气体感测外科手术装置和使用方法
【专利摘要】一种包括具有传感器的手持外科手术装置的气体感测外科手术组件，该传感器耦接到手持外科手术装置，与外部环境流体连通，并且在不使用额外传感器的情况下，被可操作地构造为由用户电子地且选择性地改变，以检测多种气体，该装置还具有电子气体检测电路，该电子气体检测电路可通信地耦接到该传感器，并且可操作为在多种气体中的至少一种被传感器识别出时控制该装置的能量输出。
【专利说明】
气体感测外科手术装置和使用方法
技术领域
[0001]本发明总体上涉及电气医疗装置，更具体地，涉及可操作为识别气体的任何电气医疗装置。
【背景技术】
[0002]医疗领域中一贯寻求改善质量和患者护理的进步。这些进步中的许多涉及电子装置和设备的使用。这些装置和设备中的许多用于外科手术或诊断设置中。因为来自这些装置的电荷和能量发射可能引起火灾和局部的爆炸，所以这在医学领域中对于患者、医生、医院以及其他是非常成问题的。实际上，美国食品和药物管理局(FDA)估计美国每年发生大约600次外科手术失火。这些爆炸中的许多创伤性地影响患者和/或医生，这导致毁容、结疤以及其他伤害。它们还使医疗设施和医生面临民事责任。
[0003]为使这些火灾或燃烧发生，必须满足三个要求(还称为火三角)。这些要求包括点火(能量或热源)、燃料源以及助燃物。在医疗过程期间，经常使用电气医疗装置。这些医疗装置(诸如电子外科手术单元(ESU)(例如，烧灼器、透热电疗机、激光器、超声、光纤光源以及其他))在它们的使用点处发射能量，从而为火灾或燃烧提供“点火”。具体地，ESU在它们的使用点处经常产生火花，或者引起足以引起燃烧的热量。外科手术过程期间遇到的“燃料源”包括来自用于过程之前对外科手术现场进行消毒的异丙醇以及其他基于乙醇的外科手术制剂的易燃气体和蒸汽。这些物质可能浸透并存留于操作环境中常常发现的手术用布帘、长外衣、纱布以及其他物品。此外，与限制或控制患者的疼痛的麻醉关联的或使得患者失去知觉的气体中许多是易燃的。不变地，这些气体施加于患者的面部区域，如果火灾或爆炸发生，则经常使头、脸、喉咙、呼吸道以及颈部遭受严重伤害。这些气体还可能分散并逗留在身体局部或全身外科手术用布帘下，这使患者远离头部的区域面临由火灾或爆炸而产生的严重烧伤的风险。一旦这些气体或蒸汽的燃烧发生，特别是在富氧外科手术环境中，存在大量的额外燃料源(诸如，外科手术纱布、一次性布帘、长外衣、患者自己的头发或皮肤以及可以燃烧或着火的其他手术室/过程间材料)。
[0004]“助燃物”(诸如氧气或氧化氮(分解成氮气和氧气))产生火三角的第三要素，并且可能充当助燃剂。助燃物通常在涉及任意类型的镇静或麻醉的外科手术过程期间派给患者。尽管环境中较大量的氧气增大火灾或爆炸的概率，在典型大气环境(例如，空气调节/加热/气候控制医疗设施)中发现的平均正常氧气水平足以支撑火灾或爆炸。一些已知的装置和方法已尝试在患者的呼吸道中克制氧气，以降低燃烧的风险。不幸的是，氧气常常逸出，并且在使用ESU和其他能量发射装置的现场处或附近发现，由此，在易燃气体或蒸汽存在时充当火灾或爆炸的助燃剂。而且，这些装置不将来自火三角的任何其他要素(诸如，燃料源)的响应指标用于防止燃烧。由此可见，这些装置和方法针对可能在外科手术环境中发现的正常氧气水平内发生的火灾或爆炸是无效的。
[0005]而且，尝试防止燃烧的大部分(并非所有的)已知医疗装置不具有充分且高效检测气体的能力。如所述的，这些气体可能派给患者，或者可能在患者自己内发现。例如，在胃肠(GI)道中，细菌以大约30%甲烷、44%氢气以及5%氧气的近似比产生气体。甲烷和氢气易燃。内窥镜、结肠镜以及其他GI过程装置在各种过程期间使用ESU、光纤光源以及其他能量发射装置，这可能点燃甲烷和氢气。因为氧气的水平太低而不能检测信号通知将促进爆炸的氧气量的响应，所以仅感测氧气或感测氧气水平的这些装置和方法针对防止爆炸或火灾将是无用的。
[0006]这些已知感测医疗装置(诸如美国第7，291，145号专利)也遭受上述缺点。这些装置通常仅限于检测氧气水平并在烧灼过程期间或紧接烧灼过程之前检测到特定预定氧气水平时关闭到手持烧灼器的能量源的手持烧灼器。这些装置目的仅在于定量测量氧气。这些装置仅集中于确定外科手术环境中的助燃物水平。如所讨论的，爆炸可能发生在具有正常氧气浓度的环境内。由此可见，这些装置仍然无法防止许多外科手术火灾和燃烧。进一步地，这些装置仅寻求氧气水平;它们不识别可能易燃的任何气体(诸如那些在普遍使用的局部外科手术现场消毒制剂中发现的气体和患者体内通常发现的气体)。
[0007]因此，存在解决和如上所讨论的现有技术一起的问题的需要。
【发明内容】
[0008]本发明提供了克服迄今为止已知的装置和该通用型的方法的上述缺点且识别位于外科手术装置的能量输出附近的气体的类型的气体感测外科手术装置和使用方法。
[0009]以上述和其他目的为目的，根据本发明，提供了一种气体感测外科手术组件，该气体感测外科手术组件包括手持外科手术装置，该手持外科手术装置具有主体、近端、远端以及分开近端与远端的主体段，装置还具有能量输入和能量输出，能量输出位于主体的远端；和控制开关，该控制开关可操作为从能量输入向能量输出传送能量。气体感测外科手术组件还包括传感器，该传感器耦接到所述手持外科手术装置，与外部环境流体连通，并且可操作为识别多种气体中的至少一种，气体感测外科手术装置还具有电子气体检测电路，该电子气体检测电路可通信地耦接到所述传感器，并且可操作为在至少一种气体被所述传感器识别出时控制从手持外科手术装置输出的能量。气体识别传感器可以有利地识别气体或气态物质(例如，上面构建气体的物质)，使得术语“气体”或“气态物质”应可互换。
[0010]根据另一个特征，本发明的实施方式包括由主体限定且位于所述能量输出附近的至少一个进气孔和由主体限定且从所述至少一个进气孔延伸的通道，所述通道将所述传感器设置成与所述外部环境流体连通。
[0011]根据本发明的另外特征，通道包括低于外部环境压力的通道压力。
[0012]根据本发明的另一个特征，传感器利用光谱来识别至少一种气态物质。
[0013]根据本发明的又一个特征，传感器利用电磁光谱来识别至少一种气态物质。
[0014]根据本发明的另外特征，传感器利用红外光谱来识别至少一种气态物质。
[0015]根据额外的特征，本发明的实施方式包括存储器，该存储器可通信地耦接到所述传感器，并且具有将由所述传感器接收的样本气体标识符与至少一种气态物质的存储值标识符相关联的至少一个数据结构。
[0016]根据本发明的又一个特征，传感器定性地识别至少一种气态物质。
[0017]根据本发明，一种气体感测外科手术装置包括电气医疗装置，该电气医疗装置具有主体、连接到能源的能量输入以及位于所述医疗装置的第一端处的能量输出，所述电气医疗装置可借助电子电路系统操作为从所述能量输入向所述能量输出发射一定量的能量，气体感测外科手术装置还具有耦接到所述电气医疗装置的传感器，该传感器与外部环境流体连通，可操作为识别气态物质，并且与所述电子电路系统可通信地耦接，其中，电子电路系统在气态物质被传感器识别出时控制从所述能量输出发射的所述一定量的能量。
[0018]根据另一个特征，本发明的实施方式还包括抽吸组件，该抽吸组件与所述传感器流体连通，所述抽吸组件将邻近所述医疗装置的所述第一端的气态物质汲取到所述传感器。
[0019]根据本发明，公开了一种在医疗过程期间感测气体的方法，所述方法包括以下步骤:提供手持电气医疗装置，该电气医疗装置具有主体、连接到能源的能量输入、位于所述医疗装置的第一端处的能量输出、可操作为从能量输入向能量输出发射一定量的能量的电子电路系统以及气体识别传感器;方法还包括以下步骤:从邻近所述能量输出的位置接收气态物质；向所述气体识别传感器传送所述气态物质；用所述气体识别传感器识别所述气态物质；以及在识别出所述气态物质时减少从所述能量输出发射的所述一定量的能量。
[0020]虽然这里如气体感测外科手术装置和使用方法所实施的例示并描述了本发明，但因为可以在不偏离本发明的精神的情况下且在权利要求的等同物的范围内在发明内进行各种修改和结构变化，所以本发明仍然不旨在被限于所示出的细节。另外，将不详述或将省略本发明的示例实施方式的公知元件，以便不使本发明的相关细节模糊不清。
[0021]本发明的目的是解决伴随ESU和其他能量发射外科手术装置的使用的外科手术过程期间促成火灾的上述缺陷并提出在现有技术中通过使用光谱方法进行的进展。具体地，ESU可以利用红外测量来识别位于ESU的能量输出邻近内的气体。因此，装置使用该气体的识别，然后中断或减小ESU的电源。
[0022]鉴于方便外科手术的电子外科手术单元(ESU)的出现，由外科手术过程期间使用这些ESU产生的火灾对经受医疗过程的患者造成严重的威胁。因为这些火灾和/或爆炸，许多患者遭受严重烧伤，不幸地甚至死亡。本发明允许在没有医疗过程期间常常遇到的气体或蒸汽的燃烧风险的情况下使用发射用于医疗过程的射频(RF)、超声、激光、热量(诸如烧灼)、光纤光、透热疗法以及其他开放式或封闭式能量的电子外科手术单元和其他能量发射外科手术设备。
[0023]所附权利要求中阐述了被认为是本发明的特性的其他特征。根据需要，这里公开了本发明的详细实施方式;然而，要理解，所公开的实施方式仅是可以以各种形式来实施的本发明的示例。因此，这里所公开的具体结构和功能细节不被解释为限制，而是仅作为权利要求的基础并作为示教一个本领域普通技术人员以实际上任意适当详细结构来不同地采用本发明的表示基础。进一步地，这里所用的术语和词组不旨在限制，而在于提供可理解的本发明的描述。虽然规范以定义被认为是新颖的本发明的特征的权利要求结束，但相信本发明将根据以下描述的考虑连同附图而被更好地理解，在附图中，贯彻相同的附图标记。附图不是等比例绘制。
[0024]本发明可以使用红外(IR)吸收光谱防止医疗过程期间的易燃气体或蒸汽的燃烧。本发明可以采用诸如检测易燃或可燃分子的基于MEME的IR传感器、收集可燃分子的吸气机构(或真空管)以及切断或减弱向电子外科手术单元或另一个能量发射医疗装置供给的电压或电流的所关联控制硬件(诸如微控制器或晶体管)的技术。
[0025]在公开并描述本发明之前，要理解，这里所用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，并且不旨在限制。如这里所用的术语“一个”被定义为一个或多于一个。如这里所用的术语“多个”被定义为两个或多于两个。如这里所用的术语“另一个”被定义为至少第二个或更多个。如这里所用的术语“包括”和/或“具有”被定义为包括(即，开放性语言)。如这里所用的术语“耦接”被定义为连接，虽然不是必须直接地且不是必须机械地。如这里所用的术语“大约”或“近似”适用于所有数值，无论是否是显示指示的数值。这些术语总体提及一个本领域技术人员将认为等效于所列举数值(即，具有相同的功能或结果)的数值范围。在许多情况下，这些术语可以包括被四舍五入为最近有效数字的数字。在该文献中，术语“纵向的”应被理解为是指沿对应于装置的主体段的伸长方向的方向。如这里所用的术语“过程”、“软件应用”等被定义为被设计用于在计算机系统上执行的一系列指令。“程序”、“计算机程序”或“软件应用”可以包括子例行程序、函数、例程、对象方法、对象实施方案、可执行应用、支程序、伺服小程序、源代码、目标代码、共享库/动态加载库和/或被设计用于在计算机系统上执行的其他的一系列指令。
【附图说明】
[0026]相同的附图标记贯穿单独视图提及相同或功能上类似的元件的附图连同下面的详细描述被并入并形成规范的一部分，用来进一步例示各种实施方式并说明全部根据本发明的各种原理和优点。
[0027]图1是根据本发明的气体感测外科手术装置的向下看的立体图；
[0028]图2是根据本发明的实施方式的、描绘位于外科手术装置的能量输出附近的孔的、图1的外科手术装置的部分A-A的特写图；
[0029]图3是根据本发明的、示出了气体向下游流动到气体识别传感器的、图1的外科手术装置的剖面侧图；
[0030]图4是根据本发明的实施方式的、示出了气体向下游流动到位于外科手术装置内的气体识别传感器的剖面侧图；
[0031]图5是根据本发明的实施方式的将气体识别传感器封装在装置内部的气体感测外科手术装置的向下看的立体图；
[0032]图6是根据本发明的实施方式的、具有从能量输出附近的环境向被定位为附属于外科手术装置的气体识别传感器延伸的管的气体感测外科手术装置的向下看的立体图；
[0033]图7是根据本发明的实施方式的、反映与气体感测装置一起使用的存储器模块的框图，该存储器存储具有包括样本气体标识符和气体标识符的数据结构的数据库；
[0034]图8是根据本发明的实施方式的、可以用于检测气体并控制装置的操作的装置中的部件的表示框图示意图；以及
[0035]图9是根据本发明的、表示在医疗过程期间感测一种或更多种气体并在感测一种或更多种气体时控制装置的操作的方法的过程流程图。
【具体实施方式】
[0036]虽然规范以定义被认为是新颖的本发明的特征的权利要求结束，但相信本发明将根据以下描述的考虑连同附图而被更好地理解，在附图中，贯彻相同的附图标记。要理解，所公开的实施方式仅是可以以各种形式来实施的本发明的示例。
[0037]本发明提供了一种新颖且有效的电气外科手术装置，该电气外科手术装置感测并识别一种或更多种易燃气体，随后在检测到气体时终止或减少从外科手术装置发射的一定量的能量。本发明的实施方式将新颖的感测方法论应用于发射能量的其他医疗装置(诸如各种类型的烧灼器、激光器、光线光源、透热电疗机、超声等)。另外，本发明的实施方式提供了一种可以使传感器并入到装置的主体中或者可以使传感器独立于医疗装置的气体感测外科手术装置。
[0038]现在参照图1，在向下立体图中示出了本发明的一个实施方式。图1示出了本发明的几个有利的特征，但如下面将描述的，本发明可以以数种形状、尺寸、特征和部件的组合以及变化数量和功能的部件来设置。如图1所示，气体感测外科手术装置100的第一示例包括外科手术装置102(也称为ESU)、可操作为识别气态物质的传感器106以及用于控制从ESU102发射的能量的电子电路系统104(或电子气体检测电路)。外科手术装置102在图中被示出为手持仪器，但本发明绝不限于任何特定类型的外科手术装置/仪器样式。当用户期望使用外科手术装置100时，在一个实施方式中，空气从使用ESU 102的外部环境108抽入，然后传输到可以识别气体的传感器106。传感器106和电子控制系统104经由从能量输出116向传感器106携带气体的管124可通信地耦接。如下面将更详细说明的，易燃或可燃气体的识别有利地且安全地减少或防止向ESU 102输出的能量。
[0039]在一个实施方式中，ESU102为(能够用用户的至少一只手支撑的)手持外科手术装置(在领域中还被称为“外科手术铅笔”)。外科手术铅笔的结构和用途在领域中是众所周知的。这些铅笔可以用于外科手术中，以切开患者和/或烧灼血管。患者的血管和其他组织的凝固防止流血。而且，这些外科手术铅笔可以被分为烧灼铅笔(即，使用外科手术铅笔的尖端处热传导破坏组织)或电外科铅笔(即，将能量传递到患者的组织中，以产生熔化组织的热量)。不管ESU 102的分类如何，本发明可以与可能产生足以引起火灾、爆炸或燃烧的“点火”的任意医疗装置一起使用。
[0040]如图1所示，ESU 102可以包括主体110，该主体110具有远端112(这里还称为“第一端”)和近端114(这里还成为“第二端”)；和能量输出116，该能量输出116位于主体110的远端112处。ESU 102还包括能量输入118。应注意的是，能量输出116和能量输入118不分别输出和接收相同数量或类型的能量。例如，能量输入118可以从电源接收调整后的120VAC，而输出116产生自调整超声刀片动作或电流发射。在一个实施方式中，能量输入118位于主体110的近端114处，并且可以包括从主体110向控制单元120延伸的绳索126。在其他实施方式中，能量输入118可以在ESU 102以电池或其他能源操作的情况下位于主体110内部或位于ESU 102的另一个部分处。绳索126可以包括用于给ESU 102提供动力和/或控制ESU 102的电子布线。对于图1中所示的ESU 102，能量输出116由(领域中称为“刀片”的)细长元件组成。在一个实施方式中，刀片由发射大约I安培的最大电流的金属材料组成。在其他实施方式中，能量输出116的类型、形状以及材料可以变化，例如，为发射超声能量/通常已知为在患者的组织内部产生热量的移动的扁平的、基于聚合物的材料。
[0041 ]在一个实施方式中，ESU 102可以具有可操作为从能量输入118向能量输出116传送能量的控制开关122。例如，控制开关122可以具有断开电子电路、中断或使电流(S卩，能量)从一个导体向另一个导体转向的第一位置。开关122可以具有闭合两个触点之间的环路从而向能量输出116传送电流的第二位置。开关122可以独立于电子电路系统104来操作，或者可以经由电子电路系统104来控制，使得开关被认为是“继电器”。
[0042]现在参照图2，示出了气体感测装置100的特写剖面图A-A。在一个实施方式中，主体110可以被理解为限定位于能量输出116附近的至少一个进气孔200。至少一个孔200为位于发射能量的外部环境108中的气体提供入口。这有利地提供向传感器106高效且有效地引导气体的能力。在其他实施方式中，主体110不具有孔200。在其他实施方式中，主体100具有位于能量输出116附近或远离能量输出116距离的多个孔200。如果ESU 102不应具有孔200，则传感器106可以直接暴露于外部环境，或者装置100可以在主体110不限定孔200的情况下具有从能量输出116向传感器106引导气体的管124。
[0043]参照图3，在另外的实施方式中，ESU102(更具体地为主体110)限定从至少一个孔200延伸并设置与外部环境108流体连通的传感器106的通道300。由此可见，外科手术装置100可操作为在可以包括处于或沿着释放能量的输出116处的任意位置的能量输出116的现场处更有效地收集并传送气体。为了增加或诱连通道300内气体的流动，通道压力(S卩，通道300内部的内部气体压力)可以低于大气压力或外部环境108的其他压力。这可以经由真空栗、排气扇或用于降低通道300内的压力的任意其他装置来完成。在一个实施方式中，包括主体110的结构部件的、用于降低通道300内的压力或向传感器106吸入气体的装置或其他部件可以总称为抽吸组件。在一些实施方式中，抽吸组件可以包括通道300。在其他实施方式中，抽吸组件可以不包括通道300，并且可以由用于向传感器106吸入气体的更多或更少部件组成。
[0044]在一个实施方式中，传感器106可操作为识别能量输出116邻近内的特定气体(气态物质)。如所讨论的，由抽吸组件进行的吸气可以用于快速且有效地向传感器106传送气体。在一个实施方式中，传感器106可以检测并将样本(S卩，来自外部环境108的气体)内的具体期望气体的气体浓度与已知存储值样本进行比较。传感器106可使用催化氧化、光谱或识别气体的或气体内特性的任意其他方法来操作。催化氧化涉及使用具有电阻的电线，电线上从氧化过程释放的热量(以电阻变化的形式)用桥接电路来测量。传感器106还可以有利地使用光谱或物质与所辐射能量之间的相互作用。这提供定性识别可燃的气态物质的非常准确且有效的处理。领域中已知使用光谱的传感器，但传感器通常包括将物质与所辐射能量的相互作用测量为它的波长或频率的函数，经常反映为光谱。
[0045]使用光谱可以使用具有各种类型的所辐射能量以及能量与期望被识别的物质之间的相互作用的各种技术和实施方案来完成。各种类型的所辐射能量中的一些包括(通常由光谱的波长区域来分类的)电磁辐射、离子辐射(诸如具有由粒子的动能确定的波长的电子和中子)以及声光谱(诸如所辐射压力波)。在一个实施方式中，传感器106利用电磁光谱来识别环境108中的气态物质。通常已知使用电磁光谱识别物质。然而，通常地，电磁波经由振荡电场或振荡磁场传播穿过空间或物质。电磁波的频率范围称为电磁光谱。这些频率通常在12t3Hz(伽马射线)至16Hz(无线电波)的范围内。从高到低，这些频率被分为伽马射线、X射线、紫外线、可见光、红外(IR)线、微波以及无线电波。电场或磁场的变化可能引起分子的变化。电磁辐射可以被物质传输、吸收或反射，并且各光谱区域(例如，IR光)可以用于根据分给分子的一定量的能量来识别或研究分子。虽然可能存在光谱处理中所涉及的一些量化(例如，吸收率)，但由传感器进行的气态物质的识别本质上是定性的。
[0046]在另一个实施方式中，传感器有利地利用红外光谱来识别气态物质。这主要是因为由气体分子进行的红外光的吸收对于该光谱区域是唯一且选择性的。红外光通常具有从每秒4xl014周至每秒SxlO14周的频率。此外，因为要求大部分气体识别传感器被设置于气流内，所以它们的寿命通常短。IR传感器(诸如可以与本发明一起使用的一个传感器)可以被设置于位置中，使得它们不与气态物质直接相互作用。这是因为气体分子仅和与传感器关联的光线而不是传感器本身反应。
[0047]传感器106还可以采用用于与气态物质相互作用的各种技术。这可以包括吸收(测量传输穿过材料的能量的分数)、发射(测量从待识别材料辐射的一定量的能量)、弹性散射和反射(测量入射辐射如何被材料反射或散射)、阻抗(测量物质阻碍或减缓能量传输的能力)、非弹性散射(测量改变所散射辐射的波长的、辐射与物质之间的交换能量)、相干和共振(测量或检测在相互作用期间被激励为非稳定状态然后恢复为分子的初始状态的分子一一通常使用激光器)以及其他技术。
[0048]使用检测并识别具体气体的光谱法的IR光传感器或其他传感器还可以与其他电气部件或特征(诸如放大器、微机电系统(MEMS)、纳米机电系统(NEMS)) —起使用。这允许气体识别传感器非常小且适合在非常小维数的规格(诸如外科手术装置)内。简洁地回到参照图1，在一个实施方式中，气体传输到位于ESU 102外部但用管124耦接到ESU 102的气体传感器106。气体传感器106可以位于控制单元120，在该控制单元120中，确定气体的识别。气体传感器106可通信地耦接到电路104，其中，特定可燃或易燃气体的识别触发电路减弱或防止向能量输出116传送的能量。能量可以经由标准插座、电池、光源或其他能源供给给ESU102。
[0049]IR光吸收光谱可以用于确定并识别易燃的特定气态物质。通常已知该过程，但在一个所描述的实施方式中，装置100可以被操作为使得气体识别传感器106从能量输出116附近的环境108接收空气。空气还可以包括预定为易燃或可能引起爆炸/火灾的气态物质。应注意的是，在特定实施方式中，用户期望识别的气态物质的类型和种类可以在装置100本身上改变或借助与装置关联的辅助电子/无线部件(例如，蓝牙控制器或计算机应用/软件)来改变。所述另一个方式，传感器可操作为被用户电子地调谐以选择期望被识别的特定气体。由此可见，用户可以在不添加额外传感器的情况下有利地改变他或她期望识别的气体，以便提供一个适于各具有变化的气态火灾催化剂的各种外科手术或操作环境的通用装置。例如，在一个实施方式中，装置可以被电子地调谐成如这里所述的对于外科手术设置检测氧气和甲烷，其中，这两种气体是用户主要关心的事。然后，该同一装置可以被调谐成仅检测甲烷，其中，仅所述气体为用户关心的事。
[0050]传感器可以使用传感器内的一个或更多个滤波器来选择性地调谐或改变。这些滤波器可以彼此相关的来调节，以在光从外部环境向接收器穿过气态物质的样本之后传输特定波长的光。这些滤波器的调整可以使用一个或更多个MEMS或NEMS部件来进行。
[0051]然后，传感器106可以将IR光传播到气态物质中，其中，IR光中的一些将被气态物质的分子吸收。通常，当气体的分子吸收IR光时，它具有吸收峰。气体分子越复杂(即，分子具有的原子越多)，将发生的吸收带越多。各气态物质具有可以识别气态物质的唯一吸收曲线。
[0052]在一个实施方式中，关于IR光吸收光谱，吸收到气体分子中的一些IR光处于分子的自然频率，从而产生领域中称为的“共振”。该共振使得分子有力地振动，这产生热量。温度升高与气体密度成比例，并且可以经由传感器来检测。在其他实施方式中，传输穿过分子的(即，未吸收的)IR光或能量将低于初始能量，这也可以被测量。然后，传感器通常借助检测器将所测量的电磁能量或温度变化转换成可以由处理器翻译的电信号。除了检测之外，传感器106还可以使用光调制器、滤波器、气光电池、光路或其他已知的部件。由此可见，气体识别传感器106将可操作为识别各种气体(诸如(I)烷类或饱和烃(例如，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷);(2)环烷；(3)烯烃或不饱和烃(例如，乙烯);(4)芳烃(例如，苯);(5)醇类(例如，甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇；以及(6)胺类(例如，二甲胺)和许多其他气体)。
[0053]图4例示了装置400，在该装置400中，气体传感器106位于ESU 404的主体402内。该实施方式反映在使用时期之后可任意处理的ESU 404。在传感器106检测可燃气体的身份之后，传感器106向控制从能量输出408发射的能量的电路406发送信号或其他数据。图5例示了除了现在电路406和传感器106封装在ESU 504的主体502内之外类似的手持外科手术装置500。因此，装置500的唯一外部部件现在为能源(未示出)。这允许控制电路、软件以及硬件的全部位于ESU 504内，使得装置500可以被容易地运输并连接到基本上任意的电源、或能源。类似于这里所讨论的装置100的其他实施方式，主体502包括第一端506、第二端508以及分开第一端506和第二端508的主体段510。
[0054]如与那些已知的外科手术装置相反的，本发明采用吸入从外科手术装置释放的能量的现场邻近处或内发现的气体，然后将红外(IR)吸收光谱或(不取决于氧气水平或与不与氧气水平有关的)其他检测手段用于检测易燃或可燃气体的身份。然后，本发明使用切断或减弱可以点燃那些所识别气体的医疗装置的电流或电压的硬件(诸如处于ESU 102内或附属于ESU 102的控制箱内的晶体管或微处理器)。该装置可以与各种类型的ESU(诸如烧灼器、激光器、超声、透热电疗机、光纤光源等)以及其他能量发射外科手术装置兼容。在一个实施方式中，仅一个使用光谱法的传感器106将识别气态物质。在其他实施方式中，光谱传感器可以与其他气体检测传感器或不用于检测气体的其他传感器(诸如温度传感器和定量传感器)组合使用。IR吸收光谱传感器106可以位于装置100内或附接到装置100，可以位于装置100外部和/或可以位于气流的下游(如图3和图4所示)。
[0055]在一个实施方式中，传感器106可操作为确定一种特定类型的气态物质。在其他实施方式中，传感器106可操作为确定多种气体中的至少一种，或者可操作为确定多种气体中的多种气体。传感器106所用的上述方法(例如，光谱)可以用于确定可燃或对用户或患者有危险的一种或更多种气体。
[0056]现在参照图6，示出了在气体传感器106位于ESU 102外部的情况下装置600的另一个实施方式。在装置600的例示图中，邻近能量输出116的气体借助管602从外部环境108向内部气体由传感器106识别的外部控制单元来转送。由此可见，ESU 102可以在使用之后快速丢弃并与新ESU 102互换。这允许装置600更昂贵的部件(S卩，控制单元和传感器)频繁地与不同的ESU 102—起使用。为了方便与ESU 102耦接的管602，可以采用夹子、胶粘剂或其他方法。
[0057]图7是表示根据本发明的实施方式的可以使用的存储器700的框图。为了确定可燃或有害的特定气体，装置100(或更具体地为传感器106)可以将样本气体标识符702(诸如IR光谱)与特定气体的存储值标识符704进行比较。例如，在装置100将气体从环境108带到传感器106之后，传感器106以一个或更多个样本气体标识符702的形式确定气态物质中气体或气体浓度是什么。典型乙醇IR光谱具有从大约3550-3200(^-1开始的宽峰(S卩，样本气体标识符702)。然后，该标识符702将由传感器106发送到具有数据库706(该数据库706具有至少一个数据结构708)的存储器700，其中，处理器将使样本气体标识符702与存储值标识符704关联。该方法仅是示例性的，并且本发明可以根据装置100所使用的感测手段而使用其他方法。
[0058]术语“数据结构”在这里被定义为存储并组织数据的任意特定方法。在一个实施方式中，数据结构708包括一个或更多个查找表。在其他实施方式中，数据结构708为B树、哈希表、阵列或存储并组织数据的其他方法。存储器700包括可以由处理器执行的一个或更多个程序。程序可以使得处理器执行包括访问并搜索存储器700的至少一组指令。
[0059]迅速回到参照图1，为了在传感器106具有识别可燃/易燃的特定气态物质的时间之前控制从装置100输出的能量，电子电路系统104可通信地耦接到传感器。更具体地，电子电路系统104在接收由传感器进行的气态物质的识别时可操作为控制从ESU 102输出的能量。因此，电路系统104完全可以在从传感器106接收任意输入或识别之前限制、减弱、维持或增加从ESU 102发射的能量。电系统104可以由电气元件或部件(诸如电阻器、电感器、电容器、传输线、电压源、电流源以及开关(包括拨动开关122))与集成电路(诸如微控制器/控制器)互连组成。该系统104还可以包含与传感器106连接用于控制或限制从ESU 102发射的能量的部件和/或特征。电路系统104可以位于ESU 102本身上，或者可以处于ESU 102外部。
[0060]图8中示出了描绘彼此之间互连的这些各种部件的示例实施方式的示意性框图。在气体传感器800接收样本气体标识符702之后，该标识符702通过使用处理器802发送到存储器804。存储器804可以具有数据库806(该数据库806具有一个或更多个气态物质标识符804)。处理器802可以执行存储器804上所存储的一个或更多个程序，以使样本气体标识符702与气态物质标识符704关联。基于所识别的气体的类型，然后，控制器808终止、减少、增加或维持从ESU输出810发射的能量。该过程提供识别潜在有害气体的高效且有效手段，从而防止能源(即，ESU 102)用这些气体促进燃烧和可能的爆炸。因为提高了患者的安全和福利，所以医疗设施和医生也将遭受更低的治疗不当额外费用以及民事责任的降低。
[0061]图9表示示出了操作装置100之前或操作装置100时装置100的操作的示例性处理流程图。医疗过程期间感测气体的处理在步骤900处开始且立即进行到提供具有上述所识别结构特征(例如，主体110、可操作为从能量输入118向能量输出116发射一定量的能量的电子电路系统104以及气体识别传感器106)的ESU 102的步骤902。随后，处理流动到询问ESU 102当前是否从能量输出116发射能量的步骤904。这可以使用一个或更多个电部件和/或软件部件(诸如微控制器)来进行。如果询问的响应为是，则处理进行到使电系统104阻碍或减少从能量输出116发射的一定量的能量的步骤906。如果询问的响应为否或在装置100已限制从能量输出116发射的一定量的能量之后，则处理进行到步骤908。
[0062]步骤908包括从邻近ESU102的第一端112或邻近能量输出116的位置接收气态物质，并且向气体识别传感器106传送该气态物质。一旦气态物质被传感器106接收，则下一步骤910为传感器106使用上述方法中的任一方法来识别气态物质。在步骤910之后，步骤912包括传感器106可能与电系统104组合确定气态物质是否可燃。在其他实施方式中，步骤912中的查询可以被修改为确定气态物质是否有害、是否可能引起或促进火灾或由用户设置的任意其他参数。如果查询的响应为是，那么处理退回使电系统104阻碍或减少从能量输出116发射的一定量的能量的步骤906。如果查询的响应为否，那么处理移动到向能量输出116传送能量的步骤914。
[0063]在一些实施方式中，在处理到达步骤914之后，处理将退回步骤908并重复步骤908之后的步骤。这可以使用一个或更多个部件或电系统104的软件(诸如由每隔1-2秒复查环境108中的情况的时钟生成器产生的内部时钟信号)来完成。在其他实施方式中，处理可以不断地复查能量输出116周围的环境的情况，或者可以被设置为任意其他间隔。在步骤914之后，处理在步骤916处终止。
[0064]已经公开了一种在感测潜在有害的气态物质时减少或完全限制(终止)医疗装置的能量输出的气体感测外科手术装置。该装置提供允许ESU和其他外科手术装置在气体和蒸汽的燃烧风险存在于它们的使用点处时终止、维持或减少能量的发射的高效可编程机构，从而在医疗过程期间防止对患者的严重烧伤或危及生命的烧伤。
【主权项】
1.一种气体感测外科手术组件，该气体感测外科手术组件包括: 手持外科手术装置，该手持外科手术装置具有: 主体、远端、近端以及分开所述远端与所述近端的主体段;和 能量输入和能量输出，所述能量输出位于所述主体的所述远端； 传感器，该传感器: 耦接到所述手持外科手术装置； 与外部环境流体连通;并且 被可操作地构造为在不使用额外传感器的情况下由用户电子地且选择性地改变，以检测多种气体；以及 电子气体检测电路，该电子气体检测电路可通信地耦接到所述传感器，并且可操作为在所述多种气体中的至少一种被所述传感器识别出时控制所述能量输出。2.根据权利要求1所述的气体感测外科手术组件，其中，所述主体限定: 位于所述能量输出附近的至少一个进气孔;和 从所述至少一个进气孔延伸的通道，该通道将所述传感器设置成与所述外部环境流体连通。3.根据权利要求2所述的气体感测外科手术组件，所述气体感测外科手术组件还包括: 通道压力，该通道压力低于外部环境压力。4.根据权利要求1所述的气体感测外科手术组件，所述气体感测外科手术组件还包括: 存储器，该存储器可通信地耦接到所述传感器，并且具有将由所述传感器接收的样本气体标识符与所述多种气体中的所述至少一种的存储值标识符相关联的至少一个数据结构。5.根据权利要求1所述的气体感测外科手术组件，其中， 所述传感器定性地检测所述多种气体。6.根据权利要求1所述的气体感测外科手术组件，其中， 所述传感器使用红外光谱来可操作地构造。7.根据权利要求1所述的气体感测外科手术组件，其中，所述传感器还包括: 微机电系统MEMS部件和纳米机电系统NEMS部件中的至少一种，所述MEMS部件和所述NEMS部件中的所述至少一种用于检测所述多种气体。8.一种气体感测外科手术组件，该气体感测外科手术组件包括: 电气医疗装置，该电气医疗装置具有主体、连接到能源的能量输入以及位于所述医疗装置的第一端处的能量输出，所述电气医疗装置借助电子电路系统可操作为从所述能量输入向所述能量输出发射一定量的能量;和红外光谱传感器，该红外光谱传感器: 耦接到所述电气医疗装置； 与外部环境流体连通； 被构造为在不使用额外传感器的情况下由用户电子地且选择性地改变，以检测多种气体中的至少一种;并且 与所述电子电路系统可通信地耦接， 其中，所述电子电路系统在所述传感器检测到所述多种气体中的所述至少一种时减少从所述能量输出发射的所述一定量的能量。9.根据权利要求8所述的气体感测外科手术组件，所述气体感测外科手术组件还包括: 抽吸组件，该抽吸组件与所述传感器流体连通，所述抽吸组件将所述多种气体中的邻近所述医疗装置的所述第一端的至少一种汲取到所述传感器。10.根据权利要求8所述的气体感测外科手术组件，其中， 所述传感器定性地检测所述多种气体。11.根据权利要求8所述的气体感测外科手术组件，所述气体感测外科手术组件还包括: 存储器，该存储器可通信地耦接到所述传感器，并且具有将由所述传感器接收的样本气体标识符与所述多种气体中的至少一种的存储值标识符相关联的至少一个数据结构。12.—种在医疗过程期间感测气体的方法，所述方法包括以下步骤: 提供外科手术装置，该外科手术装置具有主体、能源、位于所述外科手术装置的远端处的能量输出、可操作为从所述能量输出发射一定量的能量的系统、以及能够被电子地调谐以识别多种气体中至少一种的气体识别传感器； 电子地调谐所述传感器，以识别所述多种气体中的所述至少一种； 从邻近所述能量输出的位置接收至少一种气体； 向所述气体识别传感器传送所述至少一种气体； 用所述气体识别传感器识别所述至少一种气体;并且 在识别出所述至少一种气体时减少从所述能量输出发射的所述一定量的能量。13.根据权利要求12所述的方法，其中， 所述传感器利用光谱来识别所述多种气体。14.根据权利要求12所述的方法，其中， 所述传感器利用电磁光谱来识别所述多种气体。15.根据权利要求12所述的方法，其中， 所述传感器利用红外光谱来识别所述多种气体。
【文档编号】A61B18/12GK105916460SQ201380081561
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2013年12月9日
【发明人】E·M·多伊彻, F·A·瓦萨洛二世
【申请人】E·M·多伊彻, F·A·瓦萨洛二世