JP2021058647A - マイクロウェーブエネルギを搬送するためのインピーダンス変成器を備えた電気外科器具 - Google Patents
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Abstract
Description
ことになる(たとえば、同軸伝送線のインピーダンスの1/6)こと、及び、このために、同軸伝送線と生体組織との間に、インピーダンスの著しいミスマッチが生じることになることを理解している。そのようなインピーダンスのミスマッチは、同軸伝送線と組織との間の界面における、マイクロウェーブ周波数エネルギのかなりの割合の反射に繋がることになる。このことは、器具の効率を制限することになり、また、十分なマイクロウェーブエネルギの組織への搬送が妨げられる場合がある。
生源に向かって戻される)マイクロウェーブ周波数放射の比率またはパーセンテージを低減することを意味する場合がある。
近位の同軸伝送線及び遠位の同軸伝送線は、それらの中心軸が同一線上に整列された状態で配置され得る。
可能である場合がる。たとえば、電気外科器具の許容可能な(最適ではない)性能は、最適な値より10%以下だけ高いか低い、または最適な値の20%以下だけ高いか低い遠位の同軸伝送線のインピーダンスで達成され得る。
電気外科器具は、第2の内側導電体に接続された第3の内側導電体、第3の内側導電体と同軸に形成されるとともに、第2の外側導電体に接続された第3の外側導電体、及び、第3の内側導電体と第3の外側導電体とを分ける第3の誘電層を備えたさらなる遠位の同軸伝送線を備えている場合がある。
さらなる遠位の同軸伝送線の特性インピーダンスは、近位の同軸伝送線の特性インピーダンスと同じである場合がある。たとえば、近位の同軸伝送線と、さらなる遠位の同軸伝送線とは、両方とも50オームのインピーダンスを有する場合がある。
換言すると、遠位の同軸伝送線の長さは、5.8GHzの所定の動作周波数において、器具の遠位端が組織と接触している場合、遠位の同軸伝送線が、近位の同軸伝送線と、遠位の同軸伝送線の遠位端における負荷インピーダンスとの間のインピーダンスのマッチを向上させるインピーダンス変成器であるようになっている場合がある。たとえば、遠位の同軸伝送線の長さは、(2n+1)λ/4にほぼ等しい場合がある。ここで、λは、5.8GHzの所定の作動周波数を有するマイクロウェーブ周波数エネルギの遠位の同軸伝送線内の波長である。
近位の同軸伝送線は、同軸ケーブルである場合がある。たとえば、同軸ケーブルは、Sucoform 86の同軸ケーブル、または、Sucoform 47の同軸ケーブルである場合がある。
遠位の同軸伝送線は、そのより広い近位端から、そのより細い遠位端に向かってテーパが付されている場合がある。換言すると、遠位の同軸伝送線は、その近位端からその遠位端に向かって、線形的に細くなり、それにより、遠位端が近位端よりも細くなっている場
合がある。このことは、遠位の同軸伝送線が円錐台形状を有する結果となる場合がある。遠位の同軸伝送線の遠位端は、近位端の直径の半分の直径を有する場合がある。遠位の同軸伝送線のこの構成により、遠位の同軸伝送線の遠位端において、組織のより小さいエリアにマイクロウェーブエネルギが搬送される結果となる。マイクロウェーブ周波数エネルギの組織内への搬送の、このさらなる局所化は、いくつかの外科上の工程において、たとえば、小さい管を凝固させることを試みる場合、または、わずかな表面の腫瘍または病巣を切除することを試みる場合に、特に有用である場合がある。
遠位の同軸伝送線がテーパ状である場合、第2の内側導電体の外径に対する第2の外側導電体の内径の比は、遠位の同軸伝送線に沿ってほぼ一定であり、それにより、遠位の同軸伝送線のインピーダンスは、その長さに沿ってほぼ一様になっている場合がある。
任意選択的に、上述の1つまたは複数の任意の特徴を有する、本発明の第1の態様に係る電気外科器具と、
近位の同軸伝送線の近位端に接続された電気外科ジェネレータと、を備え、
電気外科ジェネレータが、近位の同軸伝送線に、所定の作動周波数を有するマイクロウェーブ周波数電磁エネルギを供給するように構成されている、電気外科システムが提供され得る。
合があり、このコントローラは、組織に搬送されるマイクロウェーブ周波数エネルギの量を所定の量未満に制限するために、ジェネレータによって供給されるマイクロウェーブ周波数エネルギの出力及び/または持続時間を制御するように構成されている場合がある。
器具の遠位端が組織と接触している場合に、近位の同軸伝送線の特性インピーダンスと、遠位の同軸伝送線の遠位端における負荷インピーダンスとの間の中間である、遠位の同軸伝送線の特性インピーダンスの結果となる、第2の内側導電体の外径に対する第2の外側導電体の内径の比を判定することと、
第2の内側導電体の外径に対する第2の外側導電体の内径の比を、判定された比になるように設定することと、
器具の遠位端が、組織と接触している場合に、遠位の同軸伝送線が、近位の同軸伝送線と、遠位の同軸伝送線の遠位端における負荷インピーダンスとの間のインピーダンスのマッチを向上させるインピーダンス変成器である結果となる、遠位の同軸伝送線の長さを判定することと、
遠位の同軸伝送線の長さを、判定された長さに設定することと、を含んでいる。
を有している)、第1の外側導電体9は、2.1mmの外径を有している。当然、他の実施形態では、異なる寸法及び性質を有する異なるタイプの同軸ケーブル、または、異なるタイプの同軸伝送線が代わりに使用され得る。
第2の内側導電体13、第2の外側導電体13、及び第2の誘電層17は、第2の同軸伝送線5の平坦な遠位端面において露出している。第2の同軸伝送線5の平坦な遠位端面は、以下にさらに記載するように、組織内にマイクロウェーブ周波数エネルギを搬送するために、組織に対して押圧することができる。
電率(絶縁定数)である。
このため、方程式(3)を使用することで、所望の作動周波数を有するマイクロウェーブエネルギの第2の同軸伝送線5内における波長が、誘電材料の相対誘電率(絶縁定数)に基づいて判定され得る。誘電材料の相対誘電率は、検索されるか、計算されるか、実験によって見出され得る。このため、(2n+1)λ/4に等しい第2の同軸伝送線5の長さは、容易に判定することができる。また、電気外科器具1内の第2の同軸伝送線5の長さは、計算された長さにほぼ等しく設定することができる。
を使用して、様々なシミュレーションを実施することにより、肝臓組織に搬送されるマイクロウェーブエネルギの量を最大にするための第2の同軸伝送線5の理想的な長さが、9mmに近いことがわかった。
ここで、PIは、組織に向かって出て行く、器具内の出力であり、PRは、組織から外に反射された出力であり、SはS−パラメータである。
、より低いが依然として許容可能な、−15dBのS−パラメータは、肝臓組織よりもわずかに高いか低いインピーダンスを有する、異なるタイプの組織で達成され得る。
の直径がより細いにもかかわらず、前に記載した各実施形態に類似していることである。
導電体と第3の外側導電体とを分ける第3の誘電材料層を備えている。
P=(1−0.7312)=0.466
このため、インピーダンスのマッチが存在しないと、出力の47%のみが負荷に搬送されることになり、このことは、電気外科器具が比較的非効率であることを意味している。搬送された出力は、上述の本発明の各実施形態のようなインピーダンスのマッチを実施することによって著しく向上させることができる。
Claims (32)
- 電気外科器具であって、所定の作動周波数を有するマイクロウェーブ周波数エネルギを、前記器具の遠位端と接触した、所定の特性インピーダンスを有する組織内に搬送するために構成された前記電気外科器具であって、
第1の内側導電体、前記第1の内側導電体と同軸に形成された第1の外側導電体、及び、前記第1の内側導電体と前記第1の外側導電体とを分ける第1の誘電層を備えた、マイクロウェーブ周波数エネルギを搬送するための近位の同軸伝送線と、
前記第1の内側導電体に接続された第2の内側導電体、前記第2の内側導電体と同軸に形成されるとともに、前記第1の外側導電体に接続された第2の外側導電体、及び、前記第2の内側導電体と前記第2の外側導電体とを分ける第2の誘電層を備えた、マイクロウェーブ周波数エネルギを搬送するための遠位の同軸伝送線と、を備え、
前記第2の内側導電体の外径に対する前記第2の外側導電体の内径の比は、前記器具の前記遠位端が前記組織と接触している場合に、前記遠位の同軸伝送線の特性インピーダンスが、前記近位の同軸伝送線の特性インピーダンスと、前記遠位の同軸伝送線の遠位端における負荷インピーダンスとの間の中間であるようになっており、
前記遠位の同軸伝送線の長さは、前記所定の動作周波数において、器具の前記遠位端が、前記組織と接触している場合、前記遠位の同軸伝送線が、前記近位の同軸伝送線と、前記遠位の同軸伝送線の前記遠位端における前記負荷インピーダンスとの間のインピーダンスのマッチを向上させるインピーダンス変成器であるようになっている、前記電気外科器具。 - 前記遠位の同軸伝送線の長さが(2n+1)λ/4にほぼ等しく、ここで、λは、前記所定の作動周波数を有するマイクロウェーブ周波数エネルギの前記遠位の同軸伝送線内の波長であり、nは0以上の整数である、請求項1に記載の電気外科器具。
- 前記電気外科器具が、組織を凝固させるためのものである、請求項1または請求項2に記載の電気外科器具。
- 前記第2の内側導電体、第2の外側導電体、及び第2の誘電層が、前記組織に接触するために、前記遠位の同軸伝送線の遠位端面において露出している、先行請求項のいずれか一項に記載の電気外科器具。
- 前記電気外科器具が、前記第2の内側導電体に接続された第3の内側導電体、前記第3の内側導電体と同軸に形成されるとともに、前記第2の外側導電体に接続された第3の外側導電体、及び、前記第3の内側導電体と前記第3の外側導電体とを分ける第3の誘電層を備えたさらなる遠位の同軸伝送線を備えている、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電気外科器具。
- 前記さらなる遠位の同軸伝送線の特性インピーダンスが、前記近位の同軸伝送線の特性
インピーダンスと同じである、請求項6に記載の電気外科器具。 - 前記さらなる遠位の同軸伝送線の長さは、前記さらなる遠位の同軸伝送線が、前記所定の作動周波数において、前記組織の前記所定の特性インピーダンスの反応性部分をほぼキャンセルするようになっている、請求項6または請求項7に記載の電気外科器具。
- 前記さらなる遠位の同軸伝送線が剛体である、請求項6から請求項8のいずれか一項に記載の電気外科器具。
- 前記電気外科器具が、
前記さらなる遠位の同軸伝送線に並列に接続された、開回路または短絡回路のスタブを備えている、請求項6から請求項9のいずれか一項に記載の電気外科器具。 - 前記スタブの特性インピーダンスが、前記さらなる遠位の同軸伝送線の特性インピーダンスと同じである、請求項10に記載の電気外科器具。
- 前記スタブの特性インピーダンスが、前記さらなる遠位の同軸伝送線の特性インピーダンスとは異なっている、請求項10に記載の電気外科器具。
- 前記電気外科器具が、前記さらなる遠位の同軸伝送線に並列に接続された、前記開回路または短絡回路の複数のスタブを備えている、請求項10から請求項12のいずれか一項に記載の電気外科器具。
- 前記遠位の同軸伝送線が剛体である、先行請求項のいずれか一項に記載の電気外科器具。
- 前記所定の動作周波数が5.8GHzである、先行請求項のいずれか一項に記載の電気外科器具。
- 前記第2の内側導電体の前記外径と、前記第2の外側導電体の前記内径との間の間隔が、前記第1の内側導電体の外径と前記第1の外側導電体の内径との間の間隔未満である、先行請求項のいずれか一項に記載の電気外科器具。
- 前記第2の誘電層が、前記第1の誘電層よりも高い相対誘電率を有する、先行請求項のいずれか一項に記載の電気外科器具。
- 前記近位の同軸伝送線の前記特性インピーダンスが50オームである、先行請求項のいずれか一項に記載の電気外科器具。
- 前記近位の同軸伝送線が同軸ケーブルである、先行請求項のいずれか一項に記載の電気外科器具。
- 前記遠位の同軸伝送が、より幅広である、その近位端から、より細い、その遠位端に向かってテーパが付されている、先行請求項のいずれか一項に記載の電気外科器具。
- 前記器具が、前記所定の作動周波数を有するマイクロウェーブ周波数エネルギを、45オームから180オームの範囲の、所定の特性インピーダンスを有する組織内に搬送するために構成されている、先行請求項のいずれか一項に記載の電気外科器具。
- 前記電気外科器具が、前記所定の作動周波数において、前記近位の同軸伝送線と、前記
組織との間の前記インピーダンスのマッチを向上させるための、複数の前記遠位の同軸伝送線を備えている、先行請求項のいずれか一項に記載の電気外科器具。 - 先行請求項のいずれか一項に記載の電気外科器具と、
前記近位の同軸伝送線の近位端に接続された電気外科ジェネレータと、を備え、
前記電気外科ジェネレータが、前記近位の同軸伝送線に、前記所定の作動周波数を有するマイクロウェーブ周波数エネルギを供給するように構成されている、電気外科システム。 - 前記電気外科システムが、前記電気外科ジェネレータを制御するためのコントローラを備え、
前記コントローラが、前記組織に搬送されるマイクロウェーブ周波数エネルギの量を所定の量未満に制限するために、前記ジェネレータによって供給される前記マイクロウェーブ周波数エネルギの出力及び/または持続時間を制御するように構成されている、請求項23に記載の電気外科システム。 - 前記電気外科システムが、前記組織に搬送されたマイクロウェーブ周波数エネルギの前記量を示す情報を検知するためのセンサを備えている、請求項24に記載の電気外科システム。
- 前記コントローラが、前記ジェネレータを、4秒までの期間、15Wの出力を提供するように制御するように構成されている、請求項24または請求項25に記載の電気外科システム。
- 請求項1から請求項22のいずれか一項に記載の電気外科器具の製造方法であって、
前記器具の前記遠位端が前記組織と接触している場合に、前記近位の同軸伝送線の特性インピーダンスと、前記遠位の同軸伝送線の前記遠位端における前記負荷インピーダンスとの間の中間である、前記遠位の同軸伝送線の特性インピーダンスをもたらす、前記第2の内側導電体の前記外径に対する前記第2の外側導電体の前記内径の前記比を判定することと、
前記第2の内側導電体の前記外径に対する、前記第2の外側導電体の前記内径の前記比を、前記判定された比になるように設定することと、
前記所定の動作周波数において、前記器具の前記遠位端が、前記組織と接触している場合、前記遠位の同軸伝送線が、前記近位の同軸伝送線と、前記遠位の同軸伝送線の前記遠位端における前記負荷インピーダンスとの間の前記インピーダンスのマッチを向上させるインピーダンス変成器である結果となる、前記遠位の同軸伝送線の長さを判定することと、
前記遠位の同軸伝送線の前記長さを、前記判定された長さに設定することと、を含んでいる、前記方法。 - 前記所定の作動周波数を有するマイクロウェーブ周波数エネルギの前記遠位の同軸伝送線における前記波長λを判定することと、
前記判定された波長λに基づき、前記遠位の同軸伝送線の長さを、(2n+1)λ/4にほぼ等しくなるように設定することであって、nが0以上の整数である、前記設定することと、を含む、請求項27に記載の方法。 - 前記第2の誘電層の前記相対誘電率に基づき、前記所定の作動周波数を有する前記マイクロウェーブ周波数エネルギの、前記遠位の同軸伝送線における前記波長を計算することを含む、請求項28に記載の方法。
- 前記電気外科器具が、前記さらなる遠位の同軸伝送線を含み、前記方法が、
前記組織の前記所定の特性インピーダンスの前記反応性部分がキャンセルされる結果となる、前記さらなる遠位の同軸伝送線の長さを判定することと、
前記さらなる遠位の同軸伝送線の前記長さを、前記判定された長さにほぼ等しくなるように設定することと、を含む、請求項27から請求項31のいずれか一項に記載の方法。
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