Электрохирургический инструмент
Группа изобретений относится к медицинской технике, в частности к электрохирургическому инструменут для доставки микроволновой энергии к биологическим тканям, в котором пара проводящих настроечных элементов установлена в излучающем наконечнике инструмента для формирования профиля микроволнового излучения инструмента, так что профиль излучения ограничивается вокруг наконечника инструмента. Такие настроечные элементы могут привести к тому, что профиль излучения будет по существу сферическим вокруг наконечника инструмента, обеспечивая четко определенный объем абляции. Настроечные элементы повышают эффективность, с которой микроволновая энергия может быть доставлена в целевые ткани. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 16 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к электрохирургическому инструменту для доставки микроволновой энергии к биологическим тканям с целью абляции тканей. Инструмент может содержать зонд, который вводят через канал эндоскопа или катетера, или может быть использован в лапароскопической хирургии, или же в открытом хирургическом вмешательстве. Инструмент может быть использован в легочных или желудочно-кишечных направлениях практического применения, но не ограничивается этим.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Обнаружено, что электромагнитная (ЭM) энергия, и в частности микроволновая энергия имеет лечебную эффективность в электрохирургических операциях вследствие ее способности подвергать биологические ткани. Как правило, устройство для доставки ЭМ энергии к тканям организма содержит генератор, содержащий источник ЭM энергии, и электрохирургический инструмент, подключенный к генератору, для доставки энергии к тканям.
Стандартные электрохирургические инструменты в большинстве случаев предназначены для чрескожного введения внутрь организма пациента. Тем не менее, может быть сложным чрескожно расположить в определенном месте инструмент в организме, например, если целевая область находится в движущемся легком или в тонкостенном участке желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). Другие электрохирургические инструменты могут быть доставлены к целевой области с помощью хирургического смотрового устройства (например, эндоскопа), которое может быть проведено через каналы в организме, такие как дыхательные пути или просвет пищевода, или толстой кишки. Это обеспечивает возможность применения минимально инвазивных способов лечения, которые могут снизить уровень смертности пациентов и снизить частоту интраоперационных, а также и послеоперационных осложнений.
Абляция тканей с использованием микроволновой ЭМ энергии основана на том факте, что биологическая ткань в основном состоит из воды Мягкие ткани органов человека как правило содержат от 70% до 80% воды. Молекулы воды имеют постоянный электрический дипольный момент, а это означает, что в молекуле существует дисбаланс заряда. Этот дисбаланс заряда заставляет молекулы двигаться в ответ на усилия, возникающие при приложении переменного во времени электрического поля, когда молекулы вращаются, чтобы выровнять свой электрический дипольный момент с полярностью приложенного поля. На микроволновых частотах быстрые молекулярные колебания приводят к нагреву от трения и, как следствие, к рассеиванию энергии поля в виде тепла. Это называется диэлектрическим нагревом.
Этот принцип используется в терапии с использованием микроволновой абляции, когда молекулы воды в целевых тканях быстро нагреваются за счет приложения локализованного электромагнитного поля на микроволновых частотах, что приводит к коагуляции тканей и гибели клеток. Известно использование зондов, излучающих микроволновое излучение, для лечения различных заболеваний легких и других органов. Например, в легких микроволновое излучение может быть использовано для лечения астмы и удаления опухолей или патологических изменений.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В самом общем виде изобретение обеспечивает электрохирургический инструмент для доставки микроволновой энергии к биологическим тканям, в котором пара проводящих настроечных элементов используется для формирования профиля микроволнового излучения инструмента так, чтобы профиль излучения (также называемый «профилем абляции») ограничен областью вокруг наконечника инструмента. Авторы изобретения обнаружили, что использование таких настроечных элементов может привести к тому, что профиль излучения будет по существу сферическим вокруг наконечника инструмента, обеспечивая четко определенный объем абляции. Авторы изобретения также обнаружили, что настоечные элементы могут повышать эффективность, с которой микроволновая энергия может быть передана в целевые ткани.
Согласно первому аспекту изобретения предоставляется электрохирургический инструмент, содержащий: коаксиальный питающий кабель для передачи микроволновой энергии, причем коаксиальный питающий кабель содержит внутренний проводник, наружный проводник и диэлектрический материал, разделяющий внутренний проводник и наружный проводник; и излучающий наконечник, расположенный на дистальном конце коаксиального питающего кабеля для приема микроволновой энергии, причем излучающий наконечник содержит: удлиненный проводник, электрически соединенный с внутренним проводником и проходящий в продольном направлении с образованием микроволнового излучателя; проксимальный настроечный элемент, электрически соединенный с удлиненным проводником в проксимальной области излучающего наконечника; дистальный настроечный элемент, электрически соединенный с удлиненным проводником в дистальной области излучающего наконечника; и диэлектрическую основную часть, расположенную вокруг удлиненного проводника, проксимальный настроечный элемент и дистальный настроечный элемент, причем проксимальный настроечный элемент и дистальный настроечный элемент разнесены в продольном направлении, в результате чего микроволновое поле, излучаемое микроволновым излучателем, формируется вокруг диэлектрической основной части.
Инструмент может быть использован для абляции целевых тканей в организме. Устройство является особенно подходящим для абляции тканей легких, однако его можно использовать также для абляции тканей и в других органах (например, в матке или желудочно-кишечном тракте). Чтобы эффективно подвергнуть абляции целевые ткани, излучающий наконечник должен располагаться как можно ближе (а во многих случаях внутри) целевых тканей. Для достижения целевых тканей (например, в легких), может потребоваться введение устройства через каналы (например, дыхательные пути) и в обход препятствий. Это означает, что инструмент в идеале будет как максимально гибким, так и иметь малое поперечное сечение. В частности, устройство должно быть очень гибким возле его наконечника, где его, возможно, придется направлять вдоль узких каналов, таких как бронхиолы, которые могут быть узкими и извилистыми.
Коаксиальный питающий кабель может представлять собой стандартный коаксиальный кабель с малыми потерями, который можно подсоединить на одном конце к электрохирургическому генератору. В частности, внутренний проводник может представлять собой удлиненный проводник, проходящий вдоль продольной оси коаксиального питающего кабеля. Диэлектрический материал может быть расположен вокруг внутреннего проводника, например, первый диэлектрический материал может иметь канал, через который проходит внутренний проводник. Наружный проводник может представлять собой рукав из проводящего материала, расположенный на поверхности диэлектрического материала. Коаксиальный питающий кабель может дополнительно содержать наружную защитную оболочку для изоляции и защиты кабеля. В некоторых примерах защитная оболочка может быть изготовлена из материала с низкой адгезией или покрыта им для предотвращения адгезии тканей к кабелю. Излучающий наконечник расположен на дистальном конце коаксиального питающего кабеля и служит для передачи ЭМ энергии, передаваемой по коаксиальному питающему кабелю, в целевые ткани. Излучающий наконечник может быть постоянно прикреплен к коаксиальному питающему кабелю или может быть съемным образом прикреплен к коаксиальному питающему кабелю. Например, на дистальном конце коаксиального питающего кабеля может быть предусмотрен соединитель, который выполнен с возможностью приема излучающего наконечника и формирования необходимых электрических соединений.
Излучающий наконечник может быть в целом цилиндрическим. Диэлектрическая основная часть может быть прикреплена к дистальному концу коаксиального питающего кабеля. В некоторых примерах диэлектрическая основная часть может содержать выступающую часть диэлектрического материала коаксиального питающего кабеля, которая выступает за указанный дистальный конец коаксиального питающего кабеля. Это может упростить конструкцию излучающего наконечника и избежать отражений ЭМ энергии на границе между излучающим наконечником и коаксиальным питающим кабелем. В других примерах второй диэлектрический материал, отличный от диэлектрического материала коаксиального питающего кабеля, может быть использован для формирования диэлектрической основной части. Второй диэлектрический материал может быть выбран для улучшения согласования импеданса с целевыми тканями, чтобы повысить эффективность доставки микроволновой энергии в целевые ткани. Данный излучающий наконечник может содержать несколько различных кусков диэлектрического материала, которые выбираются и размещаются для формирования профиля излучения желаемым образом.
Удлиненный проводник электрически соединен с внутренним проводником коаксиального питающего кабеля и проходит внутри диэлектрической основной части, так что он действует как микроволновый излучатель. Другими словами, микроволновая энергия, передаваемая излучающему наконечнику от коаксиального питающего кабеля, может излучаться удлиненным проводником. Наружный проводник может заканчиваться на дистальном конце коаксиального питающего кабеля, так что удлиненный проводник выступает за дистальный конец наружного проводника. Таким образом, излучающий наконечник может действовать как микроволновая монопольная антенна. Таким образом, микроволновая энергия, передаваемая на излучающий наконечник, может излучаться от удлиненного проводника в окружающие целевые ткани. Удлиненный проводник может, например, проходить внутри канала в диэлектрической основной части. Удлиненный проводник может представлять собой любой подходящий проводник, имеющий удлиненную форму. Например, удлиненный проводник может представлять собой проволоку, стержень или полосу из проводящего материала, которые проходят внутри диэлектрической основной части.
Проксимальный настроечный элемент может представлять собой деталь из проводящего материала (например, металла), расположенную рядом с проксимальным концом излучающего наконечника. Дистальный настроечный элемент может представлять собой деталь из проводящего материала (например, металла), расположенную рядом с дистальным концом излучающего наконечника. Таким образом, дистальный настроечный элемент может быть расположен на большем расстоянии от дистального конца коаксиального питающего кабеля, чем проксимальный настроечный элемент. Как проксимальный, так и дистальный настроечные элементы электрически соединены с удлиненным проводником. Например, проксимальный и дистальный настроечные элементы могут быть расположены на удлиненном проводнике или вокруг него. Проксимальный и дистальный настроечные элементы могут быть электрически соединены с удлиненным проводником любыми подходящими средствами. Например, проксимальный и дистальный настроечные элементы могут быть приварены или припаяны к удлиненному проводнику. В другом примере проксимальный и дистальный настроечные элементы могут быть соединены с удлиненным проводником с помощью проводящего клея (например, проводящей эпоксидной смолы). В качестве альтернативы один или оба из проксимального и дистального настроечных элементов могут быть выполнены как единое целое с удлиненным проводником (например, они могут быть изготовлены вместе как одно целое). Проксимальный и дистальный настроечные элементы разнесены в продольном направлении на длину удлиненного проводника. Другими словами, участок удлиненного проводника расположен между проксимальным и дистальным электродами. Проксимальный и дистальный настроечные элементы могут быть покрыты участком диэлектрической основной части, в результате чего они являются изолированными/защищенными от окружающей среды.
Авторы изобретения обнаружили, что излучающий наконечник, имеющий конфигурацию, описанную выше, может уменьшить рассогласование импеданса между излучающим наконечником и окружающими целевыми тканями. Это может уменьшить количество микроволновой энергии, которая отражается обратно по коаксиальному питающему кабелю у излучающего наконечника (что происходит из-за рассогласования импеданса между излучающим наконечником и целевыми тканями). В результате эффективность, с которой микроволновая энергия может быть доставлена в целевые ткани, может быть повышена. Это может позволить уменьшить количество энергии, которое необходимо передать по коаксиальному питающему кабелю для абляции целевых тканей. Это, в свою очередь, может снизить эффекты нагрева из-за передачи микроволновой энергии по коаксиальному питающему кабелю, так что электрохирургический инструмент может использоваться в течение более длительных периодов времени.
Авторы изобретения также обнаружили, что проксимальный и дистальный настроечные элементы могут привести к более желательному профилю излучения излучающего наконечника. В частности, настроечные элементы могут формировать профиль излучения таким образом, чтобы он был сосредоточен вокруг излучающего наконечника, и уменьшать хвостовую часть профиля излучения, которая проходит назад вдоль коаксиального питающего кабеля. Таким образом, микроволновая энергия, передаваемая на излучающий наконечник, может излучаться из излучающего наконечника и подвергать абляции окружающие целевые ткани в четко определенном объеме вокруг излучающего наконечника. Объем абляции (т. е. объем тканей, который подвергается абляции излучаемой микроволновой энергией) может быть приблизительно сферическим. Форма, размер и расположение настроечных элементов могут быть выбраны для получения желаемого профиля микроволнового излучения.
Проксимальный настроечный элемент и дистальный настроечный элемент могут быть расположены симметрично относительно продольного направления. Например, проксимальный настроечный элемент и дистальный настроечный элемент могут быть цилиндрическими, например, могут иметь центральную ось, которая коллинеарна продольной оси удлиненного проводника. Продольная ось удлиненного проводника является осью, расположенной по длине удлиненного проводника. Например, проксимальный настроечный элемент может представлять собой цилиндрическую деталь из проводящего материала, расположенную вокруг удлиненного проводника и соосно с ним. Это может улучшить осевую симметрию профиля излучения излучающего наконечника.
В некоторых вариантах осуществления проксимальный настроечный элемент может быть расположен на расстоянии от дистального конца коаксиального питающего кабеля в продольном направлении. Например, диэлектрическая основная часть может содержать прокладку, которая расположена между дистальным концом коаксиального питающего кабеля и проксимальным настроечным элементом. Авторы изобретения обнаружили, что расстояние между проксимальным настроечным элементом и дистальным концом коаксиального питающего кабеля может привести к сдвигу фазы в инструменте. Сдвиг фазы может улучшить согласование импеданса между излучающим наконечником и целевыми тканями, так что эффективность микроволновой энергии в целевых тканях может быть улучшена. Сдвиг фазы может зависеть от расстояния между дистальным концом коаксиального питающего кабеля и проксимальным концом проксимального настроечного элемента.
В некоторых вариантах осуществления проксимальный настроечный элемент может содержать канал для приема удлиненного проводника. Канал может служить для размещения проксимального настроечного элемента относительно удлиненного проводника и улучшения соединения между проксимальным настроечным элементом и удлиненным проводником. Канал также может облегчить монтаж излучающего наконечника, поскольку проксимальный настроечный элемент может быть расположен на удлиненном проводнике в желаемом положении перед прикреплением проксимального настроечного элемента к удлиненному проводнику. Канал может представлять собой закрытый канал (например, туннель), который проходит через проксимальный настроечный элемент. Таким образом, проксимальный настроечный элемент может быть расположен вокруг удлиненного проводника. Это может улучшить осевую симметрию профиля излучения излучающего наконечника. Например, если проксимальный настроечный элемент имеет цилиндрическую форму, канал может проходить вдоль центральной оси цилиндра. В качестве альтернативы канал может представлять собой открытый канал, например, это может быть канавка, проходящая вдоль поверхности проксимального настроечного элемента. Проксимальный настроечный элемент может быть электрически соединен с удлиненным проводником в канале в проксимальном настроечном элементе. Например, стенка канала может находиться в прямом контакте с наружной поверхностью удлиненного проводника. В дополнение или в качестве альтернативы проксимальный настроечный элемент может быть прикреплен к удлиненному проводнику внутри канала (например, с помощью проводящего клея, паяных или сварных соединений).
Аналогичным образом дистальный настроечный элемент может содержать канал для приема удлиненного проводника. Канал в дистальном настроечном элементе может иметь любое из свойств, описанных выше в отношении канала в проксимальном настроечном элементе. В частности, канал может быть открытым или закрытым, а дистальный настроечный элемент может быть электрически соединен с удлиненным проводником в канале в дистальном настроечном элементе и/или прикреплен к нему.
В некоторых вариантах осуществления дистальный настроечный элемент может быть расположен на дистальном конце удлиненного проводника. Таким образом, дистальный настроечный элемент может быть расположен на конце удлиненного проводника, который наиболее удален от коаксиального питающего кабеля. Это может служить для сосредоточения профиля излучения вокруг дистального конца излучающего наконечника. Это может привести к формированию более сферической диаграммы излучения. Например, удлиненный проводник может заканчиваться на дистальном настроечном элементе или рядом с ним. В некоторых примерах удлиненный проводник может не выступать за дистальный конец дистального настроечного элемента. Если дистальный настроечный элемент содержит канал, удлиненный проводник может заканчиваться внутри или на дистальном конце канала, так что он не выступает из дистального конца канала. В некоторых случаях канал может не проходить по всей длине дистального настроечного элемента, так что удлиненный проводник заканчивается внутри дистального настроечного элемента. Таким образом, дистальный настроечный элемент может формировать колпачок на дистальном конце удлиненного проводника.
В некоторых вариантах осуществления длина дистального настроечного элемента в продольном направлении может быть больше длины проксимального электрода в продольном направлении. Продольное направление соответствует направлению, в котором проходит удлиненный проводник. Это может служить для сосредоточения излучения вокруг дистального конца излучающего наконечника, что может привести к более сферической диаграмме излучения. Например, дистальный настроечный элемент может быть вдвое длиннее проксимального настроечного элемента в продольном направлении.
В некоторых вариантах осуществления изобретения удлиненный проводник может представлять собой дистальную часть внутреннего проводника, которая выступает за дистальный конец коаксиального питающего кабеля. Другими словами, внутренний проводник может выступать за дистальный конец коаксиального питающего кабеля в диэлектрическую основную часть, образуя удлиненный проводник. Это может облегчить формирование излучающего наконечника на дистальном конце коаксиального питающего кабеля, поскольку это позволяет избежать подключения отдельного проводника к дистальному концу внутреннего проводника.
В некоторых вариантах осуществления диэлектрическая основная часть может содержать диэлектрическую прокладку между проксимальным настроечным элементом и дистальным настроечным элементом. Диэлектрическая прокладка может содержать канал, через который проходит часть удлиненного проводника, расположенная между проксимальным и дистальным настроечными элементами. Диэлектрическая прокладка может содержать проксимальную поверхность, которая находится в контакте с проксимальным настроечным элементом, и дистальную поверхность, которая находится в контакте с дистальным настроечным элементом.
В некоторых вариантах осуществления диэлектрическая основная часть дополнительно содержит диэлектрическую оболочку, которая окружает наружную поверхность проксимального настроечного элемента и дистального настроечного элемента. Диэлектрическая оболочка может обеспечивать наружный защитный слой для защиты излучающего наконечника от окружающей среды. Например, диэлектрическая оболочка может быть изготовлена из материала с низкой адгезией (например, ПТФЭ) или покрыта им для предотвращения адгезии ткани к диэлектрической основой части. Наружная поверхность диэлектрической оболочки может быть выполнена заподлицо с наружной поверхностью коаксиального питающего кабеля на границе раздела между коаксиальным питающим кабелем и излучающим наконечником.
Как упомянуто выше, проксимальный настроечный элемент может быть расположен на расстоянии от дистального конца коаксиального питающего кабеля. Между проксимальным настроечным элементом и дистальным концом коаксиального питающего кабеля может быть расположен диэлектрический элемент. Диэлектрический элемент может представлять собой дистальную часть диэлектрического материала коаксиального питающего кабеля, которая выступает за дистальный конец наружного проводника. Это может помочь в обеспечении плавного и безопасного физического и электрического соединения между коаксиальным питающим кабелем и излучающим наконечником. Однако это не обязательно. Диэлектрический элемент может представлять собой отдельный элемент, например, изготовленный из материала, отличного от диэлектрического материала коаксиального питающего кабеля.
В некоторых вариантах осуществления излучающий наконечник может дополнительно содержать дистальный наконечник, установленный на дистальном конце удлиненного проводника, причем дистальный наконечник изготовлен из диэлектрического материала. Дистальный наконечник может быть изготовлен из того же диэлектрического материала, что и диэлектрическая основная часть. В качестве альтернативы дистальный наконечник может быть изготовлен из диэлектрического материала, отличного от остальной диэлектрической основной части. Можно выбрать диэлектрический материал дистального наконечника, чтобы улучшить согласование импеданса между излучающим наконечником и целевыми тканями. Дистальный наконечник может быть заострен для облегчения введения излучающего наконечника в биологические ткани. В других случаях дистальный наконечник может быть закругленным. Дистальный наконечник может содержать на своей наружной поверхности материал с низкой адгезией (например, ПТФЭ), для предотвращения адгезии к нему тканей.
В некоторых вариантах осуществления электрохирургический инструмент может дополнительно содержать проводящий элемент формирования поля, расположенный на дистальном конце коаксиального питающего кабеля, причем элемент формирования поля электрически соединен с наружным проводником. Элемент формирования поля может служить для уменьшения обратного распространения микроволновой энергии по коаксиальному питающему кабелю. Это может уменьшить хвостовую часть профиля излучения, которая проходит вдоль части коаксиального питающего кабеля. В результате профиль излучения может быть сосредоточен вокруг излучающего наконечника. Авторы изобретения обнаружили, что хвостовая часть профиля излучения может быть более выражена для электрохирургических инструментов, имеющих больший диаметр. Поэтому элемент формирования поля может быть особенно полезен для электрохирургических инструментов, имеющих больший наружный диаметр (например, более 2,0 мм).
Элемент формирования поля может быть изготовлен из любого подходящего проводящего материала. Элемент формирования поля может быть расположен на поверхности наружного проводника, например, на наружной или внутренней поверхности наружного проводника. Элемент формирования поля может быть электрически соединен с наружным проводником посредством любых подходящих средств, например, проводящей эпоксидной смолы, а также пайки или сварки. В некоторых случаях элемент формирования поля может быть выполнен как единое целое с дистальной частью коаксиального питающего кабеля.
Элемент формирования поля может служить для увеличения эффективной толщины наружного проводника в дистальной части наружного проводника. В некоторых случаях элемент формирования поля может быть расположен симметрично относительно продольного направления. Это может применяться для обеспечения осесимметричного профиля излучения. Например, элемент формирования поля может представлять собой кольцевую втулку из проводящего материала, расположенную вокруг наружной поверхности наружного проводника.
В некоторых вариантах осуществления элемент формирования поля может быть образован дистальной частью наружного проводника, имеющей увеличенную толщину по сравнению с проксимальной частью наружного проводника. Другими словами, толщина наружного проводника в дистальной части может быть больше, чем в проксимальной части.
В некоторых вариантах осуществления элемент формирования поля может иметь длину в продольном направлении, соответствующую четверти длины волны микроволновой энергии. Другими словами, элемент формирования поля может проходить вдоль дистальной части наружного проводника, имеющей длину, эквивалентную четверти длины волны микроволновой энергии, передаваемой по коаксиальному питающему кабелю. Это может обеспечить минимизацию обратного распространения микроволновой энергии по коаксиальному питающему кабелю, чтобы повысить эффективность передачи энергии излучающим наконечником.
Рассматриваемый выше электрохирургический инструмент может составлять часть комплексного электрохирургического аппарата для обработки биологических тканей. Например, аппарат может содержать электрохирургический генератор, выполненный с возможностью подачи микроволновой энергии; и электрохирургический инструмент по настоящему изобретению может быть подключен для приема микроволновой энергии от электрохирургического генератора. Электрохирургический аппарат может дополнительно содержать хирургическое смотровое устройство (например, эндоскоп), имеющее гибкий вводимый ствол для введения в организм пациента, при этом гибкий вводимый ствол имеет инструментальный канал, проходящий вдоль его длины, и при этом электрохирургический инструмент имеет размеры, подходящие для размещения внутри инструментального канала.
В настоящем описании термин «микроволновой» может использоваться в широком смысле для указания диапазона частот от 400 МГц до 100 ГГц, но предпочтительно диапазона от 1 ГГц до 60 ГГц. Предпочтительные фиксированные частоты для микроволновой ЭМ энергии включают: 915 МГц, 2,45 ГГц, 3,3 ГГц, 5,8 ГГц, 10 ГГц, 14,5 ГГц и 24 ГГц. Может быть предпочтительнее 5,8 ГГц.
В данном документе термины «проксимальный» и «дистальный» означают концы электрохирургического инструмента, находящиеся дальше от обрабатываемой области, и ближе к ней, соответственно. Таким образом, при использовании проксимальный конец электрохирургического инструмента находится ближе к генератору для снабжения РЧ или микроволновой энергией, в то время как дистальный конец является ближайшим к обрабатываемой области, то есть к целевым тканям пациента.
В настоящем документе термин «проводящий» используется для обозначения электрической проводимости, если в контексте не определено иное.
Используемый в данном документе термин «продольный» относится к направлению вдоль длины электрохирургического инструмента, параллельно оси коаксиальной линии передачи. Термин «внутренний» означает радиально ближайший к центру (например, оси) инструмента. Термин «наружный» означает радиально удаленный от центра (оси) инструмента.
Термин «электрохирургический» используется в отношении инструмента, аппарата или приспособлению, которые используются во время операции и которые используют микроволновую и/или радиочастотную электромагнитную (ЭМ) энергию.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Примеры изобретения подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые графические материалы, в которых:
на Фиг. 1 представлено схематическое изображение электрохирургической системы для абляции тканей, которая представляет собой вариант осуществления изобретения;
на Фиг. 2 представлен схематический вид сбоку в разрезе электрохирургического инструмента, который представляет собой вариант осуществления изобретения;
на Фиг. 3 представлена схема, показывающая смоделированный профиль излучения для электрохирургического инструмента, который представляет собой вариант осуществления изобретения;
на Фиг. 4 представлен график смоделированных обратных потерь для электрохирургического инструмента, который представляет собой вариант осуществления изобретения;
на Фиг. 5 представлена диаграмма Смита, на которой нанесены различные параметры, вычисленные для электрохирургического инструмента, который представляет собой вариант осуществления изобретения;
на Фиг. 6 представлен схематический вид сбоку в разрезе электрохирургического инструмента, который является сравнительным примером;
на Фиг. 7 представлен схематический вид сбоку в разрезе электрохирургического инструмента, который является еще одним сравнительным примером;
на Фиг. 8 представлена схема, показывающая смоделированный профиль излучения для электрохирургического инструмента, изображенного на Фиг. 6;
на Фиг. 9 представлен график смоделированных обратных потерь для электрохирургического инструмента, изображенного на Фиг. 6;
на Фиг. 10 представлена диаграмма Смита, на которой нанесены различные параметры, рассчитанные для электрохирургического инструмента, изображенного на Фиг. 6;
на Фиг. 11 представлена схема, показывающая смоделированный профиль излучения для электрохирургического инструмента, изображенного на Фиг. 7;
на Фиг. 12 представлен график смоделированных обратных потерь для электрохирургического инструмента, изображенного на Фиг. 7;
на Фиг. 13 представлена диаграмма Смита, на которой нанесены различные параметры, рассчитанные для электрохирургического инструмента, изображенного на Фиг. 7;
На Фиг. 14 представлена схема, показывающая смоделированный профиль излучения для электрохирургического инструмента, который представляет собой вариант осуществления изобретения.
на Фиг. 15 представлен схематический вид сбоку в разрезе электрохирургического инструмента, который представляет собой вариант осуществления изобретения;
на Фиг. 16 представлена схема, показывающая смоделированный профиль излучения для электрохирургического инструмента, изображенного на Фиг. 15.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ; ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОПЦИИ И ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ
На Фиг. 1 представлено схематическое изображение полной электрохирургической системы 100, способной снабжать микроволновой энергией дистальный конец инвазивного электрохирургического инструмента. Система 100 содержит генератор 102 для управляемой подачи микроволновой энергии. Подходящий для этой цели генератор описан в патенте WO 2012/076844, который включен в данном документе посредством ссылки. Генератор может быть выполнен с возможностью контроля отраженных сигналов, принимаемых обратно от инструмента, для определения подходящего уровня мощности для доставки. Например, генератор может быть выполнен с возможностью вычисления импеданса, видимого на дистальном конце инструмента, для определения оптимального уровня мощности доставки. Генератор может быть выполнен с возможностью подачи мощности в виде серии импульсов, которые модулируются в соответствии с дыхательным циклом пациента. Это позволит подавать энергию, когда легкие спадаются.
Генератор 102 соединен с интерфейсным узлом 106 посредством интерфейсного кабеля 104. При необходимости, интерфейсный узел 106 может содержать в себе механизм управления инструментом, который работает посредством перемещения пускового устройства 110, например, для управления продольным (назад и вперед) перемещением одного или более проводов управления или толкателей (не проиллюстрированы). Если имеется множество управляющих проводов, на интерфейсном узле может быть несколько смещаемых пусковых устройств для обеспечения полного контроля. Функцией интерфейсного узла 106 является объединение входов от генератора 102 и механизма управления инструментом в один гибкий вал 112, который проходит от дистального конца интерфейсного узла 106. В других вариантах осуществления изобретения могут быть также использованы другие типы входов, соединенных с интерфейсным узлом 106. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения к интерфейсному узлу 106 может быть подключена подача жидкости, в результате чего к инструменту может доставляться жидкость.
Гибкий вал 112 вставляется по всей длине инструментального (рабочего) канала эндоскопа 114.
Гибкий вал 112 имеет узел 118 дистального конца (не проиллюстрирован в масштабе на Фиг. 1), форма которого позволяет ему проходить через инструментальный канал эндоскопа 114 и выступать наружу (например, внутри пациента) на дистальном конце трубки эндоскопа. Узел дистального конца содержит активный наконечник для доставки микроволновой энергии в биологические ткани. Конфигурация наконечника более подробно описана ниже.
Конструкция узла 118 дистального конца может быть выполнена с максимальным наружным диаметром, подходящим для прохождения через рабочий канал. Как правило диаметр рабочего канала в хирургическом смотровом устройстве, таком как эндоскоп, составляет менее 4,0 мм, например, любое значение из следующего: 2,0 мм, 2,8 мм, 3,2 мм, 3,7 мм, 3,8 мм. Длина гибкого вала 112 может быть равна или больше 0,3 м, например, 2 м или более. В других примерах узел 118 дистального конца может быть установлен на дистальном конце гибкого вала 112 после того, как вал был введен через рабочий канал (и до того, как ствол инструмента введен в организм пациента). В качестве альтернативы гибкий вал 112 может быть введен в рабочий канал от дистального конца перед выполнением его проксимальных соединений. В этих конструкциях узел 118 дистального конца может иметь размеры большие, чем рабочий канал хирургического смотрового устройства 114.
Описанная выше система -- это один из путей введения инструмента в организм пациента. Также возможны другие технические способы. Например, инструмент может быть также введен с использованием катетера.
На Фиг.2 представлен вид сбоку в разрезе электрохирургического инструмента 200, который представляет собой вариант осуществления изобретения. Дистальный конец электрохирургического инструмента может соответствовать, например, узлу 118 дистального конца, описанному выше. Электрохирургический инструмент 200 содержит коаксиальный питающий кабель 202, который может подсоединяться своим проксимальным концом к генератору (например, генератору 102) для передачи микроволновой энергии. Коаксиальный питающий кабель 202 может представлять собой упомянутый выше интерфейсный кабель 104, который проходит через гибкий вал 112. Коаксиальный питающий кабель 202 содержит внутренний проводник 204 и наружный проводник 206, которые разделены диэлектрическим материалом 208. Коаксиальный питающий кабель 202 предпочтительно имеет низкие потери микроволновой энергии. На коаксиальном подводящем кабеле 204 может быть предусмотрен дроссель (не показан) для предотвращения обратного распространения микроволновой энергии, отраженной от дистального конца, и, следовательно, ограничения обратного нагрева вдоль устройства. Коаксиальный питающий кабель 202 дополнительно содержит гибкую наружную оболочку 210, расположенную вокруг наружного проводника 206 для защиты коаксиального питающего кабеля 204. Наружная оболочка 210 может быть изготовлена из изоляционного материала для электрической изоляции наружного проводника 206 от его окружения. Наружная оболочка 210 может быть изготовлена из материала с низкой адгезией, или покрыта им, например, ПТФЭ, для предотвращения адгезии тканей к инструменту.
Излучающий наконечник 212 выполнен на дистальном конце 214 коаксиального питающего кабеля 202. Пунктирная линия 215, представленная на Фиг. 2, иллюстрирует границу раздела между коаксиальным питающим кабелем 202 и излучающим наконечником 212. Излучающий наконечник 212 выполнен с возможностью приема микроволновой энергии, передаваемой коаксиальным питающим кабелем 202, и доставки энергии в биологические ткани. Наружный проводник 206 коаксиального питающего кабеля 202 заканчивается на дистальном конце 214 коаксиального питающего кабеля 202, то есть наружный проводник 206 не проходит в излучающий наконечник 212. Излучающий наконечник 212 содержит дистальную часть 216 внутреннего проводника 204, который выступает за дистальный конец коаксиального питающего кабеля 202. В частности, дистальная часть 216 внутреннего проводника 204 выступает за дистальный конец наружного проводника 206.
Проксимальный настроечный элемент 218, изготовленный из проводящего материала (например, металла), электрически соединен с дистальной частью 216 внутреннего проводника 204 рядом с проксимальным концом излучающего наконечника 212. Проксимальный настроечный элемент 218 имеет цилиндрическую форму и содержит канал 220, через который проходит дистальная часть 216 внутреннего проводника 204. Диаметр канала 220 по существу такой же, как наружный диаметр внутреннего проводника 204, так что внутренний проводник 204 находится в контакте с проксимальным настроечным элементом 218 внутри канала 220. Проксимальный настроечный элемент 218 может быть дополнительно прикреплен к внутреннему проводнику 204, например, с помощью проводящего клея (например, проводящей эпоксидной смолы), пайки или сварки. Проксимальный настроечный элемент 218 центрируется на внутреннем проводнике 204. Другими словами, центральная ось цилиндрического проксимального настроечного элемента 218 коллинеарна продольной оси внутреннего проводника 204. Таким образом, проксимальный настроечный элемент 218 расположен вокруг дистальной части 216 внутреннего проводника 204 таким образом, чтобы он был симметричным относительно продольной оси внутреннего проводника 204.
Дистальный настроечный элемент 222, изготовленный из проводящего материала (например, металла), электрически соединен с дистальной частью 216 внутреннего проводника 204 рядом с дистальным концом излучающего наконечника 212. Таким образом, дистальный настроечный элемент 222 расположен дальше по внутреннему проводнику 204, чем проксимальный настроечный элемент 218. Дистальный настроечный элемент 222 отстоит от проксимального настроечного элемента на длину дистальной части 216 внутреннего проводника 204. Как и проксимальный настроечный элемент 218, дистальный настроечный элемент имеет цилиндрическую форму и содержит канал 224. Как показано на Фиг. 2, дистальная часть 216 внутреннего проводника 204 проходит в канал 224. Дистальная часть 216 внутреннего проводника 204 заканчивается на дистальном конце канала 224, то есть не выступает за дистальный настроечный элемент 222. Таким образом, дистальный конец внутреннего проводника 204 находится заподлицо с дистальной поверхностью дистального настроечного элемента 222. Диаметр канала 224 по существу такой же, как наружный диаметр внутреннего проводника 204, так что внутренний проводник 204 находится в контакте с дистальным настроечным элементом 222 внутри канала 224. Проксимальный настроечный элемент 222 может быть дополнительно прикреплен к внутреннему проводнику 204, например, с помощью проводящего клея (например, проводящей эпоксидной смолы), пайки или сварки. Как и проксимальный настроечный элемент 218, дистальный настроечный элемент 222 установлен так, чтобы он был центрирован на внутреннем проводнике 204.
Как проксимальный настроечный элемент 218, так и дистальный настроечный элемент 222 имеют одинаковый наружный диаметр. Наружный диаметр проксимального настроечного элемента 218 и дистального настроечного элемента 222 может быть немного меньше наружного диаметра электрохирургического инструмента 200. В проиллюстрированном примере дистальный настроечный элемент 222 длиннее проксимального настроечного элемента 218 в продольном направлении инструмента. Другими словами, длина внутреннего проводника 204 в канале 224 в дистальном настроечном элементе 222 больше длины внутреннего проводника 204 в канале 220 в проксимальном настроечном элементе 218. Например, дистальный настроечный элемент 222 может быть приблизительно вдвое длиннее проксимального настроечного элемента 218. Делая дистальный настроечный элемент 222 длиннее проксимального настроечного элемента 218, можно сосредоточить микроволновое излучение вокруг дистального конца излучающего наконечника 212.
Дистальная часть 226 диэлектрического материала 208 выступает за дистальный конец 214 коаксиального питающего кабеля 202 в излучающий наконечник 212. Дистальная часть 226 диэлектрического материала 208 используется как прокладка между проксимальным настроечным элементом 218 и дистальным концом 214 коаксиального питающего кабеля 202. В некоторых вариантах осуществления (не показаны) диэлектрический материал 208 может заканчиваться на дистальном конце 214 коаксиального питающего кабеля 202, и между дистальным концом 214 коаксиального питающего кабеля 202 и проксимальным настроечным элементом 218 может быть предусмотрена отдельная прокладка. Диэлектрическая прокладка 228 предусмотрена в излучающем наконечнике 212 между проксимальным настроечным элементом 218 и дистальным настроечным элементом 222. Диэлектрическая прокладка 228 представляет собой цилиндрическую деталь из диэлектрического материала, содержащую проходящий через нее центральный канал. Таким образом, диэлектрическая прокладка 228 может представлять собой трубку из диэлектрического материала. Дистальная часть 214 внутреннего проводника 204 проходит через канал в диэлектрической прокладке 228. Проксимальная поверхность диэлектрической прокладки 228 находится в контакте с проксимальным настроечным элементом 218, а дистальная поверхность диэлектрической прокладки 228 находится в контакте с дистальным настроечным элементом 222. Диэлектрическая прокладка 228 имеет примерно такой же наружный диаметр, как проксимальный и дистальный настроечные элементы 218, 222.
На наружной стороне излучающего наконечника 212 предусмотрена защитная оболочка 230. Защитная оболочка 230 покрывает диэлектрическую прокладку 228, а также проксимальный и дистальный настроечные элементы 218, 222, образуя наружную поверхность излучающего наконечника 212. Защитная оболочка 230 может представлять собой трубку из изоляционного материала. Защитная оболочка 230 может служить для изоляции излучающего наконечника 212 и защиты его от окружающей среды. Защитная оболочка 230 может быть изготовлена из материала с низкой адгезией (например, ПТФЭ) или покрыта им, для предотвращения адгезии к нему тканей. Наружный диаметр защитной оболочки 230 по существу такой же, как наружный диаметр коаксиального питающего кабеля 202, так что инструмент имеет гладкую наружную поверхность, то есть излучающий наконечник 212 имеет наружную поверхность, которая находится заподлицо с наружной поверхностью коаксиального питающего кабеля 202 на границе 215 раздела. В некоторых вариантах осуществления (не показаны) защитная оболочка 230 может быть продолжением наружной оболочки 210 коаксиального питающего кабеля 202. Вместе дистальная часть 226 диэлектрического материала 208, диэлектрическая прокладка 228 и защитная оболочка 230 образуют диэлектрическую основную часть излучающего наконечника 212.
Излучающий наконечник 212 дополнительно содержит дистальный наконечник 232, расположенный на его дистальном конце. Дистальный наконечник 232 может быть заострен, чтобы облегчить введение излучающего наконечника 212 в целевые ткани. Тем не менее, в других вариантах осуществления изобретения (не показаны) дистальный конец может быть закругленным или плоским. Дистальный наконечник 232 может быть изготовлен из диэлектрического материала, например, такого же, как диэлектрический материал 208. В некоторых вариантах осуществления изобретения материал дистального наконечника 232 может быть выбран для улучшения согласования импеданса с целевыми тканями, чтобы повысить эффективность, с которой ЭМ энергия доставляется к целевым тканям. Дистальный наконечник 232 может быть изготовлен из материала с низкой адгезией, или покрыт им (например, ПТФЭ), для предотвращения адгезии к нему тканей.
Ниже приведены примеры размеров электрохирургического инструмента 200:
- расстояние от границы 215 раздела до дистального конца дистальной части 216 внутреннего проводника 204: 5,75 мм;
- наружный диаметр проксимального настроечного элемента 218 и дистального настроечного элемента 222: 1,5 мм;
- длина проксимального настроечного элемента 218: 0,5 мм;
- длина дистального настроечного элемента 222: 1,0 мм;
- расстояние между проксимальным настроечным элементом 218 и дистальным настроечным элементом 222: 3,75 мм;
- расстояние между проксимальным настроечным элементом 218 и границей 215 раздела: 0,5 мм; и
- наружный диаметр электрохирургического инструмента 200: 1,85 мм.
Излучающий наконечник 212 может действовать как микроволновая монопольная антенна, когда микроволновая энергия передается на излучающий наконечник 212. В частности, микроволновая энергия может излучаться из дистальной части 216 внутреннего проводника 202, так что микроволновая энергия может доставляться в окружающие биологические ткани. Проксимальный и дистальный настроечные элементы 218, 222 применяются для формирования профиля излучения излучающего наконечника 212 и улучшения согласования импеданса между инструментом и окружающими целевыми тканями, как рассматривается далее.
На Фиг.3 представлен смоделированный профиль микроволнового излучения в целевых тканях для электрохирургического инструмента 200, представленного на Фиг. 2. Профиль излучения моделировали для микроволновой частоты 5,8 ГГц с использованием программного обеспечения для анализа методом конечных элементов. Профиль излучения указывает на результирующую форму тканей, подвергнутых абляции с помощью микроволновой энергии. Как показано на Фиг. 3, профиль излучения сосредоточен вокруг излучающего наконечника и определяет приблизительно сферическую область. Таким образом, ткани могут быть подвергнуты абляции в приблизительно сферической области вокруг излучающего наконечника. Граница 215 раздела между излучающим наконечником и коаксиальным питающим кабелем представлен для облегчения визуализации местоположения и формы поля относительно наконечника инструмента.
На Фиг. 4 представлен смоделированный график S-параметра (также известного как входной коэффициент отражения S11, или «обратные потери») от частоты микроволновой энергии для электрохирургического инструмента 200. Как хорошо известно в области техники, S-параметр является мерой обратных потерь микроволновой энергии из-за рассогласования импеданса, и поэтому S-параметр указывает на степень рассогласования импеданса между целевыми тканями и излучающим наконечником. S-параметр может быть определен уравнением PI=SPR, где PI - мощность, исходящая от инструмента в направлении тканей, PR- мощность, отраженная обратно от тканей, а S -- S-параметр. Как проиллюстрировано на Фиг. 4, S-параметр имеет значение -25,58 дБ на частоте 5,8 ГГц, что означает, что очень небольшое количество микроволновой энергии отражается от тканей на этой частоте. Это указывает на хорошее согласование импеданса на рабочей частоте 5,8 ГГц и на то, что микроволновая энергия эффективно доставляется от излучающего наконечника в ткани на этой частоте.
На Фиг. 5 представлена смоделированная диаграмма Смита импеданса для электрохирургического инструмента 200. Диаграмма Смита смоделировали для плоскости отсчета, расположенной на границе 215 раздела между дистальным концом коаксиального питающего кабеля и излучающим наконечником. Как хорошо известно в области техники, диаграмма Смита представляет собой графическое представление S-параметра (коэффициента отражения) в комплексной плоскости. S-параметр может быть определен следующим уравнением:
где z=Z/Z0, Z - импеданс излучающего наконечника, находящегося в контакте с целевыми тканями, а Z0 - коэффициент нормализации. В данном случае использовали коэффициент нормализации 50 Ом, поскольку это типичный характеристический импеданс коаксиального питающего кабеля, интерфейсного кабеля (например, интерфейсного кабеля 104) и электрохирургического генератора (например, генератора 102). На Фиг. 5 маркер (обозначенный «1») указывает значение S-параметра на частоте 5,8 ГГц. Как видно, значение S-параметра находится около отметки единицы (т. е. точки, где z=1). Это показывает хорошее согласование импеданса между генератором, интерфейсным кабелем, коаксиальным питающим кабелем и антенной, находящейся в контакте с целевыми тканями. Другими словами, микроволновая энергия может эффективно доставляться от излучающего наконечника в целевые ткани. Значение импеданса Z на частоте 5,8 ГГц указано в легенде, представленной на Фиг. 5, и составляет (54,9+i2,9) Ом. Заполненный кружок и пустой кружок рядом с маркером на рис. 5 обозначают точки на 6 ГГц и 5,6 ГГц соответственно. Значение импеданса Z для этих точек показано в легенде на Фиг. 5.
Теперь обратимся к сравнительным примерам, представленным на Фиг. 6-13, чтобы более подробно проиллюстрировать влияние проксимального и дистального настроечных элементов. На Фиг. 6 представлен электрохирургический инструмент 600, который представляет собой первый сравнительный пример, а на Фиг. 7 представлен электрохирургический инструмент 700, который представляет собой второй сравнительный пример. Электрохирургический инструмент 600 аналогичен электрохирургическому инструменту 200, за исключением того, что электрохирургический инструмент 600 не содержит проксимальный настроечный элемент. Все остальные характеристики электрохирургического инструмента 600 (включая дистальный настроечный элемент) такие же, как у электрохирургического инструмента 200. Электрохирургический инструмент 700 подобен электрохирургическому инструменту 200, за исключением того, что электрохирургический инструмент 700 не содержит проксимальный настроечный элемент или дистальный настроечный элемент (т. е. оба настроечных элемента отсутствуют). Все остальные характеристики электрохирургического инструмента 700 такие же, как и у электрохирургического инструмента 200. Ссылочные номера, используемые на Фиг. 2, используются на Фиг. 6 и 7 для обозначения функций, соответствующих тем, которые обсуждались выше в отношении Фиг. 2.
На Фиг.8 представлен смоделированный профиль микроволнового излучения в целевых тканях для электрохирургического инструмента 600, представленного на Фиг. 6. Профиль излучения моделировали для микроволновой частоты 5,8 ГГц с использованием программного обеспечения для анализа методом конечных элементов. За исключением отсутствия проксимального настроечного элемента, размеры электрохирургического инструмента 600, использованного для расчета, были такими же, как и размеры, использованные для расчета профиля излучения электрохирургического инструмента 200, представленного на Фиг. 3. Как видно из сравнения фиг. 3 и 8, профиль излучения электрохирургического инструмента 600 менее сферический, чем профиль излучения электрохирургического инструмента 200. В частности, профиль излучения электрохирургического инструмента 600 содержит хвостовую часть, которая проходит обратно по более длинной части коаксиального питающего кабеля, чем хвостовая часть на профиле излучения электрохирургического инструмента 200. Таким образом, проксимальный настроечный элемент используется для того, чтобы сделать профиль излучения более сферическим и уменьшить хвостовую часть, которая проходит обратно по коаксиальному питающему кабелю. Такая хвостовая часть может быть нежелательной, поскольку она может вызвать нагревание коаксиального питающего кабеля и/или вызвать абляцию ткани, которая находится за пределами целевой зоны.
На Фиг. 9 представлен смоделированный график зависимости S-параметра от частоты микроволновой энергии для электрохирургического инструмента 600. График, представленный на Фиг. 9, рассчитывали так же, как график, представленный на Фиг. 4, для электрохирургического инструмента 200. Как представлено на Фиг. 9, S-параметр имеет значение -10,18 дБ на частоте 5,8 ГГц. Это указывает на гораздо большие обратные потери по сравнению с электрохирургическим инструментом 200, где было обнаружено, что S-параметр имеет значение -25,58 дБ. Таким образом, проксимальный настроечный элемент служит для улучшения согласования импеданса. Следовательно, микроволновая энергия может более эффективно доставляться в целевые ткани с помощью электрохирургического инструмента 200, чем с помощью электрохирургического инструмента 600.
На Фиг. 10 представлена смоделированная диаграмма Смита импеданса для электрохирургического инструмента 600. Ее вычисляли таким же образом, как и диаграмму Смита для электрохирургического инструмента 200, представленную на Фиг. 5. Маркер, представленный на Фиг. 10, (обозначенный «1») указывает значение S-параметра на частоте 5,8 ГГц. Как видно, маркер находится дальше от отметки единицы по сравнению с Фиг. 5. Это показывает менее хорошее согласование импеданса между генератором, интерфейсным кабелем, коаксиальным питающим кабелем и антенной, контактирующей с целевыми тканями, по сравнению с электрохирургическим инструментом 200. Сравнивая Фиг. 5 и 10 видно, что добавление проксимального настроечного элемента приводит к перемещению маркера вниз ближе к отметке единицы. Это указывает на то, что проксимальный настроечный элемент привносит в систему дополнительную емкость. Сдвиг маркера ближе к отметке единицы на Фиг. 5 также может быть связан с фазовым сдвигом, связанным с расстоянием между дистальным концом коаксиального питающего кабеля и проксимальным концом проксимального настроечного элемента. Значение импеданса Z электрохирургического инструмента 600 на частоте 5,8 ГГц указано в легенде на Фиг. 10 и составляет (40,2+i27,5) Ом. Заполненный кружок и пустой кружок рядом с маркером на рис. 10 обозначают точки на 6 ГГц и 5,6 ГГц соответственно. Значение импеданса Z для этих точек показано в легенде на Фиг. 10.
На Фиг.11 представлен смоделированный профиль микроволнового излучения в целевых тканях для электрохирургического инструмента 700, представленного на Фиг. 7. Профиль излучения моделировали для микроволновой частоты 5,8 ГГц с использованием программного обеспечения для анализа методом конечных элементов. За исключением отсутствия проксимального и дистального настроечных элементов, размеры электрохирургического инструмента 700, использованного для расчета, были такими же, как и размеры, использованные для расчета профиля излучения электрохирургического инструмента 200, представленного на Фиг. 3. Как видно из сравнения Фиг. 3, 8 и 11, профиль излучения электрохирургического инструмента 700 даже менее сферический и более вытянутый, чем профиль излучения электрохирургического инструмента 600. В частности, профиль излучения электрохирургического инструмента 700 менее сосредоточен вокруг дистального конца инструмента и имеет более длинную хвостовую часть, проходящую обратно по коаксиальному питающему кабелю. Таким образом, дистальный настроечный элемент используется для того, чтобы сделать профиль излучения более сферическим и уменьшить хвостовую часть, которая проходит обратно по коаксиальному питающему кабелю.
На Фиг. 12 представлен смоделированный график зависимости S-параметра от частоты микроволновой энергии для электрохирургического инструмента 700. График, представленный на Фиг. 12, рассчитывали так же, как график, представленный на Фиг. 4, для электрохирургического инструмента 200. Как представлено на Фиг. 12, S-параметр имеет значение -5,66 дБ на частоте 5,8 ГГц. Это указывает на гораздо большие обратные потери по сравнению с электрохирургическими инструментами 200 и 600, где было обнаружено, что S-параметр имеет значение -25,58 дБ и -10,18 дБ соответственно. Таким образом, дистальный настроечный элемент служит для улучшения согласования импеданса.
На Фиг. 13 представлена смоделированная диаграмма Смита импеданса для электрохирургического инструмента 700. Ее вычисляли таким же образом, как и диаграмму Смита для электрохирургического инструмента 200, представленную на Фиг. 5. Маркер, представленный на Фиг. 13, (обозначенный «1») указывает значение S-параметра на частоте 5,8 ГГц. Как видно, маркер находится дальше от отметки единицы по сравнению с Фиг. 5. Это показывает менее хорошее согласование импеданса между генератором, интерфейсным кабелем, коаксиальным питающим кабелем и антенной, находящейся в контакте с целевыми тканями, по сравнению с электрохирургическим инструментом 200. Маркер, представленный на Фиг. 13, также находится дальше от отметки единицы по сравнению с Фиг. 10, что указывает на менее хорошее согласование импеданса. Значение импеданса Z электрохирургического инструмента 700 на частоте 5,8 ГГц указано в легенде на Фиг. 13 и составляет (20,5 - i25,7) Ом. Заполненный кружок и пустой кружок рядом с маркером на рис. 13 обозначают точки на 6 ГГц и 5,6 ГГц соответственно. Значение импеданса Z для этих точек показано в легенде на Фиг. 13.
Таким образом, сравнительные примеры показывают, что наличие как проксимальных, так и дистальных настроечных элементов в излучающем наконечнике служит для улучшения профиля излучения излучающего наконечника, делая профиль излучения более сферическим и уменьшая хвостовую часть, которая проходит обратно по коаксиальному питающему кабелю. Сравнительные примеры также демонстрируют, что проксимальный и дистальный настроечные элементы служат для улучшения согласования импеданса, что может повысить эффективность, с которой микроволновая энергия может быть доставлена в целевые ткани.
Авторы изобретения обнаружили, что по мере увеличения наружного диаметра электрохирургического инструмента увеличивается хвостовая часть профиля излучения, которая проходит обратно по коаксиальному питающему кабелю. Это проиллюстрировано на Фиг. 14, где представлен смоделированный профиль микроволнового излучения в целевых тканях для электрохирургического инструмента согласно варианту осуществления изобретения. Электрохирургический инструмент, представленный на Фиг. 14, аналогичен электрохирургическому инструменту 200, описанному выше, за исключением того, что он имеет наружный диаметр 2,6 мм (тогда как электрохирургический инструмент 200 имеет наружный диаметр 1,85 мм). Профиль излучения был смоделирован для микроволновой частоты 5,8 ГГц с использованием программного обеспечения для анализа методом конечных элементов. Пунктирная линия, обозначенная цифрой 215 на Фиг. 14, показывает положение границы раздела между коаксиальным питающим кабелем и излучающим наконечником. Как видно из сравнения Фиг. 14 с профилем излучения для электрохирургического инструмента 200, хвостовая часть, которая проходит обратно по коаксиальному питающему кабелю, больше для электрохирургического инструмента по Фиг. 14, то есть электрохирургического инструмента, имеющего больший наружный диаметр.
Авторы изобретения обнаружили, что хвостовая часть в профиле излучения может быть подавлена путем добавления элемента формирования поля на дистальном конце коаксиального питающего кабеля. На Фиг. 15 представлен вид сбоку в разрезе электрохирургического инструмента 900, который представляет собой вариант осуществления изобретения. Электрохирургический инструмент 900 подобен электрохирургическому инструменту 200, описанному выше, за исключением того, что он содержит элемент 902 формирования поля, а его наружный диаметр составляет 2,6 мм. Ссылочные номера, используемые на Фиг. 2, используются на Фиг. 15 для обозначения признаков, соответствующих тем, которые описаны выше в отношении Фиг. 2.
Элемент 902 формирования поля представляет собой кольцевую втулку из проводящего материала, расположенную вокруг наружной поверхности наружного проводника 206. Элемент 902 формирования поля расположен на дистальном конце коаксиального питающего кабеля 202 и проходит от границы 215 раздела по длине коаксиального питающего кабеля 202. Длина элемента 902 формирования поля соответствует четверти длины волны микроволновой энергии, передаваемой по коаксиальному питающему кабелю 202. В случае, когда микроволновая энергия передается на частоте 5,8 ГГц, длина элемента 902 формирования поля может составлять приблизительно 9 мм. Внутренняя поверхность элемента 902 формирования поля находится в контакте с наружной поверхностью наружного проводника 206, так что элемент 902 формирования поля электрически соединен с наружным проводником 206 по его длине. Электрическое соединение между элементом 902 формирования поля и наружным проводником 206 может быть обеспечено путем прикрепления элемента 902 формирования поля к наружному проводнику 206, например, с помощью проводящей эпоксидной смолы, или припаивания или сваривания их вместе. В некоторых вариантах осуществления (не показаны) элемент 902 формирования поля может быть выполнен как единое целое с наружным проводником 206. Элемент 902 формирования поля выполняет увеличение эффективной толщины наружного проводника 206 в дистальной области коаксиального питающего кабеля 202.
На Фиг.16 представлен смоделированный профиль микроволнового излучения в целевых тканях для электрохирургического инструмента 900, представленного на Фиг.15. Профиль излучения был смоделирован для микроволновой частоты 5,8 ГГц с использованием программного обеспечения для анализа методом конечных элементов. Как видно из сравнения Фиг. 16 и 14, профиль излучения, представленный на Фиг. 16, имеет меньшую хвостовую часть, идущую обратно по коаксиальному питающему кабелю. Профиль излучения, представленный на Фиг. 16, также выглядит более сферическим и больше сосредоточен вокруг излучающего наконечника. Единственное различие между электрохирургическим инструментом, представленным на Фиг. 14, и электрохирургическим инструментом 900 заключается в наличии элемента 902 формирования поля в электрохирургическом инструменте 900. Таким образом, элемент 902 формирования поля служит для уменьшения хвостовой части в профиле излучения и для сосредоточения излучения микроволновой энергии вокруг излучающего наконечника.
1. Электрохирургический инструмент для доставки микроволновой энергии для абляции биологических тканей, содержащий:
коаксиальный питающий кабель для передачи микроволновой энергии, при этом коаксиальный питающий кабель содержит внутренний проводник, наружный проводник и диэлектрический материал, разделяющий внутренний проводник и наружный проводник; и
излучающий наконечник, расположенный на дистальном конце коаксиального питающего кабеля для приема микроволновой энергии, причем излучающий наконечник содержит:
удлиненный проводник, электрически соединенный с внутренним проводником и проходящий в продольном направлении с формированием микроволнового излучателя;
проксимальный настроечный элемент, электрически соединенный с удлиненным проводником в проксимальной области излучающего наконечника;
дистальный настроечный элемент, электрически соединенный с удлиненным проводником в дистальной области излучающего наконечника; и
диэлектрическую основную часть, расположенную вокруг удлиненного проводника, проксимального настроечного элемента и дистального настроечного элемента;
причем проксимальный настроечный элемент и дистальный настроечный элемент разнесены в продольном направлении, в результате чего микроволновое поле, излучаемое микроволновым излучателем, формируется вокруг диэлектрической основной части; и
причем длина дистального настроечного элемента в продольном направлении больше длины проксимального настроечного элемента в продольном направлении.
2. Электрохирургический инструмент по п.1, отличающийся тем, что проксимальный настроечный элемент и дистальный настроечный элемент симметричны относительно продольного направления.
3. Электрохирургический инструмент по п.1, отличающийся тем, что проксимальный настроечный элемент и дистальный настроечный элемент являются цилиндрическими и имеют центральную ось, которая коллинеарна продольной оси удлиненного проводника.
4. Электрохирургический инструмент по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что проксимальный настроечный элемент разнесен от дистального конца коаксиального питающего кабеля в продольном направлении.
5. Электрохирургический инструмент по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что проксимальный настроечный элемент и дистальный настроечный элемент, каждый, содержит канал, через который проходит удлиненный проводник.
6. Электрохирургический инструмент по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что дистальный настроечный элемент расположен на дистальном конце удлиненного проводника.
7. Электрохирургический инструмент по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что удлиненный проводник представляет собой дистальную часть внутреннего проводника, которая выступает за дистальный конец наружного проводника.
8. Электрохирургический инструмент по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что диэлектрическая основная часть содержит диэлектрическую прокладку между проксимальным настроечным элементом и дистальным настроечным элементом.
9. Электрохирургический инструмент по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что диэлектрическая основная часть содержит диэлектрическую оболочку, которая окружает наружную поверхность проксимального настроечного элемента и дистального настроечного элемента.
10. Электрохирургический инструмент по п.9, отличающийся тем, что наружная поверхность диэлектрической оболочки выполнена заподлицо с наружной поверхностью коаксиального питающего кабеля на границе раздела между коаксиальным питающим кабелем и излучающим наконечником.
11. Электрохирургический инструмент по п. 4, содержащий диэлектрический элемент, установленный между проксимальным настроечным элементом и дистальным концом коаксиального питающего кабеля.
12. Электрохирургический инструмент по п.11, отличающийся тем, что диэлектрический элемент содержит дистальную часть диэлектрического материала коаксиального питающего кабеля, которая выступает за дистальный конец наружного проводника.
13. Электрохирургический инструмент по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что излучающий наконечник дополнительно содержит дистальный наконечник, установленный на дистальном конце удлиненного проводника, причем дистальный наконечник изготовлен из диэлектрического материала.
14. Электрохирургический инструмент по п. 13, отличающийся тем, что дистальный конец заострен.
15. Электрохирургический инструмент по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий проводящий элемент формирования поля, расположенный на дистальном конце коаксиального питающего кабеля, причем элемент формирования поля электрически соединен с наружным проводником.
16. Электрохирургический инструмент по п. 15, отличающийся тем, что элемент формирования поля образован дистальной частью наружного проводника, имеющей увеличенную толщину по сравнению с проксимальной частью наружного проводника.
17. Электрохирургический инструмент по п. 15 или 16, отличающийся тем, что элемент формирования поля имеет длину в продольном направлении, соответствующую четверти длины волны микроволновой энергии.
18. Электрохирургический аппарат для доставки микроволновой энергии для абляции биологических тканей, содержащий:
электрохирургический генератор, выполненный с возможностью подачи микроволновой энергии; и
электрохирургический инструмент по любому из предшествующих пунктов, подключенный для приема микроволновой энергии от электрохирургического генератора.
19. Электрохирургический аппарат по п. 18, дополнительно содержащий хирургическое смотровое устройство, которое содержит гибкий вводимый ствол, имеющий инструментальный канал, причем электрохирургический инструмент имеет размеры, подходящие для размещения внутри инструментального канала.
