JP2015077402A - 共振インバーター - Google Patents

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Abstract

【課題】電気外科用発電機を提供する。【解決手段】電気外科用発電機は、エネルギーを出力するように構成されているタンクと、タンクを駆動するように構成されているＨ−ブリッジと、変圧器３０２とを含み、変圧器は、第１のコア半体３０４と、第２のコア半体３０６と、一次巻線３０８と、ある数の巻きを有する二次巻線３１０とを含み、各巻きは、ギャップＤによって分離されており、変圧器は、ギャップに基づいて、並列キャパシタンスを提供するように構成されている。【選択図】図３

Description

背景
１．技術分野
本開示は、移相フルブリッジ共振インバーターを使用する無線周波増幅器に関する。特に、本開示は、共振インバーターの費用および複雑さを低減することに関する。
２．関連技術の背景
エネルギーベースの組織処置は、当該分野において周知である。様々なタイプのエネルギー（例えば、電気的、超音波、マイクロ波、低温、熱、レーザーなど）は、所望の結果を達成するために、組織に印加される。電気外科は、組織を切断、切除、凝固、または密封するために、外科手術部位への高無線周波数電流の印加を含む。ソース電極またはアクティブ電極は、無線周波数エネルギーを電気外科用発電機から組織へ送達し、リターン電極は、電流を発電機に運び戻す。単極電気外科において、ソース電極は、代表的に、外科医によって保持される外科手術器具の一部であり、処置されるべき組織に当てられ、リターン電極は、電流を発電機に運び戻すためにアクティブ電極から離して設置される。双極電気外科において、手に持てるサイズの器具の電極のうちの一方は、アクティブ電極として機能し、他方は、リターン電極として機能する。
図１は、先行技術の電気外科用発電機の例であり、この電気外科用発電機は、電気外科手順を実施するために必要とされる電気外科エネルギーを生じさせるために、移相フルブリッジ共振インバーターを使用する。発電機１００は、共振インバーター１０２とパルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラー１０８とを含む。共振インバーター１０２は、Ｈ−ブリッジ１０４とＬＣＬＣタンク１０６とを含む。タンク１０６は、直列インダクターと、直列コンデンサーと、並列インダクターと、並列コンデンサーとを含む。タンク１０６における構成要素の数に起因して、共振インバーターの費用および複雑さは増大する。
概要
本記載は、句「１つの実施形態において」、「実施形態において」、「いくつかの実施形態において」、または「他の実施形態において」を使用し得、それらはそれぞれ、本開示に従う、同じかまたは異なる実施形態のうちの１つ以上を指し得る。本明細書中で用いられる場合、用語「発電機」は、エネルギーを提供することができるデバイスを指し得る。そのようなデバイスは、所望の強度、周波数、および／または波形を有するエネルギーを出力するために、電源と、電源によって出力されるエネルギーを改変することができる電気回路とを含み得る。
本明細書中に記載されるシステムはまた、１つ以上のコントローラーを利用して、様々な情報を受け取り、受け取られた情報を変換して、出力を生じさせ得る。コントローラーは、メモリーに記憶されている一連の命令を実行することができる任意のタイプのコンピューティングデバイス、計算回路、または任意のタイプのプロセッサーもしくは処理回路を含み得る。コントローラーは、複数のプロセッサーおよび／またはマルチコア中央処理装置（ＣＰＵ）を含み得、任意のタイプのプロセッサー（例えば、マイクロプロセッサー、デジタル信号プロセッサー、マイクロコントローラーなど）を含み得る。コントローラーは、一連の命令を実施するために、データおよび／またはアルゴリズムを記憶するためのメモリーも含み得る。
本明細書中に記載されるデータおよび／またはアルゴリズムのうちの任意のものは、１つ以上の機械読み取り可能なメディアまたはメモリーに含まれ得る。用語「メモリー」は、機械（例えば、プロセッサー、コンピューター、またはデジタル処理デバイス）によって読み取り可能な形態で情報を提供する（例えば、記憶する、および／または伝送する）機構を含み得る。例えば、メモリーは、読み出し専用メモリー（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶メディア、光学的記憶メディア、フラッシュメモリーデバイス、または任意の他の揮発性もしくは不揮発性メモリー記憶デバイスを含み得る。そこに含まれるコードまたは命令は、搬送波信号、赤外線信号、デジタル信号によって、および他の類似の信号によって表され得る。
本開示の局面において、電気外科用発電機は、エネルギーを出力するように構成されているタンクと、タンクを駆動するように構成されているＨ−ブリッジとを含む。発電機は、変圧器も含む。変圧器は、第１のコア半体と、第２のコア半体と、一次巻線と、ある数の巻きを有する二次巻線とを含み、各巻きは、ギャップによって分離されている。変圧器は、ギャップに基づいて、並列キャパシタンスを提供するように構成されている。
本開示の別の局面において、電気外科用発電機は、エネルギーを出力するように構成されているタンクと、タンクを駆動するように構成されているＨ−ブリッジとを含む。発電機は、変圧器も含む。変圧器は、第１のコア半体と、第１のギャップによって第１のコア半体から分離されている第２のコア半体と、一次巻線と、ある数の巻きを有する二次巻線とを含み、各巻きは、第２のギャップによって分離されている。変圧器は、第１のギャップに基づく磁化インダクタンスと、第２のギャップに基づく並列キャパシタンスとを提供するように構成されている。
本開示のさらに別の局面において、電気外科用発電機は、エネルギーを出力するように構成されているタンクと、タンクを駆動するように構成されているＨ−ブリッジとを含む。発電機は、変圧器も含む。変圧器は、第１のコア半体と、第１のギャップによって第１のコア半体から分離されている第２のコア半体と、一次巻線と、第２のギャップによって一次巻線から分離されている二次巻線とを含む。二次巻線は、ある数の巻きを有し、各巻きは、第３のギャップによって分離されている。変圧器は、第１のギャップに基づく磁化インダクタンスと、第２のギャップに基づく漏れインダクタンスと、第３のギャップに基づく並列キャパシタンスとを提供するように構成されている。
上に記載される局面において、電気外科用発電機は、第１のコア半体および第２のコア半体に連結されているボビンを含む。一次巻線および二次巻線の両方は、ボビン上に配置されている。
本発明は、例えば以下の項目を提供する。
（項目１）
電気外科用発電機であって、該電気外科用発電機は、
エネルギーを出力するように構成されているタンクと、
該タンクを駆動するように構成されているＨ−ブリッジと、
変圧器と
を含み、該変圧器は、
第１のコア半体と、
第２のコア半体と、
一次巻線と、
ある数の巻きを有する二次巻線と
を含み、各巻きは、ギャップによって分離されており、
該変圧器は、該ギャップに基づいて、並列キャパシタンスを提供するように構成されている、電気外科用発電機。
（項目２）
ボビンが、上記第１のコア半体および上記第２のコア半体に連結されている、上記項目に記載の電気外科用発電機。
（項目３）
上記一次巻線は、上記ボビン上に配置されている、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目４）
上記二次巻線は、上記ボビン上に配置されている、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目５）
電気外科用発電機であって、該電気外科用発電機は、
エネルギーを出力するように構成されているタンクと、
該タンクを駆動するように構成されているＨ−ブリッジと、
変圧器と
を含み、該変圧器は、
第１のコア半体と、
第１のギャップによって該第１のコア半体から分離されている第２のコア半体と、
一次巻線と、
ある数の巻きを有する二次巻線と
を含み、各巻きは、第２のギャップによって分離されており、
該変圧器は、該第１のギャップに基づく磁化インダクタンスと、該第２のギャップに基づく並列キャパシタンスとを提供するように構成されている、電気外科用発電機。
（項目６）
ボビンが、上記第１のコア半体および上記第２のコア半体に連結されている、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目７）
上記一次巻線は、上記ボビン上に配置されている、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目８）
上記二次巻線は、上記ボビン上に配置されている、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目９）
電気外科用発電機であって、該電気外科用発電機は、
エネルギーを出力するように構成されているタンクと、
該タンクを駆動するように構成されているＨ−ブリッジと、
変圧器と
を含み、該変圧器は、
第１のコア半体と、
第１のギャップによって該第１のコア半体から分離されている第２のコア半体と、
一次巻線と、
第２のギャップによって該一次巻線から分離されている二次巻線と
を含み、該二次巻線は、ある数の巻きを有し、各巻きは、第３のギャップによって分離されており、
該変圧器は、該第１のギャップに基づく磁化インダクタンスと、該第２のギャップに基づく漏れインダクタンスと、該第３のギャップに基づく並列キャパシタンスとを提供するように構成されている、電気外科用発電機。
（項目１０）
ボビンが、上記第１のコア半体および上記第２のコア半体に連結されている、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目１１）
上記一次巻線は、上記ボビン上に配置されている、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目１２）
上記二次巻線は、上記ボビン上に配置されている、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（摘要）
本開示は、電気外科用発電機に関し、この電気外科用発電機は、Ｈ−ブリッジとタンクとを有する共振インバーターを含む。タンクは、変圧器を含み、この変圧器は、第１のコア半体と、第２のコア半体と、一次巻線と、ある数の巻きを有する二次巻線とを含み、各巻きは、ギャップによって分離されている。変圧器は、ギャップに基づいて、並列キャパシタンスを提供するように構成されている。
本開示の上記および他の局面、特徴、および利点は、添付の図面とともに用いられる場合、以下の詳細な説明を考慮してより明らかになる。
図１は、先行技術の電気外科用発電機の概略的な例示である。 図２は、本開示の実施形態における使用のための変圧器の例示である。 図３は、本開示の実施形態に従う、電気外科用発電機のための共振インバーターの概略的な例示である。 図４は、本開示の別の実施形態に従う、電気外科用発電機のための共振インバーターの概略的な例示である。 図５は、本開示のさらに別の実施形態に従う、電気外科用発電機のための共振インバーターの概略的な例示である。
詳細な説明
本開示の特定の実施形態が添付の図面を参照して以下に記載されるが、開示される実施形態は、単に本開示の例であり、様々な形態で具体化され得ることが理解されるべきである。周知の機能または構築は、本開示を不必要な詳細で不明瞭にすることを避けるために詳細に記載されない。従って、本明細書中に開示される特定の構造上および機能上の詳細は、限定するものではなく、単に特許請求の範囲のための基礎として、および事実上任意の適切に詳述した構造で本開示を様々に用いるために、当業者に教示するための代表的な基礎として解釈される。類似の参照数字は、図面の記載にわたって、同様の要素または同一の要素を指し得る。
本開示は、電気外科用発電機に関し、この電気外科用発電機は、ＬＣＬＣタンクトポロジーとＨ−ブリッジとを有する移相フルブリッジ共振インバーターを用いる。本開示の実施形態において、ＬＣＬＣタンクにおける構成要素の数は、ＬＣＬＣタンクの患者絶縁変圧器に構成要素を組み込むことによって低減され得る。
図２に目を向けると、本明細書中に記載される実施形態における使用のための患者絶縁変圧器は、全体的に２００として示されている。変圧器２００は、第１のコア半体２０２と第２のコア半体２０４とを含み、第１のコア半体２０２および第２のコア半体２０４は、ギャップ「Ｌ」によって隔てられている。第１のコア半体２０２および第２のコア半体２０４は、ＦＥＲＲＯＸＣＵＢＥ（以前は、Ｙａｇｅｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの一部のＰｈｉｌｉｐｓ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｃｏｍｐａｎｙ）から入手可能な産業標準コアＰＱ２６２５ ＦＥＲＲＯＸＣＵＢＥ（登録商標）フェライトコアであり得る。第１のコア半体２０２および第２のコア半体２０４は、それぞれの中央部材２０６および２０８を有し、中央部材２０６および２０８は、ボビン２１０を受け取るように構成されている。ボビン２１０は、一次巻線２１２と二次巻線２１４とを含む。一次巻線２１２および二次巻線２１４は、ギャップ「Ｄ」によって分離されている。一次巻線２１２および二次巻線２１４は、ボビン２１０の周りに巻かれているワイヤーから製作される。二次巻線２１４において、ワイヤーの巻きは、ギャップ「Ｘ」によって分離されている。下に記載されるように、ギャップ「Ｌ」、「Ｄ」、および「Ｘ」は、インダクターおよびコンデンサーを、共振インバーターにおける構成要素の数を低減するための変圧器の設計に組み込むために使用される。例えば、ギャップ「Ｌ」は、磁化インダクタンスを組み込むために使用され得、ギャップ「Ｄ」は、漏れインダクタンスを組み込むために使用され得、ギャップ「Ｘ」は、並列キャパシタンスを組み込むために使用され得る。
図３〜図５は、本開示の実施形態に従う様々な共振インバーターを示している。図３〜図５に示されるように、共振インバーターは、タンクを駆動するためのＲＦ源２５０を含む。ＲＦ源２５０は、図１に示されるようなＨ−ブリッジ１０４と同様であり得る。
図３に目を向けると、本開示の実施形態に従う共振インバーターが、全体的に３００として示されている。共振インバーター３００は、直列インダクターＬＳと、直列コンデンサーＣＳと、並列インダクターＬＭとを含む。共振インバーターは、変圧器３０２も含む。変圧器３０２は、第１のコア半体３０４と第２のコア半体３０６とを含み、この第２のコア半体３０６は、第１のコア半体３０４に当接している。従って、ギャップ「Ｌ」は存在せず、このように、変圧器３０２は、磁化インダクタンスを組み込んでいない。変圧器３０２はまた、一次巻線３０８と二次巻線３１０とを含み、一次巻線３０８および二次巻線３１０は、ボビン３１２の周りに巻かれている。一次巻線３０８と二次巻線３１０との間のギャップ「Ｄ」は、無視できるほどである。従って、変圧器３０２は、ギャップ「Ｄ」が無視できるほどであるので、漏れインダクタンスを組み込んでいない。一次巻線３０８において、巻きの間のギャップは、任意に大きい。そのように、一次巻線３０８は、変圧器３０２の一次側において、並列キャパシタンスを組み込んでいない。他方、二次巻線３１０は、二次巻線３１０の巻きの間にギャップ「Ｘ」を含み、従って、変圧器３０２の二次側において、図１の並列コンデンサーＣＰを組み込み、共振インバーター３００において必要とされる個別の構成要素の数を低減する。並列キャパシタンスは、ギャップ「Ｘ」、二次巻線３１０を形成するワイヤーの絶縁において使用される誘電材料、および二次巻線３１０の巻きの間の表面積に基づいて決定される。並列キャパシタンスＣＰは、以下の方程式によって決定され得、
式中、Ｃは、キャパシタンスであり、Ａは、２つの導線の重複の面積であり、εｒは、導線間の材料の比静的誘電率（時折、比誘電率と呼ばれる）（真空について、εｒ＝１）であり、ε０は、真空の誘電率
であり、Ｘは、導線間の隔たりである。
図４に目を向けると、本開示の別の実施形態に従う共振インバーターが、全体的に４００として示されている。共振インバーター４００は、直列インダクターＬＳと直列コンデンサーＣＳとを含む。共振インバーターは、変圧器４０２も含む。変圧器４０２は、第１のコア半体４０４と第２のコア半体４０６とを含み、第１のコア半体４０４および第２のコア半体４０６は、ギャップ「Ｌ」によって分離されている。ギャップ「Ｌ」は、磁化インダクタンスを決定し、従って、図１の並列インダクターＬＭを組み込み、共振インバーター４００において必要とされる個別の構成要素の数を低減する。磁化インダクタンスＬＭは、以下の方程式によって決定され得、
式中、ｕ＝ｕｒ×ｕ０（比透磁率×自由空間の透磁率）；ｎ＝一次における巻き；Ａｃ＝ギャップの断面積；およびＬ＝ギャップの長さである。変圧器４０２はまた、一次巻線４０８と二次巻線４１０とを含み、一次巻線４０８および二次巻線４１０は、ボビン４１２の周りに巻かれている。一次巻線４０８と二次巻線４１０との間のギャップ「Ｄ」は、無視できるほどである。従って、変圧器４０２は、ギャップ「Ｄ」が無視できるほどであるので、漏れインダクタンスを組み込んでいない。変圧器３０２と同様に、巻きの間のギャップは、一次巻線４０８において任意に大きく、二次巻線４１０は、二次巻線４１０の巻きの間にギャップ「Ｘ」を含み、従って、変圧器４０２の二次側において、並列キャパシタンスを組み込んでいる。
図５に目を向けると、本開示のさらに別の実施形態に従う共振インバーターが、全体的に５００として示されている。共振インバーター５００は、直列コンデンサーＣＳと変圧器５０２とを含む。変圧器４０２と同様に、変圧器５０２は、磁化インダクタンスを含むために、第１のコア半体５０４と第２のコア半体５０６との間にギャップ「Ｌ」を含み、変圧器５０２の二次側において並列キャパシタンスを含むために、二次巻線５１０の巻きの間にギャップ「Ｘ」を含む。変圧器５０２は、一次巻線５０８と二次巻線５１０との間にギャップ「Ｄ」も含む。距離「Ｄ」は、漏れインダクタンスを決定し、従って、図１の直列インダクターＬＳを組み込み、共振インバーター５０２において必要とされる個別の構成要素の数を低減する。距離「Ｄ」と漏れインダクタンスＬＳとの間の関係は、経験的に決定される。従って、タンク１０６において５つの個別の構成要素を必要とする図１の共振インバーター１０２と比較すると、共振インバーター５０２は、タンクにおいて、２つの構成要素を必要とするのみであり、それにより、共振インバーターの費用、ならびに複雑さを低減する。
図３〜図５に記載される共振インバーターは、本開示の実施形態に従う電気外科用発電機に含まれ得る。発電機は、発電機を制御するための適切な入力制御装置（例えば、ボタン、アクチベータ、スイッチ、タッチスクリーンなど）を含む。さらに、発電機は、ユーザーに多様な出力情報（例えば、強度設定、処置完了インジケーターなど）を提供するための１つ以上のディスプレースクリーン（示されない）を含み得る。制御装置は、ユーザーがＲＦエネルギーの電力、波形、ならびに許容される最大アークエネルギーのレベルを調整することを可能にし、この許容される最大アークエネルギーは、特定のタスク（例えば、凝固、組織密封、強度設定など）に適した所望の波形を達成するために、所望の組織効果および他のパラメーターに依存して変動する。発電機に接続され得る器具（示されない）は、発電機の特定の入力制御装置との冗長性をもち得る複数の入力制御装置も含み得る。器具に入力制御装置を設置することは、外科手術手順中、発電機との相互作用を必要とすることなく、ＲＦエネルギーパラメーターのより容易でより速い修正を可能にする。
発電機は、様々なタイプの電気外科用器具を適応させるために、複数のコネクターを含み得る。さらに、発電機は、コネクター間のＲＦエネルギーの供給を切り替えるために、切り替え機構（例えば、継電器）を含むことによって、単極モードまたは双極モードで動作し得る。
上に記載される実施形態は、単に、電気外科用発電機において使用され得る異なる共振インバーターの例である。上で概説された原理に基づいて、変圧器は、個別の構成要素のうちの任意のものを、複数の組み合わせで置き換えるように設計され得る。例えば、変圧器は、直列インダクター、並列インダクター、並列コンデンサー、直列インダクターと並列インダクター、直列インダクターと並列コンデンサー、並列インダクターと並列コンデンサー、または３つ全ての構成要素を置き換えるために使用され得る。
前述の記載は、本開示の例証となるに過ぎないことが理解されるべきである。様々な代替物および改変は、本開示から逸脱することなく、当業者によって考案され得る。従って、本開示は、全てのそのような代替物、改変、および変化を包含することが意図される。添付の図面を参照して記載される実施形態は、本開示の特定の例を実証するためのみに示される。上記および／または添付の特許請求の範囲に記載されるものとわずかに異なる他の要素、ステップ、方法、および技術は、本開示の範囲内であることも意図される。
１０４ Ｈ−ブリッジ
１０６ タンク
２００、３０２、４０２、５０２ 変圧器
２０２、３０４、４０４、５０４ 第１のコア半体
２０４、３０６、４０６、５０６ 第２のコア半体
２１２、３０８、４０８、５０８ 一次巻線
２１４、３１０、４１０、５１０ 二次巻線

Claims (12)

  1. 電気外科用発電機であって、該電気外科用発電機は、
    エネルギーを出力するように構成されているタンクと、
    該タンクを駆動するように構成されているＨ−ブリッジと、
    変圧器と
    を含み、該変圧器は、
    第１のコア半体と、
    第２のコア半体と、
    一次巻線と、
    ある数の巻きを有する二次巻線と
    を含み、各巻きは、ギャップによって分離されており、
    該変圧器は、該ギャップに基づいて、並列キャパシタンスを提供するように構成されている、電気外科用発電機。
  2. ボビンが、前記第１のコア半体および前記第２のコア半体に連結されている、請求項１に記載の電気外科用発電機。
  3. 前記一次巻線は、前記ボビン上に配置されている、請求項２に記載の電気外科用発電機。
  4. 前記二次巻線は、前記ボビン上に配置されている、請求項２に記載の電気外科用発電機。
  5. 電気外科用発電機であって、該電気外科用発電機は、
    エネルギーを出力するように構成されているタンクと、
    該タンクを駆動するように構成されているＨ−ブリッジと、
    変圧器と
    を含み、該変圧器は、
    第１のコア半体と、
    第１のギャップによって該第１のコア半体から分離されている第２のコア半体と、
    一次巻線と、
    ある数の巻きを有する二次巻線と
    を含み、各巻きは、第２のギャップによって分離されており、
    該変圧器は、該第１のギャップに基づく磁化インダクタンスと、該第２のギャップに基づく並列キャパシタンスとを提供するように構成されている、電気外科用発電機。
  6. ボビンが、前記第１のコア半体および前記第２のコア半体に連結されている、請求項５に記載の電気外科用発電機。
  7. 前記一次巻線は、前記ボビン上に配置されている、請求項６に記載の電気外科用発電機。
  8. 前記二次巻線は、前記ボビン上に配置されている、請求項６に記載の電気外科用発電機。
  9. 電気外科用発電機であって、該電気外科用発電機は、
    エネルギーを出力するように構成されているタンクと、
    該タンクを駆動するように構成されているＨ−ブリッジと、
    変圧器と
    を含み、該変圧器は、
    第１のコア半体と、
    第１のギャップによって該第１のコア半体から分離されている第２のコア半体と、
    一次巻線と、
    第２のギャップによって該一次巻線から分離されている二次巻線と
    を含み、該二次巻線は、ある数の巻きを有し、各巻きは、第３のギャップによって分離されており、
    該変圧器は、該第１のギャップに基づく磁化インダクタンスと、該第２のギャップに基づく漏れインダクタンスと、該第３のギャップに基づく並列キャパシタンスとを提供するように構成されている、電気外科用発電機。
  10. ボビンが、前記第１のコア半体および前記第２のコア半体に連結されている、請求項９に記載の電気外科用発電機。
  11. 前記一次巻線は、前記ボビン上に配置されている、請求項１０に記載の電気外科用発電機。
  12. 前記二次巻線は、前記ボビン上に配置されている、請求項１０に記載の電気外科用発電機。
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