК A61B18/14 

Изобретение относится к электроду для электрохирургического инструмента, предназначенного для плазменного воздействия на биологическую ткань, в частности для ее коагуляции.

Инструменты для коагуляции ткани известны из различных публикаций, равно как из практики. На эту тему можно порекомендовать публикации DE 102011116678 А1, а также DE 69928370 Т2. Обе публикации раскрывают инструменты с электродами, которые выполнены, например, кольцеобразными, и могут состоять из подходящего материала, такого как, кроме прочего, вольфрам, который отличается своей теплостойкостью.

Кроме того, из DE 10030111 А1 известен инструмент для плазменной коагуляции с выполненным в виде шланга корпусом инструмента, в просвете которого размещен шестиугольный, состоящий из металла электрод. Он соединен с электрической подводящей линией для обеспечения возможности снабжения размещенного на дистальном конце шланга электрода высокочастотным напряжением. От выполненного на дистальном конце пластинчатого электрода кончика исходит электрический разряд, вследствие чего, может быть образована плазменная струя, прежде всего плазменная струя, в среде благородного газа. В то же время, омывающая электрод газовая струя служит отведению тепла от электрода, вследствие которого должен быть предотвращен его чрезмерный нагрев. Кроме того, посредством теплоотвода должна быть достигнута минимизация характеристики выгорания на участке разряда электрода, и вследствие этого, увеличен срок службы инструмента.

Однако эффективное охлаждение пластины электрода посредством газовой струи требует большого расхода газа, что не всегда является желательным.

Кроме того, из WO 2005/046495 А1 известно применение поджигающего электрода из вольфрамовой проволоки, конец которого размещен на дистальном конце корпуса инструмента, выполненного в остальном в форме трубы или шланга. Размещенная в просвете этого корпуса вольфрамовая проволока удерживается на некотором расстоянии от ее дистального конца до пластины, на которой она закреплена и которая служит для ее охлаждения. Тем не менее, теплоотвод от вольфрамовой проволоки ограничен посредством переходного пункта между пластиной и вольфрамовой проволокой.

В результате выгорания электрода, частицы, прежде всего металлические частицы, могут попадать в искровой разряд и/или в плазменную струю и, таким образом, в конце концов, в живую ткань, что является весьма нежелательным. Поэтому целью изобретения является предоставление решения, которое обеспечивает возможность уменьшения в процессе употребления удаления материала с применяемого электрода электрохирургического инструмента.

Эта цель достигнута в электроде, охарактеризованном в пункте 1 формулы изобретения.

Предлагаемый в изобретении электрод для электрохирургического инструмента, предназначенного для плазменного воздействия на биологическую ткань, содержит основную часть, имеющую по меньшей мере одну плоскую сторону и дистально ориентированный кончик, от которого поперечное сечение электрода увеличивается в проксимальном направлении. Основная часть электрода снабжена теплоотводным приспособлением, выполненным в виде слоя, занимающего всю плоскую сторону основной части, причем теплопроводность комбинации материалов основной части и теплоотводного приспособления электрода составляет более 20 Вт/(м*K), что обеспечивает возможность достижения весьма существенного уменьшения выгорания электрода.

Поперечное сечение электрода может увеличиваться от дистального кончика ступенчатым или также непрерывным образом вплоть до касания электродом стенки просвета, в котором он размещен. Если увеличение поперечного сечения кончика к проксимальной части электрода происходит ступенчатым образом, для этого могут быть предусмотрены одна или несколько ступеней. Кончик электрода (и примыкающая к кончику область боковых сторон электрода) является тем местом, от которого обычно исходит искровой разряд или плазменная струя. Таким образом, кончик и непосредственно примыкающая к нему часть электрода образуют ту область, в которой расположено основание электрического разряда. На этом основании происходит концентрация тока, которая одновременно образует источник тепла. Посредством обоих мероприятий, а именно посредством приращения поперечного сечения электрода в проксимальном направлении, а также посредством использования для электрода материала или комбинации материалов, теплопроводность которых превышает 20 Вт/(м*К), образующееся на основании электрода тепло может быть рассеяно гораздо эффективнее, чем происходит в случае применяемых до сих пор электродов из нержавеющей стали той же конструктивной формы. Электрод согласно изобретению тем самым отличается, прежде всего, тем, что теплопроводность его кончика, при измерении в проксимальном направлении и/или при измерении поперечно проксимальному направлению, превышает теплопроводность нержавеющей стали. Предпочтительно, теплопроводность λ электрода превышает 27 Вт/(м*К), более предпочтительно, превышает 50 Вт/(м*К), превышает 100 Вт/(м*К), превышает 200 Вт/(м*К), превышает 300 Вт/(м*К), а прежде всего превышает 400 Вт/(м*К).

Комбинация геометрии электрода, при которой поперечное сечение электрода возрастает в проксимальном направлении от кончика, с выполнением электрода из материала с высокой теплопроводностью или комбинации материалов с высокой теплопроводностью, делает возможным использование кончика с особо малым радиусом скругления, который может составлять менее, прежде всего, 1/10 от максимального значения поперечного размера электрода. Тем самым обеспечена возможность достижения на кончике электрода высокой напряженности поля, которая способна обеспечивать образование искрового разряда и плазмы также при слабых высокочастотных напряжениях и токах. В этом случае электрод обладает особо высокой поджигающей способностью.

Предпочтительно, электрод выполнен в форме пластины, причем увеличения поперечного сечения электрода достигают посредством поперечного размера электрода, возрастающего вдоль осевого направления в проксимальном направлении от кончика. Этот поперечный размер может возрастать непрерывным образом, посредством чего достигают особо хорошего теплоотвода. Непрерывность поперечного сечения и прирост поперечного размера могут быть достигнуты посредством того, что к кончику электрода примыкают бесступенчато выполненные кромки.

Электрод может быть выполнен в виде пластины, которая имеет две плоские стороны, которые соединены друг с другом посредством узких сторон. Между узкими сторонами и плоскими сторонами могут быть выполнены ребра. Такой электрод может быть предоставлен, например, в качестве выкройки металлического листа.

В качестве материала электрода подходят, прежде всего, металлы с высокой теплопроводностью, такие как серебро, медь, вольфрам, твердый сплав (например, металлокерамический карбид вольфрама) или тому подобное. Высокая теплопроводность предотвращает аккумуляцию тепла на кончике электрода, а также облегчает растекание тепла по всему телу электрода и, таким образом, также облегчает тепловыделение в газовую струю. Тем самым, для охлаждения электрода достаточной является относительно незначительная газовая струя.

Предлагаемый в изобретении электрод состоит из комбинации материалов, которая образована посредством того, что электрод состоит из основной части, которая имеет по меньшей мере одну поверхность, на которой размещено теплоотводное приспособление. Теплоотводное приспособление простирается в дистальном направлении, предпочтительно, до кончика электрода, по меньшей мере, до области, которую при эксплуатации занимает основание разряда. Таким образом, образующееся там тепло может быть непосредственно передано на теплоотводное приспособление без необходимости в передаче тепла от электрода на теплоотводное приспособление. Иными словами, теплоотводное приспособление состоит в непосредственном контакте с источником тепла, в данном случае, в виде основания разряда. В проксимальном направлении теплоотводное приспособление, предпочтительно, простирается, по меньшей мере, вплоть до той области электрода, в которой он имеет максимальный поперечный размер.

Для этого, в простейшем случае, электрод состоит из основного материала, на котором в качестве теплоотводного приспособления размещена теплопроводная оболочка, например в форме теплопроводного покрытия. Этот слой, предпочтительно, простирается до кончика электрода, а также по большей части плоских сторон или по всей площади плоских сторон электрода. Покрытие может простираться также по узким сторонам электрода. Если электрод выполнен, например, из нержавеющей стали или из другого менее теплопроводного материала, теплоотводное приспособление может быть выполнено из материала с особо высокой теплопроводностью, такого как, например серебро, алмазоподобный углерод (DLC) или тому подобного.

Предпочтительно, однако, теплоотводное приспособление выполнено из металлического материала, который также является электропроводным таким образом, что теплоотводное приспособление, например в форме теплоотводящего слоя, входит в состав электролинии и обеспечивает возможность непосредственного контакта с основанием разряда. Предпочтительно, теплоотводное приспособление, которое выполнено, например, в виде теплопроводного покрытия, также обладает особо высокой электропроводностью. Прежде всего, является выгодным, когда электрическая проводимость покрытия превышает электрическую проводимость основного материала.

Таким образом, в особо предпочтительном варианте осуществления теплоотводное приспособление имеет электрическую проводимость и, прежде всего, также тепловую проводимость, которые соответственно превышают электрическую и тепловую проводимость основной части.

При этом при подаче на электрод высокочастотного переменного напряжения прохождение тока может концентрироваться на покрытии с высокой электрической проводимостью, причем омические потери в линии оказываются незначительными вследствие высокой поверхностной проводимости. Тем самым уменьшено выделение тепла на электроде за счет омических потерь. Уменьшение выделения тепла существенно способствует продлению срока службы электрода и уменьшению удаления материала.

На чертеже проиллюстрированы варианты осуществления изобретения.

Показано на:

Фиг. 1 - инструмент согласно изобретению, соответствующий питающий прибор, а также нейтральный электрод, в сильно упрощенном, местами перспективном представлении,

Фиг. 2 дистальный конец инструмента согласно фиг. 1, в перспективном схематичном представлении продольного разреза,

Фиг. 3 - электрод инструмента согласно фиг. 2, на виде сбоку,

Фиг. 4, 5 и 6 - различные поперечные сечения электрода согласно фиг. 3,

Фиг. 7 - инструмент согласно фиг. 2-6, в разрезанном перспективном представлении во время функционирования,

Фиг. 8 измененный вариант осуществления электрода для инструмента согласно фиг. 2.

На фиг. 1 проиллюстрирован инструмент 10, который служит для плазменного воздействия на ткань. Воздействие на ткань может включать в себя абляцию, коагуляцию, резание или иные виды воздействия на ткань.

Инструмент 10 присоединен к прибору 11, который содержит источник 12 газа, например источник аргона, а также генератор 13 для электрического питания инструмента 10. Они соединены посредством соответствующих присоединительных средств с линией 14, которая ведет к инструменту 10 и введена в линию 15, посредством которой инструмент 10 получает питание газом. Кроме того, генератор 13 соединен посредством соответствующих соединительных средств с нейтральным электродом 16, который подлежит прикреплению на пациенте перед использованием инструмента 10. Однако нижеследующее описание является действительным также и для инструментов с другой конфигурацией нейтрального электрода.

Инструмент 10 имеет дистальный конец 17, который отдельно проиллюстрирован на фиг. 2. Как показано, в состав инструмента 10 входит рукав или шланг 18, который соответственно окружает просвет 19, который открыт на дистальном конце 17 шланга 18. В области дистального конца 17 шланг 18 может быть оснащен внутренним или внешним усилением, например, в форме керамической втулки, которая подробно не представлена на фиг. 2. Таким образом, шланг 18 может быть выполнен однослойным или многослойным. Примеры инструментов со вставленными в открытый конец шланга 18 керамическими втулками приведены в WO 2005/046495 А1.

В просвете 19 размещен электрод 20, который электрически соединен с принадлежащим к линии 14 проводом 21, который простирается через просвет 19. Провод 21 может быть сварен с электродом 20 или также он может быть соединен с ним механическим образом, например посредством обжатия.

Предпочтительно, электрод 20 имеет проиллюстрированную на фиг. 3 основную форму. На его дистальном конце на электроде 20 выполнен острый или, в крайнем случае, несколько закругленный кончик 22, радиус R скругления которого (фиг. 2) является по возможности малым и, предпочтительно, составляет менее десятой доли максимального поперечного размера q, который подлежит измерению поперечно осевому направлению, и который в значительной степени совпадает с внутренним диаметром просвета 19. Предпочтительно, электрод 20 выполнен пластинчатым, то есть его толщина является существенно меньшей, чем его поперечный размер q. Это очевидно, например, из фиг. 4, которая показывает поперечное сечение электрода 20 по обозначенной фиг. 3 штрихпунктиром секущей линии IV-IV. Толщина d составляет менее 1/5, предпочтительно менее 1/10, поперечного размера q.

Как, кроме того, очевидно из фиг.4, электрод 20 имеет две плоских стороны 23, 24, которые соединены посредством узких сторон 25, 26. Таким образом получено в целом четырехугольное, предпочтительно прямоугольное, поперечное сечение Q, которое окружено плоскими сторонами 23, 24 и узкими сторонами 25, 26. Четырехугольное поперечное сечение может быть также однократно или неоднократно, например в S-образную форму, изогнутым.

Электрод 20 имеет на его дистальном конце область сужения, в которой, простирающиеся в остальном параллельно друг другу узкие стороны 25, 26, размещены со схождением к кончику 22. Простирающиеся со схождением друг к другу участки узких сторон 25, 26 могут быть выполнены, как показано на фиг. 3, прямыми или также выгнутыми или вогнутыми. Они задают друг между другом угол а, который, предпочтительно, располагается в диапазоне от 20° до 100°.

Как показывают поперечные сечения V-V и VI-VI, которые представлены отдельно на фиг. 5 и 6, поперечное сечение электрода 20 убывает к кончику 22 в дистальном направлении D или, иными словами, прибывает в проксимальном направлении Р. При этом, как показывают фиг. 5 и 6, толщина d электрода 20 в области сужения к кончику 22 может оставаться постоянной. Тем не менее, толщина d также может убывать к кончику 22. Однако, во всяком случае, поперечный размер q в области сужения убывает к кончику 22.

В целом, в первом варианте осуществления электрод 20 состоит из материала с хорошей теплопроводностью, такого как, например вольфрам, твердый сплав, медь, алюминий или из комбинации этих материалов. При этом могут быть использованы металлы, а также неметаллические электропроводные материалы, такие как, например DLC или комбинации из металла и таких материалов. Во всяком случае, однако, применяемый материал в этом случае имеет теплопроводность X, которая значительно превышает, предпочтительно, существенно превышает теплопроводность нержавеющей стали. Прежде всего, λ>50 Вт/(м*К), >100 Вт (м*К), >200 Вт/(м*К), >300 Вт/(м*К), >400 Вт/(м*К).

В предпочтительном варианте осуществления электрод 20 имеет многослойную структуру, как это показано на фиг. 4 и 6. Для этого, электрод 20 имеет основную часть 27 электрода, которая соединена, по меньшей мере, на ее плоских сторонах 23, 24, однако факультативно, также на ее узких сторонах 25, 26, с теплоотводным приспособлением 28. В настоящем варианте осуществления оно состоит из покрывающих всю поверхность плоских сторон основной части 27 электрода теплопроводных оболочек 29, 30. В варианте осуществления основная часть 27 может состоять из нержавеющей стали, в то время как оболочки 29, 30 состоят из другого материала с лучшей теплопроводностью и/или с лучшей электрической проводимостью. В качестве особо подходящего для этого показало себя серебро. Возможные другие оболочки состоят из алюминия и/или меди и/или твердого сплава и/или DLC и/или вольфрама и/или слоя, например металлического слоя с внедренным в него CBN (кубическим нитридом бора), алмазным порошком или иным материалом с подобной теплопроводностью.

В такой степени описанный инструмент функционирует, как указано ниже.

Как показано на фиг. 7, по просвету 19 инструмента 10 в процессе функционирования протекает газовая струя 3 1, которая происходит от источника 12 газа. Эта газовая струя (предпочтительно, струя аргона) омывает обе плоские стороны 23, 24 электрода 20. Одновременно электрод 20 получает питание по проводу 21 электрическим током высокой частоты. При этом рабочая частота генератора 13 и, таким образом, частота тока, предпочтительно, располагается выше 100 кГц, более предпочтительно, выше 300 кГц, еще более предпочтительно выше 500 кГц. На кончике 22 и смежной ему области ток покидает электрод 20 и образует перескакивающий к далее не проиллюстрированной биологической ткани пациента искровой разряд или текущую туда плазму 32. При этом основание 33 искрового разряда или плазмы охватывает собой узкие стороны 25, 26, прежде всего, однако, плоские стороны 23, 24 электрода 20, причем эта область 33 основания занимает по меньшей мере 1/10 осевой (измеряемой в проксимальном направлении) длины той области электрода 20, в которой узкие стороны 25, 26 расходятся от кончика 22. Оболочки 29, 30 простираются в эту область, и предпочтительно, вплоть до кончика 22. Тем самым, искровой разряд или же плазменная струя получают электрическое питание непосредственно от покрытия 29, 30. Толщина оболочек 29, 30 может быть относительно незначительной. Было обнаружено, что уже покрытия толщиной от 10 до 20 мкм обеспечивают существенное продление срока службы электрода 20 и существенное уменьшение удаления с него материала. Предпочтительно, толщина состоящих, например, из серебра оболочек составляет 20 мкм, 30 мкм или 50 мкм, что при толщине электрода, например, 0,1 мм, дает в итоге тепловое сопротивление более 400 Вт/(м*К). Тем самым, состоящий из комбинации материалов нержавеющая сталь/серебро электрод 20 имеет превосходный срок службы.

В измененном варианте осуществления также является возможным увеличение поперечного сечения электрода в проксимальном направлении, в отличие от описанных выше вариантов осуществления, не непрерывным, но скачкообразным образом, то есть, на одной или нескольких ступенях. Такой вариант осуществления проиллюстрирован на фиг.8. Однако этот вариант осуществления также осуществляет решение согласно изобретению, поэтому при описании этого электрода 20' рекомендуется обращение к описанию варианта осуществления согласно фиг. 1-7. Уже введенные ссылочные обозначения применены и далее, причем для различения, они соответственно снабжены апострофом. Вышеприведенное описание является действительным за исключением указанных ниже особенностей, соответствующих варианту осуществления согласно фиг. 8.

Электрод 20' имеет кончик 22', который в данном случае может быть образован посредством острого или тупого конца выполненного в форме проволоки участка электрода. Этот выполненный в форме проволоки участок 34 электрода содержит сердечник 35, который образует основную часть 27', и со своей стороны, может быть выполнен как тонкий цилиндрический штифт. Сердечник 35 снабжен оболочкой 29', которая в данном случае, при необходимости, в сочетании с удерживающей электрод пластиной 36, образует теплоотводное приспособление 28'. Участок 34 электрода может быть сварен с удерживающей электрод пластиной 36, обжат на ней или может быть соединен с ней другим способом. Неразъемное соединение является предпочтительным вследствие лучшей теплопередачи.

Удерживающая электрод пластина 36 может состоять из нержавеющей стали или другого материала, который оснащен теплопроводным покрытием, таким как вольфрам, медь, алюминий, DLC или тому подобное, или может быть образована из теплопроводного материала, такого как вольфрам, медь, алюминий, DLC или тому подобного.

При функционировании инструмента 10 с электродом 20' согласно фиг. 8 электрический разряд и, таким образом, образующиеся искровой разряд или плазменная струя, сначала исходит от кончика 22, а затем, по меньшей мере, от части выполненного в форме проволоки участка 34 электрода. Электро- и термопроводное покрытие 29', которое, предпочтительно, представлено серебряным покрытием, существенно снижает электрическое сопротивление электрода 20 или же 20'. Высокочастотный переменный ток от генератора 13 концентрируется во внешних слоях электрода 20, 20' и, таким образом, протекает по существу через покрытие 29, 30, 29'. Тем самым, омические потери на электроде 20, 20' минимизированы и, кроме того, уменьшенный объем тепла может быть существенно лучше проведен через покрытие от основания разряда и распределен таким образом, что тепло может быть передано на газовую струю с большой площади.

В улучшенном инструменте 10 электрод 20, 20' снабжен теплоотводным приспособлением 28, 28' таким образом, что тепловое сопротивление электрода 20, 20' при измерении в продольном направлении (в дистальном или в проксимальном направлении), предпочтительно, >300 Вт/(м*К). В предпочтительном варианте осуществления теплоотводное приспособление 28, 28' образовано посредством оболочки 29, 30, 29', которая, по сравнению с материалом основной части 27, 27' электрода, имеет более высокую электрическую проводимость, а также более высокую тепловую проводимость.

Перечень ссылочных обозначений:

10 инструмент

11 прибор

12 источник газа

13 генератор

14 линия (для тока)

15 линия (для газа)

16 нейтральный электрод

17 дистальный конец инструмента 10

18 шланг

19 просвет

20 электрод

21 провод

22 кончик

q поперечный размер электрода 20

d толщина электрода 20

23, 24 плоские стороны электрода 20

25, 26 узкие стороны электрода 20

Q поперечное сечение электрода 20

а угол между участками узких сторон 26

D дистальное направление

Р проксимальное направление

λ теплопроводность

27 основная часть электрода

28 теплоотводное приспособление

29, 30 оболочки

31 газовая струя

32 плазма

33 основание разряда

34 выполненный в форме проволоки участок электрода

35 сердечник

36 удерживающая электрод пластина.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к электроду для электрохирургического инструмента. Электрод для электрохирургического инструмента, предназначенного для плазменного воздействия на биологическую ткань, содержит основную часть, имеющую по меньшей мере одну плоскую сторону и дистально ориентированный кончик, от которого поперечное сечение электрода увеличивается в проксимальном направлении. Основная часть электрода снабжена теплоотводным приспособлением, выполненным в виде слоя, занимающего всю плоскую сторону основной части, а теплопроводность комбинации материалов основной части и теплоотводного приспособления электрода составляет более 20 Вт/(м*К). Использование изобретения позволяет обеспечить уменьшение выгорания электрода и продление срока его службы, повышение эффективности рассеяния теплоты. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Электрод (20, 20') для электрохирургического инструмента (10), предназначенного для плазменного воздействия на биологическую ткань, содержащий основную часть (27, 27'), имеющую по меньшей мере одну плоскую сторону (23, 24) и дистально ориентированный кончик (22), от которого поперечное сечение (Q) электрода увеличивается в проксимальном направлении (Р), причем основная часть (27, 27') электрода снабжена теплоотводным приспособлением (28, 28'), выполненным в виде слоя, занимающего всю плоскую сторону (23, 24) основной части (27, 27'), а теплопроводность (λ) комбинации материалов основной части (27, 27') и теплоотводного приспособления (28, 28') электрода составляет более 20 Вт/(м*К).

2. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что он имеет поперечный размер (q), а на его кончике (22) - радиус скругления (R), который составляет менее десятой доли максимального значения поперечного размера (q).

3. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что он имеет поперечный размер (q), непрерывно возрастающий от кончика (22) в проксимальном направлении.

4. Электрод по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он имеет проходящие от кончика (22) кромки, выполненные бесступенчатыми.

5. Электрод по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он выполнен в виде пластины, которая имеет две плоские стороны (23, 24), которые соединены друг с другом посредством узких сторон (25, 26).

6. Электрод по п. 5, отличающийся тем, что между узкими сторонами (25, 26) и плоскими сторонами (23, 24) выполнены ребра.

7. Электрод по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что теплоотводное приспособление (28, 28') выполнено состоящим из теплопроводного материала.

8. Электрод по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что теплоотводное приспособление (28, 28') выполнено из металлического материала.

9. Электрод по одному из пп. 1-7, отличающийся тем, что теплоотводное приспособление (28, 28') выполнено из неметаллического материала.

10. Электрод по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что теплоотводное приспособление (28, 28') выполнено и размещено простирающимся вплоть до области (33), предусмотренной для непосредственного контакта с исходящим от электрода (20, 20') искровым разрядом.

11. Электрод по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что теплоотводное приспособление (28, 28') имеет электрическую проводимость, которая превышает электрическую проводимость основной части (27, 27').

12. Электрод по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что теплоотводное приспособление (28, 28') имеет теплопроводность, которая превышает теплопроводность основной части (27, 27').