CN1882289B - 具有匹配电感器的调谐返回电极 - Google Patents

Abstract

一种用在电手术中的电手术返回电极。返回电极(10)对于最大电流和温度升高是自限制和自调节的，以防止病人损伤。电感器(20)与返回电极(10)串联联接。当在病人与返回电极(10)之间的接触面积量足以进行电手术时，电感器(20)抵消返回电极和病人的阻抗的至少一部分，以优化电流的流量。电感器(20)也可以是可变的，以允许电手术电路的整体阻抗调节和调谐成，对于具体病人和用来进行电手术的其它设备适当和安全地工作。

Description

具有匹配电感器的调谐返回电极

技术领域

本发明一般涉及电手术系统。更具体地说，本发明涉及适于提供安全和有效电手术的电手术返回电极。

背景技术

如本领域的技术人员所知道的那样，现代手术技术典型地采用射频(RF)功率以在进行手术过程中切割遇到的组织并且凝结遇到的出血。对于这样的技术的历史观点和细节，参照授予D’Amelio等的、并且标题为“电探针设备”的美国专利No.4,936,842，该专利的公开在此引入作为参考。

如医学领域的技术人员所知道的那样，电手术被广泛地使用，并且提供多个优点，包括用来切割和凝结病人的组织的单个手术工具的使用。每个单极电手术发生器系统必须具有由外科医师在手术部位处应用于病人的主动电极、和从病人回到电手术发生器的返回路径，该电手术发生器提供在电手术过程期间使用的RF功率。在与病人接触的点处的主动电极必须很小，以产生导致切割或凝结组织的手术效果的高电流密度。传送与主动电极相同的电流的返回电极在与病人连通的点处的有效表面面积必须足够大，从而从病人流到返回电极的电手术电流的密度被限制到安全水平。如果电手术电流的密度在返回电极处比较高，则病人皮肤和组织的温度将在这个区域中升高，并且能导致不必要的病人烧伤。

在1985年，紧急护理研究所(Emergency Care Research Institute)，一家著名的医学试验机构，发表了它对于电手术返回电极部位烧伤已经进行的试验结果，指出当电流密度超过100毫安每平方厘米时，出现把人体组织加热到坏死的阈值。医疗器械促进协会(“AAMI”)已经发布了标准，该标准要求在叙述的试验条件下与电手术返回电极相邻的最大病人表面组织温度不应该升高大于六摄氏度(6°)。

在过去二十年中，响应对于更安全返回电极的医学需要已经开发了产品。在返回电极技术方面的一个进步是柔性电极的开发，以代替在电手术过程期间典型使用的小型、约12×7英寸、扁平不锈钢板电极。这种板状电极通常涂有导电胶，放置在病人的臀部、大腿、肩部、或任何其它部位下面，及依靠重力来保证适当的接触面积。一般大约与不锈钢板为相同尺寸的这些柔性电极涂有导电或介电聚合物，并且在它们上具有粘合边界，所以它们保持附加到病人上而不借助于重力。至到19世纪80年代早期，在美国的大多数医院使用柔性电极。柔性电极导致较少的病人返回电极烧伤，但在美国导致每年几千万美元的额外手术成本，因为每个电极在使用之后必须抛弃。即使对于这种改进，医院仍然碰到由在手术期间意外脱落或部分与病人分离的电极引起的某些病人烧伤。

在使病人烧伤的可能性最小的尝试中，开发了接触质量监视系统。接触质量监视系统适于监视与病人接触的电极的接触面积，并且每当在病人与电极之间有不足的接触面积时切断电手术发生器。这样的电路表示在例如授予Harris、并且标题为“在电手术中使用的接触面积测量设备”的美国专利No.4,200,104；和授予Newton、并且标题为“用于电手术单元的安全监视电路”的美国专利No.4,231,372中，这些专利的公开包括进来作为参考。接触质量监视系统已经导致病人返回电极烧伤的额外减少，但要求特殊的一次性电极，导致每个过程的成本增加。在这些系统最初引入之后的二十年，因为增加的成本和其它因素，在美国进行的所有外科手术中只有百分之75使用接触质量监视系统。

自限制电手术返回电极提供对于接触质量监视系统的另一种选择。自限制电手术返回电极允许当在病人与垫之间的接触面积足以把电手术电流密度限制到安全水平时并且当没有太多材料放置在病人与垫之间时进行电手术。当在病人与返回电极之间的接触面积下降到最小接触面积以下时，或者当太多材料放置在病人与垫之间时，垫的性质限制电流流量，以防止病人烧伤。

尽管自限制电极是典型地可再用的，并且提供电流限制，但即使在接触面积足以防止病人烧伤的场合，垫的阻抗性能也可能导致电手术电流的不必要限制。例如，在诸如前列腺手术的经尿道切除(TURP)之类的要求大电流流量的手术期间，尽管接触面积可能足以进行安全的电手术，但阻抗的较小增加可显著影响电流流量。另外，涉及小儿科病人的手术由于在病人与垫之间的比较小接触面积和导致的阻抗增加可导致减小的电流流量。这对于新生儿病人特别真实，其中病人的小尺寸和质量使得当前应用是不实际的。

发明内容

本发明目的在于提供适于防止烧伤的电手术返回电极。返回电极提供体积阻抗，该体积阻抗向电极提供自限制性质。电手术返回电极的体积阻抗允许返回电极是自限制的，并且可由半绝缘部件、导体部件、半绝缘部件和导体部件的组合；或半绝缘部件、导体部件、病人衣服、毯子、床单、及布置在病人与返回电极之间的其它材料的两个或多个的组合的性质生成。

根据本发明的一个说明性实施例，电感器与电容性电手术返回电极串联联接。包括电感器通过当在病人与电手术返回电极之间的接触量足以进行电手术时或者在材料放置在病人与电手术返回电极之间的场合使电手术返回电极的有效阻抗最小而优化电手术电流的流量。

根据本发明的另一个说明性实施例，电容器与电感性电手术返回电极串联联接。包括电容器通过当在病人与电手术返回电极之间的接触量足以进行电手术时使电手术返回电极的有效阻抗最小而优化电手术电流的流量。

根据本发明的另一个说明性实施例，电手术返回电极具有当在病人与电极之间的接触面积低于给定阈值时足以防止病人烧伤的体积阻抗。导体部件适于与向用户指示何时在病人与自限制部件和/或返回电极之间的接触面积低于给定阈值的电路一起使用。

本发明的这些和其它目的和特征由如下描述和附加权利要求将变得更充分地明白，或者可以通过下文叙述的本发明的实践进行学习。

附图说明

为了进一步弄清楚本发明的以上和其它优点和特征，通过参照在附图中表明的本发明的特定实施例将进行本发明的更具体描述。要认识到，这些附图仅描绘本发明的典型实施例，并且因此不要认为限制其范围。本发明通过附图的使用将被更加专门和详细地描述和解释，在附图中：

图1是电手术系统的透视图，表明与电手术返回电极串联连接的电感器；

图2是返回电极的俯视图，表明阻抗作为接触面积的函数变化的原理。

图3是示意图，表明呈现给电手术发生器和与其串联联接的电感器的阻抗。

图4是曲线图，以曲线图形式表明在电容性电抗、电感性电抗、及电手术电流的频率之间的关系。

图5A是透视图，表明与返回电极的半绝缘部件接触的代表性病人。

图5B是曲线图，以曲线图形式表明在返回电极的有效阻抗、病人与返回电极之间的接触面积、及电感器对于有效阻抗的影响之间的关系。

图5C是曲线图，以曲线图形式表明可以进行有效电手术的电抗性阻抗的希望范围；和按照本发明在返回电极的有效阻抗、在病人与不使用电感器的返回电极之间的接触面积之间的关系。

图5D是曲线图，以曲线图形式表明在返回电极的有效阻抗、在病人与返回电极之间的接触面积、及电感器对于有效阻抗的影响之间的关系。

图6是框图，表明具有可调谐可变电感器的电手术功率单元。

图7是流程图，表明用来基于在病人与电手术返回电极之间的接触面积量利用可变电感器来改变电感量的方法。

图8是根据本发明与具有半绝缘部件和导体部件的接触质量监视设备一起使用的电手术返回电极的透视图。

图9表明具有在交替段的矩阵中布置的第一和第二导体的导体部件。

图10表明具有以网格结构交织的第一导体和第二导体的导体部件。

图11A、B表明构造成包括导体部件的第一导体和第二导体。

图12是透视图，表明具有多个膜片开关的导体部件。

图13是横截面分解视图，表明可用来与图12的导体部件相连接的膜片开关的元件。

具体实施方式

电手术返回电极提供成具有当在病人与电极之间的接触面积低于给定阈值时足以防止病人烧伤的体积阻抗。根据本发明的一个方面，电感器与作为电手术电路的部分的电容器串联联接。在该实施例中，电手术返回电极可包括与串联电感器一起利用的电容性电手术返回电极。可选择地，电手术返回电极可包括与串联电容器一起利用的电感性电手术返回电极。在利用串联电感器的场合，当在病人与电手术返回电极之间的接触面积量足以防止病人烧伤时，电感器通过抵消电手术返回电极的电容性阻抗而优化电手术电流的流量。诸如分裂板之类的导体部件可能适于与向用户指示何时在病人与返回电极之间的接触面积低于给定阈值的电路一起使用。

串联电感器

如下讨论的目的为提供与串联电感器一起利用以使电手术返回电极的有效阻抗最小的电容性电手术返回电极。尽管不包括与电感性电手术返回电极一起使用的串联电容的完整讨论，但如由本领域的技术人员理解的那样，参照与电容性电手术返回电极一起采用的串联电感器讨论的原理可用来使具有串联电容器的电感性电手术返回电极的体积阻抗最小。

现在参照图1，表示有一种具有与返回电极串联联接的电感器的电手术系统1。这个电感器通过抵消由体积阻抗生成的电容性阻抗的全部或部分使在电手术电路中的阻抗最小。系统1包括返回电极10、电手术发生器12、及电感器20。也分别表示有把返回电极电气连接到电手术工具18和电手术发生器12上的导体部件14和16。电手术发生器12产生电手术电流，即射频(RF)能量，该电手术电流经由导体部件14输送到电手术工具18。

电手术工具18在过程期间利用电手术电流切割和凝结躺在返回电极10上的病人的组织。借助于这里包含的讲授各种类型的电手术发生器12对于本领域的技术人员是已知的。电手术电流使用作为返回路径的导体部件16流过病人和返回电极10返回到电手术发生器12。在表明的实施例中，导体部件14和16包括作为电手术电流的导体操作的布线。这些导体部件14和16表明能够完成用来把RF能量从一个元件输送到另一个元件的装置的功能的典型结构。本领域的技术人员会识别能够完成希望功能的各种其它结构。

返回电极10适于限制从躺在返回电极10上的病人流回到电手术发生器的电手术电流的密度。返回电极10适于提供自限制性质以防止病人烧伤。当在病人与返回电极10之间的接触面积减小时返回电极10的自限制性质增大返回电极10的有效阻抗以限制电手术电流的流量。通过限制电手术电流的流量，禁止电手术工具18的使用并且使病人烧伤的可能性最小。用于返回电极10的说明性材料和几何形状在标题为“自限制电手术返回电极”的美国专利No.6,454,764和其它相关专利申请中描述，该专利的公开结合在这里作为参考。

电手术返回电极的自限制方面是阻抗是否由电容性、电阻性或电感性分量或电抗生成的返回电极的阻抗性质的结果。返回电极的一种阻抗性质是由把病人布置在返回电极10上生成的电容性电抗。在一种构造中，在病人与返回电极之间形成的平行板电容器提供电容性电抗。病人包括平行板电容器的板之一，并且返回电极10包括相对板。诸如在返回电极10上的床上用品、覆盖物之类的其它元件；病人的皮肤特性等形成在相对板之间的间隙和/或介电障碍。提供的电容性阻抗的量取决于病人与返回电极10接触的量、在非接触区域中病人对于返回电极10的靠近程度、位于病人与返回电极10之间的床上用品的类型和量、在返回电极10上的覆盖物的类型和量、病人身体的组成特性、及无数的其它因素。

尽管电容性阻抗提供实现电极的自限制特征需要的整体阻抗的一部分，但它可限制当在病人与返回电极之间有足够接触时在电手术界面处的电手术电流的流量，以防止病人烧伤。生成的减小电流通常较小，并且在多数手术过程期间是无关紧要的。然而，对于其中病人接触面积很小(例如，新生儿过程)或者需要异常大电流流量(例如，TURPS过程)的某些过程，任何减小的电容可能是重要的。

为了在保持电极自限制方面的同时使功率传输最大，当在病人与电极之间的接触面积足以防止病人烧伤时，应该使由电路呈现的电抗性阻抗(即，电容和电感)的总额最小。换句话说，通过创建显得尽可能是电阻性的整体电路，由电路可输送最大功率。本领域的技术人员把这种概念作为相对于在电路中存在的无功或无效功率使输送到电路的有功功率的量最大化的一种概念。抵消在电路中的电容性电抗的一种方法是通过把适当建造的电感器，如电感器20，引入到电路中。

电感器20与电手术电极10串联连接。电感器20构造成当在病人与电手术返回电极之间的接触面积量足以进行电手术时使电手术电路的有效阻抗最小。电感器20通过抵消电容性电抗使电手术返回电极的有效阻抗最小。希望的是，由电手术发生器12产生的功率集中在外科医师的器具在电手术界面处接触病人的组织的区域中。通过减小除在电手术界面处之外的阻抗增大电手术电路中的电流流量允许这样一种结果。

说明性地，欧姆定律讲授在电压(V)、电流(I)、及阻抗(Z)之间的关系由下式给出：

$I=\frac{V}{Z}---\left(1\right)$

如果在电手术电路中的电压保持恒定，减小电路的总阻抗的值引起通过电路的电流的有效增大。在电路内在任何元件处耗散的有功功率(P)由如下公式给出：

P＝I²R                                    (2)

把这个公式应用于在手术界面处的电阻性阻抗，当在手术界面处的电阻

保持恒定时，增大流过恒定电阻的电流(I)把由该电阻耗散的功率增大电流平方的因数。因而，增大在电路中的电流流量可通过减小在电路中的各种阻抗而实现。通过增大在电路中的电流流量，更大的适用功率集中在手术界面处。

电手术返回电极10的有效阻抗通过减小在电路中的整体电流可以显著限制输送到电手术界面的功率量。电手术返回电极的阻抗能是电阻性分量、电容性分量、及电感性分量的一个或任意组合之和。电感器20通过抵消电手术返回电极10的有效阻抗的电容性分量能够减小电手术电路的有效阻抗的大小。减小电手术电路的有效阻抗的大小导致电手术电流的增大、和由电手术电流输送到电手术界面的功率的有效增大。

在本发明的启示下，可利用各种不同类型和构造的电感器，包括但不限于固态电感器或机械可调谐电感器。而且，可以使用各种构造的电感器，如固定值电感器或可调谐电感器。可调谐电感器可以以几种方式实现，包括但不限于机械可调谐电感器、使用机械或固态切换以添加和除去电感性元件的电感器列、固态电感器及产生适当相位和大小的电信号以抵消电容性阻抗元件的数字功率形成电路。在表明的实施例中，电感器20联接到导体部件16上。如由本领域的技术人员理解的那样，电感器20可放置在系统内的各种位置中并且处于各种构造，而不脱离本发明的范围和精神。例如，电感器可放置在导体部件14、电手术工具18、或电手术发生器12中。而且，一个或多个电电感器可以用在系统1中，以减小有效阻抗的大小。

现在转到图2，将看到表明返回电极10的自限制原理的返回电极10的俯视图的示意表示。返回电极10的有效阻抗和其对于自限制原理的关系，表明其中电感器可用来使电手术返回电极的有效阻抗最小的方式。为了本描述的说明目的和有助于建立电极10的数学模型，电极10可以想象为包括多个均匀尺寸的、连续区域或段，如由区域11a、11b、11c…11n表示的那样。然而，本领域的技术人员将认识到，电极10可以包括不连续的区域或段。

已知与串联电路相反，组合的电阻性、电感性、及电容性电抗当并联连接时呈现由如下公式给出的总有效阻抗：

$z_{\mathrm{eff}}=\frac{1}{\frac{1}{z_1}+\frac{1}{z_2}+\frac{1}{z_3}+\frac{1}{z_4}+\frac{1}{z_5}+\frac{1}{z_6}}---\left(3\right)$

为了解释容易使用典型的电阻性电路，如果每个100欧姆的100个类似阻抗并联连接，则有效阻抗Z_eff等于一欧姆。如果这样阻抗的一半有效断开，则剩余有效阻抗是两欧姆，及如果电路中只有阻抗的一个是有效的，则剩余有效阻抗是100欧姆。使用这些原理，由于并联的电容器、电阻器、及电感器可使电极10的有效阻抗成为自限制的。

由均匀材料形成的电阻性电极的分立段起同与影响有效阻抗的分立段数量相对应的数量个并联电阻相并联的电阻器的作用。每个分立段与均匀材料的表面面积的一部分相关。换句话说，电阻器的阻抗尤其是电阻器的正面的表面面积的函数。这种关系由如下公式描述：

$R=\mathrm{\ρ}\left(\frac{L}{A}\right)---\left(4\right)$

在公式中，R代表电阻，ρ代表材料常数，L代表电阻器的长度，及A代表表面面积。增大表面面积具有与添加彼此并联的电阻性元件相同的效果。例如，加倍电阻器的表面面积具有把整体电阻减小1/2的效果，就像两个相同大小的电阻器并联连接一样。这样，电极10可模型化为多个分立段，每个段能够添加在与电极的其它段的每一个相并联的构造中。

与段11a…11n相对应的电极10的段的每一个固有地具有呈现阻抗的能力。然而，在电路内并联有效作用的这样的段的数量是置于电极上的病人的表面面积的直接函数。因而，在其身体与电极10的上表面以百分之50(50％)处于有效接触的较大仰卧病人的情况下，与段11a-11n对应的百分之50的段在电路中将有效地并联以形成给定阻抗。在电极10包含100个每个1000欧姆的段的场合，由电极段的有效百分之50可操作呈现的有效阻抗是20欧姆。因为20欧姆与在手术界面处的阻抗相比非常小，所以在病人与电极10之间的接触区域处耗散低百分比的适用能量，并且也由于电极10的较大有效工作面积，电流密度、和温度升高保持在以上提到的危险阈值以下。当通过把病人放置在电极上产生的阻抗包括诸如电容性和电感性阻抗之类的电抗性阻抗时，甚至更小的适用能量耗散在病人与电极10之间的接触区域处，因电抗性阻抗不耗散有功功率。

而且，如果因为任何原因，在病人与电极10之间的有效接触区域减小到只有段11a-11n之一的表面，那么有效阻抗会增大到1000欧姆。由于接触面积减小，达到其中有效阻抗升高到一个水平的点，从而它减小工具或器械18的电手术效果，或者另外防止由外科医师有效地使用工具或器械18。工具或器械18的电手术效果或有效性的这种减小向外科医师发出应该重新布置病人以便呈现与返回电极10的较大接触表面面积的信号。当有效阻抗升高时，总电路阻抗增大，从而总电流流量减小到如果外科医师不重新布置病人而试图采用工具或器械18则会引起对病人的不必要损伤的值以下的值。

当有效接触面积较大时，有效阻抗较低，从而在外科医师的器具处的电流较大。而且，因为接触面积较大，并且总电流跨过整个接触面积分布，所以穿过返回电极10的对应电流密度较低。这是对于进行手术所希望的条件。然而，当有效表面面积减小时，返回电极10的阻抗增大，从而在保持恒定电压的电手术发生器12中，导致在工具或器械18(图1)中的电流的对应减小。当有效表面面积下降到某一点时，将在工具或器械18处剩下不足以有效地进行手术的电流。其中已不能进行有效手术的点取决于这里讨论的包括其他多个因素，尤其包括电手术发生器的设计、电极10的设计、及放置在病人与电极10之间的材料。对于电极10的材料和尺寸选择的参数被挑选成，电流密度和相邻返回电极10的对应组织温度升高不超过在其介绍时提到的极限。例如，在一个实施例中，返回电极10具有至少4,000Ω·cm的体积阻抗，以便把电流密度限制到安全水平。为了便于支持本发明的原理的描述，上文按照其主要元件是电阻和电容性电抗的阻抗而描述。然而，本发明的原理也可应用于其中阻抗包括电阻性、电容性及/或电感性阻抗的任何组合的其它实施例。

尽管以上例子已经构造在固定电压电手术发生器的上下文中，但某些发生器设计成保持恒定的功率输出。因而，当在病人与电极10之间的有效接触面积减小，由此引起在电手术电路中的阻抗的增大时，恒定功率发生器将增大电压，以在手术部位处保持恒定的功率输出。尽管如此，电极10可使用这些发生器限制电流密度和组织加热。本领域的技术人员要理解，即使恒定功率电手术发生器具有设计的最大电压级，所以也存在有该点上电手术发生器不增加功率或电压的点，并且以上描述的恒定电压例子是可应用的。

即使当不存在设计的最大电压级时，电极10也可提供电流限制和热量限制性质。本领域的技术人员要理解，在任何电手术发生器中有限制由发生器可输送的功率量的固有特性。举一个例子是用来向电手术发生器供给电力的电源。一般地，电源将包含自保护电路，以限制由电源可产生的功率量。而且，大多数电源包括导线缠绕变压器，该变压器固有地具有其中它们不再能够发送传递功率量的饱和点。因而，在某一点处，为了实践的目的，每个电手术发生器开始表现得像在以上描述的恒定电压例子，从而可实施电流和热量限制电极10。

通过提供具有希望体积阻抗和足够表面面积的返回电极10，电手术电流被充分地分散，从而电流密度不会导致病人烧伤。已经发现，借助于选择的材料和几何形状，在工作表面面积小到约七平方英寸(或者约45平方厘米)的返回电极中可实现其自限制原理，而返回电极10的暴露上部工作表面面积的优选范围位于从约11至1,500平方英寸(或者约70至9,680平方厘米)的范围中。

返回电极10不必处于与病人的直接物理接触中。具有这种尺寸的工作表面面积消除了对于直接对病人皮肤或者通过胶的直接物理附加的需要。病人可处于与返回电极10的电气连接中而不要求粘合剂或胶的使用。这也允许返回电极10重新使用，由此消除普通使用的可处置分裂板状电极的需要和成本。这减小了用来使用接触质量监视技术的成本，该接触质量监视技术用来辨别病人充分地处于与返回电极的接触中以防止导致病人烧伤的高电流密度。

另外，可理解在返回电极10大体封在半绝缘部件内的地方，可实现返回电极10的自限制特性或能力，。另外，自限制特性或能力可由布置在返回电极10与病人之间的材料、部件或元件提供。例如，这样的其它材料、部件、或元件可包括但不限于亚麻制品、垫单、衣服、覆盖物等。因此，当在病人与电极10之间的接触面积在给定阈值以下时，电极10具有足以防止病人烧伤的有效体积阻抗。

根据本发明的电极10可以由导电塑料、橡胶、或其它柔性材料制成，这些当用在电极10中时将导致由工作表面的每个平方厘米呈现的足以把电流密度限制到安全水平的有效阻抗。硅胶或丁基橡胶已经发现是特别有吸引力的材料，因为它们是柔性的、以及容易洗涤和消毒。可选择地，返回电极10的一部分可以由改性的固有比较高电阻柔性材料制成以提供要求的传导性。例如，在硅胶材料中，注入碳纤维之类的导电纤维，或者已经分布有大量的其它导电物质，如碳黑、大量的金、银、镍、铜、钢、铁、不锈钢、黄铜、铝、或其它导体。自限制特性的更完整讨论可在标题为“自限制电手术返回电极”的美国专利No.6,454,764中找到，该专利包括在这里作为参考。

现在参照图3，表示有电手术电路的简化电气示意图，表明电感器可用来使返回电极的有效阻抗最小的方式。表示有在操作过程期间有效地包括在电手术电流的操作路径中的典型阻抗z_source、z_{electrosurgical tool}、z_patient、z_{return electrode}和与它们串联连接的电感器20。电感器20构造成，当在病人与电手术返回电极之间的接触面积量关于电流密度是安全的时，使电手术返回电极的有效阻抗最小。

电手术发生器12适于提供电手术电流。电手术发生器12可适于起恒定电流或电压发生器、可变电流或电压发生器、恒定功率流发生器、可变功率流发生器或任何其它适当类型的发生器的作用。电手术发生器12具有与它相关的由z_source表示的固有阻抗。连接到电手术发生器12上的是常规导电体部件14和16，该导电体部件14和16分别把发生器12连接到由阻抗z_{electrosurgical tool}表示的电手术工具18(其中阻抗大都是在手术界面处电手术工具的构造的结果)和由阻抗z_{return electrode}表示的返回电极10上。提供阻抗z_patient以表示由位于手术部位与返回电极之间的病人的组织代表的阻抗。

图3的图是电手术电流电路的简化型式。该图一般考虑主要阻抗形式的电路元件，包括由手术界面、病人的身体、及返回电极贡献的阻抗，以便清楚和扼要地表明本发明的原理，应该理解，在实际中会遇到某些其它参数，诸如分布电感和分布电容之类的参数，这些参数对于其原理说明清楚的目的可能较小，并因此在本描述中不考虑。

其初始实施例是以纯电容性模式或组合电阻性和电容性模式操作的电极的实施例。因而，如果不考虑比较小的杂散电容性和电感性电抗，则电路的总有效阻抗等于各个阻抗z_source、z_{electrosurgical tool}、z_patient、z_{return electrode}和z_L之和(电感器的阻抗)；并且因为基本上相同的电流将通过所有五个，所以由电手术发生器12产生的电压将跨过电路中的每个阻抗与它们的相应值成正比地分布。由电路的电阻性元件的每一个耗散的有功功率与电阻性元件的值成正比地耗散。

因为希望由电手术发生器12产生的功率集中在其中外科医师的器具接触病人的组织的区域中，即电手术界面，所以希望由z_{electrosurgical tool}代表的阻抗的电阻性分量足够大并且通过其的电流(并因此功率耗散)集中在非常小的区域中。后者通过使在手术部位处与病人的接触区域非常小而实现。根据公式4，电阻与电阻器的面积成反比。因而随着电阻器的面积，在这种情况下为电手术工具18的点，变得较小，电手术工具的电阻变大，使电阻集中在电手术工具的点处。这样，相对于耗散在电路中的其它部位处的功率，增大直接耗散在手术界面处的功率。

与其中外科医师的器具接触病人的组织的区域相反，希望使返回电极的有效阻抗z_{return electrode}最小和使通过其的电流分布在较大区域中以避免不必要的病人烧伤。因而，希望使在病人与返回电极10之间的接触面积最大和使返回电极的有效阻抗较小。使返回电极10进行自限制，以保证通过其的电流的电流密度被限制成不导致病人烧伤。如将由本领域的技术人员认识到的那样，电阻性元件、电容性元件、及/或电感性元件的各种组合可用来实现返回电极10的自限制特性或能力。

如以前讨论的那样，电感器20与返回电极10串联联接。电感器20构造成抵消电手术返回电极的有效阻抗z_{return electrode}的电容性分量。返回电极10的阻抗可由电阻性分量、电容性分量、及/或电感性分量代表，如由如下公式表示的那样：

$X_c=\frac{1}{\mathrm{j\ωC}}---\left(5\right)$

其中X_c是电容性电抗，-j或1/j是电容性电抗的向量方向并且等于

ω是电手术电流的以赫兹为单位的频率乘以2π，其中π近似到3.14159，C是以法为单位的电容；

X_L＝jωL                            (6)

其中X_L是电感性电抗，j是电感性电抗的向量方向并且等于

ω是电手术电流的以赫兹为单位的频率乘以2π，及L是以亨利(H)为单位的电感。返回电极10的总阻抗是电阻性分量、电容性分量、及电感性分量之和，并且由如下公式给出：

$Z_{\mathrm{tot}}=R+\frac{1}{\mathrm{j\ωC}}+\mathrm{j\ωL}---\left(7\right)$

通过注意到j＝-1/j，可观察到纯电容性负载在向量方向上与纯电感性负载相反。通过把数值与电路的电容性阻抗相等的电感引入到电容性电路中，可抵消电容性阻抗，从而在电压与电流之间的相位角保持在零处，导致显得是纯电阻性的电路。该关系由如下公式表明。

$Z_{\mathrm{tot}}=R+\frac{1}{j}(\frac{1}{\mathrm{\ωC}}-\mathrm{\ωL})---\left(8\right)$

公式8表明，通过对于电感性电抗用向量方向-1/j代替等效的-j，可从电感性和电容性电抗提取向量方向。一旦提取向量方向，就可从电容性电抗的数值减去电感性电抗的数值。因而，通过选择适当大小的电感电抗，可使由返回电极10呈现的有效电容性电抗最小或被消除。换句话说，当在病人与电手术返回电极之间的接触区域的量足以把电手术电流的密度限制到安全水平时，电感性负载可用来使平行板电容器的电容性电抗最小。

现在参照图4，表示有在流过返回电极的电手术电流的频率与电容器和电感器的电抗之间的关系。然而，在进行这个曲线图的考虑之前，应该注意，曲线图被简化以便表明支持本发明的原理，并且不代表可能显著变化的实际数据。曲线表明电感性电抗和电容性电抗的大小根据电手术电路的频率而变化。电感性电抗与电手术电流的频率成正比地变化，而电容性电抗与电手术电流的频率成反比地变化。这是由于使用由如下公式表示的ω确定电感性电抗和电容性电抗的事实：

ω＝2πf                                        (9)

其中f是以赫兹(Hz)为单位的频率。

在电手术电流的频率是恒定的场合，通过简单地选择具有希望电感量的电感器20可建立电感性电抗量。由于电手术发生器典型地提供具有一致频率的电手术电流的事实，频率是可确定的常数。在平行板电容器的电容和频率也已知的场合，选择的电感性电抗可用来使返回电极10的正交电抗相对于电阻最小。然而，在某些情况下，由于典型地利用自限制电极从而在病人与返回电极之间的接触面积量是可变的事实，电容性电抗可能难以建立。另外，电容性电抗可受位于病人与电手术返回电极之间的材料，如亚麻、垫单、覆盖物、或其它材料，的影响。在接触面积、插入材料、及电容性电抗之间的关系参照图5A和5B更详细地讨论。

继续参照图4，在选择希望量的电感性电抗时，用户基于在病人与电手术返回电极之间的希望接触面积和材料的性质，可确定理想的电容性电抗X_cIdeal。一旦对于电手术发生器的频率确定用于X_cIdeal的电容性电抗的量，就可选择提供希望量的电感性电抗以抵消X_cIdeal的电容性电抗的电感器。X_cIdeal和X_L的交点指示X_cIdeal和X_L的电抗相互抵消的频率。结果，在电手术电路的实际电容性电抗是X_cIdeal的场合，串联电感器将抵消电容性电抗，并且整体阻抗将减小电容性电抗的大小。

然而，在病人与电手术返回电极之间的接触面积和/或材料与在病人与电手术返回电极之间的希望接触面积和/或材料的希望性质不同的场合，电容性电抗与X_cIdeal不同，如相对于X_cnon-ideal表示的那样。在电容性电抗由X_cnon-ideal而不是由X_cIdeal表示的场合，电感性电抗将继续抵消由电手术电路呈现的电容性电抗。然而，整体阻抗的减小不会减小电路的实际电容性电抗的大小。而是，电手术电路的整体阻抗将减小由电手术电路的电感器提供的电感性电抗。在电容性电抗大于电感性电抗的场合，如对于X_cnon-ideal那样，将产生减小的净正电容性电抗。在电容性电抗小于电感性电抗的场合，将生产净电感性电抗。

尽管可能希望完全消除电容性电抗，但简单地减小在电路中的电抗的量也可能是可接收的。例如，考虑当经受使用返回电极的手术的大部分病人的电容性电抗落在-50j欧姆与-800j欧姆之间的范围中时的情况，尽管具有800欧姆大小的电抗性阻抗可能是不可接受的，但在某些情形下，只要电抗性阻抗的数值小于400欧姆，就可以进行有效的手术。与电路串联添加的贡献425j欧姆的电感性电抗的电感器将使病人的电抗的范围在与425j欧姆的电感性电抗组合时在375j欧姆至-375j欧姆之间。因为在这个范围内的任何值在要求电抗的(电容性的或电感性的)数值小于400欧姆的可接收范围内，所以通过简单地添加与返回电极串联的固定值电感器可实现有效的设计。

如由本领域的技术人员认识到的那样，借助于具有电感性分量的自限制电手术返回电极可利用串联电容器，而不脱离本发明的范围和精神。依据参照图4描述的原理，可利用串联电容器。在该实施例中，串联电容器提供需要抵消电手术返回电极的电感性电抗的电容性电抗的水平。可利用各种类型和构造的串联电容器，而不脱离本发明的范围和精神。

现在参照图5A，表示有返回电极10和与其相接触的病人的示意代表。图5A用来表明在接触面积与电容性电抗之间的关系，以便描述如何可利用电感器来使返回电极的电容性电抗最小，同时保持返回电极10的自限制性质。表示有导电层60和返回电极10。在表明的实施例中，返回电极10包括半绝缘部件30和导电部件32。导电层60代表躺在半绝缘部件30上的病人。导电层60构造成代表把电流密度限制到安全水平所要求的最小接触面积。

如参照图2讨论的那样，在电路内并联有效地作用的这样的段的数量是位于返回电极10上的病人的表面面积的直接函数。在位于返回电极10上的病人的表面面积处于或高于最小接触面积的场合，总有效阻抗低得足以允许电手术电流进行安全和有效的电手术。在阻抗主要归因于电容性分量和电阻性分量的场合，阻抗的量与病人接触面积量成反比。

尽管有效阻抗低得足以进行安全的电手术，但在某些条件下，由接触面积和返回电极的性质生成的有效阻抗可导致电手术电流的电流限制。这常常是超过10,000Ω·cm的返回电极的体积阻抗的结果。例如，在诸如前列腺过程的经尿道切除(TURP)之类的要求高电流流量的手术期间，阻抗的较小增大可显著影响电流流量。另外，涉及小儿科病人的过程由于病人与垫的接触面积和生成的阻抗增加，可导致减小的电流流量。这对于新生儿病人特别真实，其中病人的小尺寸和质量使得当前应用是不实际的。

通过与返回电极10串联地放置电感器20(见图1)，可使返回电极的有效阻抗的大小最小。例如，在要求大电流流量的手术期间，电感器20可抵消返回电极的有效阻抗的电容性电抗分量。通过抵消电容性电抗，只有体积阻抗的电阻性分量剩下(假定在返回电极中的电感性电抗很小或没有)。可选择地，电感性电抗可以挑选成与一个范围的电容性电抗一起起作用，以把整体电抗限制在某一给定阈值以下。在电手术电路中的电容性电抗是几个因素的函数，这些因素包括病人对于返回电极的接触面积。在返回电极的有效阻抗的大部分归因于电容性电抗的场合，可利用提供希望量的电感的电感器来抵消返回电极的有效阻抗的电容性部分的全部或大部分，因而减小有效阻抗的整体大小。通过使垫的有效阻抗的大小最小，借助于电流流量的最小减小，可进行对于返回电极的有效阻抗的较小变化敏感的手术，如小儿科、新生儿、及TURP过程。

确定返回电极的电容性电抗以便辨别要由电感器提供的电感量。如以前讨论的那样，返回电极的电容性电抗由如下公式限定：

$X_c=\frac{1}{\mathrm{j\ωC}}---\left(10\right)$

尽管自限制返回电极的频率可没有困难地控制，但电容C的量可能控制起来更复杂。

在返回电极上的病人在构造上有些类似于平行板电容器，其中病人是板之一，并且返回电极是另一块板。把病人和返回电极模型化为平行板电容器不完全准确，因为边缘效应和其它杂散电容可能影响整体电容。尽管如此，平行板电容器模型对于说明本发明的某些实施例的各种性质是有益的。用于平行板电容器的电容定义为：

$C=\frac{K{\mathrm{\ϵ}}_{0}A}{t}---\left(11\right)$

其中C是以法为单位的电容，K是位于电容器的有效板之间的材料的介电常数，A是以平方米为单位的电容器的有效板的最小一块的面积，t是以米为单位的有效板的表面的间隔，及ε₀是以法/米为单位的空气的电容率。有电容C可被改变的两种主要机理：1)病人接触面积A(即，以平方米为单位的电容器的有效板的最小一块的面积)；和2)位于病人与返回电极之间的材料(即，它可影响K-位于在电容器的有效板之间的材料的介电常数和t-以米为单位的有效板的表面的间隔)。通过提供控制在位于病人与返回电极10之间的材料的可变性的参数，K-位于在电容器的有效板之间的材料的介电常数、ε₀-以法/米为单位的空气的电容率、及t-以米为单位的有效板的表面的间隔，将都是常数。然而，由于返回电极典型地可被利用的方式，病人接触面积A(即，以平方厘米为单位的电容器的有效板的最小一块的面积)将是可变的。如由本领域的技术人员认识到的那样，电容器的有效板的最小一块的面积等效于在病人与返回电极之间的接触面积，除以上提到的边缘效应之外。

返回电极的特性、被施以手术的单个病人的特性、及被施以手术的病人与返回电极处于接触的表面面积，将确定由电手术发生器经历的电容性阻抗的值。这个值将随过程不同而不同。而且，在相同的过程期间，这个值可能由于病人移动或其它变化而改变。电感性阻抗允许用户抵消由在电手术返回电极10上的病人引起的阻抗的电容性分量。抵消电容性阻抗只进行到这样的程度，接触面积量相对于电流密度继续是安全的。返回电极的自限制方面，包括电容性限制阻抗的一部分，保持成当在没有限制阻抗的情况下接触面积减小到安全水平以下时，限制电流密度。抵消返回电极和病人的电容性阻抗同时保持返回电极的自限制方法的能力参照图5B更详细地表示。

在图5B中表示有曲线图，以曲线图形式表明在返回电极的有效阻抗、病人与返回电极之间的接触面积、及电感器对于有效阻抗的影响之间的关系。然而，在进行这样的曲线图考虑之前，应该注意，曲线图简化成表明支持本发明的原理，并且不代表可能显著变化的实际数据。折线图表明作为在病人与返回电极之间的接触面积的函数的返回电极的有效阻抗。

现在参照图5B，表明这里描述的向与电手术电路串联添加电感器的效果。图5B显示折线图，其中水平轴代表在病人与返回电极10之间的接触面积，而竖轴代表呈现给电手术发生器12(图1)的电抗性阻抗。通常，电抗性阻抗具有与它们相关的相位角。在净电容性电路中，相位角使阻抗表示为负值，而电感性电路具有正值。然而，电手术发生器具有它们在其处可操作的阈值阻抗，并且该阈值取决于阻抗的大小而不取决于相位角或符号。因而，具有相同阻抗大小的电容性电路和电感性电路同样高效地起作用。

下部轨迹34代表当在电路中没有联接串联电感器时由电手术发生器12(图1)经受的阻抗。这种阻抗的大部分由返回电极10(图1)在与病人一起使用时的电容性本质引起。上部轨迹35代表当联系图3的描述如以上描述的那样串联联接电感器时的情形。通过选择适当的电感器，通过抵消由起平行板电容器作用的返回电极10(图1)和病人引起的电容性阻抗，可以调节由电手术发生器12(图1)经受的整体阻抗。

存在有限制阻抗36，该限制阻抗36当由电手术发生器12(图1)经受时将防止电手术发生器12(图1)提供进行电外科手术需要的电流。如以上描述的那样，这个限制阻抗36设计成与同返回电极10(图1)相接触的病人的某一特定量的面积相对应。因此希望的是，对于电手术发生器12(图1)或相关电路的任何修改不引起对于由电手术发生器12(图1)经受的限制阻抗36所要求的接触面积的显著变化。检查图5B，观察到串联电感器的添加不会引起把限制阻抗36呈现给电手术发生器12(图1)所需要的接触面积的显著变化。例如，当不提供电感器(下部轨迹34)时，把限制阻抗36呈现给电手术发生器12(图1)所要求的接触面积表示为接触面积37。借助于电感器的添加(上部轨迹35)，把限制阻抗36呈现给电手术发生器12(图1)所要求的接触面积表示为接触面积38。在接触面积减小时在下部轨迹34和上部轨迹35中的有效阻抗的急剧增大由返回电极设计和电容性和电感性负载的本质引起。因为这种急剧增大，仅有由对于电手术电路(图1)的串联电感器20(图1)的添加生成的、把限制阻抗36呈现给电手术发生器12(图1)所要求的接触面积的较小变化。

图5B进一步表明曲线图，表示可进行有效电手术的范围39。正电抗性阻抗代表净电感性阻抗，而负电抗性阻抗代表净电容性阻抗。如以上注意到的那样，只要由电手术发生器经受的有效阻抗的数值小于某一值，某些电手术发生器就将有效地操作。如果有效阻抗是电容性而不是电感性的，或者是电感性的而不是电容性的，则这些发生器不会进行任何低效的操作。因而，重要的参数是阻抗的大小，并且不必是阻抗的相位角或符号。这个范围在图5B中由代表电抗性阻抗的上限40表明，该电抗性阻抗是正的(净电感性的)而在数值上等于是负电抗性(净电容性)阻抗的下限41。只要与其它因素一道，由电手术发生器12(图1)经受的阻抗小于上限40并且大于下限41，就可以进行有效的电手术。

图5C表示在统计学上经受电手术的大多数病人将呈现给电手术发生器12(图1)的阻抗的范围42。该范围因为不同类型的过程，包括TURP和涉及新生儿病人的那些，或者因为病人质量或身体组成的差别而存在。这个范围表示成其中在电手术电路中不使用串联电感器。这个范围由下部阻抗轨迹43和上部阻抗轨迹44代表。特别是如在图5C中看到的那样，尽管在这个范围42内的某些病人将落到其中可进行有效电手术的范围39中(在图5C中也由阴影区域图示地表明)，但诸如落在外部范围45内的那些之类的其它病人落在其中可以进行有效电手术的范围39外面。添加串联电感器的效果图示地表明在图5D中。通过把串联电感器添加到电手术电路上，范围42可以移动到电感补偿范围46，其中该电感补偿范围46落在其中可以进行有效电手术的范围39内。因而，通过把串联电感器添加到电手术电路中，显著较大量的病人将落在其中可以进行有效的电手术的范围39内(也通过把在图5C中表示的阴影区域与在图5D中表示的阴影区域相比较而图示地表明)。因此，在本发明的一个实施例中，在包括经受非特定手术的病人以及经受诸如TURP之类的手术的那些或对于新生儿病人的病人范围上，使用同一电手术发生器，可以进行有效的手术。

其中可以进行电手术的范围的一些包括在下面。如下例子不应该解释为限制性的，因为本发明打算与具有其中可以进行电手术的一定量不同阻抗的各种不同构造一起使用。而且，如由本领域的技术人员容易理解和认识到的那样，各种相互独立因素影响实现有效电手术效果的能力，如使用的功率级、电手术电路的整体有效阻抗、及其它因素。因此，如下例子仅作为代表性例子给出。例如，在比较低功率级下使用胶垫的用途中，当由电手术发生器经受的阻抗的大小是约20欧姆时，可以进行有效的手术。在涉及中等功率电手术发生器的许多用途中，在具有是约50至100欧姆的大小的阻抗的范围中可以进行电手术。较大功率发生器可以在具有约200至400欧姆的大小的阻抗范围中进行电手术。

可变电感器

现在参照图6，表示有与返回电极10串联连接的可变电感器20a。也表示有电手术功率单元50，该电手术功率单元50具有适于调谐可变电感器20a以通过使在电手术路径中的电容性电抗最小而优化电手术电流的流量的逻辑模块58。在表明的实施例中，电手术功率单元50包括电手术发生器52、传感器54、用户输入模块56、及逻辑模块58。可变电感器20a位于电手术功率单元50内部。也表示有与可变电感器20a串联连接的电手术工具18和返回电极10。图6的设备仅仅是用来控制可变电感器的机构的一个例子。如由本领域的技术人员将认识到的那样，各种类型和构造的机构可用来控制可变电感器，而不脱离本发明的范围和精神。

在本发明的另一个表明实施例中，在手术的开始处，考虑到病人的或具体手术的特点，可设置可变电感器20a的值。贯穿手术过程，可变电感器保持在手术开始时设置的值处。因而，如果在病人与返回电极10之间的接触面积足够地减小，则整个电手术电路保持自限制。在保持电路的自限制本质的同时，可进行特定的手术。

这里已经描述的这样一种手术的一个例子是对于新生儿病人的手术。新生儿病人具有可以与返回电极10相接触的较小表面面积。在某些情况下，可能难以接触返回电极10的足够量的表面面积以进行有效电手术。这里检查以前讨论的图5B，可以观察到，通过串联电感器的添加，可以减小进行有效电手术所要求的表面面积量。图5B包括代表由电手术发生器经受的阻抗的大小的阈值线45，在该阈值线45以下可进行有效电手术。当在手术的开始时适当地构造电感器时比当在电手术电路中没有串联电感器时，为了在阈值45以下进行电外科手术要求更小的表面面积。尽管当成年病人经受手术时表面面积的量可能在电流限制方面不是如此显著，但在固有地具有较小表面面积的新生儿病人中，它可能形成是否可以进行手术的差别。尽管如此，在调谐或设置可变电感器20a允许对新生儿病人进行手术的同时，它对于那些手术不会消除由返回电极10的设计生成的电流限制特性。

可变电感器20a构造成在手术路径中提供不同量的电感。这允许电感性电抗的量随电容性电抗改变而改变。如参照图5A和5B讨论的那样，电容性电抗作为在病人与返回电极10之间的接触面积和材料的函数而变化。由于典型地使用自限制返回电极的方式，接触面积和在电手术路径中的电容性电抗的量常常波动。通过利用可变电感器20a，可与电容性电抗的变化相对应地改变电感的量，以提供电手术电流流量的最佳水平。在优选实施例中，由可变电感器提供的电感的量被限制成，当在病人与返回电极之间的接触面积大于最小接触面积时，才能使电容性电抗最小。这当病人处于与电手术电极的足够接触面积中时，允许可变电感器抵消返回电极的电容性电抗，以进行安全和有效的电手术。然而，当接触面积小于最小接触面积时，垫的有效阻抗足以把电手术电流限制到安全水平。

如由本领域的技术人员认识到的那样，各种类型和构造的可变电感器可用来在电手术路径中提供电感变化量。例如，在一个实施例中，可变电感器20包括在电感器阵列中布置的多个电感器，使每个电感器构造成被单独或组合地利用，以在电手术路径中提供电感变化量，使每个电感器提供一组量的电感。阵列的电感器可以通过用户致动机械开关、由数字或其它控制电路控制的固态开关、机电继电器、或任何其它适当的切换方法或设备，添加到电路上或从电路除去。在可选择实施例中，可变电感器包括机电电感器，该机电电感器由控制模块调节以提供电感变化量。在另一个可选择实施例中，可以使用固态电感器，其中固态电感器通过数字或其它控制是可调谐的。在又一个可选择实施例中，波成形功率发生器可以用来产生具有适当相位角的信号，以抵消由在电路中的电容性电抗创建的相位角。

传感器54和逻辑模块58适于确定在电手术路径中的电容性电感的量并且调谐可变电感器，以通过使电容性电抗最小而优化电手术电流的流量。传感器54构造成辨别从返回电极10返回到电手术功率单元50的电手术电流的性质。传感器54然后把关于电手术电流的性质的信息转发到逻辑模块58。逻辑模块58利用电手术电流的性质确定在电手术路径中的阻抗量和计算在电手术路径中的电容性电抗的量。一旦确定在电手术路径中的阻抗量，逻辑模块58就调谐可变电感器20a，以提供希望量的电感性电抗而使在电手术路径中的电容性电抗最小。在本发明的范围和精神内，可利用各种类型和构造的传感器和逻辑模块。例如，在一个实施例中，传感器和逻辑模块集成在微处理器中。在可选择实施例中，传感器和逻辑模块包括分离的硬件电路。

用户输入模块56构造成允许用户把输入提供到逻辑模块58，以控制由可变电感器20a提供的电感量。可使用户输入模块的功能性、构造、及目的满足用户的要求。例如，用户输入模块56可包括允许用户把电手术功率单元50置于对于诸如新生儿手术或TURP过程之类的特定过程优选的条件下。当电手术功率单元50在对于特定过程优选的条件下时，逻辑模块58调谐可变电感器20a以把阻抗最小化到要求程度，或者对于那些过程基于采用的电手术设备的专门性质使阻抗最小化。

现在参照图7，表示有一种用来利用可变电感器基于病人接触面积提供阻抗量的方法。根据该方法，电手术在步骤80中开始。一旦开始电手术，就在步骤82中辨别电手术电流的性质。基于电手术电流的性质，在步骤84中确定由电手术路径呈现的有效阻抗，基于由电手术路径呈现的有效阻抗，在步骤86中计算返回电极的电容性电抗的量。使用返回电极的电容性电抗的量，在步骤88中确定使返回电极的阻抗最小所需要的电感性电抗的量。然后在步骤90中，调谐可变电感器，以提供实现需要的电感性电抗必需的电感量。一旦调谐可变电感器以提供希望量的电感，就在步骤92中以最佳阻抗水平继续电手术。

不脱离本发明的范围和精神，可利用用来辨别电容性电抗和调谐各种电感器的各种方法。例如，在心电图过程期间典型利用的尺寸和类型的电极可用来借助分离的监视电流，在过程之前、期间或之后确定返回电极的电容性电感。在另一个实施例中，当病人接触面积和电容性电抗改变时，在手术过程的进行期间可连续地调节可变电感器，以提供最佳量的电抗。在又一个实施例中，由电手术发生器供给的电压可与流过电路的电流相比较，以确定在电压与电流之间的相位角，从而可计算阻抗的电容性分量。

尽管以上主要参照与电容性电手术返回电极一起使用的串联电感器描述了本发明，但串联电容器可与对于具有电感性分量的自限制电手术返回电极一起使用，而不脱离本发明的范围和精神。在该实施例中，串联电容器提供抵消电手术返回电极的电感性电抗所需要的电容性电抗的水平。可利用各种类型和构造的串联电容器，而不脱离本发明的范围和精神。

接触质量监视

现在参照图8，表示有一种利用本发明的一个或多个方面的电手术系统100。如描述的那样，系统100包括经部件122和124与电手术功率单元130连通的电手术返回电极110。电手术功率单元130把电手术信号或射频(RF)能量输送到在过程期间可用来切割和/或凝结病人的组织的电手术工具或器械140。

电手术功率单元130也包括接触质量监视电路134。在表明的实施例中，电路134产生利用部件124输送到电手术返回电极110的接触质量监视信号。在其它构造中，监视信号沿部件122和/或124是可输送的。这个监视信号可具有各种不同的波形、频率、功率级、相位角、或其组合，以当监视信号沿监视路径输送到电手术返回电极110和从其接收时允许电路134测量、检测、和/或跟踪监视信号；该路径从电手术功率单元130沿部件124通过电手术返回电极110和病人(未表示)延伸，并且沿部件122返回到电手术功率单元130。可测量、检测、和/或跟踪监视信号的功率、波形、频率、相位角、或任何其它可测量特性或性质的差别，以辨别病人(未表示)是否与电手术返回电极110足够地接触而防止病人烧伤。由电路134产生的信号可以与由电手术电流发生器132产生的电手术电流不同，从而通过使用适当的滤波电路，可以分离信号和电流，从而可以测量监视信号特性。

除以上之外，本领域的技术人员将认识到，监视信号和相关电路和路径可构造成，提供与在病人与各种类型和组成的返回电极之间的接触面积有关的各种信息。例如在本发明的一个实施例中，监视电路可构造成简单地确定何时接触面积落在预定阈值以下。在可选择实施例中，监视电路可构造成，确定实际接触面积并且提供相关信息，如电手术电流的量和/或电流密度。在另一个实施例中，监视电路提供调谐可变电感器所需要的信息，以便抵消在电手术电路中的电容性电抗。

如表示的那样，电手术返回电极110与电手术功率单元130通过部件122和124电气连通。返回电极110适于通过提供自限制能力防止病人烧伤，并且与电路134一起起作用以确定在病人与返回电极110之间的接触面积是否在给定阈值以下。

返回电极110在典型实施例中包括半绝缘部件112和导体部件114。在这种构造中，半绝缘部件112适于提供返回电极110的自限制特性或能力。导体部件114构造成，允许接触质量监视电路确定在返回电极110，如但不限于半绝缘部件112，与躺在其上的病人之间的接触面积。在表明的实施例中，导体部件114具有带有第一导体111a和第二导体111b的分裂板构造。导体部件114不必与病人直接物理接触。病人可与第一导体111a和第二导体111b电气连接，而不要求使用粘合剂或胶。这也允许返回电极110重新使用，由此消除当前使用的一次性分裂板电极的需要和成本。

在表明的实施例中，监视信号通到导体部件114，即从第一导体111a到第二导体111b。部件122和124操作以把监视信号转发到接触质量监视电路134和从其转发。部件122和124的至少一个也作为电手术电流的返回路径操作。在病人与返回电极110之间的接触面积非常低的场合，由监视信号或电流可感知的总有效阻抗非常高，并且使监视信号或电流的大小最小。在病人与电极110之间的接触面积在最小接触面积以上的场合，总有效阻抗较低，允许较大监视信号或电流。在本发明的其它实施例中，监视电路可以检测相位角、频率或其它特性的变化，以确定在病人与返回电极110之间的接触面积。

通过确定监视信号或电流的量，接触质量监视电路134确定在病人与电极110，如但不限于半绝缘部件112，之间的接触面积是否高于预定阈值(例如，最小接触面积)。在接触面积在预定阈值以下的场合，监视电路134致动输出装置，如但不限于能够输送可听信号、可视信号、触知信号、或其组合的输出装置，以通知医师或用户接触面积不足以进行有效手术。如由本领域的技术人员认识到的那样，接触质量监视电路可构造成，利用具有电阻性分量、电容性分量、及/或电感性分量的一种或组合的电手术返回电极以各种方式确定病人与返回电极之间的接触面积量。

返回电极构造

现在参照图9-13，表示有导电部件的各种构造。根据本发明的一个方面，图9-13的导电部件适于与直接位于病人皮肤上的胶垫或其它返回电极一起利用，用来促进电流在返回电极的表面上的均匀流动。在可选择实施例中，图9-13的导电部件适于与电手术功率单元130的电路134(见图8)一起使用，其中导电部件允许电路134确定在病人与返回电极之间的总接触面积是否在给定范围内或高于阈值水平，在该阈值水平以下病人受到烧伤。图9-13的导电部件的构造的一个好处是，该构造允许电路134选择性地确定在病人与返回电极之间的接触面积量，而不管半绝缘部件的全部表面面积和病人接触半绝缘部件的部分。为了简单起见，对于与接触质量监视电路一起的使用将描述导电部件，其中病人起在导电部件之间的电路的可变电阻性分量的作用，然而如由本领域的技术人员认识到的那样，在本发明的范围和精神内可利用各种类型和构造的电路，以确定在病人与半绝缘部件之间的接触面积是否在给定阈值以下。

图9-13的导电部件的构造特别良好地适于与图8的半绝缘部件112一起使用。半绝缘部件112构造成具有足够的表面面积，以允许病人接触半绝缘部件112的各种部分，同时保持最小接触面积。具有并排定位的两个独立导电层的传统分裂板电极没有构造成，允许接触质量监视电路独立于病人在返回电极上的位置确定接触面积量。例如，传统分裂板电极在病人仅接触返回电极一侧的场合，不能辨别病人接触面积足以进行安全和有效的电手术。图9-13的导电部件的构造允许接触质量监视电路134确定在病人与返回电极之间的接触面积量，而不管电极的全部表面面积和病人接触电极的部分。尽管图9-13的导电部件特别良好地适于与图8的半绝缘部件112一起使用，但要理解，图9-13的导电部件可独立于半绝缘部件与接触质量监视电路一起利用。

现在参照图9，表示有导体部件214，其中第一导体222和第二导体224的段以矩阵排列。第一导体222包括段222a-222n，而第二导体224包括段224a-224n。段222a-222n与段224a-224n电气隔离，从而监视信号从第一导体222通过病人通到第二导体224，而不是直接从第一导体222的段通到第二导体224的段。

第一导体222的段222a-222n彼此电气联接。第二导体224的段224a-224n也彼此电气联接。完成接触质量监视电路，并且当段224a-224n和段222a-222n与病人接触时，允许电流流动。通过把病人放置在段上和通过病人把段224a-224n与段222a-222n电气联接产生的阻抗，根据以上公式4由与病人接触的段的表面面积确定。假定病人接触段222a-222n的表面面积的量与段224a-224n的相同，并且电阻率因数ρ对于病人和段是已知的，或者贯穿整个手术保持恒定，则可计算或比较阻抗。由A指示的面积是与病人接触的段的总面积的1/2或与病人接触的段222a-222n或224a-224n的全部的面积。忽略在病人接触区域的边缘处可能出现的较小差别，段222a-222n和段224a-224n的矩阵构造允许接触质量监视电路，确定在病人与返回电极之间的接触面积是否足以避免病人烧伤或允许有效手术，而不管半绝缘部件的全部表面面积和病人接触半绝缘部件的部分。

尽管第一导体222和第二导体224的段描述成具有方格盘状构造，但要理解，导体部件214的各种构造是可能的。例如，第一导体222和第二导体224能以交替带条、三角形、椭圆、或任何其它构造布置，允许接触质量监视电路确定在病人与返回电极之间的接触面积量，而不管返回电极和/或半绝缘部件的全部表面面积和病人接触返回电极和/或半绝缘部件的部分。

图10表明导体部件314的另一种可选择构造。如表明的那样，导体部件314包括以网格结构交织的第一导体322和第二导体324。段322a-322n和段324a-324n并联地电气联接。另外，第一和第二导体322和324分别彼此电气隔离。交织网格结构允许段交替，同时提供允许导体314的高效和便利制造的构造。

图11A和11B表明构造成形成具有分裂板型构造的导体部件414的第一导体422和第二导体424。在表明的实施例中，第一导体422包括多个段422a-422n。段422a-422n由多个空穴426a-426n限定。类似地，第二导体424包括多个段424a-424n和多个空穴428a-428n。第一导体422和第二导体424可通过冲压导电材料薄片以产生段和空穴、或者通过任何其它可接收的制造过程而制造。第一导体422的段和空穴构造成不与第二导体424的段和空穴对准，从而当第一导体422放置在第二导体424上时，创建与在图9中表示的矩阵相类似的矩阵。

如由本领域的技术人员认识到的那样，导体部件的构造不限于在图9-11中表示的构造。可利用导体部件的各种构造，这些构造允许导体部件与接触质量监视电路一起使用，以确定在病人与返回电极之间的接触面积量，而不管半绝缘部件的全部表面面积和病人接触电极和/或半绝缘部件的部分。例如，有多个孔径贯穿其形成的第一导体能以电气隔离放置在第二连续薄片导体上，从而当病人位于返回电极的一部分上时，监视信号可从第一导体通过孔径通到第二导体。

现在参照图12，表示有具有多个膜片开关522a-522n的导体部件514。膜片开关与接触质量监视电路电气连通，以接收信号和把信号的全部或部分返回到电路。在表明的实施例中，多个膜片开关522a-522n适于允许电路确定在病人与返回电极之间的接触面积是否在给定阈值或阈值水平以下，在该阈值水平以下病人受到烧伤。膜片开关522a-522n的构造允许确定接触表面，而不管返回电极的全部表面面积和病人触及返回电极的部分。可利用各种机构来确定压下的膜片开关的数量，这些机构包括但不限于软件、数字电路、连接到膜片开关上的阻抗等。

如由本领域的技术人员认识到的那样，尽管导体部件514描绘成具有多个膜片开关522a-522n，但各种机构可用来代替膜片开关，而不脱离本发明的范围和精神。例如，可选择的电气、机械、机电、及/或任何其它机构可与导体部件514一起用来指示在病人与返回电极之间的接触面积量，从而接触质量监视电路可确定在病人与返回电极之间的接触面积量，而不管半绝缘部件的全部表面面积和病人接触半绝缘部件的部分。

图13表明可联接图12的导体部件514利用的膜片开关522的典型元件。在表明的实施例中，膜片开关522包括薄膜层584、感知层586、静止层588、及刚性层589。薄膜层584包括适于从接触质量监视电路接收监视信号或电流的第一导体，并且构造成响应作用在其上的力而变形。感知层586包括拱形部件，并且构造成把薄膜层584与对于静止层588的电气联接相分离，直到力施加到感知层586上而使感知层586变形，从而感知层586与静止层588相接触。

静止层588包括构造成当薄膜层584和感知层586变形时从薄膜层584接收监视信号或电流的第二导体。静止层588被电气联接到接触质量监视电路上以完成监视路径，并且允许电路134(图2)确定在病人与返回电极之间的接触面积。

刚性层589构造成提供基片，以当感知层586变形时防止静止层588的变形和保持在薄膜层584与静止层588之间的电气联接。在表明的实施例中，每个膜片开关的薄膜层584与所有其它膜片开关的薄膜层并联地电气联接，而每个膜片开关的静止层588与所有其它膜片开关的薄膜层并联地电气联接。

如由本领域的技术人员认识到的那样，可利用各种类型和构造的膜片开关，而不脱离本发明的范围和精神。例如，在一个实施例中，包括第一导体的单个静止层定位成与包括多个第二导体的多个薄膜层相接触，从而当用户接触返回电极的手术表面时，监视信号可在第一导体与位于与病人相接触的返回电极的部分中的第二导体的每一个之间通过。监视信号的性质随把监视信号通到第一元件的第二元件的数量而变。监视信号的性质代表在病人与电手术表面之间的接触面积量。

尽管通过优选实施例已经描述了本发明，但显然不脱离本发明的范围和精神，可以采用修正和修改。

这里采用的术语和表达已经用作说明书的术语，而不用作限制，并因而，决没有排除等效术语的意图，而是相反，打算覆盖不脱离本发明的范围和精神可以采用的任何和所有等效术语。

Claims (20)

1.一种自限制电手术返回电极，包括：

半绝缘部件，用于将流经所述电极的电手术电流的密度限制为低于以防止病人烧伤的预定水平；以及

导体部件，联接到所述半绝缘部件，该导体部件具有分裂板构造并且可联接到用于监视所述电极和病人之间的接触区域的电路。

2.根据权利要求1所述的自限制电手术返回电极，其中：

所述导体部件包括与第二导体电气隔离的第一导体。

3.根据权利要求2所述的自限制电手术返回电极，其中：

所述电路测量所述第一导体和第二导体之间的阻抗。

4.根据权利要求1所述的自限制电手术返回电极，其中：

所述导体部件包括以网格结构交织的第一导体和第二导体。

5.根据权利要求4所述的自限制电手术返回电极，其中：

所述网格结构促进在返回电极的表面上的电流的均匀流动，其中第一和第二导体包括当在病人与第一和第二导体之间的接触面积在给定阈值以下时足以防止病人烧伤的体积阻抗。

6.根据权利要求1所述的自限制电手术返回电极，其中：

所述导体部件包括多个膜片开关。

7.根据权利要求1所述的自限制电手术返回电极，其中：

所述电路被构造成测量流经所述电极的电手术电流或者电手术电流密度。

8.根据权利要求1所述的自限制电手术返回电极，其中：

所述电极还包括电阻性分量、电容性分量以及电感性分量的组合或者之一。

9.一种自限制电手术返回电极，包括：

半绝缘部件，具有适于在与位于其上的病人的组织相邻接的位置的工作表面以用于电手术，并且该半绝缘部件以所述电极和所述病人的组织之间的接触的面积的函数来连续地并且自动地调节流经所述电极的电手术电流，以使得将电手术电流的密度限制在低于100毫安每平方厘米所述电极；以及

导体部件，联接于所述半绝缘部件，具有分裂板构造，并且可以联接于与导电部件进行电通信的电路，所述导体部件和所述电路被构造成用于确定所述电极和所述病人之间的接触面积。

10.根据权利要求9所述的自限制电手术返回电极，其中：

所述半绝缘部件包括注入有导电纤维的硅胶材料。

11.根据权利要求9所述的自限制电手术返回电极，其中：

所述导体部件包括以交替的几何形状之一排列的第一导体和第二导体，以有助于确定所述病人和所述电极之间的接触面积的量。

12.根据权利要求9所述的自限制电手术返回电极，其中：

所述导体部件包括与第二导体电气隔离的第一导体。

13.根据权利要求9所述的自限制电手术返回电极，其中：

所述分裂板导体部件被构造成以使得不管所述半绝缘部件的总表面面积和所述病人正接触的部分半绝缘部件如何，也能够测量所述病人和所述电极之间的接触面积。

14.一种自限制电手术系统，包括：

自限制电手术返回电极，该自限制电手术返回电极包括：

半绝缘部件，其具有当病人和半绝缘部件之间的接触面积在给定阈值以下时足以防止病人烧伤的体积阻抗；以及

导体部件，其联接于所述半绝缘部件，该导体部件具有分裂板构造；以及

接触质量监视电路，其可联接于所述导体部件，该接触质量监视电路和所述导体部件的组合用于监视所述半绝缘部件和所述病人之间的接触面积以及用于当所述接触面积低于预定阈值时致动一输出装置。

15.根据权利要求14所述的自限制电手术系统，其中：

所述接触质量监视电路产生一被输送至所述电手术返回电极以及从该电手术返回电极接收的接触质量监视信号，当该接触质量监视信号被输送至所述电手术返回电极时该接触质量监视信号具有已知的功率、波形、频率以及相位角。

16.根据权利要求15所述的自限制电手术系统，其中：

所述接触质量监视电路适于在当该接触质量监视电路接收到来自所述电手术返回电极的所述接触质量监视信号时来检测所述接触质量监视信号的功率、波形、频率或者相位角中的区别，从而确定所述病人和所述半绝缘部件之间的接触面积是否高于所述预定阈值。

17.根据权利要求14所述的自限制电手术系统，还包括与所述半绝缘部件进行电通信的电手术发生器。

18.根据权利要求14所述的自限制电手术系统，其中：

所述自限制电手术返回电极将流经电极的电手术电流的密度限制为低于100毫安每平方厘米所述电极。

19.根据权利要求14所述的自限制电手术系统，其中：

所述自限制电手术返回电极包括具有等于或大于约4,000Ω·cm的有效体积阻抗的导电材料。

20.根据权利要求14所述的自限制电手术系统，其中：

所述自限制电手术返回电极具有等于或大于约10,000Ω·cm的有效体积阻抗。

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