JP2000217838A - 組織切除用の単極電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的低電力レベルで組織切除を実施するの
に適し、標準的な電気外科ペンシルおよび発電機と共に
使用される単極電極を提供する。 【解決手段】 本発明の単極電極は、その遠位先端に円
筒状リムを有する。円筒状リムの露出導電領域面積は、
組織切除に十分な高電力密度を創り出すべく最小限度と
される。電極の遠位端部はセラミック絶縁スリーブで囲
まれており、環状絶縁間隙が電極とセラミックスリーブ
との間に配置される。管状ポリマー製絶縁スリーブは、
電極の外表面およびセラミックスリーブ近位端部の外表
面の周囲に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気外科手術時の
組織切除に関する。より詳細には、本発明は、関節鏡視
下手術時の流体環境下における単極電気外科デバイスに
よる組織切除に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】電気
外科手術は通常、切開される組織近傍に置かれた活性電
極を持つプローブを使用し、患者身体上に外部に置かれ
た帰路すなわち共通電極を備えた単極モードか、または
活性および帰路電極共、同じプローブ上にある双極モー
ドで実施される。手術は、組織を切開または凝結するた
めに行われ、電極に異なるエネルギー波形および／また
は電力レベルを印加することにより、これらの異なる機
能が達成される。近年、外科手術においては、内視鏡に
よる組織切除のために、単なる切開や凝結ではなく導電
性流体で満たされた状態で使用する、双極電気外科デバ
イスが開発されてきた。このような新しいデバイスは、
特別で専用かつ高価な電気外科発電機、新双極電極設
計、および高電力レベルを必要とする。本明細書におい
て、外科手術における用語“切除”は、一般的に蒸気に
よる組織の除去を意味する。切除は、組織の比較的大き
な塊を除去する意味合いを持つ。切除は導電性流体下で
の高密度電気放電による組織の除去であるから、切開モ
ードにおいて使用される総ての電気外科電極の縁部から
何らかが切除される、と言うことができる。帰路が従来
の帰路パッドで設けられているか（すなわち単極）か、
または帰路電極が導電性流体に浸されているか（すなわ
ち双極）のいずれかには無関係なこの効果は、体積的な
切除に関係し、これが本発明の主題である。しかしなが
ら、本発明の切除特性は既知のデバイスとは全く異な
る、と理解されるであろう。

【０００３】例えば切開の場合等、除去される組織の体
積は活性電極の電力密度に依存するので、与えられた電
極設計に対してより高い電力量は組織除去率を増大す
る、と言うことが外科医には良く知られている。このこ
とは単極および双極デバイスに当てはまる。しかしなが
ら、組織切除に必要とされる電力密度は、一般的に既知
の単極電極では十分広い表面に亘って利用できなかった
ので、それが電気外科の体積的切除を実行しようと希望
する外科医が、上記双極切除システムを使用しなければ
ならなかった理由である。

【０００４】単極電極の表面の電力密度は、電極と接触
する組織または流体の導電性にある程度依存する。電気
外科において使用される導電性流体は非常に導電性が高
く、電極表面に不均一な電流密度を生じる。十分に広い
表面に亘ってこの電力密度を最大にすることで組織切除
を促進できる。本発明は上記双極組織切除デバイスより
も低い電力レベルで、十分に広い表面に亘って適切な電
力密度を促進する。

【０００５】関節鏡手術時におけるような導電性流体で
満たされた空間で機能する電気外科機器においては、電
流密度は電極の広いまたは平坦な表面におけるよりも、
その縁部で高くなる。十分な電力が供給された時、この
環境における電極縁部の電流密度は流体温度を上昇する
のに十分であり、それによって流体の導電性がより一層
高まる。この増大した導電性により増加した電流は、更
に流体温度を上昇させ、それがまた導電性を増加し、ま
た電流等を増加する。このことは、電極縁部の流体が沸
騰して気相を形成し始め、局所的アークによる発光性放
電が可視状態になるまで続く。電極縁部での高電流密度
放電および強力な熱が、実際の切除を行なうと思われ
る。同様に機器縁部を組織と接触させ、またはその近傍
に十分接近させることにより、組織に最も近い電極縁部
からの放電開始が促進される。もし、十分な電力がこの
ような高密度放電後に供給されれば、電極縁部での高密
度放電を維持しながら、機器を組織から僅かに引き戻す
ことができる。この現象は、従来の単極電気外科機器を
使用する外科医に良く知られている。

【０００６】導電性流体で満たされたフィールドでの切
開モードに使用される総ての電極はその縁部で切除を行
なうけれども、総ての電極形状が切除による組織の比較
的大きな体積の除去に等しく有用であるわけではない。
例えば従来のブレード状電極は、高密度放電を作り出し
得る縁部領域が小さいために、組織の大量切除にはあま
り適していない。同様に中実円筒電極もまた非縁部面積
に比較して縁部面積が小さい。これらの形状に固有な非
効率性は、表面積に比較して非常に高い電力レベルを必
要とする。大量組織切除を行なう電極の効率は、高密度
切除用放電として消費されたエネルギーを、デバイスで
消費された全エネルギーで除した値の大きさで規定され
る。電極は導電性流体に浸されているので、非縁部領域
から流れるエネルギーは低密度レベルにあるけれども、
エネルギーは流体と接触している総ての非絶縁表面から
流れ、それ故好ましい効果を持たずに流体中で消費され
る。この低密度放電は、非縁部表面を導電性流体から絶
縁することにより、および／または非縁部表面積を最小
にする電極形状を選択することにより、最小にすること
ができる。

【０００７】管状構造を有する本発明は、従来の電気外
科発電機を用いた低めの電力レベルにおいて、単極モー
ドにおける大きな体積組織切除に適していることがわか
った。その結果、遥かに単純で廉価な単極システムでの
電気外科切除を可能にした。

【０００８】管状断面を持つ他の単極吸引電極が知られ
ており、一般に非関節鏡視下外科手術で使用されている
が、それらは切開または凝結用にのみ適しており、もし
流体充填関節鏡環境中に置かれても切除はできないであ
ろう。それらの電極が切除不能であるのは、その絶縁の
仕方に起因する。すなわち、それらは一般的に、比較的
薄いポリマー製絶縁層を有しており、この層が電極の遠
位先端から比較的大きな特定距離で延在している。この
特定距離は、電極がそれ用に設計されている非関節鏡環
境において、管状電極の外周表面と組織との接触を通し
て凝結を行わせるべく、電極の広い面積（一般的に直径
約４ｍｍ、および長さ約４ｍｍ）が露出されるように設
定されたものである。このような焼灼術は、塩水環境で
は、広い非絶縁表面積が故に効果的でないであろう。何
故なら、事実上全電流が切除治療効果を生じさせること
なく塩水中に拡散するからである。

【０００９】従って、本発明の目的は、単極モードで従
来の電気外科発電機と共に使用するのに適した電気外科
組織切除器具を提供することである。

【００１０】比較的低電力レベルで比較的大きな組織体
積を切除できる単極組織切除器具を提供することもま
た、本発明の目的である。

【００１１】比較的低電力レベル、好ましくは約５０ワ
ット未満で駆動されながら、組織切除に十分な高電力密
度レベルを生じ得る単極電極を提供することもまた、本
発明の目的である。

【００１２】導電性流体で充填された外科手術フィール
ド内で組織切除を行ない得る単極電極を提供することも
また、本発明の目的である。

【００１３】

【発明の開示】本発明の目的は、円筒状リムを備えた管
状遠位端部を有する中実電気伝導性電極を採用する、こ
こに開示された好ましい実施例により達成される。遠位
端部は、管状電極の外表面からの電流の伝導を阻止する
ために、管状セラミック絶縁体および外側ポリマー絶縁
スリーブによって絶縁されている。セラミック絶縁体
は、金属電極の遠位先端において臨界距離内で延在して
おり、この結果、電極に供給された電力の大部分が十分
な電流密度で周囲の塩水に導かれ、低い電力レベルで組
織切除を行なうことが可能となる。セラミック絶縁体
は、管状電極部分の遠位面に、あるいはそれを僅かに超
えて延在してもよい。しかしながら、そのようにして絶
縁された電極の切除効果は、電極周辺表面の小部分が塩
水に露出された電極の切除効果よりも小さい。もし、外
周表面の過剰な領域が露出されれば、切除放電を開始す
るためにより高い電力レベルが必要となってしまう。そ
の理由は、電力の大部分が塩水中に拡散し、低密度電流
では好ましい治療効果を生じないからである。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１には、電気コード１４を通し
てプラグ１２に接続された従来の単極電気外科ペンシル
１０が示されている。ペンシル１０は、従来の電気外科
発電機（図示せず）に差し込まれるように設計され、そ
の遠位端部１８で各種電極１６を受け入れるように適応
された従来のユニットである。

【００１５】本発明の原理に従って構成された切除電極
２０は、図２に略実寸で、図３に拡大して示されてい
る。電極２０は、近位端部２４、遠位端部２６および軸
２７を持つ電気伝導性円筒状ロッド２２を有する。ロッ
ド２２は、電極をペンシル１０に接続するための従来の
ポリマー製ハブ２８に保持され、その内部を貫通して延
在している。遠位端部２６には、低電力レベルで単極モ
ードにおける組織切除を可能にするために、遠方を向い
た環状の円筒状リム３０が設けられている。円筒管状の
電極形状により電極の導電領域面積が最小となり、ま
た、電極リムの平面において３６０°の全方位の使用が
可能となる。ナイフ状またはブレード状縁部の場合に
は、移動方向に向いた電極表面の電力密度がデバイスの
姿勢によって変化するので、限定された方向にしか使用
できない。これとは異なり、円筒リムでは、その軸の周
囲３６０°に亘って同一電力密度を提供できる。管状電
極は、円筒形である必要はなく、いかなる断面形状であ
ってもよい。特別の用途に対しては、特別の形状を採用
することが可能である。

【００１６】管状の電極形状により低電力レベルでの切
除が可能となり、したがって、既知の中実円筒電極より
も効果的である。それは、管状形状の方が、エッジ領域
面積の非エッジ領域面積に対する割合が大きいからであ
る。管状の先端およびリムの製作は、凹部４０の製作を
必要とする。しかしながら、必要であれば、凹部４０を
規定する内表面からの導電を管の口径内に絶縁体を配置
することで防止し、それによって当該内表面からの低密
度放電に起因する電力ロスをなくして性能を強化しても
よい。オプションとして、これは満足な性能のために絶
対的に必要というわけではないが、ロッドの外周表面の
大部分を同様に絶縁することによっても、管状電極の有
効性を高めることができる。

【００１７】遠位端部２６は、同軸セラミック絶縁スリ
ーブ３２およびポリマー絶縁スリーブ３４で囲まれてい
る。スリーブ３４は、電極１０に沿って縦方向に延在
し、ロッド２２の外部表面と、そこに隣接するハブ２８
の遠位端外表面およびスリーブ３２の近位端外表面とを
覆う。セラミックスリーブ３２は、高温絶縁体であっ
て、あらゆる導電性流体または組織から、遠位端部２６
の円筒状外表面を電気的に絶縁する。スリーブ３２は、
十分に厚くなければならない。また、ひび割れすること
なしに電極の遠位端部を絶縁し続けるために、熱を放散
するのに十分な所定長さで近位端側へと延在していなけ
ればならない。セラミックにどのような破損が生じて
も、それにより、患者の安全が減じられるだけでなく、
電極リムにおける電力密度が必要な閾値以下となって切
除機能が害される。セラミックスリーブは、ポリマース
リーブ34を熱的に十分絶縁して、使用中に電極先端に生
じる高温下において当該スリーブの一体性を維持する。
このことはまた、外科手術中、切除に要求されるエネル
ギー密度を維持する。セラミックスリーブの長さL2（図
５）は、内視鏡または関節鏡の使用など、特定の外科手
術において遠位先端２６を屈曲させる必要性の度合によ
ってのみ制限される。図６および７に示したような屈曲
先端を有する電極は、カニューレ（例えば、内径５．５
ｍｍ）を通過しなければならない。したがって、セラミ
ックスリーブは、このような屈曲を可能にするために十
分短くなければならず、その一方において、十分な絶縁
を提供するための十分な大きさおよび長さを備えていな
ければならない。スリーブ３４は、ロッド２２が使用中
に意図的または反意図的に屈曲しても、当該ロッド２２
を絶縁できるように、十分な柔軟性を有することが好ま
しい。ロッドは中実のステンレス鋼であるが、手術中に
屈曲することもある。また、屈曲させる意図がなくて
も、外科医は、手術の間、要素を押し込み、または持ち
上げるためにロッドを使用し、電極に不注意に圧力を加
えることがある。

【００１８】絶縁スリーブ３２用のセラミック材料は、
切除中に電極の遠位先端に生じる高温に耐える能力によ
り選択されてきた。しかしながら、総てのセラミックが
電極の遠位先端に生じる高温および熱勾配に耐え得るわ
けではない、ということに注意すべきである。セラミッ
クの熱伝導性および熱拡散性は、その絶対的な強度より
も、適合性および性能に重要な影響を有する。好ましい
実施例に使用されるセラミック絶縁体は、コロラド州ゴ
ールデンの Coors Ceramics社から調達できる、押し出
しアルミナ（Al₂O₃）を基礎とする材料(AD-998 Round S
ingle Bore Turbing)から作られる。（部分的安定化ジ
ルコニア材料は、ある用途にはより強くそして頑丈であ
るが、熱効果による脆化、および著しいひび割れの故に
用いられない。）

【００１９】好ましい実施例では、スリーブ３４はポリ
オレフィン収縮チューブから作られ、より高温の他のポ
リマー材料も必要に応じ使用される。例えば、電極を覆
うために液体材料を使用することができ、または、顆粒
状粉体を焼き付けてもよい。主要な要求は、その材料か
ら、十分な絶縁強度、適当な可撓性、および熱特性を有
するスリーブを作れるということである。

【００２０】図５の拡大図に最も良く見られるように、
環状電極リム３０およびセラミック絶縁体３２は、ロッ
ド２２の遠位端部２６の熱膨張を許容するために環状間
隙３６によって分離されている。使用中、電極の遠位先
端の温度はかなり上昇する。金属電極と管状セラミック
絶縁体の熱膨張係数には差があるので、最低限の半径方
向クリアランスを電極ロッドと絶縁体との間に設けるこ
とが好ましい。切除中は電極が加熱されて膨張するの
で、このクリアランスが不十分であると、絶縁体のひび
割れが生じる。ポリマースリーブは比較的可撓性が高
く、この領域での電極ロッドの温度上昇は遠位先端３０
よりもかなり小さいので、同様のクリアランスは、ポリ
マースリーブ付近には必要ではない。

【００２１】好ましい実施例では、セラミック絶縁体を
電極ロッドに取り付けるために接着剤が使用される。接
着剤は、温度上昇が最大となる遠位領域において間隙
(クリアランス)３６を埋めないように塗布されなければ
ならない。このことは、セラミック絶縁体の近位端側に
のみ接着剤（適当な生体適合性高温エポキシ）を塗布す
ることによって、および、接着剤が間隙内の遠位端側へ
と流動することのないよう十分な粘性（硬化する前の）
を有することを確保することで達成される。電極と絶縁
体との間隙内において遠位端側に接着剤が存在すると、
電極遠位端部は加熱によって膨張するので、使用中にお
けるセラミック絶縁体のひび割れを生じるであろう。

【００２２】軸心に一致して設けられた円筒状凹部４０
は、露出する導電電極表面を最小にして環状電極リム上
での電力密度を増加させるべく、ロッド２２端面におい
て遠位側を向いている。

【００２３】好ましい実施例では、電極１０は、長さが
約１３０ｍｍ、直径D1が約２．４ｍｍ（０．０９４イン
チ）のステンレス鋼製である。凹部４０の直径D2は２．
１ｍｍ（０．０８２インチ）で、リム３０の厚みT1は
０．１５ｍｍ（０．００６インチ）である。凹部４０の
深さL1は、１ｍｍ（０．０４インチ）で、その閉塞端部
は様々な形状を有する。図示された形状は、ドリルを使
用して簡単に製造した場合の形状である。セラミックス
リーブ３２は、厚さT2が０．３ｍｍ（０．０１２イン
チ）で、長さL2が３．０ｍｍ（０．１２インチ）であ
る。間隙３６は、環状部の厚さGが０．０４ｍｍ（０．
００１５インチ）で、近位端側でロッド２２とスリーブ
３２との間に埋められたエポキシ４６の部分を除くスリ
ーブ３２の長さと同じ長さを有する。ポリマー絶縁スリ
ーブ３４（ポリオレフィン）は０．２５ｍｍの厚みT3を
有しており、セラミックスリーブ３２の遠位端から０．
１３ｍｍ（０．０５インチ）の距離L3だけ離れた位置ま
で延在している。以上の寸法で構成された電極は、３０
〜５０ワット前後の入力電力レベルで組織を切除できる
ことがわかったが、電極の寸法的を変更することで、も
っと低い電力レベルでも満足な切除が可能であろうこと
が理解できる。すなわち、必要な電力は、露出される電
極面積に比例する。また、ある使用者は、ある組織に対
して５０ワットよりも大きい電力レベルでの操作を好む
であろう。上記に鑑み、本発明の意図する電力範囲は０
〜１００ワット前後、好ましくは３０〜５０ワット前後
の範囲であると思われる。

【００２４】図６および図７に示した変形例に係る電極
１０ａおよび１０ｂのように、ロッド２２の遠位端部を
ロッド軸に関して３０°または９０°屈曲させてもよ
い。また、他の適当な角度で屈曲させてもよい。

【００２５】ここに開示された実施例は、環状絶縁間隙
を利用しているが、この間隙の目的は剛直な不撓性のセ
ラミック絶縁スリーブのひび割れを防止することであ
る。仮に、電極先端の熱膨張に応じたセラミックスリー
ブの膨張を許容しつつ、当該セラミックスリーブの機能
を確保ならしめるような絶縁材料が入手可能であれば、
そのような環状間隙は不必要であろう。

【００２６】この分野における当業者であれば、本発明
の精神および範囲から逸脱することなく、ここに開示し
た本発明の好ましい実施例に対して多くの改良および変
更を為すことができると理解される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一端が電極に、他端が電気外科発電機への接
続用プラグに接続された先行技術の電気外科ペンシルの
略式図である。

【図２】 本発明の原理に従って構成された単極電極の
略実寸での側面図である。

【図３】 図２の拡大断面図である。

【図４】 図３の右端部の図である。

【図５】 図２および３に示された電極の遠位先端の拡
大断面図である。

【図６】 図３に示された電極の別の実施例の拡大断面
図である。

【図７】 図３に示された電極の更に別の実施例の拡大
断面図である。

【符号の説明】

10 ペンシル 12 プラグ 14 電気コード 16 電極 18 遠位端部 20 電極 22 ロッド 24 近位端部 26 遠位端部 28 ポリマー製ハブ 30 円筒状リム 32 セラミック絶縁スリーブ 34 ポリマー絶縁スリーブ 36 環状隙間 40 凹部 46 エポキシ

【手続補正書】

【提出日】平成１２年４月１３日（２０００．４．１
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・エイ・バンウィック アメリカ合衆国34647フロリダ州ラルゴ、 スターキー・ロード10801番、ナンバー104 −16

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気外科用発電機に接続された電気外科
   用ペンシルとともに使用される単極電極であって、 遠位端部と軸心を有する近位端部とを備え、近位端部は
   電気外科用ペンシルに接続され、遠位端部は導電性環状
   リムにて終端している、導電性電極ロッドと、 上記遠位端部においてロッド周囲に同軸状に配置された
   第一絶縁管状スリーブと、 上記近位端部の所定領域において、第一絶縁管状スリー
   ブおよび電極ロッドの周囲に同軸状に配置されたポリマ
   ー製第二絶縁管状スリーブと、を備えたことを特徴とす
   る単極電極。
2. 【請求項２】 上記電極ロッドの遠位端部と第一絶縁ス
   リーブとの間に、所定の軸方向長さを有する環状絶縁間
   隙をさらに備えていることを特徴とする、請求項１記載
   の単極電極。
3. 【請求項３】 上記環状リムは電極ロッドと一体的に形
   成されていることを特徴とする、請求項１記載の単極電
   極。
4. 【請求項４】 上記環状リムは、遠位側を向く表面と、
   当該表面から近位側へと所定距離で延在して側方を向く
   表面と、を有することを特徴とする、請求項１記載の単
   極電極。
5. 【請求項５】 上記ポリマー製第二絶縁スリーブは、電
   極ロッドが屈曲した場合でも当該電極を絶縁するのに十
   分な可撓性を有することを特徴とする、請求項１記載の
   単極電極。
6. 【請求項６】 上記第一絶縁管状スリーブは、セラミッ
   クであることを特徴とする、請求項１記載の単極電極。
7. 【請求項７】 上記第一絶縁管状スリーブは、環状絶縁
   間隙の最も近位端側に塗布された接着剤によって、前記
   ロッドの遠位端部に固着されていることを特徴とする、
   請求項２記載の単極電極。
8. 【請求項８】 上記電極ロッドの遠位端部は、近位端部
   の軸心と同軸状に位置する軸心を有することを特徴とす
   る、請求項１記載の単極電極。
9. 【請求項９】 単極外科手術を受ける患者に対して、単
   極電極を用いて組織切除を実施する方法であって、 請求項２記載の単極電極を提供する工程と、 当該単極電極を電気外科用発電機に接続して、１００ワ
   ット未満の電力レベルのエネルギー波形を印加する工程
   と、を含むことを特徴とする方法。