專利名稱：等離子體產(chǎn)生裝置、等離子體外科手術(shù)裝置以及等離子體外科手術(shù)裝置的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子體產(chǎn)生裝置，它包括陽極、陰極和至少一 個(gè)中間電極，所述中間電極布置成至少局部在所述陽極和所述陰極之 間，所述中間電極和所述陽極至少形成等離子體槽道的一部分，該等 離子體槽道有在所述陽極中的開口 。本發(fā)明還用于等離子體外科手術(shù) 裝置和等離子體外科手術(shù)裝置的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
等離子體裝置涉及用于產(chǎn)生氣體等離子體的裝置。該氣體等離子 體例如可以用于外科手術(shù)中，目的是破壞(剖開)生物組織和/或使生 物組織凝結(jié)(coagulation),通常，這樣的等離子體裝置形成有較長和較窄的端部等，它能夠 很容易地施加在要進(jìn)行治療的合適區(qū)域，例如流血組織。在裝置的頂 端有氣體等離子體，該氣體等離子體的高溫能夠治療該頂端附近的組織。WO2004/030551 ( Suslov )公開了 一種現(xiàn)有技術(shù)的等離子體外科 手術(shù)裝置。該裝置包括等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)，該等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)有陽 極、陰極和用于將氣體供給該等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)的氣體供給槽道。而 且，等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)包括多個(gè)電極，這些電極布置在所述陰極和陽 極之間。與陽極連接的導(dǎo)電材料殼體包圍等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)，并形成 氣體供給槽道。由于近來外科手術(shù)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)常使用稱為腹腔鏡(鎖孔)外科手術(shù)的技術(shù)。這意味著更需要小尺寸的裝置，以便能夠在沒有較大 外科手術(shù)的情況下進(jìn)行接近。較小儀器也有利于在外科手術(shù)操作中獲 得良好的精度。還希望能夠提高等離子體射流的精度，這樣，例如可能受到熱影 響的區(qū)域更小。還希望能夠獲得一種等離子體產(chǎn)生裝置，它使得要治 療的區(qū)域周圍受到有限的熱作用。因此，需要改進(jìn)等離子體裝置，特別是能夠制造高溫等離子體的 小尺寸和高精度等離子體裝置。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的改進(jìn)的等離子體產(chǎn)生裝置。本發(fā)明的另 一 目的是提供一種等離子體外科手術(shù)裝置以及該等離 子體外科手術(shù)裝置在外科手術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種等離子體產(chǎn)生裝置，它包括 陽極、陰極和至少一個(gè)中間電極，所述中間電極布置成至少局部在所 述陽極和所述陰極之間，所述中間電極和所述陽極至少形成等離子體 槽道的一部分，該等離子體槽道有在所述陽極中的開口。根據(jù)本發(fā)明，等離子體產(chǎn)生裝置包括至少一個(gè)冷卻劑槽道，該冷 卻劑槽道布置有至少一個(gè)出口開口，該出口開口定位成沿從陰極至陽 極的方向超過所述至少一個(gè)中間電極，且所述冷卻劑槽道在所述出口 開口處的槽道方向有定向部件，該槽道方向與等離子體槽道在開口處 的槽道方向相同。等離子體產(chǎn)生裝置的該結(jié)構(gòu)使得用于在冷卻劑槽道中流動(dòng)的冷卻 劑能夠在等離子體槽道的開口附近在等離子體產(chǎn)生裝置的端部處流 出。由該結(jié)構(gòu)獲得的優(yōu)點(diǎn)是，通過冷卻劑槽道的出口流出的冷卻劑可 以用于屏蔽和限制通過開口于陽極中的等離子體槽道出口而排出的等 離子體射流。屏蔽和限制等離子體射流首先在治療小區(qū)域時(shí)特別有利， 因?yàn)榭梢杂行拗飘a(chǎn)生的等離子體射流的傳播。還可以使用流出的冷卻劑來冷卻受到等離子體射流影響的目標(biāo)。冷卻要治療的目標(biāo)例如可以適合于保護(hù)治療區(qū)域周圍的區(qū)域。例如，等離子體射流可以沿它的縱向方向被屏蔽，這樣，在屏蔽 件的一側(cè)有相當(dāng)?shù)偷臒崃?，在屏蔽件的另一?cè)有較高熱量。這樣，沿 等離子體射流的流動(dòng)方向獲得等離子體射流的基本獨(dú)特位置，要治療的目標(biāo)在該位置處受到影響，這可以使得等離子體產(chǎn)生裝置更精確地 工作。類似的，流出的冷卻劑可以提供沿徑向方向的等離子體射流屏蔽 (相對于等離子體射流的流動(dòng)方向)。這樣沿徑向方向屏蔽使得相對較 小的表面能夠在治療時(shí)受到熱影響。相對于等離子體的流動(dòng)方向沿橫 向方向屏蔽也使得治療區(qū)域周圍的區(qū)域能夠同時(shí)通過流出的冷卻劑而 冷卻，因此受到等離子體射流的熱量的影響程度相對較小?，F(xiàn)有技術(shù)的等離子體產(chǎn)生裝置通常使用封閉冷卻劑系統(tǒng)來在工作 中冷卻等離子體產(chǎn)生裝置。這樣的封閉冷卻劑系統(tǒng)通常布置成使得冷卻劑沿等離子體產(chǎn)生裝置中的一個(gè)通路流入，并沿另一通路返回。這 通常產(chǎn)生相對較長的流動(dòng)通路。較長流動(dòng)通路的缺點(diǎn)是用于冷卻劑的 流動(dòng)槽道通常必須制成為相對較大，以便防止較大壓力降。這又意味 著流動(dòng)槽道占據(jù)空間，這影響等離子體產(chǎn)生裝置的外部尺寸。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是，與例如封閉和循環(huán)冷卻劑系統(tǒng)相比，在冷 卻劑槽道中的壓力降能夠降低。因此，冷卻劑槽道的截面可以保持相 對較小，這也意味著等離子體產(chǎn)生裝置的外部尺寸可以減小。例如當(dāng) 用于空間有限區(qū)域中或在需要較大精度的工作中使用時(shí)，通常希望減 小等離子體產(chǎn)生裝置的尺寸。優(yōu)選是，等離子體產(chǎn)生裝置的、靠近陽極的端部("裝置的陽極端")具有小于10mm的外部尺寸，優(yōu)選是小 于5mm。在可選實(shí)施例中，等離子體產(chǎn)生裝置的外部尺寸等于或小于 3mm。優(yōu)選是，裝置的陽極端有圓形外部幾何形狀。因此，本發(fā)明使得流過冷卻劑槽道的冷卻劑能夠用于在工作時(shí)冷 卻等離子體產(chǎn)生裝置、屏蔽和限制等離子體射流的傳播以及冷卻受到等離子體射流影響的區(qū)域周圍的區(qū)域。不過應(yīng)當(dāng)知道，根據(jù)用途，可 以使用這些作用中的一個(gè)或多個(gè)。冷卻劑能夠在等離子體射流附近流出， 優(yōu)選是將冷卻劑槽道的出口開口布置在等離子體槽道的開口旁邊并間 隔開。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻劑槽道的開口布置在陽極中。通過將冷卻 劑槽道的出口開口和等離子體槽道的開口布置成相互接近，等離子體 產(chǎn)生裝置的端部有在陽極附近的噴嘴，該噴嘴有至少兩個(gè)出口，用于 分別排出冷卻劑和等離子體。優(yōu)選是使得冷卻劑槽道沿整個(gè)陽極或陽 極的一部分延伸，以便也能夠在工作時(shí)冷卻陽極。在一個(gè)實(shí)施例中， 冷卻劑槽道的出口沿從陰極至陽極的方向布置在與陽極中的等離子體 槽道出口相同的水平處或在前部。優(yōu)選是，冷卻劑槽道的主要長度部分基本平行于所述等離子體槽 道。通過將冷卻劑槽道布置成平行于等離子體槽道，可以提供例如緊 湊和狹窄的等離子體產(chǎn)生裝置。優(yōu)選是，冷卻劑槽道包括通流槽道， 該通流槽道的主要長度部分沿等離子體槽道的縱向方向布置。通過該 設(shè)計(jì)，冷卻劑例如可以在等離子體產(chǎn)生裝置的一端供給，以便在鄰近 陽極的相對端流出。根據(jù)等離子體產(chǎn)生裝置的合適特性，冷卻劑槽道的出口部分可以 以不同的合適方式被引導(dǎo)和傾斜。在等離子體產(chǎn)生裝置的一個(gè)實(shí)施例 中，冷卻劑槽道在出口開口處的槽道方向可以沿從陰極至陽極的方向相對于所述等離子體槽道在開口處的槽道方向以+30和-30度之間的 角度延伸。通過對于不同等離子體產(chǎn)生裝置選擇不同角度，等離子體限;:冷卻劑4道二槽道;向二對)等離子體4道的槽道-向的上述合適變化為這樣，即o度角對應(yīng)于兩個(gè)槽道的槽道方向平行的情況。當(dāng)希望沿等離子體射流的橫向方向(與等離子體槽道的縱向方向 沿徑向橫切)進(jìn)行限制時(shí)，冷卻劑槽道在所述出口開口處的槽道方向 沿從陰極至陽極的方向基本平行于所述等離子體槽道在開口處的槽道 方向而延伸。在另一實(shí)施例中，可能希望與等離子體槽道的縱向方向橫切的更小徑向限制。對于可選實(shí)施例，例如冷卻劑槽道在所述出口開口處的 槽道方向可以沿從陰極至陽極的方向以離開所述等離子體槽道在開口 處的槽道方向的一定角度延伸。在另一可選實(shí)施例中，冷卻劑槽道在所述出口開口處的槽道方向 可以沿從陰極至陽極的方向朝著所述等離子體槽道在開口處的槽道方 向以一定角度延伸。例如，本實(shí)施例能夠通過沿等離子體射流的流動(dòng) 方向的橫向方向和等離子體射流的流動(dòng)方向的縱向方向流出的冷卻劑 來限制等離子體射流。應(yīng)當(dāng)知道，冷卻劑槽道的出口部分可以根據(jù)等離子體產(chǎn)生裝置中所希望的特性和性能而以各種方式來布置。還應(yīng)當(dāng)知道，等離子體產(chǎn)生裝置可以提供有多個(gè)這樣的出口部分。多個(gè)這樣的出口部分可以以類似方式被引導(dǎo)和傾斜。不過，還可以將多個(gè)不同出口部分布置成相對于等離子體槽道在開口處的槽道方向有不同的方向和角度。等離子體產(chǎn)生裝置還可以提供有一個(gè)或多個(gè)冷卻劑槽道。而且，各冷卻劑槽道可以提供有一個(gè)或多個(gè)出口部分。在使用時(shí)，冷卻劑槽道優(yōu)選是由從陰極流向陽極的冷卻劑通過。 作為冷卻劑，優(yōu)選是使用水，盡管也可以使用其它類型的流體。使用 合適的冷卻劑將能夠吸收和取出在工作時(shí)從等離子體產(chǎn)生裝置中發(fā)出 的熱量。為了高效冷卻等離子體產(chǎn)生裝置，優(yōu)選是使得所述冷卻劑槽道的 一部分沿所述至少 一個(gè)中間電極延伸。通過使冷卻劑槽道中的冷卻劑 能夠流動(dòng)而與中間電極直接接觸，在中間電極和冷卻劑之間獲得良好 的傳熱。為了合適地冷卻中間電極的較大部分，所述冷卻劑槽道的一 部分可以沿所述至少一個(gè)中間電極的外周延伸。例如，冷卻劑槽道環(huán) 繞所述至少一個(gè)中間電極的外周。在一個(gè)實(shí)施例中，等離子體產(chǎn)生裝置的端部套筒(該端部套筒優(yōu) 選是與陽極連接)構(gòu)成冷卻劑槽道的沿徑向外側(cè)定位的邊界表面的一 部分。在另一可選實(shí)施例中，所述至少一個(gè)中間電極構(gòu)成冷卻劑槽道 的沿徑向內(nèi)側(cè)定位的邊界表面的一部分。通過使用等離子體產(chǎn)生裝置的這些結(jié)構(gòu)部分作為冷卻劑槽道的邊界表面的一部分，可以在冷卻劑 和相鄰部分(這些部分在工作時(shí)被加熱)之間獲得良好的傳熱。而且， 通過減少使用單獨(dú)的冷卻劑槽道部分，等離子體產(chǎn)生裝置的尺寸可以 減小。優(yōu)選是，冷卻劑槽道布置成這樣，在使用時(shí)，通過它的冷卻劑的量在lml/s和5ml/s之間。這樣的流速在外科手術(shù)用途中特別有利， 在外科手術(shù)用途中，更高流速可能對病人不利。為了能夠使冷卻劑環(huán)繞等離子體射流分布，優(yōu)選是至少一個(gè)冷卻 劑槽道提供有至少兩個(gè)出口，優(yōu)選是至少四個(gè)出口。而且，等離子體 產(chǎn)生裝置優(yōu)選是提供有多個(gè)冷卻劑槽道。冷卻劑槽道的數(shù)目和出口的 數(shù)目可以根據(jù)等離子體產(chǎn)生裝置的應(yīng)用領(lǐng)域和合適特性而可選擇地變 化。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了包括上述等離子體產(chǎn)生裝置的等 離子體外科手術(shù)裝置。這里所述類型的等離子體外科手術(shù)裝置可以合 適地用于生物組織的破壞或凝結(jié)。而且，這樣的等離子體外科手術(shù)裝 置可以有利地用于心臟或腦外科手術(shù)。也可選擇，這樣的等離子體外科手術(shù)裝置可以有利地用于肝、脾或腎的外科手術(shù)。


下面將參考附圖更詳細(xì)地介紹本發(fā)明，該附圖通過實(shí)例表示了本 發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例。圖la是本發(fā)明的等離子體產(chǎn)生裝置的實(shí)施例的剖視圖；圖lb是圖la的實(shí)施例的局部放大圖；圖2a是等離子體產(chǎn)生裝置的可選實(shí)施例的剖視圖；圖2b是圖2a的等離子體產(chǎn)生裝置的正視平面圖；圖2c是圖2a的等離子體產(chǎn)生裝置的可選實(shí)施例的正視平面圖；以及圖3是等離子體產(chǎn)生裝置的另一可選實(shí)施例的剖視圖。
具體實(shí)施方式
圖la表示了本發(fā)明的等離子體產(chǎn)生裝置1的實(shí)施例的剖視圖。圖la中的剖面穿過等離子體產(chǎn)生裝置1沿縱向方向的中心。裝置包括細(xì) 長端部套筒3,該端部套筒3容納用于產(chǎn)生等離子體的等離子體產(chǎn)生 系統(tǒng)，該等離子體在端部套筒3的端部排出。產(chǎn)生的等離子體例如可 以用于停止組織中的流血、汽化組織、切割組織等。圖la的等離子體產(chǎn)生裝置1包括陰極5、陽極7和多個(gè)電極9，、 9"、 9"，，這些電極布置在陽極和陰極之間，在本文中稱為中間電極。 中間電極9'、 9"、 9'"為環(huán)形，并形成等離子體槽道11的一部分，該 等離子體槽道11從陰極5前部的位置伸出，并進(jìn)一步伸向陽極7并通 過該陽極7。等離子體槽道ll的進(jìn)口端是最靠近陰極5的端部；等離 子體槽道穿過陽極7延伸，它的出口端布置在該陽極7處。等離子體 將在等離子體槽道11中加熱，并最終通過在陽極7中的等離子體槽道 開口而流出。中間電極9'、 9"、 9'"通過環(huán)形絕緣體裝置13'、 13"、 13，" 而相互絕緣和分離。中間電極9'、 9"、 9"'的形狀和等離子體槽道11 的尺寸可以調(diào)節(jié)成適于任意合適目的。中間電極9，、 9"、 9"'的數(shù)目也 可以選擇地變化。圖la中所示的實(shí)施例提供有三個(gè)中間電極9'、 9"、9，"在圖la所示的實(shí)施例中，陰極5形成為細(xì)長柱形元件。優(yōu)選是， 陰極5由鴒制成，可選擇有添加劑，例如鑭。這種添加劑例如可以用 于降低在陰極5端部處產(chǎn)生的溫度。而且，指向陽極7的陰極5端部15有漸縮的端部部分。該漸縮部 分15合適地形成在陰極端部處的頂端，如圖la所示。陰極頂端15 優(yōu)選是圓錐形狀。陰極頂端15還可以包括圓錐的一部分，或者可以選 擇形狀為朝著陽極7漸縮的幾何形狀。陰極5的、方向背離陽極7的另一端與電導(dǎo)體連接，該電導(dǎo)體將 與電源連接。該導(dǎo)體優(yōu)選是由絕緣體包圍(該導(dǎo)體在圖la中未示出)。等離子體腔室17布置成與等離子體槽道11的進(jìn)口端連接，并有 與等離子體槽道ll的縱向方向橫切的截面表面，該截面表面超過等離子體槽道ll在進(jìn)口端處的截面表面。圖la中所示的等離子體腔室17 具有與等離子體槽道ll的縱向方向橫切的圓形截面，并有沿等離子體槽道11的縱向方向的長度Leh，該長度近似對應(yīng)于等離子體腔室17的直徑D"。等離子體腔室17和等離子體槽道11基本彼此同心布置。 陰極5伸入等離子體腔室17內(nèi)至少該等離子體腔室17長度L"的一 半，且陰極5布置成基本與等離子體腔室17同心。等離子體腔室17 包括由第一中間電極9'形成的凹口 ，該第一中間電極9'定位在陰極5 附近。圖la還表示了絕緣體元件19，該絕緣體元件19沿陰極5的一部 分延伸并環(huán)繞它。絕緣體元件19優(yōu)選是形成為細(xì)長柱形套筒，且陰極 5局部位于穿過該管形絕緣體元件19延伸的圓形孔中。陰極5基本定 心在絕緣體元件19的通孔中。而且，絕緣體元件19的內(nèi)徑稍微大于 陰極5的外徑，從而在陰極5的外周表面和絕緣體元件19的圓形孔的 內(nèi)表面之間形成一定距離。優(yōu)選是，絕緣體元件19由耐熱材料制成，例如陶資材料、耐熱塑 料材料等。絕緣體元件19將保護(hù)等離子體產(chǎn)生裝置1的鄰接部分免受 高溫影響，該高溫例如可能在陰極5周圍產(chǎn)生，特別是陰極頂端15 周圍。絕緣體元件19和陰極5彼此相對布置而使得指向陽極7的陰極5 端部15超過絕緣體元件19的端表面21 (該端表面21指向陽極7)凸 出。在圖la所示的實(shí)施例中，陰極5的漸縮頂端15的大約一半超過 絕緣體元件19的端表面21伸出。氣體供給部分(圖i中未示出)與等離子體產(chǎn)生部分連接。供給 等離子體產(chǎn)生裝置i的氣體優(yōu)選是包括與用作現(xiàn)有技術(shù)儀器的產(chǎn)生等 離子體的氣體的氣體相同類型的氣體，例如惰性氣體如氬氣、氖氣、 氙氣、氦氣等。產(chǎn)生等離子體的氣體能夠流過氣體供給部分，并流入 布置在陰極5和絕緣體元件19之間的空間內(nèi)。因此，產(chǎn)生等離子體的 氣體沿絕緣體元件19內(nèi)的陰極5流向陽極7。當(dāng)產(chǎn)生等離子體的氣體 通過絕緣體元件19的端部21時(shí)，氣體通向等離子體腔室17。等離子體產(chǎn)生裝置l還包括一個(gè)或多個(gè)冷卻劑槽道23，該冷卻劑 槽道23開口于細(xì)長端部套筒3中。冷卻劑槽道23優(yōu)選是局部與連接端部套筒3的殼體(未示出)制成為一件。端部套筒3和殼體例如可 以通過螺紋接頭而相互連接，但是也可以考慮通過其它連接方法，例 如焊接、釬焊等。而且，端部套筒優(yōu)選是外徑小于10mm，優(yōu)選是小 于5mm，特別是在3mm和5mm之間。至少位于端部套筒附近的殼 體部分的外部形狀和尺寸基本與端部套筒的外部尺寸相對應(yīng)。在圖la 所示的等離子體產(chǎn)生裝置實(shí)施例中，端部套筒在與它的縱向方向橫切 的截面中為圓形。冷卻劑槽道23優(yōu)選是包括穿過裝置延伸并開口于陽極7中或陽極 附近的通流槽道。而且，該冷卻劑槽道23的一部分例如可以通過殼體 的擠出或殼體的機(jī)械加工來制造。不過應(yīng)當(dāng)知道，冷卻劑槽道23的一 部分也可以通過與殼體分離并布置在該殼體內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)部分而形 成。等離子體產(chǎn)生裝置1可以提供有冷卻劑槽道23，該冷卻劑槽道23 提供有一個(gè)或多個(gè)出口開口 25。也可選擇，等離子體產(chǎn)生裝置l可以 提供有多個(gè)冷卻劑槽道23,各冷卻劑槽道可以提供有一個(gè)或多個(gè)出口 開口 25。各冷卻劑槽道23還可以分成多個(gè)槽道部分，這些槽道部分 組合在公共槽道部分中，該公共槽道部分可以提供有一個(gè)或多個(gè)出口 開口 25。全部或一些槽道23也可以用于其它目的。例如，三個(gè)槽道 23可以布置成兩個(gè)槽道用于冷卻劑通過， 一個(gè)槽道用于從外科手術(shù) 區(qū)域吸取液體等。在圖la所示的實(shí)施例中，冷卻劑槽道23的一部分穿過端部套筒 3延伸并環(huán)繞中間電極9'、 9"、 9"'。圖la的冷卻劑槽道23提供有多 個(gè)出口開口 25。而且，冷卻劑槽道23的出口開口 25布置成沿從陰極5至陽極7 的方向超過中間電極9，、 9"、 9'"。在圖la所示的實(shí)施例中，冷卻劑 槽道23穿過端部套筒3和陽極7延伸。而且，冷卻劑槽道23在出口 開口 25處的槽道方向有與等離子體槽道11在其開口處的槽道方向相 同的方向分量。根據(jù)圖la，表示了兩個(gè)這樣的出口開口 25。優(yōu)選是， 等離子體產(chǎn)生裝置l提供有四個(gè)或更多出口開口 25。冷卻劑槽道23可以部分用于在工作時(shí)冷卻等離子體產(chǎn)生裝置1。 作為冷卻劑，優(yōu)選是使用水，盡管也可以考慮使用其它類型的流體。 為了提供冷卻，冷卻劑槽道23的一部分布置成使得冷卻劑供給端部套 筒3，并在中間電極9'、 9"、 9"'和端部套筒3的內(nèi)壁之間流動(dòng)。在裝 置工作時(shí)，優(yōu)選是使得l-5ml/s的流量流過等離子體產(chǎn)生裝置1。不過， 冷卻劑的流量可以根據(jù)各種因素而選擇變化，例如工作溫度、所希望 的操作特性、應(yīng)用領(lǐng)域等。在外科手術(shù)應(yīng)用中，冷卻劑流速通常在lml/s 和3ml/s之間，通過出口開口 25流出的冷卻劑的溫度通常在25'C和 40。C之間。流過冷卻劑槽道25的冷卻劑還可以用于屏蔽等離子體射流和限 制等離子體射流的范圍，該等離子體射流通過在陽極7中的等離子體 槽道11出口而排出。冷卻劑還可以用于冷卻受到等離子體射流影響的 目標(biāo)區(qū)域附近的區(qū)域。在圖la所示的實(shí)施例中，冷卻劑槽道23在出口開口 25處的槽道 方向朝著等離子體槽道11的縱向方向中心成一定角度a。定向的出口部分使得在工作時(shí)產(chǎn)生的等離子體射流能夠通過流過 冷卻劑槽道23的出口開口 25的冷卻劑而沿它的縱向方向被屏蔽。因 此，操作該裝置的操作人員能夠獲得等離子體射流有效的基本獨(dú)特位 置。在該位置的前面，等離子體射流產(chǎn)生的作用優(yōu)選是很小。因此， 這能夠在例如外科手術(shù)中和其它需要精度的應(yīng)用領(lǐng)域中有良好的精 度。同時(shí)，通過冷卻劑槽道23的出口開口 25排出的冷卻劑能夠提供 沿橫向方向在等離子體射流的中心的徑向外側(cè)的屏蔽效果。由于該屏 蔽，有限的表面將受到局部熱影響，在受等離子體熱量影響的區(qū)域外 側(cè)所處理的物體的被冷卻的區(qū)域受到等離子體射流影響的程度相對較 小。圖2a-3表示了等離子體產(chǎn)生裝置1的可選實(shí)施例。下面將介紹在 這些實(shí)施例和圖la的實(shí)施例之間的重要區(qū)別。在圖2a所示的實(shí)施例中，冷卻劑槽道123在出口開口 125處的槽 道方向布置成基本與等離子體槽道111的縱向方向平行。這時(shí)，主要獲得等離子體射流沿徑向方向相對于等離子體槽道111的中心線的屏 蔽。圖3表示了等離子體產(chǎn)生裝置201的另一可選實(shí)施例。在圖3所 示的實(shí)施例中，冷卻劑槽道223在出口開口 225處的槽道方向?yàn)殡x開 等離子體槽道211的縱向方向的中心而成角度p。這樣形成的屏蔽將 隨著離陽極207 (因此離等離子體槽道211的出口 )的距離增加而相 對于等離子體槽道211的中心線的距離增加。應(yīng)當(dāng)知道，圖1-3的實(shí)施例可以組合以便形成附加實(shí)施例。例如， 不同出口可以相對于等離子體槽道23、 123、 223的縱向方向進(jìn)行不同 定向和傾斜。例如，可以使等離子體產(chǎn)生裝置1、 101、 201提供有方 向平行于等離子體槽道ll、 111、 211的兩個(gè)出口部分以及方向朝著等 離子體槽道ll、 111、 211的縱向方向中心而向內(nèi)的兩個(gè)出口部分。對 于冷卻劑槽道23、 123、 223在出口開口 25、 125、 225處的槽道方向 的角度和方向，可以根據(jù)等離子體產(chǎn)生裝置1、 101、 201的合適特性 而選擇組合變型。還可以改變在出口部分25、 125、 225處的槽道方向相對于等離子 體槽道ll、 111、 211的縱向方向的角度。優(yōu)選是，出口部分布置成相 對于等離子體槽道ll、 111、 211的縱向方向的角度a、 p為士30度。 在圖la所示的實(shí)施例中，出口部分布置成相對于等離子體槽道11、 111、 211的縱向方向的角度a為+10度。對于圖la所示的等離子體產(chǎn) 生'裝置，10°的角度a意味著通過冷卻劑槽道的開口流出的冷卻劑將在 陽極中的等離子體槽道出口前面的大約8-10mm處與等離子體槽道的 縱向方向中心相交。在圖3所示的實(shí)施例中，出口部分布置成相對于等離子體槽道ll、 111、 211的縱向方向的角度卩為-10度。圖2b-2c是圖2a中的等離子體產(chǎn)生裝置101的不同實(shí)施例的正視 圖。圖2b表示了出口部分的出口開口 125位于陽極中的等離子體槽道 111的出口旁邊并與該出口間隔開的設(shè)計(jì)。在圖2b所示的實(shí)施例中， 出口開口 125形成為八個(gè)圓形引入孔(lead-ins )，它們與冷卻劑槽道123連通。根據(jù)等離子體產(chǎn)生裝置101的合適特征和性能，可以選擇 地布置比8個(gè)更多或更少的圓形引入孔。還可以改變該圓形引入孔的 尺寸。圖2c表示了冷卻劑槽道123的出口開口 125的可選設(shè)計(jì)。圖2c 是圖2a中的等離子體產(chǎn)生裝置101的正視圖。在圖2c所示的實(shí)施例 中，出口開口 125形成為四個(gè)弧形引入孔，它們與冷卻劑槽道連通。應(yīng)當(dāng)知道，冷卻劑槽道123的出口開口 125可以選擇地設(shè)計(jì)有多 個(gè)可選的幾何形狀和尺寸。出口開口的截面表面通?？梢栽?.50mm2 和2.0mm2之間，優(yōu)選是lmm2至1.5mm2。顯然，出口開口 25、 125、 225的這些不同i殳計(jì)也可以用于圖la-b 和圖3所示的等離子體產(chǎn)生裝置的實(shí)施例。下面的說明將參考圖la-b。不過，所述情況和尺寸也作為圖2a-3 中所示的等離子體產(chǎn)生裝置實(shí)施例的示例實(shí)施例。圖la中所示的中間電極9，、 9"、 9"'布置在等離子體產(chǎn)生裝置1 的端部套筒3的內(nèi)部，并定位成基本與端部套筒3同心。中間電極9'、 9"、 9"'的外徑相對于端部套筒3的內(nèi)徑形成在中間電極9'、 9"、 9'" 的外表面和端部套筒3的內(nèi)壁之間的空隙。在中間電極9'、 9"、 9，" 和端部套筒3之間的該空間中，冷卻劑通過冷卻劑槽道23的出口開口 125而排出。在圖la所示的實(shí)施例中，三個(gè)中間電極9'、 9"、 9"，通過布置在 陰極5和陽極7之間的絕緣體裝置13，、 13"、 13'"而間隔開。第一中 間電極9，、第一絕緣體13'和第二中間電極9"適當(dāng)?shù)叵嗷号浜?。?似的，第二中間電極9"、第二絕緣體13"和第三中間電極9'"適當(dāng)?shù)?相互壓配合。不過，應(yīng)當(dāng)知道，中間電極9'、 9"、 9'"的數(shù)目可以根據(jù) 所需目的選擇。最遠(yuǎn)離陰極5的中間電極9'"與環(huán)形絕緣體裝置13"，接觸，該環(huán) 形絕緣體裝置13'，'再抵靠陽極7。獨(dú)元件，它通過在陽極7和端部套筒3之間的螺紋連接、通過焊接、 通過釬焊而與該端部套筒3連接。在陽極7和端部套筒3之間的連接 優(yōu)選是將提供在兩者之間的電接觸。下面將參考圖la-b介紹包含在等離子體產(chǎn)生裝置1、 101、 201中 的部件之間的合適幾何關(guān)系。應(yīng)當(dāng)知道，下面所述的尺寸只構(gòu)成等離 子體產(chǎn)生裝置l、 101、 201的示例實(shí)施例，并能夠根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和所 希望的特性而變化。應(yīng)當(dāng)知道，圖la-b中所述的實(shí)例也可以用于圖 2a-3中的實(shí)施例。絕緣體元件19的內(nèi)徑dj只是稍微大于陰極5的外徑dc。在一個(gè) 實(shí)施例中，在公共截面中，在陰極5和絕緣體元件19的內(nèi)徑dj之間 的截面差優(yōu)選是等于或大于等離子體槽道11的最小截面。等離子體槽 道ll的該截面可以定位在沿等離子體槽道ll長度的任意位置處。在圖lb所示的實(shí)施例中，陰極5的外徑dc為大約0.50mm，絕緣 體元件的內(nèi)徑di為大約0.80mm。在一個(gè)實(shí)施例中，陰極5布置成使得陰極頂端15的部分長度超過 絕緣體元件19的邊界表面21凸出。在圖lb中，陰極5的頂端15定 位成這樣，即頂端15的長度Le的大約一半超過絕緣體元件19的邊界 表面21而凸出。在圖lb所示的實(shí)施例中，該凸出量lc大約對應(yīng)于陰 極5的直徑dc。陰極頂端15的總長度Lc優(yōu)選是大于陰極5在陰極頂端15的基部 處的直徑dc的1.5倍。優(yōu)選是，陰極頂端15的總長度Lc為陰極5在 陰極頂端15的基部處的直徑dc的1.5-3倍。在圖lb所示的實(shí)施例中， 陰極頂端15的長度Lc對應(yīng)于陰極5在陰極頂端15的基部處的直徑 dc的大約2倍。在一個(gè)實(shí)施例中，陰極5的直徑dc在陰極頂端15的基部處為大 約0.3-0.6mm。在圖lb所示的實(shí)施例中，陰極5的直徑dc在陰極頂端 15的基部處為大約0.50mm。優(yōu)選是，陰極5在陰極頂端15的基部和 陰極5的、與陰極頂端15相反的端部之間有基本相同的直徑dc。不過應(yīng)當(dāng)知道，可以沿陰極5的長度改變該直徑dc。在一個(gè)實(shí)施例中，等離子體腔室17的直徑Dc對應(yīng)于陰極5在陰極頂端15的基部 處的直徑dc的大約2-2.5倍。在圖lb所示的實(shí)施例中，等離子體腔室 17的直徑Deh對應(yīng)于陰極5的直徑de的大約2倍。等離子體腔室17沿等離子體產(chǎn)生裝置1的縱向方向的長度Lch對 應(yīng)于陰極5在陰極頂端15的基部處的直徑dc的大約2-2.5倍。在圖 lb所示的實(shí)施例中，等離子體腔室17的長度Lch大約對應(yīng)于等離子體 腔室17的直徑Dch。在一個(gè)實(shí)施例中，陰極5的頂端15在等離子體腔室17的長度Lch 的一半上延伸，或者超過所述長度。在可選實(shí)施例中，陰極5的頂端 15在等離子體腔室17的長度L化的1/2至2/3上延伸。在圖lb所示 的實(shí)施例中，陰極頂端15大約在等離子體腔室17的長度L化的一半 上延伸。在圖lb所示的實(shí)施例中，伸入等離子體腔室17中的陰極5定位 得離等離子體腔室17的、最靠近陽極7的端部的距離大約對應(yīng)于陰極 5在基部處的直徑dc。在圖lb所示的實(shí)施例中，等離子體腔室17與等離子體槽道11 流體連通。等離子體槽道11優(yōu)選是直徑d"為大約0.2-0.5mm。在圖 lb所示的實(shí)施例中，等離子體槽道ll的直徑dch為大約0.40mm。不 過應(yīng)當(dāng)知道，等離子體槽道11的直徑dch可以沿等離子體槽道ll的長 度以不同方式變化，以便提供不同的所需特性。在等離子體腔室17和等離子體槽道11之間布置有過渡部分27， 該過渡部分27構(gòu)成在等離子體腔室17的直徑Dch和等離子體槽道11 的直徑deh之間的、沿從陰極5至陽極7方向的漸縮過渡。過渡部分 27可以以多種可選方式形成。在圖lb所示的實(shí)施例中，過渡部分27 形成為斜邊緣，該斜邊緣形成在等離子體腔室17的內(nèi)徑Dch和等離子 體槽道ll的直徑cU之間的過渡。不過，應(yīng)當(dāng)知道，等離子體腔室17 和等離子體槽道ll可以布置成相互直接接觸，而沒有布置在兩者之間 的過渡部分27。使用圖lb中所示的過渡部分27能夠有利地抽取熱量， 以便冷卻等離子體腔室17和等離子體槽道11附近的結(jié)構(gòu)。等離子體槽道11由陽極7以及布置在陰極5和陽極7之間的中間 電極9'、 9"、 9"，而形成。在等離子體槽道的、最靠近陰極的開口和直 到陽極之間的等離子體槽道11的長度優(yōu)選對應(yīng)于等離子體槽道ll的 直徑dch的大約4-10倍。在圖la所示的實(shí)施例中，在等離子體槽道的、 最靠近陰極的開口和陽極之間的等離子體槽道11的長度為大約 1.6mm。等離子體槽道的、穿過陽極延伸的該部分為等離子體槽道11的直 徑dch的大約3-4倍。對于圖la所示的實(shí)施例，等離子體槽道的、穿 過陽極延伸的該部分的長度為大約2mm。優(yōu)選是，等離子體產(chǎn)生裝置1可以提供為一次性儀器的一部分。 例如，具有等離子體產(chǎn)生裝置1、外殼、管、連接端子等的整個(gè)裝置 可以作為一次性儀器來出售。也可選擇，只有等離子體產(chǎn)生裝置可以 是一次性的，并與多次使用的裝置連接。在本發(fā)明的范圍內(nèi)也可以考慮其它實(shí)施例和變化形式。例如，電 極9，、 9"、 9"，的數(shù)目和形狀可以根據(jù)使用的產(chǎn)生等離子體的氣體的類 型和希望產(chǎn)生的等離子體的特性而變化。在使用時(shí)，通過氣體供給部分供給的產(chǎn)生等離子體的氣體(例如 氬氣)被引入在陰極5和絕緣體元件19之間的空間，如上所述。供給 的產(chǎn)生等離子體的氣體通過等離子體腔室17和等離子體槽道11，以 便通過陽極7中的等離子體槽道11的開口而排出。當(dāng)建立氣體供給后， 電壓系統(tǒng)打開，這起動(dòng)在等離子體槽道ll中的排出處理，并在陰極5 和陽極7之間形成電弧。在建立電弧之前，優(yōu)選是通過冷卻劑槽道23 而將冷卻劑供給等離子體產(chǎn)生裝置1，如上所述。當(dāng)建立電弧后，氣 體等離子體在等離子體腔室17中產(chǎn)生，并在加熱過程中通過等離子體 槽道11并通向陽極7中的開口 。用于圖1-3的等離子體產(chǎn)生裝置1、 101、 201的合適工作電流為 4-10安培，優(yōu)選是4-6安培。等離子體產(chǎn)生裝置l、 101、 201的工作 電壓特別取決于中間電極的數(shù)目和它們的長度。等離子體槽道的相對 較小直徑能夠在使用等離子體產(chǎn)生裝置1、 101、 201時(shí)有相對較低能量消耗和相對較低工作電流。在陰極和陽極之間形成電弧時(shí)，它主要在中心，沿等離子體槽道 的中心軸線，溫度T與放電電流I和等離子體槽道ll的直徑deh之間的關(guān)系成正比(T=K*I/dch)。為了在相對較低電流下提供較高溫度的 等離子體(例如10000'C至15000°C )，在陽極中的等離子體槽道的出 口處，等離子體槽道的截面(因此加熱氣體的電弧截面)較小，例如 0.2-0.5mm。通過較小截面電弧，在等離子體槽道中的電場強(qiáng)度具有較 高值。
權(quán)利要求
1.一種等離子體產(chǎn)生裝置，包括陽極；陰極；等離子體槽道，該等離子體槽道沿縱向在所述陰極和所述陽極之間延伸并穿過所述陽極，并有在最遠(yuǎn)離所述陰極的端部處的出口開口；至少一個(gè)中間電極，該中間電極布置成至少局部在所述陽極和所述陰極之間，所述至少一個(gè)中間電極和所述陽極至少形成等離子體槽道的一部分，所述至少一個(gè)中間電極相互電絕緣并與所述陽極電絕緣；以及至少一個(gè)冷卻劑槽道，該冷卻劑槽道沿縱向在裝置中延伸，并有在最靠近陽極的端部處的至少一個(gè)出口開口，因此，流過所述冷卻劑槽道的冷卻劑液體冷卻該裝置的、鄰近至少一個(gè)冷卻劑槽道的部分；冷卻劑槽道的所述至少一個(gè)出口開口布置得緊鄰所述等離子體槽道在最遠(yuǎn)離陰極的端部處的出口開口，因此，流出冷卻劑槽道的所述至少一個(gè)出口開口的冷卻劑液體限制了等離子體作用區(qū)域。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中冷卻劑槽道 的出口開口布置在陽極中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述冷卻劑 槽道的主要部分基本平行于所述等離子體槽道。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中冷卻劑槽道 在它的所述出口開口處的方向相對于所述等離子體槽道在最遠(yuǎn)離陰極 的等離子體槽道開口處的方向的角度在+30和-30度之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中冷卻劑槽道 在它的所述出口開口處的方向基本平行于等離子體槽道在最遠(yuǎn)離陰極 的等離子體槽道出口開口處的方向。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中冷卻劑槽道 在它的出口開口處朝著等離子體槽道成一定角度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中冷卻劑槽道 在它的出口開口處離開等離子體槽道成一定角度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中在工作過程 中，冷卻劑液體沿從陰極至陽極的方向流過所述冷卻劑槽道。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述冷卻劑 槽道的一部分沿所述至少一個(gè)中間電極延伸。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述冷卻 劑槽道的一部分沿所述至少一個(gè)中間電極的外周延伸。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體產(chǎn)生裝置，還包括套筒， 該套筒與陽極連接，該套筒形成冷卻劑槽道的沿徑向外側(cè)定位的邊界 表面的一部分。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述至少 一個(gè)中間電極形成冷卻劑槽道的沿徑向內(nèi)側(cè)定位的邊界表面的 一部 分。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中在工作過 程中，冷卻劑液體在lml/s和5ml/s之間的速率下流過所述冷卻劑槽 道。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述至少 一個(gè)冷卻劑槽道有至少兩個(gè)出口開口。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述至少 一個(gè)出口開口的所述至少兩個(gè)出口開口布置得環(huán)繞等離子體槽道的所 述出口開口 。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中所述至少 一個(gè)冷卻劑槽道有至少四個(gè)出口開口 。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的等離子體產(chǎn)生裝置，其中該至少一 個(gè)冷卻劑槽道的開口的截面為細(xì)長形。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體產(chǎn)生裝置，還包括兩個(gè)或 更多冷卻劑槽道。
19. 一種等離子體外科手術(shù)裝置，包括如權(quán)利要求1所述的等離子體產(chǎn)生裝置。
20. 如權(quán)利要求19所述的等離子體外科手術(shù)裝置的應(yīng)用，它用于 生物組織的破壞或凝結(jié)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的應(yīng)用，它用于心臟或腦外科手術(shù)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的應(yīng)用，它用于肝、脾或腎的外科手術(shù)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的應(yīng)用，它用于整形和美容外科手術(shù)中 的皮膚治療。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種等離子體產(chǎn)生裝置，它包括陽極、陰極和至少一個(gè)中間電極，該中間電極布置成至少局部在所述陽極和所述陰極之間，所述中間電極和所述陽極至少形成等離子體槽道的一部分，該等離子體槽道有在所述陽極中的開口。而且，等離子體產(chǎn)生裝置包括至少一個(gè)冷卻劑槽道，該冷卻劑槽道布置成有至少一個(gè)出口開口，該出口開口定位成沿從陰極至陽極的方向超過所述至少一個(gè)中間電極，且所述冷卻劑槽道在所述出口開口處的槽道方向具有與等離子體槽道在其開口處的槽道方向相同的方向分量。本發(fā)明還涉及等離子體外科手術(shù)裝置和該等離子體外科手術(shù)裝置的應(yīng)用。
文檔編號(hào)H05H1/28GK101243732SQ200680030225
公開日2008年8月13日 申請日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者I·魯賓納, N·蘇斯洛夫 申請人:普拉斯馬外科股份公司;普拉斯馬外科投資有限公司