JP2016036247A - 電気外科発電機の高周波漏出を改善する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気外科発電機の高周波漏出を改善する方法の提供。【解決手段】本開示は、位相シフトフルブリッジ共振インバータを用いる高周波増幅器に関する。特に、本開示は、高周波増幅器におけるコモンモード電流および高周波漏出を低減することに関する。電気外科発電機であって、Ｈ−ブリッジ、および該Ｈ−ブリッジによって駆動されるタンクを備え、該タンクが、一次巻き線および二次巻き線を有する変圧器であって、該二次巻き線が、第１のコイルおよび第２のコイルを含む、変圧器；および該第１のコイルと該第２のコイルとの間に直列に接続されている、キャパシタを含む、電気外科発電機。【選択図】図２

Description

（背景）
１． 技術分野
本開示は、位相シフトフルブリッジ共振インバータを用いる高周波増幅器に関する。特に、本開示は、高周波増幅器におけるコモンモード電流および高周波漏出を低減することに関する。

２． 関連技術の背景
エネルギーを基礎にした組織処理は、当該分野で周知である。種々のタイプのエネルギー（例えば、電気、超音波、マイクロ波、極低温、熱、レーザなど）が組織に印加され、所望の結果を達成する。電気外科は、組織を切断、切除、凝固またはシールするために外科手術部位への高い高周波電流の印加を含む。ソース電極または能動電極は、高周波エネルギーを電気外科発電機から組織に送達し、そして戻り電極は、この電流を運び発電機に戻す。単極電気外科では、ソース電極は、代表的には、外科医によって保持され、そして処理されるべき組織に適用される外科手術器具の一部であり、そして戻り電極は、能動電極から遠隔に配置され、電流を運んで発電機に戻す。双極電気外科では、ハンドヘルド器具の電極の１つが、能動電極として、そして他方の電極が、戻り電極として機能する。

図１は、位相シフトフルブリッジ共振インバータを用い、電気外科手順を実施するために必要な電気外科エネルギーを発生する、電気外科発電機の先行技術の例である。発電機１００は、共振インバータ回路１０２、およびパルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラ１０８を含む。この共振インバータ回路１０２は、Ｈ−ブリッジ１０４およびタンク１０６を含む。タンク１０６では、直列キャパシタＣ_Ｓ２が、二次の変圧器Ｔ_１と直列に配置され、ＤＣ電流が、能動端末１１０の出力中に流れ、そして患者またはエンドユーザを害する可能性を防ぐ。しかし、キャパシタＣ_Ｓ２の存在は、電荷および高周波出力におけるわずかな不均衡を導入し、これは、負荷不足とともに、コモンモード電流の潜在的流れ、および高周波漏出電流不均衡に寄与し得る。

本開示の局面において、電気外科発電機は、Ｈ−ブリッジ、およびこのＨ−ブリッジによって駆動されるタンクを備える。このタンクは、一次巻き線、および第１のコイルおよび第２のコイルを含む二次巻き線を有する変圧器を含む。このタンクはまた、上記第１のコイルと上記第２のコイルとの間に直列に接続されているキャパシタを含む。

本明細書に記載される局面では、コントローラは、上記Ｈ−ブリッジを駆動するように構成されている。

いくつかの局面では、上記電気外科発電機はまた、上記キャパシタに電気的に連結された荷電ドレインを含む。この荷電ドレインは、任意の従来のスイッチまたはリレーであり得るスイッチング要素を含む。コントローラはこのスイッチング要素を制御し得、上記電気外科発電機が起動されていないときこのスイッチング要素を閉じ、そして上記電気外科発電機が起動されているときこのスイッチング要素を開ける。荷電ドレインはまた、抵抗器または正の温度係数サーミスタまたは再設定可能なヒューズを含み得る。

本開示の別の局面では、電気外科発電機における使用のためのプリント回路ボードが提供される。このプリント回路ボードは、変圧器の二次巻き線を受容するように構成された複数の接点を含む。この複数の接点は、能動端末に電気的に連結されるように構成された第１の接点；戻り端末に電気的に連結されるように構成された第２の接点；第３の接点；および第４の接点を含む。このプリント回路ボードはまた、このプリント回路ボードに一体化されたキャパシタを含む。キャパシタは第３の接点および第４の接点に電気的に連結されている。

第３の接点および第４の接点は、上記変圧器の中央タップに電気的に連結されるように構成されている。

従って、本願明細書は、以下を含む構成を記載している。
（項目１）
電気外科発電機であって：
Ｈ−ブリッジ；および
上記Ｈ−ブリッジによって駆動されるタンク；を備え、
上記タンクが：
一次巻き線および二次巻き線を有する変圧器であって、上記二次巻き線が、第１のコイルおよび第２のコイルを含む、変圧器；および
上記第１のコイルと上記第２のコイルとの間に直列に接続されている、キャパシタ；を含む、電気外科発電機。
（項目２）
さらに、上記Ｈ−ブリッジを駆動するように構成されたコントローラを備える、上記項目に記載の電気外科発電機。
（項目３）
さらに、上記キャパシタに電気的に接続された荷電ドレインを備える、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科発電機。
（項目４）
上記荷電ドレインが、スイッチング要素である、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科発電機。
（項目５）
上記荷電スイッチング要素が、リレーである、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科発電機。
（項目６）
さらに、上記スイッチング要素を制御するように構成されたコントローラを備え、上記コントローラが、上記電気外科発電機が起動されていないとき上記スイッチング要素を閉じ、そして上記電気外科発電機が起動されているとき上記スイッチング要素を開ける、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科発電機。
（項目７）
上記荷電ドレインが、抵抗器を含む、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科発電機。
（項目８）
上記ドレインが、正の温度係数サーミスタまたは再設定可能なヒューズのうちの少なくとも１つを含む、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科発電機。
（項目９）
電気外科発電機における使用のためのプリント回路ボードであって：
変圧器の二次巻き線を受容するように構成された複数の接点であって：能動端末に電気的に連結されるように構成された第１の接点；戻り端末に電気的に連結されるように構成された第２の接点；第３の接点；および第４の接点を含む、接点；ならびに
上記プリント回路ボードに一体化されたキャパシタであって、上記第３の接点および上記第４の接点に電気的に連結される、キャパシタ、を備えるプリント回路ボード。
（項目１０）
上記第３の接点が、上記変圧器の中央タップに電気的に連結されるように構成された、上記項目に記載のプリント回路ボード。
（項目１１）
上記第４の接点が、上記変圧器の中央タップに電気的に連結されるように構成された、上記項目のうちのいずれか一項に記載のプリント回路ボード。

（摘要）
本開示は、Ｈ−ブリッジ、およびこのＨ−ブリッジによって駆動されるタンクを備える電気外科発電機に関する。このタンクは、一次巻き線および二次巻き線を有する変圧器を含む。この二次巻き線は、第１のコイルおよび第２のコイルを含む。この電気外科発電機において、キャパシタが、上記第１のコイルと該第２のコイルとの間に直列に接続されている。

本開示の上記およびその他の局面、特徴および利点は、添付の図面と併せて考慮されるとき、以下の詳細な説明に照らしてより明らかになる。
図１は、先行技術の電気外科発電機の概略図である。 図２は、本開示の実施形態に従う、電気外科発電機の概略図である。 図３Ａ〜３Ｃは、図２の電気外科発電機と併せて用いられ得るドレインの例示である。 図４は、本開示の実施形態に従うプリント回路ボード（ＰＣＢ）の一部の例示である。 図５は、線５−５に沿ってとった図４のＰＣＢの断面図である。

（詳細な説明）
本開示の特定の実施形態は、添付の図面を参照して本明細書で以下に記載される；しかし、開示される実施形態は本開示の単なる例であり、そして種々の形態で具現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成は、本開示を不必要な詳細で曖昧にすることを避けるために詳細には記載されていない。従って、本明細書に開示される特定の構造および機能的詳細は制限的であると解釈されるべきではなく、単に請求の範囲の基礎として、そして当業者が事実上任意の適切な細部構造において本開示を様々に採用するための教示の代表的な基礎として解釈されるべきである。同様の参照番号は、図面の記載の全体で類似または同一の要素に言及し得る。

本明細書は、語句「実施形態で」、「複数の実施形態で」、「いくつかの実施形態で」、または「その他の実施形態で」、を使用するかもしれないが、これらは、各々、本開示に従う、１つ以上の同じかまたは異なる実施形態について言及し得る。本明細書の目的には、形式「Ａ／Ｂ」の語句は、ＡまたはＢを意味する。本明細書の目的には、形式「Ａおよび／またはＢ」の語句は、「（Ａ）、（Ｂ）、または（ＡおよびＢ）」を意味する。本明細書の目的には、形式「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つ」の語句は、「（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（ＡおよびＢ）、（ＡおよびＣ）、（ＢおよびＣ）、または（Ａ、ＢおよびＣ）」を意味する。

本明細書で用いられるとき、用語「発電機」は、エネルギーを供給し得るデバイスをいい得る。このようなデバイスは、電源およびこの電源によって出力されたエネルギーを改変し得、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電気回路を含み得る。

本明細書に記載されるシステムはまた、種々の情報を受け、そして受けた情報を変え、出力を生成する１つ以上のコントローラを利用し得る。このコントローラは、メモリ中に記憶されている一連の命令を実行し得る、任意のタイプの計算デバイス、計算回路、または任意のタイプのプロセッサまたはプロセッシング回路を含み得る。このコントローラは、複数のプロセッサおよび／またはマルチコア中央プロセッシングユニット（ＣＰＵ）を含み得、そして、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラなどのような任意のタイプのプロセッサを含み得る。このコントローラはまた、データおよび／または一連の命令を遂行するアルゴリズムを記憶するメモリを含み得る。

任意の本明細書に記載されるデータおよび／またはアルゴリズムは、１つ以上の機械読み取り可能な媒体またはメモリに含まれ得る。用語「メモリ」は、プロセッサ、コンピュータ、またはデジタルプロセッシングデバイスのような機械によって読み取り可能な形態の情報を提供（例えば、記憶および／または伝達）するメカニズムを含み得る。例えば、メモリは、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスクストレージ媒体、光学的ストレージ媒体、フラッシュメモリデバイス、または任意のその他の揮発性または不揮発性メモリストレージデバイスを含み得る。それに含まれるコードまたは命令は、キャリア波信号、赤外線信号、デジタル信号により、およびその他の同様の信号により表され得る。

本開示は、タンクトポロジーおよびＨ−ブリッジを有する位相シフトフルブリッジ共振インバータを採用する電気外科発電機に関する。本開示の１つの実施形態では、キャパシタは、タンクトポロジー中の変圧器の二次側の中央タップに配置される。このキャパシタは、別個の構成要素であるか、またはそれはＰＣＢ中に一体化され得る。

次に図２を参照して、本開示の実施形態による電気外科発電機は、概して２００で示される。この発電機２００は、発電機２００を制御するための適切な入力コントロール（例えば、ボタン、アクティベータ、スイッチ、タッチスクリーンなど）を含む。さらに、この発電機２００は、ユーザに種々の出力情報（例えば、強度設定、処置終了インジケータなど）を提供するための１つ以上のディスプレイスクリーン（図示はされていない）を含み得る。このコントロールは、ユーザが、ＲＦエネルギーの電力、波形、および許容される最大アークエネルギーのレベルを調節することを可能にし、これは、例えば、凝固、組織シーリング、強度設定などの特定のタスクに適切な所望の波形を達成するために、所望の組織効果およびその他のパラメータに依存して変わる。この発電機２００に接続され得る器具（図示はされていない）はまた、発電機２００の特定の入力コントロールとでは余計であるかも知れない複数の入力コントロールを含み得る。器具に入力コントロールを配置することは、発電機２００との相互作用を必要とすることなく外科手順の間のＲＦエネルギーパラメータのより容易で、かつより迅速な変更を可能にする。

この発電機２００は、種々のタイプの電気外科器具を収容するために複数のコネクタを含み得る。さらに、この発電機２００は、この複数のコネクタ間のＲＦエネルギーの供給をスイッチするためのスイッチング機構（例えば、リレー）を含むことにより、単極モードまたは双極モードで作動し得る。

この発電機２００は、共振インバータ回路２０２およびパルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラ２０４を含む。共振インバータ回路２０２は、ＦＥＴであるＱ１、Ｑ２、Ｑ３、およびＱ４を有するＨ−ブリッジ２０６およびタンク２０８を含む。このＰＷＭコントローラ２０４は、プロセッサ２１０およびメモリ２１２を含む。

共振インバータ回路２０２において、Ｈ−ブリッジ２０６には、正の高電圧直流（＋ＨＶＤＣ）が提供される。タンク２０８は、能動ＦＥＴスイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４によるフルブリッジ構成で駆動される。ＰＷＭコントローラ２０４は、図２に示されるようなＦＥＴスイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４に位相がシフトされたＰＷＭタイミング信号を供給する。ＦＥＴのＱ１およびＱ２は、タンク２０８に電圧Ｖ_Ｓ１を提供し、そしてＦＥＴのＱ３およびＱ４は、タンク２０８に電圧Ｖ_Ｓ２を提供する。

タンク２０８は、能動端末２１４を経由して器具（図示はされていない）に電気外科エネルギーを出力する。特に、能動端末２１４は、高ＲＦエネルギーの連続的またはパルス化された正弦波の波形のいずれかを提供する。能動端末２１４は、種々のデューティサイクル、ピーク電圧、波高率、およびその他の適切なパラメータを有する複数の波形を提供するように構成されている。特定のタイプの波形は、特定の電気外科モードに適切である。例えば、能動端末２１４は、切断モードでは、１００％のデューティサイクル正弦波波形を提供し得、これは、組織を切除し、融合し、そして解剖するために最も適しており、そして凝固モードにおける１〜２５％デューティサイクル波形は、出血を止めるために組織を焼灼するために最も適している。

戻り末端２１６は、単極手順のための戻りパッド（図示はされていない）に連結される。あるいは、戻り端末２１６は、器具上の戻り電極（図示はされていない）に電気的に連結される。

タンク２０８は、所望の電圧出力を提供するため、および患者を発電機から絶縁するために用いられる変圧器２１８を含む。変圧器２１８は、一次巻き線２２０および二次巻き線２２２を含む。二次巻き線２２２は、第１のコイル２２２Ａおよび第２のコイル２２２Ｂを含む分割出力巻き線である。キャパシタ２２４が変圧器２１８の中央タップに配置される。特に、キャパシタ２２４は、第１のコイル２２２Ａと第２のコイル２２２Ｂとの間で直列に配置される。図２に示されるように、キャパシタ２２４は、コモンモード平面（線Ｘ−Ｘで表される）を横切って配置される。コモンモード平面を横切ってキャパシタ２２４を第１のコイル２２２Ａと第２のコイル２２２Ｂとの間で直列に配置することにより、端末２１４と２１６との間の電圧または荷電不均衡は緩和され、それ故、任意のコモンモード電流および高周波漏出は低減される。また、キャパシタ２２４の存在は、ＤＣ電流が能動端末２１４の出力に流れること、そして患者またはエンドユーザを害する可能性を防ぐ。

いくつかの実施形態では、荷電ドレイン２２６がキャパシタ２２４と並列に配置され、キャパシタ２２４上の荷電の構築を防ぐ。（図３Ａを参照のこと。） 荷電ドレイン２２６は、スイッチ２２８を含む。スイッチ２２８は、任意の従来のスイッチまたはリレーである得る。スイッチ２２８は、発電機２００が起動されていないとき、通常は、閉じられており、そして発電機２００が起動されると開く。スイッチ２２８は、ＰＷＭコントローラ２０４、別のコントローラ（図示はされていない）、または発電機２００が起動されているか、または起動されていないかを検出するセンサ（図示はされていない）によって制御される。図３Ｂは、キャパシタ２２４の放電を支援する荷電ドレイン抵抗器２３０を含む。図３Ｃは、図３Ｂの荷電ドレイン抵抗器２３０を、正の温度係数（ＰＴＣ）サーミスタまたは再設定可能ヒューズ２３２で置換したものである。

上記に記載の実施形態では、キャパシタ２２４は、別個の構成要素である。いくつかの実施形態では、キャパシタは、電気外科発電機に必要な構成要素の数を低減するために、ＰＣＢ中に一体化されていても良い。図４および５は、キャパシタを一体化した電気外科発電機のＰＣＢ３００の一部を描写している。図４に示されるように、ＰＣＢ３００は、変圧器の二次側のための接点３０２、３０４、３０６および３０８を含む。接点３０２は、能動端末（図示はされていない）に連結されている接点３１０と電気的に連結されている（図示はされていない）。接点３０４は、戻り端末（図示はされていない）に接続されている接点３１２に電気的に連結されている。接点３０６および３０８は、変圧器の中央タップを受容するように構成されている。接点３０６および３０８は、それらの間に配置されたキャパシタ３１６を有する。図５に示されるように、キャパシタ３１６は、トレース３２０を経由して接点３０６に電気的に連結されている第１のプレート３１８を有する。第２のプレート３２２は、トレース３２４を経由して接点３０８に電気的に接続されている。誘電材料３２６は、第１のプレート３１８と第２のプレート３２２との間に配置されている。誘電材料３２６は、任意の従来の誘電材料であり得る。

先行する記載は、本開示の例示にすぎないことが理解されるべきである。種々の代替物および改変物が、本開示から逸脱することなく当業者によって工夫され得る。従って、本開示は、すべてのそのような代替物、改変物および変更物を包含することが意図される。添付の図面の図を参照して記載される実施形態は、本開示の特定の例を示すためにのみ提示されている。上記および／または特許請求の範囲に記載のものとは実質的に異ならないその他の要素、ステップ、方法および技法は、本開示の範囲内にあることがまた意図される。

Claims (11)

1. 電気外科発電機であって：
   Ｈ−ブリッジ；および
   該Ｈ−ブリッジによって駆動されるタンク；を備え、
   該タンクが：
   一次巻き線および二次巻き線を有する変圧器であって、該二次巻き線が、第１のコイルおよび第２のコイルを含む、変圧器；および
   該第１のコイルと該第２のコイルとの間に直列に接続されている、キャパシタ；を含む、電気外科発電機。
2. さらに、前記Ｈ−ブリッジを駆動するように構成されたコントローラを備える、請求項１に記載の電気外科発電機。
3. さらに、前記キャパシタに電気的に接続された荷電ドレインを備える、請求項１に記載の電気外科発電機。
4. 前記荷電ドレインが、スイッチング要素である、請求項３に記載の電気外科発電機。
5. 前記荷電スイッチング要素が、リレーである、請求項４に記載の電気外科発電機。
6. さらに、前記スイッチング要素を制御するように構成されたコントローラを備え、該コントローラが、前記電気外科発電機が起動されていないとき該スイッチング要素を閉じ、そして該電気外科発電機が起動されているとき該スイッチング要素を開ける、請求項４に記載の電気外科発電機。
7. 前記荷電ドレインが、抵抗器を含む、請求項４に記載の電気外科発電機。
8. 前記ドレインが、正の温度係数サーミスタまたは再設定可能なヒューズのうちの少なくとも１つを含む、請求項４に記載の電気外科発電機。
9. 電気外科発電機における使用のためのプリント回路ボードであって：
   変圧器の二次巻き線を受容するように構成された複数の接点であって：能動端末に電気的に連結されるように構成された第１の接点；戻り端末に電気的に連結されるように構成された第２の接点；第３の接点；および第４の接点を含む、接点；ならびに
   該プリント回路ボードに一体化されたキャパシタであって、該第３の接点および該第４の接点に電気的に連結される、キャパシタ、を備えるプリント回路ボード。
10. 前記第３の接点が、前記変圧器の中央タップに電気的に連結されるように構成された、請求項９に記載のプリント回路ボード。
11. 前記第４の接点が、前記変圧器の中央タップに電気的に連結されるように構成された、請求項９に記載のプリント回路ボード。

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