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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer ionisierten
Gasplasmaflamme zur Verwendung in der Medizin, insbesondere zur
Kauterisation. Eine bekannte Vorrichtung zum Erzeugen einer ionisierten
Gasplasmaflamme zur Verwendung bei der Kauterisation ist in der
WO 95/26686 offenbart und schafft eine Flamme vom Corona-Typ, die aus
einer Düse
austritt. Die Coronaflamme hat eine hohe Elektronentemperatur, aber
eine geringe Molekulartemperatur, typischerweise 20°C. Wenn die Düse nahe
(höchstens
5 mm) an eine Fläche,
die mit der elektrischen Masse verbunden ist, entweder direkt oder
aber durch eine Streukapazität
gebracht wird, ändert
sich die Flamme vom Corona-Typ in eine Bogenentladungsflamme (die
eine hohe Molekulartemperatur typischerweise in der Größenordnung von
800°C hat).
Die Flamme findet in dem Plasma statt, das durch ein strömendes Gas
geschaffen wird, das inert ist und die Oxidation an der geerdeten
Fläche
minimiert.
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Wenn
die Fläche
ein Teil eines menschlichen oder tierischen Körpers ist, kann das Plasma
verwendet werden, um den Strom von aus dem zerstörten Gewebe austretendes Blut
durch Kauterisation zu stoppen. Alternativ kann die Hitze von der
Bogenentladungsflamme verwendet werden, um Schichten des Gewebes
zu entfernen.
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Einige
chirurgische Techniken verlangen sehr geringe Arbeitsleistungen,
beispielsweise weniger als 50 W. Die Kauterisationsvorrichtung nach dem
Stand der Technik erfordert komplexe Steuerverfahren zum Erzeugen
von Betriebsleistungen von weniger als 50 W. Typischerweise bringen
diese komplexen Steuerverfahren Energiestöße mit Radiofrequenz (in dem
Bereich von 1 MHz) auf das Plasma auf.
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Ein
Arbeiten bei Leistungspegeln von weniger als 5 W erfordert besondere
Sorgfalt, da die erforderliche Spannung, um eine Entladung bei diesen geringen
Betriebsleistungen (5 W) zu initiieren, dieselbe ist, wie die Spannung,
die erforderlich ist, um eine Entladung bei höheren Betriebsleistungen, (größer als
150 W) zu initiieren. Die Verwendung einer hohen Spannung erhöht die Leistung,
die auf das Plasma aufgebracht wird. Die Vorrichtung nach dem Stand
der Technik verwendet eine hohe Ausgangsimpedanzeschaltung zum Ergänzen des
Stromflusses bei einem Betreiben bei Leistungspegeln unterhalb 5
W, diese Schaltungen mit hoher Ausgangsleistung sind jedoch sehr
komplex.
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In
der europäischen
Patentanmeldung
EP 0 800 795 wird
eine alternative medizinische Koagulationsvorrichtung beschreiben.
Die beschriebene Vorrichtung ist dazu eingerichtet, den Pegel eines
elektrischen Stromes, der in einem lebenden Körper strömt, abzusenken mit dem besonderen
Ziel der Minimierung des Risikos eines Patienten, während der Verwendung
von elektrischen Skalpellen und Argonstrahlkoagulatoren thermische
Verbrennungen zu erleiden. Um dieses Ziel zu erreichen, verwendet
die Vorrichtung einen elektrischen Resonanzkreis, um eine Spannung
für einen
Aufspanntransformator, der in der von Hand gehaltenen Sonde angeordnet
ist, zu erzeugen. Eine automatische Abstimmschaltung ist zur hilfsweisen
Beobachtung vorgesehen und stimmt den elektrischen Resonanzkreis
auf die Resonanzfrequenz, den die Sekundärseite des Transformators erfährt, ab,
um so ständig
den Stromfluss zu minimieren.
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Die
bekannte Vorrichtung hat eine Anzahl von Nachteilen. So führt der
Aufspanntransformator in der von Hand gehaltenen Sonde zu Problemen
mit der Sterilisation des Gerätes.
Mehrere Geräte
erfordern dann eine Sterilisation zwischen Operationen an unterschiedlichen
Patienten. In der Praxis erfordert die Sterilisation der Ausrüstung hohe
Spannungen, so dass die Sterilisation aufgrund der Möglichkeit
des Eindringens von Dampf, der zu einem elektrischen Kurzschluss über den
Transformator führen könnte, schwierig
ist. Eine übliche
Lösung
des Problems der Sterilisation innerhalb des medizinischen Bereiches
ist das Wegwerfen von Elementen, die in während des chirurgischen Eingriffes
in direkten Kontakt kommen. Von Hand gehaltene Sonden mit einer elektrischen
Schaltung sind jedoch offenbar in der Herstellung teurer, so dass
das Wegwerfen nach der Verwendung sich nicht anbietet. Ein weiterer
Nachteil der beschriebenen Vorrichtung besteht darin, dass Situationen
auftreten, wo es erforderlich ist, die Leistungspegel innerhalb
der Plasmaflamme zu verändern,
um unterschiedlichen Typen von chirurgischen Eingriffen zu entsprechen.
Die Ausbildung des elektrischen Resonanzkreises der beschriebenen
Vorrichtung macht einen solchen Vorgang nicht möglich, da es einen Rückweg für den Primärstrom des
Transformators erfordert.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Schaltung
zum Steuern einer Kauterisationsvorrichtung bei geringen Leistungen zu
schaffen.
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Nach
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird eine Vorrichtung
zum Erzeugen einer ionisierten Gasplamaflamme zur Verwendung in
der Medizin, insbesondere zur Kauterisation geschaffen die aufweist:
eine
elektrische Stromquelle (12) die eine Wechselspannungsleistung
(14) mit einer festen Frequenz in niedrigem Kilohertzbereich
und mit einer Stärke
von weniger als 100 V;
ein Spaltmittel (16, 20, 26),
das aus einem Aufspanntransformator (20) und einem Resonanzkreis
(16, 26) besteht, wobei der Resonanzkreis (16, 26)
ungefähr bei
einer festen Frequenz der elektrischen Spannungsquelle (12)
resonant ist;
ein Leistungsmittel (32), das einen
einzigen isolierten Stromleiter (30) mindestens entlang
eines Teiles seiner Gesamtlänge
umgibt, um ein im Wesentlichen invertes Gas an eine von einer Isolation
freien Spitze (42) des Leiters (30) anzulegen;
ein
Endstück
(36), das das Leitungsmittel (32) abschließt und das
die von einer Isolation freien Spitze (42) des Leiters
umgibt, so dass das Endstück
(36) an seinem freien Ende eine Düse definiert, durch die der
Gasstrom austreten kann;
wobei der Resonanzkreis (16, 26)
ein Drosselelement (26) parallel zu der von einer Isolation
freien Spitze (42) hat und eine Induktivität (52),
die in Reihe mit der von einer isolationsfreien Spitze (42)
liegt, um so einen Plasmastromfluss zu begrenzen, während das
Schaltmittel eine verstärkte
Spannung an die von einer Isolation freien Spitze (42)
anlegt, so dass der Gasstrom durch die verstärkte Spannung zur Bildung eines
Plasmas (44) an der von einer Isolation freien Spitze (42)
ionisiert wird;
dadurch gekennzeichnet, dass
der einzelne
isolierte elektrische Leiter (30), die von einer Isolation
freien Spitze (42) mit dem Schaltmittel (16, 20, 26)
verbindet, um so die Anordnung des Schaltmittels außerhalb
des Endstücks
(36) zu ermöglichen.
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Durch
die vorliegende Erfindung kann eine Spannungsversorgung mit geringer
Spannung und fester Frequenz verwendet werden, um eine Plasmaentladung
von geringer Leistung zu initiieren und aufrecht zu erhalten. Dies
wird durch die Verwendung einer Drossel erreicht, die bei einer
festen Frequenz resonant ist, so dass dann, wenn das Plasma gebildet wird,
die Spannung aufgrund der Impedanz, die durch das Plasma relativ
zu dem Resonanzkreis erzeugt wird, reduziert wird, wodurch der Stromfluss und
die Leistung, die zu dem Plasma geliefert werden reduziert werden.
Weiter vereinfacht die Anordnung des Schaltmittels außerhalb
des Endstücks
erheblich den Sterililisationsvorgang der Vorrichtung gegenüber der
Vorrichtung, wie sie in dem Stand der Technik beschrieben wird.
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Vorzugsweise
weist die Vorrichtung weiter einen Spannungsdetektor auf, wobei
der Spannungsdetektor so eingerichtete ist, eine erhöhte Spannung
an der Spitze zu erkennen und die Amplitude der Ausgangsspannung
von der Leistungsquelle zu reduzieren, wenn die verstärkte Spannung
an der Spitze oberhalb eines vorgegebenen Wertes ist.
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Vorzugsweise
arbeitet die Leistungsquelle bei einer festen Frequenz in dem Bereich
von 30–90 KHz
und bei einer Spannung in dem Bereich von 2–50 V mit einem Spannungspegel
von weniger als 30 W.
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Besonders
bevorzugt hat das gebildete Plasma eine Betriebsleistung von weniger
als 50 W. Vorzugsweise hat das gebildete Plasma eine Arbeitsleistung
von weniger als 5 W.
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Vorzugsweise
hat das Gas ein geringes Durchbruchspotential, geeignete Gase schließen He, Ar,
Ne, H2 oder N2 oder
eine Kombination aus diesen auf. Das Gas kann zusätzlich eine
Menge (beispielsweise weniger als 25%) an O2 beinhalten.
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Vorzugsweise
weist die Vorrichtung einen Schalter und eine Mehrzahl von Spulen
mit unterschiedlichen Werten auf, wobei es der Schalter erlaubt,
Spulen mit unterschiedlichen Werten als Reihenspule auszuwählen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird jetzt beispielhaft unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
Dabei zeigt:
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1 ein
Blockdiagramm einer Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Blockdiagramm einiger der elektrischer Bauteile von 1;
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3A und 3B zeigen
unterschiedliche Formen einer Einzelheit von 1;
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4A und 4B zeigen
alternative Formen einer anderen Einzelheit von 1,
und
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5 eine
Darstellung der zeitlichen Veränderung
bestimmter elektrischer Parameter, wenn die Vorrichtung von 1 verwendet
wird.
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Die
Kauterisationsvorrichtung 10, die in 1 gezeigt
ist, weist eine elektrische Spannungsquelle 12 in Form
eines Sinusgenerators auf, der dazu in der Lage ist, an seinem Ausgang 14 eine Wechselspannung
(Sinuswelle) mit einer festen Frequenz (f1) in dem niedrigem Kilohertzbereich
und mit einer Größe von weniger
als 100 V mit Bezug auf die Masse, typischerweise SV für einen
Betrieb mit geringer Leistung (5 W) bereitzustellen. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
wird die feste Frequenz (f1) auf 50 kHz gewählt.
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Der
Ausgang 14 des Sinusgenerators 12 wird mit einem
Netzwerk 16 (dessen Funktion jetzt erläutert werden wird) verbunden,
das einen Ausgang 18 hat, das mit einem Aufspanntransformator 20 verbunden
ist, dessen Wicklungsverhältnis
30 zu 1 beträgt.
Der Transformator 20 erhöht die Spannung von dem Netzwerkausgang 16 zur
Schaffung einer ausreichenden Arbeitsspannung für eine Sonde 22 mit
einem Isolationsdraht 30, der mit dem Ausgang 24 des
Transformators verbunden ist. Der Draht 30 ist mit der
Masse kapazitiv gekoppelt aufgrund von parasitären Effekten, was durch ein
Drosselelement 26 dargestellt wird. Das Drosselelement 26 bildet weiter
eine kapazitive Kopplung mit der Masse der Transformatorwicklungen.
Ein Detektor 28 ist mit dem Ausgang des Transformators
verbunden und wird in weiteren Einzelheiten unten beschrieben.
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Ein
Rohrkabel 32 gibt einen Abschnitt der Länge des Drahtes 30,
d. h. der Draht 30 ist vollständig von dem Kabelrohr 32 über ein
Teil seiner Länge umgeben.
Das Kabelrohr 32 ist elektrisch nicht leitend und definiert
einen Gasstromkanal außerhalb des
Drahtes 30. Eine Gasquelle 34 wird verwendet, um
das Kabelrohr an seinem Ende benachbart den Transformator 20 mit
einem im Wesentlichen inerten Gas zu versorgen, in diesem Ausführungsbeispiel Helium.
Der verwendete Gasdruck, beträgt
typischerweise 1,5 psi (10,3 kPa). Dieser geringe Druck (1,5 psi)
hat den Vorteil der Verminderung der Menge des Gases das in dem
Blutstrom injiziert wird, verglichen mit einer Kauterisationsvorrichtung,
die höhere
Gasdrücke
verwendet. Das andere Ende des Rohrkabels in einem rohrförmigen Endstück 36 innerhalb
der Sonde 22 ausgebildet.
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Zum
Regulieren und Steuern der Vorrichtung 10 ist ein Controller 38 vorgesehen,
dessen Ausgänge
den Sinusgenerator 12 und die Gasquelle 34 steuert,
wie unten beschrieben werden wird. Der Controller 38 spricht
auf ein manuell betätigtes
Gerät 40,
das an der Probe 22 angeordnet ist, an, um einfache Einstellungen
des Gasflusses und der elektrischen Leistung zu ermöglichen.
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Die
Sonde 22 erlaubt den Austritt von Heliumgas aus der Gassonde 34,
das durch das Kabelrohr 32 aus dem Endstück 36 austritt.
Innerhalb des Endstücks 36 hat
der isolierte Draht 30 eine nicht isolierte Spitze 42,
die bei elektrischer Erregung den Austritt von Helium verursacht,
das zu einer sich selbst entzündenden
Flamme eines ionisierten Plasmas 44 führt (d. h. das Plasma „anzündet"). Das Plasma kann,
wenn es nahe an Gewebe 48 gebracht wird, aufgrund der hohen
Molekulartemperatur (800°C)
zum Kauterisieren des Gewebes 48 verwendet werden.
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Der
Detektor 28 ist mit einer Rückkopplungsschaltung verbunden,
die verwendet wird, um die Amplitude des Spannungsausgangs von dem
Sinusgenerators 12 zu steuern. Der Detektor 28 beobachtet
ständig
die Spannung an dem Transformatorausgang 24. Wenn die Spannung
an dem Transformatorausgang 24 einen vorgegebenen Wert
(beispielsweise 1200 V) übersteigt,
reduziert der Detektor 28 automatisch die Amplitude der
Ausgangsspannung von dem Sinusgenerator 12 zum Reduzieren
der Spannung an dem Transformatorausgang 24 auf den vorgegebenen
Wert.
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2 zeigt
ein Blockdiagramm einiger der elektrischen Bauelemente von 1,
insbesondere des Netzwerks 16. Das Netzwerk 16 hat
ein Begrenzungselement 50 und ein resonantes Drosselelement 52 in
der Form einer Spule, dessen Wert in Beziehung dazu gewählt wird,
dass das Drosselelement 26 eine Resonanz bei einer gewählten festen
Frequenz f1 des Generators 12 erreicht. Die Spannungsverstärkung, die
sich aus der Resonanz ergibt, bedeutet, dass, obwohl die Spannung
durch das Element 50 begrenzt wird, eine relativ geringe
Ausgangsspannung des Sinusgenerators (nach Verstärkung durch die Schaltung 16 und
aufgespannt durch den Transformator 20) zum Initiieren
einer Entladung an der Sonde 22 ausreichend ist.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
erzeugt der Sinusgenerator 12 eine Wechselspannung mit
einer Frequenz von 50 kHz. Das Drosselelement hat typischerweise
einen (gemessenen) Kapazitätswert
von etwa 100 pF.
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Die übliche Gleichung
zum Bestimmen der Resonanzfrequenz eines elektrischen Schaltkreises ist
in 1 angegeben. Resonanzfrequenz (Hz) = 1/2π√LCN (1)
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Wobei
CN bei diesem Ausführungsbeispiel gleich dem Wert
des Drosselelements 26 multipliziert mit dem Quadrat des
Verhältnisses
der Transformatorwicklungen, d. h. 100 pF multipliziert mit 302ist, was 0,09 μF ergibt, und L ist der Wert
des resonanten Drosselelementes 52, das eine Spule ist.
Typischerweise erreicht die Gleichung 1 einen Wert von 113 μH für das resonante
Drosselelement 52. Der Wert des resonanten Elements ist
jedoch nicht genau bekannt, so dass der Wert des resonanten Drosselelements 52 einfach
als 100 μH
gewählt
wird, um sicherzustellen, dass das Netzwerk 16 bei der
Verwendung von etwa 50 kHz resonant ist.
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Das
Begrenzungselement 50 (auch als Q-verschlechtender Widerstand
bezeichnet) bestimmt den Gütefaktor
des Resonanzkreises. Das Begrenzungselement 50 wird hinzugefügt, um die Schärfe der
Resonanzspitze zu reduzieren, d. h. um die Spannungsverstärkung, die
durch den Resonanzkreis erzeugt wird, der das Drosselelement 26 und
das resonante Drosselelement 52 beinhaltet, zu begrenzen.
Das Begrenzungselement 50 wird verwendet, weil der Detektor 28 nicht
in der Lage sein kann, ausreichend schnell auf Übergangsänderungen in dem Plasma zu
reagieren oder wenn der Sinusgenerator 12 erregt wird.
Der Detektor 28 wird zusätzlich zu dem Begrenzungselement 50 verwendet, so
dass der Wert des Begrenzungselements 50 nicht kritisch
ist.
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Der
Grund, dass die Spannungsverstärkung, die
durch den Resonanzkreis 16 erzeugt wird, begrenzt werden
muss, besteht darin, dass Probleme des Spannungszusammenbruchs in
dem Transformator 20 und insbesondere in dem Sekundärkreis des
Transformators auftreten können,
wenn die Eingangsspannung des Transformators zu hoch ist (beispielsweise
größer als
etwa 2 kV).
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Der
Wert des Begrenzungselements 50 ist daher ausgewählt um sicherzustellen,
dass eine ausreichende Verstärkung
des Spannungssignals 14 gegeben ist, um die Entladung zu
initiieren, jedoch aber derart hohe Verstärkung, dass Probleme mit einem Zusammenbruch
auftreten.
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In
der Praxis kann der Wert des Begrenzungselements 50 ausgewählt sein,
um sicherzustellen, dass eine Ionisation des Gasstroms bei Abständen auftritt,
die zwei- bis viermal größer sind
als der normale Arbeitsabstand zwischen der Sonde 22 und dem
zu kauterisierenden Gewebe 48, was typischerweise weniger
ist als 5 mm. Dies stellt sicher, dass dann, wenn die Sonde 22 in
Richtung auf das Gewebe 48 geführt wird, die ionisierte Plasmaflamme 44 erzeugt
wird (wenn die Kauterisierungentladung stattfindet).
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Der
Controller 38 wird von dem Aktuator 40 beeinflusst,
der an dem Controller 38 angeordnet sein kann, in diesem
Ausführungsbeispiel
jedoch an der Sonde 22 angeordnet ist. Insbesondere kann
der Aktuator 40 die Form einer Schaltanordnung und einer
optischen Faser haben, wie dies in den 3A und 3B gezeigt
ist. In beiden Fällen
wird Abfragelicht von dem Kontroller 38 an die Schalteinheit 40 über eine
oder mehrere optische Fasern 62, die sich entlang der Außenfläche der
Leitung 32 in einer beliebigen geometrischen Konfiguration
(aus Gründen der
Verdeutlichung hier in 1 spiralförmig gezeigt) angelegt ist.
Das Abfragelicht, das zu dem Kontroller 38 zurückkehrt,
ist proportional zu der Kraft F, die auf den Schalter ausgeübt wird
und wird quantifiziert und der Controller 38 liefert entsprechende
Ausgangssignale.
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In 3A ist
der Schalter 40 durch eine Unterbrechung in der Strecke
der optischen Faser 64 gebildet, wobei ein Bereich der
Faser 64 an einem nachgiebigen Kissen montiert ist, so
dass dieser manuell beweglich in und aus der Ausrichtung mit dem anderen
Bereich der Faser 64 ist. In 3B wird
der Schalter 40 durch ein Prisma 68 gebildet,
das nachgiebig auf einem Kissen 70 benachbarten Enden der beiden
Fasern 72 montiert und manuell so beweglich ist, dass die
beiden Fasern 72 in und aus einer optischen Kontinuität gebracht
werden. Die beiden beschriebenen Anordnungen schaffen eine graduelle oder
inkrementelle Antwort, so dass der Controller 38 graduell
oder inkremental die Zufuhren 12, 34 variieren
kann.
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Die 4A und 4B zeigen
alternative Formen der Sonde 22 von 1. In 4A hat
die Sonde 22a ein gekrümmtes
Blatt 80 an dem Ende der Leitung 32. Das Blatt 80 hat
ein angespitztes Ende und ist mit der elektrischen Masse durch einen
Erdungsdraht 32 verbunden. Die Form der Probe 22a stellt
sicher, dass die Plasmaflamme 44 zwischen dem Ende des
Blattes 80 und der Spitze 42 des Drahtes 30 austritt.
Unter Verwendung der Sonde 22a kann ein Schneiden und Kauterisieren
gleichzeitig stattfinden, da das gespitzte Ende des Blatts 80 erhitzt
wird. Dies ist bei laparoskopischen und endoskopischen Verfahren
nützlich.
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In 4B ist
die Sonde 22b winklig abgelenkt entlang ihrer Länge zur
Vereinfachung der Verwendung bei bestimmten Kauterisierungsoperationen,
etwa bei solchen, die am hinteren Bereich der Nase durchgeführt werden.
Der Endabschnitt der Leitung 32 ist unter etwa 45° abgewinkelt.
Es ist ein Kupferröhrchen 90 (das
ein rohrförmige
Form des Drahts 30 ist) das sich über die Länge der Leitung 32 erstreckt
und was auch unter etwa 45° abgewinkelt ist.
Das Röhrchen 90 hat
ein angespitztes Ende 92, von dem die Entladung initiiert
wird.
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Viele
unterschiedliche Steuerungsverfahren sind möglich, es ist jedoch bevorzugt,
dass ein anfängliches
Einschalten der Gaszufuhr 34 für einen kurzen Zeitraum eine
hohe Strömungsrate
gibt, um die Leitung 42 von Luft zu reinigen und danach
liefert die Gaszufuhr 34 eine konstante Flussrate von 2–6 l/m.
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5 ist
eine Darstellung 100, die zeitliche Variation von drei
elektrischen Parametern (Spannung, Strom und Leistung zeigt), wenn
die Vorrichtung von 1 in Verwendung ist. Die x-Achse
der Darstellung 100 ist die Zeit in Mikrosekunden, 20 μSekunden
stellt eine Periode eines 50 kHz-Signals dar, die y-Achse ist die
Amplitude, die Skala ist nicht markiert, da die Einheiten für jeden
der drei Parameter unterschiedlich ist.
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Die
Spannung an der Spitze 42 ist durch die Linie 102 gezeigt
relativ zu einer Nullspannungslinie 104. Die Spitzenspannung
auf der Linie 102 beträgt ungefähr 800 V.
Der Spannungsausgang des Sinusgenerators 12 ist durch die
Linie 105 dargestellt, die Amplitudenskala für die Linie 105 ist
nicht dieselbe wie für
die Linie 102, die Spitzenspannung für die Linie 105 beträgt etwa
5 V, gegenüber
800 V für
die Linie 102. Der Strom, der in dem Plasma in Antwort
auf die Spannung an der Spitze 42 fließt, ist durch die Linie 106 dargestellt,
die Linie 106 ist relativ zu einer Null Ampere angegebenen
Linie 108. Die Leistung, die dem Plasma zugeführt wird,
(auf das Produkt aus Spannung und Strom) ist durch die Linie 110 relativ zu
der Null Watt angegebenden Linie 111.
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Wenn
eine Spannung an die Spitze 42 vor der Initiierung der
Plasmaentladung angelegt wird, verursacht der Resonanzkreis (der
die Schaltung 16 und das Drosselelement 26 aufweist)
eine Spannungsvergrößerung,
bis die (hochgespannte) Spannung einen Pegel erreicht, der dazu
in der Lage ist, die Plasmaentladung zu initiieren, gezeigt auf
die Linie 102 als Punkt 120, das Plasma wird sodann
gebildet. Bei der Bildung des Plasmas wird eine verringerte aber
große
Impedanz durch das Plasma dargestellt und die hochgespannte verstärkte Spannung (die
Spitzenspannung) 102 fällt
auf einen Pegel unterhalb desjenigen, der erforderlich ist, um die
Ladung zu initiieren, ab, da kein Spannungsabfall über den
Resonanzkreis und über
dem Plasma stattfindet. Der Spannungsverstärkungseffekt ist am besten
vor der Initiierung der Plasmaentladung bemerkbar.
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Wie
von der Linie 106 gezeigt, fließt vor der Bildung des Plasmas
ein vernachlässigbarer
Strom. Bei Bildung des Plasmas fließt ein großer Strom (begrenzt durch das
Widerstandselement 50 und die Spule 52) gezeigt
durch die Linie 106, bis die Spitzenspannung unter einen
Schwellenwert abfällt.
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Die
Spitzenspannung fällt
ab, da die Spannung der Leistungsversorgung abfällt, bis die Spitzenspannung
einen negativen Wert (Schwellenwert) erreicht, der ausreichend ist,
um eine Stromfluss in dem Plasma zu bewirken; bei diesem Punkt 122 fließt der Strom
wieder bis die Spannungsspitze über
den Schwellenwert für
den Stromfluss ansteigt.
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Der
Strom fließt
daher in dem Plasma, wenn die Größe der Spitzenspannung
einen Schwellenwert übersteigt,
durch eine Energie auf die Plasmaentladung aufgebracht wird. Das
Plasma hat eine ausreichende Energie um sich zwischen diesen Stromflusszyklen
selbst aufrecht zu erhalten.
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Es
ergibt sich, dass die Gesamtleistung, die dem Plasma zugeführt wird,
sehr gering ist (gezeigt durch die Linie 110), da der Strom
nur für
eine kurze Zeitdauer fließt,
wenn die Größe der Spitzenspannung
oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes ist. Dies hat den Vorteil,
dass die Kauterisierungsvorrichtung ein Plasma initiieren und beibehalten
kann, während
nur geringe Spannungspegel dem Plasma zugeführt werden. Infolgedessen kann
ein feiner Kauterisierungsvorgang ausgeführt werden.
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Es
ergibt sich, dass verschiedene Abwandlungen bei dem obigen Ausführungsbeispiel
möglich sind,
ohne sich aus dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu lösen.
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Beispielsweise
erzeugt bei anderen Ausführungsbeispielen
die elektrische Leistungsquelle eine Spannung mit einer rechteckigen
oder dreieckigen Wellenform.
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Bei
anderen Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung wird ein Gas mit einem hochgeringen Zusammenbruchspotential
verwendet, etwa Wasserstoff (H2), Argon
(Ar), Neon (Ne), Stickstoff (N2), oder eine
Kombination aus diesen. Das Gas, das verwendet wird, kann weiter
eine geringe Menge (weniger als 25%) Sauerstoff (O2)
aufweisen.
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Bei
dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist
das Resonanzdrosselelement 52 so gewählt, dass es in etwa in Resonanz
mit dem Drosselelement 26 ist. Es versteht sich jedoch,
dass das resonante Drosselelement 52 eine Mehrzahl von
Drosselelementen mit unterschiedlichem Wert haben kann (etwa drei
Spulen, die jede einen unterschiedlichen Wert haben), von denen
jede durch einen Schalter auswählbar
ist. Die Drosselelemente mit unterschiedlichem Wert können verwendet
werden, um sicherzustellen, dass die Resonanzfrequenz des Netzwerks 16,
das das Begrenzungselement 50, das Drosselelement 26 und
das Resonanzdrosselelement 52 beinhaltet nicht der Frequenz
des Ausgangssignals 14 entsprechen. Dies kann von Bedeutung
sein, wenn eine Kauterisation mit mittlerer oder hoher Leistung
erforderlich ist, da das Ausgangssignal des Sinusgenerators 14 eine
höhere
Spannung für
eine mittlere und Hochleistungskauterisation hat als für eine Kauterisation
mit geringer Leistung. Eine höhere
Spannung an dem Ausgang 14 bedeutet, dass die Vergrößerung,
die durch das Netzwerk 16 erzeugt wird, zu groß ist, der
Wert des Resonanzdrosselelements 52 wird daher so geändert, dass
das Netzwerk 16 nicht länger
in Resonanz ist, wodurch der Betrag der Spannungsvergrößerung,
die durch das Netzwerk 16 erzeugt wird, reduziert wird.
Der Wert des Resonanzdrosselelements wird geändert durch Verwendung des
Schaltselektors. Es kann so eine mittlere oder hohe Kauterisierungsleistung
unter Verwendung des Netzwerks 16 eingestellt werden. Die
Drossel 26 kann durch einen oder mehrere Kapazitäten ersetzt
werden. Diese Kapazitäten
können verwendet
werden, um das Netzwerk abzustimmen, wenn es nicht in Resonanz ist,
d. h. wenn eines der verschiedenen Drosseln in Verwendung in dem
Netzwerk 16 ist.
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Bei
anderen Ausführungsbeispielen
kann das Betätigungsgerät 40 automatisch
gesteuert werden.