JP2018533401A - 低電磁場電気外科用ケーブル - Google Patents

Abstract

近傍の周りに電磁（ＥＭ）場を作り出さない（ゼロＥＭ汚染）、電気外科用ケーブル。ケーブルは、導体が埋め込まれた内部絶縁体を、第２の導体が埋め込まれた外部絶縁体チューブ内に配置して構成される。導体および絶縁体のサイズと材料は、内部導体に印加される電圧が破壊電圧よりも高く、電気外科用ケーブル内のガスギャップに印加される電圧が破壊電圧よりも低いように選択される。したがって、ケーブルは外科用ハンドピースで放電を作り出しているが、ケーブル内部での破壊は阻止される。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年１０月１６日付けで本発明者らが出願した米国仮特許出願第６２／２４２，５７９号の出願日の利益を主張する。

上述の仮特許出願は、その全体を参照により本明細書に援用する。

連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
なし。

本発明は、電磁ＥＭ場を近傍に作り出さず（ゼロＥＭ汚染）、電気外科処置を受けるヒト被験体に対する電気ショックのリスクを低減する、電気外科用ケーブルに関する。

電気外科用ケーブルは、電気外科用発電機を電気外科用外科用ハンドピースに接続し、高電圧およびガス流を発電機から電気外科用ハンドピースに送達するのに使用される。電気外科システムで利用される従来の電気外科用ケーブルは、電気絶縁性の可撓性チューブに入れられた１つの高圧電極から成る。絶縁チューブ内の高圧電極は、強力な電磁（ＥＭ）場をケーブルの周りに作り出す。電気外科用発電機の周波数は１ＭＨｚ未満であり、これは波長λ＞３００ｍと関連付けられる。したがって、従来の一電極の電気外科用ケーブルは事実上、長さＬ≪λの短いアンテナである。アンテナは共振から離れているので、放射ＥＭ力は低いが、高電圧が電極に印加されるため、アンテナの近接域における電界の値は高い。局所電界は、Ｅ≒Ｖ／Ｄ≒１０００Ｖ／ｃｍと高い値であることができ、電気外科用ケーブルと患者との間の非常に現実的な距離をＤ≒１ｃｍとし、これは、ケーブルが患者に対して常に動いている電気外科処置の間、容易に現れる可能性がある。

本発明は、電気外科ユニットと、近傍にＥＭ場を作り出さないかまたは無視できる程度のＥＭ場しか作り出さない、ハンドピースまたはハウジングとの間を接続する、電気外科用ケーブルに関する。ケーブルは、任意の電気外科用発電機とともに使用することができる。ケーブルは、電気外科ユニットの動作に必要な、ガス流および高電圧電気エネルギーを同時に送達することが意図される。電気外科用プローブで利用される従来の電気外科用ケーブルは、高電圧が印加される絶縁チューブの内部に１つの導体のみを使用する。対照的に、本発明は２つの導体を、即ち内部高電圧導体および外部導体（患者のパッドに接続される）を利用する。本発明の重要な特徴は、以下の重要な機能を提供する内部導体の電気絶縁である。中央電極に印加される高電圧（Ｕ_０）は、電気外科用ハンドピースにおける放電を開始するために、破壊閾値（Ｕ_ＢＤ）を上回るように選択される（Ｕ_０＞Ｕ_ＢＤ）。しかしながら、ケーブル内部では、印加電圧の有意な部分が内部絶縁体で降下するので、ガスギャップに印加された残りの電圧（Ｕ_ｇａｓ）は破壊閾値未満、Ｕ_ｇａｓ＜Ｕ_ＢＤである。これにより、ケーブル内における破壊およびプラズマ放電の点火を防ぐことができる。

本発明は、従来の電気外科用ケーブルと比較して、２つの重要な利益を有する。第一に、本発明のケーブルは完全に遮蔽されるので、規則的な短いダイポールアンテナとしてＥＭ場を作り出す従来の電気外科用プローブケーブルとは対照的に、ケーブルの周りにＥＭ場を作り出さない。第二に、本発明の電気外科用ケーブルは、電気外科処置を受けるヒト被験体に対する電気ショックのリスクを大幅に低減する。実際、従来の電気外科用ケーブルは、外部絶縁層に損傷が生じた場合に電気ショックの顕著なリスクがある可能性がある。対照的に、本発明を使用した場合に絶縁体に何らかの損傷が生じると、ヒトが遮蔽された電極と接触するか、または電気外科ユニットの短絡が起こることがある。両方の事象は、関与するヒト被験体にとって電気的に安全である。

好ましい一実施形態では、本発明は、細長い外部導体と、前記外部導体を取り囲み、前記外部導体とともにチューブを形成する外部絶縁体と、前記チューブ内の細長い内部導体と、前記内部導体を取り囲む内部絶縁体とを有する、電気外科用ケーブルである。前記チューブの内表面と前記内部絶縁体との間にチャネルがある。さらに、導体および絶縁体のサイズと材料は、内部導体に印加される電圧が破壊電圧よりも高く、前記チャネル内を流れるガスに印加される電圧が破壊電圧よりも低いように選択される。電気外科用ケーブルは、前記内部電極を電気外科用電源に接続する、前記内部電極に接続された電気コネクタと、前記外部電極をアースに接続する、前記外部電極に接続された電気コネクタと、前記チューブを流体源に接続する、前記チューブに接続された流体コネクタとをさらに有してもよい。

別の好ましい実施形態では、本発明は、外半径ｃを有する細長い外部導体と、前記外部導体を取り囲み、内半径ｄおよび外半径ｅを有し、かつ前記外部導体とともにチューブを形成する外部絶縁体と、前記チューブ内にあり、前記内部電極が半径ａを有する細長い内部導体と、前記内部導体を取り囲み、外半径ｂを有する内部絶縁体とを有する、電気外科用ケーブルである。前記チューブの内表面と前記内部絶縁体との間にチャネルがあり、半径ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは、ａ＜ｂ＜ｃ≦ｄ≦ｅであるように選択される。さらに、総印加電圧（Ｕ_０）が、内部絶縁体（Ｕ_ｉｎ）と、内部および外部絶縁体の間のガスギャップ（Ｕ_ｇａｓ）との間で、Ｕ_０＝Ｕ_ｉｎ＋Ｕ_ｇａｓであるように分配されるように、半径ａ、ｂ、ｃ、ｄ、およびｅが選択される。さらにまた、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、およびｅは、Ｕ_ｉｎ≒Ｕ_ｇａｓであるように選択されてもよい。例えば、半径は、ａ＝０．２５ｍｍ、ｂ＝２．５ｍｍ、ｃ＝ｄ＝４ｍｍ、およびｅ＝５ｍｍで選択されてもよい。

本発明およびその利点をさらに完全に理解するため、以下の説明および添付の図面を参照する。

ケーブルの一端にコネクタを有し、ケーブルの他端に電気外科用ハンドピースを有する、本発明の好ましい一実施形態による電気外科用ケーブルを示す斜視図である。

本発明の好ましい一実施形態によるケーブルの一部分を示す斜視図である。

ケーブルの様々な構成部品の寸法と電圧降下の関係を示す、本発明の好ましい一実施形態によるケーブルの断面図である。

図面に示される本発明の好ましい一実施形態について記載するにあたり、明瞭にするために特定の専門用語を利用する。しかしながら、本発明はそのように選択された特定の用語に限定されるものではなく、特定の用語はそれぞれ、類似の方式で動作して類似の目的を遂行するすべての技術的等価物を含むものと理解されるべきである。本発明の好ましい実施形態は例示目的で記載されるものであり、本発明は、図面に具体的に示されない他の形態で具体化されてもよいことが理解される。

本発明は、ケーブルの周りにＥＭ場を作り出さないかまたは無視できる程度のＥＭ場しか作り出さず（ゼロＥＭ汚染）、電気外科処置を受けるヒト被験体に対する電気ショックのリスクがない動作を提供する、電気外科用ケーブルの新奇な概念を提示する。

図１に示されるように、本発明によるケーブルは、例えば、低温プラズマ電気外科システム、ハイブリッドプラズマ電気外科システム、またはアルゴン凝固電気外科システムであってもよい、電気外科システムで使用することができる。本発明のケーブル２００は、一端に電気コネクタ４００およびガス供給コネクタ５００を、また他端にハンドピース３００を有してもよい。電気コネクタは、ケーブル２００からの配線４１０を有し、ガスコネクタはケーブル２００からのチューブ５１０を有する。様々な既知のコネクタ４００および５００が本発明とともに使用されてもよい。

図２に示されるように、ケーブル２００は、絶縁２４０に取り囲まれた、電気外科用発電機に接続される内部電極２３０を有する。ケーブルが使用中のとき、この内部電極２３０はコネクタ４００を通して電源に接続されるであろう。好ましい実施形態では、電極２３０は、半径０．２５ｍｍの円筒状のステンレス鋼ワイヤで作られ、半径約２．５ｍｍのシリコンゴム製絶縁体に埋め込まれる。ワイヤの材料および直径は、ステンレス鋼を利用することに限定されず、他の導電性材料を同様に使用することができる。好ましくは、ワイヤ２３０の直径（ａ）は、特定の電気外科システムの正確な最大電流要件に応じて選択されるべきである。絶縁体２４０の半径（ｂ）およびその材料は、同様に広範囲で変更することができる。好ましい実施形態では、シリコンゴムを、比誘電率ε≒３を有する絶縁体２４０の材料として使用したが、他の誘電率値εを同様に利用することができる。好ましくは、電気外科用ケーブル全体の良好な可撓性とともに電気絶縁性を提供するため、可撓性の電気絶縁性材料を使用するべきである。

ケーブルは、アースに接続され、外部が絶縁体２２０によって取り囲まれる外部電極２１０をさらに有する。図２〜３に示されるように、外部導体は円筒状であり、内部導体および内部絶縁が中に配置されるチューブを形成し、それによって外部導体２１０と内部絶縁体２４０との間に流体チャネルが形成される。好ましい実施形態では、外部電極２１０は、外部絶縁チューブ２２０に埋め込まれる、ステンレス鋼の編組スリーブで作られる。編組シールドの透明度は、最大ケーブル重量の要件に応じて変更することができる。編組に使用されるワイヤの直径を低減し、その透明度を増大させることによって、より軽量の電気外科用ケーブルを得ることができる。外部導体の薄箔または他の形態を同様に使用することができる。外部導体２１０の最小断面は、特定の電気外科用ケーブルを通して引き込まれることを要する最大電流値によって限定されるべきである。外部導体２１０の内半径（ｃ）および絶縁体２２０の外半径（ｅ）ならびにその材料は変更することができる。好ましくは、電気外科用ケーブルの良好な可撓性とともに電気絶縁性を提供するため、可撓性の電気絶縁性材料を使用するべきである。編組シールドは、外部導体の内部に埋め込むことができ、ｃ≦ｄ≦ｅの範囲の半径（ｄ）を有することができる。ここで、図３は、外部導体２１０の内径が外部導体２２０の直径に厳密に等しい（ｃ＝ｄ）ものとして示され、内部電極２３０および外部チューブが同軸である場合を示している。

好ましい一実施形態では、内部導体および外部導体は円筒状であるが、他の形状が本発明に適合されてもよい。

好ましい実施形態では、作動ガスとしてヘリウムが使用されたが、アルゴンなどの他のガスを同様に使用することができる。

導体２１０、２３０および絶縁体２２０、２４０の相対サイズは、ａ＜ｂ＜ｃ≦ｄ≦ｅであるように選択されるべきである。好ましい実施形態では、ａ＝０．２５ｍｍ、ｂ＝２．５ｍｍ、ｃ＝ｄ＝４ｍｍ、およびｅ＝５ｍｍが選択された。

総印加電圧（Ｕ_０）は、内部絶縁体（Ｕ_ｉｎ）と、内部および外部絶縁体の間のガスギャップ（Ｕ_ｇａｓ）との間で分配されて、図２に示されるように、Ｕ_０＝Ｕ_ｉｎ＋Ｕ_ｇａｓである。電圧Ｕ_ｉｎおよびＵ_ｇａｓの比は、次式のように表すことができる。

好ましい実施形態では、比

はＵ_ｉｎ≒Ｕ_ｇａｓを意味し、またしたがってＵ_０＝Ｕ_ｉｎ＋Ｕ_ｇａｓを使用し、

を得ることができる。好ましい実施形態では、Ｕ_０≦４ｋＶを使用し、Ｕ_ＢＤは約２．５ｋＶであった。したがって、Ｕ_ｉｎ≒Ｕ_ｇａｓ≦２ｋＶであり、またしたがってＵ_ｇａｓ＜Ｕ_ＢＤであって、電気外科用ケーブル内部の破壊が阻止される。同時に、Ｕ_０＞Ｕ_ＢＤであり、したがって電圧は外科用ハンドピースでの破壊を作り出すのに十分である。半径と誘電率の様々な組合せを使用することができるが、次の２つの条件が同時に満たされるようにこれらのパラメータを選択することが重要である。
１．Ｕ_０＞Ｕ_ＢＤ 電圧が、外科用ハンドピースでの破壊を作り出すのに十分である。
２．Ｕ_ｇａｓ＜Ｕ_ＢＤ 電気外科用ケーブル内部での破壊が阻止される。

好ましい実施形態では、絶縁体を有する内部電極は外部チューブ内で自由に位置する。しかしながら、絶縁体を有する内部電極と外部チューブの相対配置は、同軸または他の任意の相対位置決めなど、異なることができる。また、内部絶縁体は、外部絶縁体の内壁に恒久的に取り付けるか、または取り付けないことが可能である。

当業者が、想起される特定の用途に適合されるような様々な実施形態で本発明を利用できるように、本発明およびその実用的用途の原理を説明するために、実施形態を選択し記載した。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその等価物によって定義されるものとする。上述の文書それぞれの全体を参照により本明細書に援用する。

Claims (7)

1. 細長い外部導体と、
   前記外部導体を取り囲み、前記外部導体とともにチューブを形成する外部絶縁体と、
   前記チューブ内の細長い内部導体と、
   前記内部導体を取り囲む内部絶縁体とを備え、
   前記チューブの内表面と前記内部絶縁体との間にチャネルがある、電気外科用ケーブル。
2. 導体および絶縁体のサイズおよび材料が、前記内部導体に印加される電圧が破壊電圧よりも高く、前記チャネル内を流れるガスに印加される電圧が破壊電圧よりも低いように選択される、請求項１に記載の電気外科用ケーブル。
3. 前記内部電極を電気外科用電源に接続する、前記内部電極に接続された電気コネクタと、
   前記外部電極をアースに接続する、前記外部電極に接続された電気コネクタと、
   前記チューブを流体源に接続する、前記チューブに接続された流体コネクタとをさらに備える、請求項１または２に記載の電気外科用ケーブル。
4. 外半径ｃを有する細長い外部導体と、
   前記外部導体を取り囲み、内半径ｄおよび外半径ｅを有し、かつ前記外部導体とともにチューブを形成する外部絶縁体と、
   前記チューブ内にあり、前記内部電極が半径ａを有する細長い内部導体と、
   前記内部導体を取り囲み、外半径ｂを有する内部絶縁体とを備え、
   前記チューブの内表面と前記内部絶縁体との間にチャネルがあり、半径ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅが、ａ＜ｂ＜ｃ≦ｄ≦ｅであるように選択される、電気外科用ケーブル。
5. 総印加電圧（Ｕ_０）が、内部絶縁体（Ｕ_ｉｎ）と、内部および外部絶縁体の間のガスギャップ（Ｕ_ｇａｓ）との間で、Ｕ_０＝Ｕ_ｉｎ＋Ｕ_ｇａｓであるように分配されるように、半径ａ、ｂ、ｃ、ｄ、およびｅが選択される、請求項４に記載の電気外科用ケーブル。
6. ａ、ｂ、ｃ、ｄ、およびｅが、Ｕ_ｉｎ≒Ｕ_ｇａｓであるように選択される、請求項５に記載の電気外科用ケーブル。
7. ａ＝０．２５ｍｍ、ｂ＝２．５ｍｍ、ｃ＝ｄ＝４ｍｍ、およびｅ＝５ｍｍである、請求項４、５、または６に記載の電気外科用ケーブル。

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