Электрохирургический кабель со слабым электромагнитным полем

Электрохирургический кабель, который не создает вокруг себя электромагнитное поле (нулевое электромагнитное загрязнение). Кабель состоит из внутреннего изолятора со встроенным проводником, расположенным внутри внешней трубки изолятора со встроенным вторым проводником. Размеры и материалы проводников и изоляторов выбираются так, чтобы напряжение, прикладываемое к внутреннему проводнику, было выше напряжения пробоя, а напряжение, подаваемое на газовый зазор внутри электрохирургического кабеля, ниже напряжения пробоя. Поэтому, в то время как на наконечнике электрохирургического кабеля производится разряд, внутри кабеля пробой исключается. Изобретение обеспечивает получение полностью экранированного кабеля, что снижает риск поражения людей, участвующих в электрохирургической процедуре. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к электрохирургическому кабелю, который не создает вокруг себя электромагнитное поле (нулевое электромагнитное загрязнение) и снижает риск поражения электрическим током людей, участвующих в электрохирургической процедуре.

Предшествующий уровень техники

Для подключения электрохирургического генератора к электрохирургическому наконечнику и подачи высокого напряжения и потока газа от генератора к электрохирургическому наконечнику используются электрохирургические кабели. Обычные электрохирургические кабели, используемые в электрохирургических системах, состоят из одного высоковольтного проводника, помещаемого в электрически изолированную гибкую трубку. Высоковольтный проводник внутри изолированной трубки создает вокруг кабеля сильное электромагнитное поле. Частоты электрохирургических генераторов ниже 1 МГц, что связано с длиной волны λ>300 м. Поэтому обычным однопроводниковым электрохирургическим кабелем является короткая антенна длиной L<<λ. Мощность электромагнитного излучения мала, поскольку в антенне невозможен резонанс; однако в ближней зоне антенны находится сильное электрическое поле из-за того, что на проводник подается высокое напряжение. Напряженность локальных электрических полей может достигать величин, равных E~V/D~1000 В/см, при этом расстояние между электрохирургическим кабелем и пациентом может равняться D ~1 см, что вполне допустимо во время электрохирургической процедуры, когда кабель постоянно перемещается относительно пациента.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к электрохирургическому кабелю, который соединяет электрохирургический блок и наконечник или корпус, который не создает вокруг себя электромагнитное поле или создает, но только очень слабое. Кабель можно использовать с любым электрохирургическим генератором. Кабель предназначен для одновременной подачи потока газа и высокого напряжения, что необходимо для работы электрохирургического блока. В обычных электрохирургических кабелях, используемых в электрохирургических зондах, применяется только один проводник внутри изоляционной трубки, на которую подается высокое напряжение. В отличие от этого в настоящем изобретении используется два проводника, а именно внутренний высоковольтный проводник и внешний проводник (подключенный к подушке пациента). Критической особенностью настоящего изобретения является то, что электрическая изоляция внутреннего проводника обеспечивает следующую критическую функцию. Высокое напряжение, подаваемое на центральный проводник (U₀), выбирается выше порога пробоя (U_BD), чтобы инициировать разряд на электрохирургическом наконечнике (U₀>U_BD). Однако внутри кабеля значительная часть приложенного напряжения передается на внутренний изолятор, так что оставшееся напряжение, подаваемое на газовый зазор (U_gas), ниже порога пробоя: U_gas<U_BD. Это позволяет предотвратить пробой и воспламенение плазменного разряда внутри кабеля.

Настоящее изобретение имеет два важных преимущества по сравнению с обычными электрохирургическими кабелями. Во-первых, настоящий кабель полностью экранирован, и поэтому он не создает вокруг себя электромагнитное поле, в отличие от обычных электрохирургических зондовых кабелей, которые создают электромагнитное поле как обычная короткая дипольная антенна. Во-вторых, настоящий электрохирургический кабель значительно снижает риск поражения электрическим током людей, участвующих в электрохирургической процедуре. В действительности, обычные электрохирургические кабели могут обладать значительным риском поражения электрическим током в случае нарушения наружного изоляционного слоя. В отличие от этого, использование любых изоляторов по настоящему изобретению может привести к контакту человека с экранированным проводником или вызвать короткое замыкание в электрохирургическом блоке. Оба события являются электрически безопасными для вовлеченных в них людей.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящее изобретение представляет собой электрохирургический кабель, в состав которого входит протяженный внешний проводник, внешний изолятор, окружающий упомянутый внешний проводник, при этом упомянутый внешний проводник и упомянутый внешний изолятор образуют трубку, протяженный внутренний проводник внутри упомянутой трубки и внутренний изолятор, окружающий упомянутый внутренний проводник. Между внутренней поверхностью упомянутой трубки и упомянутым внутренним изолятором образован канал. Кроме того, размеры и материалы проводников и изоляторов выбираются таким образом, чтобы напряжение, прикладываемое к внутреннему проводнику, было выше напряжения пробоя, а напряжение, подаваемое на газ, протекающий внутри упомянутого канала, ниже напряжения пробоя. В состав электрохирургического кабеля может дополнительно входить электрический разъем, соединенный с упомянутым внутренним проводником для соединения упомянутого внутреннего проводника с электрохирургическим источником питания, электрический разъем, соединенный с упомянутым внешним проводником для соединения внешнего проводника с землей, и штуцер подачи газа 500, подключенный к упомянутой трубке для соединения упомянутой трубки с источником текучей среды.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящее изобретение представляет собой электрохирургический кабель, в состав которого входит протяженный внешний проводник, внешний радиус которого равен с, внешний изолятор с внутренним радиусом d и с внешним радиусом е, окружающий внешний проводник, при этом упомянутый внешний проводник и внешний изолятор образуют трубку; протяженный внутренний проводник внутри упомянутой трубки, причем радиус внутреннего проводника равен а, внутренний изолятор, окружающий внутренний проводник, причем внешний радиус внутреннего изолятора равен b. Между внутренней поверхностью упомянутой трубки и упомянутым внутренним изолятором образован канал, а радиусы а, b, с, d, е выбираются так, что a<b<с≤d≤е. Кроме того, радиусы а, b, с, d и е выбираются таким образом, чтобы общее приложенное напряжение (U₀) распределялось между внутренним изолятором (U_in) и газовым зазором между внутренним и внешним изоляторами (U_gas), так что U₀=U_in+U_gas. Кроме того, а, b, с, d и е могут быть выбираются так, что U_in≈U_gas. Например, радиусы могут быть выбраны следующим образом: а=0,25 мм, b=2,5 мм, с=d=4 мм и е=5 мм.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Для более полного понимания настоящего изобретения и его преимуществ ниже прилагается описание и чертежи.

На фиг. 1 представлен перспективный вид электрохирургического кабеля в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения с разъемами на одном конце кабеля и электрохирургическим наконечником на другом конце кабеля.

На фиг. 2 представлен перспективный вид части кабеля в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 3 представлено поперечное сечение кабеля в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, на котором показаны соотношения размеров и падения напряжения на различных составных частях кабеля.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ В СООТВЕТСТВИИ С ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫМ ВАРИАНТОМ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

При описании в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированного на чертежах, для ясности будет использована специальная терминология. Однако настоящее изобретение не ограничивается специальными терминами, выбранными таким образом, и следует понимать, что каждый специальный термин включает все технические эквиваленты, которые действуют аналогичным образом для достижения аналогичной цели. Для иллюстративных целей описан предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения, при этом понимается, что изобретение может быть воплощено в других формах, не отраженных особым образом на чертежах.

В настоящем изобретении представлена новая концепция электрохирургического кабеля, вокруг которого не создается электромагнитное поле или создается только незначительное электромагнитное поле (нулевое электромагнитное загрязнение), и которое обеспечивает работу без риска поражения электрическим током людей, участвующих в электрохирургической процедуре.

Как показано на фиг. 1, кабель в соответствии с настоящим изобретением может быть использован в электрохирургической системе, которая может представлять собой, например, электрохирургическую систему с холодной плазмой, электрохирургическую систему с гибридной плазмой или электрохирургическую систему аргоноплазменной коагуляции. В соответствии с настоящим изобретением в состав кабеля 200 может входить электрический разъем 400 и штуцер подачи газа 500 на одном его конце и наконечник 300 на другом его конце. Электрический разъем соединен с проводом 410 кабеля 200, а штуцер подачи газа с трубкой 510 кабеля 200. В соответствии с настоящим изобретением могут использоваться различные известные разъемы 400 и штуцеры 500.

Как показано на фиг. 2, в состав кабеля 200 входит окруженный изоляцией 240 внутренний проводник 230, который должен соединяться с электрохирургическим генератором. При использовании кабеля этот внутренний проводник 230 подключается к источнику питания через разъем 400. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения проводник 230 выполнен из цилиндрических проводов из нержавеющей стали радиусом 0,25 мм, встроенных в силиконовый изолятор радиусом около 2,5 мм. Материал и диаметр провода не ограничиваются использованием нержавеющей стали и поэтому могут использоваться другие электропроводящие материалы. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения диаметр (а) провода 230 выбирается в зависимости от точных максимальных требований к току конкретной электрохирургической системы. Радиус (b) изолятора 240 и его материал могут также варьироваться в широком диапазоне. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения в качестве материала изолятора 240 используется силиконовый каучук с относительной диэлектрической проницаемостью ε~3, однако также могут быть использованы диэлектрики с другими значениями 8. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения в качестве электрической изоляции, обеспечивающей хорошую гибкость электрохирургического кабеля в целом, используется гибкий электроизоляционный материал.

В состав кабеля также входит внешний проводник 210, который должен быть заземлен, и снаружи он окружен электрическим изолятором 220. Как показано на фиг. 2-3, внешний проводник имеет форму цилиндра и образует трубку, внутри которой размещены внутренний проводник и внутренняя изоляция, при этом между внешним проводником 210 и внутренним изолятором 240 образуется жидкостной канал. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения внешний проводник 210 изготовлен из нержавеющей стали в виде оплетки, встроенной в наружную изоляционную трубку 220. Прозрачность экранирующей оплетки может варьироваться в зависимости от требований к максимальной массе кабеля. Более легкие электрохирургические кабели могут быть получены путем уменьшения диаметра провода, используемого в оплетке, и увеличения его прозрачности. Также можно использовать тонкую фольгу или внешний проводник другой формы. Минимальное поперечное сечение внешнего проводника 210 должно быть ограничено максимальными значениями электрического тока, который необходимо пропустить через конкретный электрохирургический кабель. Внутренний радиус (с) внешнего проводника 210 и наружные радиусы (е) изолятора 220 и его материал могут варьироваться. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения наряду с гибким электрохирургическим кабелем для обеспечения электрической изоляции следует использовать гибкий электроизоляционный материал. Экранирующая оплетка может быть встроена внутрь внешнего проводника и ее радиус (d) может находиться в диапазоне с<d<е. Следует отметить, что на фиг. 3 показан случай, когда внутренний диаметр внешнего проводника 210 точно равен диаметру внешнего проводника 220 (с=d), а внутренний проводник 230 и внешняя трубка расположены коаксиально.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения внутренний проводник и внешний проводник выполнены цилиндрическими, но возможны и другие формы.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения в качестве рабочего газа используется гелий, но могут быть использованы и другие газы, например, аргон.

Относительные размеры проводников 210, 230 и изоляторов 220, 240 следует выбирать так, чтобы а<b<с<d<е.В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения приняты следующие размеры а=0,25 мм, b=2,5 мм, с=d=4 мм и е=5 мм.

Суммарное приложенное напряжение (U₀) распределено между внутренним изолятором (U_in) и газовым зазором между внутренним и внешним изоляторами (U_gas), так что U_q-U_in+U_gas, как показано на фиг. 2. Соотношение напряжений U_in и U_gas, может быть выражено как:

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения соотношение и это значит, что U_in≈U_gas и, таким образом, используя U₀=U_in+U_gas, можно получить, что U_in≈U_gas≈U₀/2. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения U₀≤4 кВ и U_BD составляет около 2,5 кВ. Таким образом, U_in≈U_gas≤2 кВ и, следовательно, U_gas<U_BD, при условии, что пробой внутри электрохирургического кабеля исключен. В то же время U₀>U_BD и, следовательно, напряжения достаточно для создания пробоя на хирургическом наконечнике. Можно использовать различные комбинации радиусов и диэлектрической проницаемости, однако очень важно выбирать такие параметры, чтобы одновременно выполнялись два условия:

1. U₀>U_BD - напряжение достаточно для создания пробоя на хирургическом наконечнике.

2 U_gas<U_BD - пробой внутри электрохирургического кабеля исключен.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения внутренний проводник с изолятором свободно размещается внутри наружной трубки. Однако положение внутреннего проводника с изолятором относительно внешней трубки может быть различным, например, коаксиальным или любым другим. Кроме того, внутренний изолятор может быть либо постоянно прикреплен, либо не прикреплен к внутренней стенке наружного изолятора.

Настоящий вариант осуществления был выбран и описан для объяснения принципов изобретения и его практического применения, чтобы дать возможность специалисту в данной области техники применить настоящее изобретение в различных вариантах осуществления, которые подходят для конкретного использования. Предполагается, что объем изобретения определяется пунктами формулы изобретения, прилагаемой к настоящему документу, и их эквивалентами. Вышеупомянутая предварительная патентная заявка настоящим включена в качестве ссылки в полном объеме.

1. Электрохирургический кабель, в состав которого входят:

протяженный внешний проводник;

внешний изолятор, окружающий упомянутый внешний проводник, при этом внешний проводник и внешний изолятор образуют трубку;

протяженный внутренний проводник внутри упомянутой трубки;

внутренний изолятор, окружающий упомянутый внутренний проводник;

отличающийся тем, что между внутренней поверхностью упомянутой трубки и внутренним изолятором образован канал;

электрический разъем, соединенный с упомянутым внутренним проводником для соединения упомянутого внутреннего проводника с электрохирургическим источником питания, при этом упомянутый внешний проводник соединен с землей;

а также штуцер подачи газа 500, подключенный к упомянутой трубке для соединения упомянутой трубки с источником текучей среды.

2. Электрохирургический кабель по п. 1, отличающийся тем, что размеры и материалы проводников и изоляторов выбраны таким образом, чтобы напряжение, прикладываемое к внутреннему проводнику, было выше напряжения пробоя, а напряжение, подаваемое на газ, протекающий внутри упомянутого канала, было ниже напряжения пробоя.

3. Электрохирургический кабель, в состав которого входят:

протяженный внешний проводник, внешний радиус которого равен с;

внешний изолятор с внутренним радиусом d и с внешним радиусом е, окружающий упомянутый внешний проводник, при этом упомянутый внешний проводник и внешний изолятор образуют трубку;

протяженный внутренний проводник внутри упомянутой трубки, причем радиус внутреннего проводника равен а; и

внутренний изолятор, окружающий упомянутый внутренний проводник, причем внешний радиус внутреннего изолятора равен b;

отличающийся тем, что между внутренней поверхностью упомянутой трубки и упомянутым внутренним изолятором образован канал, а радиусы а, b, с, d, е выбираются так, что a<b<c<d<е, и тем, что радиусы а, b, с, d и е выбираются так, что суммарное приложенное напряжение (U₀) распределено между внутренним изолятором (U_in) и газовым зазором между внутренним и внешним изоляторами (U_gas) так, что U₀=U_in+U_gas.

4. Электрохирургический кабель по п. 3, отличающийся тем, что а, b, с, d и е выбраны так, что U_in≈U_gas.

5. Электрохирургический кабель по п. 3 или 4, где а=0,25 мм, b=2,5 мм, с=d=4 мм и е=5 мм.

6. Электрохирургический кабель, в состав которого входят:

протяженный внешний проводник, внешний радиус которого равен с;

внешний изолятор с внутренним радиусом d и с внешним радиусом е, окружающий внешний проводник, при этом упомянутый внешний проводник и внешний изолятор образуют трубку;

протяженный внутренний проводник внутри упомянутой трубки, причем радиус внутреннего проводника равен а; и

внутренний изолятор, окружающий упомянутый внутренний проводник, причем внешний радиус упомянутого внутреннего изолятора равен b;

отличающийся тем, что между внутренней поверхностью упомянутой трубки и упомянутым внутренним изолятором образован канал, а радиусы а, b, с, d, е выбираются так, что a<b<с≤d≤e и а=0,25 мм, b=2,5 мм, с=d=4 мм и е=5 мм.

7. Электрохирургический кабель по п. 6, в состав которого также входят:

электрический разъем, соединенный с упомянутым внутренним проводником для соединения упомянутого внутреннего проводника с электрохирургическим источником питания;

электрический разъем, соединенный с упомянутым внешним проводником для соединения упомянутого внешнего проводника с землей; и

штуцер подачи газа 500, подключенный к упомянутой трубке для соединения упомянутой трубки с источником текучей среды.

8. Электрохирургический кабель по п. 6, в состав которого также входят:

электрический разъем, соединенный с упомянутым внутренним проводником для соединения упомянутого внутреннего проводника с электрохирургическим источником питания, при этом упомянутый внешний проводник соединен с землей;

и штуцер подачи газа 500, подключенный к упомянутой трубке для соединения упомянутой трубки с источником текучей среды.