JP2010533528A - 高周波手術装置および高周波手術装置の動作方法 - Google Patents
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Abstract
Description
組織を切開した時の電流の周波数スペクトルの評価が既知である。アークのフラッシュオーバの非線形の特性により、高周波発生器の出力電流の周波数スペクトルに高調波が生じる。電流波形の基本的な正弦波形状からの歪みおよび偏位の程度はアークのフラッシュオーバの強度に依存する。したがって高調波成分はアーク強度に比例し、出力電力を制御するための判定基準として使用することができる。負荷下では出力電圧が正弦波形状から大幅に偏差する(電圧ブレークダウン)発生器は出力電圧に関しても相応の周波数スペクトルを生成する。
高周波手術における単極の切開の場合には、アークが金属性の電極と組織との間で燃焼する。非常に異なる材料において帯電粒子を生じさせなければならない異なる仕事関数により、アークは金属半導体ダイオードに類似する整流作用を有する。アークのフラッシュオーバの場合のみ直流電圧(直流成分)が生じる。患者回路における直流電流の遮断に使用されるキャパシタにおいて直流電圧を測定することができる。直流電圧はアーク強度に制限的に比例し、高周波発生器の制御に使用することができる。公知の高周波手術装置におけるアーク制御は例えばアークのフラッシュオーバに基づく直流電圧の検出を基礎としている。
電流の周波数スペクトルを組織の分画のための特徴として使用することができる。試験により、周波数スペクトルは電極材料に依存することが分かった。高周波手術装置により切開を行う場合、外科医によって案内されるアクティブな切開電極の物質は変化しない。したがって、個々の高調波の振幅を評価することによって、切開電極を包囲する物質に関する情報を提供することができる。したがって、偶数の高調波の振幅と奇数の高調波の振幅との関係を評価目的のために使用することができる。試験により、例えば筋肉組織における第2高調波の振幅と第3高調波の振幅との関係は、脂肪組織における第2高調波の振幅と第3高調波の振幅との関係とは異なることが分かった。
電極−組織配置の抵抗は速度が増すにつれ低下する。この関係を活性電極が切開作業中に蒸発した細胞液によって被覆されているモデル表現に基づき説明できる。この蒸気層は進行方向に圧縮されるので、アークはより薄い蒸気層に基づきその位置において点弧する。前進速度が上昇し、したがって蒸気層がより一層圧縮されて薄くなると、その抵抗も低下する。直流電圧UDCが一定に制御されていれば、切開表面の凝固の程度は切開速度の上昇と共に低下するので、直流電圧UDCだけの場合よりも電極の進行速度がより考慮されている付加的なパラメータが必要とされる。高周波発生器の出力電流Iはそれ自体でこの目的のパラメータを表す。
試験により、切開速度における高調波に関する強い依存性が存在することが分かった。電極速度または切開速度は電極を組織に案内する手術者に依存する。しかしながら技術的な組織分画の結果はユーザ(手術者)による影響を受けるべきではない。したがって組織分画に関しては、速度に依存せず、したがって手術者による影響を受けないパラメータを発見しなければならない。
図5は出力電圧の測定値を示すグラフであり、ここでは直流電圧が組織分画のために40Vに調整された。筋肉組織と脂肪組織との間の遷移領域における所定のデータ範囲は、筋肉組織と脂肪組織を区別することができる情報グラフを取得するためにデータ評価において切り取られた。アーク制御は出力電圧UHFを組織因子に急峻に適合させることができない。これにより組織の種類に関する情報を提供することができない遷移領域が増大する。
筋肉組織から脂肪組織にかけての切開を行う場合、従来技術による高周波制御のアーク制御は、(直流電圧UDCの測定によって検出された)アーク強度を実質的に一定に維持するために出力電圧UHFを組織に適合させる。図5は、出力電圧と直流電圧との関係(UHF/UDC)に基づき組織を区別できることを示す。したがって、信頼性の高い組織分画のために1つまたは複数の他のパラメータとの組み合わせが適当である。
図6は従来技術による原理を示し、患者回路における誘導防止キャパシタCAntiに印加される直流電圧の測定によるアーク強度の検出を基礎とする。図6に示されているアークセンサは測定回路と、関連する周辺装置を備えたPIC−18マイクロコントローラと、データ伝送用インタフェースとから構成されている。キャパシタCAniに印加される直流電圧はPIC−18マイクロコントローラのA/D変換器によって検出される。測定値からは、高周波発生器のCPUと通信するデータプロトコルが形成される。高周波発生器のCPUは制御タスクを実行し、アークの制御された切開を実施することができる。アークセンサ自体は制御技術に関するタスクを有しておらず、このアークセンサはアーク強度に比例し、また高周波発生器のCPUとの通信を可能にする信号を生成する。
高周波発生器の電流の周波数スペクトルにおける高調波の評価が図7に示されている。上述のように電流の周波数スペクトルの評価も電圧の周波数スペクトルの評価も基本的にはアーク強度の検出に適している。試験に基づき、アーク強度と切開速度と切開結果との関連性を証明することができた。さらには試験により、そのような制御を実施するために、アーク強度と電流との関係だけでなく、アーク強度と出力電圧の周波数スペクトルにおける第2高調波の振幅との関係も適切であることが分かった。
高周波発生器の出力信号の高調波の評価は図8に示されている回路において実施される。そのような高調波成分の評価により所望の周波数をフィルタリングすることができる。そのような場合、基本波ならびに第2高調波および第3高調波が殊に有利である。何故ならば、それよりも高次の高調波の振幅は低下し、したがってバックグラウンドノイズとの区別がより困難になるからである。組織の切開の際に活性電極は蒸気層によって包囲されているので、組織との直接的な接触は存在しない。蒸気層および組織の抵抗は1kΩ〜2kΩの範囲にあるので、比較的一定である。この場合、基本波の周波数は330kHz〜335kHzの範囲で変化し、第2高調波の周波数は660kHz〜670kHzの範囲で変化し、また第3高調波の周波数は990kHz〜1005kHzの範囲で変化する。
試験により得られたアーク強度検出および組織分画のためのパラメータを技術的に実施するための使用を以下において説明する。
アーク制御の目的は、常に同一で切開パラメータに依存しない定義済みの切開結果を得ることである。切開の所望の品質は高周波発生器のユーザインタフェースを用いて手術者によって事前設定される。したがって手術者はアークの強度を固定する。アーク強度は測定技術によって検出され、制御システムによってそのレベルにおいて一定に維持される。その種の制御によって、切開結果を組織因子に実質的に依存せずに維持することができる。しかしながら切開結果に関する切開速度、すなわち電極速度への依存性は依然として残っている。アーク強度が電流とほぼ同じ特性を有する場合には、切開速度の影響を補償できることが分かった。これは一定のレベルで制御されている2つの値の関係によって達成できる。そのような制御(UDC/I)によって、一定のアーク強度で切開を行う場合よりも切開速度に事実上依存しない切開結果を達成することができる。試験結果は、出力電圧の周波数スペクトルにおける第2の高調波の評価(UDC/uf2)によってそのような制御を実施できることを示した。これは電圧周波数スペクトルに基づいた組織分画によって補完され、したがって結合型センサ(joint sensor)において実施することができる。
以下ではフィルタハードウェアについても例示的に説明する。このフィルタハードウェアによって電圧周波数スペクトルの第2高調波および第3高調波をアーク制御のため、また組織分画のために評価することができる。
本発明は、アークパラメータを検出するための新規の測定システムを提供する。本発明による高周波手術装置は高周波発生器の出力電圧の周波数スペクトルにおける高調波の評価を採用する。アーク制御を拡大するために、直流電圧UDCと高周波発生器の出力電圧の周波数スペクトルからの第2高調波uf2との商がパラメータUDC/uf2を得るために使用された。このパラメータUDC/uf2により、切開速度が従来の高周波手術装置の場合よりも一層考慮され、したがって切開結果が改善される。直流電圧UDCと関連する、高周波発生器の出力電圧の周波数スペクトルにおける第2高調波uf2および第3高調波uf3の振幅の評価はパラメータ(uf2+uf3)/UDCを提供し、このパラメータ(uf2+uf3)/UDCにより切開速度に依存せずに筋肉組織と脂肪組織とを区別することができる。組織分画に関して考えられるオプションを拡張するために、組織に依存するパラメータUHF/UDC(UHF=直流成分を含まない高周波発生器の出力電圧)との組合せもさらに提案される。アークセンサシステムを拡張するための上述のパラメータは一連の広範な試験において評価した。660kHz〜670kHzおよび990kHz〜1005kHzの周波数範囲に関する適切なバンドパスフィルタの上述の設計は、高調波評価のハードウェアの実現例を表す。
Claims (15)
- 動作時にアークの形成によって治療すべき組織と共に高周波回路を形成する少なくとも1つの高周波発生器を備えた、生物学的な組織を切開するおよび/または凝固させる高周波手術装置において、
少なくとも1つの測定計算装置を有し、該測定計算装置は信号伝送のために前記高周波回路に接続されており、且つ、動作時に前記高周波回路における直流電圧も、前記高周波発生器の基本周波数の少なくとも1つの偶数高調波および少なくとも1つの奇数高調波の振幅も検出し、前記偶数高調波の振幅および前記奇数高調波の和と前記直流電圧との関係から、治療すべき組織の種類を表す第1の組織パラメータを形成し、後続の処理に関して前記第1の組織パラメータに依存する組織信号を出力することを特徴とする、高周波手術装置。 - 前記高周波手術装置は、信号伝送のために前記高周波発生器の出力値を制御または調整するための前記測定計算装置に接続されている少なくとも1つの制御装置を有し、該制御装置は前記組織信号に基づき前記出力値を制御または調整する、請求項1記載の高周波手術装置。
- 前記測定計算装置は、前記高周波回路の出力電圧または出力電流の周波数スペクトルにおける高調波の振幅を検出する、請求項1または2記載の高周波手術装置。
- 前記測定計算装置は第2高調波の振幅および第3高調波の振幅を検出する、請求項1から3までのいずれか1項記載の高周波手術装置。
- 前記測定計算装置は前記高周波回路における出力電圧を測定し、該出力電圧に依存して前記組織パラメータを形成する、請求項1から4までのいずれか1項記載の高周波手術装置。
- 前記測定計算装置は、前記高周波回路における直流電圧と出力電圧との関係から治療すべき組織の種類を表す第2の組織パラメータを形成し、前記第1の組織パラメータおよび前記第2の組織パラメータに依存して前記組織信号を出力する、請求項1から5までのいずれか1項記載の高周波手術装置。
- 前記測定計算装置は、動作時に前記高周波回路における直流電圧も前記高周波回路における出力電流および/または前記高周波発生器の基本周波数の少なくとも1つの高調波の振幅も検出し、前記直流電圧および前記高調波の振幅の商、および/または、前記直流電圧および前記出力電流の商から切開速度を表す速度パラメータを形成し、後続の処理に関して前記速度パラメータに依存する速度信号を出力する、請求項1から6までのいずれか1項記載の高周波手術装置。
- 動作時にアークの形成によって治療すべき組織と共に高周波回路を形成する高周波発生器を備えた、生物学的な組織を切開する高周波手術装置において、
少なくとも1つの測定計算装置を有し、該測定計算装置は信号伝送のために前記高周波回路に接続されており、且つ、動作時に前記高周波回路における直流電圧も、前記高周波回路における出力電流および/または前記高周波発生器の基本周波数の少なくとも1つの高調波の振幅も検出し、前記直流電圧および前記高調波の振幅の商から、および/または、前記直流電圧と前記出力電流の商から切断速度を表す速度パラメータを形成し、後続の処理に関して前記速度パラメータに依存する速度信号を出力することを特徴とする、高周波手術装置。 - 前記高周波手術装置は、前記高周波発生器の出力値を制御するための前記測定計算装置に接続されている少なくとも1つの制御装置を有し、該制御装置は前記速度信号に基づき前記出力値を制御または調整する、請求項8記載の高周波手術装置。
- 前記測定計算装置は、前記高周波回路の出力電圧または出力電流の周波数スペクトルにおける前記高調波の前記振幅を検出する、請求項8または9記載の高周波手術装置。
- 前記測定計算装置は偶数の高調波、例えば第2高調波の振幅を検出する、請求項8から10までのいずれか1項記載の高周波手術装置。
- 高周波手術装置の動作方法において、
生物学的な組織を切開および/または凝固させるために、アークの形成によって治療すべき組織と少なくとも1つの高周波発生器との間に高周波回路を形成し、
前記高周波回路における直流電圧と、前記高周波発生器の基本周波数の少なくとも1つの偶数高調波および少なくとも1つの奇数高調波の振幅とを検出し、
前記偶数高調波の振幅および前記奇数高調波の振幅の和と前記直流電圧との関係から、治療すべき組織の種類を表す第1の組織パラメータを形成し、後続の処理に関して前記第1の組織パラメータに依存する組織信号を出力することを特徴とする、高周波手術装置の動作方法。 - 前記高周波発生器の出力値を前記組織信号に依存して制御または調整する、請求項12記載の方法。
- 高周波手術装置の動作方法において、
生物学的な組織を切開および/または凝固させるために、アークの形成によって治療すべき組織と少なくとも1つの高周波発生器との間に高周波回路を形成し、
前記高周波回路における直流電圧と、前記高周波回路における出力電流の実効値および/または前記高周波発生器の基本周波数の少なくとも1つの高調波の振幅とを検出し、
前記直流電圧および前記高調波の振幅の商および/または前記直流電圧および前記出力電流の商から切開速度を表す速度パラメータを形成し、後続の処理に関して前記速度パラメータに依存して前記出力電流および速度信号を出力することを特徴とする、高周波手術装置の動作方法。 - 前記高周波発生器の出力値を前記組織信号に依存して制御または調整する、請求項14記載の方法。
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