Способ и устройства плазменной коагуляции тканей

Изобретение относится к области медицины, в частности к способам и устройствам, используемым для бесконтактной коагуляции белков крови и тканей раневой поверхности. Способ плазменной коагуляции проводят путем преобразования энергии источника питания в высокочастотную электромагнитную энергию в преобразователе высокочастотного переменного напряжения, повышения ее потенциала в высокочастотном трансформаторе и передачи электромагнитной энергии в виде плазмы посредством игольчатого плазмообразующего электрода на обрабатываемую поверхность, при этом повышение потенциала высокочастотной электромагнитной энергии в высокочастотном трансформаторе проводят на частоте его резонанса, с образованием в нем стоячих волн тока и напряжения, сдвинутых между собой по фазе на четверть периода, и созданием на выводе высоковольтной обмотки высокочастотного трансформатора, соединенном с плазмообразующим электродом, пучности напряжения, передаваемой на плазмообразующий игольчатый электрод, введенный внутрь колбы из прозрачного диэлектрика, например кварца, наполненной парами металла. В колбе формируют светящуюся в оптическом и ультрафиолетовом диапазонах плазму с передачей напряжения высокочастотного трансформатора оболочке колбы, с возможностью формирования между внешней стороной колбы и обрабатываемой поверхностью рабочего факела холодной плазмы. Устройство для плазменной коагуляции включает источник питания, преобразователь высокочастотного переменного напряжения с регулируемой частотой и высокочастотный трансформатор, содержащий низковольтную и высоковольтную обмотки, при этом выходы низковольтной обмотки подключены к преобразователю высокочастотного переменного напряжения, один вывод высоковольтной обмотки соединен с игольчатым плазмообразующим электродом, а второй - изолирован. Плазмообразующий электрод введен внутрь колбы, заполненной парами металла и выполненной из прозрачного диэлектрика, например кварца, в виде конуса или сферы. Плазмообразующий электрод может содержать также светодиод. Использование изобретения позволяет повысить эффективность лечения за счет стабилизации плазменного факела, повышения степени его управляемости, что увеличивает точность обработки поверхности раны. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к медицинской, ветеринарной технике и предназначено для бесконтактной коагуляции белков крови и тканей раневой поверхности с эффектом одновременной ее стерилизации.

Известен способ и устройство плазменной коагуляции тканей путем использования струи инертного газа, прошедшего через зону высокочастотного разряда, образующегося между двумя электродами (патент США №4781175, класс А 61 В 17/39, 1988 г.).

Недостатком способа является необходимость использования газодинамического блока и источника инертного газа. Устройство, использующее два электрода, один из которых пассивный, обладает зоной обработки, нестабильной в пространстве, что обусловлено неустойчивостью положения разряда, из-за того, что пассивный электрод занимает значительную площадь.

Наиболее близким к предлагаемому способу и устройству плазменной коагуляции является устройство, использующее один электрод для образования высокочастотного разряда и газодинамический блок (патент РФ 2100013, Авраменко С.В., Ступин И.В., дата публикации 27.12.1997 г.). Известное устройство содержит источник питания, состоящий из генератора высокочастотного переменного напряжения с регулируемой частотой и подключаемого к нему высокочастотного преобразователя, вывод которого соединен с плазмотроном, выполненным в виде игольчатого электрода, установленного в держателе, и газодинамический блок, газоподводящая трубка которого установлена коаксиально игольчатому электроду, при этом высокочастотный преобразователь выполнен в виде трансформатора с низковольтной и высоковольтной секциями, причем один из выводов высоковольтной секции соединен с плазмотроном, а второй изолирован, выходы низковольтной секции подключены к генератору высокочастотного переменного напряжения.

К недостаткам данного устройства следует отнести использование газодинамического блока, существенно усложняющего конструкцию, возможность попадания в рану ионов металла с поверхности электрода, что является нежелательным, кроме тех случаев, когда используется лечебное воздействие особо чистых металлов, наличие непосредственного электрического контакта между плазменным факелом, резонансным трансформатором и электродом, что создает условия для перетекания электростатического заряда, имеющегося на резонансном трансформаторе в момент поднесения к ране, на тело пациента, что может сопровождаться переходом коронного разряда в дуговой, с появлением у пациента болезненных ощущений и ожога тканей. Так как резонансный трансформатор, примененный в прототипе, представляет собой разомкнутую электрическую цепь, кратковременная дуга провоцирует фактическое заземление трансформатора на тело пациента, при этом разряд переходит из точки узла напряжения в точку узла тока, при этом высокочастотный ток, протекающий через рану, возрастает пропорционально добротности резонансного трансформатора, что небезопасно для пациента.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение эффективности и безопасности устройства, упрощение конструкции наряду со значительным уменьшением габаритов и стоимости устройства плазменной коагуляции тканей.

В результате использования предлагаемого изобретения происходит стабилизация плазменного факела, исключаются нежелательные переходные процессы в момент образования этого факела, повышается степень равномерности и управляемости плазменного факела, увеличивается точность обработки поверхности раны, снижаются требования к оператору по обеспечению заданного расстояния от коагулятора до тела пациента, исключается «приваривание» тканей при случайном касании. Снижаются требования к электронной части устройства, так как пропадает необходимость в защитном отключении.

Вышеуказанный результат достигается тем, что в способе плазменной коагуляции путем преобразования энергии источника питания в высокочастотную электромагнитную энергию в преобразователе высокочастотного переменного напряжения, повышения ее потенциала в высокочастотном трансформаторе и передаче электромагнитной энергии в виде плазмы посредством игольчатого плазмообразующего электрода на обрабатываемую поверхность, отличающемся тем, что повышение потенциала высокочастотной электромагнитной энергии в высокочастотном трансформаторе, конструктивно выполненном таким образом, что его магнитная цепь разомкнута или отсутствует совсем, цепь вторичной обмотки не замкнута, проводят на частоте его резонанса, на которой, в силу перечисленных конструктивных особенностей, он удовлетворяет условиям, предъявляемым к четвертьволновым электромагнитным вибраторам, и фактически является таковым, с образованием в нем характерных для четвертьволнового электромагнитного вибратора с малыми потерями на излучение, стоячих волн тока и напряжения, сдвинутых между собой по фазе на четверть периода, и созданием на выводе высоковольтной обмотки высокочастотного трансформатора, соединенном с плазмообразующим электродом, пучности напряжения, передаваемой на плазмообразующий игольчатый электрод, введенный внутрь колбы из прозрачного диэлектрика, например кварца, наполненной парами металла или инертным газом, при этом в колбе формируют светящуюся в оптическом и ультрафиолетовом диапазонах плазму с передачей напряжения высокочастотного трансформатора оболочке колбы, с возможностью формирования между внешней стороной колбы и обрабатываемой поверхностью рабочего факела холодной плазмы, образование которой вызывается внешне - внутренним взаимодействием тока смещения, протекающего в пространстве, окружающем резонансный трансформатор и соединенные с ним электрические цепи, и направленным в противоположную ему сторону поляризационным током, вызванным колебаниями ионов кристаллической решетки металлического проводника высоковольтной обмотки, игольчатого плазмообразующего электрода, ионов паров металла или инертного газа внутри колбы, ионов диэлектрика, из которого состоит оболочка колбы (при этом толщина оболочки существенно меньше длины волны подводимой электромагнитной энергии), ионов воздушного промежутка и ионов обрабатываемой поверхности тела пациента, на которую и замыкается ток смещения резонансного трансформатора. При этом свободные носители заряда внутри обмотки резонансного трансформатора изолированы от обрабатываемой поверхности и замыкаются на распределенную емкость обмотки резонансного трансформатора, определяя при этом основную часть энергии, запасаемой при резонансе, и существенно увеличивают, таким образом, общую добротность системы передачи плазмообразующей энергии к обрабатываемой поверхности.

В способе плазменной коагуляции воздушный промежуток между рабочей плазмообразующей поверхностью и обрабатываемой поверхностью облучают дополнительным источником ультрафиолетового излучения, например светодиодом ультрафиолетового оптического диапазона или ультрафиолетовой лампой. Дополнительное ультрафиолетовое излучение способствует насыщению указанного воздушного промежутка ионами и увеличивает расстояние до обрабатываемой поверхности, при котором в воздушном промежутке возникает поляризационный ток и начинается образование холодной плазмы, что, в свою очередь, снижает требования к точности работы оператора. Кроме того, ультрафиолетовое излучение оказывает дополнительное бактерицидное действие на обрабатываемую поверхность.

В способе плазменной коагуляции плазму газового разряда в воздушном промежутке перед обрабатываемой поверхностью насыщают ионами серебра, которое в количествах существенно ниже токсического уровня осаждается на обрабатываемой поверхности, оказывая долговременное бактерицидное воздействие в период после обработки. Для этого рабочую поверхность диэлектрической колбы, непосредственно обращенную к обрабатываемой поверхности, покрывают тонким слоем серебра.

В устройстве плазменной коагуляции, содержащем источник питания, преобразователь высокочастотного переменного напряжения с регулируемой частотой и подключенный к нему резонансный высокочастотный трансформатор, высокочастотный трансформатор содержит низковольтную и высоковольтную обмотки, цепь высоковольтной обмотки разомкнута, при этом один из выводов высоковольтной обмотки соединен с электродом, введенным внутрь диэлектрической колбы, сделанной из прозрачного диэлектрика, например кварца, наполненной парами металла или инертного газа, причем внешняя поверхность колбы является плазмообразующей.

В другом варианте в устройстве плазменной коагуляции, содержащем источник питания, преобразователь высокочастотного переменного напряжения с регулируемой частотой и подключенный к нему резонансный высокочастотный трансформатор, причем указанный трансформатор содержит низковольтную и высоковольтную обмотки, при этом выходы низковольтной обмотки подключены к преобразователю высокочастотного переменного напряжения, один вывод высоковольтной обмотки соединен с игольчатым плазмообразующим электродом, а второй изолирован, отличающийся тем, что плазмообразующий электрод содержит светодиод и введен внутрь колбы, заполненной парами металла или инертного газа и выполненной из прозрачного диэлектрика, например, кварца, в виде конуса или сферы.

В устройстве плазменной коагуляции на плазмообразующую поверхность нанесен тонкий слой серебра.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1, 2, 3. На Фиг.1 представлена блок-схема устройства плазменной коагуляции. На Фиг.2 - устройство плазменной коагуляции с использованием кварцевой лампы.

На Фиг.3 - устройство плазменной коагуляции с использованием ультрафиолетового светодиода.

Блок-схема способа плазменной коагуляции на фиг.1 содержит источник питания 1, высокочастотный преобразователь мощности источника питания, собранный по любой известной схеме высокочастотного генератора с однотактным или двухтактым выходным каскадом усиления мощности или без такового, например, по схеме индуктивной трехточки на одном мощном составном биполярном транзисторе КТ827Б с автоматической настройкой на требуемую частоту за счет резонансных свойств нагрузки, в качестве которой выступает резонансный трансформатор 3 или, например, на интегральной микросхеме КР1211ЕУ1 в качестве задающего генератора с возможностью ручной подстройки частоты и двухтактном выходном каскаде на полевых транзисторах КП727А, высокочастотный высоковольтный резонансный трансформатор 3, в котором формируются стоячие волны тока и напряжения, сдвинутые по фазе на четверть периода, блок 4 генерации вспомогательного плазменного разряда в парах металла или инертного газа, подключаемый к тому выводу высокочастотного трансформатора, в котором формируется пучность напряжения, слой диэлектрика или диэлектрическая оболочка 5, собственно рабочий факел плазмы 6, обрабатываемая поверхность 7.

Устройство плазменной коагуляции на фиг.2 содержит источник питания 1, преобразователь частоты 2, высокочастотный трансформатор 3, состоящий из низковольтной обмотки 8 и высоковольтной обмотки 9, намотанных на диэлектрическом каркасе 10, прозрачную диэлектрическую колбу 11, заполненную парами металлов или инертным газом 12 с введенным внутрь колбы электродом 13 и нанесенным на ее поверхность слоем серебра 14 (который в некоторых модификациях может отсутствовать), ферромагнитный сердечник 15, находящийся внутри диэлектрического каркаса 10, который также может располагаться снаружи обмоток в виде полого ферромагнитного цилиндра или отсутствовать, объем ионизированного воздуха 16.

Устройство на фиг.3 содержит светодиод 17, соединенный с электродом 13 в прозрачной колбе из диэлектрика 11.

Устройство работает следующим образом.

В режиме коагуляции после подачи напряжения питания на генератор тока высокой частоты плазмообразующий диэлектрик или электрод подносится к обрабатываемой раневой поверхности на расстояние 3-6 мм, при этом на его конце, обращенном к обрабатываемой поверхности, образуется пучок плазмы голубого цвета, обеспечивающий мгновенный поверхностный разогрев тканей на глубину не более 0,1-0,2 мм и до температуры 1000-1100 градусов по Цельсию. Указанная глубина не вызывает перегрева, но достаточна для заваривания сосудов.

1. Способ плазменной коагуляции путем преобразования энергии источника питания в высокочастотную электромагнитную энергию в преобразователе высокочастотного переменного напряжения, повышения ее потенциала в высокочастотном трансформаторе и передачи электромагнитной энергии в виде плазмы посредством игольчатого плазмообразующего электрода на обрабатываемую поверхность, отличающийся тем, что повышение потенциала высокочастотной электромагнитной энергии в высокочастотном трансформаторе проводят на частоте его резонанса, с образованием в нем стоячих волн тока и напряжения, сдвинутых между собой по фазе на четверть периода, и созданием на выводе высоковольтной обмотки высокочастотного трансформатора, соединенном с плазмообразующим электродом, пучности напряжения передаваемой на плазмообразующий игольчатый электрод, введенный внутрь колбы из прозрачного диэлектрика, например кварца, наполненной парами металла, при этом в колбе формируют светящуюся в оптическом и ультрафиолетовом диапазонах плазму с передачей напряжения высокочастотного трансформатора оболочке колбы, с возможностью формирования между внешней стороной колбы и обрабатываемой поверхностью рабочего факела холодной плазмы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно факел холодной плазмы ионизируют ультрафиолетовым излучением светодиода.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что факел холодной плазмы насыщают ионами серебра.

4. Устройство для плазменной коагуляции, включающее источник питания, преобразователь высокочастотного переменного напряжения с регулируемой частотой и высокочастотный трансформатор, содержащий низковольтную и высоковольтную обмотки, при этом выходы низковольтной обмотки подключены к преобразователю высокочастотного переменного напряжения, один вывод высоковольтной обмотки соединен с игольчатым плазмообразующим электродом, а второй - изолирован, отличающееся тем, что плазмообразующий электрод введен внутрь колбы, заполненной парами металла и выполненной из прозрачного диэлектрика, например кварца, в виде конуса или сферы.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что на поверхность колбы нанесен слой серебра.

6. Устройство для плазменной коагуляции, включающее источник питания, преобразователь высокочастотного переменного напряжения с регулируемой частотой и высокочастотный трансформатор, содержащий низковольтную и высоковольтную обмотки, при этом выходы низковольтной обмотки подключены к преобразователю высокочастотного переменного напряжения, один вывод высоковольтной обмотки соединен с игольчатым плазмообразующим электродом, а второй - изолирован, отличающееся тем, что плазмообразующий электрод содержит светодиод и введен внутрь колбы, заполненной парами металла и выполненной из прозрачного диэлектрика, например кварца, в виде конуса или сферы.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что на поверхность колбы нанесен тонкий слой серебра.