микроплазменный скальпель-облучатель

Формула изобретения

МИКРОПЛАЗМЕННЫЙ СКАЛЬПЕЛЬ-ОБЛУЧАТЕЛЬ, включающий плазмотрон с двухэлектродным дуговым разрядником и гидро- и пневмосистемами и источник питания, содержащий силовой ключ, последовательно соединенные силовой трансформатор, диодный мост и блок сопротивления, а также переключатель режима работы, отличающийся тем, что вход переключателя режима работы соединен с выходом силового ключа, а выход с входом силового трансформатора, при этом первичная обмотка последнего состоит из двух секций, а выход блока сопротивления соединен непосредственно с электродами дугового разрядника плазмотрона.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, в частности к хирургической аппаратуре, и может быть применено для хирургического лечения широкого круга заболеваний: при оперативных вмешательствах на брюшной полости, при травмах или заболеваниях печени, селезенки, поджелудочной железы, при гнойно-септических заболеваниях любой локализации, при тяжелой анаэробной инфекции мягких тканей и др.

Известны хирургические инструменты, в которых механическое воздействие на ткани и органы дополняется или заменяется электромагнитным воздействием.

Так в известном устройстве [1] к режущей кромке механического скальпеля с помощью специального ввода подводится электромагнитная энергия, которая также воздействует на оперируемый объект.

Наиболее близким к предлагаемому устройством является установка для ручной микроплазменной резки типа УМПР-20, разработанная в Ленинградском политехническом институте [2] предназначенная для хирургического лечения широкого круга заболевания.

Принцип работы установки основан на использовании энергии плазменной струи, которая обладает в зависимости от параметров разносторонними эффектами:

проведение бескровных разрезов биологических тканей;

"сваривание" краев раны по линии разреза;

стерилизация линии разреза тканей;

создание коагуляционного поля на разрезе паренхиматозного органа;

послойное рассечение ткани;

облучение гнойно-септических ран.

Установка содержит источник питания с пускорегулирующей аппаратурой и плазмотрон с гибким кабелем-шлангом, присоединяющимся к источнику питания и гидропневмосистемам. Рабочим органом в установке является плазмотрон, который предназначен для создания и стабилизации электрической дуги, образующейся в двухэлектродном дуговом разряднике. Для образования, стабилизации и регулирования плазменной струи от дуги, горящей между центральным электродом и соплом плазмотрона, используется аксиальный поток рабочего газа инертного газа аргона. Источником питания электрической дуги в плазмотроне служит диодный выпрямитель. Источник питания содержит последовательно соединенные электрически силовой ключ, в качестве которого применен тиристор, и служащий для отключения силового напряжения в установке силовой трансформатор на 220/52 В мощностью 1,6 кВт, диодный мост, магазин сопротивлений, позволяющий регулировать величину тока дуги плазмотрона, переключатель режима работы, который при поджиге электрической дуги плазмотрона подает высоковольтное напряжение от специального трансформатора (напряжение порядка 10 кВ), при этом с помощью специального высокоомного сопротивления защищен от короткого замыкания силовой трансформатор, сохраняя "дежурный" (порядка 2-3 А) ток в плазмотроне.

К управляющим и контрольно-измерительным органам источника питания и установки в целом относятся:

датчик наличия потока воды в гидросистеме плазмотрона;

индикатор напряжения в сети питания установки;

амперметр для контроля тока в плазмотроне;

датчик расхода рабочего газа.

К недостаткам устройства следует отнести сложность и громоздкость конструкции, большие габаритные размеры как источника питания тока, так и плазмотрона, что обуславливает затруднения при манипуляциях во время хирургических операций. Конструкция устройства сложна и при ремонтно-профилактических работах. Так при замене центрального электрода плазмотрона он подлежит полной разработке. Сложной и ненадежной является система поджига и переключения режима работы плазмотрона, осуществляемые в цепи с высоким током.

Установка требует надежного заземления для защиты от высоковольтного разряда как обслуживающего персонала, так и пациента во время операции или облучения.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, снижение габаритных и весовых параметров, повышение надежности работы и обеспечение безопасности пользования устройством.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в преобразовании электрической схемы устройства таким образом, что коммутационные переключения при изменении режима работы устройства осуществляются на первичной обмотке силового трансформатора при силе тока не более 2-3 А, что упрощает конструкцию коммутационных элементов, обеспечивает повышение надежности работы устройства. Такая коммутационная схема позволяет отказаться от высоковольтного трансформатора и магазина сопротивлений как регуляторов тока дуги плазмотрона при зажигании дуги, защитить устройство от тока короткого замыкания постоянным сопротивлением.

Таким образом, предлагаемая схема обладает существенными отличиями от известной и обеспечивает достижение положительного эффекта.

Предлагаемый скальпель-облучатель поясняется фиг.1 и 2.

На фиг.1 приведена блок-схема источника питания, содержащая силовой ключ 1, соединенный через переключатель 2 режима работы устройства с первичной обмоткой силового трансформатора 3, вторичная обмотка которого соединена с выпрямительным мостом 4, подключенного через блок сопротивления 5 к двухэлектродному разряднику 6 плазмотрона.

На фиг. 2 изображена конструкция плазмотрона (в разрезе), содержащего полую металлическую ручку-корпус 7, на одном торце которой установлено коническое сопло-наконечник 8, являющееся одним из электродов двухэлектродного дугового разрядника плазмотрона. Во внутренней полости сопла наконечника, на конце металлической втулки 9 подачи рабочего газа плазмотрона-инертного газа аргона, установлен второй центральный электрод 10 разрядника. Сопло-наконечник снабжено манипулятором 11, регулирующим его положение относительно центрального электрода. Внутренняя полость сопла-наконечника, в которой размещен центральный электрод, отделена от внутренней полости ручки-корпуса, а втулка для подачи рабочего газа электрически изолирована от ручки-корпуса уплотнительной электроизолирующей прокладкой 12. Второй торец ручки-корпуса закрыт уплотнительной электроизолирующей прокладкой 13, образующей полость для охлаждающей воды, подаваемой патрубком 14 и отводимой патрубком 15, одновременно электрически изолирующей втулку подачи рабочего газа от ручки корпуса.

Скальпель-облучатель работает следующим образом.

Включают систему охлаждения плазмотрона проточной холодной водой, с помощью ротаметра образуют постоянный поток рабочего газа, истекающего из сопла плазмотрона. После этого включают источник питания, для чего на силовой ключ 1 (состоит из последовательно соединенных датчиков наличия охлаждающей воды и аргона, а также усилителя и симистора) подается сетевое питающее напряжение величиной 220 В. Наличие питающего напряжения на силовом ключе фиксируется индикатором напряжения электрического тока.

Питающее напряжение с силового ключа 1 через переключатель 2 режима работы, установленный в одном из двух положений, поступает на одну из секций первичной обмотки силового трансформатора 3. Сильноточное напряжение величиной 42-32 В со вторичной обмотки силового трансформатора 3 преобразуется в постоянный ток выпрямительным мостом 4, собранного по схеме диодного моста, и через ограничительное сопротивление 5 величиной 2,81 Ом поступает на дуговой разрядник 6 плазмотрона. Величина тока плазмотрона, а следовательно и наличие плазмы, контролируется индикатором электрического тока на сопротивлении 5.

Положительный потенциал выпрямленного тока подается на ручку-корпус 7 плазмотрона, находящегося в электрическом и механическом контакте с соплом-наконечником 8, изготовленного из меди (медного сплава) трубки, имеющей наружный диаметр 18 мм и длиной 60 мм. Сопло-наконечник 8 изготовлено из меди (медного сплава) и является одним из электродов разрядника. Отрицательный потенциал выпрямленного тока через изолированную металлическую втулку подачи рабочего газа 9 подается на второй центральный электрод 10 разрядника, выполненного из вольфрама. При этом центральный электрод 10 установлен на конце втулки 9 разъемно, например, на резьбе.

Включение "поджиг" плазмы в плазмотроне осуществляется с помощью манипулятора 11 путем изменения положения сопла-наконечника 8 относительно неподвижного центрального электрода 10 таким образом, что в момент их соприкасания между ними возникает дуговой разряд, являющийся источником плазмы. Для этого сопло-наконечник 8 и торец ручки-корпуса 7 снабжены резьбовым соединением. Конструкция позволяет не только осуществлять простое и надежное включение плазмотрона, но и легко осуществлять замену электродов без демонтажа и разгерметизации внутренней полости ручки-корпуса 7, выполненной специальными термостойкими электроизолирующими прокладками 12 и 13. Поток охлаждающей воды в плазмотроне осуществляется с помощью подающего 14 и отводящего 13 патрубков, размещенных таким образом, что поступающая вода интенсивно омывает наиболее нагревающуюся часть ручки-корпуса 7 место соединения ручки-корпуса 7 с соплом-наконечником 8. Расход воды устанавливается таким, чтобы температура ручки-корпуса 7 не превышала 20^оС.

Манипулятор 11 сопла-наконечника 8, регулирующего его положение относительно центрального неподвижного электрода 10, кроме функции "поджига" плазмотрона обеспечивает регулирование формы плазменной струи. Длина плазменной струи регулируется в пределах от 3 до 10 мм, и может быть сфокусирована в точку диаметром 0,5 мм.

Микроплазменный скальпель может работать как в режиме рассечения тканей, так и в режиме облучения.

В режиме рассечения тканей с помощью переключателя 2 режима работы блока питания к питающему напряжению подсоединяется секция первичной обмотки силового трансформатора 3, обеспечивающая на вторичной обмотке максимальное напряжение в 42 В, чем обеспечивается максимальная мощность плазменной струи. Путем манипуляций положением электродов плазмотрона длина плазменной струи устанавливается в пределах 10 мм, что позволяет осуществлять рассечение ткани на глубину до 7 мм.

В режиме облучения переключатель режима работы 2 подключают к секции первичной обмотки силового трансформатора 3, обеспечивающей минимальное напряжение 32 В, а следовательно, и минимальную мощность плазменной струи. В этом случае длина плазменной струи не превышает 3 мм, что уменьшает тепловой поток от нее и обеспечивает возможность в течение нескольких минут (3-5 мин) облучать ткани ультрафиолетовым излучением газового разряда в озоновой среде без теплового перегрева облучаемой области.

Технико-экономические преимущества предлагаемого изобретения заключаются в упрощении конструктивных и эксплуатационных характеристик устройства. Это обусловливает расширение его эксплуатационных возможностей и позволяет использовать устройство не только как стационарное оборудование операционных, но и как оборудование амбулаторий, поликлиник и др.