專利名稱：等離子體產(chǎn)生裝置、等離子體外科手術(shù)裝置、等離子體產(chǎn)生裝置的應(yīng)用以及產(chǎn)生等離子體 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子體產(chǎn)生裝置，它包括陽極、陰極和細(xì)長等 離子體槽道，該等離子體槽道基本沿從所述陰極至所述陽極的方向延 伸。等離子體槽道有節(jié)流部分，該節(jié)流部分布置在所述等離子體腔室 中并在所述陰極和布置于所述陽極中的出口開口之間。本發(fā)明還用于 等離子體外科手術(shù)裝置和等離子體外科手術(shù)裝置在外科手術(shù)中的應(yīng)用 以及產(chǎn)生等離子體的方法。
背景技術(shù)：
等離子體產(chǎn)生裝置涉及用于產(chǎn)生氣體等離子體的裝置。該裝置例 如可以用于外科手術(shù)中以便停止流血，也就是使生物組織凝結(jié) (coagulation )。通常，所述等離子體產(chǎn)生裝置較長和較窄。氣體等離子體優(yōu)選是 在裝置的一端排出，且它的溫度可以引起受到氣體等離子體影響的組 織的凝結(jié)。由于近來外科手術(shù)技術(shù)的發(fā)展，更經(jīng)常使用稱為腹腔鏡(鎖孔) 外科手術(shù)的技術(shù)。這意味著更需要小尺寸的裝置，以便能夠在外科手 術(shù)應(yīng)用中在沒有較大外科手術(shù)的情況下進(jìn)行接近。較小尺寸設(shè)備也有 利于在外科手術(shù)操作中非常精確地操作外科手術(shù)儀器。WO2004/030551 ( Suslov )公開了 一種現(xiàn)有技術(shù)的等離子體外科 手術(shù)裝置，它將特別用于通過氣體等離子體來減少活組織中的流血。 該裝置包括等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)，該等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)有陽極、陰極和用于將氣體供給該等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)的氣體供給槽道。而且，等離子 體產(chǎn)生系統(tǒng)包括至少一個電極，該電極布置在所述陰極和陽極之間。 與陽極連接的導(dǎo)電材料殼體包圍等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)，并形成氣體供給 槽道。還希望提供一種上述等離子體產(chǎn)生裝置，它不僅能夠凝結(jié)活組織 中的流血，而且能切割組織。對于WO2004/030551的裝置，通常需要相對較高的產(chǎn)生等離子體 的氣體的氣體流速，以便產(chǎn)生用于切割的等離子體。為了在該氣體流 速下產(chǎn)生具有合適溫度的等離子體，通常需要向裝置提供相對較高的 工作電流。目前，希望在較低工作電流下操作等離子體產(chǎn)生裝置，因為較高 工作電流通常很難在某些環(huán)境中提供，例如醫(yī)療環(huán)境。通常，較高工 作電流也導(dǎo)致大量接線，這可能使得在精確工作中(例如在鎖孔外科 手術(shù)中)操作笨拙。也可選擇，WO2004/030551的裝置可以形成有相當(dāng)長的等離子體 槽道，以便在所需氣體流速下產(chǎn)生具有合適溫度的等離子體。不過， 較長等離子體槽道可能使得等離子體產(chǎn)生裝置較大，且在某些用途中 操作笨拙，例如醫(yī)療用途，特別是鎖孔外科手術(shù)用途。在很多應(yīng)用領(lǐng)域中，產(chǎn)生的等離子體也應(yīng)當(dāng)較純，有很少的雜質(zhì)。 還希望從等離子體產(chǎn)生裝置排出的所生成的等離子體具有一定的壓力 和氣體容積流量，它們例如不會對要治療的病人不利。如上所述，需要一種改進(jìn)的等離子體產(chǎn)生裝置，它例如可以用于 切割生物組織。因此需要一種改進(jìn)的等離子體產(chǎn)生裝置，它能夠在較 低工作電流和較低氣體容積流量的情況下產(chǎn)生純等離子體。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的改進(jìn)的等 離子體產(chǎn)生裝置。另 一 目的是提供一種等離子體外科手術(shù)裝置以及該等離子體外科 手術(shù)裝置在外科手術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。另 一 目的是提供一種產(chǎn)生等離子體的方法以及使用該等離子體來 切割生物組織的應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種等離子體產(chǎn)生裝置，它包括 陽極、陰極和細(xì)長等離子體槽道，該等離子體槽道基本沿從所述陰極 至所述陽極的方向延伸，該等離子體槽道有節(jié)流部分，該節(jié)流部分布 置在所述等離子體槽道中并在所述陰極和布置于所述陽極中的出口開 口之間。等離子體產(chǎn)生裝置的所述節(jié)流部分將所述等離子體槽道分成 高壓腔室和低壓腔室，該高壓腔室位于節(jié)流部分的、最靠近陰極的一 側(cè)，并有與等離子體槽道的縱向方向橫切的第一最大截面表面，該低 壓腔室開口于所述陽極中，并有與等離子體槽道的縱向方向橫切的第 二最大截面表面，所述節(jié)流部分有與等離子體槽道的縱向方向橫切的 第三截面表面，該第三截面表面小于所述第一最大截面表面和所述第 二最大截面表面，至少一個中間電極布置在所述陰極和所述節(jié)流部分 之間。優(yōu)選是，中間電極可以布置在高壓腔室內(nèi)部，或者形成該高壓 腔室的一部分。等離子體產(chǎn)生裝置的該結(jié)構(gòu)能夠在供給等離子體產(chǎn)生裝置的較低 工作電流下使得布置在等離子體槽道中的等離子體加熱至高溫。在本文中，等離子體的高溫的意思是溫度超過uooo。c,優(yōu)選是高于13000。C。提供的等離子體優(yōu)選是在高壓腔室中加熱至11000。C和 20000。C之間的溫度。在可選實施例中，等離子體加熱至13000。C和 18000。C之間。在另一可選實施例中，等離子體加熱至14000。C和 16000'C之間。而且，較低工作電流的意思是電流水平低于10安培。 供給該裝置的工作電流優(yōu)選是在4和8安培之間。通過這些工作電流， 供給的電壓水平優(yōu)選是在50和150伏之間。較低工作電流通常在例如外科手術(shù)環(huán)境中很有利，在該外科手術(shù) 環(huán)境中，可能很難提供更高電流水平的供給需求。通常，較高工作電 流水平將產(chǎn)生笨拙的布線，這可能使得在需要很高精度的操作中很難 操作，例如在外科手術(shù)中，特別是在鎖孔外科手術(shù)中。在特定環(huán)境和 用途中，較高工作電流也可能對于操作人員和/或病人有安全危險。本發(fā)明例如基于這樣的知識，即例如適用于在生物組織中的切割 作用的等離子體可以通過以合適方式設(shè)計等離子體槽道而獲得。本發(fā) 明的優(yōu)點是使用高壓腔室和節(jié)流部分，它們使得等離子體能夠在優(yōu)選 工作電流下加熱至合適溫度。通過使節(jié)流部分上游的等離子體增壓， 可以增加在高壓腔室中的等離子體的能量密度。增加能量密度的意思 是每單位容積的等離子體能量值增加。增加高壓腔室中的等離子體的 能量密度又使得等離子體能夠通過電弧加熱至較高溫度，該電弧沿與 等離子體槽道相同方向在陰極和陽極之間延伸。還發(fā)現(xiàn)，增加高壓腔 室中的壓力也適合在更低工作電流下操作等離子體產(chǎn)生裝置。而且， 增加高壓腔室中的等離子體的壓力還可以在所供給的產(chǎn)生等離子體的 氣體的更低氣體容積流量下操作等離子體產(chǎn)生裝置。例如，試驗顯示，在高壓腔室中的等離子體增壓至大約6巴將至少可以使得等離子體產(chǎn) 生裝置的效率與現(xiàn)有技術(shù)(其中，等離子體槽道布置成沒有高壓腔室 和沒有節(jié)流部分)相比提高30%。還發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)的等離子體產(chǎn)生裝置相比，通過使高壓腔室 中的等離子體增壓，在陽極中的功率損失可以降低。還希望在比高壓腔室中的壓力更低的壓力下排出等離子體。例如， 在高壓腔室中的增加的壓力可能對外科手術(shù)操作中的病人不利，該外 科手術(shù)操作例如通過本發(fā)明的等離子體產(chǎn)生裝置來進(jìn)行。不過已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)，當(dāng)從高壓腔室流向低壓腔室時，由于等離子體經(jīng)過節(jié)流部分，布 置在節(jié)流部分下游的低壓腔室降低了在高壓腔室中的等離子體的增加 的壓力。當(dāng)經(jīng)過流動部分時，在高壓腔室中的等離子體的增加的壓力 的一部分將轉(zhuǎn)變成動能，因此，與高壓腔室中的流速相比，等離子體 的流速在低壓腔室中進(jìn)行加速。本發(fā)明的等離子體產(chǎn)生裝置的另一優(yōu)點是，與在高壓腔室中的等 離子體相比，通過等離子體槽道的出口排出的等離子體具有更高的動 能。具有該特性的等離子體射流可以利用產(chǎn)生的等離子體來例如切割 活生物組織。該動能優(yōu)選是例如能夠使等離子體射流穿透受該等離子 體射流影響的目標(biāo)，從而產(chǎn)生切割。還發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選是在外科手術(shù)用途中向等離子體產(chǎn)生裝置供給較低 氣體容積流量，因為較高氣體容積流量可能對通過所產(chǎn)生的等離子體 來治療的病人不利。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過供給等離子體產(chǎn)生裝置的產(chǎn)生等 離子體的氣體的較低氣體容積流量，有在陰極和高壓腔室之間形成一 個或多個電弧的危險，稱為級聯(lián)電弧。還發(fā)現(xiàn)，隨著等離子體槽道的截面減小，發(fā)生該級聯(lián)電弧的危險 增加。該級聯(lián)電弧可以對等離子體裝置的功能有負(fù)面影響，且高壓腔 室可能由于電弧的作用而受損和/或退化。且還有從高壓腔室釋放的物 質(zhì)污染等離子體的危險，當(dāng)在該等離子體產(chǎn)生裝置中產(chǎn)生的等離子體 用于外科手術(shù)用途時，這可能對例如病人不利。試驗顯示，當(dāng)氣體容積流量小于1.5 1/min時和當(dāng)?shù)入x子體槽道的截面小于lmn^時，上述 問題可能產(chǎn)生。因此，本發(fā)明也基于這樣的知識，即已經(jīng)發(fā)現(xiàn)優(yōu)選是將至少一個 中間電極布置在高壓腔室中，以便降低產(chǎn)生該級聯(lián)電弧的危險。因此， 本發(fā)明的等離子體產(chǎn)生裝置的優(yōu)點是，所述至少一個中間電極能夠使 得高壓腔室的截面布置成這樣，即在上述施加的工作電流水平下可以 獲得合適溫度的電弧，因此供給的等離子體可以獲得合適溫度。還發(fā) 現(xiàn)，將中間電極布置在高壓腔室中將有利地減少等離子體受到污染的 危險。布置在高壓腔室中的中間電極也幫助以更高效的方式加熱所產(chǎn) 生的等離子體。在本文中，中間電極的意思是布置在陰極和陽極之間 的一個或多個電極。還應(yīng)當(dāng)知道，在等離子體產(chǎn)生裝置的工作中，電 壓施加給各中間電極。這樣，通過組合布置在節(jié)流部分上游的至少一個中間電極和高壓 腔室的更小截面，本發(fā)明提供了能夠用于產(chǎn)生等離子體的等離子體產(chǎn) 生裝置，它具有較低的意外污染水平和用于外科手術(shù)操作的其它優(yōu)良 特性，它例如用于切割生物組織。不過應(yīng)當(dāng)知道，等離子體產(chǎn)生裝置 也可以用于其它外科手術(shù)用途。例如，它可以通過例如改變工作電流 和/或氣體流量而產(chǎn)生能夠用于例如生物組織汽化或凝結(jié)的等離子體。 還有，可以考慮這些應(yīng)用的組合，且它們在很多情況下在很多應(yīng)用領(lǐng)域中很有利。還發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明提供的等離子體產(chǎn)生裝置能夠以合適方式控 制在所產(chǎn)生的等離子體的熱能和動能之間的關(guān)系變化。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，優(yōu) 選是當(dāng)處理不同類型的目標(biāo)(例如軟和硬的生物組織)時，能夠使用 在熱能和動能之間有不同關(guān)系的等離子體。還發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選是能夠根據(jù) 要處理的生物組織中的血液密度來改變在熱能和動能之間的關(guān)系。例 如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在一些情況下，優(yōu)選是當(dāng)組織中的血液密度較高時使用 具有更大熱能的等離子體，而當(dāng)組織中的血液密度較低時使用具有更 小熱能的等離子體。在產(chǎn)生的等離子體的熱能和動能之間的關(guān)系例如 可以通過在高壓腔室中形成的壓力水平來控制，在這種情況下，在高 壓腔室中的較高壓力可以使得等離子體在從等離子體產(chǎn)生裝置排出時 增加動能。因此，這樣改變在產(chǎn)生的等離子體的熱能和動能之間的關(guān) 系將例如能夠以合適方式調(diào)節(jié)在外科手術(shù)用途中的切割作用和凝結(jié)作 用的組合，用于處理不同類型的生物組織。優(yōu)選是，所述高壓腔室主要由所述至少一個中間電極而形成。通 過使高壓腔室整個或部分由所述至少一個中間電極構(gòu)成，獲得的高壓 腔室將有效地加熱通過的等離子體。通過將中間電極布置為高壓腔室 的一部分而可以獲得的另一優(yōu)點是高壓腔室能夠布置有合適長度，而 不會在陰極和高壓腔室的內(nèi)周表面之間形成所謂的級聯(lián)電弧。形成于 陰極和高壓腔室的內(nèi)周表面之間的電弧可能使高壓腔室受損和/或退 化，如上所述。在等離子體產(chǎn)生裝置的一個實施例中，高壓腔室優(yōu)選是包括多電 極槽道部分，該多電極槽道部分包括兩個或更多中間電極。通過將高 壓腔室布置為多電極槽道部分，高壓腔室可以有增加的長度，以便能 夠?qū)⒐┙o的等離子體加熱至大約電弧溫度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，高壓腔室的截 面越小，將等離子體加熱至大約電弧溫度所需的槽道就越長。在已經(jīng) 進(jìn)行的試驗中，多個中間電極用于抑制各電極沿等離子體槽道的縱向 方向的延伸。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用多個中間電極能夠降低在各中間電極上 施力口的電壓。還發(fā)現(xiàn)當(dāng)增加在高壓腔室中的等離子體的增壓時，優(yōu)選是在節(jié)流 部分和陰極之間布置大量的中間電極。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過當(dāng)增加在 高壓腔室中的等離子體增壓時使用大量中間電極，可以使每個中間電 極保持基本相同電壓水平，這降低了當(dāng)使高壓腔室中的等離子體增壓 時產(chǎn)生所謂的級聯(lián)電弧的危險。當(dāng)使用具有較大長度的高壓腔室時，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)各電極太長時有 不能在陰極和陽極之間形成電弧的危險。相反，在陰極和中間電極之 間和/或在彼此相鄰的中間電極之間可以形成更短的電弧。因此，優(yōu)選 是將多個中間電極布置在高壓腔室中，從而降低施加在各中間電極上 的電壓。因此，優(yōu)選是當(dāng)布置較長高壓腔室時使用多個中間電極，特 別是當(dāng)高壓腔室具有較小截面表面時。在試驗中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)優(yōu)選是向各中間電極提供小于22伏特的電壓。通過上述優(yōu)選工作電流水平，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過電極的電壓水平優(yōu)選是在15和22伏特/mm之間。在一個實施例中，所述高壓腔室布置為多電極槽道部分，它包括三個或更多中間電極。在等離子體產(chǎn)生裝置的一個實施例中，第二最大截面表面等于或小于0.65mm2。在一個實施例中，第二最大截面表面可以布置成使截 面在0.05mm2和0.44mn^之間。在等離子體產(chǎn)生裝置的可選實施例中， 截面可以布置有在0.13mm2和0.28mm2之間的表面。通過使低壓腔室 的槽道部分布置有這樣的截面表面，可以通過等離子體產(chǎn)生裝置的等 離子體槽道的出口排出高能量集中的等離子體射流。在用于切割生物 組織的用途中，高能量集中的等離子體射流特別有利。產(chǎn)生的等離子 體射流的較小截面表面也有利于需要很高精度的處理。而且，具有這 樣的截面的低壓腔室能夠使等離子體加速，并獲得增加的動能和降低 的壓力，這例如在等離子體用于外科手術(shù)用途時很合適。節(jié)流部分的第三截面表面優(yōu)選是在0.008mm2和0.12mm2之間的 范圍內(nèi)。在可選實施例中，節(jié)流部分的第三截面表面可以在0.030mm2 和0.070mn^之間。通過4吏節(jié)流部分布置有這樣的截面，發(fā)現(xiàn)可以以 合適方式產(chǎn)生在高壓腔室中的增大的等離子體壓力。而且，等離子體在高壓腔室中的增壓影響它的能量密度，如上所述。因此，在高壓腔 室中的等離子體通過節(jié)流部分而增加壓力將有利于在合適氣體容積流 量和工作電流水平下對等離子體進(jìn)行合適加熱。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，節(jié)流部分的選定截面的另一優(yōu)點是，當(dāng)流過節(jié)流部分 的等離子體加速至超音速(等于或大于馬赫數(shù)l的值)時，在高壓腔 室中的壓力可以增加至合適水平。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了在低壓腔室中獲得 超音速等離子體而在高壓腔室中所需的臨界壓力水平特別取決于節(jié)流 部分的截面尺寸和幾何形狀設(shè)計。還發(fā)現(xiàn)，用于獲得超音速的臨界壓 力也受到使用的產(chǎn)生等離子體的氣體的種類和等離子體的溫度的影 響。應(yīng)當(dāng)知道，節(jié)流部分總是有比分別在高壓腔室和低壓腔室中的第 一和第二最大截面表面的截面更小的直徑。優(yōu)選是，高壓腔室的第一最大截面表面在0.03mn^和0.65mmZ之 間的范圍內(nèi)。這樣的最大截面適合在合適的氣體容積流量和工作電流 水平下將等離子體加熱至合適溫度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在陰極和陽極之間形成的電弧的溫度特別取決于高壓 腔室的截面尺寸。高壓腔室的更小截面將使得在陰極和陽極之間形成 的電弧的能量密度增加。因此，沿等離子體腔室中心軸線的電弧的溫 度與在放電電流和等離子體槽道截面之間的關(guān)系成正比。在可選實施例中，高壓腔室的截面在0.05mn^和0.33mn^之間。 在另一可選實施例中，高壓腔室的截面在0.071111112和0.20mm^之間。優(yōu)選是可以將節(jié)流部分布置在中間電極中。通過這樣布置，在陰 極和節(jié)流部分之間產(chǎn)生所謂級聯(lián)電弧的危險降低。類似的，在節(jié)流部 分和可能與它相鄰的中間電極之間產(chǎn)生級聯(lián)電弧的危險也降低。優(yōu)選是，低壓腔室包括至少一個中間電極。這意味著在陰極和低 壓腔室之間產(chǎn)生所謂的級聯(lián)電弧的危險降低。在低壓腔室中的一個或 多個中間電極也意味著在可能相鄰的中間電極之間產(chǎn)生級聯(lián)電弧的危 險降低。在優(yōu)選方式中，在節(jié)流部分和低壓腔室中的中間電極能夠有助于 以合適方式形成在陰極和陽極之間的電弧。而且，對于某些用途，優(yōu)選是可以將節(jié)流部分布置在兩個中間電極之間。在等離子體產(chǎn)生裝置 的可選實施例中，節(jié)流部分可以布置在形成高壓腔室的一部分的至少 兩個中間電極和形成低壓腔室的 一部分的至少兩個中間電極之間。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選是將等離子體產(chǎn)生裝置設(shè)計成這樣，即在陰極和 陽極之間延伸的等離子體槽道的主要部分由中間電極形成。當(dāng)?shù)入x子 體的加熱能夠沿等離子體槽道的基本整個長度來進(jìn)行時，這樣的槽道 也合適。在等離子體產(chǎn)生裝置的一個實施例中，等離子體產(chǎn)生裝置包括至 少兩個中間電極，優(yōu)選是至少三個中間電極。在可選實施例中，等離子體產(chǎn)生裝置包括2至10個中間電極，根據(jù)另一可選實施例在3和 IO個中間電極之間。通過使用這樣多個中間電極，獲得的等離子體槽 道可以有合適的長度來在合適的氣體流速水平和工作電流水平下加熱 等離子體。而且，所述中間電極優(yōu)選是通過絕緣體裝置而相互隔開。 中間電極優(yōu)選是由銅或含銅合金制成。在一個實施例中，第一最大截面表面、第二最大截面表面和第三 截面表面是與等離子體槽道的縱向方向橫切的圓形截面。通過使等離 子體槽道形成有圓形截面，例如制造將很容易且具有成本效益。在等離子體產(chǎn)生裝置的可選實施例中，陰極有朝著陽極漸縮的陰 極頂端，陰極頂端的一部分在與所述高壓腔室連接的等離子體腔室的 一部分長度上延伸。該等離子體腔室有與等離子體槽道的縱向方向橫 切的第四截面表面，在所述陰極頂端的、指向陽極的端部處的該第四 截面表面大于所述第一最大截面表面。通過使等離子體產(chǎn)生裝置提供 有這樣的等離子體腔室，可以使等離子體產(chǎn)生裝置具有減小的外部尺 寸。在優(yōu)選方式中，可以通過使用等離子體腔室來提供環(huán)繞陰極的合 適空間，特別是環(huán)繞陰極的、最靠近陽極的頂端。環(huán)繞陰極頂端的空 間合適地降低了陰極在工作時的高溫使得鄰近該陰極的裝置材料受損 和/或退化的危險。特別是，使用等離子體腔室有利于長時間連續(xù)工作。通過布置等離子體腔室而獲得的另一優(yōu)點是，將在陰極和陽極之 間產(chǎn)生的電弧可以安全地獲得，因為等離子體腔室允許陰極頂端布置在最靠近陰極的等離子體槽道開口附近，而不會由于陰極的高溫而使 得周圍材料受損和/或退化。當(dāng)陰極頂端定位得離等離子體槽道的開口 的距離太大時，在陰極和周圍結(jié)構(gòu)之間通常以不合適的方式來產(chǎn)生電 弧，這可能使得裝置不正確工作，在某些情況下也使裝置受損。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種包括上述等離子體產(chǎn)生裝置 的等離子體外科手術(shù)裝置。上述類型的等離子體外科手術(shù)裝置能夠合 適地用于破壞生物組織或使生物組織凝結(jié)，特別是用于切割。而且， 這樣的等離子體外科手術(shù)裝置能夠有利地用于心臟或腦外科手術(shù)。也 可選擇，這樣的等離子體外科手術(shù)裝置能夠有利地用于肝、脾或腎外 科手術(shù)。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種產(chǎn)生等離子體的方法。該方法包括在4至10安培的工作電流下向上述等離子體產(chǎn)生裝置供給0.05 1/min至1.00 1/min氣體容積流量的產(chǎn)生等離子體的氣體。這樣的產(chǎn)生 等離子體的氣體優(yōu)選是包括惰性氣體，例如氬氣、氖氣、氙氣、氦氣 等。這樣產(chǎn)生等離子體的方法特別可以用于切割生物組織。在可選實施例中，產(chǎn)生等離子體的氣體的供給流能夠在0.10 1/min 和0.80 1/min之間。在另一可選實施例中，產(chǎn)生等離子體的氣體的供 給流能夠在0.15 1/min和0.50 1/min之間。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種由等離子體產(chǎn)生裝置來產(chǎn)生 等離子體的方法，該等離子體產(chǎn)生裝置包括陽極、陰極和等離子體槽道，該等離子體槽道基本沿從所述陰極至所述陽極的方向延伸，所述 方法包括提供從陰極流向陽極的等離子體；通過使高壓腔室中的等 離子體增壓而增加所述等離子體的能量密度，該高壓腔室位于布置在等離子體槽道中的節(jié)流部分的上游；通過使用布置在節(jié)流部分上游的 至少一個中間電極來加熱所述等離子體；以及通過使所述等離子體經(jīng)過所述節(jié)流部分來使所述等離子體減壓和加速，并通過等離子體槽道 的出口開口而排出所述等離子體。通過該方法，可以產(chǎn)生基本無污染的等離子體，且該等離子體能 夠在合適的工作電流和氣體流量水平下加熱至合適溫度并有合適動能，如上所述。在高壓腔室中的等離子體的增壓優(yōu)選是包括產(chǎn)生在3和8巴之間 的壓力，優(yōu)選是5-6巴。這樣的壓力水平優(yōu)選是使等離子體有能夠在 合適工作電流水平下加熱至合適溫度的能量密度。還發(fā)現(xiàn)，這樣的壓 力水平使得節(jié)流部分附近的等離子體能夠加速至超音速。等離子體優(yōu)選是被減壓至超過等離子體槽道的出口開口外部的大 氣壓力少于2巴的壓力水平，也可選擇少于0.25-1巴，且還可選擇少 于0.5-1巴。通過將由等離子體槽道的出口開口排出的等離子體的壓 力降低至該水平，等離子體的壓力傷害通過產(chǎn)生的等離子體射流來進(jìn)行外科手術(shù)治療的病人的危險將降低。通過增加在高壓腔室中的等離子體的壓力，流過等離子體槽道的 等離子體能夠在節(jié)流部分附近加速至值等于或大于馬赫數(shù)1的超音 速。獲得超過馬赫數(shù)l的速度所需的壓力特別取決于等離子體的壓力 和供給的產(chǎn)生等離子體的氣體的類型。而且，在高壓腔室中的所需壓 力取決于節(jié)流部分的截面表面和幾何形狀設(shè)計。優(yōu)選是，等離子體加 速至l-3倍超音速的流速，它是在馬赫數(shù)1和馬赫數(shù)3之間的流速。優(yōu)選是，等離子體加熱至11000。C和2000(TC之間的溫度，優(yōu)選是 13000。C至18000。C，特別是14000。C至16000°C。這樣的溫度水平例 如適合使得產(chǎn)生的等離子體用于切割生物組織。為了產(chǎn)生和提供等離子體，產(chǎn)生等離子體的氣體可以合適地供給 等離子體產(chǎn)生裝置。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選是以0.05 1/min和1.00 1/min之間 的流量來提供這樣的產(chǎn)生等離子體的氣體，優(yōu)選是0.10-0.80 1/min， 特別是0.15-0.50 1/min。通過產(chǎn)生等離子體的氣體的這種流量水平， 發(fā)現(xiàn)可以在合適工作電流水平下將產(chǎn)生的等離子體加熱至合適溫度。 上述流量水平還適合使等離子體用于外科手術(shù)用途，因為它能夠降低 傷害病人的危險。當(dāng)通過等離子體槽道的出口開口排出等離子體時，優(yōu)選是使得等 離子體作為等離子體射流而排出，該等離子體射流的截面小于0.65mm2,優(yōu)選是在0.05mm2和0.44mm2之間，特別是0.13-0.28mm2。而且，等離子體產(chǎn)生裝置優(yōu)選是提供有在4和10安培之間的工作電流， 優(yōu)選是4-8安培。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，產(chǎn)生等離子體的上述方法可以用于切割 生物組織的方法。


下面將參考附圖更詳細(xì)地介紹本發(fā)明，該附圖通過實例表示了本 發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實施例。圖la是本發(fā)明的等離子體產(chǎn)生裝置的實施例的剖視圖； 圖lb是圖la的實施例的局部放大圖；圖lc是布置在圖la的等離子體產(chǎn)生裝置的等離子體槽道中的節(jié)流部分的局部放大圖；圖2表示了等離子體產(chǎn)生裝置的可選實施例；圖3表示了等離子體產(chǎn)生裝置的另一可選實施例；圖4通過實例表示了以不同方式影響生物組織的合適功率水平的圖；以及圖5表示了在不同工作功率水平下在等離子體射流的溫度和將產(chǎn) 生等離子體的氣體供給等離子體產(chǎn)生裝置的氣體容積流量之間的關(guān)系的圖。
具體實施方式
圖la表示了本發(fā)明的等離子體產(chǎn)生裝置1的實施例的剖視圖。圖 la中的剖面穿過等離子體產(chǎn)生裝置1沿縱向方向的中心。裝置包括細(xì) 長端部套筒3，該端部套筒3容納用于產(chǎn)生等離子體的等離子體產(chǎn)生 系統(tǒng)，該等離子體在端部套筒3的端部排出。產(chǎn)生的等離子體例如可 以用于停止組織中的流血、汽化組織、切割組織等。圖la的等離子體產(chǎn)生裝置1包括陰極5、陽極7和多個電極9、 9'、 9"，這些電極布置在陽極和陰極之間，在本文中稱為中間電極。 中間電極9、 9'、 9"為環(huán)形，并形成等離子體槽道ll的一部分，該等 離子體槽道11從陰極5前部的位置伸出，并伸向陽極7且通過該陽極 7。等離子體槽道ll的進(jìn)口端定位得靠近陰極5，等離子體槽道ll穿過陽極7延伸，它的出口開口布置在該陽極7處。在等離子體槽道ll 中，等離子體將被加熱，并最終穿過陽極7中的等離子體槽道開口流 出。中間電極9、 9'、 9"通過環(huán)形絕緣體裝置13、 13'、 13"而彼此絕 緣和分離。中間電極9、 9'、 9"的形狀和等離子體槽道11的尺寸可以 調(diào)節(jié)成適于所需目的。中間電極9、 9'、 9"的數(shù)目也可以以可選方式 變化。圖la中所示的實施例提供有三個中間電極9、 9'、 9"。在圖la所示的實施例中，陰極5形成為細(xì)長柱形元件。優(yōu)選是， 陰極5由鴒制成，可選擇有添加劑，例如鑭。這種添加劑例如可以用 于降低在陰極5端部15處產(chǎn)生的溫度。而且，指向陽極7的陰極5端部15有漸縮端部部分。該漸縮部分 15合適地形成在陰極端部處的頂端，如圖la所示。陰極頂端15優(yōu)選 是圓錐形狀。陰極頂端15還可以是圓錐的一部分，或者可以選擇形狀 為朝著陽極7漸縮的幾何形狀。陰極5的、方向背離陽極7的另一端與電導(dǎo)體連接，該電導(dǎo)體將 與電源連接。該導(dǎo)體優(yōu)選是由絕緣體包圍(該導(dǎo)體在圖la中未示出)。等離子體腔室17與等離子體槽道11的進(jìn)口端連接，并有與等離 子體槽道ll的縱向方向橫切的截面表面，該截面表面超過等離子體槽 道ll在進(jìn)口端處的截面表面。圖la中所示的等離子體腔室17具有與 等離子體槽道ll的縱向方向橫切的圓形截面，并有沿等離子體槽道 11的縱向方向的長度Leh，該長度近似對應(yīng)于等離子體腔室17的直徑 Dch。等離子體腔室17和等離子體槽道11基本彼此同心布置。陰極5 伸入等離子體腔室17內(nèi)至少該等離子體腔室17長度Lch的一半，且 陰極5布置成基本與等離子體腔室17同心。等離子體腔室17包括集 成在第一中間電極9中的凹口，該第一中間電極9定位成最靠近陰極圖la還表示了絕緣體元件19，該絕緣體元件19沿陰極5的一部 分延伸并環(huán)繞它。絕緣體元件19優(yōu)選是形成為細(xì)長柱形套筒，且陰極 5局部位于穿過該管形絕緣體元件19延伸的圓形孔中。陰極5基本布 置在絕緣體元件19的通孔的中心。而且，絕緣體元件19的內(nèi)徑稍微大于陰極5的外徑，從而在陰極5的外周表面和絕緣體元件19的圓形 孔的內(nèi)表面之間形成一定距離。優(yōu)選是，絕緣體元件19由耐熱材料制成，例如陶資材料、耐熱塑 料材料等。絕緣體元件19將保護(hù)等離子體產(chǎn)生裝置1的鄰接部分免受 高溫影響，該高溫例如可能在陰極5周圍產(chǎn)生，特別是陰極頂端15 周圍。絕緣體元件19和陰極5彼此相對布置而使得指向陽極7的陰極5 端部15超過絕緣體元件19的端表面21 (該端表面21指向陽極7)凸 出。在圖la所示的實施例中，陰極5的漸縮頂端15的大約一半超過 絕緣體元件19的端表面21伸出。氣體供給部分(圖i中未示出)與等離子體產(chǎn)生部分連接。供給 等離子體產(chǎn)生裝置1的氣體優(yōu)選是包括與用作現(xiàn)有技術(shù)儀器的產(chǎn)生等 離子體的氣體的氣體相同類型的氣體，例如惰性氣體如氬氣、氖氣、 氙氣、氦氣等。產(chǎn)生等離子體的氣體能夠流過氣體供給部分，并流入 布置在陰極5和絕緣體元件19之間的空間內(nèi)。因此，產(chǎn)生等離子體的 氣體沿絕緣體元件19內(nèi)的陰極5流向陽極7。當(dāng)產(chǎn)生等離子體的氣體 通過絕緣體元件19的端部(該端部定位成最靠近陽極7)時，氣體進(jìn) 入等離子體腔室17。等離子體產(chǎn)生裝置l還包括伸入細(xì)長端部套筒3中的一個或多個冷卻劑槽道23。該冷卻劑槽道23優(yōu)選是局部與連接端部套筒3的殼 體(未示出)形成為一件。端部套筒3和殼體例如可以通過螺紋接頭 而相互連接，但是也可以考慮其它連接方法，例如焊接、釬焊等。而 且，端部套筒優(yōu)選是外部尺寸小于10mm，優(yōu)選是小于5mm。至少位 于端部套筒處的殼體部分優(yōu)選具有與端部套筒的外形和尺寸基本相對 應(yīng)的外形和尺寸。在圖la所示的等離子體產(chǎn)生裝置實施例中，端部套 筒具有與等離子體槽道ll的縱向方向橫切的圓形截面。在一個實施例中，等離子體產(chǎn)生裝置1包括兩個附加槽道23， 一 個構(gòu)成進(jìn)口槽道，另一個構(gòu)成出口槽道，用于冷卻劑。進(jìn)口槽道和出 口槽道相互連通，以便使冷卻劑能夠通過等離子體產(chǎn)生裝置1的端部套筒3。還可以使等離子體產(chǎn)生裝置1提供有超過兩個冷卻槽道，它 們用于供給或排出冷卻劑。優(yōu)選是，水用作冷卻劑，盡管也可以考慮 其它類型的流體。冷卻槽道布置成使得冷卻劑供給端部套筒3,并在 中間電極9、 9'、 9"和端部套筒3的內(nèi)壁之間流動。端部套筒3的內(nèi) 部構(gòu)成使得該至少兩個附加槽道相互連接的區(qū)域。中間電極9、 9'、 9"布置在等離子體產(chǎn)生裝置1的端部套筒3的 內(nèi)部，并定位成基本與端部套筒3同心。中間電極9、 9，、 9"的外徑 相對于套筒3的內(nèi)徑形成在中間電極的外表面和端部套筒3的內(nèi)壁之 間的空間。在該空間中，從附加槽道23供給的冷卻劑能夠在中間電極 9、 9'、 9"和端部套筒3之間流動。附加槽道23可以有不同數(shù)目和不同截面。還可以使得全部或一些 附加槽道23用于其它目的。例如，可以布置有三個附加槽道23，其 中，例如兩個用于供給和排出冷卻劑， 一個用于從外科手術(shù)區(qū)域吸取 液體等。在圖la所示的實施例中，三個中間電極9、 9，、 9"通過布置在陰 極5和陽極7之間的絕緣體裝置13、 13'、 13"而隔開。不過應(yīng)當(dāng)知道， 電極9、 9，、 9"的數(shù)目可以根據(jù)任意合適目的來選擇。相互鄰近的中 間電極和布置在它們之間的絕緣體裝置優(yōu)選是相互壓配合。最遠(yuǎn)離陰極5的電極9"與環(huán)形絕緣體裝置13"接觸，該環(huán)形絕緣 體裝置13"布置得抵靠陽極7。陽極7與細(xì)長端部套筒3連接。在圖la所示的實施例中，陽極7 和端部套筒3相互形成一體。在可選實施例中，陽極7可以形成為單 獨元件，它通過在陽極7和端部套筒3之間的螺紋連接、通過焊接、 通過釬焊而與該端部套筒3連接。在陽極7和端部套筒3之間的連接 是優(yōu)選的，從而將提供在它們之間的電接觸。圖la所示的等離子體產(chǎn)生裝置1有等離子體槽道11,該等離子 體槽道11有高壓腔室25、節(jié)流部分27和低壓腔室29。節(jié)流部分27 位于高壓腔室25和低壓腔室29之間。在本文中，高壓腔室25的意思 是沿等離子體從陰極5至陽極7的流動方向位于節(jié)流部分27上游的等離子體槽道11部分。低壓腔室29的意思是位于節(jié)流部分27下游的等 離子體槽道ll部分。圖la所示的節(jié)流部分27構(gòu)成等離子體槽道ll的最小截面。因此， 節(jié)流部分27的截面小于高壓腔室25的最大截面和低壓腔室29的最大 截面(與等離子體槽道的縱向方向橫切)。如圖la和lc中所示，優(yōu)選 是該節(jié)流部分為超音速或拉法爾噴嘴。節(jié)流部分27使得高壓腔室25中的壓力將相對于低壓腔室29中的 壓力增加。當(dāng)?shù)入x子體流過節(jié)流部分27時，等離子體的流速加速，且 等離子體的壓力降低。因此，通過陽極7中的等離子體槽道11開口排 出的等離子體具有比高壓腔室25中的等離子體更高的動能和更低的 壓力。根據(jù)圖la所示的等離子體產(chǎn)生裝置，在陽極7中的等離子體槽 道11開口的截面表面與低壓腔室29的最大截面表面相同。在圖la所示的實施例中，等離子體槽道ll優(yōu)選是形成為這樣， 即等離子體槽道ll朝著節(jié)流部分的最小截面逐漸減小，然后截面再次 逐漸增大。在節(jié)流部分27附近的這種等離子體槽道11形狀例如降低 在等離子體中的湍流。這樣很有利，因為否則湍流可能降低等離子體 的流速。在圖lc所示的局部放大圖中，沿等離子體的流動方向看，等離子 體槽道11有在節(jié)流部分27的最小截面表面的上游的收斂槽道部分。 而且，等離子體槽道11有在節(jié)流部分27下游的發(fā)散槽道部分。在圖 lc所示的實施例中，等離子體槽道ll的發(fā)散部分沿等離子體槽道11 的縱向方向的長度比收斂部分更短。對于等離子體槽道11在節(jié)流部分27附近的設(shè)計，在圖lc所示的 等離子體產(chǎn)生裝置實施例中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以使等離子體在節(jié)流部分27中加速至值等于或大于馬赫數(shù)1的超音速。圖la所示的等離子體槽道ll為圓形截面。優(yōu)選是，高壓腔室的 最大直徑在0.20mm和0.90mm之間，優(yōu)選是0.25-0.65mm，特別是 0.30-0.50mm。而且，優(yōu)選是，低壓腔室的最大直徑在0.20mm和 0.90mm之間，優(yōu)選是0.25-0.75mm，特別是0.40-0.60mm。優(yōu)選是，節(jié)流部分的最小直徑在0.10mm和0.40mm之間，優(yōu)選是0.20-0.30mm。 圖la中所示的等離子體產(chǎn)生裝置1的示例實施例具有直徑為0.4mm的高壓腔室25。在圖la所示的實施例中，低壓腔室29的直徑為0.50mm,節(jié)流部分27的直徑為0.27mm。在圖la所示的等離子體產(chǎn)生裝置實施例中，節(jié)流部分27基本位于等離子體槽道沿縱向方向的長度的中心處。不過已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在等離子體的動能和熱能之間的關(guān)系可以根據(jù)節(jié)流部分27在等離子體槽道 11中的位置而變化。圖2是等離子體產(chǎn)生裝置101的可選實施例的剖視圖。在圖2所 示的實施例中，節(jié)流部分127位于陽極107中并在等離子體槽道111 的出口開口附近。通過將節(jié)流部分127布置在沿等離子體槽道111的 縱向方向的下游遠(yuǎn)處，例如在陽極107中或在陽極107附近，與圖la所示的等離子體產(chǎn)生裝置1相比，在等離子體槽道111的開口處獲得 的等離子體有更高的動能。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，某些類型的組織(例如軟組織如肝組織)通過具有更高動能的等離子體能夠更容易切割。例如，發(fā)現(xiàn)優(yōu)選是產(chǎn)生包括大約一半熱能和一半動能的等離子體來用于該切割。而且，圖2中的等離子體產(chǎn)生裝置101的可選實施例包括7個中 間電極109。不過應(yīng)當(dāng)知道，圖2中的等離子體產(chǎn)生裝置101的實施 例可以選擇地布置有比7個更多或更少的中間電極109。圖3表示了等離子體產(chǎn)生裝置201的另一可選實施例。在圖3所 示的可選實施例中，節(jié)流部分227布置在最靠近陰極205的第一中間 電極209中。通過將節(jié)流部分227布置在沿等離子體槽道211的長度 相當(dāng)遠(yuǎn)的上游處，與圖la和2中的實施例相比，獲得的等離子體在通 過等離子體槽道211的出口開口排出時將有更低的動能。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)， 例如某些硬組織(例如骨)可以通過具有更高熱能和更低動能的等離 子體來更容易地切割。例如，發(fā)現(xiàn)優(yōu)選是產(chǎn)生包括大約80-90%熱能 和10-20%動能的等離子體來用于該切割。而且，圖2的等離子體產(chǎn)生裝置201的可選實施例包括5個中間電極209。不過應(yīng)當(dāng)知道，圖2中的等離子體產(chǎn)生裝置201的實施例 可以選擇地布置有比5個更多或更少的中間電極209。應(yīng)當(dāng)知道，節(jié)流部分27、 127、 227可以根據(jù)產(chǎn)生的等離子體的合 適特性而布置在等離子體槽道ll、 111、 211中的選擇位置。而且，應(yīng) 當(dāng)知道，除了上述區(qū)別，圖2-3中所示的實施例可以與圖la-lc中的 實施例類似的方式來布置。圖4表示了在生物組織上獲得不同效果的合適功率水平的實例。 圖4表示了這些功率水平怎樣與通過上述等離子體產(chǎn)生裝置1、 101、 201的等離子體槽道1、 111、 211而排出的等離子體射流的不同直徑 相關(guān)。為了在活組織上獲得不同效果(例如凝結(jié)、汽化和切割)，圖4 中表示了合適的功率水平。這些不同類型的效果可以根據(jù)等離子體射 流的直徑而在不同功率水平獲得。為了降低所需的工作電流，已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)優(yōu)選是減小等離子體產(chǎn)生裝置的等離子體槽道ll、 111、 211的直徑， 并因此減小由裝置產(chǎn)生的等離子體射流的直徑，如圖4中所示。圖5表示了在等離子體射流的溫度和向上述等離子體產(chǎn)生裝置1 、101、 201提供產(chǎn)生等離子體的氣體(例如氬氣)的容積流量之間的關(guān)系。為了獲得合適效果(例如凝結(jié)、汽化或切割)，發(fā)現(xiàn)優(yōu)選是在不同功率水平使用特定供給的氣體容積流量，如圖5中所示。為了在合適 功率水平下產(chǎn)生具有合適溫度的等離子體，如本文上面所述，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)優(yōu)選是提供具有較低氣體容積流量的產(chǎn)生等離子體的氣體。為了降 低所需工作電流，優(yōu)選是降低向等離子體產(chǎn)生裝置1、 101、 201供給 的產(chǎn)生等離子體的氣體的氣體容積流量。較高氣體容積流量也可能對 例如進(jìn)行治療的病人不利，因此應(yīng)當(dāng)使氣體容積流量保持較低。因此，在圖la-3所示的實施例中的等離子體產(chǎn)生裝置1、 101、 201可以產(chǎn)生具有這些特性的等離子體。還發(fā)現(xiàn)這有利于提供能夠用 于在合適工作電流和氣體容積流量下切割例如活生物組織的等離子體 產(chǎn)生裝置1、 101、 201。下面將參考圖la-lb介紹包含在等離子體產(chǎn)生裝置1、 101、 201 中的部件之間的合適幾何關(guān)系。應(yīng)當(dāng)知道，下面所述的尺寸只構(gòu)成等離子體產(chǎn)生裝置l、 101、 201的示例實施例，并能夠根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和 所希望的特性而變化。應(yīng)當(dāng)知道，圖la-b中所述的實例也可以用于圖 2-3中的實施例。絕緣體元件19的內(nèi)徑dj只是稍微大于陰極5的外徑dc。在一個 實施例中，在公共截面中，在陰極5和絕緣體元件19之間的截面差優(yōu) 選是等于或大于靠近陰極5的等離子體槽道11進(jìn)口的截面。在圖lb所示的實施例中，陰極5的外徑dc為大約0.50mm，絕緣 體元件19的內(nèi)徑di為大約0.80mm。在一個實施例中，陰極5布置成使得陰極頂端15的部分長度超過 絕緣體元件19的邊界表面21凸出。在圖lb中，陰極5的頂端15定 位成這樣，即頂端15的長度Le的大約一半超過絕緣體元件19的邊界 表面21而凸出。在圖lb所示的實施例中，該凸出lc大約對應(yīng)于陰極 5的直徑dc。陰極頂端15的總長度Lc優(yōu)選是大于陰極5在陰極頂端15的基部 處的直徑dc的1.5倍。優(yōu)選是，陰極頂端15的總長度Le為陰極5在 陰極頂端15的基部處的直徑dc的1.5-3倍。在圖lb所示的實施例中， 陰極頂端15的長度Lc對應(yīng)于陰極5在陰極頂端15的基部處的直徑 dc的大約2倍。在一個實施例中，陰極5的直徑dc在陰極頂端15的基部處為大 約0.3-0.6mm。在圖lb所示的實施例中，陰極5的直徑d。在陰極頂端 15的基部處為大約0.50mm。優(yōu)選是，陰極在陰極頂端15的基部和陰 極5的、與陰極頂端15相反的端部之間有基本相同的直徑dc。然而， 可以理解，可以沿陰極5的長度改變該直徑dc。在一個實施例中，等離子體腔室17的直徑Dch對應(yīng)于陰極5在陰 極頂端15的基部處的直徑dc的大約2-2.5倍。在圖lb所示的實施例 中，等離子體腔室17的直徑Dch對應(yīng)于陰極5的直徑dc的大約2倍。等離子體腔室17沿等離子體產(chǎn)生裝置1的縱向方向的長度L化對 應(yīng)于陰極5在陰極頂端15的基部處的直徑dc的大約2-2.5倍。在圖 lb所示的實施例中，等離子體腔室17的長度Lch大約對應(yīng)于等離子體腔室17的直徑Dch。在一個實施例中，陰極5的頂端15在等離子體腔室17的長度Lch 的一半上延伸，或者超過所述一半長度。在可選實施例中，陰極5的 頂端15在等離子體腔室17的長度L"的1/2至2/3上延伸。在圖lb 所示的實施例中，陰極頂端15至少在等離子體腔室17的長度La的 一半上延伸。在圖lb所示的實施例中，伸入等離子體腔室17中的陰極5定位 得離等離子體腔室17的、最靠近陽極7的端部的距離大約對應(yīng)于陰極 5在基部處的直徑dc。在圖lb所示的實施例中，等離子體腔室17與等離子體槽道11 的高壓腔室25流體連通。高壓腔室25優(yōu)選是直徑(U為大約 0.2-0.5mm。在圖lb所示的實施例中，高壓腔室25的直徑dch為大約 0.40mm。不過應(yīng)當(dāng)知道，高壓腔室25的直徑dch可以沿高壓腔室25 的長度以不同方式變化，以便提供不同的所需特性。在等離子體腔室17和高壓腔室25之間布置有過渡部分31，該過 渡部分31構(gòu)成在等離子體腔室17的直徑D"和高壓腔室25的直徑 dch之間的、沿從陰極5至陽極7方向的錐形過渡。過渡部分31可以 以多種可選方式設(shè)計。在圖lb所示的實施例中，過渡部分31設(shè)計為 斜邊緣，該斜邊緣形成在等離子體腔室17的內(nèi)徑D"和高壓腔室25 的內(nèi)徑dch之間的過渡。不過，應(yīng)當(dāng)知道，等離子體腔室17和高壓腔 室25可以布置成相互直接接觸，而沒有布置在兩者之間的過渡部分 31。使用圖lb中所示的過渡部分31能夠有利地抽取熱量，以便冷卻 等離子體腔室17和高壓腔室25附近的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選是，等離子體產(chǎn)生裝置1可以提供為一次性儀器的一部分。 例如，具有等離子體產(chǎn)生裝置1、外殼、管、連接端子等的整個裝置 可以作為一次性儀器來出售。也可選擇，只有等離子體產(chǎn)生裝置可以 是一次性的，并與多次使用的裝置連接。在本發(fā)明的范圍內(nèi)也可以考慮其它實施例和變化形式。例如，電 極9'、 9"、 9'"的數(shù)目和形狀可以根據(jù)使用的產(chǎn)生等離子體的氣體的類型和希望產(chǎn)生的等離子體的特性而變化。在使用時，產(chǎn)生等離子體的氣體(例如氬氣)通過氣體供給部分供給在陰極5和絕緣體元件19之間的空間，如上所迷。供給的產(chǎn)生等 離子體的氣體通過等離子體腔室17和等離子體槽道11，以便通過陽 極7中的等離子體槽道11開口而排出。當(dāng)建立氣體供給后，電壓系統(tǒng) 打開，這起動在等離子體槽道ll中的放電處理，并在陰極5和陽極7 之間形成電弧。在建立電弧之前，優(yōu)選是通過冷卻劑槽道23而將冷卻 劑供給等離子體產(chǎn)生裝置1，如上所述。當(dāng)建立電弧后，氣體等離子 體在等離子體腔室17中產(chǎn)生，并在加熱過程中通過等離子體槽道11 并通向陽極7中的開口。用于圖1-3的等離子體產(chǎn)生裝置1、 101、 201的合適工作電流為 4-10安培，優(yōu)選是4-8安培。等離子體產(chǎn)生裝置l、 101、 201的工作 電壓特別取決于中間電極的數(shù)目和中間電極的長度。等離子體槽道的 相對較小直徑能夠在使用等離子體產(chǎn)生裝置1、 101、 201時有相對較 低能量消耗和相對較低工作電流。在陰極5和陽極7之間形成電弧時，溫度T主要在中心沿等離子 體槽道的中心軸線，并與放電電流I和等離子體槽道的直徑dch之間的 關(guān)系成正比(T=K*I/dch)。為了在相對較低電流下提供較高溫度的等 離子體(例如1100(TC至20000。C )，在陽極7中的等離子體槽道的出 口處，等離子體槽道的截面(因此加熱氣體的電弧的截面)較小。通 過較小截面電弧，在等離子體槽道中的電場強(qiáng)度具有較高值。圖la-3的等離子體產(chǎn)生裝置的不同實施例不僅可以用于切割活 生物組織，而且可以用于凝結(jié)和/或汽化。通過使手簡單運(yùn)動，操作人 員能夠使等離子體產(chǎn)生裝置在凝結(jié)、汽化和凝結(jié)之間合適轉(zhuǎn)換。
權(quán)利要求
1.一種等離子體產(chǎn)生裝置，包括陽極；陰極；以及等離子體槽道，該等離子體槽道沿縱向在所述陰極和所述陽極之間延伸并穿過所述陽極，并有在最遠(yuǎn)離所述陰極的端部處的出口開口，所述等離子體槽道的一部分由相互電絕緣的一個或多個中間電極以及所述陽極而形成；所述等離子體槽道有節(jié)流部分，所述節(jié)流部分將所述等離子體槽道分成(1)高壓腔室，該高壓腔室有與等離子體槽道的縱向方向橫切的第一最大截面表面，所述高壓腔室位于節(jié)流部分的、最靠近陰極的一側(cè)；以及(2)低壓腔室，該低壓腔室有與等離子體槽道的縱向方向橫切的第二最大截面表面，所述低壓腔室位于節(jié)流部分的、最遠(yuǎn)離陰極的一側(cè)；所述節(jié)流部分有與等離子體槽道的縱向方向橫切的第三截面表面，該第三截面表面小于所述第一最大截面表面和所述第二最大截面表面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述節(jié)流部 分是拉法爾噴嘴。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述節(jié)流部 分是超音速噴嘴。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述高壓腔 室基本由所述至少一個中間電極而形成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述高壓腔 室由兩個或更多中間電極而形成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述高壓腔室由三個或更多中間電極而形成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述第二最 大截面表面小于或等于0.65mm2。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述第三截 面表面在0.008mm2和0.12mm2之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述第一最 大截面表面在0.03mm2和0.65mm2之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述節(jié)流 部分由中間電極而形成。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述低壓 腔室由至少一個中間電極而形成。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述節(jié)流 部分沿縱向布置在兩個中間電極之間。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述節(jié)流 部分沿縱向布置在形成高壓腔室的一部分的至少兩個中間電極和形成 低壓腔室的 一 部分的至少兩個中間電極之間。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述等離 子體槽道的、由一個或多個中間電極形成的所述部分由兩個或更多中 間電極而形成。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述等離 子體槽道的、由一個或多個中間電極形成的所述部分由3-10個中間電 極而形成。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述第一 最大截面表面、所述第二最大截面表面和所述第三截面表面為圓形。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體產(chǎn)生裝置，還包括與所述 高壓腔室連接的等離子體腔室，其中，所述陰極有頂端，所述頂端是陰極的、最靠近陽極的部分， 并朝著陽極漸縮，陰極頂端的一部分在等離子體腔室的部分長度上延伸；其中，所述等離子體腔室有與所述等離子體槽道的縱向方向橫切 的第四截面表面，在陰極頂端的、最靠近陽極的端部處的所述第四截 面表面大于所述第一最大截面表面。
18. —種等離子體外科手術(shù)裝置，包括如權(quán)利要求1所述的等離 子體產(chǎn)生裝置。
19. 如權(quán)利要求18所述的等離子體外科手術(shù)裝置的應(yīng)用，它用于 切割生物組織。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的應(yīng)用，它用于心臟或腦外科手術(shù)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的應(yīng)用，它用于肝、脾或腎的外科手術(shù)。
22. —種產(chǎn)生等離子體的方法，包括在4-10安培的工作電流下 以0.05 1/min至1.00 1/min的速率向如斥又利要求1所述的等離子體產(chǎn)生 裝置供給產(chǎn)生等離子體的氣體流。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述產(chǎn)生等離子體的氣 體是惰性氣體。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述產(chǎn)生等離子體的氣 體是氬氣。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，適用于切割生物組織。
26. —種使用等離子體產(chǎn)生裝置來產(chǎn)生等離子體的方法，該等離 子體產(chǎn)生裝置包括陽極、陰極和等離子體槽道，該等離子體槽道在所 述陰極和所述陽極之間延伸并通過該陽極，且有在最遠(yuǎn)離所迷陰極的 端部處的出口開口 ，所述等離子體槽道的一部分由彼此電絕緣的一個 或多個中間電極以及陽極而形成，所述等離子體槽道有節(jié)流部分，該 節(jié)流部分將所述等離子體槽道分成高壓腔室和低壓腔室，所述高壓腔 室位于節(jié)流部分的、最靠近陰極的一側(cè)，所述低壓腔室位于節(jié)流部分 的、最遠(yuǎn)離陰極的一側(cè)，該方法包括向高壓腔室中提供等離子體； 使高壓腔室中的等離子體增壓； 通過一個或多個中間電極來加熱等離子體； 在使等離子體增壓后使得等離子體通過所述節(jié)流部分；以及然后通過等離子體槽道的出口開口來排出所述等離子體。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中增加等離子體的能量密 度包括使高壓腔室中的等離子體增壓至在3和8巴之間的壓力。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中壓力在5和6巴之間。
29. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中等離子體的減壓包括將 等離子體的壓力減小至超過等離子體裝置的出口開口外部的大氣壓力 少于2巴的壓力。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中超過壓力為0.25-1巴
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中超過壓力為0.5-1巴。
32. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中加速所述等離子體的步 驟包括在節(jié)流部分附近將等離子體加速至等于或大于馬赫數(shù)1的速 度。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中該速度是l-3倍超音速。
34. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中等離子體的加熱包括將 等離子體加熱至在11000。C和20000。C之間的溫度。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中該溫度是13000-18000"C。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中該溫度是14000-16000。C。
37. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括提供產(chǎn)生等離子體的 氣體。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中產(chǎn)生等離子體的氣體的 流速在0.05 1/min和1.0 1/min之間。
39. 才艮據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中流速在0.1 1/min和0.80 1/min之間。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中流速在0.15 1/min和0.50 1/min之間。
41. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括使所述等離子體作為 等離子體射流而排出，該等離子體射流的截面小于0.65mm2。
42. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中截面在0.07mm2和 0.50mm2之間。
43. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中截面在0.13mm2和 0.30mm2之間。
44. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括向等離子體產(chǎn)生裝置 供給在4和10安培之間的工作電流。
45. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中工作電流為4-8安培。
46. —種用于切割生物組織的方法，包括如權(quán)利要求26所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種等離子體產(chǎn)生裝置，它包括陽極、陰極和細(xì)長等離子體槽道，該等離子體槽道基本沿從所述陰極至所述陽極的方向延伸。等離子體槽道有節(jié)流部分，該節(jié)流部分布置在所述等離子體槽道中并在所述陰極和布置于所述陽極中的出口開口之間。所述節(jié)流部分將所述等離子體槽道分成高壓腔室和低壓腔室，該高壓腔室位于節(jié)流部分的、最靠近陰極的一側(cè)，并有與等離子體槽道的縱向方向橫切的第一最大截面表面，該低壓腔室開口于所述陽極中，并有與等離子體槽道的縱向方向橫切的第二最大截面表面，所述節(jié)流部分有與等離子體槽道的縱向方向橫切的第三截面表面，該第三截面表面小于所述第一最大截面表面和所述第二最大截面表面。而且，至少一個中間電極布置在所述陰極和所述節(jié)流部分之間。本發(fā)明還涉及等離子體外科手術(shù)裝置、該等離子體外科手術(shù)裝置在外科手術(shù)中的應(yīng)用以及產(chǎn)生等離子體的方法。
文檔編號H05H1/26GK101243730SQ200680030216
公開日2008年8月13日 申請日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者N·蘇斯洛夫 申請人:普拉斯馬外科股份公司;普拉斯馬外科投資有限公司