CN113827337A - 一种等离子手术刀及其等离子手术*** - Google Patents

一种等离子手术刀及其等离子手术*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种等离子手术刀及其等离子手术***，其中等离子手术刀为多层同心结构，包括外电极，绝缘层，内电极，反射层，和光栅光纤，等离子刀多层为同心的杆状结构，光栅光纤上刻蚀有用于温度感应的光栅，光栅光纤外壁包覆有管型内电极，光栅光纤和内电极间设有低折射率的反射层，内电极外壁设有外电极，内电极与外电极间设有绝缘层，光纤光栅轴心至内电极端面的距离小于5mm，内电极端部延伸出绝缘层长度为2‑5mm。相较于单极等离子刀，双极型等离子刀对电场的约束作用更为明显，可以将等离子体集中在更小的区域，尽可能避免造成手术伤害，有助增强手术成功率，减少患者所受痛苦，因而更加适合进行微细操作。

Description

一种等离子手术刀及其等离子手术***
技术领域
本发明涉及等离子手术刀及其等离子等离子手术***领域技术，尤其涉及一种等离子手术刀及其等离子手术***。
背景技术
目前市面上离子手术刀及其等离子等离子手术***普遍不够实用，大部分等离子手术刀缺乏温度测量与阻抗测量，等离子手术过程中患区温度过高可能对病人造成额外伤害，医用高温等离子体的中心温度可达150°，低温等离子体也可达到最高70°，等离子微创手术必须严格控制升温区域的范围；不论哪种等离子刀，人体组织都需要参与到射频电流回路中，因而人体或局部区域的阻抗也会影响射频电流的大小，人体组织阻抗会影响等离子电流大小，这对于手术操作的影响是较为严重的。一方面，等离子放电电量的大小需要与手术部位的人体组织阻抗相匹配，电流过大或过小都会影响预期效果的达到，同时还有可能给病人造成不必要的伤害；另一方面，等离子手术过程不仅只是最后的一刀放电，等离子刀进入人体后要想精准的到达手术区域，需要经过多次的导航和定位过程，一旦定位错误其后果将非常严重，一种直观有效的等离子刀的定位方法，是通过施加小电流对病人进行轻微的刺激，当刺激到人体的运动神经时，该神经所支配的肌肉组织会发生运动反射，当刺激到感觉神经时，神经纤维的电变化会被传入大脑被人体所感觉到，这个定位过程不能对人体组织产生任何损伤，因而所发出的电流量不能过大，此时人体组织的阻抗就必须要考虑进去，对等离子放电回路实施实时阻抗测量，是等离子微创手术设备的一项重要功能。
另外随着科技的进步，微创手术追求在病人体表的开口越小越好，因此微创等离子刀往往需要越细越好，其直径一般不超过1mm，手术中的温度峰值发生在刀尖处，同时为了确定温度的扩散范围，在离开刀尖点数毫米处也需要进行温度测量，温度测量与阻抗测量缺失，这导致等离子手术刀使用范围受限，容易造成手术伤害，给患者和医生造成很多困扰，因此该方面的技术前景广阔，还有深入挖掘的空间。
发明内容
鉴于上述技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种等离子手术刀及其等离子手术***，旨在解决目前市场上现有其他设备存在没有温度测量与阻抗测量，容易造成额外伤害的问题。
为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种等离子手术刀，等离子手术刀是多层同心结构，包括外电极 1，绝缘层2，内电极3，反射层4，和光栅光纤5，等离子刀多层为同心的杆状结构，光栅光纤5直径范围为0.1-0.15mm，光栅光纤5 上刻蚀有用于温度感应的光栅，光栅光纤5外壁包覆有管型内电极3，内电极3壁厚范围0.25-0.5mm，光栅光纤5和内电极3间设有低折射率的反射层4，内电极3外壁设有外电极1，外电极1壁厚小于1mm，内电极3与外电极1间设有绝缘层2，光纤光栅5轴心至内电极3端面的距离小于5mm，内电极3端部延伸出绝缘层2长度为2-5mm，绝缘层2端部延伸出外电极1长度为2-5mm；内电极3的端部设有防止损伤人体组织的球型头。
作为优选方案，光栅光纤5包括多个光栅，每根光栅长度小于 3mm，光栅的轴心至内电极3端面的距离小于5mm，相邻两个测温光栅的中心位置之间的间距为4-8mm。
作为优选方案，光栅光纤5包括2-5根测温光纤6，其中第一根测温光纤6测温光栅的轴心至内电极3端面的距离小于5mm，其余每根测温光纤6的测温光栅轴心至第一根测温光纤6的测温光栅轴心距离为4-8mm。
进一步地，光栅光纤温度传感器是当前新兴的一种微细测温技术，该传感器的主体是一根单芯光纤，在光纤的某个位置通过激光技术刻蚀有一段光栅，当光线通过光栅时，波长与光栅缝距相匹配的光在衍射作用下会发生反射，且当光栅位置处温度发生变化时，光热效应会使得反射光的中心频率发生偏移，利用这个现象，在光栅光纤5的一端照入复合频率的光源，并测量反射光的中心频率，即可对应得到光栅位置的温度，在现在精密测量技术的支持下，在光纤上还可以同时刻蚀多个光栅，通过测量不同时间的反射波长在同一根光纤上同时获得多点温度，光栅光纤温度传感器尺寸小，单光纤直径仅为0.125mm，加上外部的反射层4，直径也不超过0.25mm，同时既没有金属材料又无需用电，具有极好的抗腐蚀和抗电磁干扰能力，再加上可以在单光纤上进行多点温度测量，这些特性都是传统的热电偶所不具备的，非常适合于在等离子微创手术中使用。
本技术方案还提供一种等离子手术***，其特征在于，包括电源模块，主控模块，射频发生模块，低频交流发生模块，光栅光纤调解模块，阻抗测量电路，切换开关，控制和显示面板，以及如权利要求 1至4任一项的等离子手术刀，电源模块采用AMS1117芯片稳定输出 5V电压，电源端接入200-250V交流电，经过变压器T1降压，整流桥D1，电容C3，C4，交流改变为直流接入AMS1117芯片，稳定输出 5V驱动电压。
作为优选方案，射频发生模块用于产生低温等离子体所需的 50KHz-500KHz射频电源，低频交流发生模块用于产生神经电刺激所需的0.1-100Hz低频交流电源，切换开关可在这两种电信号之间选则一种送往等离子刀，控制面板可以调节供电参数，阻抗测量电路同时对供电电压电流等信息进行实时测量，实时计算和显示等离子放电回路的组织阻抗，光栅光纤调解模块则用于驱动光栅光纤温度传感器，手术区温度信息也同时在面板上进行实时显示，各个模块协同工作。
作为优选方案，主控模块的主芯片STM32F103C8T6 U1的1管脚， 24管脚，36管脚，48管脚连接在一起接5V电压，5管脚，6管脚接时钟电路，8管脚，23管脚，35管脚，47管脚连接在一起接地，9 管脚接5V电压，10管脚接LCD的Ln1管脚，11管脚接LCD的Ln2管脚，12管脚接LCD的Ln3管脚，13管脚接LCD的Ln4管脚，14管脚接LCD的Ln5管脚，15管脚经过一个按键KEY1，一个电阻R2接地， 16管脚经过一个按键KEY2，一个电阻R3接地，17管脚经过一个按键KEY3，一个电阻R4接地，18管脚经过一个按键KEY4，一个电阻R5接地，28管脚接光栅光纤波形采模组P3的RX接口，29管脚接光栅光纤波形采模组P3的TX接口，39管脚的第一引脚经过一个电容 C7接地，第二引脚经过一个电阻R9接地，第三引脚经过一个电阻R8 接等离子刀输出端OUT2，40管脚的第一引脚经过一个电容C6接地，第二引脚经过一个电阻R7接地，第三引脚经过一个电阻R6接等离子刀输出端OUT1，41管脚接射频模组P2的D接口，42管脚接射频模组P2的I接口，43管脚接射频模组P2的P接口，44管脚接低频交流模组P1的DIR接口，45管脚接低频交流模组P1的PWM接口，46 管脚接低频交流模组P1的EN接口。
作为优选方案，射频发生模块，P,I,D接口连接主控芯片 STM32F103C8T6，进行信息交换，输出端经过切换开关转换连接等离子刀；低频交流发生模块，EN，PWM，DIR接口连接主控芯片 STM32F103C8T6，进行信息交换，输出端经过切换开关转换连接等离子刀。
作为优选方案，光栅光纤调解模块主要由光栅光纤波形采模组和光栅光纤探头组成，光栅光纤波形采模组P3的1管脚接5V电源，2,3 管脚接主控芯片STM32F103C8T6，4管脚接地，5管脚接光栅光纤探头J2的4管脚，6管脚接光栅光纤探头J2的3管脚,7管脚接光栅光纤探头J2的2管脚，8管脚接光栅光纤探头J2的1管脚。
作为优选方案，阻抗测量电路一端连接主控芯片STM32F103C8T6，另一端连接等离子刀；按键模块，一端连接述主控芯片STM32F103C8T6，另一端接地。
作为优选方案，显示模块主要由LCD驱动芯片U2和LCD显示屏 J1组成，LCD驱动芯片U2一端连接主控芯片STM32F103C8T6，另一端经过LCD总线接LCD显示屏J1。
有益效果：
本发明的有益效果是：等离子刀在高压射频电源的驱动下，在刀尖处通过电弧放电释放出等离子体。双极或多级等离子刀的等离子体电流从其中一级发出再从另一极流入，利用两极间的放电电弧对人体组织进行手术操作。所形成的射频电流在紧贴刀尖的周边区域具有最高的电荷密度和电流强度，并因而产生切割或融和作用。相较于单极等离子刀，双极型等离子刀对电场的约束作用更为明显，可以将等离子体集中在更小的区域，尽可能避免造成手术伤害，有助增强手术成功率，减少患者所受痛苦，因而更加适合进行微细操作。
附图说明
图1为电源模块；
图2为主控模块；
图3为射频发生模块和低频交流发生模块；
图4为光栅光纤调解模块；
图5为阻抗测量电路；
图6为按键模块；
图7为显示模块；
图8为等离子等离子手术***组成框图；
图9为一种单芯单光栅管型内电极等离子刀结构剖视图；
图10为一种单芯等离子刀结构截面图；
图11为一种单芯多光栅球端内电极等离子刀结构剖视图；
图12为一种多芯等离子刀结构截面图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。
如图9-12所示，一种等离子手术刀，等离子手术刀是多层同心结构，包括外电极1，绝缘层2，内电极3，反射层4，和光栅光纤5，等离子刀多层为同心的杆状结构，光栅光纤5直径范围为0.1-0.15mm，光栅光纤5上刻蚀有用于温度感应的光栅，光栅光纤5外壁包覆有管型内电极3，内电极3壁厚范围0.25-0.5mm，光栅光纤5和内电极3 间设有低折射率的反射层4，内电极3外壁设有外电极1，外电极1 壁厚小于1mm，内电极3与外电极1间设有绝缘层2，光纤光栅5轴心至内电极3端面的距离小于5mm，内电极3端部延伸出绝缘层2长度为2-5mm，绝缘层2端部延伸出外电极1长度为2-5mm；内电极3 的端部设有防止损伤人体组织的球型头。
单芯实施例，光栅光纤5包括多个光栅，每根光栅长度小于3mm，光栅的轴心至内电极3端面的距离小于5mm，相邻两个测温光栅的中心位置之间的间距为4-8mm。
多芯实施例，光栅光纤5包括2-5根测温光纤6，其中第一根测温光纤6测温光栅的轴心至内电极3端面的距离小于5mm，其余每根测温光纤6的测温光栅轴心至第一根测温光纤6的测温光栅轴心距离为4-8mm。
进一步地，光栅光纤温度传感器是当前新兴的一种微细测温技术，该传感器的主体是一根单芯光纤，在光纤的某个位置通过激光技术刻蚀有一段光栅，当光线通过光栅时，波长与光栅缝距相匹配的光在衍射作用下会发生反射，且当光栅位置处温度发生变化时，光热效应会使得反射光的中心频率发生偏移，利用这个现象，在光栅光纤5的一端照入复合频率的光源，并测量反射光的中心频率，即可对应得到光栅位置的温度，在现在精密测量技术的支持下，在光纤上还可以同时刻蚀多个光栅，通过测量不同时间的反射波长在同一根光纤上同时获得多点温度，光栅光纤温度传感器尺寸小，单光纤直径仅为0.125mm，加上外部的反射层4，直径也不超过0.25mm，同时既没有金属材料又无需用电，具有极好的抗腐蚀和抗电磁干扰能力，再加上可以在单光纤上进行多点温度测量，这些特性都是传统的热电偶所不具备的，非常适合于在等离子微创手术中使用。
本实施例还包括一种等离子手术***，包括电源模块，主控模块，射频发生模块，低频交流发生模块，光栅光纤调解模块，阻抗测量电路，切换开关，控制和显示面板，以及等离子手术刀，其中电源模块向全***供电，射频发生模块用于产生低温等离子体所需的50KHz-500KHz射频电源，低频交流发生模块用于产生神经电刺激所需的0.1-100Hz低频交流电源，切换开关可在这两种电信号之间选则一种送往等离子刀，控制面板可以调节供电参数，阻抗测量电路同时对供电电压电流等信息进行实时测量，实时计算和显示等离子放电回路的组织阻抗，光栅光纤调解模块则用于驱动光栅光纤温度传感器，手术区温度信息也同时在面板上进行实时显示，整个***在主控模块的控制下协同工作。
如图1所示，电源模块采用AMS1117芯片稳定输出5V电压，电源端接入200-250V交流电，经过变压器T1降压，整流桥D1，电容 C3，C4，交流改变为直流接入AMS1117芯片，稳定输出5V驱动电压。
如图2所示，主控模块的主芯片STM32F103C8T6 U1的1管脚， 24管脚，36管脚，48管脚连接在一起接5V电压，5管脚，6管脚接时钟电路，8管脚，23管脚，35管脚，47管脚连接在一起接地，9 管脚接5V电压，10管脚接LCD的Ln1管脚，11管脚接LCD的Ln2管脚，12管脚接LCD的Ln3管脚，13管脚接LCD的Ln4管脚，14管脚接LCD的Ln5管脚，15管脚经过一个按键KEY1，一个电阻R2接地， 16管脚经过一个按键KEY2，一个电阻R3接地，17管脚经过一个按键KEY3，一个电阻R4接地，18管脚经过一个按键KEY4，一个电阻 R5接地，28管脚接光栅光纤波形采模组P3的RX接口，29管脚接光栅光纤波形采模组P3的TX接口，39管脚的第一引脚经过一个电容C7接地，第二引脚经过一个电阻R9接地，第三引脚经过一个电阻R8 接等离子刀输出端OUT2，40管脚的第一引脚经过一个电容C6接地，第二引脚经过一个电阻R7接地，第三引脚经过一个电阻R6接等离子刀输出端OUT1，41管脚接射频模组P2的D接口，42管脚接射频模组P2的I接口，43管脚接射频模组P2的P接口，44管脚接低频交流模组P1的DIR接口，45管脚接低频交流模组P1的PWM接口，46 管脚接低频交流模组P1的EN接口。
如图3所示，射频发生模块，P,I,D接口连接主控芯片 STM32F103C8T6，进行信息交换，输出端经过切换开关转换连接等离子刀；低频交流发生模块，EN，PWM，DIR接口连接主控芯片 STM32F103C8T6，进行信息交换，输出端经过切换开关转换连接等离子刀。
如图4所示，光栅光纤调解模块主要由光栅光纤波形采模组和光栅光纤探头组成，光栅光纤波形采模组P3的1管脚接5V电源，2,3 管脚接主控芯片STM32F103C8T6，4管脚接地，5管脚接光栅光纤探头J2的4管脚，6管脚接光栅光纤探头J2的3管脚,7管脚接光栅光纤探头J2的2管脚，8管脚接光栅光纤探头J2的1管脚。
如图5-6所示，阻抗测量电路一端连接主控芯片STM32F103C8T6，另一端连接等离子刀；按键模块，一端连接述主控芯片STM32F103C8T6，另一端接地。
如图7所示，显示模块主要由LCD驱动芯片U2和LCD显示屏J1 组成，LCD驱动芯片U2一端连接主控芯片STM32F103C8T6，另一端经过LCD总线接LCD显示屏J1。
如图8所示，等离子等离子手术***，尤其是微创低温等离子等离子手术***，包括：电源模块，主控模块，射频发生模块，低频交流发生模块，光栅光纤调解模块，阻抗测量电路，切换开关，控制和显示面板，其中电源模块向全***供电，射频发生模块用于产生低温等离子体所需的50KHz-500KHz射频电源，低频交流发生模块用于产生神经电刺激所需的0.1-100Hz低频交流电源，切换开关可在这两种电信号之间选则一种送往等离子刀，控制面板可以调节供电参数，阻抗测量电路同时对供电电压电流等信息进行实时测量，实时计算和显示等离子放电回路的组织阻抗，光栅光纤调解模块则用于驱动光栅光纤温度传感器，手术区温度信息也同时在面板上进行实时显示，整个***在主控模块的控制下协同工作。

Claims (5)

1.一种等离子手术刀，其特征在于，所述等离子手术刀是多层同心结构，包括外电极(1)，绝缘层(2)，内电极(3)，反射层(4)，和光栅光纤(5)，所述等离子刀多层为同心的杆状结构，所述光栅光纤(5)直径范围为0.1-0.15mm，所述光栅光纤(5)上刻蚀有用于温度感应的光栅，所述光栅光纤(5)外壁包覆有管型内电极(3)，所述内电极(3)壁厚范围0.25-0.5mm，所述光栅光纤(5)和所述内电极(3)间设有低折射率的反射层(4)，所述内电极(3)外壁设有外电极(1)，所述外电极(1)壁厚小于1mm，所述内电极(3)与所述外电极(1)间设有绝缘层(2)，所述光纤光栅(5)轴心至内电极(3)端面的距离小于5mm，所述内电极(3)端部延伸出绝缘层(2)长度为2-5mm，所述绝缘层(2)端部延伸出外电极(1)长度为2-5mm；所述内电极(3)的端部设有防止损伤人体组织的球型头。
2.根据权利要求1所述的一种等离子手术刀，其特征在于，所述光栅光纤(5)包括多个光栅，每根所述光栅长度小于3mm，所述光栅的轴心至内电极(3)端面的距离小于5mm，相邻两个所述测温光栅的中心位置之间的间距为4-8mm。
3.根据权利要求1所述的一种等离子手术刀，其特征在于，所述光栅光纤(5)包括2-5根所述测温光纤(6)，其中第一根所述测温光纤(6)测温光栅的轴心至内电极(3)端面的距离小于5mm，其余每根所述测温光纤(6)的测温光栅轴心至第一根测温光纤(6)的测温光栅轴心距离为4-8mm。
4.一种等离子手术***，其特征在于，包括电源模块，主控模块，射频发生模块，低频交流发生模块，光栅光纤调解模块，阻抗测量电路，切换开关，控制和显示面板，以及如权利要求1至4任一项所述的等离子手术刀。
5.根据权利要求4所述的一种等离子手术***，其特征在于，所述射频发生模块用于产生低温等离子体所需的50KHz-500KHz射频电源，所述低频交流发生模块用于产生神经电刺激所需的0.1-100Hz低频交流电源，切换开关可在这两种电信号之间选则一种送往等离子刀，所述控制面板可以调节供电参数，所述阻抗测量电路同时对供电电压电流等信息进行实时测量，实时计算和显示等离子放电回路的组织阻抗，所述光栅光纤调解模块则用于驱动光栅光纤温度传感器，手术区温度信息也同时在面板上进行实时显示，各个模块协同工作。
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