CN101243731A - 等离子体产生装置、等离子体外科手术装置以及等离子体外科手术装置的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种等离子体产生装置，它包括阳极、阴极和等离子体槽道，该等离子体槽道沿它的纵向方向至少部分在所述阴极和所述阳极之间延伸。阴极的、指向阳极的端部有朝着阳极渐缩的阴极顶端，所述阴极顶端的一部分在与等离子体槽道连接的等离子体腔室的一部分长度上延伸。等离子体腔室有与等离子体槽道的纵向方向横切的截面表面，该截面表面超过等离子体槽道的最靠近阴极的开口的、与等离子体槽道的纵向方向横切的截面表面。本发明还涉及等离子体外科手术装置和该等离子体外科手术装置的应用。

Description

等离子体产生装置、等离子体外科手术装置以及等离子体外科手术装置的应用
优先权
本申请要求瑞典专利申请No.0501604-3的优先权，该瑞典专利申请No.0501604-3的申请日为2005年7月8日。
技术领域
本发明涉及一种等离子体产生装置，它包括阳极、阴极和等离子体槽道，该等离子体槽道沿它的纵向方向至少部分在所述阴极和所述阳极之间延伸。本发明还用于等离子体外科手术装置和等离子体外科手术装置在外科手术领域中的应用。
背景技术
等离子体装置涉及用于产生气体等离子体的装置。该气体等离子体例如可以用于外科手术中，目的是破坏(剖开)生物组织和/或使生物组织凝结(coagulation)。
通常，这样的等离子体装置形成有较长和较窄的端部等，它能够很容易地施加在要进行治疗的合适区域，例如流血组织。在装置的顶端有气体等离子体，该气体等离子体的高温能够治疗该顶端附近的组织。
WO2004/030551(Suslov)公开了一种现有技术的等离子体外科手术装置。该装置包括等离子体产生系统，该等离子体产生系统有阳极、阴极和用于将气体供给该等离子体产生系统的气体供给槽道。而且，等离子体产生系统包括多个电极，这些电极布置在所述阴极和阳极之间。与阳极连接的导电材料壳体包围等离子体产生系统，并形成气体供给槽道。
由于近来外科手术技术的发展，经常使用称为腹腔镜(锁孔)外科手术的技术。这意味着更需要小尺寸的装置，以便能够在没有较大外科手术的情况下进行接近。较小仪器也有利于在外科手术操作中获得良好的精度。
当制造小尺寸的等离子体装置时，通常有阴极附近的材料被加热至高温的危险，因为阴极的温度有时可以超过3000℃。在这些温度下，有使得阴极附近的材料降解和污染气体等离子体的危险。受污染的气体等离子体例如可能将不希望的粒子引入外科手术区域，并可能对进行治疗的病人有害。
因此，需要改进等离子体装置，特别是能够制造高温等离子体的小尺寸等离子体装置。
发明内容
本发明的目的是提供根据权利要求1的前序部分所述的改进的等离子体产生装置。
本发明的另一目的是提供一种等离子体外科手术装置以及该等离子体外科手术装置在外科手术领域中的应用。
根据本发明的一个方面，提供了一种等离子体产生装置，它包括阳极、阴极和等离子体槽道，该等离子体槽道沿它的纵向方向至少部分在所述阴极和所述阳极之间延伸。根据本发明，阴极的、指向阳极的端部有朝着阳极渐缩的阴极顶端，所述阴极顶端的一部分在与等离子体槽道连接的等离子体腔室的一部分长度上延伸，所述等离子体腔室有与等离子体槽道的纵向方向横切的截面表面，该截面表面超过与等离子体槽道的纵向方向横切的截面表面。优选是，等离子体腔室的截面超过最靠近阴极的等离子体槽道开口的截面。
等离子体槽道的意思是与等离子体腔室流体连通的细长槽道。等离子体槽道定位得沿从阴极向阳极的方向超过等离子体腔室，并远离阴极向阳极延伸。在一个实施例中，等离子体槽道从等离子体腔室朝阳极并穿过阳极延伸。等离子体槽道优选是有在阳极中的出口，在装置工作中，能够通过该出口排出所产生的等离子体。过渡部分可以布置在等离子体槽道和等离子体腔室之间。也可选择，等离子体腔室和等离子体槽道可以相互直接接触。
等离子体腔室的意思是这样的区域，即，供给等离子体产生装置的产生等离子体的气体主要在该区域中转变成等离子体。通过本发明的装置，提供了完全新的、产生该等离子体的状态。
在现有技术的等离子体产生装置中，经常通过将靠近阴极的材料放置在离阴极相当大距离处来防止由于阴极的高温而使材料受损和退化。而且，阴极通常布置成与等离子体槽道直接接触，以便防止出现不正确地产生的电弧，在这种情况下，由于阴极的高温，等离子体槽道通常相对于阴极的尺寸具有相当大尺寸，以便不会由于工作时的高温而受损。这样的现有技术装置通常使得外部尺寸大于10mm，这可能在例如称为腹腔镜外科手术(锁孔外科手术)的用途和其它空间受限制的用途中处理起来笨拙和困难。
通过至少局部在指向阳极的阴极端和最靠近阴极的等离子体槽道开口之间的等离子体腔室，可以提供外部尺寸比现有技术装置更小的等离子体产生装置。
对于这种等离子体产生装置，阴极顶端在工作时通常有高于2500℃的温度，有时高于3000℃。
通过使用等离子体腔室，可以有利地形成环绕阴极的空间，特别是环绕最靠近阳极的阴极顶端。因此，等离子体腔室能够使得等离子体产生装置的外部尺寸相对较小。环绕阴极顶端的空间有利于减小阴极在工作时的高温使得装置的材料损坏和/或降解的危险(该材料邻近阴极)。特别是，这对于将用于外科手术用途的装置很重要，在外科手术用途中，有降解的材料污染等离子体和随着等离子体进入外科手术区域的危险，这可能对病人有不利影响。本发明的等离子体腔室特别有利于长时间连续工作。
通过布置等离子体腔室而获得的另一优点是，将在阴极和阳极之间产生的电弧可以安全地获得，因为等离子体腔室允许阴极顶端布置在最靠近阴极的等离子体槽道开口附近，而不会由于阴极的高温而使得相邻材料受损和/或退化。当阴极顶端定位成离等离子体槽道的开口的距离太大时，在阴极和相邻结构之间的电弧通常以不合适的方式来产生，因此引起装置不正确工作，在某些情况下也使装置受损。
当希望提供具有较小外部尺寸的等离子体产生装置时(例如外径小于10mm，特别是小于5mm)，本发明的等离子体产生装置可能特别合适。而且，本发明适合提供等离子体产生装置，它能够产生这样的等离子体，当等离子体通过在装置端部的等离子体槽道的出口而排出时，该等离子体通常温度高于10000℃。例如，通过等离子体槽道的出口排出的等离子体的温度可以在10000和15000℃之间。当使用本发明的等离子体腔室时，这样的高温例如可以通过选择使得等离子体槽道的截面更小而实现。与现有技术装置相比，等离子体槽道的更小截面尺寸也能够使等离子体产生装置有更高精度。
已经惊讶地发现，等离子体产生装置的特性受到阴极顶端的形状变化和它相对于绝缘体元件的位置变化的影响，该绝缘体元件沿阴极环绕该阴极布置。例如，已经发现，当整个阴极顶端位于绝缘体元件内部时，该绝缘体元件经常由于阴极顶端的高温而受损。还发现当整个阴极顶端位于绝缘体元件的、最靠近阳极的端面的外侧时，在工作中可能在阴极和绝缘体元件之间产生火花，这时，该火花可能损坏绝缘体元件。
在一个实施例中，已经发现优选是使得等离子体产生装置布置有绝缘体元件，该绝缘体元件沿阴极的一部分延伸并环绕该阴极部分，所述阴极顶端的部分长度超过所述绝缘体元件的边界表面凸出。绝缘体元件的边界表面优选是包括最靠近阳极的端面。该绝缘体元件将保护等离子体产生装置的、布置在阴极附近的部分免受该阴极在工作时的高温的影响。绝缘体元件优选是形成为具有通孔的细长套筒。
为了使等离子体产生装置合适地工作，重要的是使在阴极顶端产生的火花到达在等离子体槽道中的点。这通过这样定位阴极来实现，即在(i)阴极顶端的、最靠近阳极的端部和(ii)等离子体槽道的、最靠近阴极的端部(等离子体槽道的阴极端)之间的距离小于或等于在(a)阴极顶端的、最靠近阳极的端部和(b)任意其它表面之间的距离。优选是，阴极顶端的、最靠近阳极的端部更靠近等离子体槽道的阴极端(比离等离子体腔室表面或绝缘体元件上的任意其它点的距离都更近)。
通过将阴极布置成使得渐缩顶端超过绝缘体元件的边界表面凸出，沿径向方向的距离可以形成于阴极顶端和邻近边界表面的绝缘体元件部分之间。该距离能够降低绝缘体元件在工作中受到热阴极顶端损坏的危险。因此，由于阴极顶端的渐缩形状，在阴极和绝缘体元件之间的距离逐渐减小，同时阴极的温度随着远离在最靠近阳极的端部处的最热顶端而降低。通过这样布置阴极而可以获得的优点是在阴极顶端基部处的阴极和绝缘体元件的内部尺寸之间的截面差可以保持相对较小。因此，等离子体产生装置的外部尺寸可以以合适方式布置成用于例如锁孔外科手术或其它空间受限制的用途。
在可选实施例中，阴极顶端的基本一半长度超过绝缘体元件的所述边界表面凸出。已经发现，在阴极顶端和绝缘体元件之间的位置关系特别有利于减小绝缘体元件在工作中受损的危险，并降低当在阴极和阳极之间产生电弧时在阴极和绝缘体套筒之间出现火花的危险。
在工作过程中，火花可能从阴极顶端基部处的阴极边缘(它位于阴极顶端的、最远离阳极的端部处)以及从阴极顶端的、最靠近阳极的端部而产生。为了防止从阴极顶端的基部产生火花，阴极优选定位得使得阴极顶端的、最靠近阳极的端部离等离子体槽道的阴极端的距离比在阴极顶端的基部处的边缘离绝缘体元件的边界表面的距离更近。
在另一可选实施例中，阴极的阴极顶端超过绝缘体元件的所述边界表面凸出的长度基本对应于阴极顶端的基部的直径。
阴极顶端的长度的意思是指向阳极的阴极端的渐缩部分的长度。渐缩的阴极顶端优选进入基本均匀直径的阴极的一部分。在一个实施例中，阴极的渐缩的阴极顶端为圆锥形状，阴极顶端可以有例如整个圆锥或部分圆锥的形状。而且，阴极顶端的基部定义为在阴极顶端进入基本均匀直径的阴极部分的位置处的、与阴极的纵向方向横切的截面表面。
优选是，产生等离子体的气体在工作中在所述绝缘体元件和所述阴极之间流动。
在一个实施例中，沿通过沿阴极顶端基部的平面的定向公共截面，在布置于绝缘体元件中的槽道和阴极之间的截面差等于或大于等离子体槽道的最小截面表面。等离子体槽道的最小截面表面可以定位在沿等离子体槽道长度的任意位置。通过在阴极的截面表面和绝缘体元件之间布置这样的关系，可以避免在阴极和绝缘体元件之间的空间构成当起动等离子体产生装置时产生等离子体的气体的流动通路的基本喘振限制部分(surge-limiting portion)。因此，这使得等离子体产生装置能够相对快速地形成工作压力，这能够缩短起动时间。当在一个相同使用顺序过程中操作人员起动和停止等离子体产生装置多次时，短起动时间特别有利。在一个实施例中，优选是，布置在绝缘体元件中的槽道的截面表面是在公共截面平面中的阴极截面表面的1.5倍和2.5倍之间。
在本发明的一个实施例中，绝缘体元件在阴极顶端基部附近处的内径为0.35mm和0.80mm之间，优选是在0.50mm和0.60mm之间。不过应当知道，在有公共截面的情况下，绝缘体元件的内径大于阴极的直径，从而在两者之间形成空间。
优选是，阴极的阴极顶端的长度大于阴极顶端的基部的直径。在一个实施例中，该长度等于或大于阴极顶端的基部的直径的1.5倍。通过使阴极顶端形成为具有在基部直径和长度之间的这种关系，已经发现阴极顶端的该形状可以在阴极顶端和绝缘体套筒之间形成一定距离，该距离适合防止在等离子体产生装置工作时损坏绝缘体套筒。在可选实施例中，阴极顶端的长度为阴极顶端的基部的直径的2-3倍。
如上所述，等离子体产生装置的至少一个实施例提供有绝缘体元件，该绝缘体元件沿阴极部分延伸并环绕它。等离子体腔室优选是在所述绝缘体元件的边界表面和等离子体槽道在阴极端处的所述开口之间延伸。因此，等离子体腔室或产生等离子体的主要部分的等离子体腔室部分优选是从阴极顶端超过绝缘体元件凸出的位置伸出直至等离子体槽道在阴极端处的开口。
在一个实施例中，朝着阳极渐缩的部分连接等离子体腔室和等离子体槽道。该渐缩部分朝着阳极合适地桥接在等离子体腔室的截面和等离子体槽道之间的差异。这样的渐缩部分能够有利于抽取热量，用于使等离子体腔室和等离子体槽道附近的结构冷却。
已经发现，优选是使得等离子体腔室的、与等离子体槽道的纵向方向横切的截面表面形成得比等离子体腔室的截面表面大大约4-16倍。优选是，等离子体腔室的截面表面比等离子体槽道的阴极端的开口的截面表面大4-16倍。在等离子体腔室的截面和等离子体槽道的截面之间的这种关系提供了环绕阴极顶端的有利空间，该空间减小了等离子体产生装置由于可能在工作中出现的高温而受损的危险。
优选是，等离子体腔室的、与等离子体槽道的纵向方向横切的截面为圆形。已经发现，优选是使得等离子体腔室的、与等离子体槽道的纵向方向横切的直径基本对应于等离子体腔室的、沿等离子体槽道的纵向方向的长度。在等离子体腔室的直径和长度之间的该关系有利于减小例如由于在工作时可能出现的高温而受损的危险，同时减小产生不正确电弧的危险。
还发现优选是使等离子体腔室形成为使得等离子体腔室的截面表面的直径对应于阴极顶端的基部的直径的2-2.5倍。
还优选是，等离子体腔室的长度对应于阴极顶端的基部的直径的2-2.5倍。
还惊讶地发现，等离子体产生装置的特性可以受到阴极顶端相对于等离子体槽道的阴极端的开口的位置变化的影响。特别是，已经发现在起动等离子体产生装置时希望在阴极和阳极之间产生的电弧可能受到影响。例如，已经发现当阴极顶端定位得离等离子体槽道的阴极端的开口太远时，电弧可能以不希望的方式产生于阴极和等离子体产生装置的、邻近该阴极的部分之间。而且，已经发现当阴极顶端定位得离等离子体槽道在阴极端的开口太近时，阴极顶端在工作时的高温可能使等离子体槽道和/或邻近该等离子体槽道的材料受损和降解。在一个实施例中，已经发现，优选是，所述阴极顶端在所述等离子体腔室的长度的一半上或者超过该长度的一半延伸。在可选实施例中，已经发现优选是将阴极顶端布置成在等离子体腔室的长度的1/2至2/3上延伸。在另一可选实施例中，阴极顶端在等离子体腔室长度的大约一半上延伸。
在等离子体产生装置的一个实施例中，最靠近阳极的阴极端部定位在离等离子体槽道的阴极端的开口一定距离处，该距离基本对应于阴极顶端的、超过绝缘体元件的边界表面凸出的部分的长度。
而且，在一个实施例中，已经发现优选是将指向阳极的阴极端部布置成这样，即阴极的端部定位得沿等离子体槽道的纵向方向离最靠近阳极的等离子体腔室端部的距离基本对应于阴极顶端的基部的直径。
已经发现，通过将阴极顶端的位置布置得沿等离子体槽道的纵向方向在离等离子体腔室的边界或端部的该距离处，可以安全地产生电弧，同时减少邻近等离子体槽道的材料由于工作时的高温而受损的危险。
优选是，等离子体腔室由最靠近阴极顶端的中间电极而形成。通过使等离子体腔室集成为中间电极的一部分，可以提供简单结构。类似的，优选是等离子体槽道至少部分由至少一个中间电极而形成，该中间电极定位成至少部分在所述阴极和所述阳极之间。
在等离子体产生装置的一个实施例中，等离子体腔室以及等离子体槽道的至少一部分通过最靠近阴极顶端的中间电极而形成。在另一实施例中，等离子体腔室由中间电极而形成，该中间电极与形成等离子体槽道的中间电极电绝缘。
作为等离子体产生装置实施例的一个实例，等离子体槽道的直径为大约0.20至0.50mm，优选是0.30-0.40mm。
在一个实施例中，等离子体产生装置包括两个或更多中间电极，这些中间电极布置在所述阴极和所述阳极之间，以便形成等离子体槽道的至少一部分。根据等离子体产生装置实施例的实例，中间电极联合形成等离子体槽道的一部分，该部分的长度为等离子体槽道的直径的大约4至10倍。优选是，等离子体槽道的、穿过阳极延伸的部分的长度为等离子体槽道的直径的3-4倍。而且，绝缘体优选是布置在各中间电极和下一个中间电极之间。优选是，中间电极由铜或包含铜的合金制成。
作为另一实施例的实例，所述阴极的直径在0.30和0.60mm之间，优选是0.40至0.50mm。
根据本发明的第二方面，提供了包括上述等离子体产生装置的等离子体外科手术装置。这里所述类型的等离子体外科手术装置可以合适地用于生物组织的破坏或凝结。而且，这样的等离子体外科手术装置可以有利地用于心脏或脑外科手术。也可选择，这样的等离子体外科手术装置可以有利地用于肝、脾或肾的外科手术。
附图说明
下面将参考附图更详细地介绍本发明，该附图通过实例表示了本发明的当前优选实施例。
图1a是本发明的等离子体产生装置的实施例的剖视图；以及
图1b是图1a的实施例的局部放大图。
具体实施方式
图1a表示了本发明的等离子体产生装置1的实施例的剖视图。图1a中的剖面是穿过等离子体产生装置1沿纵向方向的中心而截取的。装置包括细长端部套筒3，该端部套筒3容纳用于产生等离子体的等离子体产生系统，该等离子体在端部套筒3的端部排出。产生的等离子体例如可以用于停止组织中的流血、汽化组织、切割组织等。
图1a的等离子体产生装置1包括阴极5、阳极7和多个电极9′、9″、9，这些电极布置在阳极和阴极之间，在本文中称为中间电极。中间电极9′、9″、9为环形，并形成等离子体槽道11的一部分，该等离子体槽道11从阴极5前部的位置伸出，并进一步伸向阳极7和通过该阳极7。等离子体槽道11的进口端位于等离子体槽道11的阴极端处。等离子体槽道11通过阳极7延伸，它的出口端布置在该阳极7处。在等离子体槽道11中，通过的等离子体将被加热，并最终在阳极7中的端部处流出。中间电极9′、9″、9通过环形绝缘体装置13′、13″、13而绝缘和分离，并防止直接相互接触。中间电极9′、9″、9的形状和等离子体槽道11的尺寸可以调节成适于任意合适目的。中间电极9′、9″、9的数目也可以以可选方式而变化。图1a中所示的实施例提供有三个中间电极9′、9″、9。
在图1a所示的实施例中，阴极5形成为细长柱形元件。优选是，阴极5由钨制成，可选择有添加剂，例如镧。这种添加剂例如可以用于降低在阴极5端部处产生的温度。
而且，指向阳极7的阴极5端部有渐缩的端部部分15。该渐缩端部部分15合适地形成在阴极端部处的顶端，如图1a所示。阴极顶端15优选是圆锥形状。阴极顶端15还可以包括圆锥的一部分，或者可以选择形状为朝着阳极7渐缩的几何形状。
阴极5的、方向背离阳极7的另一端与电导体连接，该电导体将与电源连接。该导体优选是由绝缘体包围。(该导体在图1中未示出。)
等离子体腔室17与等离子体槽道11的进口端连接，并有与等离子体槽道11的纵向方向横切的截面表面，该截面表面超过等离子体槽道11在进口端处的截面表面。
图1a中所示的等离子体腔室17具有与等离子体槽道11的纵向方向横切的圆形截面，并有沿等离子体槽道11的纵向方向的长度，该长度近似对应于等离子体腔室17的直径。等离子体腔室17和等离子体槽道11基本彼此同心布置。阴极5在该等离子体腔室17长度的大约一半上伸入等离子体腔室17内，且阴极5布置成基本与等离子体腔室17同心。等离子体腔室17包括集成在第一中间电极9′中的凹口，该第一中间电极9′定位得邻近阴极5。
图1a还表示了绝缘体元件19，该绝缘体元件19沿阴极5的一部分延伸并环绕它。绝缘体元件19优选是形成为细长柱形套筒，且阴极5局部位于穿过该管形绝缘体元件19延伸的圆形孔中。阴极5基本布置在绝缘体元件19的通孔的中心。而且，绝缘体元件19的内径稍微大于阴极5的外径，从而在阴极5的外周表面和绝缘体元件19的圆形孔的内表面之间形成一定距离。
优选是，绝缘体元件19由耐热材料制成，例如陶瓷材料、耐热塑料材料等。绝缘体元件19将保护等离子体产生装置1的邻接部分免受高温影响，该高温例如可能在阴极5周围产生，特别是阴极顶端15周围。
绝缘体元件19和阴极5彼此相对布置而使得指向阳极7的阴极5端部超过绝缘体元件19的端表面21(该端表面21指向阳极7)凸出。在图1a所示的实施例中，阴极5的渐缩顶端15的大约一半超过绝缘体元件19的端表面21伸出。
气体供给部分(图1中未示出)与等离子体产生部分连接。供给等离子体产生装置1的气体优选是包括与用作现有技术仪器的产生等离子体的气体的气体相同类型的气体，例如惰性气体如氩气、氖气、氙气、氦气等。产生等离子体的气体能够流过气体供给部分，并流入布置在阴极5和绝缘体元件19之间的空间内。因此，产生等离子体的气体沿绝缘体元件19内的阴极5流向阳极7。当产生等离子体的气体通过绝缘体元件19的端部(该端部定位成最靠近阳极7)时，气体进入等离子体腔室17。
图1a的等离子体产生装置1还包括与细长端部套筒3连通的附加槽道23。该附加槽道23优选是与连接端部套筒3的壳体形成为一件。端部套筒3和壳体例如可以通过螺纹接头而相互连接，但是也可以考虑其它连接方法，例如焊接、钎焊等。而且，附加槽道23例如可以通过壳体的挤出或壳体的机械加工来制造。不过，应当知道，附加槽道23也可以通过与壳体分离并布置在该壳体内部的一个或多个部件而形成。
在一个实施例中，等离子体产生装置1包括两个附加槽道23，一个构成进口槽道，另一个构成出口槽道，用于冷却剂。进口槽道和出口槽道相互连通，以便使冷却剂能够通过等离子体产生装置1的端部套筒3。还可以使等离子体产生装置1设有超过两个冷却槽道，它们用于供给或排出冷却剂。优选是，水用作冷却剂，但也可以考虑其它类型的流体。冷却槽道布置成使得冷却剂供给到端部套筒3，并在中间电极9′、9″、9和端部套筒3的内壁之间流动。端部套筒3的内部构成使得该至少两个附加槽道相互连接的区域。
中间电极9″、9″、9布置在等离子体产生装置1的端部套筒3的内部，并定位成基本与端部套筒3同心。中间电极9′、9″、9的外径相对于套筒3的内径形成在中间电极的外表面和端部套筒3的内壁之间的空隙。在该空隙中，从附加槽道23供给的冷却剂能够在中间电极9′、9″、9和端部套筒3之间流动。
附加槽道23可以有不同数目和不同截面。还可以使得全部或一些附加槽道23用于其它目的。例如，可以布置有三个附加槽道23，其中，例如两个用于供给和排出冷却剂，一个用于从外科手术区域吸取液体等。
在图1a所示的实施例中，三个中间电极9′、9″、9通过布置在阴极5和阳极7之间的绝缘体装置13′、13″、13而间隔开。第一中间电极9′、第一绝缘体13′和第二中间电极9″相互压配合。类似的，第二中间电极9″、第二绝缘体13″和第三中间电极9相互压配合。不过，应当知道，电极9′、9″、9的数目可以根据情况选择。
最远离阴极5的电极9与环形绝缘体装置13接触，该环形绝缘体装置13再抵靠阳极7。
阳极7与细长端部套筒3连接。在图1a所示的实施例中，阳极7和端部套筒3相互形成一体。在可选实施例中，阳极7可以形成为单独元件，它通过在阳极7和端部套筒3之间的螺纹连接、通过焊接、通过钎焊而与该端部套筒3连接。在阳极7和端部套筒3之间的连接适当地提供在它们之间的电接触。
参考图1b，下面将介绍包含在等离子体产生装置1中的部件之间的合适几何关系。应当知道，下面所述的尺寸只构成等离子体产生装置1的示例实施例，并能够根据应用领域和所希望的特性而变化。
绝缘体元件19的内径di只是稍微大于阴极5的外径dc。在图1b所示的实施例中，阴极5的外径dc大约为0.50mm，绝缘体元件19的内径di大约为0.80mm。
根据图1b，阴极5的顶端15定位成这样，即顶端15的长度Lc的大约一半超过绝缘体元件19的边界表面21而凸出。在图1b所示的实施例中，该凸出量lc大约对应于阴极5的直径dc。
阴极顶端15的总长度Lc优选是对应于阴极5在阴极顶端31的基部处的直径dc的1.5-3倍。在图1b所示的实施例中，阴极顶端15的长度Lc对应于阴极5在阴极顶端31的基部处的直径dc的大约2倍。在一个实施例中，阴极5定位成这样，即，在最靠近阳极33的阴极顶端的端部和等离子体槽道35的阴极端之间的距离小于或等于在阴极顶端33的端部和其它表面之间的距离，该其它表面包括等离子体腔室17的任意表面和绝缘体元件21的边界表面。而且，在一个实施例中，阴极定位成这样，即在阴极顶端33的端部和等离子体腔室35的阴极端之间的距离小于或等于在阴极顶端31的基部处边缘和绝缘体元件21的边界表面之间的距离。
在一个实施例中，阴极5的直径dc在阴极顶端31的基部处大约为0.3-0.6mm。在图1b所示的实施例中，阴极5的直径dc在阴极顶端31的基部处大约为0.50mm。优选是，阴极5在阴极顶端31的基部和阴极5的、与阴极顶端15相反的端部之间有基本相同的直径dc。不过应当知道，可以沿阴极5的长度改变该直径。
在一个实施例中，等离子体腔室17的直径Dch对应于阴极5在阴极顶端31的基部处的直径dc的大约2-2.5倍。在图1b所示的实施例中，等离子体腔室17的直径Dch对应于阴极5的直径dc的大约2倍。
等离子体腔室17沿等离子体产生装置1的纵向方向的长度对应于阴极5在阴极顶端31的基部处的直径dc的大约2-2.5倍。在图1b所示的实施例中，等离子体腔室17的长度Lch大约对应于等离子体腔室17的直径Dch。
在图1b所示的实施例中，延伸至等离子体腔室17中的阴极5定位得离等离子体腔室17的、最靠近阳极7的端部的距离大约对应于阴极顶端31在基部处的直径dc。
在图1b所示的实施例中，等离子体腔室17与等离子体槽道11流体连通。等离子体槽道11优选是直径dch大约为0.2-0.5mm。在图1b所示的实施例中，等离子体槽道11的直径dch大约为0.40mm。不过应当知道，等离子体槽道11的直径dch可以沿等离子体槽道11的长度以不同方式变化，以便提供不同合适特性的等离子体产生装置1。
在等离子体腔室17和等离子体槽道11之间布置有等离子体腔室17的过渡部分25，该过渡部分25构成在等离子体腔室17的直径Dch和等离子体槽道11的直径dch之间的、离开阴极5至阳极7的渐缩过渡。过渡部分25可以以多种可选方式形成。在图1b所示的实施例中，过渡部分25形成为斜边缘，该斜边缘形成在等离子体腔室17的内径Dch和等离子体槽道11的内径dch之间的过渡。不过，应当知道，等离子体腔室17和等离子体槽道11可以布置成相互直接接触，而没有过渡部分25。
等离子体槽道11由阳极7以及布置在阴极5和阳极7之间的中间电极9′、9″、9而形成。在等离子体槽道的阴极端的开口和直到阳极之间的等离子体槽道11的长度优选是对应于等离子体槽道11的直径dch的大约4-10倍。在图1a所示的实施例中，在等离子体槽道的阴极端的开口和阳极之间的等离子体槽道11的长度大约为2.8mm。
等离子体槽道的、通过阳极延伸的该部分为等离子体槽道11的直径dch的大约3-4倍。对于图1a所示的实施例，等离子体槽道的、通过阳极延伸的该部分的长度大约为2mm。
优选是，等离子体产生装置1可以提供为一次性仪器的一部分。例如，具有等离子体产生装置1、外壳、管、连接端子等的整个装置可以作为一次性仪器来出售。也可选择，只有等离子体产生装置可以是一次性的，并与多次使用的装置连接。
也可以有其它实施例和变化形式。例如，中间电极9′、9″、9的数目和形状可以根据使用的产生等离子体的气体的类型和产生的等离子体的合适特性而变化。
在使用时，通过气体供给部分供给的产生等离子体的气体(例如氩气)供给在阴极5和绝缘体元件19之间的空间，如上所述。供给的产生等离子体的气体通过等离子体腔室17和等离子体槽道11，以便通过阳极7中的等离子体槽道11的开口而排出。当建立气体供给后，电压系统打开，这起动在等离子体槽道11中的排出处理，并点燃在阴极5和阳极7之间的电弧。在建立电弧之前，优选是通过附加槽道23而将冷却剂供给等离子体产生装置1，如上所述。当建立电弧后，气体等离子体在等离子体腔室17中产生，并在加热的过程中通过等离子体槽道11和通向阳极7中的开口。
用于图1a和1b的等离子体产生装置1的合适工作电流I优选是小于10安培，优选是4-6安培。等离子体产生装置1的工作电压特别取决于中间电极9′、9″、9的数目和它们的长度。等离子体槽道11的相对较小直径dch能够在使用等离子体产生装置1时有相对较低能量消耗和相对较低工作电流I。
在阴极5和阳极7之间形成的电弧中，温度T主要在它的中心沿等离子体槽道11的中心轴线，并与放电电流I和等离子体槽道11的直径dch之间的关系成正比(T＝K*I/dch)。为了提供较高温度的等离子体(例如10000至15000℃)，在阳极7中的等离子体槽道11的出口处，在相对较低电流I下，等离子体槽道11的截面(因此加热气体的电弧截面)较小，例如0.2-0.5mm。通过较小截面电弧，在等离子体槽道11中的电场强度具有较高值。

Claims (33)

1.一种等离子体产生装置，包括：
阳极；
阴极，所述阴极有顶端，所述顶端是阴极的、最靠近阳极的部分，并朝着阳极渐缩，所述顶端有在最远离阳极的端部处的基部；
等离子体槽道，该等离子体槽道沿纵向在所述阴极和所述阳极之间延伸并穿过所述阳极，并有在最远离所述阴极的端部处的出口开口，所述等离子体槽道的一部分由相互电绝缘的一个或多个中间电极以及所述阳极而形成；以及
等离子体腔室，该等离子体腔室在所述等离子体槽道的阴极端处与所述等离子体槽道连接，
其中，所述阴极顶端的一部分沿纵向沿等离子体腔室的部分长度延伸；以及
在阴极顶端的最靠近阳极的端部和所述等离子体槽道的阴极端之间的距离小于或等于在阴极顶端的最靠近阳极的端部和任意其它表面之间的距离。
2.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，还包括：绝缘体元件，该绝缘体元件沿阴极的一部分延伸并环绕该阴极部分，该绝缘体元件有在最靠近阳极的端部处的边界表面，所述阴极顶端定位得超过所述绝缘体元件的边界表面凸出。
3.根据权利要求2所述的等离子体产生装置，其中：阴极顶端的长度的基本一半超过绝缘体元件的所述边界表面凸出。
4.根据权利要求2所述的等离子体产生装置，其中：阴极顶端超过绝缘体元件的所述边界表面凸出的长度基本对应于阴极顶端的基部的直径。
5.根据权利要求2所述的等离子体产生装置，其中：沿通过沿阴极顶端基部的平面的定向公共截面，在由绝缘体元件形成的槽道的截面和阴极的截面之间的差等于或大于等离子体槽道的最小截面表面。
6.根据权利要求2所述的等离子体产生装置，其中：所述绝缘体元件是管，该管在阴极顶端的基部附近的内径在0.35mm和0.80mm之间。
7.根据权利要求2所述的等离子体产生装置，其中：产生等离子体的气体在工作时在所述绝缘体元件和所述阴极之间流动。
8.根据权利要求4所述的等离子体产生装置，其中：所述阴极顶端的长度大于阴极顶端的基部的直径。
9.根据权利要求8所述的等离子体产生装置，其中：所述阴极顶端的所述长度等于或大于阴极顶端的基部的直径的1.5倍。
10.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中：阴极顶端的长度的至少一半伸入所述等离子体腔室中。
11.根据权利要求2所述的等离子体产生装置，其中：所述等离子体腔室在所述绝缘体元件的所述边界表面和所述等离子体槽道的阴极端之间延伸。
12.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中：等离子体腔室的截面表面大于等离子体槽道在所述等离子体槽道的阴极端处的开口的截面表面。
13.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中：等离子体腔室的截面表面比等离子体槽道在所述等离子体槽道的阴极端处的开口的截面表面大4-16倍。
14.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中：与等离子体槽道的纵向方向横切的等离子体腔室直径基本对应于等离子体腔室的、沿等离子体槽道的纵向方向的长度。
15.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中：等离子体腔室的截面表面的直径对应于阴极顶端的基部的直径的2-2.5倍。
16.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中：等离子体腔室的长度对应于阴极顶端的基部的直径的2-2.5倍。
17.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中：所述等离子体腔室有与所述等离子体槽道连接的渐缩部分。
18.根据权利要求2所述的等离子体产生装置，其中：从阴极顶端的基部至所述绝缘体元件的边界表面的距离大于从阴极顶端的最靠近阳极的端部至等离子体槽道的阴极端的距离。
19.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中：所述阴极伸入所述等离子体腔室的长度对应于阴极顶端的基部的直径。
20.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中：在阴极的最靠近阳极的端部和等离子体槽道的阴极端之间的距离基本对应于阴极顶端的基部的直径。
21.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中：阴极顶端为圆锥形。
22.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中：所述等离子体腔室由所述一个或多个中间电极中的一个而形成，所述一个中间电极最靠近阴极。
23.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中：所述等离子体腔室以及所述等离子体槽道的至少一部分由该一个或多个中间电极中的一个而形成，所述一个中间电极是最靠近阴极的中间电极。
24.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中：所述等离子体腔室由中间电极形成，该中间电极与形成等离子体槽道的中间电极电绝缘。
25.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中：等离子体槽道的直径为0.20-0.50mm。
26.根据权利要求25所述的等离子体产生装置，其中：等离子体槽道的直径为0.30-0.40mm。
27.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中：所述等离子体槽道的由一个或多个中间电极形成的部分由两个或更多中间电极而形成。
28.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中：等离子体槽道的由所述一个或多个中间电极形成的部分的长度是等离子体槽道的直径的大约4-10倍。
29.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中：所述阴极的基部的直径在0.3和0.6mm之间。
30.一种等离子体外科手术装置，包括如权利要求1所述的等离子体产生装置。
31.如权利要求30所述的等离子体外科手术装置的应用，它用于生物组织的破坏或凝结。
32.根据权利要求31所述的应用，它用于心脏或脑外科手术。
33.根据权利要求31所述的应用，它用于肝、脾或肾的外科手术。
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