皮肤状态监测器及其用于电外科设备的方法与流程

优先权

本申请要求2018年1月23日提交的美国临时专利申请号62/620,551的优先权，其题为“skinstatusmonitorandmethodthereofforelectrosurgicalapparatuses”，其内容通过引用整体并入本文。

本公开总体上涉及电外科和电外科系统和设备，并且更特别地，涉及在冷等离子体施加中与电外科设备一起使用的皮肤状态监测设备。

背景技术：

高频电能已经被广泛用于外科手术中。使用电外科能量切割组织并凝结体液。

电外科器械通常包括“单极”装置或“双极”装置。单极装置包括电外科器械上的有源电极，该电极带有附接到患者的返回电极。在单极电外科手术中，电外科能量通过器械上的有源电极流过患者的身体到达返回电极。这种单极装置在其中需要切割和凝结组织且其中杂散电流不会对患者造成实质性危险的外科手术中是有效的。

双极装置包括外科器械上的有源电极和返回电极。在双极电外科装置中，电外科能量通过有源电极流到患者的组织，通过穿过组织的一小段距离到返回电极。电外科效应基本上局限于设置在外科器械上的两个电极之间的小面积的组织。已经发现，双极电外科装置对于外科手术是有用的，在外科手术中杂散电流可能对患者造成危害，或者其中其他程序考虑需要有源电极和返回电极非常接近。涉及双极电外科的外科操作常常需要与涉及单极电外科的方法和程序显著不同的方法和程序。

气体等离子体是一种能够传导电能的离子化气体。等离子体被用在外科装置中，以向患者传导电外科能量。等离子体通过提供相对低电阻的路径来传导能量。电外科能量将跟随通过血浆来切割、凝结、干燥或电灼患者的血液或组织。电极和被处理的组织之间不需要物理接触。

不包含受调节的气体的源的电外科系统可以电离有源电极和患者之间的环境空气。由此产生的等离子体将向患者传导电外科能量，尽管与具有受调节的可电离气体流的系统相比，等离子体弧通常在空间上看起来更加分散。

大气压放电冷等离子体施加器已经在各种应用中得到使用，包括表面消毒、止血和肿瘤消融。在后一个示例中，该过程会相对缓慢，利用汽化和烧焦的组织生成大量有害烟雾，并且当使用高功率电外科能量时，可能对周围的健康组织造成附带损伤。由于等离子体束的宽度，精确的准确度也会是一个问题。

技术实现要素：

本公开提供了一种皮肤状态监测设备，其包括一个或多个传感器，用于基于一个或多个所监测的变量实时感测施加到手术部位的能量密度。本公开的皮肤状态监测设备联接到能够生成冷等离子体的电外科装置的远侧尖端。基于所感测的施加能量密度，可调整冷等离子体束的所施加的功率水平，使得施加到手术部位的能量密度保持在对手术部位实现期望的生理效果的有益范围内。

在本公开的一个方面，提供了一种电外科设备，其包括：包括远侧尖端的施加器，该施加器被配置成用于生成等离子体并从远侧尖端喷射所生成的等离子体；和支座装置，该支座装置包括施加器接收部分、至少一个柱和基部，所述至少一个柱将施加器接收部分联接到基部，并且施加器接收部分被配置成接收施加器的远侧部分，使得当基部接触组织表面时，施加器的远侧尖端穿过施加器接收部分的孔设置在距组织表面预先确定的固定距离处。

根据电外科设备的一个方面，基部被配置成具有孔的环形形状，并且远侧尖端被定向成使得等离子体穿过基部的孔被施加到组织表面。

根据电外科设备的一个方面，基部包括至少一个传感器，用于在基部接触组织表面时监测与组织表面相关联的至少一个变量。

根据电外科设备的一个方面，电外科设备还包括至少一个控制器，该控制器被配置成基于所监测的至少一个变量来确定由等离子体施加到组织表面的能量密度，并基于所确定的能量密度来调整等离子体的所施加的功率水平。

根据电外科设备的一个方面，所述至少一个控制器被配置成调整等离子体的所施加的功率水平，使得施加到组织表面的能量密度保持在实现期望生理效果的预先确定的有益范围内。

根据电外科设备的一个方面，电外科设备还包括至少一个控制器，该控制器被配置成基于所述至少一个变量来确定施加器的远侧尖端相对于组织表面的移动方向和/或速度中的至少一者。

根据电外科设备的一个方面，所述至少一个传感器是环状传感器。

根据电外科设备的一个方面，所述至少一个传感器包括传感器阵列。

根据电外科设备的一个方面，该电外科设备还包括电路，该电路被配置成串行化从传感器阵列接收到的测量数据，并经由单线将测量数据输出到所述至少一个控制器。

根据电外科设备的一个方面，所述至少一个传感器是温度传感器，并且所述至少一个变量是组织表面的温度。

根据电外科设备的一个方面，所述至少一个传感器包括至少第一和第二接触电极。

根据电外科设备的一个方面，电外科设备还包括包含至少一个控制器的电路，该电路被配置成向第一和第二接触电极施加探测信号并测量第一和第二接触电极的电压和电流，所述至少一个控制器被配置成基于第一和第二接触电极的电压和电流测量结果来确定组织阻抗，并基于所确定的组织阻抗来调整等离子体的所施加的功率水平。

根据电外科设备的一个方面，电外科设备还包括包含至少一个控制器的电路，该电路被配置成向第一和第二接触电极施加探测信号，并测量第一和第二接触电极的电压和电流，所述至少一个控制器被配置成确定第一和第二接触电极的电压和电流之间的相移，并基于所确定的相移来调整等离子体的所施加的功率水平。

根据电外科设备的一个方面，所述至少一个传感器包括至少第一和第二声换能器，并且该电外科设备还包括被配置成向第一声换能器施加电振荡的电路，使得声发射从第一声换能器发射到组织表面中并被第二声换能器接收，该电路还被配置成基于第一和第二声换能器之间的距离以及第一和第二声换能器之间发射的声发射的飞行时间来确定组织表面的声阻抗，并基于所确定的声阻抗来调整等离子体的所施加的功率水平。

根据电外科设备的一个方面，所述至少一个传感器包括至少第一和第二声换能器，并且该电外科设备还包括被配置成向第一声换能器施加电振荡的电路，使得声发射从第一声换能器发射到组织表面中并被第二声换能器接收，该电路还被配置成基于由第二声换能器接收的声信号的幅度来确定组织表面的声吸收，并基于所确定的声阻抗来调整等离子体的所施加的功率水平。

根据电外科设备的一个方面，该电外科设备还包括用于确定等离子体的电阻抗的至少一个传感器和至少一个控制器，所述至少一个控制器被配置成基于所确定的电阻抗来调整等离子体的所施加的功率水平。

根据电外科设备的一个方面，该电外科设备还包括用于确定等离子体和/或组织表面的电压和电流之间的相移变化的电路，该电路包括至少一个控制器，所述至少一个控制器被配置成基于所确定的相移变化来调整等离子体的所施加的功率水平。

在本公开的另一方面，提供了一种电外科设备，包括：包括远侧尖端的施加器，该施加器被配置成用于生成等离子体并将所生成的等离子体从远侧尖端喷射到组织表面上；发射收集器，其被配置成收集第一类型的发射；以及至少一个控制器，其被配置成输出反馈信号，以基于所收集的发射来调整所生成的等离子体的所施加的功率水平。

根据电外科设备的一个方面，反馈信号被提供给联接到施加器的电外科发生器。

根据电外科设备的一个方面，发射收集器是声管，并且第一类型的发射是来自等离子体的声发射。

根据电外科设备的一个方面，声管包括用于接收声发射的开放端部，该开放端部靠近施加器的远侧尖端设置。

根据电外科设备的一个方面，还包括声换能器，该声换能器被配置成经由声管接收声发射，并生成与声发射的等离子体声发射频率相关联的电信号，并将电信号提供给所述至少一个控制器。

根据电外科设备的一个方面，还包括用于放大提供给所述至少一个控制器的电信号的放大器和用于数字化提供给所述至少一个控制器的电信号的模数转换器。

根据电外科设备的一个方面，所述至少一个控制器、放大器和模数转换器每个与声换能器位于同一位置。

根据电外科设备的一个方面，发射收集器是光纤，并且第一类型的发射是来自等离子体的光谱。

根据电外科设备的一个方面，光纤的尖端靠近用于收集光谱的施加器的远侧尖端设置。

根据电外科设备的一个方面，还包括光学接口，该光学接口被配置成接收所收集的光谱并将该光谱转换成电信号以提供给所述至少一个控制器。

根据电外科设备的一个方面，还包括被配置成接收所收集的光谱的光学接口，该光学接口包括第一带通滤波器和第一光检测器，第一带通滤波器被配置成接收所收集的光谱并将光谱的至少一个源自组织的发射分量传递给第一光检测器，第一光检测器被配置成将源自组织的发射分量转换成第一电信号并将第一电信号提供给所述至少一个控制器。

根据电外科设备的一个方面，光学接口还包括第二带通滤波器和第二光检测器，第二带通滤波器被配置成接收所收集的光谱并将与施加器的载气相关联的至少一个发射分量传递给第二光检测器，第二光检测器被配置成将与载气相关联的所述至少一个发射分量转换成第二电信号，并将第二电信号提供给所述至少一个控制器。

附图说明

当结合所附附图考虑，根据以下详细描述，本公开的上述和其他方面、特征和优点将变得更加明显，其中：

图1是根据本公开实施例的示例性单极电外科系统的图示；

图2a是根据本公开实施例的电外科设备的示意图；

图2b是沿线a-a截取的图2a所示的电外科设备的截面图；

图3a是根据本公开实施例的电外科设备的放大截面图；

图3b图示了沿线b-b截取的图3a所示电外科设备的主视图；

图4是图3a所示电外科设备的放大截面图，其中刀片延伸；

图5a图示了根据本公开实施例的由低能量密度分布的等离子体束在手术部位上产生的组织热扩散分布；

图5b图示了根据本公开实施例的由中等能量密度分布的等离子体束在手术部位上产生的组织热扩散分布；

图5c图示了根据本公开实施例的由高能量密度分布的等离子体束在手术部位上产生的组织热扩散分布；

图6是根据本公开实施例的通过等离子体束在手术部位上产生的组织热扩散分布的另一图示；

图7a和7b图示了根据本公开实施例的由电外科设备的扫描运动形成的热耗散的拖尾尾部；

图8a是根据本公开实施例的联接到电外科设备的远端的皮肤状态监测设备的侧视图；

图8b是根据本公开实施例的穿过图8a的皮肤状态监测设备的远端的视图；

图9是根据本公开实施例的图8a的皮肤状态监测设备的透视图；

图10a图示了根据本公开实施例的包括环形传感器的图8a的皮肤状态监测设备；

图10b图示了根据本公开实施例的包括多个单独传感器的图8a的皮肤状态监测设备；

图11a图示了根据本公开实施例的由具有刀片型电极的电外科设备产生的等离子体束扫描；

图11b是根据本公开实施例的从固定点观察的接收到的等离子体束功率的对应于图11a的曲线图；

图11c是根据本公开实施例的由具有刀片型电极的电外科设备产生的等离子体束扫描的另一图示；

图11d是根据本公开实施例从固定点观察的接收到的等离子体束功率的对应于图11c的曲线图；

图12是用于根据本公开实施例的图8a的皮肤状态监测设备的电路框图；

图13a图示了根据本公开实施例的由电外科设备生成的冷等离子体束的等离子体阻抗和目标组织部位的组织阻抗；

图13b是根据本公开实施例的图13a所示的等离子体阻抗和组织阻抗的等效电路；

图14包括示出根据本公开实施例的在各种电外科条件下组织阻抗的变化的曲线图；

图15是根据本公开实施例的电路的框图；

图16图示了根据本公开的实施例的设置在支座基部上的电极阵列；

图17是根据本公开实施例的组织电阻抗测量系统的框图；

图18图示了根据本公开实施例的设置在支座基部上的声换能器阵列；

图19是根据本公开实施例的声阻抗测量系统的框图；

图20是根据本公开实施例的差分声吸收测量系统的框图；

图21图示了根据本公开实施例的用于测量等离子体声发射的设备；

图22图示了根据本公开实施例的用于测量等离子体发射光谱的设备；

图23图示了根据本公开实施例的用于与图22所示设备一起使用的光学接口；和

图24a和图24b图示了根据本公开实施例的示例性组织衍生的光发射。

具体实施方式

下面将参考所附附图描述本公开的优选实施例。在以下描述中，没有详细描述众所周知的功能或构造，以避免在不必要的细节上模糊本公开。在附图和随后的描述中，传统的术语“近侧”将指代装置（例如器械、设备、施加器、机头、镊子等）的更靠近使用者的一端，而术语“远侧”将指代更远离使用者的一端。在本文中，短语“联接”被定义为直接连接到或通过一个或多个中间部件间接地连接。这种中间部件可包括基于硬件和软件的部件。

图1示出了大体指示为10的示例性单极电外科系统10，其包括大体指示为12的电外科发生器（esu）和大体指示为14的等离子体发生器14，电外科发生器12用于为电外科设备10生成能量，等离子体发生器14用于生成等离子体流16并将其施加到患者20的搁置在传导性板或支撑表面22上的手术部位或目标区域18。电外科发生器12包括大体指示为24的变压器24，该变压器包括联接到电源（未示出）以向等离子体发生器14提供高频电能的初级和次级。典型地，电外科发生器12包括不参考任何电势的隔离浮动电势。因此，电流在有源电极和返回电极之间流动。如果输出不被隔离，而是以“地”为参考，则电流可以流向具有地电势的区域。如果这些区域与患者的接触面积相对地小，则会发生不希望的灼伤。

等离子体发生器14包括机头或保持器26，该机头或保持器26具有电极28，该电极28至少部分地设置在流体流动壳体29内，并联接到变压器24以从其接收高频电能，从而至少部分地电离被馈送到机头或保持器26的流体流动壳体29的惰性气体，以生成或产生等离子体流16。高频电能从变压器24的次级通过有源导体30被馈送到机头26中的电极28（统称为有源电极），以产生用于施加到患者20身上的手术部位18的等离子体流16。此外，限流电容器25与电极28串联设置，以限制输送给患者20的电流量。

到电外科发生器12的返回路径通过患者20的组织和体液、导体板或支撑构件22和返回导体32（统称为返回电极）到达变压器24的次级，以完成隔离的浮动电势电路。

在另一个实施例中，电外科发生器12包括不参考任何电势的隔离的非浮动电势。流回到电外科发生器12的等离子体电流通过组织和体液以及患者20。从那里，返回电流电路通过到等离子体发生器机头26、外科医生的组合外部电容以及通过位移电流来完成。电容尤其由患者20的身体大小决定。这种电外科设备和发生器在授予konesky的共同拥有的美国专利号7,316,682中有所描述，该专利的全部内容在此通过引用全部并入本文。

应当理解，变压器24可设置在等离子体发生器机头26中，如将在下面的各种实施例中描述的。在这种配置中，可以在发生器12中提供其他变压器，以用于向机头中的变压器提供适当的电压和电流，例如降压变压器、升压变压器或其任意组合。

参考图2a，图示了根据本公开的电外科设备100。通常，设备100包括具有近端103和远端105的壳体102，以及管104，管104具有开放远端106和联接到壳体102的远端105的近端108。壳体102包括右侧壳体110和左侧壳体112，并且还包括用于按钮114和滑动件116的设置。滑动件116的激活将在管104的开放远端106处暴露刀片118。按钮114的激活将向刀片118施加电外科能量，并且在某些实施例中，使得气体能够流过流管122，如将在下面详细描述的。

另外，变压器120设置在壳体的近端103上，用于将射频（rf）能量源联接到设备100。通过在设备100中提供变压器120（与将变压器定位在电外科发生器中相反），用于设备100的功率从比当变压器远离发生器定位时所需的更高的电压和更低的电流产生，这导致更低的热化效果。相比之下，发生器中后面的变压器以具有更大的热化效果的更低的电压、更高的电流产生施加器功率。因此，通过在设备100中提供变压器120，对手术部位组织处的附带损伤被最小化。

图2b示出了沿着设备102的线a-a的截面图。沿着设备100的纵向轴线延伸的流管122设置在壳体102和管104内。在流管122的远端124上，刀片118被保持在流管122内。流管122的近端126经由管连接器128和柔性管件129联接到气体源。流管122的近端126还经由插头130联接到rf能量源，插头130联接到变压器120。流管122由导电材料制成，优选为不锈钢，以便在被用于等离子体施加或电外科切割时将rf能量传导至刀片118，如下所述。外管104由非导电材料构成，例如lestran。滑动件116经由保持套环132联接到流管122。印刷电路板（pcb）134设置在壳体102中，并经由按钮114控制来自变压器120的rf能量的施加。

应当理解，滑动件116可在线性方向上可自由移动，或者可包括用于增量移动（例如棘轮移动）的机构，以防止设备100的操作者过度延伸刀片118。通过采用用于刀片118的增量移动的机构，操作者将对暴露的刀片118的长度有更大的控制，以避免对手术部位处的组织造成损伤。

外管104的远端106的放大视图也在图2b中图示。这里，刀片118联接到流管122，流管122通过至少一个密封件136保持在外管104中的适当位置。所述至少一个密封件136防止气体回流到管104和壳体102中。圆柱形陶瓷插入件138设置在外管104的远端中，以沿着设备100的纵向轴线保持刀片，并且当刀片被暴露在外管104的远端之外时，在机械切割期间提供结构支撑。

现在将参照图3a和3b描述设备100的操作方面，其中图3a示出了设备的放大截面，并且图3b图示了设备的主视图。

参考图3a，流管122设置在外管104中，其中圆柱形绝缘体140围绕流管122设置。滑动件116联接到绝缘体140，并被用于延伸和缩回刀片118。在外管104的远端106处，环状或环形形状的密封件136和圆柱形陶瓷插入件138围绕流管122设置。如在图3b中可以看到的，大致平面的刀片118联接到圆柱形流管122的内周向部分，使得两个气体通道142、144形成在刀片118的两侧上。当气体从壳体的近端103流过流管122时，气体将经过刀片118流出外管104的远端。

当刀片处于图3a所示的缩回位置中时，设备102适合于生成等离子体。在缩回位置中，rf能量经由流管122从电外科发生器（未示出）传导至刀片118的尖端146。惰性气体（诸如氦或氩）然后从电外科发生器抑或外部气体源供应到流管。当惰性气体流过保持高电压和高频率的刀片118的尖点146时，生成冷等离子体束。

参照图4，刀片118经由滑动件116前进，因此尖端146延伸通过外管104的远端106。在这种状态下，刀片118可以用于两种切割模式：机械切割和电外科切割。在机械切割模式下，rf或电外科能量不被施加到流管122或刀片118，并且因此，刀片118处于断电状态。在这种模式下，刀片118可以经由机械切割来切除组织。在组织被去除之后，刀片118可经由滑动件116缩回，并且电外科能量和气体可经由按钮114施加，以生成冷等离子体束，以便用于手术患者部位的烧灼、消毒和/或止血。

在电外科切割模式中，刀片118在通电和具有惰性气体流的同时前进以及被使用。这种配置类似于电外科刀方法，其中电外科能量进行切割。然而，随着惰性气体流的加入，切口实际上没有焦痂，其中沿着切口侧壁的附带损伤非常小。与在刀片未通电时（即机械切割模式）时相比，切割速度显著更快，且机械切割阻力更小。止血也在这个过程期间受到影响。

如上所述，能够生成冷等离子体的电外科装置，诸如大致14的等离子体发生器和设备100，可用于电外科手术中，以经由所生成的冷等离子体束将电外科能量施加到手术部位（例如，患者的组织）。如下文将描述的，施加到手术部位的能量密度可基于多种因素中的任何一种（显著地）变化。然而，关键的是施加到手术部位的能量密度保持在某个狭窄的有益范围内，以实现手术部位所期望的生理效果。本公开提供了一种皮肤状态监测设备，其被配置成基于一个或多个因素实时感测施加到手术部位的能量密度。基于感测到的施加能量密度，可调整冷等离子体束的所施加的功率水平，使得施加到手术部位的能量密度保持在对手术部位实现所期望的生理效果的有益范围内。在一个实施例中，本公开的皮肤状态监测设备被配置成联接到能够生成冷等离子体的电外科装置的远端。在其他实施例中，电外科设备可包括集成的皮肤状态监测部件。

例如通过使用冷等离子体发生装置（诸如但不限于上述设备14和100），能量到手术部位的沉积会影响各种外科手术。更具体地说，给定的最小能量密度（例如，以每单位面积焦耳为单位）必须被施加到手术部位，以实现所期望的生理效果。然而，可能存在阈值能量密度，超过该阈值能量密度，手术部位将会发生组织损伤效应。在某些情况下，有益效果和有损伤的效果之间的阈值可能非常陡峭，并且能量密度的相对小的增加就会越过这个阈值。换句话说，仅仅增加所施加的能量密度的百分之几就可以在处理效果和有损伤的效果之间造成差异。

有几个因素会影响施加到手术部位的能量密度。这些因素包括但不限于施加面积、等离子体束的所施加的功率水平、施加部位吸收能量的能力、从施加部位去除能量的任何冷却因素以及停留时间。在冷等离子体射流施加器的情况下，诸如上述设备14和100，用作额外冷却剂的载气的流速也影响到操作部位的净施加能量密度。

冷等离子体从冷等离子体生成装置的施加器尖端（例如，诸如，经由设备100的远端106和流管122）被施加到施加部分。从施加器尖端到施加部位的距离在所施加的能量密度中会起到重要作用。对于基于光学的能量施加器，（诸如激光器）来说，尤其如此。这里，所施加的功率密度与施加器距施加部位的距离成反比，并且施加器距离的相对较小的变化会对所施加的功率密度具有显著影响。应注意的是，术语施加的功率密度指代被施加到给定区域的有效功率的瞬时量，以每单位面积的功率（例如瓦特/cm²）单位给出。施加的能量密度由施加的功率密度乘以功率密度施加到给定区域的持续时间来确定。这个持续时间有时被称为停留时间。施加的能量密度单位是每单位面积的能量，诸如瓦特-秒/cm²或焦耳/cm²。应注意的是，术语“施加的”或“有效的”旨在表示在手术部位处吸收的实际功率密度或能量密度，并且考虑了可去除功率或能量的各种机制，诸如通过气流、血流和/或蒸发冷却的冷却。

许多程序需要施加器束（即，从冷等离子体生成装置的施加器尖端喷射的冷等离子体束）在手术部位的给定区域上扫描。停留时间于是与施加器尖端在操作部位上的扫描速度相关。扫描速度越快，停留时间越短，并且反之亦然。由于施加的能量密度是施加的功率密度和停留时间的乘积，所以在所有其他因素都相等的情况下，扫描速度越快，施加到手术部位的能量密度越低，以此类推。

在影响施加的能量密度的因素中，扫描速度是最不容易控制的，特别是当用手来扫描施加器时，如上所述的设备14和100的情况。在有益的与有损伤的施加能量密度之间的阈值相对窄的情况下，施加器扫描速度的相对小的变化会越过该阈值，从而对手术部位产生不期望的生理效果。

根据本公开的实施例，提供了用于实时监测施加到手术部位的能量密度的方法和设备，使得影响该能量密度的因素的变化可以得到补偿，从而在给定区域上产生一致的生理效果。例如，可响应于由本公开的设备在施加部位处实时监测的变量来调整所施加的功率水平。如果所监测的变量指示施加的能量密度正接近预先确定的损伤阈值，则由施加器生成的冷等离子体束的所施加的功率水平可以成比例地降低，以将所施加的能量密度保持在预先确定的有益范围内。类似地，如果由本公开的设备确定所施加的能量密度已经下降到预先确定的有益水平或范围以下，则由施加器生成的冷等离子体束的所施加的功率水平可以成比例地增加，以将所施加的能量密度保持在预先确定的有益范围内。在补偿可变扫描速度的情况下，如果本公开的设备确定施加器瞬时移动太慢，则所施加的功率水平将会降低，并且如果本公开的设备确定施加器移动太快，则所施加的功率水平将会增加。应当理解，下面将更详细地描述本公开的设备。

指示所施加的能量密度的几个变量可以潜在地被监测。这些包括组织表面温度、组织电阻抗和声学特性。然而，这些被监测变量中的一些可能会受到能量施加过程的干扰。例如，测量组织电阻抗的过程通常利用其幅度在几毫伏量量级的测试信号，而由冷等离子体射流采用的电压可以在几千伏量级。幸运的是，这种冷等离子体射流是电脉冲的，并且安静的脉冲间周期可用于电阻抗测量。对于声学监测，可以提出类似的论点，诸如使用超声特性，其中脉冲间周期可以用于声学测量。温度测量可通过直接的组织表面接触或通过使用红外发射来实现。在后一种情况下，同样，来自能量施加的贡献必须被滤除或以其他方式去除。应当理解，本公开的皮肤状态监测设备（首先在图8中示出）可被配置成使用这些技术来监测上述变量中的任何一个，以滤除电外科施加器对被监测变量的测量的任何干扰。

对于给定的所施加的能量密度和组织特性，既在组织的深度上还在横向穿过组织的表面且远离施加点产生温度分布。例如，参考图5a-5c，示出了根据本公开的各种所施加的能量密度分布及其对手术部位的组织上产生的热或温度扩散分布的相对影响。在图5a中，低能量密度的等离子体束或射流502由施加器（例如，诸如上文所述的设备14、100）施加到患者组织表面506上的施加点504。由等离子体束502施加到组织表面506的能量密度产生组织热扩散分布508，其从施加点504远离施加点504径向扩散到患者组织的深处，并横向穿过组织表面506。

在图5b中，中等能量密度（即，高于图5a中施加的低能量密度）被施加到患者的组织表面506，并且在图5c中，高能量密度（即，高于图b中施加的中等能量密度）被施加到患者的组织表面506。如通过图5a-5c的检查可以看出，随着施加到组织表面506的点504的能量密度增加，组织热扩散分布508既横向穿过组织表面506又在组织穿透深度上远离点504扩散。以这种方式，通过测量由向组织表面506的点504施加等离子体束502产生的热扩散分布508的某些特性，可确定所施加的能量密度分布。

例如，参考图6，可测量从施加点504到组织表面506上从点504横向设置的点501的固定距离b处的温度，并将其用于确定所施加的能量密度以及热影响区509进入组织中的深度。通过点504处的所施加的能量密度，点501处的测量温度既可以用于确定点504处的能量密度又可以用于确定热影响区509的穿透深度c。原则上，所施加的能量密度可以基于远离施加点给定距离的测量表面温度来计算。然而，诸如热导率、比热和包括传导、蒸发和辐射损失在内的损失机制等变量的值可能仅仅是近似已知的，并且它们的值也可能与温度有关。在实践中，所施加的能量密度和表面温度之间的关系可以通过实验确定，并且然后存储在查找表中。

在某些应用中，诸如皮肤表面重修和除皱，重要的是限制热影响区509的深度c（即，由热扩散分布508限定的组织体积）。在能量沉积过程中，不能损伤下面的血管形成。

表面温度测量中的另外的复杂因素是温度分布508的径向对称性会受到施加器的扫描运动的影响。根据本公开，该效果在图7a中图示。当施加器的尖端在方向a（如图7a中指示的）在患者的组织表面506上移动时，在温度分布508中可形成热耗散的拖尾“尾部”510。能量施加点504的热耗散尾部510中的温度测量结果将包含来自通常的径向表面热扩散508的贡献以及来自能量沉积自身的耗散的贡献两者。

根据本公开，影响所施加的能量密度的变量中的一个（施加器到组织表面的距离）可以通过使用图8a、8b和9中图示的支座装置700来控制和固定。应当理解，如下面将描述的，支座装置700可用作上述皮肤状态监测设备。

如图8a、8b和9所示，支座700可联接到施加器600的远侧部分602。应当理解，施加器600可代表上述设备14、100中的任何一个，或能够将冷等离子体施加到手术部位的任何其他电外科设备。施加器600包括手柄壳体601和从壳体601向远侧延伸的远侧施加器尖端或喷嘴604。虽然未示出，但是在一个实施例中，轴或管将壳体601联接到远侧尖端604。由施加器600产生的冷等离子体从设置在尖端604的远端605上的孔606（如图8b所示）中喷射，并施加到患者的组织表面506。应当理解，电极608可设置在尖端604的内部内，以电离提供给尖端604的载气，从而产生冷等离子体束。在一个实施例中，电极608可以是可缩回的，并以与上述设备100的刀片118类似的方式被配置为平面刀片。在其他实施例中，电极608可以在不偏离本公开的范围的情况下被配置成其他合适的形状，例如针、球、线或任何其他类型的电极。

支座700包括朝向支座700的近端701设置的施加器接收部分702和朝向支座700的远端703设置的基部706。基部706经由联接到基部706的外周向部分的一个或多个支撑件或柱704联接到施加器接收部分702。如图9中最佳所示，接收部分702被配置成接收施加器600的远侧部分602（例如，在从端部701延伸到表面705的通道或狭槽中），使得施加器尖端604设置成穿过支座700的表面705的孔。远侧部分602可包括壳体601的远侧部分、轴或管的将壳体601联接到尖端604的远侧部分和/或尖端604的一部分。在一个实施例中，支座700可包括固定装置（例如，设置在端部701上的夹具或其他固定装置），以用于在施加器600的远侧部分602被接收部分702接收时，将支座700固定到尖端604和/或远侧部分602。在一个实施例中，基部706被配置成环形或环状形状，使得基部706包括由外周向部分限定的孔708。如图8b中最佳所示，当支座700联接到施加器600的远侧部分602时，尖端604的孔606和基部706的孔708同轴对准，使得当等离子体离开尖端604的孔606时，等离子体被引导到孔708。

如图8a所示，基部706经由柱704远离接收部分702设置，使得当基部706与组织表面506接触时，尖端604的远端605被保持在距基部706/组织表面506固定的预先确定的距离d处。这样，从尖端604的远端605到组织表面506的距离d对所施加的能量密度具有的影响保持恒定。当距尖端604的远端605的距离d保持恒定时，所施加的能量密度更容易保持恒定，并且可以集中于影响所施加的能量密度的其余因素，如下面将描述的。

支座支撑基部706（图8b）为能量施加期间组织状态的传感器监测提供便利的位置。在一个实施例中，基部706包括一个或多个嵌入式传感器，用于监测手术部位的组织表面506的各种特性或性质（例如，温度）。当基部706在电外科手术期间与组织表面506接触时，基部706中的传感器也将接触组织表面506以获得期望的测量结果（例如，在一个实施例中，温度测量结果）。例如，图10a和10b中的每一者都包括通过支座700的远端703的视图，支座700具有用根据本公开的基部706实施的各种传感器配置。在图10a中，环形或环状传感器720（例如，温度传感器）被示出嵌入在基部706中，并且在图10b中，一个或多个分立或单独的传感器720（即，720a-d）被示出为嵌入在基部706中。如下面将更详细描述的，每个传感器720可联接到支座700和/或施加器600的一个或多个部件（例如，控制器或处理器），其中可提供由传感器720获得的任何测量结果。

从成本和复杂性的角度来看，将期望使用尽可能最低数量的传感器720来实现施加器功率水平的必要反馈。然而，考虑到扫描施加器的热耗散“尾部”510的潜在影响（如图7a所示），单个温度传感器必须径向对称，以考虑施加器可以在任何方向上移动的可能性。如图10a所示，环形传感器720包括必要的径向对称形状。替代地，参考图10b，可利用至少两个温度传感器720的阵列。应当理解，任何给定的温度传感器720必须具有低热质量，使得传感器720可以快速响应在组织表面506上测量的任何温度变化，并且在反馈回路中使用这些测量结果来及时地调整等离子体束502的所施加的功率水平。

如图10b的实施例所示，使用多个传感器720允许检测施加器运动方向，因为至少一个或多个传感器720将位于由施加器600的运动产生的下游热耗散“尾部”510中。由下游热耗散“尾部”510中的（一个或多个）传感器720获得的测量结果相对于由设置在施加点504处的其余传感器720处获得的其他测量结果将具有更高的温度。这样，由热耗散“尾部”510中的传感器720测量的较高温度可用于确定“尾部”510的方向。一旦获得“尾部”510的方向，也就可确定施加器600的运动方向，因为它将在与“尾部”510的相反方向上。例如，如果由温度传感器720a感测到的温度高于由温度传感器720b-d感测到的温度，则可确定“尾部”510被定向在远离传感器720a且沿着表面506的方向d上，并且施加器600的运动在沿着表面506的方向e（相反的方向d）上。

对于给定的功率设置，上游温度和下游温度之间的不对称程度（即，图7a中的510）可用于推断施加器的速度。例如，如果施加器相对缓慢地移动，则对于给定的功率设置，所施加的能量密度将会是高的，因此耗散该能量所需的时间将会更长。结果，不对称性将更大，从而产生更长的“尾部”510，如图7a所示。相比之下，如果施加器600移动得更快，则所施加的能量密度将会更低，并且“尾部”510将会更短，如图7b所示。

包括多个单独的传感器720还允许对不对称能量施加分布的潜在补偿。在冷等离子体射流施加器600的情况下，施加器电极608可以呈刀片的形式（如上所述），其宽于其厚。这产生了椭圆形的能量施加分布。例如，参考图11a，根据本公开示出了由包括平面刀片形电极608的施加器600生成的等离子体束502在组织表面506上产生的等离子体束502的束覆盖区503。施加器600正被移动，使得束502正在方向a上扫描组织表面506。当束502扫描组织表面506时，沿着被束502扫描的路径，存在束502已经扫描过的经处理的组织505和束502还没有通过的未经处理的组织507，但是如果束覆盖区503继续在同一方向上移动，则束502将会通过该未经处理的组织507。如图11a所示，如果施加器600在沿着束覆盖区503的椭圆短轴554的方向a上扫描，则能量在更大的区域上扫描。另外，当束502在目标组织上扫描时（即，由覆盖区503指示），如从目标组织上的给定点看到的，瞬时停留时间将更短，如图11b所示的曲线图550所示。这是由于这样的事实：在移动方向a上，与移动方向a对准的轴的长度（即，椭圆短轴554）被最小化。从与施加器600的移动方向a对准的椭圆短轴554产生的更宽路径和更短停留时间结合，以降低总的所施加的能量密度。

相反，如果施加器600在沿着椭圆长轴556的方向b上扫描，如图11b所示，则能量在更窄的路径上（相对于当在短椭圆轴线554上扫描时生成的路径，如图11a所示）扩散。如图11d中的曲线图552所指示的，这种情况下的瞬时停留时间更长，这是由于如下事实：在移动方向b上，与移动方向b对准的轴的长度（即，椭圆长轴556）被最大化。从与施加器600的移动方向b对准的椭圆长轴556产生的更窄路径和更长停留时间导致更高的所施加的能量密度，即使在图11a和11b所描绘的每种情况下所施加的功率水平和扫描速度是相同的也是如此。包括在支座700的基部706中的多个传感器720允许检测这两个取向，或者它们之间的取向，并且针对恒定的所施加的能量密度来调整所施加的功率水平。

考虑以短轴为1mm且长轴为2mm的束覆盖区椭圆的示例。单独的传感器间距将必须足够靠近，以便能够可靠地检测这两个轴之间的差异。在这个示例中，至少0.5mm的传感器间距将足够。沿短轴扫描将在更多数量的传感器上产生温度上升指示，因为与沿短轴扫描相比，束更宽。此外，与沿短轴扫描相比，在所有其他条件都相同情况下，沿短轴扫描将在更多数量的传感器中产生更低的温度上升分布（即，更低的所施加的能量密度），而沿短轴扫描将在更少数量的传感器中产生更高的温度上升分布。

然而，使用多个传感器720将需要显著增加联接施加器600和向施加器600提供功率的功率发生器单元的线缆中的互连线的数量。这种布置的成本和复杂性由于需要端接电路而进一步增加，一个端接电路用于发生器单元中的每个传感器720，以防止从线缆中的功率导体中杂散地拾取高电压。

在一个实施例中，支座700和/或施加器600包括用于传感器720的传感器数据采样、a/d转换和串行化电路，以解决上述问题。这样，对于支座700中包括的任何数量的传感器720而言，在将功率发生器单元连接到施加器600的线缆中需要仅一根线。

例如，参考图12，示出了根据本公开的电路750。应当理解，电路750的一些或所有部件可以设置在支座700中、施加器600中或装置600和700两者的组合中。电路750包括单线接口752、模数（a/d）转换器754、控制器或处理器756、多路复用器758和一个或多个传感器720。控制器756联接到单线接口752、a/d转换器754和多路复用器758中的每一者。a/d转换器754还联接到单线接口752和多路复用器758。多路复用器758还联接到传感器720和a/d转换器754中的每一者。电路750经由单线接口752联接到外部接口（例如电外科发生器，诸如esu12）。

在使用中，来自每个传感器720的输出由多路复用器758顺序地抑或以某种其他预先确定的布置进行采样。来自给定的选定传感器720的多路复用器758的输出然后被a/d转换器754数字化，并且然后被发送到单线接口752，单线接口752被配置成串行化接收到的数字化传感器数据。控制器756被配置成基于存储在控制器756或联接到控制器756的存储器中的指令来控制电路750的每个部件。由于与传感器720的测量结果相关联的数字化数据由单线接口752串行化，因此在将施加器600联接到发生器单元（例如，esu12）的线缆中仅需要联接到单线接口752的单个额外导体，并且在发生器单元中仅需要单个端接电路。如果电路750被包含在支座装置700中，则可通过支座700和施加器600之间的一对电触点来建立通信和电路功率。例如，在一个实施例中，电触点可与支座700的接收部分702设置或集成，并被配置成与施加器600的远侧部分602上的对应触点配合。然后，施加器600被配置为向支座700提供功率，并经由施加器600和支座700中包括的电触点接收来自支座700的通信（例如，传感器数据）。替代地，支座电路700可联接到分离的功率来源（例如，电池），并通过rf或光学无线装置直接与发生器单元通信。

应当理解，从传感器720采样的传感器数据可被提供给施加器600的控制器或处理器和/或联接到施加器600的发生器单元的控制器或处理器。如上所述，来自传感器数据的测量结果可以被施加器600的控制器和/或发生器单元用来确定等离子体束502在患者的组织表面506上的施加点504处的施加能量密度。基于所确定的施加能量密度，施加器600的控制器和/或发生器单元可调整等离子体束502的功率水平（即，通过调整施加到电极608的功率）以保持预先确定的施加能量密度。

如上所述，从传感器720获得的施加点504处的组织表面506上的温度的温度测量结果可以被施加器600的控制器和/或联接到施加器600的发生器单元用来实时确定施加到患者目标组织的能量密度。从传感器720获得的温度测量结果也可被控制器用来通过施加器600的电极608、施加器600的尖端604相对于组织表面506的移动方向以及施加器600的尖端604相对于组织表面506的移动速度来确定束覆盖区503的形状（例如，在一些实施例中，椭圆形）。所确定的施加点504处的组织表面506上的温度可与等离子体束502的其他已知性质（例如，施加的功率水平、气体流速、远侧尖端604和组织表面506之间的固定距离等）和目标组织结合使用，以将到目标组织的所施加的能量密度保持在有益的范围内，从而产生期望的生理效果。存在许多物理关系可用于获取温度数据，并最终计算施加器600的适当功率设置，以将期望的生理效果保持在有益范围内。然而，这种计算密集型的方法将需要相当大的cpu速度，特别是因为实时响应是必不可少的。优选的方法是将各种温度数据/功率设置关系存储在查找表中（例如，存储在施加器600或esu12的存储器中），从而实现快速实时响应。该查找表的内容可以通过计算密集型方法、实验数据或它们的某种组合来离线地预先确定。

例如，如果控制器确定当前施加的能量密度已经下降到有益范围或预定值或阈值以下，则控制器被配置成向发生器单元发射信号以增加施加到等离子体束502的功率，直到施加的能量密度增加到有益范围内。替代地，如果控制器确定当前施加的能量密度已经超过有益范围，则控制器被配置成向发生器单元发射信号以降低施加到等离子体束502的功率，直到施加的能量密度降低到有益范围内。这样，控制器被配置成实时地连续确定施加的能量密度，并且根据需要基于所确定的施加的能量密度来增加或减少施加的能量密度（通过指示发生器单元增加或减少等离子体束502的施加的功率水平），以将施加的能量密度保持在有益范围内。应当理解，有益范围可因不同的程序和目标组织而不同。针对给定程序和目标组织的有益范围可预先确定并存储在施加器600和/或发生器单元的存储器中。

不同的方法可用于通过测量通过冷等离子体束502自身的传导性质的组织阻抗的变化来利用冷等离子体射流施加器600监测目标组织部位上的能量沉积的影响。这需要测量等离子体束电压和电流。理想地，这些测量可以方便地在发生器单元12中进行。然而，取决于线缆在周围环境中的位置和定位，线缆线30和32中的可变损耗可能需要在施加器600中直接进行等离子体束电压和电流测量。

该原理在图13a和13b中示出，其中图13a示出了在施加器尖端604处测量的总阻抗如何是冷等离子体束阻抗和组织阻抗的总和，并且图13b是等效电路770。应当理解，在一个实施例中，束阻抗由设置在施加器尖端604中的一个或多个传感器（例如，电压和/或电流传感器）在施加器尖端604处测量或感测。在另一个实施例中，通过对电外科发生器输出到施加器600的电流和电压进行采样，由联接到施加器600的电外科发生器（例如，esu12）中的传感器测量或感测束阻抗。在任一情况下，这种方法的潜在问题是冷等离子体束阻抗对施加器尖端604和目标组织部位的表面506之间的距离非常敏感。随着该距离减小，等离子体阻抗减小。然而，通过使用本公开的固定距离支座装置700，施加器600和组织之间的距离也保持固定，并且因此是已知的。对于一组给定的所施加的功率水平、载气流速和施加器600的远侧尖端604与组织表面506之间的距离的条件，可以从从施加器尖端604或esu12测量的总阻抗（等离子体和组织阻抗的总和）中减去已知的等离子体阻抗（例如，通过施加器600或esu12的控制器/处理器），来计算组织阻抗。

参考图14，根据本公开示出了曲线图902和904。曲线图902和904示出了组织阻抗在使用80瓦（曲线图902）和40瓦（曲线图904）的电外科条件下的典型变化。随着能量被施加到目标组织部位506，组织逐渐变干，并且其阻抗增加。施加器600的控制器和/或发生器单元可以使用这种阻抗变化来修改束502的所施加的功率水平，以保持恒定的生理效果，特别是在施加器600被扫描的同时，或者当在静止施加器模式下达到期望的生理终点时停止进一步的能量施加。例如，随着总的所计算的阻抗增加，施加的功率降低。

在本公开的另一个实施例中，使用冷等离子体束来测量在所施加的能量下的细微组织变化的另一种方法是监测等离子体束502的电压和电流之间的相移变化。应当理解，在一个实施例中，等离子体束502的电压和电流由设置在施加器尖端604中的一个或多个传感器（例如，电压和/或电流传感器）在施加器尖端604处测量或感测。在另一个实施例中，通过对电外科发生器输出到施加器600的电流和电压进行采样，由联接到施加器600的电外科发生器（例如，esu12）中的传感器测量或感测等离子体束502的电压和电流。在任一种情况下，等离子体束502的电压和电流之间的相移由施加器600或电外科发生器的控制器基于采集的电压和电流测量结果来计算。

等离子体束502的电压和电流相位关系取决于目标组织部位的等效介电常数。等效介电常数将随着施加部位处的干燥程度和大块组织温度而变化。使用与针对期望生理效果的预先确定的期望相位关系的比较，可以使用所测量的相移作为反馈信号来调整施加的功率（例如，通过施加器600的控制器和/或发生器单元）。未经处理的组织将具有产生固定相移的电阻和电容分量的组合，其实际值将取决于等离子体束的频率。较低频率的等离子体束将使电容分量占优势，而较高频率的等离子体束将使电阻分量占优势。这是由于容抗与频率成反比。在越高的频率下，容抗变得越小。然而，随着组织变干，电容性变得越来越强。因此，对于给定的等离子体束频率，随着组织变干，相移将增加。

例如，参考图15，示出了根据本公开的电路800的框图。电路800包括电流测量模块802、相位比较器804、电压测量模块806、等离子体束阻抗模块808、组织阻抗模块810、数据采集和分析模块或处理器812、反馈控制模块816和冷等离子体电源814。应当理解，电路800的一些或所有部件可设置在施加器600、装置700和/或联接到施加器600的发生器单元（例如，esu12）中。

经由冷等离子体电源814（例如，电外科发生器）向施加器600提供功率，以生成等离子体束502。电流测量模块802（例如，电流传感器）和电压测量模块（例如，电压传感器）806被配置成基于由冷等离子体电源814提供给施加器600的功率，分别测量施加到组织部位506的等离子体束502的电流和电压。然后，模块806、802的电压和电流测量结果被提供给相位比较器804。相位比较器804被配置成确定等离子体束502的电压和电流之间的相移，并将所确定的相移提供给数据采集和分析模块812。基于从相位比较器804接收的相移数据，模块812被配置成确定在等离子体束502的电压和电流之间是否已经发生了预先确定的相移变化，从而指示等离子体束502的施加能量密度的变化。如果模块812确定已经发生了预先确定的相移变化，则模块812将指示相移变化的信号提供给反馈控制器816。应当理解，模块812可确定等离子体束502的功率水平需要更改的量，即，功率水平需要增加或减少以保持所施加的能量密度的期望水平的量。提供给反馈控制816的信号可包括模块812的这一确定。基于提供给反馈控制器816的信号，可以调整由冷等离子体电源814提供给施加器600的功率，以根据期望增加或减少施加的能量密度，从而在目标组织部位上保持期望的生理效果。反馈控制模块816可包含查找表，该查找表在给定特定基线功率设置和气体流速的情况下，将特定相移值转换成施加的功率水平的变更。例如，在低功率设置下的小相移可能只需要施加功率的小的调整，而在高的施加功率设置下的相同相移可能需要更大的调整来保持期望的生理效果。

模块808和810分别代表等离子体束和组织的实际电阻抗特性，并且等效于图13b。因为组织阻抗810的相移是通过等离子体束阻抗808测量的，所以由相位比较器804测量的总相移将是由等离子体束阻抗808和组织阻抗810引入的相移的总和。然而，等离子体束502通常以直接放电、附接的束模式操作，其中在施加器600和目标组织部位504之间存在连续传导性等离子体通道。在这种条件下，等离子体束阻抗808基本上上是电阻性的，并且自身很少或没有引入额外的相移。这样，由相位比较器804测量的相移将主要是组织阻抗810的相移。另一方面，可能存在等离子体束502不以直接接触模式操作并且将表现出电阻和电容分量两者的情况。除了组织阻抗810相移之外，这还将引入来自等离子体束阻抗808的相移。在非接触模式中由等离子体束阻抗808引入的相移可以通过实验来确定，然后被存储并由数据采集和分析812从由相位比较器804提供的测量值中减去。由非接触等离子体束引入的额外相移对于给定的一组操作条件（诸如功率水平、气体流速和从施加器到组织表面的距离）保持固定。如果这些条件保持固定，则等离子体束的额外相移可以被认为是干燥组织的可变相移的固定偏移。

在另一个实施例中，可以通过直接接触电极或阻抗传感器来测量电组织阻抗。图16图示了电极920的阵列（例如，电极a、b、c、d、e、f、g、h），它们可以放置或设置在支座900的基部906上，并且将与皮肤直接接触。应当理解，支座900以与支座700相同的方式配置（例如，包括接收部分、柱和基部）。另外，图16包括典型的等离子体束覆盖区903和当该装置向右扫描（如箭头f所示）时的经处理的组织905的相关联轨迹。通过选择特定的一对电极920来确定组织电阻抗。例如，通过选择图16中的电极a和e，除了沿着该路径的其他组织之外，还可以探测束覆盖区903正下方的电阻抗。选择电极c和g将探测束覆盖区903下方的组织加上经处理的组织轨迹905两者。电极组合b和c、c和d、或b和d可以在束路径前方探测未经处理的组织。电极h和f只能够在束已经通过经处理组织之后探测该经处理的组织。这样，可以通过与电极920通信的施加器或电外科发生器中的控制器来确定施加器的方向和取向。施加器的速度也可由控制器使用组织电阻抗的变化和所施加的能量密度之间的预先确定的关系（例如，通过实验、通过计算的或两者）来导出。由于所施加的能量密度取决于施加的功率水平和停留时间，并因此取决于施加器速度，所以知道电阻抗和所施加的功率水平的变化，施加器速度可以例如通过控制器或测量系统950（如图17所示）来确定，如下面将描述的。施加器600或esu12中的控制器使用经处理和未经处理的组织之间的电阻抗变化来使其与生理上有益的、不充分的或有损伤的效果相关，并提供反馈信号来校正所施加的功率水平以保持在有益的效果内。

图17示出了组织电阻抗测量系统950的框图。多路复用器958选择皮肤传感器阵列中的一对电极，例如来自电极阵列920的电极。来自激励振荡器960的探测信号通过多路复用器958被施加到所选电极对，同时分别经由电流测量模块962和电压测量模块964对所选电极对既进行电流测量又进行电压测量。探测信号通常在几百毫伏的数量级，并且频率范围可从几khz到几mhz。特定的激励电压幅度和频率由控制器956选择，并且可被调整以在变化的条件下优化探针信号。例如，干燥的皮肤将需要更高振幅、更高频率的探针信号，高度干燥的组织也将是如此。如果将盐水溶液施加到皮肤，则较低的振幅、较低的频率将是优选的。

电压和电流测量结果被数据采集模块966数字化，并被馈送到控制器956。控制器956将组织阻抗计算为电压与电流的比率。通过记录峰值电压的相对定时和/或电压和电流测量结果的零交叉，控制器956可以确定两个测量结果之间的相移。使用预先确定的阻抗变化和/或相移与生理效果之间的关系，控制器956产生反馈信号，该反馈信号用于调整由发生器产生并施加到施加器电极的功率水平。例如，如果由控制器956确定的阻抗变化太小，指示生理上的效果不足，则控制器956向发生器发送反馈信号，以增加施加到施加器600的功率水平。如果由控制器956确定的阻抗变化太大，指示生理损伤效应，则控制器956向发生器发送反馈信号，以降低施加到施加器600的功率水平。应当理解，电路950的一些或所有部件可以设置在施加器600、装置700和/或联接到施加器600的发生器单元（例如，esu12）中。

声阻抗是另一种测量形式，它可以用于评估施加到组织的等离子体能量的生理效果程度。它可导致组织收缩，从而产生组织密度、声阻抗和声音传播速度增加。最后一个参数，即声音在组织中的传播速度，是最容易测量的并且被用作生理效果程度的代表。

图18图示了支座装置1000，其包括围绕支座1000的基部1006设置的声换能器1020的布置，其中当支座1000的基部1006与组织表面接触时，声换能器1020与组织表面直接接触。应当理解，支座1000以与上述支座700类似的方式配置（例如，包括接收部分、柱和基部）。图18中还示出了代表性的等离子体束覆盖区1003和当施加器在组织表面上扫描（例如在如箭头g所示的束运动方向上）时与经处理的组织1005的相关联的轨迹。电脉冲或振荡被施加到给定的换能器1020，从而使其发射声发射。第二选定的换能器1020然后接收该声发射，其将声发射转换回电信号，并且然后被放大。知道这些换能器之间的距离和它们之间的声发射的飞行时间（time-of-flight），沿着该路径的声速可以由施加器600或esu12中的控制器来计算。通过选择各种发射器和接收器换能器组合，可以声学地表征穿过它们之间的组织的不同路径。例如，通过选择图18中的换能器a和e，除了沿着该路径的其他组织之外，可以表征束覆盖区1003正下方的声阻抗。选择换能器c和g将表征束覆盖区1003下方的组织加上经处理的组织轨迹1005两者。换能器组合b和c、c和d或b和d可以表征束路径前方的未经处理的组织。换能器h和f只能在束已经通过经处理的组织之后探测该经处理的组织。类似于上述电阻抗方法，在当前的声换能器方法中，施加器的方向和取向可以由控制器使用经由声换能器1020采集的声阻抗数据来确定。施加器的速度也可以由控制器使用组织声阻抗的变化和施加的能量密度之间的预先确定的关系（例如，通过实验、通过计算或两者）来导出。由于施加的能量密度取决于施加的功率水平和停留时间，并因此取决于施加器速度，所以知道声阻抗和施加的功率水平的变化，可以确定施加器速度。经处理和未经处理的组织之间的声阻抗的变化被控制器用于与生理上有益的、不充分的或有损伤的效果相关，并且向发生器或esu12提供反馈信号，以校正施加的功率水平以使其保持在有益的效果内。

除了飞行时间声学特性之外，沿着各种声换能器对的差分声吸收可以被控制器用来评估沿着该路径的组织的生理状态。取决于处理的程度，经处理的组织可能具有与未经处理的组织不同的声吸收特性。沿着声吸收较高的路径发送的声信号在接收换能器处将会比沿着声吸收较低的路径发送的信号显得更弱。然后，控制器可以使用这种声学信号减弱的不同程度来确定经处理的组织相对于未经处理的组织的生理状态，并产生提供给esu12的反馈信号，以调整发生器施加给施加器600的功率水平。

根据本公开，在图19中示出了用于与支座1000一起使用的声阻抗测量系统1050的框图。在控制器1056的指导下，多路复用器1058从换能器阵列1020中选择给定的发射器和接收器换能器对，例如，换能器a-h（如图18所示）。控制器1056然后启动发射振荡器1060，以向该对中选定的发射器换能器发送信号，同时还启动飞行时间测量模块1062，从而基本上开启定时器。当该对中选定的接收器换能器拾取声发射时，该信号被接收器放大器1064放大，并且然后用于停止飞行时间定时器。飞行时间值然后被发送到控制器1056，用于飞行时间测量模块1062，然后控制器1056使用先前确定的关系（例如，存储在查找表中）来产生反馈信号1066，该反馈信号1066被提供给发生器或esu12，以用于发生器调整施加的功率水平（如果需要的话）。应当理解，电路1050的一些或所有部件可以设置在施加器600、装置700和/或联接到施加器600的发生器单元（例如，esu12）中。

根据本公开，在图20中示出了与支座装置1000一起使用以测量差分声吸收的系统1150的框图。在控制器1156的指导下，多路复用器1158从换能器阵列1120中选择给定的发射器和接收器换能器对。控制器1156然后启动发射振荡器1160，以向该对发射器换能器中选定的发射器换能器发送信号。该对中选定的接收器换能器使其输出被接收器放大器1164放大，其然后被a/d转换器1162数字化并被发送到控制器1156。控制器1156选择各种换能器对，来通过对接收到的声信号沿所选换能器对之间的路径的幅度（即强度）进行比较来表征该路径的声吸收。基于沿经处理和未经处理的组织路径的不同声吸收，控制器1156产生反馈信号1166并将其提供给发生器或esu12，以调整由发生器产生的所施加的功率水平。应当理解，电路1150的一些或所有部件可以设置在施加器600、装置700和/或联接到施加器600的发生器单元（例如，esu12）中。

如下面将更详细描述的，在本公开的其他实施例中，可提供具有发射收集器（例如，声管、光纤等）的施加器，所述发射收集器被配置成收集与生成的等离子体束和/或组织表面相关联的发射（例如，声发射、光谱等）。由控制器或处理器（例如，设置在施加器或联接到施加器的电外科单元中）使用所收集的发射，以向电外科发生器输出反馈信号，从而基于所收集的发射来调整等离子体束的所施加的功率水平。

例如，在稍微不同的方法中，等离子体束自身的声发射可以用于评估组织在等离子体束下的生理状态，并且这些声发射的频率可用于产生反馈信号以调整发生器的所施加的功率水平，并且从而调整等离子体束的所施加的功率水平。

已经观察到，在等离子体束功率设置、气体流速和施加器尖端距施加表面的距离的各种条件下，等离子体束产生声发射。在某些条件下，这种声发射是可以听到的。此外，随着从施加器尖端到施加表面的距离减小，声发射频率增加。如果施加器距离、功率设置和气体流速保持不变，则来自正被处理的组织的汽化水和其它汽化组织成分的添加会改变该等离子体声发射的频率。这种频率变化可用于监测正被处理的组织的生理状态，并且还可用于产生由控制器生成的反馈信号，以调整发生器的功率设置，从而保持有益的生理效果。

等离子体束声发射可以由等离子体放电产生的流阻效应引起。据观察，当只有气体流动且没有等离子体存在时，等离子体施加器的背压是低的。当等离子体束被激活时，背压可以增加百分之几，这取决于功率设置。等离子功率设置越高，背压越大。从施加器喷嘴流出的气体包会由于这种背压效应而被截留在等离子体束的中心，特别是紧邻目标施加表面。通常，从施加器喷嘴流出的气体在流动远离施加部位之前仅短暂地与等离子体束相互作用。在喷嘴和目标表面之间的该经过时间期间，在等离子体束中流动的气体仅短暂地经历等离子体加热。然而，如果一些气体被等离子体约束截留，则它将继续加热和膨胀，直到该气体膨胀压力等于或超过等离子体约束背压。在这一点处，被截留的气体通过等离子体约束壁排出，并在此过程中产生声发射。在这种背压被释放之后，该过程可以用新的气体包重新开始，从而经历相同的约束、压力累积和排气循环。这个过程被称为弛豫振荡器。这种反复的循环的周期性产生等离子体声发射频率，该频率取决于等离子体约束的强度（即，施加的功率设置）和气体流速（即，截留的气体包膨胀速率）。减小施加器喷嘴到目标表面的距离还降低了等离子体束阻抗，从而更快地加热被截留的气体，并且从而也增加了等离子体声发射频率。然而，如果施加器距离、施加的功率设置和气体流速保持恒定，则等离子体声发射频率由于固定周期的弛豫振荡过程而恒定。

如果将额外的气体源添加到截留的气体包中，则膨胀速率增加（即，更多的气体膨胀），弛豫周期减少，因此等离子体声发射频率增加。当等离子体束与组织表面相互作用时，组织的挥发性成分被释放，所述挥发性成分包括水蒸气、汽化的组织成分等。这些挥发的成分用作到被截留气体包的额外气体源，并导致等离子体声发射频率增加。频率增加的程度与挥发性成分的引入速率成比例。以这种方式，等离子体声发射频率的变化可被控制器用作生理效果的指示器，并且被控制器用来导出反馈信号，以调整发生器的施加功率设置，从而保持有益的效果。

图21示出了设置1200，其中根据本公开，等离子体声发射可以被监测并用于导出反馈控制信号。在图21的设置中，提供了包括喷嘴或远侧尖端1201、声换能器1202和声管1204的施加器1206。声换能器1202被配置成将经由声管1204接收的声发射的等离子体声发射频率转换成电信号，并产生通常在毫伏的数量级上的相对低水平的电输出。为了最小化来自等离子体束的辐射发射的干扰，等离子体束通常在几百到几千伏的电压下操作，联接到施加器1206的非传导性声管1204用于将来自等离子体束1208的等离子体声发射传送到远程定位（即远离等离子体束1208）声换能器1202。声管1204和换能器1202可设置在壳体的外部部分上和/或与壳体的外部部分集成，其中声管1204的近端具有用于接收声发射的开放端部，并且声管的远端联接到声换能器1002。换能器1202可由施加器1206或独立的功率来源（例如，电池、外部电源等）供电。来自声换能器1202的输出被放大（例如，通过放大器）和数字化（例如，通过a/d转换器），并且然后被控制器用来产生反馈信号，该反馈信号被提供给发生器。放大器、a/d转换器和控制器可以与声换能器1202位于同一位置，从而最小化需要被添加到将施加器1206连接到发生器单元的线缆的额外线的数量。

在另一个实施例中，来自等离子体束的光发射光谱可以被控制器用来产生反馈信号，该反馈信号调整发生器的所施加的功率水平，并且从而调整等离子体束的所施加的功率水平，以将生理效果保持在有益范围内。随着等离子体束与目标组织相互作用，并且挥发性组织分成分被释放，一些挥发性组织成分将与等离子体束相互作用并被离子化。当电子与这些离子复合时，会生成特性光谱。在一些情况下，仅仅给定光谱分量的存在就将足以用作所施加的能量密度太高的信号。在其他情况下，源自挥发性组织成分的发射光谱的强度可以用于导出反馈信号，以控制发生器的所施加的功率水平。例如，如果这些发射光谱太弱，则施加的功率水平将会增加，并且反之亦然。

重要的是选择选定的发射谱线，使得它们将不会与载气（如氦或氩）的发射谱线相混淆，或与等离子体束与环境空气相互作用产生的发射谱线相混淆。这些包括氧种类、氮种类、氧氮种类、羟基自由基等等。

图22图示了根据本公开的包括施加器1306的装置1300，施加器1306具有施加器喷嘴尖端1302和光纤1304。光纤1304包括尖端或端部1307，其用于收集来自施加器喷嘴尖端1302附近的发射光谱，并将发射光谱提供给施加器1306中的光信号处理器1305或联接到施加器1306的发生器或esu12。由于围绕等离子体束1308的气流的湍流效应，围绕喷嘴1302外围的光纤1304的光纤尖端1307的具体位置并不重要，因为源自组织的光发射光谱倾向于在等离子体束覆盖区中一致分布。然而，重要的是使光纤1304的光纤尖端1307靠近施加器喷嘴1302的出口，以最大化光纤1304的尖端1307的光聚集能力。图22中的光纤1304被示出位于施加器1306的外部（例如，施加器1306的壳体或手柄的外部），但是在一些实施例中，光纤1304被集成到施加器组件中。因为光纤1304是非传导性的，所以它将不会与等离子体束或施加器1306内存在的任何高压部件相互作用，并且不会受到杂散的电拾取干扰。在一个实施例中，光纤1304从施加器1306延伸到发生器单元，并且可嵌入在从发生器单元向施加器1306供应电力和气流的线缆中。

在一个实施例中，光纤1304终止于具有光学接口1400的发生器单元中，如图23所示。在一个实施例中，光学接口1400从光纤1304获取包括光谱的光学信号，并使其通过分束器1402，分束器1402将其分成两条路径1404、1406。一条路径1404被用作参考信号。带通滤波器1408对从分束器1402接收的光信号进行滤波，并选择至少一条发射谱线或与载气相关联的分量，以传送到光检测器1410，其中在图23中使用氦作为示例。光检测器1410然后将该光学参考信号（包括具有载气的选定发射谱线的滤波信号）转换成电参考信号。来自分束器1402的另一条光路1406穿过第二带通滤波器1412，第二带通滤波器1412被选择成监测至少一种源自组织的发射分量并将其传送到光检测器1414。路径1406中的第二光检测器1414将该光信号（包括具有源自组织的发射谱线或分量的滤波信号）转换成电信号。由检测器1410生成的每个电信号由接口1400的控制器或处理器（例如，诸如处理器1305）用来生成反馈信号，以调整施加的功率电平。在一些情况下，等离子体束的可变性可能导致源自组织的发射光谱的可变性，并且可能与对等离子体束的生理响应的变化相混淆。通过同时监测载气发射强度和源自组织的发射强度，可以通过光学接口1400中的控制器或处理器（诸如，处理器1305）来补偿等离子体束中的变化。

在简单地源自组织的发射谱线的出现就足以降低所施加的功率水平的情况下，可以省去分束器1402、参考带通滤波器1408和相关联的光检测器1410。只需要源自组织的发射带通滤波器1412及其光检测器1414。

图23中未示出用于将光检测器的电输出数字化的a/d转换器，以及控制器或处理器，该控制器或处理器基于源自组织的光发射的补偿强度产生反馈信号以调整发生器的所施加的功率水平。控制器或处理器可以是处理器1305，处理器1305可被设置在施加器1300中或施加器1300上或发生器中。

应当理解，尽管光学接口1400被描述为设置在电外科发生器中，但是在其他实施例中，光学接口1400的一些或所有部件可设置在施加器1300或联接到施加器1300的装置中。

图24a和图24b中示出了源自组织的光发射的示例。使用氦气以每分钟4升的速度流动的等离子体束以每秒4mm的恒定速度在组织表面上扫描，其中施加器喷嘴尖端放置在测试组织（鸡）上方5mm处，并且被设置为20瓦的所施加的功率水平。在图24a中示出了观察到的部分光发射光谱，其仅指示氦的强发射谱线，中心在近似587.5纳米处。当施加器扫描速度降低到每秒1mm时，施加的能量密度增加4倍，图24b所示的新的源自组织的发射光谱特征出现。这些新特征是分别在近似589和589.6纳米处的所谓钠“d”线。如果施加器扫描速度恢复到每秒4mm的速率，从而将施加的能量密度降低到其先前的值，则这些新特征会消失。使用钠“d”线作为源自组织的光发射光谱特征是有用的，因为氯化钠（盐）的存在是在大多数组织类型中普遍存在的。

在上述实施例中，由等离子体放电生成的噪声可在支座700、施加器600或esu发生器12处单独或以各种组合被滤除。另外，如下所述，测量定时周期的选择可提供噪声滤波，并且可单独使用或者与支座700、施加器600或esu发生器12处的滤波结合使用，同样可以单独使用抑或以各种组合使用。

如上所述，施加器600的能量施加过程可以在程序期间在监测施加的能量密度时将噪声引入到由支座装置700和/或施加器600获得的测量结果中。在收集测量结果（例如，组织表面506上的温度、束502和目标组织的电阻抗等）时与所施加的能量密度相关联，设置在施加器600抑或联接到施加器600的发生器单元中的控制器被配置成接收所获得的测量结果并滤除由能量施加过程生成的测量结果内的噪声。例如，控制器可以被配置成仅使用束502的脉冲间周期期间获得的电阻抗或声学测量结果，并且忽略在脉冲间周期之外获得的测量结果。应当理解，控制器也可以配置有用于从信号中去除噪声的其他滤波技术，并且这种技术在本公开的范围内。

应当理解，所示出和描述的各种特征是可互换的，即，一个实施例中示出的特征可以结合到另一个实施例中。

尽管已经参考本发明的某些优选实施例示出和描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

此外，尽管前述文本阐述了许多实施例的详细描述，但是应当理解，本发明的法律范围由本专利末尾处阐述的权利要求的文字来限定。详细描述仅被解释为示例性的，并且并没有描述每个可能的实施例，因为描述每个可能的实施例即使不是不可能，也是不切实际的。人们可以使用当前技术抑或在本专利的申请日之后开发的技术来实现许多替代实施例，这仍然落在权利要求的范围内。

还应该理解，除非在本专利中使用句子“如本文所使用的，术语“______”在此被定义为意味着……”、或类似的句子，没有意图以明示抑或暗示的方式将该术语的含义限制在其显然的或普通含义之外，并且这样的术语不应被解释为基于本专利的任何部分（除了权利要求的语言之外）中所作的任何陈述而在范围上受到限制。就本专利末尾处的权利要求中叙述的任何术语在本专利中以与单个含义一致的方式被引用而言，这仅仅是为了清楚起见而这样做，以免使读者混淆，并且意图通过暗示或其他方式将这样的权利要求术语限制到该单个含义。最后，除非权利要求要素是通过叙述单词“装置”和功能而没有叙述任何结构来定义的，否则意图并不是任何权利要求要素的范围是基于《美国法典》第35编第112条第6款的应用来解释的。