JP5688817B2 - 電気外科用発電機 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に記載のＲＦ出力電圧を発生させるための電気外科用発電機に関する。

昨今、多くの医療分野で電気外科が用いられている。処置において、単極または双極の電極に印加される比較的高い電圧を用いて、目標とするやり方で生体組織を損傷させるまたは切断する。これらの電圧を発生させるため、通常、電気外科用発電機（ＲＦ外科用発電機）が用いられる。

生体組織を切断し、および／または凝結させるため、異なる種類の変調が用いられる。このため、例えばバーストは、素早く開始させ終了させなければならない。

欧州特許出願公開第１７７６９２９Ａ１号明細書には、ＲＦ外科用発電機の出力電圧を素早く低減させることが可能な電気外科用発電機が記載されている。処置において、閾値が超えられると、追加の負荷コンポーネントを接続することにより電力供給ユニットからのエネルギーを熱に変換することにより、ＲＦ外科用発電機の出力電圧を素早く低減させる。この発電機の不利点は、生成された熱を放散させる必要があり、ＲＦ外科用発電機は技術的に入り組んでおり、切断特性に劣ることである。

独国特許出願公開第１０２１８８９５Ａ１号明細書には、電気外科用発電機の出力電圧を素早く低減させることが可能な別の電気外科用発電機が記載されている。ここでは、出力コンデンサのエネルギーをＤＣ電圧供給に戻すことにより、電力供給ユニットの出力電圧を低減させる。その結果、ＤＣ電圧供給の出力側および電力発振器に蓄積されたエネルギーが素早く放出される。この結果、電気外科用発電機の出力電圧が素早く低減する。この発電機の不利点は、電気外科用発電機が切断特性に劣り、回路は複雑で技術的に入り組んでいることである。

米国特許出願公開第２００４／０１９３１４８Ａ１号明細書には、ＲＦ外科用発電機の出力電圧におけるサージを素早く制限することが可能な電気外科用発電機が記載されている。この場合、ＲＦ外科用発電機の出力電圧が限界電圧を上回るとすぐに、さらなるコンポーネントの追加により発振器の共振周波数が変更される。その結果、不変の励起周波数は発振器の共振周波数に対応しなくなり、その結果、ＲＦ外科用発電機の出力電圧は、限界電圧を下回って、すなわち通常の出力電圧のレベルまで低減され、火花の発生が防止される。この場合、回路が技術的に入り組んでおり、切断のために有益な火花の発生が防止され、故にＲＦ外科用発電機は切断特性に劣るという点が不利である。

本発明は、技術的観点から単純であるとともに改善された切断特性を有するＲＦ外科用発電機を対象とするという目的に基づくものである。

この目的は、請求項１に記載のＲＦ外科用発電機と請求項５に記載の方法とにより達成される。

本発明に必須の点は、ＲＦ外科用発電機が２つの動作モードを備えるという事実からなる。第１の動作モードにおいて、出力回路は、出力回路の共振周波数でＲＦ電力発振器により励起される。第２の動作モードにおいて、出力回路は、その共振周波数に対応しない別の周波数でＲＦ電力発振器により励起される。第１の動作モードから第２の動作モードに遷移した場合、ＲＦ外科用発電機の出力電圧は、素早く急激に低減される。

この結果、高調波を有する出力電圧が発生し、この結果、ＲＦ外科用発電機の切断特性が改善される。その上、ＲＦ外科用発電機は、技術的観点から単純なものになり、費用対効果が高くなる。

ＲＦ電力発振器は、励起電圧の符号を制御するための、および第２の、強制動作モードにおいて第２の励起周波数を設定するための切替素子、より詳しくはトランジスタを備え、かかる切換素子により、ＲＦ電力発振器は、ＲＦ電力発振器の励起電流の符号によって第１の動作モードにおけるフィードバック動作において出力回路を励起することが可能である。この結果、第１の動作モードにおいて、出力回路を、共振周波数を用いて可能な限りエネルギー損失を伴わないで技術的に単純なやり方で駆動することが可能である。この場合、第２の動作モードにおける励起電圧の周波数を技術的に単純なやり方で設定することが可能であるという事実も、利点となる。

一実施形態において、電気外科用発電機は、高調波を有する出力電圧を発生させるため、第１の動作モードから第２の動作モードに切り替えるための制御可能な動作モード切換装置を備える。この発電機の利点は、組織を切断するために非常に有益な高調波を有する出力電圧を、目標とするやり方で設定することが可能であることである。

ＲＦ外科用発電機は、調整可能な周波数制御器具において、第１の動作モードにおいて、励起電流の符号を測定するとともに励起電圧の符号を設定するための切換素子を開放および／または閉鎖するための、ならびに第２の動作モードにおいて、第２の励起周波数を設定するためのものである、周波数制御器具を備えることが可能である。この結果、励起電流の符号を技術的に単純なやり方で把握することが可能であり、それに応じて励起電圧の符号を第１の動作モードにおいて設定することが可能である。この場合、第２の動作モードにおいて励起周波数を目標とするやり方で設定することが可能であるという事実も、利点となる。

方法について言えば、本発明は、ＲＦ出力電圧を発生させるため、ＲＦ電力発振器が、第１の動作モードにおいて、出力回路の共振周波数に対応する第１の励起周波数で出力回路を励起し、ＲＦ出力電圧の低減を加速させるため、ＲＦ電力発振器が、第２の動作モードにおいて、第１の励起周波数と異なるとともに出力回路の共振周波数に対応しない第２の励起周波数で出力回路を励起する、という事実により達成される。

本発明の好適な実施形態は、従属請求項から明らかになる。後続の文章において、本発明は、例示的実施形態の図面に基づいてより詳細に説明されよう。図面は下記の通りである。

図１は、ＲＦ外科用発電機の概略図である。 図２は、ＲＦ外科用発電機の電力供給ユニットおよび電力発振器における回路設計の概略図である。

以下の説明において、同様の参照符号は、等価および機能的に等価な部品について用いられる。

図１は、ＲＦ外科用発電機の概略図である。ＲＦ外科用発電機は、接続線２２を介して電流および電圧供給（不図示）に接続されるとともに接続線１２を介して電力発振器１０に電気エネルギーを供給する電力供給ユニット２０を備える。電力発振器１０は、接続線２１を介して出力回路３５に接続されている。電力発振器１０は、励起周波数で出力回路３５を駆動する。出力回路３５は、接続線１１を介してＲＦ外科用発電機の出力４５の一方に接続されている。ＲＦ外科用発電機の出力電圧が印加される単極または双極の電極４０を、出力４５に接続することが可能である。

第１の動作モードにおいて、出力回路３５は、出力回路３５の共振周波数または共振周波数の１つに対応する第１の励起周波数で電力発振器１０により励起される。出力回路３５の共振周波数において、振幅伝達関数｜Ａ（ｆ）｜＝｜ｕ_ｏｕｔ／ｕ_ｉｎ｜（式中、ｕ_ｉｎは電力発振器の出力に印加される電圧、ｕ_ｏｕｔは出力回路の出力、すなわちＲＦ外科用発電機の出力に印加される電圧である）は最大値となる。共振周波数において、最大の電力が伝達される。これは、一般に、エネルギー効率が最高となる作用点でもある。

第１の動作モードにおける、出力回路３５の共振周波数または共振周波数の１つに対応する励起周波数での出力回路３５のこの励起は、次のように行われる：周波数制御器具３０が、接続線３３を介して電流計３５の助けにより電力発振器１０の出力電流の符号、すなわち出力電流の現在の位相を測定する。これに応じて、周波数制御器具３０は、電力発振器１０の出力電圧が電力発振器１０の出力電流と同相になるように、接続線３２を介して電力発振器１０の出力電圧の符号を設定する。

第２の動作モードにおいて、出力電流３５は、電力発振器１０の出力電流の位相とは独立して、電力発振器１０の出力電圧を第１の励起周波数に対応しない第２の励起周波数に対応する周波数に設定することにより、第２の励起周波数で電力発振器１０により励起される。第２の励起周波数は、周波数制御器具３０により設定される。振幅伝達関数は共振周波数付近の周波数において最大値に近いので、第２の励起周波数は、出力回路３５の共振周波数の近傍ではない、すなわち、第２の励起周波数は、少なからず共振周波数と異なる。

この第２の励起周波数の場合、振幅伝達関数は、その最大値になく、そこから大きく離れている。その結果、出力回路３５の出力電圧および出力電力は低減され、故にＲＦ外科用発電機の出力電圧は素早く低減されるまたは低下する。その上、この結果、ＲＦ外科用発電機の発電機内部抵抗は、急激に増加する。

ＲＦ外科用発電機を第２の動作モードにおいて動作させると、出力回路３５は、相当な高調波を有する出力電流波形および出力電圧波形を供給する。これにより、電極４０における火花の発生が促進される。電極４０における火花の発生は、電極４０を用いて生体組織を切断することが意図されていれば特に望ましい。第２の動作モードにより、それ以外は低歪み外科用発電機である場合に、高調波を有する出力電圧または出力電圧波形を発生させることが可能になる。

周波数制御器具３０には、接続線３５を介して動作モード切替装置２５が接続されている。この結果、第１の動作モードと第２の動作モードとの間を、または第１の動作モードから第２の動作モードに、切り替えることが可能になる。これを目標とするやり方で用いて、組織を切断することが可能な第２の動作モードを設定することが可能である。

その上、緊急の場合、外科医または別の人が緊急ボタンを作動させたらＲＦ外科用発電機の出力電圧、すなわち電極４０における電圧を急速に低減させることが可能であるように、緊急ボタンを例えば動作切換装置２５に接続することが可能である。

ＲＦ外科用発電機は、ＲＦ外科用発電機が現在どの動作モードであるかを示す、例えば指示ランプの形態の指示器を備えることが可能である。

第２の動作モードにおいて、電力発振器１０は、常に同じ低抵抗電源インピーダンスで出力回路３５を駆動する。

これにより、出力回路３５の出力周波数が常に電力発振器１０の設定周波数に対応することが保証される。

第２の動作モードにおける高調波を有する出力電圧の結果、接続された電極４０の周囲が例えば生理的食塩水などの導電性液体からなる場合、本明細書の対象とされるＲＦ外科用発電機によりＲＦ外科用発電機の切断特性も改善される。

図２は、ＲＦ外科用発電機の第２の実施形態の回路設計を示す。電力発振器１０は、接続線２２を介して電力供給ユニット（不図示）に接続されている。電力供給ユニットは、第１のコンデンサ７５の両端に印加される電圧Ｕ０を供給する。電力発振器１０は、変圧器７０を介して出力回路３５に接続されている。変圧器７０により、ＲＦ電力発振器１０および出力回路３５の電気回路の間には、ガルバニック絶縁が存在する。変圧器７０は、磁気コア７３に跨がって連結された第１のインダクタ７１と第２のインダクタ７２とを備える。電力発振器１０は、４つのトランジスタ５０、５５、６０、６５を備える。変圧器の電力発振器１０側には、電圧Ｕ１が印加される。周波数制御器具３０が、電流計３５の助けにより電力発振器１０の出力における電流Ｉ１の符号を測定する。

第１のトランジスタ５０および第３のトランジスタ６０の入力は、接続線２２の一方を介して電力供給ユニットに接続されている。第１のトランジスタ５０の出力は、第１のインダクタ７１のコネクタと第２のトランジスタ５５の入力とに接続されている。第３のトランジスタ６０の出力は、電流計３５の出力と第４のトランジスタ６５の入力とに接続されている。第２のトランジスタ５５および第４のトランジスタ６５の出力は、他方の接続線２２の一方を介して電力供給ユニットに接続されている。

周波数制御器具３０は、接続線８５を介して周波数生成器（図示せず）に接続されている。周波数制御器具３０は、第１のトランジスタ５０、第２のトランジスタ５５、第３のトランジスタ６０、および第４のトランジスタ６５の制御コネクタにそれぞれ接続されている。

電流計３４により測定されたＩ１の値がゼロよりも大きければ、周波数制御器具３０は、第１のトランジスタ５０と第４のトランジスタ６５とをオンにする。周波数制御器具３０がＩ１がゼロ以下であると判定すれば、周波数制御器具３０は、第３のトランジスタ６０と第２のトランジスタ５５とをオンにする。他の２つのトランジスタは、それぞれオフにされる。

出力回路３５は、さらにその上、第３のインダクタ７４と第２のコンデンサ８０とを備える。これらは、ＲＦ外科用発電機の出力４５の一方に接続されている。出力４５には、高周波電圧ＵＨＦが印加される。周波数制御器具３０による制御の結果、ＲＦ電力発振器の出力電圧Ｕ１および出力電流Ｉ１は、同相となり、振幅伝達関数は、その最大値またはその近傍となる。

第２の動作モードにおいて、出力回路３５は、共振から離れた励起周波数により励起される。共振から離れた周波数とは、出力回路３５の共振周波数に等しくなく共振周波数から少なからず離れた周波数を意味するものと理解すべきである。第２の動作モードにおいて、第１のトランジスタ５０および第４のトランジスタ６５は、ならびに第２のトランジスタ５５および第３のトランジスタ６０も、励起電流Ｉ１の符号とは無関係に、所望される第２の励起周波数の周期期間のそれぞれ半分で交互にオンにされる。他のそれぞれの２つのトランジスタは、オフにされる。この第２の励起周波数は、周波数生成器により周波数制御器具３０に伝達される。周波数生成器により伝達される第２の励起周波数は、設定することが可能である。振幅伝達関数は、第２の動作モードにおいて（さらに）その最大値から離れている。

ここで、上記のすべての部品、より詳しくは図面に記載の詳細は、それら単独でまたはいずれかの組み合わせで考えたときに、本発明に必須であるものと主張されるという事実を参照する。当業者は、この変更を承知している。

１ ＲＦ外科用発電機
１０ ＲＦ電力発振器
１１ 出力回路−出力接続線
１２ 電力供給ユニット−ＲＦ電力発振器接続線
２０ 電力供給ユニット
２１ ＲＦ電力発振器−出力回路接続線
２２ 電力供給ユニット−電流源接続線
２５ 動作モード切換装置
３０ 周波数制御器具
３１ 周波数制御器具−動作モード切換装置接続線
３２ 周波数制御器具−ＲＦ電力発振器接続線
３３ 周波数制御器具−電流計接続線
３４ 電流計
３５ 出力回路
４０ 電極
４５ ＲＦ外科用発電機の出力
５０ 第１のトランジスタ
５５ 第２のトランジスタ
６０ 第３のトランジスタ
６５ 第４のトランジスタ
７０ 変圧器
７１ 第１のインダクタ
７２ 第２のインダクタ
７３ 磁性コア
７４ 第３のインダクタ
７５ 第１のコンデンサ
８０ 第２のコンデンサ
８５ 周波数生成器−周波数制御接続線

Claims (6)

1. 出力回路（３５）と、第１の動作モードにおいて前記出力回路（３５）の共振周波数に対応する第１の励起周波数で前記出力回路（３５）を励起するためのＲＦ電力発振器（１０）とを有する、ＲＦ出力電圧を生成するための電気外科用発電機において：
   前記ＲＦ電力発振器（１０）は、第２の動作モードにおいて、前記第１の励起周波数と異なるとともに前記出力回路（３５）の前記共振周波数に対応しない第２の励起周波数で前記出力回路（３５）を励起するように具現化されることを特徴とする電気外科用発電機。
2. 請求項１に記載の電気外科用発電機において、前記ＲＦ電力発振器（１０）は、励起電圧の符号を制御するための、および第２の、強制動作モードにおいて前記第２の励起周波数を設定するための切替素子（５０、５５、６０、６５）を備え、かかる切替素子により、前記ＲＦ電力発振器（１０）は、前記ＲＦ電力発振器（１０）の励起電流の符号によって前記第１の動作モードにおけるフィードバック動作において前記出力回路（３５）を励起することを特徴とする電気外科用発電機。
3. 請求項２に記載の電気外科用発電機において、
   前記第１の動作モードにおいて、前記励起電流の前記符号を測定するとともに前記励起電圧の前記符号を設定するための前記切替素子を開放および／または閉鎖するための；ならびに
   前記第２の動作モードにおいて、前記第２の励起周波数を設定するための；
   調整可能な周波数制御器具（３０）を特徴とする電気外科用発電機。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気外科用発電機において、高調波を有する出力電圧を発生させるため、前記第１の動作モードから前記第２の動作モードに切り替えるための制御可能な動作モード切換装置を特徴とする電気外科用発電機。
5. ＲＦ電力発振器（１０）と出力回路（３５）とを有する電気外科用発電機を動作させるための方法において：
   −ＲＦ出力電圧を発生させるため、第１の動作モードにおいて、前記出力回路（３５）の共振周波数に対応する第１の励起周波数で前記ＲＦ電力発振器（１０）により前記出力回路（３５）を励起するステップと；
   −前記ＲＦ出力電圧の低減を加速させるため、第２の動作モードにおいて、前記第１の励起周波数と異なるとともに前記出力回路（３５）の前記共振周波数に対応しない第２の励起周波数で前記ＲＦ電力発振器（１０）により前記出力回路（３５）を励起するステップと；を含むことを特徴とする方法。
6. 請求項５に記載の方法において：
   −前記ＲＦ電力発振器（１０）における励起電流の符号を測定するステップと；
   −前記第１の動作モードにおけるフィードバック動作において前記ＲＦ電力発振器（１０）の前記励起電流の符号によって前記ＲＦ電力発振器（１０）における励起電圧の符号を制御するための、および第２の、強制動作モードにおいて前記第２の励起周波数を設定するための切替素子（５０、５５、６０、６５）を開放および／または閉鎖するステップと；
   をさらに含むことを特徴とする方法。

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