RU2234881C2

RU2234881C2 - Plasmotron device for cutting biological tissues and coagulating blood vessels

Info

Publication number: RU2234881C2
Application number: RU2002121842/14A
Authority: RU
Inventors: А.С. Береснев (RU); А.С. Береснев
Original assignee: Деренковский Виктор Яковлевич; Береснев Алексей Сергеевич
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2004-08-27

Abstract

FIELD: medical engineering.

SUBSTANCE: device has cathode unit having canals for supplying plasma-forming gas to electric arc combustion zone, wolfram electrode and collet-chuck for fixing it relative to combustion chamber of the electric arc canal for forming plasma jet, insulating handle. Electric arc combustion chamber and canal for forming plasma jet are arranged directly in anode unit and not in removable nozzle for producing plasma. The insulating handle is arranged at an angle.

EFFECT: enhanced effectiveness of treatment; improved operation characteristics.

1 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике.The invention relates to medical equipment.

В процессе предварительного патентного поиска по фонду отечественных описаний изобретений к авторским свидетельствам и патентам прототипа заявляемому техническому решению не выявлено.In the process of preliminary patent search in the fund of domestic descriptions of inventions for copyright certificates and patents of the prototype, the claimed technical solution was not identified.

Аналогами могут быть признаны “устройство для плазменно-дуговой резки” по А.С. СССР №1133793, “плазменно-хирургический комплекс Факел 01” и плазменный скальпель для лапароскопических операций (С.- Петербург).“A device for plasma-arc cutting” according to A.S. USSR No. 1133793, “plasma-surgical complex Torch 01” and a plasma scalpel for laparoscopic operations (St. Petersburg).

Недостатком последнего из вышеперечисленных является очень малая электрическая мощность дуги (сила тока 4-12 А, напряжение 16-18 В). Для повышения режущих и коагулирующих свойств плазменной струи, генерируемой в плазмообразующем канале, стремятся повысить либо силу тока дуги, либо напряжение ее, либо и то, и другое одновременно. Малая электрическая мощность скальпеля ограничивает его режущие свойства и применяют эти устройства в основном как плазменные коагуляторы.The disadvantage of the last of the above is the very small electric power of the arc (current strength 4-12 A, voltage 16-18 V). To increase the cutting and coagulating properties of a plasma jet generated in a plasma-forming channel, they seek to increase either the arc current or its voltage, or both at the same time. The small electric power of the scalpel limits its cutting properties and they are used mainly as plasma coagulators.

С увеличением силы тока дуги, напряжения на дуге увеличиваются мощность плазменной струи, ее температура, теплосодержание, длина струи, а следовательно, режущие и коагулирующие свойства. В плазменно-хирургическом комплексе Факел 01 сила тока дуги 25 А, поэтому лучше режущие и коагулирующие свойства. Кроме того, растянут столб дуги (расстояние от катодного пятна до анодного), это достигают за счет двойного анода. Растянутый столб дуги увеличивает напряжение на дуге, повышает ее мощность, улучшает параметры и свойства плазменной струи. К недостаткам этого устройства относится недостаточная для эффективного рассечения биотканей величина силы тока дуги (25 А), особенно - паранхиматозных органов (печени, селезенки) и коагуляции их кровеносных сосудов. Не предусмотрено использования в качестве плазмообразующего газа гелия, который значительно повышает теплосодержание плазменной струи, ее режущие и коагулирующие свойства.With an increase in the arc current and voltage on the arc, the power of the plasma jet, its temperature, heat content, jet length, and hence the cutting and coagulating properties, increase. In the plasma-surgical complex Fakel 01, the arc current is 25 A, so the cutting and coagulating properties are better. In addition, the arc column is stretched (the distance from the cathode spot to the anode spot), this is achieved due to the double anode. The extended column of the arc increases the voltage on the arc, increases its power, improves the parameters and properties of the plasma jet. The disadvantages of this device include insufficient for the effective dissection of biological tissues, the magnitude of the arc current (25 A), especially paranchymal organs (liver, spleen) and coagulation of their blood vessels. It is not intended to use helium as a plasma-forming gas, which significantly increases the heat content of the plasma jet, its cutting and coagulating properties.

Известно устройство для плазменно-дуговой резки биотканей по А.С. 1133793, которое позволяет применять силу тока дуги 30 и 60 А в гелиевой плазмообразующей среде. Это устройство имеет лучшие режущие и коагулирующие свойства по сравнению с вышеописанными, сила тока увеличена до 60 А, а в качестве плазмообразующего газа используют гелий, а не аргон. Гелиевая плазма, по сравнению с аргоновой, при одинаковой силе тока дуги обладает большим теплосодержанием, поэтому лучшими режущими и коагулирующими свойствами, но снижает термическую стойкость анода и катода, быстрее приводит к их разрушению и необходимости замены. Кроме этого, к недостаткам этого устройства относятся случаи нарушения герметичности и течи охлаждающей жидкости через герметизирующую прокладку стыковки плазмообразующего сопла с анодным узлом. Камера горения дуги и канал формирования струи сменного плазмообразующего сопла расположены вдоль оси плазмотрона. Это создает неудобства при выполнении хирургических операций в труднодоступных местах.A device for plasma-arc cutting of biological tissues according to A.S. 1133793, which allows the use of arc currents of 30 and 60 A in a helium plasma-forming medium. This device has better cutting and coagulating properties compared to the above, the current strength is increased to 60 A, and helium rather than argon is used as the plasma-forming gas. Helium plasma, in comparison with argon, with the same arc current strength has a high heat content, therefore, it has better cutting and coagulating properties, but it reduces the thermal stability of the anode and cathode, more quickly leads to their destruction and the need for replacement. In addition, the disadvantages of this device include instances of leakage and leakage of coolant through the gasket connecting the plasma nozzle to the anode assembly. The arc burning chamber and the jet formation channel of the replaceable plasma forming nozzle are located along the axis of the plasma torch. This creates inconvenience when performing surgical operations in hard to reach places.

Задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, являются: создание малогабаритного и удобного плазмотрона с высокими режущими и коагулирующими свойствами, с максимальной термической стойкостью камеры горения дуги и канала формирования плазменной струи; устранение возможности появления течи охлаждающей жидкости через герметизирующую прокладку; использование в качестве плазмообразующего газа как аргона, так и гелия; обеспечение высокой термической стойкости вольфрамового электрода.The tasks to which the invention is directed are: to create a small-sized and convenient plasmatron with high cutting and coagulating properties, with maximum thermal resistance of the arc burning chamber and the plasma jet forming channel; eliminating the possibility of leakage of coolant through the gasket; the use of both argon and helium as a plasma-forming gas; ensuring high thermal resistance of the tungsten electrode.

Поставленные задачи решаются таким образом, что плазмотрон имеет катодный узел с каналами для подачи плазмообразующего газа в зону горения электрической дуги, вольфрамовый электрод, фиксирующийся цангой относительно камеры горения дуги и канала формирования плазменной струи, а камера горения плазменной дуги и канал формирования плазменной струи выполнены непосредственного в анодном узле, а не в сменном плазмообразующем сопле. При этом диаметр камеры горения и ее длина обеспечивают при силе тока дуги 30-60 А, минимальном и максимальном расходе аргона или гелия плотность тока в анодном сопле не более 5-10 А/мм², а диаметр канала формирования и его длина гарантируют получение оптимально высоких режущих и коагулирующих свойств плазменной струи.The tasks are solved in such a way that the plasmatron has a cathode assembly with channels for supplying a plasma-forming gas to the combustion zone of the electric arc, a tungsten electrode fixed by a collet relative to the arc burning chamber and the plasma jet forming channel, and the plasma arc burning chamber and the plasma jet forming channel are made directly in the anode assembly, and not in a replaceable plasma-forming nozzle. Moreover, the diameter of the combustion chamber and its length provide for an arc current of 30-60 A, minimum and maximum consumption of argon or helium, the current density in the anode nozzle is not more than 5-10 A / mm ² , and the diameter of the formation channel and its length guarantee optimal high cutting and coagulating properties of a plasma jet.

На чертеже показан плазмотрон для резки биотканей и коагуляции сосудов.The drawing shows a plasmatron for cutting biological tissues and coagulation of blood vessels.

Плазмотрон включает анодный узел 1 (см. чертеж), в котором выполнены плазмообразующий канал 2 и канал формирования плазменной струи 3, газовая камера 4, канал охлаждения 5, перегородка 6, трубки 7 и 7а подачи охлаждающей воды в канал охлаждения 5, катодный узел 8, в который ввинчивают цангу 9, имеющую газовую камеру 10 и разрезанные лепестки 11, которые, в свою очередь, при ввинчивании цанги 9 фиксируют вольфрамовый электрод 12 относительно плазмообразующего канала 2.The plasma torch includes an anode assembly 1 (see drawing), in which a plasma-forming channel 2 and a plasma jet formation channel 3, a gas chamber 4, a cooling channel 5, a partition 6, tubes 7 and 7a for supplying cooling water to the cooling channel 5, the cathode assembly 8 are made into which a collet 9 is screwed, having a gas chamber 10 and cut petals 11, which, in turn, when screwing the collet 9 fix the tungsten electrode 12 relative to the plasma forming channel 2.

Катодный узел 8 изолируют от анодного керамическим изолятором 13 и силиконовым 14. В катодном узле выполняют охлаждающий канал 15, в который через водяную трубку 16 подают охлаждающую воду. В катодном узле имеются водяная перегородка 17, внешние изоляторы 18, 19, 20 и ручка-изолятор 21.The cathode assembly 8 is isolated from the anode by a ceramic insulator 13 and silicone 14. A cooling channel 15 is formed in the cathode assembly, into which cooling water is supplied through a water pipe 16. In the cathode assembly there is a water partition 17, external insulators 18, 19, 20 and a handle-insulator 21.

Плазмотрон работает следующим образом. После подачи охлаждающей воды и плазмообразующего газа - аргона или гелия - осциллятором пробивают и ионизируют газовый промежуток между вольфрамовым электродом и цилиндрической поверхностью камеры горения анода. Одновременно с этим на электрод и анод подают напряжение от силового источника питания электрической дуги. Дугу первоначально зажигают на меньшем токе и меньшем расходе газа (сила тока дуги 30 А, а давление подачи плазмообразующего газа 0,2 атм). Это позволяет избежать выплеска вольфрама с конца электрода, его прогрева и образования в плазмообразующем канале анода анодного пятна по всей окружности камеры горения дуги. После этого плазмотрон выводится автоматически на рабочий режим с силой тока 60 А и расходом плазмообразующего газа при давлении в газовой сети 0,2 атм. Затем дистанционно (педалью) устанавливают режим с необходимыми для определенного вида операции режущими и коагулирующими свойствами плазменной струи.The plasma torch works as follows. After supplying cooling water and a plasma-forming gas — argon or helium — the gas gap between the tungsten electrode and the cylindrical surface of the anode combustion chamber is pierced and ionized. At the same time, voltage is supplied to the electrode and anode from the power supply of the electric arc. The arc is initially ignited at a lower current and lower gas flow rate (arc current is 30 A, and the plasma-forming gas supply pressure is 0.2 atm). This avoids the outflow of tungsten from the end of the electrode, its heating and the formation of an anode spot in the plasma-forming channel of the anode of the anode around the entire circumference of the arc burning chamber. After that, the plasma torch is automatically displayed on the operating mode with a current strength of 60 A and a plasma-forming gas flow rate at a pressure in the gas network of 0.2 atm. Then, the mode with the cutting and coagulating properties of the plasma jet necessary for a certain type of operation is set remotely (by the pedal).

При необходимости изменяют силу тока дуги и расход плазмообразующего газа. При этом при увеличении силы тока и расхода газа увеличиваются режущие и коагулирующие свойства плазменной струи, и наоборот, при уменьшении силы тока и расхода плазмообразующего газа уменьшаются длина струи, ее температура, а следовательно, и режущие, и коагулирующие свойства.If necessary, change the arc current and the flow rate of the plasma-forming gas. In this case, with an increase in the current strength and gas flow rate, the cutting and coagulating properties of the plasma jet increase, and vice versa, with a decrease in the current strength and the flow rate of the plasma-forming gas, the jet length, its temperature, and hence the cutting and coagulating properties, decrease.

Claims

A plasma torch for cutting biological tissues and coagulation of vessels, containing a cathode assembly with channels for supplying a plasma-forming gas, in which a collet is screwed to fix the tungsten electrode relative to the plasma-forming channel and the channel for forming a plasma jet of the anode assembly, separated from the cathode assembly by insulators and equipped with a gas chamber, cooling channels are made to the cathode and anode nodes, characterized in that the cooling channels are provided with partitions, the collet has a gas chamber, and the cathode node is provided with a handle -insulator made at an angle.