JP2014514000A - 電圧リミッタを有する高周波手術装置および高周波手術システム - Google Patents

Abstract

洗浄液（１８）中において生体組織（１６）を切開および／または蒸散させるための高周波電圧を生成する高周波手術装置（２）であって、前記洗浄液（１８）はとりわけ導電性の洗浄液であり、前記高周波手術装置（２）は、電気手術器（３）に接続可能であり、動作中に相互間に高周波電圧を生じさせる２つの出力コンタクト（１１）と、前記２つの出力コンタクト（１１）に電気的に接続されており、動作中に高周波電圧を発生させる並列共振回路（１２）とを有し、前記高周波電圧は、前記洗浄液（１８）中において前記電気手術器（３）に電気アーク（１７）を点弧させるように調整される。洗浄液の加熱をより小さく抑え、電気手術装置によって実現される初期の切開特性を改善する、洗浄液中にて使用するための電気手術装置を実現するために、本発明では、前記並列共振回路と前記出力コンタクトとの間に電圧リミッタが設置される。

Description

本発明は、洗浄液中において、とりわけ導電性の洗浄液中において生体組織を切開および／または蒸散させるための高周波電圧を発生させる高周波手術装置に関する。この高周波手術装置は、電気手術器に接続するための２つの出力コンタクトを有し、動作中には両出力コンタクト間にて高周波電圧が出力される。前記高周波手術装置はさらに、前記出力コンタクトに電気的に接続された並列共振回路も有し、動作中にはこの並列共振回路において高周波電圧が生成される。この生成された高周波電圧は、洗浄液内に配置された前記電気手術器においてアークを点弧させるように調整される。

本発明はさらに、洗浄液中において、とりわけ導電性の洗浄液中において生体組織を切開および／または蒸散させるための高周波手術システムにも関する。この高周波手術システムは、高周波電圧を生成するための高周波手術装置を有し、前記高周波手術装置は、２つの出力コンタクトと、当該２つの出力コンタクトおよび電気手術器に電気的に接続された並列共振回路とを有する。前記電気手術器は、前記２つの出力コンタクトのうち１つに電気的に接続された活性電極を有し、動作中にはこの活性電極において、洗浄液中にアークを点弧させるための高周波電圧が出力される。

上述の形式の高周波手術装置および高周波手術システムは公知の技術である。このような技術はたとえば泌尿器科や婦人科において利用されており、たとえば、良性の前立腺肥大を治療するためのＴＵＲｉＳ（Transuretale Resection in Saline）プラズマ蒸散法に使用される。

このように、たとえばレゼクトスコープ等の適切な器具の切開電極において電気アークを点弧させるので、この切開電極は、たとえば食塩水（ＮａＣｌ）等の導電性の洗浄液中に配置される。

高周波手術装置は、高周波手術ジェネレータ、または、洗浄液中高周波手術用の高周波発生器とも称され、とりわけ導電性洗浄液中高周波手術用の高周波発生器とも称され、電気アークまたはプラズマの点弧は、このような高周波手術装置に特別な要件を課すことになる。電気アークを点弧させるためには、切開電極周辺に蒸散層を生成しなければならない。この蒸散層を生成するためには、高電力と高電流とが必要とされる。他方、過剰な出力電力は洗浄液を大きく加熱する可能性があるので、出力電力が過剰にならないようにしなければならない。洗浄液が大きく加熱されると、予期されない、熱による組織の損傷が生じるおそれがある。

それゆえ、従来技術の高周波手術装置は、電気アークを直ちに点弧させるのを容易にするため、短時間のみ、切開電極に非常に高い電力を出力していた。その後は、洗浄液の過熱を防止するために低電力のみを出力するか、または電力を出力しない。電気アークを点弧させた後は、アーク放電中の電圧／抵抗比に起因して、電力が許容可能なレベルまで低下する。それゆえ、電気アークを迅速に点弧させるのが望まれている。

したがって本発明の課題は、洗浄液の加熱を可能な限り低く抑え、初期の切開特性を改善することができる、洗浄液中で使用するための高周波手術装置および高周波手術システムを実現することである。

上述の技術的課題は、独立請求項に記載の構成によって解決される。

この解決手段は、高電流および低電圧になる点弧期間中には、ここで引用した、並列共振回路を備えた高周波手術装置や高周波手術システム用の共振出力回路に、大量のエネルギーが蓄積されるという技術的問題の認識に基づいている。この場合、出力回路は並列共振回路である。手術器の活性電極に蒸散層が形成されると直ちに、抵抗が迅速に上昇する。この抵抗の上昇によって電圧が上昇し、この電圧上昇によってアーク放電が促進される。しかし、出力回路に蓄積されたエネルギーにより、安定的なアーク放電に必要な電圧より高い電圧ピークが短時間発生することになる。

この電圧ピークにより、アーク放電中に必要以上のエネルギーが放出され、これにより、活性電極周辺の蒸散層が過剰な大きさになり、これは、気泡の形態となって電極からほとんど完全に分離する。このように蒸散層が電極から分離することにより、電気アークおよびアーク放電が消失してしまう。電気アークが消失すると、電気アークを再点弧するために新たな点弧サイクルが必要となる。電気アークの消失および再点弧が繰り返されると、器具の初期の切開特性が劣化してしまう。この初期の切開特性の品質は主に、切開すべき組織に電極が接触してから、所望の組織分離効果を発揮して切開に使用できる安定的なアーク放電が形成されるまでの時間によって決定される。

切開が行われるまでの時間が長いことによる初期の切開特性の不良は、全体として、手術時間を長くする原因となる。さらに、電気アークの再点弧により、洗浄液の加熱が増大することにもなる。

図１に、時間軸に対する電圧グラフでこの問題を図解している。まず最初は、高周波出力電圧Ｕ１は小さい。上記で述べたように、蒸気層が形成されることによって抵抗が上昇することにより、電圧が大きく上昇し、出力回路に蓄積されたエネルギーによって過度に高い値Ｕ３となる。このようにして生じた過剰なエネルギー入力により、蒸散層は電極から分離し、これによって電気アークは消失して、電圧は初期のレベルＵ１にまで降下する。このプロセス自体は、適切な高周波電圧Ｕ２を有する安定的な電気アーク放電が実現されるまで繰り返される。

この問題は、並列共振回路と出力コンタクトとの間に電圧リミッタが配置された本発明の高周波手術装置によって解決される。

並列共振回路と活性電極との間に配置された電圧リミッタをシステムが有することにより、本発明の高周波手術装置は前記問題を解決する。

本発明の解決手段の利点は、前記電圧リミッタが、器具または電極に印加される高周波電圧を、電気アークを点弧させる所定のレベルにまで制限できること、または、高周波電圧を他の形態に変換させることができることである。この所定のレベルは、電気アークの点弧を実現するのに十分な高さであり、かつ、初期の良好な切開特性を実現できるように電極周辺の蒸散層を小さく抑えるのに十分な低さである。

前記電圧リミッタは並列共振回路に後置されているので、この並列共振回路に蓄積されるエネルギーも制限されることになる。本発明を用いない場合、ここに蓄積されたエネルギーによって高い電圧ピークが生じてしまう。

上述のことは、たとえば、並列共振回路を省略したＤＥ１０２００８０５５８２０等の従来技術の他の構成と比較して有利である。この文献に記載された構成は、並列共振回路に蓄積されるエネルギー量には、制御変数を介して影響を及ぼすことができないので、高周波手術装置の出力電力の従来の制御では上述のような電圧ピークを防止できないという認識に基づいている。

下記に記載した有利な実施形態により、本発明を改善することができる。この実施形態の各特徴は、任意に相互に組み合わせることができる。

たとえば高周波手術装置は、出力コンタクトにおける高周波電圧を調整するためのレギュレータを有することができる。このレギュレータは、前記電圧リミッタによって制限される高周波電圧を調整パラメータとして使用する。この構成の利点は、電圧ピークを有さないように平滑化された高周波電圧でレギュレータが動作でき、ひいては、電圧リミッタより後方で高周波電圧が測定されることである。上述の従来技術の高周波発生器では、出力電圧を調整することによって電圧ピークを回避することができなかった。よって、並列共振回路にエネルギーが一度蓄積されると、検出可能な調整変数では、このエネルギー量に影響を及ぼすことができない。しかし、上述のレギュレータを用いると、蒸散層の分離によって電圧が消失する上にさらにレギュレータがこの電圧を降下させるように調整するので、上記問題が深刻になる。このことにより、電気アークがもう一度点弧するまでの時間が特に長くなる。

別の有利な実施形態では、電圧リミッタは高周波電圧を、４００〜４６０Ｖｐの最大値（Ｖｐ：ボルトピーク）に制限することができ、とりわけ４５０Ｖｐに制限することができる。実験を行った結果、このような高周波電圧は電気アークを点弧させるのに十分な大きさであり、かつ、蒸散層が電極から分離しないようにするのに十分な低さであることが証明された。

洗浄液が加熱するのを迅速に阻止し、かつ、使用される熱容量を小さく抑えるためには、前記電圧リミッタが１０ｍｓ未満の時間以内で電圧制限を行えるように構成する。

電圧ピークまたは比較的高い電圧が望まれる用途においても、前記高周波手術装置を使用できるようにするためには、前記高周波手術装置は、前記電圧リミッタを任意選択的にスイッチオンするためのスイッチを含むことができる。

本発明の有利な一実施形態では、前記電圧リミッタはＴＶＳダイオードまたはバリスタとすることができる。この実施形態の利点は、これらの部品を簡単かつ経済的に入手可能であることである。

本発明はさらに、冷却液中において、とりわけ導電性の冷却液中において生体組織を切開および／または蒸散させるための方法にも関する。前記方法は、
・高周波手術装置の並列共振回路において高周波電圧を生成するステップと、
・所定のピーク電圧を上回る電圧ピークであって、最大１０ｍｓを上回る時間にわたって持続する電圧ピークを、前記高周波電圧から除去するステップと、
・前記洗浄液中において、電気手術器の活性電極と前記生体組織との間に前記高周波電圧を印加するステップと、
・前記活性電極と前記生体組織との間に点弧される電気アークによって、当該生体組織を切開および／または蒸散させるステップと
を含む。

以下、図面に示した有利な実施形態を参照して、本発明を説明する。これらの有利な実施形態の各特徴は、任意に組み合わせることができる。

従来技術の高周波手術装置の高周波出力電圧のグラフである。 本発明の一実施形態の高周波手術装置および高周波手術システムの概略図である。 図２および図４の高周波手術装置の高周波出力電圧のグラフである。 本発明の別の実施形態の高周波手術装置および高周波手術システムの概略図である。 レゼクトスコープとして構成された電気手術器を示す図である。

まず、図２の実施形態を参照して本発明を説明する。

図２は高周波手術システム１を示しており、これは、高周波手術装置２と電気手術器３とを含む。

高周波手術装置２はここでは概略的にのみ図示しており、この高周波手術装置２は、電源装置５と、送電網コンタクト６と、スイッチ７と、キャパシタンス８と、トランス９と、電圧リミッタ１０と、電圧測定装置１９と、レギュレータ２０と、出力コンタクト１１とを有する。

前記電源装置５の入力側は、送電網コンタクト６を介して送電網（図示されていない）に接続できるように構成されている。電源装置５は出力側では、並列共振回路１２に接続されている。この並列共振回路１２は、キャパシタンス８と、当該キャパシタンス８に並列に配置されたトランス９の１次側１３のインダクタンスとによって構成されている。この回路においてスイッチ７が、前記並列共振回路１２と電源装置５との間に配置されている。トランス９の２次側２４は出力コンタクト１１に接続されている。

前記トランス９と出力コンタクト１１との間に電圧リミッタ１０が並列に配置されている。したがって、電圧リミッタ１０は本発明の高周波手術装置２では、並列共振回路１２と出力コンタクト１１との間に配置されている。本発明の高周波手術システム１では、電圧リミッタ１０は並列共振回路１２と活性電極１４との間に配置されている。

また、前記電圧測定装置１９はトランス９と出力コンタクト１１との間に並列に配置されているが、前記電圧リミッタ１０に後置されている。レギュレータ２０は電圧測定装置１９に信号伝送接続されており、また、電源装置５にも信号伝送接続されている。前記高周波手術装置２の出力コンタクト１１に接続された電気手術器２は、活性電極１４と戻り伝導電極１５とを含む。

動作中には、高周波手術装置は出力コンタクト１１において高周波電圧を発生させ、この高周波電圧は、接続された手術器３へ送られる。よって、電気手術器３と、処置対象である生体組織１６とは、たとえば食塩水等である導電性の液体１８中に配置されている。この高周波電圧は、活性電極１４と処置対象の生体組織１６との間に電気アーク１７を点弧させるように、前記高周波手術装置２によって生成される。前記戻り伝導電極１５により、電流は高周波手術装置２へ戻っていく。

適切な高周波電圧を発生させるためには、まず最初に、送電網コンタクト１６に印加された送電網電圧が、高周波手術装置２の電源装置５においてＤＣ電圧に変換される。電源装置５の出力端に出力されたＤＣ電圧はパルス状に、並列共振回路１２へ供給される。したがって、このＤＣ電圧パルスを生成するために前記スイッチ７が開閉する。スイッチ７は高周波手術装置２の制御ユニット（図示されていない）によって、固定または可変の周波数で制御される。このようにして並列共振回路１２において、３００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの間の所望の周波数を有する高周波電圧が生成される。もちろん、たとえば変調された高周波電圧を生成するために、それぞれ異なるスイッチング周波数でＤＣ電圧を並列共振回路１２へ供給する複数のスイッチ７を設けることも可能である。

動作中、並列共振回路１２において生成された高周波電圧はトランス９によって取り出されて出力コンタクト１１へ送られることにより、手術器３において電気アーク１７が生成される。

電気アーク１７の点弧期間中には、並列共振回路１２に大量のエネルギーが蓄積される。手術器３の活性電極１４に蒸散層（図示されていない）が形成されると直ちに、抵抗が短時間にわたって上昇する。この抵抗の上昇によって高周波電圧が上昇し、これにより電気アーク１７が点弧する。図３に示されたような電圧ピークＵ３は、電気アーク１７の安定性に悪影響を及ぼす可能性があり、並列共振回路１２に蓄積されたエネルギーによって短時間にわたって発生する。このような電圧ピークＵ３を防ぐために、本発明の高周波手術装置２には電圧リミッタ１０が設けられている。電圧リミッタ１０は高周波電圧の上限を制限し、所定のレベルＵ２を上回る電圧を他の形態に変換し、たとえば熱エネルギーに変換する。このようにして、高周波電圧のピークは高い信頼性で、図３に示されたような安定的な電気アーク１７を実現するための値Ｕ２に制限される。

したがって図２の実施例では、電圧リミッタ１０は１０ｍｓ未満の時間内で、４５０Ｖｐを上回る高周波電圧を制限するように構成されている。

出力コンタクト１１における高周波電圧を調整するために、高周波手術装置２はレギュレータ２０と電圧測定装置１９とを具備する。電圧測定装置１９は、前記電圧リミッタによって制限された高周波電圧を測定し、これを表す信号をレギュレータ２０へ送信する。レギュレータ２０は、電圧測定装置１９から送信された信号と所定の目標値とを比較して、前記電源装置５を制御する。

とりわけ導電性の液体１８である液体中において生体組織１６を切開および／または蒸散させるための本発明の方法は、以下のステップを有する。最初に、高周波手術装置２の並列共振回路１２において高周波電圧を生成する。次に、所定のピーク電圧を上回る電圧ピークであって、最長で１０ｍｓより長い時間にわたって持続する電圧ピークを除去する。その後、電圧ピークが除去された前記高周波電圧を、高周波手術装置２の出力コンタクト１１に供給する。この出力コンタクト１１から前記高周波電圧を電気手術器３へ供給する。場合によっては、前記電気手術器３と生体組織１６との間に電気アーク１７を点弧させることにより、生体組織１６を切開および／または蒸散させる。

以下、図４に基づいて、本発明のシステム１の追加的な実施形態を説明する。簡略化のため、図２の実施形態との相違点のみを説明する。同様の構成要素には同様の参照番号を付している。

図４に示された実施形態では、スイッチ７は、制御ユニットによって非常に高速に切り替えることが可能なトランジスタとして構成されている。さらに、電圧リミッタ１０はＴＶＳダイオード２１を含む。ＴＶＳダイオード２１の利点は、標準的な部品として非常に簡単に、かつ高いコスト効率で入手可能であること、および、電圧を非常に迅速に制限できること、つまり１０ｍｓを下回る短時間で制限できることである。上記実施形態に代えて択一的に、電圧リミッタ１０はたとえばバリスタを含むこともできる。図４の高周波手術装置２はさらに、電圧リミッタ１０を可変にオンオフするためのスイッチ２２も有する。

図５は、電気手術器３として構成された一例のレゼクトスコープの細部図である。レゼクトスコープでは光学系２５によって、外科医が光学的に見て組織抽出を行うのを容易にする。抽出すべき組織を分離（切開）するためには、電気手術器３の活性電極１４を使用する。この活性電極１４は、電気導体２６の遠心端に配置されており、当該電気導体を介して前記活性電極１４と高周波手術装置の出力コンタクト１１とを接続することができる。

前記光学系２５はシャフトチューブ２７によって包囲されており、このシャフトチューブ２７の内部は、洗浄液を供給するための供給路３１として使用される。こうするためにシャフトチューブ２７は、各ホースを介して洗浄液供給源を接続するための連通部２８を有する。シャフトチューブ２７は外部チューブ２９によって包囲されており、シャフトチューブ２７と内部チューブ２９との間には、輪状の断面を有する空洞が設けられている。したがって、この空洞は輪状流路とも称され、洗浄液を取り出すための戻り流路として使用される。前記輪状流路は、ホースを介して抽出ポンプに接続することができる連通部３０も含む。この抽出ポンプは、洗浄液供給源の一構成要素とすることができる。

Claims (10)

1. 洗浄液（１８）中において、とりわけ導電性の洗浄液中において、生体組織（１６）を切開および／または蒸散させるための高周波電圧を生成する高周波手術装置（２）であって、
   前記高周波手術装置（２）は、
   電気手術器（３）に接続可能であり、動作中に相互間に高周波電圧が印加される２つの出力コンタクト（１１）と、
   前記２つの出力コンタクト（１１）に電気的に接続されており、動作中に高周波電圧を発生させる並列共振回路（１２）と
   を有し、
   前記高周波電圧は、前記洗浄液（１８）中において前記電気手術器（３）に電気アーク（１７）を点弧させるように調整され、
   前記並列共振回路（１２）と前記両出力コンタクト（１１）との間に電圧リミッタ（１０）が配置されている
   ことを特徴とする高周波手術装置（２）。
2. 前記高周波手術装置は、前記両出力コンタクト（１１）における高周波電圧を調整するためのレギュレータ（２０）を有し、
   前記レギュレータは、前記電圧リミッタによって制限された高周波電圧を制御変数として使用する、
   請求項１記載の高周波手術装置。
3. 前記電圧リミッタ（１０）は高周波電圧を、４００〜４６０Ｖｐの最大値に制限し、とりわけ４５０Ｖｐに制限する、
   請求項１または２記載の高周波手術装置。
4. 前記電圧リミッタ（１０）は、１０ｍｓ未満の時間内で高周波電圧の制限を行う、
   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。
5. 前記高周波手術装置は、前記電圧リミッタ（１０）を選択的に使用可能にするためのスイッチ（２２）を有する、
   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。
6. 前記電圧リミッタはＴＶＳダイオード（２１）である、
   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。
7. 前記電圧リミッタ（１０）はバリスタである、
   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。
8. 洗浄液（１８）中において、とりわけ導電性の洗浄液中において、生体組織（１６）を切開および／または蒸散させるための高周波手術システム（１）であって、
   ２つの出力コンタクト（１１）および並列共振回路（１２）を有する、高周波電圧を生成するための高周波手術装置（２）と、電気手術器（３）とを有し、
   前記並列共振回路（１２）は前記両出力コンタクト（１１）に電気的に接続されており、
   前記電気手術器（３）は、前記両出力コンタクト（１１）のうち１つに電気的に接続された活性電極（１４）を有し、
   動作中、前記洗浄液（１８）中において、電気アーク（１７）を点弧させるための高周波電圧が前記活性電極（１４）に印加され、
   前記高周波手術システム（１）は、前記並列共振回路（１２）と前記活性電極（１４）との間に配置された電圧リミッタ（１０）を有する
   ことを特徴とする高周波手術システム（１）。
9. 前記電圧リミッタ（１０）はＴＶＳダイオード（２１）またはバリスタである、
   請求項８記載の高周波手術システム。
10. 前記電気手術器（３）は、洗浄液を前記活性電極（１４）の近傍に移動させるための少なくとも１つの洗浄液流路（３１）を有し、
    前記高周波手術システム（１）の動作中、前記洗浄液流路（３１）は洗浄液供給源に接続される、
    請求項８または９記載の高周波手術システム。

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