JP5517941B2 - Ｈｆ手術装置およびｈｆ手術装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、手術中、少なくとも２つの別個のコンタクト面を備えた中性電極と患者の皮膚との接触状態を監視する、生物組織の切除手術および／または凝固手術のためのＨＦ手術装置であって、患者回路に配置された少なくとも１つの並列共振回路と、患者回路から電気的に絶縁された測定回路内に配置され、中性電極の２つのコンタクト面のあいだに作用する測定電圧または測定電流を形成する少なくとも１つの測定エネルギ源と、手術中に２つのコンタクト面と患者の皮膚との接触状態を表す組織インピーダンスを測定電圧または測定電流に基づいて求める少なくとも１つの測定計算ユニットとを有している、ＨＦ手術装置に関する。ここで、ＨＦ電流は、切除手術または凝固手術中に閉成される患者回路内を流れ、測定電圧は当該のＨＦ電流から独立に測定回路内で形成される。

また、本発明は、ＨＦ手術装置に電気的に接続され、少なくとも２つの別個のコンタクト面を備えた中性電極と患者の皮膚との接触状態を監視する、ＨＦ手術装置の制御方法にも関する。ここでは、測定電圧または測定電流が測定回路内で形成されてこの測定回路から電気的に絶縁された患者回路へ伝送され、ＨＦ電流は手術中に閉成される患者回路内で導通され、患者回路内の測定電圧または測定電流が並列共振回路と２つのコンタクト面のあいだの組織とを通過することに基づいて、測定電圧または測定電流により、患者の皮膚の接触状態を表す組織インピーダンスが求められる。

前述したタイプの高周波数手術装置すなわちＨＦ手術装置およびその制御方法は従来技術から公知である。ＨＦ手術装置は生物組織の切除および／または凝固のために用いられている。この場合、通常、活性電極がＨＦ手術装置に接続される。活性電極は小さな電流送出面積を有しており、高レベルの電流密度を形成することができる。治療中、活性電極は、ＨＦ電流が患者の体内へ通流するように、外科医によってガイドされる。また、電流の帰還のために、患者に接続された１つまたは複数の中性電極はＨＦ手術装置にも接続される。

中性電極とは患者の身体へ貼付される大きな面積を有する電極である。当該の中性電極は、火傷などの望ましくない身体的効果を回避するため、高周波数および低電流密度の電流の帰還電流路を身体組織内に形成するために用いられる。中性電極はその面積全体が患者の身体に貼り付けられる。この場合、高周波数の適用期間の全体にわたって中性電極が確実に身体に接触しているように、注意すべきである。

中性電極は分割されており、相互に電気的に分離された少なくとも２つのコンタクト面を有する。この２つのコンタクト面は患者の皮膚に相互に近接して並置され、患者の皮膚との電気的接触を形成する。コンタクト面が患者に貼付されると、コンタクト面のあいだの組織が電気的接続を形成し、その抵抗が電気的接続の形成されている面積に応じて変化する。分割されたコンタクト面を有する中性電極に代えて、２つ以上の中性電極を利用することもできる。

ここで、中性電極と患者の皮膚との接触状態を自動的に監視し、不適切な接触があった場合に警報信号を発生したり高周波数電流の印加を遮断したりする種々の装置が知られている。

中性電極の個別のコンタクト面を介して測定電流または補助電流を通流させ、これを監視することが知られている。測定回路へ供給される測定電流は、ＨＦ手術装置の利用中、活性電極および中性電極を介して、ＨＦ電流の流れる患者回路から電気的に絶縁されている。中性電極と皮膚との接触状態は、２つの電極部分のあいだに位置する組織のインピーダンスを求め、これを評価することにより監視される。ＨＦ手術装置の測定計算ユニットは中性電極を連続的に検査し、異常があった場合には適切な警報信号または遮断信号を送出する。

中性電極の接触状態を監視する方法および装置は、例えば、独国特許３２４９７６６号明細書、独国特許第３５４４４４３号明細書または欧州特許第０３９０９３７号明細書から公知である。

独国公開第１９７１４９７２号明細書にも、中性電極の接触状態を監視する装置が記載されている。この装置は可変の周波数の交流電圧および共振周波数によって駆動される共振回路を含む。これにより、共振周波数において交流電圧のピークを読み出すピーク検出器の機能が得られる。

米国特許７１６０２９３号明細書には、複数の無線周波数で動作する帰還路の電極パッド対の接触状態を検出する検出装置が記載されている。ここでは、パッド対ごとに異なるように、接続された直列共振回路網の周波数に適合する信号源周波数を供給することにより、複数のパッド対のあいだの干渉または相互作用が低減ないし消去される。

独国出願第１０２００４０２５６１３号明細書には、中性電極の２つの部分間の過渡インピーダンスを測定する装置が記載されている。

種々の方法および回路装置が存在しているが、これらはいずれも、皮膚に対する接触状態の監視の品質が変動するという問題点を有している。特に、組織内のＴＡＴ比の増大などによってインピーダンスが約１３０Ωより高くなる場合、中性電極の不適切な配置の検出精度が低下してしまうことが判明している。

したがって、本発明の課題は、ＨＦ手術装置およびＨＦ手術装置の制御方法を提供し、高い組織インピーダンスが生じている場合にも、中性電極と皮膚との接触状態を確実に監視できるようにすることである。

前述した課題は、本発明のＨＦ手術装置において、測定電圧源の周波数が並列共振回路の共振周波数にほぼ等しいことにより解決される。

また、前述した課題は、本発明のＨＦ手術装置の制御方法において、測定電圧または測定電流の周波数が並列共振回路の共振周波数にほぼ等しいことにより解決される。

活性電極および中性電極に接続された本発明のＨＦ手術装置の概略的なブロック図である。

本発明は並列共振回路内の部品が測定電流または測定電圧に与える影響が最小化されるという利点を有する。並列共振回路の抵抗は共振周波数で最大値を取る。動作中、中性電極がＨＦ手術装置に接続されているあいだ、中性電極のコンタクト面と並列共振回路とのあいだの過渡抵抗または組織抵抗が患者回路を形成する。並列共振回路では、全抵抗の逆数の値は個々の抵抗の逆数の和によって形成される。並列共振回路の抵抗の最大値では、並列共振回路の部品が測定電流に与える影響がゼロまたは無視できるほど小さくなる。本発明によれば、組織インピーダンスが１３０Ωより大きい場合にも、中性電極と皮膚との接触状態を正確に検出できることが判明している。

本発明はさらに種々の有利な実施形態を有する。こうした実施形態について以下に説明する。

ＨＦ手術装置は測定回路を患者回路から電気的に絶縁するための変圧器を含む。また、並列共振回路は、患者回路に接続される変圧器の２次側と、少なくとも１つの反感応通電キャパシタとを含む。より詳細に云えば、反感応通電キャパシタは患者回路に直流電流が流れて患者に危険が生じることを回避するために設けられている。当該の実施形態により、測定プロシージャに擾乱をもたらす反感応通電キャパシタの影響が最小化され、同時に、個別の部品数の少ない単純な構造が実現されるという利点が得られる。

本発明によれば、組織インピーダンスは測定回路と患者回路とを分離する変圧器で検出される。測定回路内に配置される変圧器での組織インピーダンスの計算を容易にするために、測定回路内では、少なくとも１つの測定抵抗が変圧器に直列接続されて設けられる。測定回路に接続された測定計算ユニットは、信号の形態に応じて、電圧源の電圧および測定抵抗の電圧を測定する。組織インピーダンスを表す変圧器でのインピーダンスは当該の２つの電圧値および測定抵抗の既知の抵抗値から簡単に計算することができる。

さらに、ＨＦ手術装置は、測定電流またはこれに比例する値と測定電圧またはこれに比例する値とのあいだの位相シフト角を測定する位相角測定ユニットを含んでいる。当該の位相シフト角に基づいて、測定計算ユニットは、コンタクト面と患者の皮膚との接触状態を表す有効組織抵抗を計算する。より正確な有効組織抵抗は中性電極の組織インピーダンスから計算することができる。ここで、インピーダンスは実有効抵抗値と虚反応性インピーダンス値とから成る。反応性インピーダンスは中性電極による火傷の危険にとっては重要ではないが、皮膚に貼付された中性電極が容量性動作を行うことによって増大する。このため、反応性インピーダンスによって患者の皮膚の接触状態を表す組織インピーダンスの値に誤差が生じる。なお、測定電流に比例する値あるいは測定電圧に比例する値とは、例えば、測定電流源を介した電圧降下の値あるいは測定抵抗を介した電圧降下の値のことである。当該の実施形態は電流測定に比べて電圧測定のほうが簡単なため有利である。

また、患者回路のＨＦ電流が測定電流または測定電圧にもたらす擾乱を消去するために、測定電流および／または測定電圧をフィルタリングする少なくとも１つのフィルタユニットがＨＦ手術装置に設けられる。フィルタユニットは有利には信号経路で見て測定回路内の測定計算ユニットの上流に配置される。フィルタユニットは測定信号の周波数を測定電流の周波数すなわち並列共振回路の共振周波数の近傍へ制限する。当該のフィルタユニットは共振周波数の範囲内でフィルタリング機能を有する並列共振回路に対して付加的に動作する。

以下に本発明を図示の実施例に則して詳細に説明する。図示されている特徴は、上述した実施形態と同様に、単独でもあるいは任意に組み合わせても本発明の対象となりうる。

生物組織の切除手術および／または凝固手術のためのＨＦ手術装置１は、主ユニット２，周波数発生器３，活性電極６および中性電極７に対する接続コンタクト４，５を有している。

主ユニット２は主コンタクト８を介して図示されていない主電圧源へ接続されている。周波数発生器３の入力側は主ユニット２に接続されている。周波数発生器３の出力側は一方では活性電極６に対する接続コンタクト４に接続されており、他方では中性電極７に対する接続コンタクト５に接続されている。周波数発生器３と中性電極７の分割されたパッドに対する２つの接続コンタクト５とのあいだには相応の反感応通電キャパシタ９が配置されている。

図１に示されているように、接続コンタクト４には活性電極６，例えば切除用電極または凝固用電極が接続されている。中性電極７は患者１０の皮膚に周知のように貼付される。中性電極７は分割されたパッドと２つのコンタクト面１１とを有している。各パッドおよび各コンタクト面は相互に電気的に分離され、ともに患者の皮膚に電気的に接触している。つまり、２つのコンタクト面１１は患者１０の導電性の組織を介してのみ互いに接続される。

ＨＦ手術装置１の動作中、主コンタクト８を介して供給される交流電流は直流電流へ変換されて周波数発生器３へ供給される。直流電流は周波数発生器３によって約３００ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚの高周波数ｆ_Ｗを有する交流電流Ｉ_ＨＦへ変換される。

周波数発生器３は患者回路１２の一部であり、ここでは、ＨＦ電流ＩＨＦが周波数発生器３から活性電極６へいたる能動経路１３を流れる。能動経路１３は図１の患者１０の上流の患者回路１２の一部であり、周波数発生器３から活性電極６へ通じる経路である。活性電極６の上流では、ＨＦ電流Ｉ_ＨＦは患者１０を通って中性電極７のコンタクト面１１へ流れている。ＨＦ電流が活性電極６から患者１０の生物組織へ流れれば、切除および／または凝固などの所望の外科手術効果が得られる。

患者回路１２の受動経路１４は中性電極７から周波数発生器３へ延在する経路であり、図１の患者の下流に位置する。動作中、ＨＦ電流ＩＨＦは中性電極７のコンタクト面１１から２つの反感応通電キャパシタ９を介して周波数発生器３へ戻る受動経路１４を流れる。反感応通電キャパシタ９は患者にとって危険な低周波数の直流電流を約５０ｎＦ〜１００ｎＦの大きさにまで低減する。

中性電極７を患者１０に対して不適切に配置したことにより不適切な電気的接触が生じると、中性電極のコンタクト面で患者に火傷が生じるおそれがある。中性電極７の２つのコンタクト抵抗１１のあいだの過渡抵抗または組織抵抗Ｒ_Ｎは中性電極７と患者の皮膚との接触状態を表す。組織抵抗Ｒ_Ｎを求めるために、２つのコンタクト面１１のあいだに作用する測定電圧Ｕ_Ｍまたは測定電流Ｉ_Ｍが患者回路１２の受動経路１４へ供給される。２つのコンタクト面１１と皮膚とのあいだの接触度が小さくなるにつれて、組織抵抗Ｒ_Ｎも小さくなる。測定電流Ｉ_Ｍは一方のコンタクト面から患者１０の組織を介して他方のコンタクト面へ流れる。

測定電流Ｉ_Ｍを形成する測定電圧源１９は測定回路１６内に配置されている。測定回路１６を患者回路１２から電気的に絶縁するために、ＨＦ手術装置１内に変圧器１５が設けられている。測定電圧源１９は患者から分離された中間回路のレベルに配置される。変圧器１５は測定回路１６内の１次側１７と患者回路１２内の２次側１８とを有する。図１の実施例では、１次側１７および２次側１８の巻線数は同じである。また、直列に接続された測定抵抗２０は変圧器１５および測定電圧源１９とともに測定回路１６に配置されている。

変圧器１５の２次側１８のインダクタンスは並列に接続された２つの反感応通電キャパシタ９のキャパシタンスとともに並列共振回路２２を形成する。ここでは反感応通電キャパシタ９は中性電極７の組織抵抗Ｒ_Ｎに対して並列に配置されている。

ＨＦ手術装置１は測定回路１６に接続され関連する信号を評価する測定計算ユニット２１を有している。図１のＨＦ手術装置１においては、測定計算ユニット２１が測定電圧源１９と１次側１７とのあいだおよび１次側１７と測定抵抗２０とのあいだの２つの位置で信号を取り出す。また、測定計算ユニット２１は付加的に信号経路で見て主ユニット２へ接続されている。さらに、２つのバンドパスフィルタ２３，２４が測定計算ユニット２１と測定回路１６とのあいだに配置されている。さらに、各信号のあいだの位相シフト角を測定する位相角測定ユニット２５も測定計算ユニット２１に接続されており、関連する信号を受け取る。

ＨＦ手術装置の動作中、測定電圧源１９は測定周波数ｆ_Ｍの測定電流Ｉ_Ｍを患者回路１２内のＨＦ電流から独立に形成する。測定電圧源１９の測定周波数ｆ_Ｍは並列共振回路２２の共振周波数ｆ_ｒｅｓにほぼ等しい。

並列共振回路２２の共振周波数ｆ_Ｍは、インダクタンスＬおよびキャパシタンスＣの大きさに基づいて、周知の式

にしたがって求められる。

図１のＨＦ手術装置１では、測定周波数ｆ_Ｍおよび共振周波数ｆ_ｒｅｓは約７５ｋＨｚである。理想的なケースでは、定常状態において、並列共振回路２２のインピーダンスは共振周波数ｆ_ｒｅｓで無限大となる。実際にはインピーダンスは少なくとも無視できるほどに大きい。並列共振回路２２は中性電極７の組織抵抗Ｒ_Ｎに対して並列に接続されている。並列共振回路の全インピーダンスの逆数の値は個々のインピーダンスの逆数の値の和であってきわめて小さいので、結果としてさほど重要でない。つまり、組織抵抗Ｒ_Ｎに並列共振回路２２の抵抗および線路の抵抗を加えた合成インピーダンスも組織抵抗Ｒ_Ｎにほぼ等しいものと見なすことができる。

変圧器１５の動作により合成インピーダンスが２次側１８から１次側１７へ伝達される。このため、変圧器１５の１次側１７での複素抵抗（インピーダンス）は皮膚の接触状態を表す組織抵抗Ｒ_Ｎにほぼ相応する。１次側１７でのインピーダンスは次のようにして求められる。

変圧器１５の１次側１７でのインピーダンスを求めるために、測定計算ユニット２１は測定電圧源１９での電圧降下Ｕ_Ｍと測定抵抗２０での電圧降下Ｕ_Ｒとの２つの電圧降下を測定する。このために、測定計算ユニット２１は測定電圧源１９と１次側１７とのあいだの電圧Ｕ_Ｍを取り出す。また、１次側１７と測定抵抗２０とのあいだの第２の電圧Ｕ_Ｒも取り出される。

測定電流Ｉ_Ｍが共振周波数ｆ_ｒｅｓで発振すると、並列共振回路２２は測定電流および測定電圧に対する有利なフィルタリング動作を開始する。ＨＦ電流Ｉ_ＨＦによって測定電流および測定電圧に持続的に擾乱が発生することを回避するために、測定計算ユニット２１の取り出す信号は付加的にフィルタリングされる。２つの帯域通過フィルタ２３，２４はこのために設けられている。

測定計算ユニット２１は、測定された電圧Ｕ_Ｍ，Ｕ_Ｒから、組織インピーダンスに相応する１次側１７でのインピーダンスを計算する。

周知のように、見かけ上の抵抗であるインピーダンスはリラクタンスと有効抵抗とから成る。患者が中性電極７で火傷する危険はリラクタンスよりもむしろ有効抵抗によって発生する。これに対して、リラクタンスは患者１０の皮膚に貼付された中性電極７のコンタクト面１１の容量性動作によって増大する。図１のＨＦ手術装置１の利点は、有効組織抵抗が評価され、組織インピーダンスのみの評価によるよりも皮膚の接触状態が正確に求められることである。

図１のＨＦ手術装置、特にその測定計算ユニット２１は、測定回路１６内の２つの電圧Ｕ_Ｍ，Ｕ_Ｒのあいだの位相シフト角に基づいて、有効抵抗を計算する。位相シフト角は位相角測定ユニット２５によって求められ、測定計算ユニット２１へ供給される。位相角測定ユニット２５は２つの帯域通過フィルタ２３，２４の出力側に接続されているので、フィルタリングされた電圧Ｕ_Ｍ，Ｕ_Ｒが取り出される。

測定計算ユニット２１によって求められた組織インピーダンスまたは有効組織抵抗が所定の限界値を超える場合、測定計算ユニット２１は切換信号を主ユニット２へ送出する。切換信号は主ユニット２または周波数発生器３を遮断するか、あるいは、それらの電力を低減する。このようにすればＨＦ電流が全く流れないかきわめて僅かしか流れなくなるので、中性電極７による火傷は防止される。これに代えてまたはこれに加えて、患者の皮膚の接触状態を表す組織インピーダンスまたは有効組織抵抗に基づき、その値が所定の限界値を超えたことに応じて、動作信号または警報信号をトリガするように構成してもよい。動作信号および警報信号は測定計算ユニット２１によって作動される報知灯用の点灯信号または報知器用の音響信号などであってもよい。

Claims (11)

1. 手術中に、少なくとも２つの別個のコンタクト面を備えた中性電極に対する患者の皮膚の接触状態を監視する、生物組織の切除手術および／または凝固手術のためのＨＦ手術装置であって、
   患者回路に配置された少なくとも１つの並列共振回路と、
   変圧器によって前記患者回路から電気的に絶縁された測定回路に配置され、前記中性電極の２つのコンタクト面のあいだに作用する測定電圧または測定電流を形成する少なくとも１つの測定エネルギ源と、
   手術中に前記測定電圧または前記測定電流によって前記２つのコンタクト面に対する前記患者の皮膚の前記接触状態を表す組織インピーダンスを求める少なくとも１つの測定計算ユニットと
   を有しており、
   切除手術または凝固手術中に閉成される前記患者回路をＨＦ電流が流れ、
   前記測定電圧は該ＨＦ電流から独立に前記測定回路内で形成され、
   前記測定エネルギ源の周波数が前記並列共振回路の共振周波数にほぼ等しい
   ことを特徴とするＨＦ手術装置。
2. 当該のＨＦ手術装置は前記測定回路と前記患者回路とを電気的に絶縁している変圧器を有しており、前記並列共振回路は前記患者回路に関連する前記変圧器の２次側と少なくとも１つの反感応通電キャパシタとを有している、請求項１記載のＨＦ手術装置。
3. 当該のＨＦ手術装置は前記測定回路内に、前記変圧器に直列に接続された少なくとも１つの測定抵抗を有している、請求項２記載のＨＦ手術装置。
4. 当該のＨＦ手術装置は、前記測定電流またはこれに比例する値と前記測定電圧またはこれに比例する値とのあいだの位相シフト角を測定する位相シフト角測定ユニットを有しており、前記測定計算ユニットは前記位相シフト角に基づいて前記２つのコンタクト面に対する前記患者の皮膚の前記接触状態を表す有効抵抗を求めるように構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のＨＦ手術装置。
5. 当該のＨＦ手術装置は前記測定電圧および／または前記測定電流をフィルタリングする少なくとも１つのフィルタを有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のＨＦ手術装置。
6. ＨＦ手術装置に電気的に接続され、少なくとも２つの別個のコンタクト面を備えた中性電極に対する患者の皮膚の接触状態を監視する、ＨＦ手術装置の制御方法であって、
   測定電圧または測定電流が測定回路内で形成されて該測定回路とは変圧器によって電気的に絶縁された患者回路へ伝送され、
   手術中に閉成される前記患者回路にＨＦ電流が導通され、
   前記患者回路内の前記測定電圧または前記測定電流が並列共振回路と前記２つのコンタクト面のあいだの組織とを通過することに基づいて、前記測定電圧または前記測定電流により、前記患者の皮膚の前記接触状態を表す組織インピーダンスが求められ、
   前記測定電圧または前記測定電流の周波数は前記並列共振回路の共振周波数にほぼ等しい
   ことを特徴とするＨＦ手術装置の制御方法。
7. 測定エネルギ源の全電圧と直列に接続された測定抵抗にかかる部分電圧とが、前記組織インピーダンスを求めるために、前記測定回路内で測定される、請求項６記載のＨＦ手術装置の制御方法。
8. 前記全電圧および／または前記部分電圧は測定過程より前にフィルタリングされる、請求項７記載のＨＦ手術装置の制御方法。
9. 前記測定電流またはこれに比例する値と前記測定電圧またはこれに比例する値とのあいだの位相シフト角が求められる、請求項６から８までのいずれか１項記載のＨＦ手術装置の制御方法。
10. 前記２つのコンタクト面のあいだの前記中性電極に対する前記患者の皮膚の前記接触状態を表す有効抵抗Ｒが前記組織インピーダンスＩｍおよび前記位相シフト角αから求められ、ただし、Ｒ＝｜Ｉｍ｜・ｃｏｓαである、請求項９記載のＨＦ手術装置の制御方法。
11. 前記有効抵抗の値に応じて動作信号または警報信号を送出するか、および／または、前記ＨＦ手術装置の前記患者回路を遮断する、請求項１０記載のＨＦ手術装置の制御方法。
    

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