JP5467051B2 - 電気外科手術用ｈｆジェネレータ及び電気外科手術装置を制御する方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１又は請求項７の序文に記載の電気外科処置用ＨＦジェネレータ及び電気外科手術装置を制御する方法に関する。

現代の外科処置においては、高周波交流電流を発生する高周波ジェネレータを備えた電気外科手術装置を頻繁に使用する。この高周波交流電流は、生体組織の切開又は凝固、あるいは、その他の治療に使用する。

ＨＦジェネレータの基本周波数は通常は３００ｋＨｚから４ＭＨｚの間である。この高周波数は、その振幅を、適用方法によって異なる方法で変調する。通常は、印加する電力を決定するために、パルス幅変調を行う。ここでは、後続の休止に対するバースト信号断片の比率を設定する。クロック周波数又は変調は、通常、１ｋＨｚから５０ｋＨｚの間の周波数で行う。

さらに、１Ｈｚから１０Ｈｚの間の非常に低い周波数で、さらに変調（出力信号をＯＮ、ＯＦＦする）を行い、操者が治療を続行できる程度の電力量を確保する。

最後に、アイドリング中に負荷をかけずにジェネレータからの電流の漏れ又は損失を避けるため、非常に低い周波数のパルス、すなわち、基本周波数の正弦波ビートを使用する。

電気外科手術装置に加え、今日の手術現場では、複数の他の電気又は電子装置を使用する。特に患者監視装置（例えば、ＥＥＧ装置）又は映像装置などがある。手術に必須の映像装置の典型的な例としては、内視鏡を使用して行われる手術がある。この場合、映像チップが電気外科手術用器具を使用する箇所のすぐ近傍に位置しており、上記の高周波交流電流を組織に印加する。

独国特許発明第１９９ ４３ ７９２ Ｃ２号明細書 独国特許発明第１００ ４６ ５９２ Ｃ２号明細書 欧州特許第０ ４３０ ９２９ Ｂ１号明細書 欧州特許第０ ６５３ １９２ Ｂ１号明細書

上記の場合はいずれも、使用中の患者用モニタの故障につながり得る電子装置との周波数干渉があり、時間が経つと、患者の生命維持に必要なパラメータを監視できなくなる可能性もある。映像についても同じである。いずれの場合も、この種の問題は、患者にとって致命的な結果をもたらしかねないのである。

本発明の目的は、特に周辺装置に対する干渉を回避、もしくは少なくとも軽減できる、この種の方法又は電気外科手術装置を開示することにある。

この目的は、請求項１に記載の方法又は請求項７に記載の電気外科手術装置によって達成できる。

特に、この目的は、生体組織を治療、特に切開又は凝固するために高周波出力信号を発生する電気外科手術用ＨＦジェネレータを制御する方法によって達成できるものであり、ＨＦジェネレータは、前記出力信号が、所定の信号周波数を有し、連続的に発生されるか、変調周波数で変調されるか、又は、所定の信号対休止のパルス−デューティー比と所定のクロック周波数とでバーストするように構成されている。ここで、信号周波数及び／又は変調周波数及び／又はクロック周波数は、低周波変調信号で変調されて、信号周波数又は変調周波数又はクロック周波数のスペクトルが広がる。

よって、本発明の本質的な点は、変調周波数又はクロック周波数だけでなく、従来は一定に保たれていた信号周波数も、本発明によれば、一定の値に保持されないということにある。周波数範囲でみると、これにより、（一定の周波数によって発生される）スペクトル線がスペクトル帯に広がる。この「周波数の広がり」により電力のピーク値を大幅に下げることができるようになる。発生されるエネルギーは、１つの周波数で発生されるのではなく、複数の周波数間で分割される、もしくは周波数帯で発生されるからである。これにより、有線及び無線両方の干渉的発信を大幅に低減することができ、装置の重要なＥＭＣ制限値に好ましい影響をもたらす結果となる。これにより、患者のモニタ、映像システム、又は他の電気又は電子装置における、上記のような問題を引き起こす可能性を直接低減することが可能となる。信号をさらに変調しても、いずれも非常に不活性である外科的な効果に影響を及ぼすことはない。何故なら、それらは、主に熱影響に基づくものだからである。

好ましくは、変調信号は、周辺の医療装置、特に、患者監視システムや患者監視又は映像システムに対する干渉を引き起こす周波数外の周波数域で発生される。よって、他の変調周波数と同様の変調周波数を含有する低信号エネルギーであるにも関わらず、干渉を引き起こす発信動作を、可能な限り低いレベルに確実に抑えることができるようになる。

好ましくは、変調信号は、実質的に一定の進路を有するので、突然周波数が変化して、さらに（高周波数の）干渉信号が起こることはない。

変調信号は、別の態様でも構成可能である。好ましくは、一定の掃引信号でもよく、信号の基本周波数及び／又はクロック周波数、又は変調周波数を連続的に変更することが可能となる。

別の可能性としては、変調信号をランダム又はノイズ信号として構成することも可能である。

変調信号は、システム周波数、もしくはそれに近い周波数域に設定するとよい。正確には、この周波数の場合に使用する電子装置は常に有効な遮断フィルタを備えているので、この範囲の干渉信号は、別の手段を設けることなく、必須のフィルタによって抑制することができる。

装置に関し、上記の目的は、生体組織を治療、特に切開又は凝固するために高周波出力信号を発生する、高周波ジェネレータを有する電気外科手術装置によって達成できるものであり、前記高周波ジェネレータは、前記出力信号が、所定の信号周波数を有し、連続的に発生されるか、変調周波数で変調されるか、又は、所定の信号対休止のパルス−デューティー比と所定のクロック周波数とでバーストするように構成されている。ここで、前記信号周波数及び／又は前記変調周波数及び／又は前記クロック周波数が前記低周波変調信号で変調されて、それらの前記スペクトルが広がるように前記出力信号を制御するために、前記ＨＦジェネレータに供給される低周波変調信号を発生する、変調用ジェネレータが設けられている。

本発明の有利な実施形態については、序文で説明した方法に関して既に説明した通りであり、ここに請求する電気外科手術装置にも適用されることは明らかである。

以下に、下記の図面に基づいて実施形態を例示しながら本発明をさらに詳しく説明する。
図１は、本発明による電気外科手術装置の実施形態のブロック図である。 図２は、それぞれ異なる信号形状を、それに伴うスペクトルと共に示す図である。 図３は、それぞれ異なる信号形状を、それに伴うスペクトルと共に示す図である。 図４は、それぞれ異なる信号形状を、それに伴うスペクトルと共に示す図である。

次に図面に基づき本発明を説明する。
下記の説明において、同じ参照符号は、同じ部品又は同様の機能を有する部品を示す。

図１は、本発明による電気外科手術装置の実施形態をおおまかに示す図である。この種の周知の電気外科手術装置の詳細は、ここで紹介される特許文献ＤＥ １９９ ４３ ７９２ Ｃ２，特許文献ＤＥ１００ ４６ ５９２ Ｃ２、特許文献ＥＰ ０ ４３０ ９２９ Ｂ１又は特許文献ＥＰ ０ ６５３ １９２ Ｂ１に説明されている。

この種の電気外科手術装置は、発振器１１を備えた高周波ジェネレータ１０を備え、発振器の周波数ｆ_０の出力信号は、スイッチ１２で切り換え、出力増幅器１３によって増幅されるので、出力信号Ｕ_ｏｕｔは、ＨＦジェネレータ１０の出力端子に存在することになる。図は、装置の操作態様を説明するための略図であることを強調しておく。

出力振幅Ｕ_ｐｅａｋを調整するため、出力増幅器１３の増幅係数を調節する調整装置１４を設ける。スイッチ１２を制御するため、調整装置１５を介して発振器１１の出力信号が出力増幅器１３の入力端子に存在する期間ｔ_ｏｎを、スイッチ１２がＯＮである時間ｔ_ｏｆｆで割った比であるパルス−デューティー比を調節するスイッチコントローラ１６を設ける。

発振器１１は、実施例ではＶＣＯと表しており、その発振周波数ｆ_ＨＦを電圧で制御可能な発振器である。この電圧は、変調用ジェネレータ２０によって選択する。

スイッチコントローラ１６は、信号ｔ_ｏｎ＋ｔ_ｏｆｆを受信して処理する第２の入力端子を有し、スイッチ１２は、所定のパルス−デューティー比ｔ_ｏｎ／ｔ_ｏｆｆで、周期ｔ_ｏｎ＋ｔ_ｏｆｆの間制御される。この「周期信号」は、変調用ジェネレータ２０’で発生される変調信号を表わす。

次に、この概略で説明した本発明の実施形態の操作態様を説明する。

図２は、スイッチ１２で変調された周波数ｆ_０を有する高周波信号の、周期Ｔ＝ｔ_ｏｎ＋ｔ_ｏｆｆの時間経過に伴う変化を示す図である。図２（ｂ）に示すのは、信号の電力Ｐを周波数から見ることができる周波数スペクトルである。一方、図２（ａ）に示す従来の変調された高周波信号は、激しく変化するスペクトル線を示し、これは、図２（ｂ）のＩＩＩに表わしている。変調周期Ｔでは、図２（ｂ）のＩＩに示すようなスペクトル線を表わす。

また図２（ｂ）には、別のスペクトル線Ｉも示されている。これは、非常に低周波範囲であり、序文で説明した信号変調に起因するもので、損失を低く抑えるために、使用中の「休止期間中」行われる動作である。

図２（ｃ）は、本発明による、一方では、一定の変調周期Ｔを有し、他方では一定の周波数f_０を有する高周波信号が存在せず、掃引された信号を示す。よって、周波数は時間と共に上昇し、新しい期間ごとに低い周波数から始まる。この図２（ｃ）に示す掃引信号は、低い周波数成分と高い周波数成分が存在するので、図２ｂのスペクトル線ＩＩＩの周囲に示すスペクトルとなる。しかし、信号をＯＮとＯＦＦで切り換える変調周波数は、図２（ａ）と比較すると変化がなく、図２（ｂ）に示すスペクトル線ＩＩが保持される。

図３（ａ）は、信号を示す図であり、高周波信号の周波数ｆ_０は変化がない。さらに、図３（ａ）の信号は、一定のパルス−デューティー比ｔ_ｏｎ／ｔ_ｏｆｆ＝２／１を有し、個々の信号の周期Ｔは時間と共に変化するバーストとそれに続く休止を有する。これは、図３（ｂ）に示すようなスペクトルとなり、周期Ｔの低い周波数がスペクトルとして現れ、一方、高周波信号の変化の激しいスペクトル線を発生する。

図４（ａ）は、バーストを示し、パルス−デューティー比は、常にｔ_ｏｎ／ｔ_ｏｆｆ＝２．５／１である。これらバーストの中の高周波信号の周波数は変化する。さらに、周期Ｔも異なる。

図４（ｂ）に示す信号の進路は、図４（ａ）に示すものとは、周期Ｔが連続的に増加せず、ランダムに変化する点で異なる。それ以外については、図４（ｂ）に示す信号もパルス−デューティー比はやはり常に２．５／１である。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すこれら２つの信号は、図４（ｃ）に示すようなスペクトルとなる。ここで、高周波信号又は変調クロック周波数に対応した変化の激しいスペクトル線は消滅し、幅の広いスペクトルに置き換えられることは明らかである。

図２（ａ）に示す従来の電気外科手術用ジェネレータから発生される信号と、図２（ｂ）又は図３（ｃ）によるその結果としてのスペクトルとを比較すると、連続的な高周波信号又は一定の周波数の変調から得られるような変化の激しいスペクトル線の最大電力は、信号周波数又は変調周波数の変化によるところが大きい。これにより、周辺装置に有害な影響を及ぼし得る干渉を引き起こす発信動作やシステムが誘発する干渉要素を大幅に低減するという目的が達成される。ここで、上記した周波数の拡張を行うためには、すなわち、個々のスペクトル線を幅の広いスペクトルに広げるためには、ＨＦ信号の周波数又は変調周波数の平均値の変動が数パーセント程度であれば十分である。

この信号や変調周波数の制御は、変調用ジェネレータ２０及び２０’によって例えば、正弦波信号で定期的に、又は、その他の信号、特にノイズ信号で実行可能である。変調を正弦波信号で行うと、新しいスペクトル線（図示せず）が出力スペクトルに再び現れる。このスペクトル線を周辺装置とほとんど干渉を起こさない範囲内、例えば、システム周波数に位置させれば、この周波数範囲では、それらとの干渉はすでに常に抑制されているので、周辺装置では干渉の可能性は低くなる。変調用ジェネレータ２０、２０’が確率的に変調を行うと、「干渉スペクトル」が再び発生されるが、上記の拡張により、その振幅は非常に低い。ここでも、ノイズ信号の中心周波数は、干渉から保護されるべき周辺装置が「集中する」範囲に設定することができるという利点がある。

上記より、本発明の本質的な原理は、特殊効果を生むための定期的なプロセス、すなわち、実際の高周波信号及びあらゆる変調工程は、不変ではなく、時間と共に変化させているので、スペクトル線が高電圧に伴って激しく変化するのを回避することができるという点にある。

１０ ＨＦジェネレータ
１１ 発振器
１２ スイッチ
１３ 出力増幅器
１４ 振幅調整装置
１５ パルス−デューティー比調整装置
１６ スイッチコントローラ
２０，２０’ 変調用ジェネレータ

Claims (8)

1. 生体組織を切開又は凝固するために高周波出力信号を発生する電気外科手術用高周波ジェネレータを制御する方法であって、
   前記電気外科手術用高周波ジェネレータは、所定の信号周波数を有する前記出力信号が、連続的に変調周波数で変調されるか、又は、所定の信号対休止のパルス−デューティー比と所定のクロック周波数とでバーストするよう連続的に発生されるように構成されており、
   前記信号周波数及び／又は前記変調周波数及び／又は前記クロック周波数は、追加的に低周波変調信号で変調されて、これらの変調信号のスペクトルが広がり、前記低周波変調信号は、周辺の医療装置に対する干渉を引き起こす周波数外の周波数域で発生されること
   を特徴とする方法。
2. 前記変調信号は、ランダム又はノイズ信号であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記変調信号は、一定の掃引信号であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記変調信号は、前記信号周波数及び／又は前記変調周波数及び／又は前記クロック周波数の変動が２０％よりも小さくなるように構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１に記載の方法。
5. 生体組織の切開又は凝固するために高周波出力信号を発生する高周波ジェネレータを有する電気外科手術装置であって、
   前記高周波ジェネレータ（１０）は、所定の信号周波数（ｆ _０ ）を有する前記出力信号（Ｕ_ｏｕｔ）が、連続的に変調周波数で変調されるか、又は、所定の信号（ｔ_ｏｎ）対休止（ｔ_ｏｆｆ）のパルス−デューティー比と所定のクロック周波数とでバーストするよう連続的に発生されるように構成され、
   前記信号周波数及び／又は前記変調周波数及び／又は前記クロック周波数が低周波変調信号で変調されて、これらの変調信号のスペクトルが広がり、前記低周波変調信号が、周辺の医療装置に対する干渉を引き起こす周波数外の周波数域で発生されるように、前記出力信号（Ｕ_ｏｕｔ）を制御するために前記高周波ジェネレータ（１０）に供給される低周波変調信号を発生する、変調用ジェネレータ（２０，２０’）が設けられていること
   を特徴とする装置。
6. 前記変調信号は、ランダム又はノイズ信号であることを特徴とする請求項５に記載の電気外科手術装置。
7. 前記変調信号は、一定の掃引信号であることを特徴とする請求項５に記載の電気外科手術装置。
8. 前記変調信号は、前記信号周波数及び／又は前記変調周波数及び／又は前記クロック周波数の変動が２０％よりも小さいことを特徴とする請求項５乃至請求項７のうち、いずれか１に記載の電気外科手術装置。

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