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CN114126523A - 电极装置 - Google Patents

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CN114126523A CN202080052895.7A CN202080052895A CN114126523A CN 114126523 A CN114126523 A CN 114126523A CN 202080052895 A CN202080052895 A CN 202080052895A CN 114126523 A CN114126523 A CN 114126523A
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Abstract

在被改进的仪器（10）的情况下，电极（20、20'）配备有以单层或多层镀层（29、29'）、（30）为形式的散热装置（28、28'）。该镀层相对于电极基体（27、27'）的材料而言优选地具有更高的导电能力以及更高的导热能力。该镀层还优选地具有比电极基体（27）的材料更低的熔化温度。该镀层的熔化温度TÜ优选地低于（1100℃）。如果该镀层（29、29'、30）是多层的，则外表面层（38）的熔化温度TO优选地同样低于（1100℃）、进一步优选地低于（1000℃）。

Description

电极装置
技术领域
本发明涉及一种用于电外科手术仪器、尤其是用于生物组织的等离子体凝固仪器的电极装置。
背景技术
从各种出版文献以及从实践中已知组织凝固仪器。为此，参阅DE 10 2011 116678 A1以及DE 699 28 370 T2。两个出版文献公开了带有电极的仪器，这些电极例如构造成环形并且可以由适合的材料、如尤其还由钨制成，该材料的突出之处在于它的热稳定性。
此外，从DE 100 30 111 A1已知一种具有软管状仪器主体的等离子体凝固仪器，在该软管状仪器主体的管腔中布置六边形的、由金属制成的电极。该电极与馈电线连接，以便可以给布置在软管的远端处的电极供应HF电压。从在板状电极的远端处形成的尖端放电，由此可以产生等离子流，尤其是惰性气体等离子流。电极周围的气流同时将热量从电极中散发出，由此旨在避免该电极的过度的升温。通过散热，还旨在实现在电极的放电部分处的熔损特性的最小化并且由此增加仪器的使用寿命。
但是，通过气流对电极板的高效冷却需要高气体流量，这并不总是合乎希望的。
从WO 2005/046495 A1还已知：使用由钨丝制成的点火电极，该钨丝的端部放置于另外的软管状或管状仪器主体的远端处。布置在该主体的管腔中的钨丝由该钨丝被固定在其上并且用于该钨丝的冷却的板保持在距该主体的远端的一定距离处。但是，钨丝的散热由于在该板与该钨丝之间的过渡部位而受阻。
由于电极的熔化，颗粒、尤其是金属颗粒可能进入火花和/或等离子流并且因此最终进入活体组织，这越来越被排斥。
发明内容
因此，本发明的任务在于：说明一种可用来减少电外科手术、尤其是等离子体外科手术仪器在使用中的材料电蚀的设计。
该任务利用根据权利要求1所述的电极装置来被解决并且在根据权利要求14所述的仪器的情况下被解决：
按照本发明的电极装置具有电极，在该电极上形成朝向远侧的尖端。电极截面朝近端方向远离该尖端地连续增大或者增大至少一个级别。电极由材料组合制成，该材料组合的热导率优选地大于20W/(m*K)，借此可以实现大大减少的电极熔损。电极配备有导热镀层，由此电极的使用寿命增加并且装备有该电极的仪器的使用寿命也增加。相对于没有镀层的相同电极而言，无论电极的热导率如何，导热镀层都引起电极的使用寿命的增加。镀层朝远端方向优选地延伸直到电极的远端附近或者覆盖该电极的远端。
从远侧尖端出发，电极截面可以逐级地或者也可以连续地增大，直至电极接触到该电极所布置在其中的管腔的壁为止。如果从尖端到电极的近端部分的横截面增大逐级地进行，则可以为此设置一个或多个级别。电极的尖端（以及电极的与该尖端邻接的边沿区域）是通常发出火花或等离子流的那个地方。因此，尖端和电极的与该尖端紧邻的部分形成放电的放电基点所在的那个位置。在该基点处发生电流集中，该电流集中同时形成热源。在放电基点处，电极可以暴露，也就是说镀层可以不存在或者在运行期间已经被除去。通过两个措施、即电极朝近端方向的截面增大并且通过将其热导率优选地大于20W/(m*K)的材料组合用于电极，在电极基点处形成的热量与以前在使用相同结构形式的由不锈钢或铬镍钢制成的电极的情况相比有效得多地被消散。因此，按照本发明的电极的突出之处尤其在于：该电极的从尖端朝近端方向测量和/或横向于近端方向测量的热导率大于不锈钢的热导率。
优选地，电极具有从其尖端出发的、朝近端方向延伸了至少2.5 mm的部分，该部分的热容量小于4.17 mJ/K。这有助于电极尖端的快速的局部的小空间（例如限于几平方毫米的）加热，并且有助于放电基点在该区域内的固定。这样，涂层可以分区域地、例如在远侧尖端附近的小区域内熔化。
其中电极截面朝近端方向远离尖端地增大的电极几何形状的组合能够实现对具有特别小的圆角半径的尖端的使用，该圆角半径尤其可小于电极的最大横向尺寸的1/10，其中电极由高导热材料组合形成。由此，在电极尖端处实现了高场强，该高场强即使在HF电压和电流低的情况下也可能引起火花和等离子体的形成。于是，电极特别易点燃。
优选地，电极被构造成板状，其中通过电极的沿着轴向方向朝近端方向远离尖端地增大的横向尺寸来实现电极截面的增大。该横向尺寸可以连续增大，由此实现了特别好的散热。通过无级形成的边缘连接到电极的尖端上，可以实现连续的截面和横向尺寸增大。
电极可以被构造成板，该板具有两个扁平侧，这两个扁平侧通过窄侧来彼此连接。两个朝向彼此延伸的边缘可以在尖端处相遇，该尖端形成电极的远端。在窄侧与扁平侧之间可以形成边缘。这种电极例如可以作为板坯来被提供。
电极也可以被构造成线电极，因此被构造成细杆，该细杆的远端形成尖端。线（针、细杆）可以与保持件连接，该保持件径向地延伸穿过探头的管腔并且是电极的一部分。
按照本发明，电极由材料组合制成，该材料组合通过如下方式形成：电极由基体制成，该基体具有至少一个面，在该面处安装有散热装置。在此，散热装置朝远端方向优选地延伸直至电极的尖端，至少直到在运行时被放电基点所占据的区域处。因此，在那里形成的热量可以直接被传递到散热装置，而不需要从电极到散热装置的热传递。换言之，散热装置与这里以放电基点为形式的热源直接接触。散热装置朝近端方向优选地至少延伸直至电极的其中该电极具有其最大横向尺寸的区域中。
为此，在最简单的情况下，电极由基材制成，导热镀层、例如以导热涂层为形式的导热镀层作为散热装置被涂覆到该基材上。该层优选地延伸直至电极的尖端并且在电极的扁平侧的大部分上或者在电极的整个扁平侧上延伸。涂层也可以在电极的窄侧上延伸。如果电极例如由不锈钢或者其它导热性不那么好的材料形成，则散热装置由导热性特别好的材料、诸如银、类碳金刚石（DLC）等等形成。但是，优选地，散热装置由金属材料形成，该金属材料也导电，使得例如以散热层为形式的散热装置有助于传导电流并且可以与放电基点直接接触。散热装置也可以由导热性良好的陶瓷材料、例如AlN（氮化铝）制成。陶瓷材料可以被构造成导电的或者电绝缘的。优选地，例如构造成导热涂层的散热装置也特别好地导电。尤其有利的是，涂层的导电能力大于基材的导电能力。优选地，该层至少部分地由银制成。可以是纯银或者银合金或者多层结构，其中至少一个层、优选地位于表面上的层由银或者银合金制成。
层结构可包括影响粘附的层，例如布置在靠近表面的层与基材之间的中间层。中间层尤其可以是影响表面附近的层在基材上的粘附的层。中间层尤其可以是粘合层，该粘合层有利于给基材（不锈钢）涂覆涂层材料（银）。在运行时，粘合层可以促进涂层材料远离远侧尖端的重新分布。
优选地，表面材料的熔化温度低于基材的熔化温度。如果存在中间层，则中间层的熔化温度低于基材的熔化温度并且高于表面层的材料的熔化温度或者与表面层的材料的熔化温度一样高。但是，中间层的熔化温度也可以小于涂层材料的熔化温度。
进一步优选地，表面层的材料的热导率高于基材的热导率。如果存在中间层，则中间层的材料的热导率优选地高于基材的热导率，并且低于、高于或者等于表面层的材料的热导率。
因此，在一个特别优选的实施方式中，散热装置具有导电能力并且尤其也具有导热能力，该导电能力和该导热能力分别大于基材的材料的导电能力和导热能力。
尤其是含铁和/或铬和/或镍的合金适合作为基材。还可以存在碳和/或锰和/或磷和/或硫和/或硅和/或镍和/或氮和/或钼，作为其它合金成分。优选作为基材的不锈钢具有如下成分：
Fe C Cr Mn P S Si Ni N Mo
min 0.05 16.0 6.0
max 47.605 0.15 19.0 2.0 0.045 0.15 2.0 9.5 0.11 0.8
尤其是金或镍或它们的合金适合作为中间层的材料。
附图说明
在附图中阐明了本发明的实施例。其中：
图1以非常示意性的部分透视图示出了按照本发明的仪器、相关的馈给设备和中性电极；
图2以示意性的透视纵剖图示出了根据图1的仪器的远端；
图3以侧视图示出了根据图2的仪器的电极；
图4、5和6示出了根据图3的电极的不同截面；
图7以在运行期间的示意性剖视图示出了根据图2至6的仪器；
图8示出了按照图2的仪器的电极的被修改的实施方式；
图9和图10示出了按照图2的仪器的电极的另一实施方式。
具体实施方式
在图1中阐明了仪器10，该仪器用于等离子体辅助的组织治疗。组织治疗可包括消融、凝固、切割或者其它治疗方式。
仪器10连接到设备11上，该设备包含：气源12，例如氩气源；以及用于对仪器10进行馈电的发电机13。该气源通过相应的连接装置与管线14连接，该管线通向仪器10并且该管线被插入到管线15中，通过该管线15来给仪器10馈送气体。发电机13还通过相对应的连接装置与中性电极16连接，该中性电极在使用仪器10之前被安装在患者处。但是，下文的描述也适用于具有其它中性电极配置的仪器。
仪器10具有远端17，该远端在图2中单独阐明。如可看出的那样，仪器10包括管或软管18，该管或软管包围管腔19，该管腔在软管18的远端17敞开。在远端17的区域中，软管18可以配备内部或外部加强件，例如以陶瓷套管的形式，这在图2中并未更详细地示出。因此，软管18可以构造成一层或多层。具有被插入到软管18的敞开的端部中的仪器的示例能从WO 2005/046495 A1中得知。
在管腔19中布置有电极20，该电极与属于管线14的线21电连接，该线延伸穿过管腔19。线21可以与电极20焊接或者也可以与该电极以机械方式、例如通过压接（Krimpen）来连接。
电极20优选地具有在图3中阐明的基本形状。在电极20上在该电极的远端形成尖锐的或者也许略微呈圆形的尖端22，该尖端的圆角半径R（图2）尽可能小并且优选地小于横向尺寸q的十分之一，该横向尺寸应与轴向方向横向地被测量并且与管腔19的内径尽可能重合。电极20优选地构造成板状，也就是说该电极的厚度远小于该电极的横向尺寸q。这例如从图4中得出，该图示出了电极20的在图3中点划线的剖面线IV-IV处的截面。厚度d小于横向尺寸q的1/5，优选地小于横向尺寸q的1/10。
如从图4中可进一步看出的那样，电极20具有两个扁平侧23、24，这两个扁平侧通过窄侧25、26连接。因此，得到整体为四边形的、优选地矩形的截面Q，该截面由扁平侧23、24和窄侧25、26界定。四边形的截面也可以弯曲一次或多次，例如呈s形。
电极20在其远端具有锥形区域，在其它情况下彼此平行地走向的窄侧25、26朝向尖端22会聚地布置在该锥形区域中。如图3所示，窄侧25、26的彼此会聚地走向的部分可以被构造成直的或者也可以被构造成凸的或凹的。这些部分彼此间规定了优选地在20°到100°的范围内的角度。
如在图5和6中单独示出的截面V-V和VI-VI所示，电极20的截面朝向尖端22朝远端方向D减小或者换言之朝近端方向P增大。在此，如图5和6所示，电极20的在朝向尖端22的锥形区域内的厚度d可以保持恒定。然而，厚度d也可以朝向尖端22减小。但是，无论如何，在朝向尖端22的锥形区域内的横向尺寸Q减小。
在本发明的一个优选的实施方式中，电极20具有多层结构，如从图4、5和6中得知。为此，电极20具有电极基体27，该电极基体至少在其扁平侧23、24、然而可选地也在其窄侧25、26与散热装置28连接。在当前实施例中，该散热装置由电极基体27的扁平侧的具有导热镀层29、30的整面涂层制成。在该实施例中，基体27可以由不锈钢制成，而镀层29、30由导热能力更好和/或导电能力更好的其它材料制成。银已被证明特别适合于此。可能的其它镀层由铝和/或铜和/或硬金属和/或DLC和/或钨和/或层、例如具有嵌入其中的CBN（立方氮化硼）的金属层、金刚石粉末或者类似的导热性良好的材料制成。
在这方面所描述的仪器按如下地工作：
如图7中所阐明的那样，在运行时，来自气源12的气流31流经仪器10的管腔19。该气流（优选氩气流）沿着电极20的两个扁平侧23、24吹拂。同时，通过线21来给电极20馈给高频电流。在此，发电机13的工作频率以及因此电流的频率优选地高于100 kHz、优选地高于300 kHz、进一步优选地高于500 kHz。电流在尖端22和该尖端的相邻区域离开电极20，并且形成跳跃到患者的未进一步阐明的生物组织的火花或者流向那里的等离子体32。在此，火花或等离子体的基点33接触窄侧25、26，但是尤其是接触电极20的扁平侧23、24，其中该基点区域33占据例如小于电极20的在其中窄侧25、26远离尖端22发散的那个区域的轴向的（要沿近端方向测量的）长度的1/10。镀层29、30可以延伸到该区域中并且优选地延伸直至尖端22。借此，火花或等离子流由涂层29、30直接馈电。镀层29、30的厚度可以相对小。已经表明：厚度为10至20 μm的涂层已经引起电极20的使用寿命的显著延长并且引起该电极的显著减少的材料电蚀和显著减少的热辐射。优选地，例如由银制成的镀层的厚度为20 μm、30 μm或50 μm。优选地，镀层具有超过400W/(m*K)的热导值。电极的厚度例如可以为0.1mm。整个电极的热导值也优选地超过400W/(m*K)。由此，由不锈钢/银的材料组合制成的电极20具有出色的使用寿命。
在一个被修改的实施方式中，也可以使电极截面与在上述实施方式中不一样地朝向近端方向不是连续地、而是跳跃式地、也就是说分一个或多个级别地增大。在图8中阐明了这种实施方式。然而，该实施方式也实现按照本发明的设计，因此在描述该电极20'时参阅对根据图1至7的实施方式的描述。已经介绍过的附图标记延续，其中这些附图标记为了区分而分别配备有撇号。除了以下特殊性之外，上文的描述相对应地适用于根据图8的实施方式。
电极20'具有尖端22'，该尖端在这里可以由线状、直的或者波浪形的电极部分的尖端或钝端形成。该线状电极部分34包含芯体35，该芯体形成基体27'并且就其而言可以构造成薄圆柱销。线状电极部分的直径优选地小于0.5 mm并且例如为0.3 mm。芯体35配备有镀层29'，该镀层在这里必要时结合电极保持板36形成散热装置28'。电极部分34可以与电极保持板36焊接地、压接地或者以其它方式连接。材料配合的连接由于更好的热传递而被优选。电极保持部36可以由不锈钢或者其它材料制成，该其它材料配备有导热涂层，如钨、铜、铝、DLC等等，或者该其它材料由导热材料形成，如钨、铜、铝、DLC等等。在从线状电极部分到电极保持板36的过渡位置处，电极的截面跳跃式地增大。
电极20也可以按照图9和10来设计并且在轴向距离上在截面中具有直径不同的圆形部分。
在所有电极20、20'的情况下，无论几何形状如何并且无论电极截面朝近端方向是否连续或者逐级增大或者该电极截面是保持恒定还是局部减小，镀层29、29'、30都使电极20、20'和仪器10的使用寿命显著增加。在此，尤其有利的是，镀层29、29'、30朝近端方向从尖端22延伸至少约5 mm至10 mm或者约10至20 mm。优选地，镀层29、29'、30由金属、例如银制成，该金属的熔化温度Tü低于基材、例如不锈钢的熔化温度TG。镀层29、29'、30优选地也具有热导率λü，该热导率高于基材的热导率λG。
涂层29、29'、30还可以由与基体27直接接触的、影响粘附的中间层37和布置在中间层37上的表面层38制成。表面层38优选地由金属制成，该金属的熔化温度TO低于中间层的熔化温度TZ或者大致与中间层的熔化温度TZ一样高，该中间层的熔化温度又在其方面低于电极基体27的材料的熔化温度TG。表面层38还优选地由如下材料制成，该材料的热导率λO与中间层37的热导率λZ至少一样高。中间层37的热导率λZ优选地高于电极基体27的材料的热导率λG。
在所有先前描述的电极20、20'的情况下还适用：镀层29、29'、30的截面积AÜ至少在尖端22处（朝近端方向直至大约2.5 mm）具有电极基体的截面积AG的至少10至12 %。电极20、20'还具有从其尖端22出发的、朝近端方向延伸了至少2.5 mm的部分，该部分的热容量小于4.17 mJ/K。电极20、20'具有体积VE，该体积优选地与镀层29、29'、30的表面尺寸AÜO成一定比例。优选地，表面尺寸AÜO与体积VE的比例大于2.24 mm-1。
在具有根据图8、9或10的电极20'的仪器10运行时，首先从尖端22并且接着从线状电极部分34的至少一部分放电并且因此发出所形成的火花或等离子流。优选为银涂层的导电和导热涂层29'明显降低了电极20或20'的电阻。发电机13的高频交变电流集中在电极20、20'的外层中，并且这样基本上流经涂层29、30、29'。借此，在电极20、20'处的欧姆损耗被最小化，并且通过涂层所减少的热量还显著更好地被从放电脚传导走，并且分布为使得该热量可以在气流上大面积地被传递。表面层38以及也许还有中间层27可以融化并且从尖端22朝近端方向稍微缩回。放电基点33在尖端22（以及与该尖端紧邻的区域，大致2.5 mm）处保持静止。这减少了电极20、20'和仪器10的热负荷。
在被改进的仪器10的情况下，电极20、20'配备有以单层或多层镀层29、29'、30为形式的散热装置28、28'。该镀层相对于电极基体27、27'的材料而言优选地具有更高的导电能力以及更高的导热能力。该镀层还优选地具有比电极基体27的材料更低的熔化温度。该镀层的熔化温度TÜ优选地低于1100℃。如果镀层29、29'、30是多层的，则外表面层38的熔化温度TO优选地同样低于1100℃、进一步优选地低于1000℃。
附图标记：
10 仪器
11 设备
12 气源
13 发电机
14 管线（用于流）
15 管线（用于气体）
16 中性电极
17 仪器10的远端
18 软管
19 管腔
20 电极
21 线
22 尖端
q 电极20的横向尺寸
d 电极20的厚度
23、24 电极20的扁平侧
25、26 电极20的窄侧
Q 电极20的截面
α 窄侧25、26的部分之间的角度
D 远端方向
P 近端方向
λ 热导率
λÜ 镀层29、29'、30的热导率
λZ 中间层37的热导率
λG 基体27的热导率
λO 表面层38的热导率
27 电极基体
28 散热装置
29、29'、30 镀层
31 气流
32 等离子体
33 基点
34 线状电极部分
35 芯体
36 电极保持部
37 中间层
38 表面层
TÜ 镀层29、29'、30的熔化温度
TG 电极基体27的材料的熔化温度
TO 表面层38的熔化温度
TZ 中间层37的熔化温度。

Claims (15)

1.一种用于电外科手术仪器（10）、尤其是用于等离子体凝固的电外科手术仪器的电极（20、20'），其中所述电极（20、20'）具有朝向远侧的尖端（22），所述电极（20、20'）被构造为从所述尖端出发电极截面（Q）朝近端方向（P）连续增大或者增大至少一个级别，
其特征在于，
所述电极（20、20'）由材料组合制成，所述材料组合具有大于20 W/(m*K)的热导率（λ），而且
所述电极（20、20'）由具有导热镀层（29、29'、30）的电极基体（27）制成。
2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述电极（20、20'）具有最大横向尺寸（q）并且在其尖端（22）具有圆角半径（R），所述圆角半径小于所述最大横向尺寸（q）的十分之一。
3.根据上述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述电极（20、20'）被构造成线状或者被构造成板，所述板具有两个扁平侧（23、24），这两个扁平侧通过窄侧（25、26）来彼此连接。
4.根据权利要求3所述的电极，其特征在于，所述电极（20、20'）具有至少一个扁平侧（23、24），而且所述导热镀层（29、29'、30）由如下层形成，所述层占据整个扁平侧（23、24）地形成。
5.根据上述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述镀层（29、29'、30）被构造成由导热材料、尤其是金属或金属合金制成，而且所述镀层（29、29'、30）具有导电能力和/或导热能力，所述导电能力和/或导热能力分别大于所述基体（27、27'）的导电能力和/或导热能力。
6.根据上述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述镀层（29、29'、30）形成和布置为延伸直到如下区域（33）中，所述区域被设置用于与从所述电极（20、20'）发出的火花直接接触。
7.根据上述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述镀层（29、29'、30）由金属或金属合金制成，所述金属合金的熔化温度Tü低于所述电极基体（27）的材料的熔化温度TG。
8.根据上述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述镀层（29、29'、30）由与所述电极基体（27）直接接触地布置的中间层（27）和布置在所述中间层（27）上的表面层（38）制成。
9.根据权利要求8所述的电极，其特征在于，所述表面层（38）由金属或金属合金制成，所述金属合金的熔化温度TO低于所述中间层（37）的熔化温度TZ，所述中间层的熔化温度又在其方面低于所述电极基体（27）的材料的熔化温度TG。
10.根据权利要求8或9所述的电极，其特征在于，所述表面层（38）由金属或金属合金制成，所述金属合金的热导率λD高于所述中间层（37）的热导率λZ，所述中间层的热导率又在其方面高于所述电极基体的材料的熔化温度λG。
11.根据上述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述镀层（29、29'、30）具有截面积AÜ，而且所述电极基体（27）的材料具有截面积AG，其中所述截面积AÜ与所述截面积AG的比例大于0.12。
12.根据上述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述电极（20、20'）具有从其尖端（22）出发的、朝近端方向延伸了至少2.5mm的部分，所述部分的热容量小于4.17 mJ/K。
13.根据上述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述电极（20、20'）具有体积VE，而且所述镀层（29、29'、30）具有表面尺寸AÜO，其中所述表面尺寸AÜO与所述体积VE的比例大于2.24 mm-1。
14.一种仪器（10），所述仪器具有根据上述权利要求中任一项所述的电极（20、20'）。
15.根据权利要求14所述的仪器（10），其特征在于，所述仪器具有管或软管（18），所述管或软管包围管腔（19），所述管腔在所述管或软管（18）的远端（17）敞开，而且所述管腔能连接到气源、尤其是氩气源上，其中所述电极（20、20'）完全或部分地布置在所述管腔（19）中并且能与发电机（13）连接。
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