一种带有薄膜保护层的等离子消融手术电极

摘要

本发明公开一种带有薄膜保护层的等离子消融手术电极，包括：回路电极、刀柄、陶瓷固定端；所述回路电极的长度方向设有导通通道；所述刀柄与所述回路电极的一端连接，所述陶瓷固定端与所述回路电极的另一端连接；陶瓷固定端背离回路电极的一端设有针状电极，针状电极的表面包覆有C/SiC纳米网络结构薄膜。利用高密度石墨烯纳晶与SiC纳米颗粒通过化学键合交联形成的网络结构薄膜；高密度石墨烯形成导电网络，耐受电压增高，放电稳定性增强，可有效降低等离子温度与热损伤，少量纳米SiC颗粒弥散增强硬度附着性和耐腐蚀性，从而使得该C/SiC纳米网络结构薄膜有效降低了电极的工作温度、热损伤深度，并提高了消融手术的安全高效性。

说明书

技术领域

本发明涉及等离子消融技术领域，尤其涉及一种带有薄膜保护层的等离子消融手术电极。

背景技术

低温等离子消融的原理是在等离子电源产生方波信号后，刀头在生理盐水等介质中放电产生等离子蒸汽鞘层，利用蒸汽鞘层的能量，打开细胞间的分子结合键以达到分解蛋白质的效果。其中，用到的电源能够以超低频率电能激发生理盐水等介质，产生等离子体。由于频率低，可以大幅度降低分子间产生的摩擦热，使消融手术在低温下完成。

目前，消融手术设备电极已经具有一定的成熟度，能够根据患者的需要，进行针对人体某一组织的消融治疗。然而，目前市面上流通的消融手术设备电极，存在明显的不足，例如电刀依靠射频电热效应，由于其在工作时温度很高，在对某一组织进行消融的时候，可能会出现很严重的热损伤，同时误伤周边组织，即精度不足。所以目前的消融手术设备迫切需要高精度，损伤小，尽量降低患者疼痛程度等优良性能。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种带有薄膜保护层的等离子消融手术电极，旨在解决现有消融手术设备电极的精度不足，产生严重的热损伤以及误伤周边组织的问题。

本发明的技术方案如下：

一种带有薄膜保护层的等离子消融手术电极，包括：

回路电极，所述回路电极的长度方向设有导通通道；

刀柄，所述刀柄与所述回路电极的一端连接；

陶瓷固定端，所述陶瓷固定端与所述回路电极背离所述刀柄的一端连接；所述陶瓷固定端背离所述回路电极的一端设有针状电极，所述针状电极的表面包覆有C/SiC纳米网络结构薄膜。

所述的带有薄膜保护层的等离子消融手术电极，其中，所述针状电极包括至少三个，且相互平行设置。

所述的带有薄膜保护层的等离子消融手术电极，其中，所述针状电极的材质为铂合金。

所述的带有薄膜保护层的等离子消融手术电极，其中，所述C/SiC纳米网络结构薄膜由石墨烯纳晶与SiC纳米颗粒通过化学键合交联形成。

所述的带有薄膜保护层的等离子消融手术电极，其中，所述C/SiC纳米网络结构薄膜的厚度为10nm～15nm。

所述的带有薄膜保护层的等离子消融手术电极，其中，所述带有薄膜保护层的等离子消融手术电极还包括：

针状电极导线，用于将所述针状电极与电源连接；

回路电极导线，用于将所述回路电极与电源连接。

所述的带有薄膜保护层的等离子消融手术电极，其中，所述带有薄膜保护层的等离子消融手术电极还包括：

生理盐水回吸口，位于所述陶瓷固定端背离所述回路电极一端的中央；

生理盐水回吸口导管，与所述生理盐水回吸口连接，且位于所述导通通道内；

生理盐水输出口，位于所述回路电极的侧壁上；

生理盐水输出口导管，与所述生理盐水输出口连接，且位于所述导通通道内。

所述的带有薄膜保护层的等离子消融手术电极，其中，所述回路电极的外表面覆盖有铁氟龙软管。

所述的带有薄膜保护层的等离子消融手术电极，其中，所述带有薄膜保护层的等离子消融手术电极还包括：控制模块、第一芯片和第二芯片；

所述控制模块用于控制所述第一芯片发送电凝、消融信号至所述针状电极，以及控制所述第二芯片发送生理盐水控制信号至循环泵。

所述的带有薄膜保护层的等离子消融手术电极，其中，所述回路电极的壁厚为0.2mm-0.5mm；所述回路电极的外径为4.2mm-5mm。

有益效果：本发明提供一种带有薄膜保护层的等离子消融手术电极，包括：回路电极、刀柄、陶瓷固定端；所述回路电极的长度方向设有导通通道；所述刀柄与所述回路电极的一端连接，所述陶瓷固定端与所述回路电极的另一端连接；所述陶瓷固定端背离所述回路电极的一端设有针状电极，所述针状电极的表面包覆有C/SiC纳米网络结构薄膜。利用高密度石墨烯纳晶与SiC纳米颗粒通过化学键合交联形成的网络结构薄膜，其中，石墨烯纳晶生长排列的随机性决定了它的网络结构；高密度石墨烯形成导电网络，耐受电压增高，放电稳定性增强，可有效降低等离子温度与热损伤，少量纳米SiC颗粒弥散增强硬度附着性和耐腐蚀性，从而使得该C/SiC纳米网络结构薄膜有效降低了电极的工作温度、热损伤深度，并提高了消融手术的安全高效性。

附图说明

图1为本发明一种带有薄膜保护层的等离子消融手术电极的结构示意图；

图2为图1中的A处局部示意图；

图3为本发明中的C/SiC纳米网络结构薄膜的微观结构示意图；

图4为本发明中的C/SiC纳米网络结构薄膜制备过程示意图；

图5为本发明中的控制模块工作流程图；

图6为本发明一种带有薄膜保护层的等离子消融手术电极的消融示意图；

图7为本发明中的生理盐水输送路径示意图；

图8为等离子消融手术电极有/无本发明所述C/SiC纳米网络结构薄膜时的工作温度对比图；

图9为等离子消融手术电极有/无本发明所述C/SiC纳米网络结构薄膜时的热损伤深度对比图；

附图说明：回路电极10、导通通道101、刀柄20、陶瓷固定端30、针状电极40、针状电极导线50、回路电极导线60、生理盐水回吸口70、生理盐水回吸口导管701、生理盐水输出口80、生理盐水输出口导管801、靶组织90、石墨烯纳晶a、SiC纳米颗粒b、无定型碳基体c。

具体实施方式

本发明提供一种带有薄膜保护层的等离子消融手术电极，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

近期研究发现，利用低温等离子技术，可以实现人体软组织的精确切除，并且大幅减轻对非目标组织的热损伤。但是针对该技术对设备的要求，开发适用于低温等离子消融手术的电极，需要特殊的设计与保护涂层，但现有的用于低温等离子消融手术的电极在对人体软组织进行切除时，工作温度和热损伤深度均不理想，因此，目前迫切需要一种具有工作温度低、热损伤深度浅的消融手术电极。

基于此，如图1-2所示，本发明提供一种带有薄膜保护层的等离子消融手术电极，包括：

回路电极10，所述回路电极的长度方向设有导通通道101；

刀柄20，所述刀柄20与所述回路电极10的一端连接；

陶瓷固定端30，所述陶瓷固定端30与所述回路电极10背离所述刀柄20的一端连接；所述陶瓷固定端30背离所述回路电极10的一端设有针状电极40，所述针状电极40由针状金属和包覆在所述针状金属表面的C/SiC纳米网络结构薄膜组成。

本发明中，利用C/SiC纳米网络结构薄膜作为所述针状电极的保护涂层，通过高密度石墨烯形成导电网络，使得耐受电压增高，放电稳定性增强，可有效降低等离子温度与热损伤，而所述C/SiC纳米网络结构薄膜中少量的纳米SiC颗粒弥散可以增强硬度附着性和耐腐蚀性；从而通过该保护涂层有效地降低了电极的工作温度和热损伤深度，并提高消融手术的安全高效性。

具体地，如图3所示，所述C/SiC纳米网络结构薄膜由高密度石墨烯纳晶a与SiC纳米颗粒b通过化学键合交联形成，嵌入在无定型碳基体c之中；通过硅靶材和碳靶材在微波等离子溅射之后达到基板，在高通量电子的诱导作用下，Si的掺杂影响了薄膜中石墨烯纳晶的生长，石墨烯纳晶的尺寸减小，并且其生长取向从垂直排列变为随机排列；在薄膜的生长过程中，Si原子的增加可以与碳强烈结合形成Si-C键，从而形成SiC化合物；而石墨烯片的边缘有着更高的能量，并且是SiC纳米颗粒成核的首选位点，尺寸在2～5nm之间的SiC纳米颗粒继续以随机取向均匀嵌入薄膜中。Si掺杂主要改变了石墨烯纳晶的生长模式，而不是破坏石墨烯片，使得该薄膜具有良好的导电性；当SiC纳米颗粒嵌入无定型碳基体c中时，其热稳定性等性能均有所改善；其中石墨烯纳晶生长排列的随机性决定了薄膜的网络结构，高密度石墨烯形成导电网络，使得所述C/SiC纳米网络结构薄膜的耐受电压增高，放电稳定性增强，可有效降低等离子温度与热损伤，而少量纳米SiC颗粒弥散可以增强硬度附着性和耐腐蚀性，使得该保护涂层有效降低了电极的工作温度、热损伤深度，并提高消融手术的安全高效性。

在一些实施方式中，所述针状电极40由铂合金制成，即针状电极的材质为铂合金；该部分为消融手术过程中的主要工作区域，可产生等离子体，实现对人体组织的精准消融和凝血。

可选地，本发明用于产生等离子体的介质选用生理盐水，生理盐水对人体的伤害较小，人体可接收量的阈值较大，所以选择生理盐水作为产生等离子体的介质，不仅能够满足低温等离子消融手术的环境要求，还可降低对人体的负面影响，同时成本也相对较低。当然，如有特殊情况时，可按手术需求选择其他介质。

具体地，对所述带有薄膜保护层的等离子消融手术电极通电后，所述针状电极40能够达到目标位置，在生理盐水环境下放电激发介质，产生等离子体蒸汽鞘层，然后利用鞘层的能量，可以轻松地打开细胞间的分子结合键，进而分解蛋白质，完成消融靶组织的任务。也就是说，本发明的等离子消融手术电极产生的等离子体中的高能量粒子能够分解组织中的分子，通过化学过程实现消融的目的。

在一些实施方式中，所述针状电极40包括至少三个，且相互平行设置；在一种优选地实施方式中，所述针状电极包括三个。各个针状电极之间平行放置可以在功率一定的情况下，增大工作面积，同时也提高了该电极工作的容错率。

可选地，所述针状电极40的两端直接嵌入陶瓷固定端30中，使得针状电极不会出现松动的情况。

在一些实施方式中，所述C/SiC纳米网络结构薄膜的厚度为10nm～15nm；如图4所示，利用微波等离子体双靶材磁控溅射技术，通过以微波等离子体为照射电子源的微波溅射与直流磁控溅射的双靶材溅射(碳靶材和硅靶材)，在所述金属针状电极表面生长高密度石墨烯纳晶与碳化硅纳米颗粒交联形成所述C/SiC纳米网络结构薄膜；控制真空腔体中的电子密度，基片偏压在+20～200V之间，超高电流密度为95～105mA/cm

在一些实施方式中，如图2所示，所述带有薄膜保护层的等离子消融手术电极还包括：针状电极导线50和回路电极导线60；所述针状电极导线50用于将所述针状电极40与电源连接，实现供能和数据传输；所述回路电极导线60用于将所述回路电极10与电源连接，同样实现了供能和数据传输。

在一些实施方式中，所述带有薄膜保护层的等离子消融手术电极还包括：生理盐水回吸口70、生理盐水回吸口导管701、生理盐水输出口80和生理盐水输出口导管801。

所述生理盐水回吸口70位于所述陶瓷固定端30背离所述回路电极10一端的中央，在消融手术过程中，可回收多余的生理盐水；

所述生理盐水回吸口导管701与所述生理盐水回吸口70连接，且位于所述导通通道101内，而且可选地，所述生理盐水回吸口导管的另一端与盛放生理盐水的第一容器进行连接，便于将回收的生理盐水存放；

所述生理盐水输出口80位于所述回路电极10的侧壁上，在消融手术过程中，可由此输出生理盐水，为消融手术提供生理盐水环境；

所述生理盐水输出口导管801与所述生理盐水输出口80连接，且位于所述导通通道101内，而且可选地，所述生理盐水输出口导管的另一端与盛放生理盐水的第二容器进行连接，为消融手术提供生理盐水。

在一种优选地实施方式中，所述第一容器与第二容器为同一个容器，进而实现生理盐水的循环利用。

在一些实施方式中，所述回路电极的外表面覆盖有铁氟龙软管，可防止回路电极被无意破坏，如划痕等。

在一些实施方式中，所述陶瓷固定端通过胶粘连的方式与所述回路电极固定，用于固定所述针状电极。通过胶粘连的方式进行固定，在使用的过程中不易脱落，且便于后期对所述陶瓷固定端的维护。

在一些实施方式中，如图5所示，所述带有薄膜保护层的等离子消融手术电极还包括：控制模块、第一芯片和第二芯片；所述控制模块用于控制所述第一芯片发送电凝、消融信号至所述针状电极，以及控制所述第二芯片发送生理盐水控制信号至循环泵。所述控制模块与所述第一芯片和电源依次进行电连接，同时所述控制模块与第二芯片和循环泵依次电连接，进而达到通过控制模块实现控制刀头工作的开始和结束以及实现控制生理盐水的输送与回吸。可选地，控制模块与第一芯片和电源的连接方式为焊接；控制模块与第二芯片和循环泵的连接方式为焊接。

具体地，所述控制模块负责控制刀头工作电源的内部芯片(第一芯片)发生电凝、消融信号至所述针状电极，从而控制刀头工作的开始和结束；并且还负责控制生理盐水输送的芯片(第二芯片)发送信号至循环泵，通过所述生理盐水输出口80，生理盐水可顺利输送至刀头工作端，同时通过所述生理盐水回吸口回吸多余的生理盐水。

在一些实施方式中，所述回路电极10的壁厚为0.2mm-0.5mm；所述回路电极的外径为4.2mm-5mm；由于靶组织是位于人体内的一些狭小空间，所述回路电极的壁厚在0.2～0.5mm之间，以及回路电极外径在4.2～5mm之间，可以节省等离子消融手术电极所占用的空间，且使得等离子消融手术电极在保证刚性的前提下，减轻自身重量。

在一些实施方式中，所述刀柄20由PC/ABS材料制成，使得刀柄20具有较好的柔韧性、耐热性和尺寸稳定性。

下面进一步举例实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1-2所示，本实施例所述带有薄膜保护层的等离子消融手术电极，包括：

回路电极10，所述回路电极的长度方向设有导通通道101；

刀柄20，所述刀柄20与所述回路电极10的一端连接；

陶瓷固定端30，所述陶瓷固定端30与所述回路电极10背离所述刀柄20的一端连接；所述陶瓷固定端30背离所述回路电极10的一端设有针状电极40，所述针状电极40由针状金属和包覆在所述针状金属表面的C/SiC纳米网络结构薄膜组成。

还包括：设置于所述导通通道内的回路电极导线、针状电极导线、生理盐水回吸口导管和生理盐水输出口导管，以及设置于所述陶瓷固定端的生理盐水回收口和设置于所述回路电极侧壁的生理盐水输出口。

具体的，针状电极导线的一端连接所述带有保护层(C/SiC纳米网络结构薄膜)的针状电极，用于供能和传输数据，而另一端则连接能够给它供能并发送信号的消融设备，回路电极的一端连接所述回路电极，用于供能和传输数据，而另一端连接消融设备的指定端口。作为手术刀头部分的陶瓷固定端，其边缘处倒圆角，从而防止刮伤靶组织周围的临近组织，提高手术安全性。

在本实例中，开启设备后，等离子模块会发送消融信号，使针状电极在生理盐水环境中放电，激发生理盐水并产生等离子体蒸汽鞘层，待稳定后，即可逐渐靠近靶组织90，利用蒸汽鞘层的能量对靶组织进行消融凝血，如图6所示。在此过程中，等离子模块还会发送电信号至循环泵，使生理盐水从生理盐水输出口到达刀头，同时，多余的生理盐水能够通过生理盐水回吸口顺利回收。生理盐水的输送路径如图7，在循环泵的动力输出下，输出的生理盐水通过生理盐水输出口导管，到达是生理盐水输出口，再到达刀头；回收的生理盐水通过生理盐水回吸口进入生理盐水回吸口导管，再到达指定的回收容器内。

由于本发明负责消融的针状电极表面覆有C/SiC纳米网络结构薄膜，并结合本身的尺寸优势，能够精确地对靶组织进行消融，同时，对周围非靶组织的损伤也是极小的。

经过测试，所述针状电极表面的C/SiC纳米网络结构薄膜能有效降低针状电极在工作时的温度。

如图8所示，在电压为100V时，工作温度由无保护层时的58℃左右降为41℃左右；在电压为150V时，工作温度由无保护层时的69℃左右降为有保护层时的46℃左右；在电压为200V时，工作温度由无保护层时的81℃左右降为有保护层时的56℃左右；在电压为250V时，工作温度由无保护层时的97℃左右降为有保护层时的62℃左右，从而营造消融手术中的低温环境。

同时，也能有效降低电极的热损伤深度，如图9所示，在电压为100V时，热损伤深度由无保护层时的0.71mm左右降为有保护层时的0.51mm左右；在电压为150V时，热损伤深度由无保护层时的0.74mm左右降为有保护层时的0.54mm左右；在电压为200V时，热损伤深度由无保护层时的0.76mm左右降为有保护层时的0.55mm左右；在电压为250V时，热损伤深度由无保护层时的0.79mm左右降为有保护层时的0.56mm左右，在提升消融精度的同时，也降低了对非靶组织的损伤。

总体来说，具有该保护涂层的电极在正常的工作电压范围内工作时，其工作温度不高于70℃，热损伤深度小于0.6mm。

综上所述，本发明提供的一种带有薄膜保护层的等离子消融手术电极，包括：回路电极、刀柄、陶瓷固定端；所述回路电极的长度方向设有导通通道；所述刀柄与所述回路电极的一端连接，所述陶瓷固定端与所述回路电极的另一端连接；所述陶瓷固定端背离所述回路电极的一端设有针状电极，所述针状电极的表面包覆有C/SiC纳米网络结构薄膜。利用高密度石墨烯纳晶与SiC纳米颗粒通过化学键合交联形成的网络结构薄膜，其中，石墨烯纳晶生长排列的随机性决定了它的网络结构；高密度石墨烯形成导电网络，耐受电压增高，放电稳定性增强，可有效降低等离子温度与热损伤，少量纳米SiC颗粒弥散增强硬度附着性和耐腐蚀性，从而使得该C/SiC纳米网络结构薄膜有效降低了电极的工作温度、热损伤深度，并提高了消融手术的安全高效性。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。