JP2000504616A - 自動電力制御のコードレスバイポーラ電気焼灼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電池（１０）駆動、すなわちコードレスの外科手術用の電気焼灼装置（５）である。この装置は、マイクロプロセッサ（１４）で制御され、ユーザが選択した複数の電圧レベルの１つに従って出力電圧を自動的にフィードバックして制御する。

Description

【発明の詳細な説明】 自動電力制御のコードレスバイポーラ電気焼灼装置技術分野 この発明は、一般に電気焼灼装置に関するもので、より詳しくは、自動電力制 御のコードレスバイポーラ電気焼灼装置に関する。背景技術 電気焼灼は、外科手術において細い静脈や動脈内の開口部の封止や、精管切除 手術における他の管腔の封止や、組織の切開や除去に長年用いられている。小さ な套管針の口を通して縫い目を接合し、また外科用メスを使用するのは困難なの で、腹腔鏡手術が多くなるに従って、電気焼灼は非常に重要になった。 腹腔鏡胆嚢切除などの一般的な腹腔鏡手術では、単極の電気焼灼装置を用いて 胆嚢を肝臓床から切り離しブリーダを焼灼する。従来の単極電気焼灼装置は、長 い柄の末端に取り付けた単一内部電極を有する。内部電極は、套管針を通して腹 腔内に挿入される。柄を操作して、対象とするブリーダやその他の組織に電極を 近づける。医者が装置を起動すると、無線周波数（ＲＦ）エネルギーが患者の外 部で生成され、これが内部電極からＲＦ電流として伝わる。電流は、切開すなわ ち焼灼される組織を通り、患者の身体を流れ、患者の背中に接触させた大きな平 板外部電極を経て焼灼装置に戻る。小さな内部電極の近くに高い電流密度が生じ 、これにより付近の組織の細胞の水分を蒸発させ、細胞を焼いて切開する。焼灼 による電力損は小さい。加熱するのは内部電極の周りだけであって、焦がすこと はほとんどない。 単極焼灼を用いた場合は、いろいろ問題がある。外部電極と患者の背中との接 触が不十分な場合は、電荷が身体を出る点で電流密度が高くなり、患者がひどく 火傷を負う。２つの電極を内部に持つバイポーラ電気焼灼を用いると、この問題 はなくなる。切開、すなわち焼灼する組織に接触して２つの電極を置くと、ＲＦ 電流の戻り経路は、通常１ミリメートル以下の間隔に設けられた一方の電極から 他方の電極までなので、隣接した電極の間の電流密度を容易に制御することがで きる。米国特許番号第４，０３４，７６２号、第４，６７４，４９９号、第４， ８０５，６１６号、第５，２６９，７８０号は、種々の手術に用いられるバイポ ーラプローブについて述べている。 しかし、従来のバイポーラ電気焼灼装置には、可搬性と普通のＡＣ電源の信頼 性に関して別の問題がある。素子が故障し、絶縁が不十分な場合は、ＡＣ電源か ら切開電極に漏電を生じ、ひどい傷ができたり死に至ったりする。Cosensは、米 国特許番号第４，０３４，７６２号に、精管切除手術に用いるよう設計された電 池駆動のバイポーラ電気焼灼装置について述べている。’７６２号の装置は、マ ルチバイブレータとステップアップ変圧器を用いてＲＦエネルギーを生成する。 ’７６２号の装置は、可搬性とＡＣ漏電の問題を解決してはいるが、効率が悪く 、他に比べて大きな電池を必要とする。また’７６２号の装置には、組織に与え る電力を調節する適当な手段がないので、切開手術中に組織の負荷抵抗が変化し ても切開部に与える電力量を制御することができない。 したがって、必要とされる電気焼灼装置は、可搬形で安全で腹腔鏡手術に用い ることができて、しかも使用中に負荷抵抗が変化しても、ユーザが選択可能な自 動制御された電力レベルで操作することのできるものである。発明の開示 本発明の電気焼灼装置は、コードレスであって、一体化された電池駆動の調節 可能な電源を用いる。マイクロプロセッサにより電気焼灼装置の動作を制御し、 装置のユーザが複数の所定の出力電力レベルの１つを選択するための入力を備え る。マイクロプロセッサの出力は、パルス幅変調（ＰＷＭ）駆動信号を駆動回路 の入力に与える。駆動回路の出力は、ステップアップ変圧器の一次巻線に接続し 、変圧器の二次巻線に従来型のバイポーラ焼灼プローブを接続する。 焼灼電極に印加する出力電圧と電極を流れる出力電流は、フィードバック制御 回路により実時間で監視される。出力電圧および電流に対応するアナログ信号は 、ディジタル化され、マイクロプロセッサは、これを用いてＰＷＭ駆動信号を調 節し、電力出力を実質的に所定のレベルに保持する。 好ましくは、本発明の電気焼灼装置は、符号器を有する電池パックと復号器を 有するマイクロプロセッサも含む。この実施の形態では、マイクロプロセッサは 、 電池符号器をチェックして、この装置に搭載された電池がこの応用に適している ことを確認する。適していない場合は、装置は動作することができない。 本発明の電気焼灼装置は、ディジタルディスプレイを備え、ユーザは選択され た電力レベルを目で確認することができる。 図１は、本発明のコードレス電気焼灼装置のブロック図である。 図２ａと図２ｂは、図１の好ましい実施の形態の装置における電池復号器から 電池パック符号器への制御信号の伝送に関連する信号レベルと信号タイミングを 表すグラフである。ただし、ｔ_sycは同期信号を表し、ｔ_lowlは書込み１の時間 スロットの低論理信号を表し、ｔ_low0は書込み０の時間スロットの低論理信号を 表し、ｔ_slotは単一書込み時間スロットの継続時間を表す。 図３ａと図３ｂは、電池パック符号器から焼灼装置復号器への電池確認データ の伝送に関する信号レベルと信号タイミングを表すグラフである。ただしｔ_syc は同期信号を表し、Ｔ_SUは読取りデータセットアップ信号を表し、ｔ_RDV は読取 りデータ有効信号を表し、ｔ_slotは単一読取り時間スロットの継続時間を表す。 図４は、焼灼装置の好ましい実施の形態に用いられる電池符号器がとる状態の シーケンスを示す表である。 図５は、復号器によるリセットパルス信号の生成中と電池符号器による存在検 出信号の生成中のシーケンスと論理レベルを表す。 図６は、図１と図７に示すマイクロプロセッサで実現される本発明の電気焼灼 装置の復号器／制御器部のブロック図である。 図７は、図１のコードレス電気焼灼装置の略図である。発明を実施する最良モード コードレス電気焼灼装置５の電子部の一般的な配置と好ましい実施の形態を図 １と図７に示す。この装置の目的は、出力電圧Ｖ_out を含む焼灼出力信号をステ ップアップ変圧器１１の二次巻線に生成することである。焼灼出力電圧Ｖ_out は 、一般に１２００ボルトのピーク電圧を有する一般に周波数４００ｋＨｚのＡＣ 信号であって、例えば米国特許番号第５，２６９，７８０号に述べられている従 来型のバイポーラ焼灼プローブ（図示せず）に与えられる。プローブの電極にＶ_out を印加すると、電極間に存在する組織を通して発熱ＲＦ電流（Ｉ_out）を 生成する。 焼灼装置５は、可搬形であり、コードレスであって内部電池１０を電源とする 。単電池３ボルトの二酸化硫酸リチウム電池を用いてよい。この電池は、十分低 い内部インピーダンスを有し、好ましくは、最大５０ワット変化する手術に必要 な焼灼出力電力を与える。例えば、Linear Technology 社の型番ＬＴ１３０４ 切替え調節チップＩＣ１を用いた切替調節回路１５により、元の電池電圧Ｖ_b を 昇圧する。チョークＬ１およびＬ２と、コンデンサＣ１およびＣ２と、ツェナー ダイオードＺ１によりＩＣ１からの出力を平滑化して、６．５ＶＤＣの調節され た動作電圧Ｖ_ccを生成し、マイクロプロセッサ１４、駆動回路１３、電流検出増 幅器１８、ディスプレイ復号器３２を含む焼灼装置５の活動素子に与える。 このコードレス電気焼灼装置５は、ユーザが電力出力レベルを選択できるとい う点で電池駆動の従来品より優れている。この機能では、入力スイッチ３１は、 電力レベル選択信号を電力選択入力Ｐ０，０（好ましくは、マイクロプロセッサ １４内のメモリレジスタ）に送る。好ましくは、電力レベル選択信号は、１個以 上のディジタルデータパルスから成り、そのパルス数は、ユーザが選択した離散 的な電力レベルに対応する。例えば、ユーザが最大（１００％）電力を用いるこ とを選択し、入力スイッチ３１を用いて、この選択を行うと（例えば、スイッチ ３１を１０回押すと）、１０個のパルスが発生してマイクロプロセッサ１４内の 一時メモリ位置に記憶される。または、スイッチ３１を１回だけ押すと、１パル スを発生して、選択したのは１０％電力であると記憶する。選択された電力レベ ルは、２桁のＬＣＤディスプレイ３５に表示される。ディスプレイ３５は、電流 制限抵抗器Ｒ_c のバンクを通して形番ＭＣ１４４９９ディスプレイ復号器３２に より駆動される。 焼灼出力信号Ｖ_out の電力レベルは、パルス幅変調（ＰＷＭ）により変更する 。したがって、マイクロプロセッサ１４は、駆動回路１３の入力に送るＰＷＭデ ィジタル信号を出力ＰＭＷに生成する。マイクロプロセッサ１４内に常駐するソ フトウエアは、内部データプロセッサを制御して、駆動回路１３の入力に送る駆 動信号のデューティサイクル（パルス幅）をメモリ内に予め記憶された電力レベ ル選択信号に比例して変更する。 駆動回路１３は、図７に示すようにトランジスタＱ１とＱ２の対を「トーテム ポール」構成で電気的に接続して電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）段１２（図７ のトランジスタ１２ａと１２ｂ）を切り替え、出力変圧器１１の一次巻線に直列 のスイッチとして動作する。したがって、変圧器１１の一次巻線の両端にかかる 電池電圧Ｖ_b は、マイクロプロセッサ１４が決定する速度とデューティサイクル でオンとオフに切り替わり、コンデンサＣ_b のバンク（図７）を放電する。好ま しくは、切替え周波数は、約４００ｋＨｚである。デューティサイクルは、上に 述べたようにユーザが決定した電力レベル選択信号に従って変化する。ＦＥＴ１ ２は、１個以上のコンデンサ２６とツェナーダイオード２７により過渡電圧およ び変圧器１１の一次巻線にかかるピーク電圧から保護される。 変圧器１１は、一次電圧を約１２００ボルトピークまでステップアップする。 したがって、マイクロプロセッサ１４のＰＷＭ出力のデューティサイクルは、変 圧器１１の一次巻線で用いる電力、したがって変圧器の二次巻線と焼灼プローブ （図示せず）を経て組織に与える電力を規定する。プローブに与える電力は、デ ューティサイクルの平方根にほぼ比例する。 スイッチ２８を閉じると焼灼装置５は起動し、電力オン信号が抵抗器Ｒ１を通 してマイクロプロセッサ１４の入力に与えられる。しかし、焼灼装置の１つの好 ましい実施の形態では、ディジタル通し番号符号器ＩＣ２を用いる符号器回路１ ６が電池１０に関連する。符号器ＩＣ２は、好ましくは電池１０を含むパッケー ジ内に組み込まれており、電池識別データを記憶して、要求があると、この電池 識別データをマイクロプロセッサ１４の入力に送る。プルアップ抵抗器Ｒ２は、 符号器ＩＣ２を電池電圧Ｖ_b に電気的に接続する。 焼灼装置５の１つの好ましい実施の形態では、符号器チップＩＣ２は、 Dallas Semiconductor社製のモデルＤＳ２４０１シリコン通し番号集積回路でよ い。このような実施の形態では、符号器ＩＣ２とマイクロプロセッサ１４の間の 全てのデータ通信は、単一インターフェース線で行われる。符号器ＩＣ２内に記 憶されている電池識別データは、８ビットのディジタル符号化モデル、すなわち 型番と４８ビットの電池識別コードを含んでいる。この実施の形態の符号器ＩＣ ２は、後で説明するように、符号器ＩＣ２からの電池識別データをシステムが正 しく受信したことを確認する８ビットのチェック値を更に含んでいる。 符号器ＩＣ２内に記憶されたデータは、図２ａ、図２ｂ、図３ａ、図３ｂに示 すように読取りおよび書込み時間スロットの間にアクセスする。 上に説明した符号器ＩＣ２から得られる全ての機能を本発明の電気焼灼装置に 完全に実現するための復号器／制御装置３０を図６に詳細に示す。好ましくは、 復号器／制御装置３０は、マイクロプロセッサ１４と一体である。Phillips Ele ctronics 社の８３Ｃ７５２型マイクロプロセッサをこれに用いてよい。タイマ 回路４１は、復号器３０の他の機能モジュールに種々のタイミングおよび論理信 号を従来の方法で与える。 リセットパルス発生器４３を用いて、図５に示すように制御信号をリセットパ ルスの形で符号器ＩＣ２に与える。これにより、符号器ＩＣ２は、初期リセット 状態から復号器３０の制御信号を受け、次に型番、電池識別コード、チェック値 を含む電池識別データを送る状態まで系統的なシーケンスで進む。符号器ＩＣ２ の状態を図４に示す。命令語発生器３６も復号器３０に含まれ、符号器ＩＣ２へ の他の必要な制御信号を生成する。 スイッチ２８を閉じると、型番復号器／比較器モジュール３７は、符号器ＩＣ ２から型番を受けて、モジュール３７（マイクロプロセッサ１４内の不揮発性メ モリ）内に記憶されている予めプログラムされた型番（好ましい実施の形態では １６進数０１）と必要な比較を行う。これも復号器３０の一部である電池識別コ ード比較器モジュール３９は、符号器ＩＣ２から電池識別コードを受けて、電池 識別コードと、装置コードメモリモジュール３８内に記憶されている装置識別コ ードとを比較する。コード比較器モジュール３９は、比較信号を中断信号発生器 ４０に与えて、電池識別コードが装置識別コードと正しく一致しているかどうか を示す。コード比較器モジュール３９からの比較信号がコードの不一致を示す場 合は、中断信号発生器４０は、中断信号を生成し、電気焼灼装置５の運転を停止 させる。 したがって、符号器ＩＣ２からの電池識別データが許容値外である場合は、マ イクロプロセッサは、駆動回路１３の入力に送るＰＷＭ信号を中断するので、プ ローブに焼灼信号Ｖ_out を送らない。この中断条件が起こると、装置５をリセッ トする前に電池１０を交換しなければならない。好ましくは、符号器回路１６は 電池１０と一体にする。 装置５を更に正しく動作させるために、マイクロプロセッサ１４のＡ／Ｄ入力 （ＡＤ０）は、元の電池電圧Ｖ_b を監視して、電池電圧が過度に低下した場合は 、装置５を停止させる。 本発明の改善された電気焼灼装置５では、焼灼プローブに供給される電力を自 動焼灼電力フィードバックおよび制御回路により監視して自動的に制御する。焼 灼する組織を流れるＲＦ電流Ｉ_out は、電流検出抵抗器１７を通って流れる。電 流Ｉ_out の値は、負荷（組織）抵抗とＶ_out の大きさに依存し、抵抗器１７の両 端の電圧降下でこれを測定する。抵抗器１７の両端の電圧降下を電流検出差動増 幅器１８で増幅し、第１整流／濾波段３３で整流し濾波する。第１整流／濾波段 ３３は、図７ではダイオードＤ１およびＤ２、コンデンサＣ３、抵抗器Ｒ３、ツ ェナーダイオードＺ２で構成する。整流／濾波段３３の出力はアナログＤＣ信号 で、組織内を流れる電流Ｉ_out の大きさに比例する。この信号はマイクロプロセ ッサ１４のアナログ入力ＡＤ２と一体のＡ／Ｄ変換器でディジタル化する。焼灼 出力電圧Ｖ_out は、第２整流／濾波段３４（図７のダイオードＤ３およびＤ４、 コンデンサＣ４、抵抗器Ｒ４、ツェナーダイオードＺ３）で整流して濾波し、マ イクロプロセッサ１４内の入力ＡＤ３のＡ／Ｄ変換器でディジタル化する。 したがって、入力ＡＤ２とＡＤ３の信号の積は、組織に供給される焼灼出力電 力に比例する。焼灼、すなわち切開手術中に組織のインピーダンスが変化すると 、マイクロプロセッサ１４内に常駐するソフトウエアサブルーチンが駆動回路１ ３に送るＰＷＭ出力信号のデューティサイクルを調整して、ユーザが予め選択し た所定の電力レベルを保持する。この出力電力のフィードバックおよび制御回路 は、プローブが身体の空腔内に置かれた他の器具と偶然接触した場合に害や傷を 受けるのを防ぐ役目もする。 新規のコードレス電気焼灼装置の特定の実施の形態について説明したが、以下 の請求の範囲の規定を除けば、この説明は、本発明の範囲を制限するものではな い。更に、いくつかの素子や動作パラメータを好ましい実施の形態に関連して説 明したが、以下の請求の範囲の規定を除けば、この説明は本発明の範囲を制限す るものではない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 電気焼灼装置であって、バイポーラ電極を有する焼灼プローブを備え、 ａ． 所定の焼灼電力出力の焼灼出力信号を生成して前記プローブの付近の組 織を通して前記電極の間にＲＦ電流を流す焼灼信号発生手段と、 ｂ． 前記焼灼装置のユーザが電力レベルを選択すると、これに応じて所定の 焼灼電力出力を変更して、前記焼灼装置を複数の所定の焼灼電力出力レベルで動 作させる電力選択手段と、 ｃ． 電池を含み、前記焼灼装置と一体であり、前記焼灼信号発生手段と電気 的に接続して外部電源コードを用いずに前記焼灼装置を動作させる電源と、 を含む電気焼灼装置。 ２． 請求項１に記載の電気焼灼装置であって、前記焼灼装置の動作中は実際 の焼灼電力出力を監視し、前記焼灼出力信号を調節して、前記焼灼装置の動作中 は前記ユーザが選択した所定の焼灼電力出力を自動的に保持する焼灼電力出力フ ィードバックおよび制御手段を更に備える電気焼灼装置。 ３． 請求項２に記載の電気焼灼装置であって、前記電池は電子的な電池識別 データを含む符号器を備え、前記焼灼装置は、 ａ． 装置識別データを電子的に記憶する手段と、 ｂ． 前記電池識別データと前記装置識別データとを比較する手段と、 ｃ． 前記電池識別データが前記装置識別データと一致しない場合は、前記装 置の動作を中断させる中断手段、 を更に含む電気焼灼装置。 ４． 請求項２に記載の電気焼灼装置であって、前記焼灼信号発生器は、前記 電力レベル選択手段に応じて、また前記焼灼電力出力フィードバックおよび制御 手段に応じて、パルス幅変調により焼灼出力信号を変更する手段を含む電気焼灼 装置。 ５． 請求項４に記載の電気焼灼装置であって、前記焼灼電力出力フィードバ ックおよび制御手段は、 ａ． 前記ＲＦ電流の大きさに比例する第１ディジタル信号を生成する手段と 、 ｂ． 前記焼灼出力電圧の大きさに比例する第２ディジタル信号を生成する手 段と、 ｃ． 前記第１および第２ディジタル信号から実際の焼灼電力出力を計算する 手段と、 を備える電気焼灼装置。 ６． バイポーラ焼灼プローブと共に用いて組織を切開し加熱する電気焼灼装 置であって、 ａ． 焼灼出力信号を生成して前記プローブに供給する信号発生手段と、 ｂ． 前記焼灼出力信号を制御して前記焼灼装置の使用中は、前記組織内で消 費する電力を所定の電力出力レベルに制御する電力出力制御手段と、 ｃ． 前記焼灼装置と一体であって、前記信号発生手段と前記電力出力制御手 段に接続して前記装置をコードレスで動作させる電池と、 を含む電気焼灼装置。 ７． 請求項６に記載の電気焼灼装置であって、ユーザの選択に応じて前記装 置の所定の電力出力レベルを調節する電力出力選択手段を更に含む電気焼灼装置 。 ８． 請求項７に記載の電気焼灼装置であって、前記ユーザが選択した所定の 電力出力レベルを表示する手段を更に含む電気焼灼装置。 ９． バイポーラ焼灼プローブと共に用いる電気焼灼装置であって、 ａ． 焼灼駆動信号出力に接続する信号発生器と第１のＡ／Ｄ変換器入力と第 ２のＡ／Ｄ変換器入力とを有するマイクロプロセッサと、 ｂ． 一次巻線と二次巻線を有する出力変圧器と、 ｃ． 駆動回路入力と駆動回路出力を有し、前記駆動回路入力は前記焼灼駆動 信号出力に接続し、前記駆動回路出力は前記出力変圧器の一次巻線に接続する駆 動回路と、 ｄ． 前記マイクロプロセッサの前記第１のＡ／Ｄ変換器入力に出力電流信号 を与え、出力電流フィードバック信号は、前記焼灼装置からの出力電流の大きさ に対応する出力電流フィードバック回路と、 ｅ． 前記出力変圧器の二次巻線に電気的に接続し、前記マイクロプロセッサ の第２のＡ／Ｄ変換器入力に前記出力電圧の大きさに対応する出力電圧フィード バック信号を与える出力電圧フィードバック回路と、 ｆ． 前記焼灼装置用の調節された電源に接続する一体型電池と、 を含む電気焼灼装置。 １０． 請求項９に記載の電気焼灼装置であって、前記マイクロプロセッサは 、 前記ユーザが選択した前記焼灼装置の所定の電力出力レベルに対応する電力レ ベルデータを受けて記憶するメモリレジスタを有する電力選択入力と、 データプロセッサであって、前記電力選択入力と前記第１および第２のＡ／Ｄ 変換入力と前記信号発生器に接続し、前記電力出力レベルデータの変化に応じ、 また実際の電力出力の電流および電圧信号の変化に応じて焼灼駆動信号出力にお ける焼灼出力駆動信号を変更する変調手段を備えるデータプロセッサと、 を更に含む電気焼灼装置。